RU2349852C1

RU2349852C1 - Gravity-assisted heat pipe

Info

Publication number: RU2349852C1
Application number: RU2007125273/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Абросимов (RU); Александр Иванович Абросимов; Виктор Иванович Гвоздик (RU); Виктор Иванович Гвоздик; Марк Абрамович Минкин (RU); Марк Абрамович Минкин
Original assignee: Александр Иванович Абросимов; Виктор Иванович Гвоздик; Марк Абрамович Минкин
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-03-20

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: gravity-assisted heat pipe comprises a leak-tight housing partially filled with heat transfer medium and fitted with evaporation, condensation and transportation zones as well as a heat removing element set in the housing and used for cooling agent circulation. The heat removing element is mounted in the transportation zone.

EFFECT: increasing heat transport ability of the heat pipe.

14 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, более конкретно - к теплопередающим устройствам, а именно к гравитационным тепловым трубам.The invention relates to heat engineering, and more specifically to heat transfer devices, namely, gravitational heat pipes.

Известна принципиальная конструктивная схема гравитационной тепловой трубы, представляющей собой герметичный частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной. В тепловой трубе происходит движение пара вверх за счет разности давлений насыщенного пара в зонах испарения и конденсации, а обратное движение жидкости осуществляется под действием силы тяжести (Политехнический словарь, М., "Советская энциклопедия", 1989, с.524). Такая тепловая труба передает теплоту, поглощенную теплоносителем и отдаваемую им при конденсации, только во внешнюю среду, непосредственно контактирующую с наружной поверхностью трубы в зоне конденсации. Это ограничивает интенсивность отвода тепла и, следовательно, теплопередающую способность трубы.Known structural diagram of the gravitational heat pipe, which is a sealed partially filled with a coolant body with zones of evaporation, condensation and transport zone. Steam moves upward in the heat pipe due to the pressure difference between saturated steam in the zones of evaporation and condensation, and the reverse movement of the liquid is carried out under the influence of gravity (Polytechnical Dictionary, Moscow, "Soviet Encyclopedia", 1989, p. 544). Such a heat pipe transfers the heat absorbed by the heat carrier and given to it during condensation only to the external medium directly in contact with the outer surface of the pipe in the condensation zone. This limits the intensity of heat dissipation and, therefore, the heat transfer capacity of the pipe.

Для уменьшения влияния отмеченного ограничения известная тепловая труба по авт. св. СССР №1010436 (опубл. 11.01.82), содержащая герметичный частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной, дополнительно снабжена теплоотводящим элементом, размещаемым в зоне конденсации. Наличие такого элемента для циркуляции по нему охлаждающего агента способствует повышению теплопередающей способности трубы.To reduce the effect of the noted limitations, the known heat pipe according to ed. St. USSR No. 1010436 (publ. 11.01.82), comprising a sealed enclosure partially refuelable with a heat transfer medium with evaporation, condensation and transport zones, is additionally equipped with a heat-removing element located in the condensation zone. The presence of such an element for circulation of a cooling agent through it helps to increase the heat transfer capacity of the pipe.

Техническое решение по авт. св. СССР №1010436 является наиболее близким к предлагаемому изобретению.Technical solution for ed. St. USSR No. 1010436 is the closest to the proposed invention.

В условиях, когда возможно повышение температуры среды, охлаждающей внешнюю стенку корпуса, эффективность теплоотводящего элемента в трубе по авт. св. СССР №1010436 снижается из-за того, что часть хладопроизводительности теплоотводящего элемента затрачивается на охлаждение стенки корпуса в зоне конденсации. Это, в свою очередь, ведет к снижению теплопередающей способности тепловой трубы. Подобная ситуация может иметь место, например, при использовании тепловой трубы, конденсатор которой охлаждается окружающим воздухом, для замораживания грунта - летом температура воздуха становится положительной и превышает температуру в зоне испарения, т.е. температуру грунта.In conditions where it is possible to increase the temperature of the medium cooling the outer wall of the housing, the efficiency of the heat-removing element in the pipe according to ed. St. USSR No. 1010436 is reduced due to the fact that part of the cooling capacity of the heat-removing element is spent on cooling the housing wall in the condensation zone. This, in turn, leads to a decrease in the heat transfer capacity of the heat pipe. A similar situation can occur, for example, when using a heat pipe, the condenser of which is cooled by ambient air, to freeze the soil - in summer the air temperature becomes positive and exceeds the temperature in the evaporation zone, i.e. soil temperature.

Предлагаемое изобретение, относящееся к гравитационной тепловой трубе, направлено на решение задачи по получению технического результата, заключающегося в повышении теплопередающей способности тепловой трубы. Ниже при раскрытии частных случаев выполнения предлагаемой гравитационной тепловой трубы будут названы и другие конкретные виды технического результата, большинство из которых, в конечном счете, связано с повышением теплопередающей способности тепловой трубы.The present invention relates to a gravitational heat pipe, is aimed at solving the problem of obtaining a technical result, which consists in increasing the heat transfer capacity of the heat pipe. Below, when revealing particular cases of the implementation of the proposed gravitational heat pipe, other specific types of technical result will be named, most of which, ultimately, are associated with an increase in the heat transfer capacity of the heat pipe.

