RU2577502C1 - Bimetallic gravitational heat pipe - Google Patents

Bimetallic gravitational heat pipe Download PDF

Info

Publication number
RU2577502C1
RU2577502C1 RU2015113499/06A RU2015113499A RU2577502C1 RU 2577502 C1 RU2577502 C1 RU 2577502C1 RU 2015113499/06 A RU2015113499/06 A RU 2015113499/06A RU 2015113499 A RU2015113499 A RU 2015113499A RU 2577502 C1 RU2577502 C1 RU 2577502C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipe
zone
condensation zone
heat
condensation
Prior art date
Application number
RU2015113499/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Абросимов
Вера Андреевна Абросимова
Александр Александрович Абросимов
Original Assignee
Александр Иванович Абросимов
Вера Андреевна Абросимова
Александр Александрович Абросимов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Иванович Абросимов, Вера Андреевна Абросимова, Александр Александрович Абросимов filed Critical Александр Иванович Абросимов
Priority to RU2015113499/06A priority Critical patent/RU2577502C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2577502C1 publication Critical patent/RU2577502C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention relates to heat-transfer devices, namely to gravitational heat tubes intended mainly for use in cooling soil. Gravitational heat pipe has sealed housing 2 with zones of evaporation, transport zone 3 and condensation zone 4. Housing made with possibility of filling with liquid heat carrier is represented by top and bottom steel cylindrical tube 1, which in condensation zone 4 is enclosed in tube 5 from aluminium alloy with ribs 6. Feature of the gravity-assisted heat pipe is the fact that steel cylindrical pipe 1 is produced by hot galvanizing coating layer 11 on the outer and inner surface 13, and that in zone of condensation 4 tightly contacts with inner surface of tube 5 by its outer surface through layer 11.
EFFECT: technical result consists in preventing blocking of the upper part of the condensation zone uncondensed gases and eliminating factors deteriorating thermal contact between steel cylindrical tube 1 in condensation zone and aluminium ribs 6, as well as in reduction of increase of the effect of these negative factors in time.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, более конкретно - к теплопередающим устройствам, а именно к гравитационным тепловым трубам, преимущественно предназначенным для использования при охлаждении грунта с целью укрепления фундаментов и оснований различных сооружений, опор трубопроводов и линий электропередачи, насыпей автомобильных и железных дорог и др., сооружаемых на вечномерзлых грунтах и в областях с глубоким сезонным промерзанием.The invention relates to heat engineering, and more specifically to heat transfer devices, namely, gravitational heat pipes, mainly intended for use in cooling the soil in order to strengthen the foundations and foundations of various structures, supports of pipelines and power lines, embankments of roads and railways, etc., constructed on permafrost soils and in areas with deep seasonal freezing.

Известна принципиальная конструктивная схема гравитационной тепловой трубы, представляющей собой герметичный заправляемый теплоносителем трубчатый корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной. В такой 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 [1]). Такая тепловая труба передает теплоту, поглощенную теплоносителем и отдаваемую им при конденсации во внешнюю среду, непосредственно контактирующую с наружной поверхностью трубы в зоне конденсации. Достоинством гравитационной тепловой трубы является возможность функционирования без подведения энергии под действием только факторов окружающей среды, таких как гравитация, температура и скорость движения воздуха, излучение природных и техногенных объектов.Known structural diagram of the gravitational heat pipe, which is a sealed filled with coolant tubular body with zones of evaporation, condensation and transport zone. In such a heat pipe, the steam moves upward due to the pressure difference between the 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. M., "Soviet Encyclopedia", 1989, S. 524 [1] ) Such a heat pipe transfers heat absorbed by the heat carrier and is given to it during condensation in an external medium that is in direct contact with the outer surface of the pipe in the condensation zone. The advantage of a gravitational heat pipe is the ability to function without energy supply under the influence of only environmental factors, such as gravity, temperature and air velocity, radiation of natural and man-made objects.

Для обеспечения более интенсивной теплоотдачи корпус гравитационной тепловой трубы в зоне конденсации обычно снабжают оребрением, образующим вместе с частью корпуса трубы, на которой оно размещено, радиатор (см., например, патенты РФ №2349852, опубл. 20.03.2009 [2]; №2384672, опубл. 20.03.2010 [3]; №2384671, опубл. 20.03.2010 [4]).To ensure more intense heat transfer, the body of the gravitational heat pipe in the condensation zone is usually equipped with a fin, which together with the part of the pipe body on which it is placed, has a radiator (see, for example, RF patents No. 2349852, publ. March 20, 2009 [2]; No. 2384672, published on March 20, 2010 [3]; No. 2384671, published on March 20, 2010 [4]).

Оребрение целесообразно выполнять из материала с более высокой теплопроводностью, чем у материала корпуса трубы. Наиболее распространено сочетание материалов, при котором корпус гравитационной тепловой трубы выполнен из стали, а оребрение в зоне конденсации - из алюминиевого сплава (А. Абросимов, С. Залетаев. Охладители грунта. Конструкции и методы расчета. Изд. Palmarium Academic Publishing, 2012, с. 20, 44 [5]).It is advisable to carry out the fins from a material with a higher thermal conductivity than that of the pipe body material. The most common combination of materials is that the body of the gravitational heat pipe is made of steel and the fins in the condensation zone are made of aluminum alloy (A. Abrosimov, S. Zaletaev. Soil coolers. Designs and calculation methods. Ed. Palmarium Academic Publishing, 2012, p. . 20, 44 [5]).