Предлагаемая гравитационная тепловая труба, как и указанная выше известная, наиболее близкая к ней, содержит герметичный частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной и расположенный в корпусе теплоотводящий элемент для циркуляции охлаждающего агента.The proposed gravitational heat pipe, as well as the aforementioned known one, closest to it, contains a sealed housing partially filled with a heat transfer medium with evaporation, condensation and transport zones and a heat-removing element located in the housing for circulation of the cooling agent.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемой гравитационной тепловой трубе, в отличие от наиболее близкой к ней известной, теплоотводящий элемент расположен в транспортной зоне.To achieve the specified technical result in the proposed gravitational heat pipe, in contrast to the closest known to it, the heat sink element is located in the transport zone.

Размещение теплопередающего элемента не в зоне конденсации, а в транспортной зоне позволяет снизить потери холода от циркулирующего по теплопередающему элементу агента, затрачиваемого на охлаждение стенки корпуса в зоне конденсации, и тем самым повысить эффективность тепловой трубы.The placement of the heat transfer element not in the condensation zone, but in the transport zone allows to reduce the loss of cold from the agent circulating through the heat transfer element spent on cooling the casing wall in the condensation zone, and thereby increase the efficiency of the heat pipe.

Кроме того, предлагаемая тепловая труба может быть снабжена средством для отключения движения циркулирующего агента по теплоотводящему элементу при температуре окружающей среды в зоне конденсации ниже заданной величины и для включения указанного движения при температуре окружающей среды в зоне конденсации выше заданной величины.In addition, the proposed heat pipe may be equipped with means for disabling the movement of the circulating agent through the heat-removing element at an ambient temperature in the condensation zone below a predetermined value and for enabling said movement at an ambient temperature in the condensation zone above a predetermined value.

Благодаря наличию такого средства достигается сокращение затрат энергии на обеспечение движения циркулирующего агента при функционировании тепловой трубы в случае понижения температуры среды, отбирающей теплоту от конденсатора.Due to the presence of such a tool, a reduction in energy costs is achieved for ensuring the movement of the circulating agent during the operation of the heat pipe in the event of a decrease in the temperature of the medium that takes heat from the condenser.

Корпус в зоне конденсации может быть выполнен в виде одного или нескольких оребренных патрубков, соединенных с отверстиями в боковой поверхности корпуса в транспортной зоне, причем теплоотводящий элемент расположен ниже указанных отверстий, а над ними установлена заглушка, через которую проходят входной и выходной патрубки теплоотводящего элемента.The housing in the condensation zone can be made in the form of one or more finned tubes connected to the holes in the side surface of the housing in the transport zone, the heat sink element being located below these holes and a plug installed above them through which the inlet and outlet pipes of the heat sink element pass.

Такое выполнение корпуса в зоне конденсации способствует повышению теплопередающей способности тепловой трубы за счет лучшей теплоотдачи в окружающую среду.This embodiment of the housing in the condensation zone helps to increase the heat transfer capacity of the heat pipe due to better heat transfer to the environment.

Теплоотводящий элемент может иметь различное выполнение, например в виде набора прямолинейных труб, расположенных вдоль оси корпуса и подсоединенных своими концами к входной и выходной трубам-коллекторам, либо в виде змеевика с U-образными изгибами и вертикально ориентированными прямолинейными участками, или в виде змеевика спиралевидной формы. Предпочтительным является выполнение теплоотводящего элемента в виде змеевика, имеющего витки, образующие спираль с вертикальной осевой линией. Такое выполнение уменьшает гидравлическое сопротивление перемещению хладагента и более технологично, а также позволяет получить наибольшую поверхность теплообмена.The heat-removing element may have various designs, for example, in the form of a set of rectilinear pipes located along the axis of the housing and connected by their ends to the inlet and outlet pipes-collectors, or in the form of a coil with U-shaped bends and vertically oriented rectilinear sections, or in the form of a spiral coil forms. It is preferable to design a heat sink element in the form of a coil having coils forming a spiral with a vertical axial line. This embodiment reduces the hydraulic resistance to movement of the refrigerant and more technologically, and also allows you to get the largest heat transfer surface.

Корпус предлагаемой гравитационной тепловой трубы может иметь изгиб под углом 90°+α в части, расположенной между зоной испарения и транспортной зоной. При этом угол α составляет один или несколько градусов.The body of the proposed gravitational heat pipe may have a bend at an angle of 90 ° + α in the part located between the evaporation zone and the transport zone. In this case, the angle α is one or several degrees.

Такое выполнение целесообразно при необходимости охлаждения залегающих примерно на одной и той же глубине масс грунта, когда корпус установлен с вертикальной ориентацией в транспортной зоне и зоне конденсации, а зона испарения ориентирована почти горизонтально, с небольшим уклоном на угол α вниз в сторону, противоположную месту изгиба.This embodiment is advisable if it is necessary to cool the soil masses lying at approximately the same depth, when the body is installed with a vertical orientation in the transport zone and the condensation zone, and the evaporation zone is oriented almost horizontally, with a slight slope at an angle α down to the side opposite to the bend .