Теплопередающая способность гравитационной тепловой трубы в значительной степени определяется эффективностью теплоотдачи в зоне конденсации, на которую может негативно влиять ряд взаимосвязанных факторов. Прежде всего, как показывает опыт эксплуатации гравитационных тепловых труб, верхняя часть оребрения радиатора может оставаться в процессе работы трубы ненагретой, т.е. фактически не участвует в выполнении своей функции охлаждения зоны конденсации. Это может быть объяснено тем, что внутри трубы неизбежно присутствуют неконденсирующиеся газы вследствие неидеального вакуумирования перед заправкой теплоносителем. Остатки присутствовавших в атмосферном воздухе азота и паров воды, будучи более легкими, чем пары большинства теплоносителей, скапливаются в верхней части трубы и преграждают доступ паров теплоносителя к стенке трубы, следствием чего и является блокирование зоны конденсации на части ее длины, выключающее из работы соответствующую часть оребренного радиатора. Однако опыт показывает также, что дальнейшее улучшение качества вакуумирования трубы перед заправкой теплоносителем, будучи технически сложным и дорогостоящим, практически не устраняет описанную причину снижения эффективности функционирования трубы. Авторами установлено, что указанные легкие неконденсирующиеся газы, главным образом, выделяются из внутренней поверхности стенки трубы на всем ее протяжении во всех трех зонах. Эта поверхность в реальных условиях производства и хранения заготовки будущей гравитационной тепловой трубы корродирована и имеет вследствие этого весьма развитую поверхность, адсорбирующую указанные газы из воздуха. В процессе эксплуатации трубы происходит десорбция этих газов во внутреннее пространство трубы, что и приводит к отмеченному выше явлению, практически независимо от качества вакуумирования перед заправкой теплоносителем, причем степень блокирования верхней части зоны конденсации может нарастать постепенно по мере десорбции.The heat transfer capacity of a gravitational heat pipe is largely determined by the heat transfer efficiency in the condensation zone, which can be negatively affected by a number of interrelated factors. First of all, as the experience of operating gravitational heat pipes shows, the upper part of the radiator fins may remain unheated during the operation of the pipe, i.e. actually does not participate in the performance of its function of cooling the condensation zone. This can be explained by the fact that non-condensable gases are inevitably present inside the pipe due to non-ideal evacuation before filling with coolant. The residues of nitrogen and water vapor present in the atmospheric air, being lighter than the majority of coolant vapors, accumulate in the upper part of the pipe and block the access of the coolant vapor to the pipe wall, which results in blocking the condensation zone for part of its length, which turns off the corresponding part finned radiator. However, experience also shows that a further improvement in the quality of evacuation of the pipe before filling with coolant, being technically complex and expensive, practically does not eliminate the described reason for the decrease in the efficiency of the pipe. The authors found that these light non-condensable gases are mainly released from the inner surface of the pipe wall along its entire length in all three zones. This surface in the real conditions of production and storage of the workpiece of the future gravitational heat pipe is corroded and therefore has a very developed surface adsorbing these gases from the air. During operation of the pipe, these gases are desorbed into the inner space of the pipe, which leads to the phenomenon noted above, almost independently of the quality of evacuation before filling with coolant, and the degree of blocking of the upper part of the condensation zone can increase gradually as desorption occurs.

Корродирование поверхности трубы оказывает влияние на эффективность теплоотдачи через оребрение радиатора и другим путем. В соответствии с распространенным способом получения биметаллического радиатора на стальную трубу надевают алюминиевую трубу, затем на роликовом стенде роликами прижимают алюминий к стали, одновременно деформируя алюминий с образованием ребер. Неравномерность распределения усилий прижатия алюминия к стали вызывает появление местных отслаиваний, вызванных осевым биением элементов роликового стенда, таких, как эксцентричность стальной трубы и роликов относительно оси стенда. Отслаивания, в свою очередь, приводят к увеличению контактного теплового сопротивления между корпусом трубы в зоне конденсации и ее оребрением и способны свести на нет преимущества, даваемые биметаллическим выполнением радиатора зоны конденсации.Corrosion of the surface of the pipe affects the efficiency of heat transfer through the fin fin and other ways. In accordance with a common method for producing a bimetallic radiator, an aluminum pipe is put on a steel pipe, then aluminum is pressed onto the steel with rollers on the roller stand, while deforming aluminum to form ribs. The uneven distribution of the efforts of pressing aluminum to steel causes the appearance of local delamination caused by axial runout of the elements of the roller stand, such as the eccentricity of the steel pipe and rollers relative to the axis of the stand. Flaking, in turn, leads to an increase in contact thermal resistance between the pipe body in the condensation zone and its fins and can negate the advantages given by the bimetallic design of the radiator of the condensation zone.

Кроме того, в экстремальных климатических условиях эксплуатации биметаллической гравитационной тепловой трубы при высокой влажности окружающей среды развивается электрохимическая коррозия в месте контакта стали и алюминия, так как контактная пара "сталь-алюминий" имеет относительно большой электрический потенциал. Коррозия разрушает поверхностные слои стенки стального корпуса в месте контакта, что и приводит к увеличению контактного теплового сопротивления и к ухудшению теплопередающих характеристик трубы, нивелирующему преимущества биметаллической конструкции, причем данное ухудшение нарастает со временем.In addition, in extreme climatic conditions of operation of a bimetallic gravitational heat pipe at high humidity, electrochemical corrosion develops at the contact point of steel and aluminum, since the steel-aluminum contact pair has a relatively large electric potential. Corrosion destroys the surface layers of the wall of the steel casing at the contact point, which leads to an increase in contact thermal resistance and to a deterioration in the heat transfer characteristics of the pipe, leveling the advantages of the bimetallic structure, and this deterioration increases with time.

К предлагаемой гравитационной тепловой трубе наиболее близка биметаллическая конструкция, известная из книги [5], в которой стальной цилиндрический корпус в зоне конденсации имеет оребрение из алюминиевого сплава.The bimetallic structure known from the book [5], in which the steel cylindrical body in the condensation zone has aluminum alloy fins, is closest to the proposed gravitational heat pipe.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение теплопередающей способности гравитационной тепловой трубы за счет одновременного преодоления всех названных факторов, снижающих эффективность теплоотдачи в зоне конденсации через оребренный радиатор, а именно на устранение блокирования верхней части зоны конденсации и на уменьшение теплового сопротивления между стальным корпусом трубы и оребренным радиатором, а также на ослабление роста влияния этих факторов со временем.The present invention is aimed at increasing the heat transfer capacity of a gravitational heat pipe by simultaneously overcoming all of the above factors that reduce the heat transfer efficiency in the condensation zone through a finned radiator, namely, to eliminate blocking of the upper part of the condensation zone and to reduce thermal resistance between the steel pipe body and the finned radiator, as well as weakening the growth of the influence of these factors over time.

Ниже при раскрытии частных случаев выполнения предлагаемой гравитационной тепловой трубы могут быть названы и другие виды технического результата, в конечном счете связанные с повышением теплопередающей способности тепловой трубы и ее долговечности при сохранении показателей качества функционирования.Below, when revealing particular cases of the implementation of the proposed gravitational heat pipe, other types of technical result can be mentioned, which are ultimately associated with an increase in the heat transfer ability of the heat pipe and its durability while maintaining performance indicators.

Предлагаемая гравитационная тепловая труба, как и указанная наиболее близкая к ней известная труба [5], имеет герметичный корпус с зонами испарения, транспортной зоной и зоной конденсации, выполненный с возможностью заправки жидким теплоносителем и изготовленный в виде заглушенной сверху и снизу стальной цилиндрической трубы, которая в зоне конденсации заключена в оребренную трубу из алюминиевого сплава.The proposed gravitational heat pipe, like the specified closest known pipe [5], has a sealed housing with evaporation zones, a transport zone and a condensation zone, made with the possibility of filling with a liquid coolant and made in the form of a steel cylindrical pipe that is muffled from above and below, which in the condensation zone it is enclosed in a finned tube made of aluminum alloy.

Для достижения названного выше технического результата в предлагаемой гравитационной тепловой трубе в отличие от наиболее близкой к ней известной трубы указанная стальная цилиндрическая труба имеет полученный горячим цинкованием слой покрытия на всей ее внутренней и всей наружной поверхности. При этом она плотно контактирует через указанный слой своей наружной поверхностью в зоне конденсации с внутренней поверхностью указанной оребренной трубы из алюминиевого сплава.To achieve the above technical result in the proposed gravitational heat pipe, in contrast to the closest known pipe, said steel cylindrical pipe has a coating layer obtained by hot-dip galvanizing on its entire inner and outer surface. Moreover, it tightly contacts through the specified layer with its outer surface in the condensation zone with the inner surface of the specified finned aluminum alloy pipe.

Благодаря наличию полученного горячим цинкованием слоя цинкового покрытия на внутренней поверхности стальной цилиндрической трубы предотвращается десорбция неконденсирующихся газов во внутреннее пространство корпуса гравитационной тепловой трубы в процессе ее эксплуатации. В результате количество этих газов ограничено тем, которое имело место в результате вакуумирования перед заправкой трубы теплоносителем и остается стабильным во времени.Due to the presence of a zinc coating layer obtained by hot galvanizing on the inner surface of a steel cylindrical pipe, the desorption of non-condensable gases into the inner space of the body of the gravitational heat pipe is prevented during its operation. As a result, the amount of these gases is limited to that which occurred as a result of evacuation before filling the pipe with coolant and remains stable over time.

Благодаря наличию полученного горячим цинкованием слоя цинкового покрытия на наружной поверхности стальной цилиндрической трубы обеспечивается отсутствие пустот между этой поверхностью и внутренней поверхностью алюминиевой оребренной трубы, образование которых, возможное в процессе накатки при изготовлении гравитационной тепловой трубы, могло бы приводить к увеличению контактного теплового сопротивления между стальным цилиндрическим корпусом и алюминиевой оребренной трубой. Одновременно наличие указанного слоя уменьшает контактный электрический потенциал (так как контактная пара "сталь-алюминий" заменяется парой "сталь-цинк") и тем самым способствует подавлению электрохимической коррозии в предлагаемой конструкции, а благодаря уменьшению коррозии предотвращает изменение упомянутого контактного теплового сопротивления во времени, а именно увеличение его в процессе эксплуатации трубы.Due to the presence of the zinc coating layer obtained by hot-dip galvanizing on the outer surface of the steel cylindrical pipe, there is no void between this surface and the inner surface of the aluminum finned tube, the formation of which, possible during knurling during the manufacture of the gravitational heat pipe, could lead to an increase in contact thermal resistance between the steel cylindrical body and aluminum finned tube. At the same time, the presence of this layer reduces the contact electric potential (since the steel-aluminum contact pair is replaced by the steel-zinc pair) and thereby contributes to the suppression of electrochemical corrosion in the proposed design, and due to the reduction of corrosion, prevents the said contact thermal resistance from changing over time, namely, its increase during operation of the pipe.