При выполнении теплоотводящего элемента в виде змеевика, имеющего витки, образующие спираль с вертикальной осевой линией, змеевик может быть расположен выше или может опираться на дно кольцевого непрерывного или снабженного перегородками углубления в кольцеобразной вставке в нижней части корпуса в транспортной зоне. При этом на указанной вставке выполнены радиальные канавки, сообщающиеся с кольцевым углублением или его частями, образованными перегородками. Канавки имеют выход вблизи стенки корпуса и переходят в щелевидные каналы, образованные стенкой корпуса и срезом боковой поверхности вставки либо вертикальными углублениями в ней.When performing a heat-removing element in the form of a coil having coils forming a spiral with a vertical axial line, the coil can be located above or can rest on the bottom of a continuous annular or partitioned recess in an annular insert in the lower part of the housing in the transport zone. At the same time, radial grooves are made on this insert, communicating with the annular recess or its parts formed by partitions. The grooves have an exit near the wall of the housing and pass into the slit-like channels formed by the wall of the housing and a cut of the side surface of the insert or vertical recesses in it.

Кроме того, возможно такое выполнение кольцеобразной вставки, при котором по ее периферии под упомянутыми радиальными канавками установлены изогнутые упругие элементы, например пластины, касающиеся корпуса.In addition, it is possible to perform an annular insert in which, at its periphery, curved elastic elements, for example, plates touching the housing, are installed under said radial grooves.

Такие упругие элементы обеспечивают увеличение площади контакта конденсата с поверхностью стенки корпуса в зоне подвода тепла, поскольку препятствуют отеканию конденсата из радиальных канавок без контакта со стенкой корпуса. Это способствует дополнительному увеличению теплопередающей способности тепловой трубы. Без указанных элементов стекание конденсата без контакта со стенкой корпуса было бы возможно вследствие отличия реальной формы корпуса в поперечном сечении от круглой, приводящего к большим зазорам между боковой поверхностью вставки и корпусом.Such elastic elements provide an increase in the area of contact of the condensate with the surface of the housing wall in the heat supply zone, since they prevent condensate from flowing out of the radial grooves without contact with the housing wall. This contributes to an additional increase in the heat transfer capacity of the heat pipe. Without these elements, condensate drainage without contact with the wall of the housing would be possible due to the difference in the actual shape of the housing in cross section from round, leading to large gaps between the side surface of the insert and the housing.

Кольцеобразная вставка может быть закреплена, например, на продольных стержнях, верхней своей частью закрепленных на упомянутой заглушке.The annular insert can be fixed, for example, on the longitudinal rods, the upper part of which is attached to the said plug.

Во всех описанных частных случаях выполнения и установки вставки ее наличие способствует более равномерному распределению стекающего конденсата по поверхности стенки корпуса и благодаря этому - увеличению поверхности испарителя, смоченной конденсатом, и, следовательно, увеличению теплопередающей способности тепловой трубы.In all the described particular cases of the insertion and installation, its presence contributes to a more uniform distribution of the flowing condensate over the surface of the casing wall and, therefore, to an increase in the surface of the evaporator moistened with condensate and, therefore, to an increase in the heat transfer capacity of the heat pipe.

Между соседними витками теплоотводящего элемента и между его витками и стенкой корпуса может быть размещена, по меньшей мере, одна скоба, выполненная из изогнутой круглой проволоки или круглого прутка. При этом на нижнем витке скоба или скобы расположены в углублении кольцеобразной вставки или над ним.At least one bracket made of curved round wire or round bar can be placed between adjacent turns of the heat-removing element and between its turns and the wall of the housing. At the same time, on the lower turn, the bracket or staples are located in the recess of the annular insert or above it.

Указанные скобы обеспечивают зазор между витками для движения пара, и по ним стекает конденсат вниз от витка к витку, что позволяет разделить поток конденсата на части и тем самым способствует дальнейшему равномерному распределению потока конденсата элементами кольцеобразной вставки по поверхности зоны подвода тепла. В конечном счете, это способствует повышению теплопередающей способности тепловой трубы.These brackets provide a gap between the coils for steam movement, and condensate flows down from it to the coils, which allows you to divide the condensate stream into parts and thereby contributes to the further uniform distribution of the condensate stream by the elements of the ring-shaped insert on the surface of the heat supply zone. Ultimately, this helps to increase the heat transfer capacity of the heat pipe.

Предлагаемая гравитационная тепловая труба может быть выполнена также с расширением корпуса в той части транспортной зоны, где размещен теплоотводящий элемент. Расширенная часть корпуса, выполненная, например, в виде цилиндрической обечайки, имеет диаметр, превышающий диаметр расположенной ниже части корпуса. Между указанными обечайкой и расположенной ниже нее частью корпуса имеется кольцеобразный переходник, на который опирается или над которым расположен теплоотводящий элемент.The proposed gravitational heat pipe can also be made with the expansion of the housing in that part of the transport zone where the heat-removing element is located. The extended part of the body, made, for example, in the form of a cylindrical shell, has a diameter greater than the diameter of the lower part of the body. Between the said shell and the lower part of the housing there is an annular adapter on which the heat-removing element rests or is located above.