Следует обратить внимание на то, что описанный выше механизм действия указанного полученного горячим цинкованием слоя на обеих поверхностях стальной цилиндрической трубы заключается не в традиционной защите от коррозии, поскольку условия изготовления и хранения заготовки цилиндрического корпуса гравитационной тепловой трубы таковы, что ее поверхность перед цинкованием уже корродирована.It should be noted that the above-described mechanism of action of the specified hot-dip galvanized layer on both surfaces of a steel cylindrical pipe does not consist in traditional corrosion protection, since the conditions for the manufacture and storage of a workpiece of a cylindrical body of a gravitational heat pipe are such that its surface is already corroded before galvanizing .

Реализуемая традиционным путем защита от дальнейшего корродирования всей поверхности цилиндрического корпуса гравитационной тепловой трубы, в том числе находящейся в более неблагоприятных условиях внешней поверхности, является косвенным следствием описанных мер, принятых для повышения теплопередающих свойств гравитационной тепловой трубы за счет повышения эффективности функционирования ее конденсатора.The protection implemented by the traditional method against further corrosion of the entire surface of the cylindrical body of the gravitational heat pipe, including the outer surface located in more unfavorable conditions, is an indirect consequence of the described measures taken to increase the heat transfer properties of the gravitational heat pipe by increasing the efficiency of its condenser.

Следует отметить также, что все названные эффекты при осуществлении изобретения с реализацией признака, характеризующего наличие слоя цинкового покрытия, полученного горячим цинкованием, неотделимы друг от друга и проявляются совместно. Более того, реализация какого-либо из этих эффектов в отдельности без одновременного получения других потребовала бы весьма серьезных дополнительных затрат и преодоления специфических трудностей технологического характера. Это объясняется тем, что горячее цинкование всей трубы (ее внутренней и наружной поверхностей) осуществляется технологически проще, чем цинкование только одной из этих поверхностей, и тем более проще, чем цинкование только части наружной поверхности, относящейся к зоне конденсации. Но особенно трудно было бы осуществить цинкование только внутренней поверхности.It should also be noted that all these effects in the implementation of the invention with the implementation of the characteristic characterizing the presence of a layer of zinc coating obtained by hot galvanizing, are inseparable from each other and appear together. Moreover, the implementation of any of these effects separately without the simultaneous receipt of others would require very serious additional costs and overcome specific technological difficulties. This is because hot dip galvanizing of the entire pipe (its inner and outer surfaces) is technologically simpler than galvanizing only one of these surfaces, and even more easier than galvanizing only part of the outer surface related to the condensation zone. But it would be especially difficult to galvanize only the inner surface.

Вместе с тем наличие слоя цинкового покрытия, полученного горячим цинкованием, обеспечивает не только общеизвестную защиту от коррозии как таковой (которая внутри трубы не столь интенсивна, как снаружи), но и ослабление действия неизвестных ранее и обнаруженных авторами механизмов снижения теплопередающей способности, специфичных для гравитационных тепловых труб, в том числе проявляющихся в специфичных для них суровых условиях эксплуатации.At the same time, the presence of a zinc coating layer obtained by hot-dip galvanizing provides not only well-known corrosion protection per se (which is not so intense inside the pipe as outside), but also weakening the previously unknown and discovered by the authors mechanisms for reducing the heat transfer ability specific to gravitational heat pipes, including those manifested in harsh operating conditions specific to them.

Предлагаемая гравитационная тепловая труба иллюстрируется чертежами, на которых схематически показаны:The proposed gravitational heat pipe is illustrated by drawings, which schematically show:

- на фиг. 1 - гравитационная тепловая труба, установленная в охлаждаемом ею грунте;- in FIG. 1 - gravitational heat pipe installed in the soil cooled by it;

- на фиг. 2 - зона конденсации в увеличенном масштабе при наличии полученного горячим цинкованием слоя покрытия наружной и внутренней поверхностей стальной цилиндрической трубы корпуса и в еще более крупном масштабе - фрагмент оцинкованной внутри и снаружи стальной цилиндрической трубы корпуса с алюминиевым оребрением.- in FIG. 2 - condensation zone on an enlarged scale in the presence of a coating layer obtained by hot-dip galvanizing of the outer and inner surfaces of the steel cylindrical pipe of the casing and on an even larger scale - a fragment of galvanized steel cylindrical pipe of the casing with aluminum fins.

Гравитационная тепловая труба (фиг. 1) имеет герметичный корпус с зонами испарения 2, транспортной зоной 3 и зоной 4 конденсации. Корпус выполнен с возможностью заправки жидким теплоносителем через не показанный на чертеже штуцер с адаптером и изготовлен в виде стальной цилиндрической трубы 1, заглушенной сверху и снизу. В зоне 4 конденсации стальная цилиндрическая труба 1 заключена в трубу 5 из алюминиевого сплава, имеющую оребрение 6, выполняющее вместе с самой алюминиевой трубой и частью трубы 1 в зоне конденсации роль радиатора. В качестве алюминиевого сплава могут быть использованы, например, сплавы АД-0, АД-1. Стальная цилиндрическая труба 1 контактирует своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью алюминиевой трубы 5 через неразличимый в масштабе чертежа фиг. 1 слой покрытия, полученного горячим цинкованием. В качестве материала для изготовления цилиндрической трубы 1 может быть использована, например, сталь марки Ст. 20, которая образует лучшие пары с указанными алюминиевыми сплавами.Gravity heat pipe (Fig. 1) has a sealed enclosure with evaporation zones 2, transport zone 3 and condensation zone 4. The housing is made with the possibility of filling with a coolant fluid through a fitting with an adapter not shown in the drawing and is made in the form of a steel cylindrical pipe 1 plugged from above and below. In the condensation zone 4, a steel cylindrical pipe 1 is enclosed in an aluminum alloy pipe 5 having a fin 6, which, together with the aluminum pipe itself and part of the pipe 1, acts as a radiator in the condensation zone. As the aluminum alloy can be used, for example, alloys AD-0, AD-1. The steel cylindrical pipe 1 contacts its outer surface with the inner surface of the aluminum pipe 5 through the indistinguishable drawing scale of FIG. 1 coat of hot dip galvanized coating. As a material for the manufacture of a cylindrical pipe 1 can be used, for example, steel grade St. 20, which forms the best pairs with the specified aluminum alloys.

Полученный горячим цинкованием слой покрытия поверхности стальной цилиндрической трубы 1 имеется на всей ее наружной и всей внутренней поверхности во всех трех зонах 2-4. Упомянутый слой (позиции 11 и 13) показан на фиг. 2, представляющей изображение только транспортной зоны 4. Как и на фиг. 1, позицией 5 на фиг. 2 показана труба из алюминиевого сплава, а позицией 6 - оребрение этой трубы. В нижней части фиг. 2 в увеличенном масштабе показан фрагмент 100 верхней части этой фигуры. Этот фрагмент охватывает часть стенки стальной цилиндрической трубы 1, часть слоя 11 полученного горячим цинкованием покрытия на наружной поверхности трубы 1, часть слоя 13 полученного горячим цинкованием покрытия на внутренней поверхности трубы 1 и часть трубы 5 из алюминиевого сплава с ребрами 6. Можно видеть, что в показанном на чертеже случае в отдельных местах (позиция 12) деформированная поверхность трубы 5 может контактировать непосредственно с поверхностью стальной цилиндрической трубы 1, а в других местах - через материал цинкового покрытия 11. При отсутствии такого покрытия позиции 11 в нижней части фиг. 2 и другим аналогичным ей элементам чертежа соответствовали бы пустоты, увеличивающие контактное тепловое сопротивление.Obtained by hot galvanizing, the coating layer of the surface of the steel cylindrical pipe 1 is present on its entire outer and inner surface in all three zones 2-4. Said layer (keys 11 and 13) is shown in FIG. 2, representing an image of only the transport zone 4. As in FIG. 1 at 5 in FIG. Figure 2 shows an aluminum alloy pipe, and position 6 shows the finning of this pipe. At the bottom of FIG. 2 shows, on an enlarged scale, a fragment 100 of the upper part of this figure. This fragment covers part of the wall of the steel cylindrical pipe 1, part of the layer 11 obtained by hot-dip galvanizing the coating on the outer surface of the pipe 1, part of the layer 13 obtained by hot-galvanized coating on the inner surface of the pipe 1 and part of the pipe 5 is made of aluminum alloy with ribs 6. It can be seen that in the case shown in the drawing, in separate places (position 12), the deformed surface of the pipe 5 can contact directly with the surface of the steel cylindrical pipe 1, and in other places through the zinc material roof 11. In the absence of such a coating, position 11 at the bottom of FIG. 2 and other similar drawing elements would correspond to voids that increase contact thermal resistance.

При изготовлении предлагаемой гравитационной трубы стальную цилиндрическую трубу 1 подвергают горячему цинкованию путем погружения в ванну расплавленного цинка. Толщина покрытия составляет 80÷150 мкм. После этого на оцинкованную стальную трубу надевают алюминиевую трубу 5 требуемой длины и раскатывают роликами для образования биметаллического конденсатора с радиатором.In the manufacture of the proposed gravity pipe, the cylindrical steel pipe 1 is subjected to hot galvanizing by immersion of molten zinc in a bath. The coating thickness is 80 ÷ 150 microns. After that, an aluminum pipe 5 of the required length is put on a galvanized steel pipe and rolled out with rollers to form a bimetallic capacitor with a radiator.