Размещение теплоотводящего элемента в обечайке, поперечный размер которой больше поперечного размера расположенной ниже части корпуса, увеличивает площадь поперечного сечения парового канала и уменьшает гидравлическое сопротивление перемещению пара из области испарения в область конденсации, а следовательно, обеспечивает повышение теплопередающей способности тепловой трубыPlacing a heat-releasing element in a shell whose transverse dimension is larger than the transverse dimension of the lower part of the housing increases the cross-sectional area of the steam channel and reduces the hydraulic resistance to the movement of steam from the evaporation region to the condensation region, and therefore provides an increase in the heat transfer ability of the heat pipe

Указанный переходник может иметь кольцеобразное непрерывное или разделенное перегородками углубление и сообщающиеся с ним или его частями, образованными перегородками, радиальные канавки, имеющие выход возле внутренней стенки корпуса.The specified adapter may have a ring-shaped continuous or partitioned recess and radial grooves communicating with it or its parts formed by partitions, having an outlet near the inner wall of the housing.

Наличие выполненного указанным образом переходника способствует более равномерному распределению стекающего конденсата по поверхности стенки корпуса и благодаря этому - увеличению поверхности испарителя, смоченной конденсатом, и, следовательно, увеличению теплопередающей способности тепловой трубы.The presence of the adapter made in this way contributes to a more uniform distribution of the flowing condensate over the surface of the casing wall and, as a result, to an increase in the surface of the evaporator moistened with condensate and, therefore, to an increase in the heat transfer capacity of the heat pipe.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых показаны:The invention is illustrated by drawings, which show:

- на фиг.1 - тепловая труба с изогнутым корпусом и теплоотводящим элементом в виде змеевика;- figure 1 - heat pipe with a curved body and heat sink element in the form of a coil;

- на фиг.2 - фрагмент змеевика внутри части корпуса в транспортной зоне;- figure 2 is a fragment of the coil inside the housing in the transport zone;

- на фиг.3 - вертикальная тепловая труба с кольцеобразной вставкой;- figure 3 is a vertical heat pipe with an annular insert;

- на фиг.4 - фрагмент транспортной зоны со змеевиком и вставкой, имеющей сплошное кольцеобразное углубление и упругие элементы;- figure 4 is a fragment of the transport zone with a coil and an insert having a continuous annular recess and elastic elements;

- на фиг.5 - фрагмент транспортной зоны со змеевиком и вставкой, имеющей разделенное на части кольцеобразное углубление и упругие элементы;- figure 5 is a fragment of the transport zone with a coil and an insert having a ring-shaped recess and elastic elements divided into parts;

- на фиг.6 - фрагмент транспортной зоны со змеевиком и вставкой, закрепленной на корпусе с помощью прерывистого сварного шва;- Fig.6 is a fragment of the transport zone with a coil and an insert fixed to the body using an intermittent weld;

- на фиг.7 - вертикальная тепловая труба со змеевиком, размещенным в расширенной части корпуса, соединенной с частью меньшего диаметра с помощью кольцеобразного переходника;- Fig.7 is a vertical heat pipe with a coil placed in the expanded part of the housing connected to a part of a smaller diameter using an annular adapter;

- на фиг.8 - фрагмент расширенной части корпуса со змеевиком в месте ее соединения с частью меньшего диаметра с помощью переходника, имеющего непрерывное кольцеобразное углубление;- in Fig.8 is a fragment of the expanded part of the housing with a coil in the place of its connection with a part of a smaller diameter using an adapter having a continuous annular recess;

- на фиг.9 - фрагмент расширенной части корпуса со змеевиком в месте ее соединения с частью меньшего диаметра с помощью переходника, имеющего разделенное на части кольцеобразное углубление.- figure 9 is a fragment of the expanded part of the housing with a coil in the place of its connection with a part of a smaller diameter using an adapter having a ring-shaped recess divided into parts.

Гравитационная тепловая труба, изображенная на фиг.1, имеет изогнутый герметичный корпус 1, частично заправленный теплоносителем 2. Корпус имеет зону испарения 4, зону конденсации 3 и расположенную между ними транспортную зону 5 с размещенным в последней теплоотводящим элементом в виде змеевика 6, охлаждаемого циркулирующим агентом.The gravitational heat pipe shown in Fig. 1 has a curved sealed casing 1, partially charged with a heat carrier 2. The casing has an evaporation zone 4, a condensation zone 3 and a transport zone 5 located between them with the heat-releasing element in the form of a coil 6 cooled by a circulating coil agent.