Как видно из приведенного выше краткого описания процесса получения цинкового покрытия, наиболее технологичен вариант конструкции, предусматривающий наличие полученного горячим цинкованием покрытия стальной цилиндрической трубы 1 одновременно на протяжении всех трех зон и с обеих сторон на наружной и внутренней поверхностях. Такое покрытие получить проще, чем только для части трубы, соответствующей зоне конденсации, или только для ее наружной поверхности; тем более сложно получить покрытие только внутренней поверхности.As can be seen from the above brief description of the process of obtaining a zinc coating, the most technologically advanced version of the design, providing for the presence of hot-dip galvanized coating of a steel cylindrical pipe 1 simultaneously over all three zones and on both sides on the outer and inner surfaces. Such a coating is easier to obtain than just for the part of the pipe corresponding to the condensation zone, or only for its outer surface; it is all the more difficult to obtain a coating of only the inner surface.

Наличие слоя цинкового покрытия на внутренней поверхности трубы предотвращает десорбцию в рабочее пространство труб легких неконденсирующихся газов, скопление которых в верхней части указанного пространства могло бы сделать невозможным контакт испарившегося теплоносителя со стенкой трубы 1 в зоне 4 конденсации и тем самым блокировать передачу тепла от теплоносителя к верхней части оребренного радиатора.The presence of a layer of zinc coating on the inner surface of the pipe prevents desorption into the working space of the pipes of light non-condensable gases, the accumulation of which in the upper part of this space could make it impossible for the evaporated coolant to contact the pipe wall 1 in the condensation zone 4 and thereby block the transfer of heat from the coolant to the top parts of a finned radiator.

Благодаря наличию покрытия из цинка на части наружной поверхности стальной цилиндрической трубы 1, соответствующей зоне 4 конденсации, в этой зоне обеспечивается хороший тепловой контакт указанной поверхности с внутренней поверхностью трубы 5, изготовленной из алюминиевого сплава. Это объясняется тем, что в процессе обжатия при изготовлении радиатора гравитационной тепловой трубы материал цинкового покрытия заполняет мелкие углубления, присутствующие на стальной заготовке цилиндрической трубы 1, и ликвидируются пустоты между указанными поверхностями, которые могли бы увеличивать тепловое сопротивление (см. выше текст, относящийся к позициям 11 и 13 на нижней части фиг. 2). Одновременно изменяются электрохимические свойства взаимодействия контактирующих друг с другом металлов. Следствием этого является уменьшение интенсивности коррозии стальной цилиндрической трубы 1 и предотвращается возникновение в процессе эксплуатации гравитационной тепловой трубы обычно порождаемых коррозией пустот между контактирующими поверхностями, которые могли бы увеличивать контактное тепловое сопротивление. В результате теплопередающие свойства гравитационной тепловой трубы становятся более стабильными во времени, что является особенно существенным при эксплуатации в суровых условиях окружающей среды, особенно для труб, погружаемых в грунт для защиты железнодорожных насыпей, фундаментов сооружений, опор линий электропередачи и т.п.Due to the presence of a zinc coating on a part of the outer surface of the steel cylindrical pipe 1 corresponding to the condensation zone 4, good thermal contact of this surface with the inner surface of the pipe 5 made of aluminum alloy is ensured in this zone. This is due to the fact that during the compression process during the manufacture of the radiator of the gravitational heat pipe, the zinc coating material fills the shallow cavities present on the steel billet of the cylindrical pipe 1 and voids between these surfaces are eliminated, which could increase the thermal resistance (see the text related to positions 11 and 13 on the lower part of Fig. 2). At the same time, the electrochemical properties of the interaction of metals in contact with each other change. The consequence of this is a decrease in the intensity of corrosion of the steel cylindrical pipe 1 and the occurrence during operation of the gravitational heat pipe, which is usually generated by corrosion of voids between the contacting surfaces, which could increase the contact thermal resistance, is prevented. As a result, the heat transfer properties of the gravitational heat pipe become more stable over time, which is especially important when operating in harsh environmental conditions, especially for pipes immersed in the ground to protect railway embankments, foundations of structures, power transmission towers, etc.

Следует заметить, что известны некоторые технические приемы, относящиеся к радиаторам теплотехнических устройств, использование которых применительно к радиатору гравитационной тепловой трубы могло бы способствовать повышению ее теплопередающей способности. В частности, в патенте РФ №2450880, опубл. 20.05.2012 [6], предлагается изменение технологии прокатки с применением специализированного оборудования, обеспечивающее, в конечном счете, более плотное контактирование поверхностей стальной и алюминиевой труб. Однако данный путь, связанный с усложнением технологического процесса изготовления оребренной зоны конденсации, не устраняет уже отмечавшийся недостаток традиционной биметаллической конструкции, связанный с электрохимической коррозией в контактной паре "сталь-алюминий". В авторском свидетельстве СССР №434252, опубл. 30.06.1974 [7], предлагается конструкция радиатора со свинцовой вставкой между стальной и алюминиевой трубами, а в авторском свидетельстве СССР №460918, опубл. 25.02.19751974 [8], - плакирование стальной трубы перед надеванием на нее алюминиевой трубы свинцом, оловом или цинком. Названные технические решения [6] - [8], будучи более сложными в реализации, вместе с тем направлены лишь на частичное решение задачи повышения теплопередающей способности трубы - путем улучшения теплового контакта стальной трубы с алюминиевым радиатором. Однако они не затрагивают специфичной именно для гравитационных тепловых труб задачи предотвращения явления блокирования зоны конденсации неконденсирующимися газами. Предлагаемое изобретение решает и эту задачу, т.е. является комплексным решением.It should be noted that some technical techniques are known that relate to radiators of heat engineering devices, the use of which as applied to the radiator of a gravitational heat pipe could help increase its heat transfer ability. In particular, in the patent of the Russian Federation No. 2450880, publ. 05/20/2012 [6], it is proposed to change the rolling technology with the use of specialized equipment, providing, ultimately, a more tight contact of the surfaces of steel and aluminum pipes. However, this way, associated with the complication of the technological process for manufacturing the finned condensation zone, does not eliminate the already noted drawback of the traditional bimetallic design associated with electrochemical corrosion in the steel-aluminum contact pair. In the author's certificate of the USSR No. 434252, publ. 06/30/1974 [7], a radiator design with a lead insert between steel and aluminum pipes is proposed, and in USSR author's certificate No. 460918, publ. 02/25/19751974 [8], - cladding of a steel pipe before putting aluminum, lead, tin or zinc on it. The mentioned technical solutions [6] - [8], being more difficult to implement, are at the same time aimed only at a partial solution to the problem of increasing the heat transfer capacity of the pipe - by improving the thermal contact of the steel pipe with an aluminum radiator. However, they do not affect the specific task of gravitational heat pipes to prevent the phenomenon of blocking the condensation zone by non-condensing gases. The present invention solves this problem, i.e. is a complete solution.