Зона конденсации 3 выполнена в виде оребренных патрубков 7, исходящих из боковой поверхности корпуса транспортной зоны. При этом теплоотводящий элемент - змеевик 6 расположен ниже отверстий в корпусе, через которые патрубки 7 сообщаются с внутренней полостью корпуса в транспортной зоне. Выше этих отверстий расположена заглушка 8 с патрубками 9 для подачи и вывода охлаждающего агента из змеевика. Змеевик 6 имеет витки, образующие спираль с вертикальной осевой линией. Витки змеевика отделены друг от друга и корпуса с помощью скоб 10, размещенных в показанном на фиг.2 случае тремя рядами, расположенными на угловом расстоянии 120°. В рабочем положении части трубы, соответствующие транспортной зоне 5 и зоне конденсации 3, установлены вертикально. При этом часть, соответствующая зоне испарения 4, имеет небольшой наклон относительно горизонтали, соответствующий показанному на фиг.1 углу α, составляющему один или несколько (до 7) градусов. Охлаждающий агент циркулирует по змеевику 6 (элементы, обеспечивающие циркуляцию агента, не показаны). Циркуляция может быть прекращена или возобновлена под управлением не показанных на чертежах средств, реагирующих на температуру окружающей среды, омывающей зону конденсации 3. Циркуляция прекращается, когда эта температура становится ниже заданной величины, и возобновляется, когда эта температура становится выше заданной величины. Заданная величина температуры прекращения циркуляции устанавливается в зависимости от конкретных условий эксплуатации тепловой трубы и с учетом требуемой в этих условиях температуры охлаждения, незначительно отличаясь от нее. Заданная величина температуры возобновления циркуляции может быть такой же, как и для прекращения циркуляции, либо несколько выше. Неодинаковые значения указанных заданных величин могут быть установлены для предотвращения слишком частого переключения режимов циркуляции. При выборе температуры прекращения циркуляции (т.е. первой из упомянутых заданных величин) исходят из желаемой температуры охлаждения и разности между нею и температурой окружающей среды, при которой происходит отключение циркуляции. Конкретный выбор указанных заданных значений температур не влияет на конструктивное выполнение предлагаемой гравитационной тепловой трубы, а реализация такого принципа управления возможна с помощью датчика температуры и простейшего релейного устройства и даже вручную.The condensation zone 3 is made in the form of finned tubes 7, emanating from the side surface of the housing of the transport zone. In this case, the heat-removing element - coil 6 is located below the holes in the housing through which the nozzles 7 communicate with the internal cavity of the housing in the transport zone. Above these holes is a plug 8 with nozzles 9 for supplying and withdrawing a cooling agent from the coil. The coil 6 has turns, forming a spiral with a vertical axial line. The coils of the coil are separated from each other and the housing using brackets 10, placed in the case shown in figure 2 in three rows located at an angular distance of 120 °. In the working position, the pipe parts corresponding to the transport zone 5 and the condensation zone 3 are mounted vertically. Moreover, the part corresponding to the evaporation zone 4 has a slight inclination relative to the horizontal, corresponding to the angle α shown in Fig. 1, which is one or more (up to 7) degrees. The cooling agent circulates through the coil 6 (elements that circulate the agent are not shown). The circulation can be stopped or resumed under the control of means, not shown in the drawings, which react to the ambient temperature washing the condensation zone 3. The circulation stops when this temperature drops below a predetermined value, and resumes when this temperature rises above a predetermined value. The set value of the temperature of the termination of circulation is set depending on the specific operating conditions of the heat pipe and taking into account the cooling temperature required under these conditions, slightly differing from it. The set value of the temperature for resuming circulation can be the same as for stopping the circulation, or slightly higher. Unequal values of these specified values can be set to prevent too frequent switching of circulation modes. When choosing the temperature for the termination of circulation (i.e., the first of the aforementioned predetermined values), the desired cooling temperature and the difference between it and the ambient temperature at which the circulation is switched off proceed from the desired temperature. A specific choice of the specified temperature values does not affect the constructive implementation of the proposed gravitational heat pipe, and the implementation of this control principle is possible using a temperature sensor and a simple relay device, and even manually.

Пусть, например, выбранная разность между требуемой температурой охлаждения и температурой окружающей среды, при которой происходит отключение циркуляции охлаждающего агента по змеевику 6, составляет 4°С. В этом случае при требуемой температуре охлаждения -5°С первая из указанных заданных величин (т.е. температура прекращения циркуляции) должна быть установлена равной -9°С. Когда температура среды, например воздуха, омывающей зону конденсации 3, ниже требуемой температуры среды в окрестности зоны испарения на 4°С или более, т.е. ниже -9°С, как при описанном выше выборе, циркуляция охлаждающего агента в теплоотводящем элементе - змеевике 6 выключена. Теплоноситель 2 кипит внутри трубы в зоне испарения 4, пар поднимается в зону конденсации 3, там конденсируется на стенке патрубков 7, стекает под действием силы тяжести в зону испарения, и цикл повторяется.Let, for example, the selected difference between the required cooling temperature and the ambient temperature, at which the circulation of the cooling agent by the coil 6 is turned off, be 4 ° C. In this case, at the required cooling temperature of -5 ° C, the first of these specified values (i.e. the temperature of the cessation of circulation) should be set to -9 ° C. When the temperature of the medium, for example, the air washing the condensation zone 3, is lower than the required temperature of the medium in the vicinity of the evaporation zone by 4 ° C or more, i.e. below -9 ° C, as with the selection described above, the circulation of the cooling agent in the heat sink element - coil 6 is turned off. The coolant 2 boils inside the pipe in the evaporation zone 4, the steam rises into the condensation zone 3, there it condenses on the wall of the nozzles 7, drains by gravity into the evaporation zone, and the cycle repeats.

Как было отмечено, заданная величина температуры возобновления циркуляции может быть такой же, как и для прекращения циркуляции, либо несколько выше. Например, при сделанном выше выборе температуры прекращения циркуляции (-9°С) заданная величина температуры возобновления циркуляции может быть установлена равной от -8,5 до -9°С. Поэтому, когда температура среды, отбирающей теплоту от конденсатора, оказывается в интервале от -8,5 до -9°С или более высокой, теплоотводящий элемент включается в работу. При этом вследствие того, что теплоотводящий элемент - змеевик 6 расположен в транспортной зоне, т.е. удален от нагретого конденсатора, потери холода циркулирующего агента незначительны. В этом случае пар из зоны испарения омывает змеевик 6 со всех сторон, проходя через зазоры, образованные скобами, конденсируется на витках змеевика, стекает по ним и скобам вниз и дальше по наклонной части трубы - в зону испарения.As noted, the set value of the temperature of the resumption of circulation can be the same as for the termination of circulation, or slightly higher. For example, with the above selection of the temperature for stopping circulation (-9 ° C), the set value of the temperature for resuming circulation can be set equal to -8.5 to -9 ° C. Therefore, when the temperature of the medium that takes the heat from the condenser is in the range from -8.5 to -9 ° C or higher, the heat sink element is included in the work. Moreover, due to the fact that the heat sink element - coil 6 is located in the transport zone, i.e. removed from the heated condenser, cold losses of the circulating agent are negligible. In this case, the steam from the evaporation zone is washed by the coil 6 from all sides, passing through the gaps formed by the brackets, it condenses on the coils of the coil, flows down them and the brackets down and further along the inclined part of the pipe into the evaporation zone.

Описанная работа предлагаемой гравитационной тепловой трубы соответствует частному случаю ее выполнения, когда она снабжена средством для отключения циркуляции охлаждающего агента в теплоотводящем элементе. Такое выполнение позволяет оптимизировать работу трубы и снизить затраты энергии на ее эксплуатацию. Однако наличие указанного средства не является обязательным, так как и при непрерывном функционировании теплоотводящего элемента эффективность работы предлагаемой трубы увеличивается благодаря тому, что вследствие размещения упомянутого элемента в транспортной зоне снижаются потери холода от циркулирующего по теплопередающему элементу агента, затрачиваемого на охлаждение стенки корпуса в зоне конденсации.The described work of the proposed gravitational heat pipe corresponds to the particular case of its implementation, when it is equipped with a means for disabling the circulation of the cooling agent in the heat-removing element. This embodiment allows you to optimize the operation of the pipe and reduce energy costs for its operation. However, the presence of the indicated means is not necessary, since with the continuous functioning of the heat-removing element, the efficiency of the proposed pipe increases due to the fact that due to the placement of the said element in the transport zone, the loss of cold from the agent circulating through the heat-transfer element spent on cooling the body wall in the condensation zone is reduced .

На фиг.3 изображена вертикальная гравитационная тепловая труба с теплоотводящим элементом - змеевиком 6, расположенным в транспортной зоне 5 и опирающимся на дно углубления в кольцеобразной вставке 11 (фиг.4). Вставка может быть закреплена на стержнях 12 (фиг.3-5) или на стенке корпуса, например, с помощью прерывистого сварного шва 18 (фиг.6). Углубление 13 во вставке может быть непрерывным (фиг.4, 6) или разделенным на части 14 перегородками 15 (фиг.5).Figure 3 shows a vertical gravitational heat pipe with a heat-removing element - a coil 6 located in the transport zone 5 and resting on the bottom of the recess in the annular insert 11 (figure 4). The insert can be fixed on the rods 12 (Fig.3-5) or on the wall of the body, for example, using an intermittent weld 18 (Fig.6). The recess 13 in the insert can be continuous (Fig. 4, 6) or divided into parts 14 by partitions 15 (Fig. 5).

Вставка имеет радиальные канавки 16, сообщающиеся с углублением 13 или его частями 14. Канавки 16 направлены к периферии вставки 11. Каждая канавка имеет выход вблизи стенки корпуса и переходит в щелевидный канал 19, образованный стенкой корпуса и вертикальным углублением в боковой поверхности вставки, либо стенкой корпуса и непосредственно срезом боковой поверхности вставки, без выполнения специальных углублений в ней.The insert has radial grooves 16 communicating with the recess 13 or its parts 14. The grooves 16 are directed to the periphery of the insert 11. Each groove has an outlet near the housing wall and passes into the slot-like channel 19 formed by the housing wall and a vertical recess in the side surface of the insert, or by the wall body and directly by cutting the side surface of the insert, without performing special recesses in it.