С точки зрения принципа действия предлагаемая гравитационная тепловая труба не отличается от наиболее близкой к ней известной трубы [5]. При использовании для охлаждения грунта корпус трубы устанавливают так, чтобы транспортная зона 3 находилась над поверхностью грунта 10 (фиг. 1). Корпус трубы заправляют жидким теплоносителем. Объем заправки определяют так, чтобы не допустить пересыхания потока 7 конденсата, капли 8 которого движутся по стенке стальной цилиндрической трубы 1 в нижнюю часть, где всегда должен быть небольшой избыток 9 конденсата. Возврат конденсата из зоны 4 конденсации, где происходит отвод тепла Q, в зону 2 испарения, где происходит подвод тепла Q к трубе, происходит через транспортную зону 3 под действием силы тяжести во встречном потоке пара. При этом поток конденсата занимает небольшую часть поперечного сечения стальной цилиндрической трубы 1 корпуса гравитационной тепловой трубы. Поэтому поток пара практически беспрепятственно проходит из зоны 2 испарения в зону 4 конденсации через транспортную зону 3.From the point of view of the principle of action, the proposed gravitational heat pipe does not differ from the closest known pipe to it [5]. When used for cooling the soil, the pipe body is installed so that the transport zone 3 is above the surface of the soil 10 (Fig. 1). The pipe body is filled with liquid coolant. The volume of filling is determined so as to prevent the condensate stream 7 from drying out, droplets 8 of which move along the wall of the steel cylindrical pipe 1 to the lower part, where there should always be a slight excess of condensate 9. The return of condensate from the condensation zone 4, where the heat Q is removed, to the evaporation zone 2, where the heat Q is supplied to the pipe, occurs through the transport zone 3 under the action of gravity in the oncoming steam flow. In this case, the condensate stream occupies a small part of the cross section of the steel cylindrical pipe 1 of the body of the gravitational heat pipe. Therefore, the steam flow passes almost unhindered from the evaporation zone 2 to the condensation zone 4 through the transport zone 3.

Такая гидродинамическая картина определяет как малую инерционность процесса замораживания грунта, так и легкий (по требуемому перепаду температур) запуск гравитационной тепловой трубы в работу.Such a hydrodynamic picture determines both the low inertia of the soil freezing process and the easy (according to the required temperature difference) start-up of the gravitational heat pipe.

Циркулирующий парожидкостный поток теплоносителя переносит теплоту от грунта 10 в зону 4 конденсации, где через ребра 6 радиатора она передается конвекцией окружающему воздуху и излучением - в окружающее пространство. В ходе описанного процесса грунт вокруг зоны подвода тепла охладителя замораживается.The circulating vapor-liquid coolant flow transfers heat from the soil 10 to the condensation zone 4, where it is transmitted by convection to the surrounding air and radiation to the surrounding space through the fins 6 of the radiator. During the described process, the soil around the heat supply zone of the cooler is frozen.

Источники информацииInformation sources

1. Политехнический словарь. М.: "Советская энциклопедия", 1989, с. 524.1. Polytechnical dictionary. M .: "Soviet Encyclopedia", 1989, p. 524.

2. Патент РФ №2349852, опубл. 20.03.2009.2. RF patent No. 2349852, publ. 03/20/2009.

3. Патент РФ №2384672, опубл. 20.03.2010.3. RF patent No. 2384672, publ. 03/20/2010.

4. Патент РФ №2384671, опубл. 20.03.2010.4. RF patent No. 2384671, publ. 03/20/2010.

5. А. Абросимов, С. Залетаев. Охладители грунта. Конструкции и методы расчета. Изд. Palmarium Academic Publishing, 2012, с. 20, 44.5. A. Abrosimov, S. Zaletaev. Soil coolers. Designs and calculation methods. Ed. Palmarium Academic Publishing, 2012, p. 20, 44.

6. Патент РФ №2450880, опубл. 20.05.2012.6. RF patent No. 2450880, publ. 05/20/2012.