Кроме того, как показано на фиг.4 и 5, возможно такое выполнение кольцеобразной вставки 11, при котором по ее периферии под радиальными канавками 16 установлены изогнутые упругие элементы 17, касающиеся корпуса. Эти элементы имеют следующее назначение. Обычно вставка в корпусе всегда расположена с зазором, обусловленным эллиптичностью реального трубчатого корпуса и допусками на изготовление внешней цилиндрической поверхности вставки. А так как вставка практически круглая, зазор имеет неодинаковую ширину по ее периметру. Там, где этот зазор велик, конденсат может не коснуться стенки корпуса, а стечет по каналу 19 и будет капать на дно трубы, что крайне нежелательно. Пластины элементов 17 должны быть упругими, чтобы при установке вставки в корпус компенсировать различную ширину зазора между вставкой и стенкой корпуса. В тех местах, где зазор велик и конденсат не смочил стенку у выхода канавки 16, он стечет по вставке в зазоре между нею и корпусом и попадет на изогнутый элемент 17, плотно прижатый своим концом благодаря упругости к стенке корпуса, и обязательно ее коснется и смочит.In addition, as shown in FIGS. 4 and 5, it is possible to make an annular insert 11, in which, at its periphery, under the radial grooves 16, curved elastic elements 17 are mounted that touch the housing. These elements have the following purpose. Typically, the insert in the housing is always located with a gap due to the ellipticity of the real tubular housing and tolerances for the manufacture of the outer cylindrical surface of the insert. And since the insert is almost round, the gap has an unequal width around its perimeter. Where this gap is large, condensate may not touch the wall of the housing, but will drain along channel 19 and will drip to the bottom of the pipe, which is extremely undesirable. The plates of the elements 17 must be resilient in order to compensate for the different gap width between the insert and the wall of the housing when inserting the insert into the housing. In those places where the gap is large and the condensate has not wetted the wall at the outlet of the groove 16, it will drain through the insert in the gap between it and the body and will fall onto the curved element 17, which is pressed firmly by its end to the body wall, and will necessarily touch and wet it .

Таким образом, упругие элементы 17 обеспечивают увеличение площади контакта конденсата с поверхностью стенки корпуса в зоне подвода тепла, что способствует увеличению теплопередающей способности тепловой трубы, особенно в случае отличия формы корпуса от круглой в поперечном сечении.Thus, the elastic elements 17 provide an increase in the area of contact of the condensate with the surface of the wall of the housing in the heat supply zone, which contributes to an increase in the heat transfer ability of the heat pipe, especially if the shape of the housing differs from round in cross section.

Упругие элементы 17 изготавливают изогнутыми на угол 45-80 градусов и в таком виде крепят на вставку. При установке вставки в корпус упругие элементы дополнительно изгибают, чтобы вставка вошла в корпус, а упругие элементы надежно контактировали с корпусом с определенным усилием прижатия благодаря их упругости.The elastic elements 17 are made curved at an angle of 45-80 degrees and in this form are mounted on the insert. When the insert is installed in the housing, the elastic elements are additionally bent so that the insert fits into the housing, and the elastic elements reliably contact the housing with a certain pressing force due to their elasticity.

В случае, показанном на фиг.6, щелевидные каналы 19 образованы стенкой корпуса и срезом боковой поверхности вставки 11 благодаря разрывам в сварочном шве 18.In the case shown in Fig.6, the slit-like channels 19 are formed by the wall of the housing and a cut of the side surface of the insert 11 due to gaps in the weld 18.

В том случае, когда температура среды, омывающей конденсатор, выше температуры испарителя и включен в работу теплоотводящий элемент, гравитационная тепловая труба работает следующим образом. Пар из испарителя поднимается к теплоотводящему элементу - змеевику 6, проходит через зазоры, образованные стержнями 12 и скобами 10 между витками змеевика 6 и внутренней стенкой корпуса 1. Пар конденсируется на витках змеевика, а конденсат стекает по виткам и скобам вниз, попадает в углубление 13 кольцеобразной вставки 11 или части 14 этого углубления и далее по радиальным канавкам 12, щелевидным каналам 19 и упругим элементам 17 попадает на стенку корпуса 1 разделенным на несколько потоков. Последние далее стекают по стенке корпуса 1 в нижнюю часть трубы - зону испарения 4. При своем движении вдоль корпуса 1 в зоне испарения 4 конденсат частично превращается в пар, и процесс повторяется.In the case when the temperature of the medium washing the condenser is higher than the temperature of the evaporator and the heat-removing element is turned on, the gravitational heat pipe works as follows. The vapor from the evaporator rises to the heat-removing element - coil 6, passes through the gaps formed by rods 12 and brackets 10 between the turns of the coil 6 and the inner wall of the housing 1. The steam condenses on the turns of the coil, and the condensate flows down the turns and brackets, into the recess 13 the annular insert 11 or part 14 of this recess and then along the radial grooves 12, the slit-like channels 19 and the elastic elements 17 enters the wall of the housing 1 divided into several streams. The latter then flow down the wall of the housing 1 to the lower part of the pipe — the evaporation zone 4. When it moves along the housing 1 in the evaporation zone 4, the condensate partially turns into steam, and the process repeats.

Гравитационная тепловая труба, представленная на фиг.7, в транспортной зоне 5 в месте расположения теплоотводящего элемента - змеевика 6 имеет расширение корпуса с помощью обечайки 20. Соединение этой части трубы с расположенной ниже частью корпуса 1, имеющей меньший диаметр, осуществлено с помощью кольцеобразного переходника 21. Теплоотводящий элемент - змеевик 6 своим нижним витком со скобой 10 опирается на дно углубления в 22 (фиг.8) в переходнике 21 или на дно части 23 такого углубления, как показано на фиг.9, где углубление разделено на части перегородками 24. Из углубления 22 переходника 21 или частей 23 углубления выходят радиальные канавки 25, направленные к продольной оси трубы и имеющие выход на внутренней стенке корпуса 1.The gravitational heat pipe shown in Fig. 7, in the transport zone 5 at the location of the heat-removing element - coil 6, has an extension of the body with the help of the shell 20. The connection of this part of the pipe with the lower part of the body 1 having a smaller diameter is carried out using an annular adapter 21. The heat-removing element - coil 6 with its lower turn with a bracket 10 rests on the bottom of the recess 22 (Fig. 8) in the adapter 21 or on the bottom of the part 23 of such a recess, as shown in Fig. 9, where the recess is divided into parts towns 24. From recess 22 of the adapter 21 or parts 23 recess located radial grooves 25 directed toward the longitudinal axis of the tube and having outlet on the inner wall of the housing 1.

Работа данной гравитационной тепловой трубы аналогична работе трубы, иллюстрируемой фигурами 3-6, с той лишь разницей, что поднимающийся пар, попадающий в расширенную часть, образованную обечайкой 20, испытывает меньшее сопротивление.The work of this gravitational heat pipe is similar to the work of the pipe illustrated by figures 3-6, with the only difference being that the rising steam falling into the expanded part formed by the shell 20 experiences less resistance.

Предлагаемая гравитационная тепловая труба наиболее эффективна при использовании для замораживания грунта с целью укрепления фундаментов и опор различных сооружений, а также для предотвращения деформирования насыпей автомобильных и железных дорог.The proposed gravitational heat pipe is most effective when used for freezing soil in order to strengthen the foundations and supports of various structures, as well as to prevent deformation of embankments of roads and railways.

Claims

1. Gravity heat pipe containing a sealed housing partially refuelable with a heat transfer medium with evaporation, condensation and transport zones and a heat-removing element for circulating a cooling agent located in the housing, characterized in that the heat-removing element is located in the transport zone.

2. The heat pipe according to claim 1, characterized in that it is provided with means for stopping the movement of the circulating agent through the heat-removing element at an ambient temperature in the condensation zone below a predetermined value and for activating said movement at an ambient temperature in the condensation zone above a predetermined value.

3. The heat pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the heat-removing element for circulating the cooling agent is made in the form of a coil having coils forming a spiral with a vertical axial line.

4. The heat pipe according to claim 3, characterized in that between the adjacent turns of the coil and between the turns of the coil and the wall of the housing is placed at least one bracket made of round wire or round bar.

5. The heat pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the housing in the condensation zone is made in the form of one or more finned tubes connected to the holes in the side surface of the housing in the transport zone, while the heat sink element is located below these holes, and above they have a plug through which the inlet and outlet tubes of the heat sink element pass.

6. The heat pipe according to claim 5, characterized in that the heat-removing element for circulating the cooling agent is made in the form of a coil having coils that form a spiral with a vertical axial line.

7. The heat pipe according to claim 6, characterized in that between the adjacent turns of the coil and between the turns and the wall of the housing at least one bracket is made of round wire or round bar.

8. The heat pipe according to claim 4 or 7, characterized in that the body is bent at an angle of 90 ° + α in the part located between the evaporation zone and the transport zone, while the angle α is one or more degrees.

9. The heat pipe according to claim 4 or 7, characterized in that in the lower part of the casing in the transport zone there is an annular insert with a continuous or divided partitions into parts an annular recess and radial grooves communicating with this recess and having an outlet near the wall of the housing, this coil is located above or rests on the bottom of the specified annular recess.

10. The heat pipe according to claim 9, characterized in that on the periphery of the annular insert under the radial grooves, curved elastic elements are installed that touch the body.

11. The heat pipe according to claim 9, characterized in that the annular insert is fixed to the longitudinal rods, the upper part of which is attached to the specified plug.

12. The heat pipe according to claim 11, characterized in that on the periphery of the annular insert under the radial grooves, curved elastic elements are installed that touch the body.

13. The heat pipe according to claim 4 or 7, characterized in that it is made with the expansion of the housing in that part of the transport zone where the heat-removing element is placed for circulation of the cooling agent, while the expanded part of the housing is made in the form of a cylindrical shell with a diameter exceeding the diameter located below the body part.

14. The heat pipe according to claim 13, characterized in that a ring-shaped adapter is installed between the said shell and the lower part of the housing, which has an annular continuous or partition separated by partitions and communicating with the latter radial grooves having an outlet near the inner wall of the housing, the coil is located above the annular adapter or rests on it.