7. Авторское свидетельство СССР №434252, опубл. 30.06.1974.7. Copyright certificate of the USSR No. 434252, publ. 06/30/1974.

8. Авторское свидетельство СССР №460918, опубл. 25.02.1975.8. Copyright certificate of the USSR No. 460918, publ. 02/25/1975.

Claims (1)

Гравитационная тепловая труба, имеющая герметичный корпус с зонами испарения, транспортной зоной и зоной конденсации, выполненный с возможностью заправки жидким теплоносителем и изготовленный в виде заглушенной сверху и снизу стальной цилиндрической трубы, которая в зоне конденсации заключена в оребренную трубу из алюминиевого сплава, отличающаяся тем, что указанная стальная цилиндрическая труба имеет полученный горячим цинкованием слой покрытия на всей ее внутренней и всей наружной поверхности, через который последняя в зоне конденсации плотно контактирует с внутренней поверхностью указанной оребренной трубы из алюминиевого сплава. Gravity heat pipe having a sealed housing with evaporation zones, a transport zone and a condensation zone, made with the possibility of filling with a heat-transfer fluid and made in the form of a steel cylindrical pipe muffled from above and below, which is enclosed in an aluminum alloy finned tube in the condensation zone, characterized in that said steel cylindrical pipe has a coating layer obtained by hot-dip galvanizing on its entire inner and entire outer surface, through which the latter in the conde zone sation in close contact with the inner surface of said finned tube of aluminum alloy.
RU2015113499/06A 2015-04-14 2015-04-14 Bimetallic gravitational heat pipe RU2577502C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015113499/06A RU2577502C1 (en) 2015-04-14 2015-04-14 Bimetallic gravitational heat pipe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015113499/06A RU2577502C1 (en) 2015-04-14 2015-04-14 Bimetallic gravitational heat pipe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2577502C1 true RU2577502C1 (en) 2016-03-20

Family

ID=55647855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015113499/06A RU2577502C1 (en) 2015-04-14 2015-04-14 Bimetallic gravitational heat pipe

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2577502C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1204914A1 (en) * 1984-05-04 1986-01-15 Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. Gravity heat pipe
US6234210B1 (en) * 1999-02-05 2001-05-22 Hudson Products Corporation Elliptical heat pipe with carbon steel fins and bonded with zinc galvanizing
RU2385365C2 (en) * 2004-07-23 2010-03-27 Норск Хюдро Аса Method and facility for heat recovery
RU108581U1 (en) * 2011-02-25 2011-09-20 Александр Иванович Абросимов GRAVITATIONAL HEAT PIPE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1204914A1 (en) * 1984-05-04 1986-01-15 Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. Gravity heat pipe
US6234210B1 (en) * 1999-02-05 2001-05-22 Hudson Products Corporation Elliptical heat pipe with carbon steel fins and bonded with zinc galvanizing
RU2385365C2 (en) * 2004-07-23 2010-03-27 Норск Хюдро Аса Method and facility for heat recovery
RU108581U1 (en) * 2011-02-25 2011-09-20 Александр Иванович Абросимов GRAVITATIONAL HEAT PIPE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Experimental study of falling film evaporation heat transfer on superhydrophilic horizontal-tubes at low spray density
Xu et al. Pool boiling heat transfer on open-celled metallic foam sintered surface under saturation condition
US8162039B2 (en) Finned tube for condensation and evaporation
JP2010527432A (en) Loop heat pipe device
Kim et al. Effects of hydrophilic surface treatment on evaporation heat transfer at the outside wall of horizontal tubes
US20080236803A1 (en) Finned tube with indentations
Ho et al. Filmwise condensation of steam on sinusoidal pin fin arrays: Effects of fin height and fin pitch
CN107614997A (en) Condenser-reboiler pipe
Penley et al. Correlation of subatmospheric pressure, saturated, pool boiling of water on a structured-porous surface
Ho et al. Filmwise condensation of steam on vertical plates with novel pin fin arrays produced by selective laser melting
Pecherkin et al. Experimental study of heat transfer enhancement in a falling film of R21 on an array of horizontal tubes with MAO coating
RU2577502C1 (en) Bimetallic gravitational heat pipe
US9038710B2 (en) Finned tube for evaporation and condensation
Franco et al. Heat transfer enhancement in pool boiling of a refrigerant fluid with wire nets structures
Li Design and preliminary experiments of a novel heat pipe using a spiral coil as capillary wick
CN103884218A (en) Eccentric type radial heat exchange pipe
WO2016119364A1 (en) Tube-and-plate type compound heat exchange sheet and manufacturing method therefor
RU168171U1 (en) DEVICE FOR COOLING SOIL WITH LOCAL THERMAL STABILIZATION AREA
Wang et al. A laboratory scale heat pipe condenser with sweating boosted air cooling
Chen et al. Precision determination of film condensation row effect of R134a condensation on an array of horizontal plain tubes
Chang Effects of nozzle configuration on a shell-and-tube spray evaporator with liquid catcher
CN203869563U (en) Eccentric radial heat exchange tube
Gao et al. Nucleate pool-boiling enhancement outside a horizontal bank of twisted tubes with machined porous surface
Fernández-Seara et al. Experimental analysis of ammonia condensation on smooth and integral-fin titanium tubes
Cao et al. Dropwise condensation on carbon steel surface

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190415