ТЕРМОСИФОН С КЛАПАНОМ

Полезная модель термосифона с клапаном представляет собой круглую или профильную трубу, изготовленную из металла или другого прочного материала с хорошей теплопроводностью и герметично закупоренными краями. Благодаря кипению с одной из сторон корпуса термосифона легкокипящих жидкостей с образованием пара, быстро распространяющегося по объему, полезная модель может быть использована для различных систем быстрого отопления или быстрого отвода избыточного тепла. Термосифон может иметь разную длину и форму, в зависимости от требуемой геометрии помещений, в которой он будет использоваться. Термосифон с клапаном изготавливается из полой трубы произвольного сечения путем вставления заглушек с обеих сторон трубы и их последующего герметичного соединения по периметру, для обеспечения герметичности изделия. Заглушка с одной стороны представляет собой простую пластинку, которая приваривается, припаивается или вклеивается по периметру к краю трубы. Заглушка с другой стороны имеет более сложную конструкцию, содержащую клапан для заливки вещества-агента, переносящей тепло и последующей герметизации. Полезная модель позволяет повышать эффективность передачи тепла в термосифоне от нагреваемой части к охлаждаемому участку, путем снижения температуры кипения, а, следовательно, и интенсификации теплопередачи в процессе испарения-конденсации, при поддержании долговременной высокой герметичности, благодаря надежной системе со специальным клапаном.
Полезная модель относится к теплообменным аппаратам с кипящим слоем (F28D 13/00), предназначена для теплопередачи, и является средством очень быстрой передачи тепловой энергии, например для эффективного и экономичного отопления бытовых или производственных помещений. Существующие подогревательные устройства, использующие стандартные электрические или водяные схемы, не являются достаточно эффективными и надежными, что приводит к значительному (до 2-4 раз) перерасходу энергии и частому выходу из строя нагревательных элементов, приводящему к частому, дорогостоящему ремонту всей отопительной системы.
Известно множество типов термосифонов и тепловых труб, однако практически все они для эффективной работы требуют предварительной откачки воздуха с помощью сложной и дорогостоящей герметичной оснастки и поддержания высокой герметичности, что приводит к снижению надежности устройств и их высокой стоимости [Справочник по теплообменникам. М., Энергоатомиздат, 1987, Дан П., Рей Д. Тепловые трубы. М., Энергия, 1979, 272 с., Пиоро И.Л., Антоненко В.А., Пиоро Л.С. Эффективные теплообменники с двухфазными термосифонами. Киев. Наукова думка, 1991, 246 с.]. Наличие даже небольшого количества воздуха внутри термосифона приводит к резкому снижению коэффициента теплопередачи в процессе испарении-конденсации рабочей жидкости.
Значительный интерес представляют устройства термосифонов, которые обеспечивали бы надежную и эффективную теплопередачу и были готовы к очень длительному использованию.
Известно устройство, в котором используют специальную пластину для образования паровой полости в зоне конденсации, что позволяет исключить влияние проникающего извне воздуха [а.с. №1764199, 1990.03.16, 5 H05K 7/20]. Однако предложенная конструкция не предотвращает влияние газов, растворенных в самой жидкости, и имеет ряд конструктивных ограничений.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство с клапаном для сбрасывания части воздуха наружу [патент РФ №2373473 C1, 2006.01, МПК F28D 15/02]. Недостатком данного устройства является сложность конструкции, что значительно ухудшает возможности широкого бытового и промышленного применения.
В основу настоящей полезной модели термосифона положено решение задачи построения термосифона простой и надежной конструкции с клапаном для надежной герметичности. Решением задачи является создание надежного, эффективного, ремонтопригодного, и недорогого изделия для широкого промышленного и бытового применения.
При изготовлении термосифонов сложностью является герметизация для сохранения постоянства внутреннего давления.
Проблема герметизации решается данной полезной моделью путем введения в конструкцию термосифона специального герметизирующего клапана многократного использования.
Задача решается тем, что в известном устройстве термосифона, содержащем корпус, рабочий объем нижней камеры, которого заполнен жидкостью, с паропроводом для транспортировки пара, парогенератор в нижней камере и конденсатор в верхней камере, конденсатором является охлаждаемая поверхность верхней камеры термосифона, для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне, при этом в верхней камере установлен клапан.
Термосифон без клапана может нормально работать только в том случае, если из системы с помощью специальной оснастки вакуумным насосом откачан воздух и жидкость тщательно дегазирована, и термосифон тщательно герметизирован вакуумной смазкой всех швов. В противном случае наличие примеси инородного газа резко снижает интенсивность процесса конденсации и в результате не обеспечивается передача необходимого потока тепла. Использование клапана, расположенного в верхней части, позволяет при достижении определенного давления газов внутри термосифона выбрасывать находящийся в камере воздух в атмосферу, что приводит к улучшению характеристик термосифона и снижению давления в системе.
Полезная модель состоит из корпуса 1, имеющего форму полого вертикального тела, выполненого из материала с хорошей теплопроводимостью (медь, латунь, нержавеющая сталь, …) с герметично соединенной заглушкой-донышком 2. Верхняя часть гермитично закрыта заглушкой 3 с двойным отверстием, в котором больший диаметр 5 с резьбой 7 переходит меньший диаметр 6. В верхнюю заглушку 3 вкручивается двойной цилиндр 4 с резьбой 10 на большем диаметре 8, переходящий в цилиндрическую часть меньшего диаметра 9, из которой выходит под углом отверстие 12, соединенное с отверстием 11, ведущим наружу клапана из верхней плоской части цилиндра. Отверстие 12 и отверстие 11, расположенные под углом 90 градусов, являются клапаном.
Перенос тепла корпуса осуществляется под действием температуры, на зону испарения, расположенную со стороны подключения подающего теплопровода, легкокипящая жидкость быстро нагревается и образует пар. Этот пар, достигая зоны конденсации, расположенной противоположной холодной стороне корпуса, конденсируется и обратно стекает в зону испарения.
Осуществление полезной модели.
Работоспособность полезной модели настраивается следующим образом.
На Фиг.1 показано устройство заполненное легкокипящей жидкостью. В начальный момент нижняя часть термосифона заполнена жидкостью. Уровень заливки определяют из расчета, что при работе термосифона ее количество будет достаточным для создания кипящего слоя, пара, передающего тепло в верхнюю часть и конденсата, стекающего вниз, для поддержания достаточного кипящего слоя жидкости.
Подготовка к работе термосифона обеспечивается следующим образом. При включении нагрева нижней части происходит нагрев легкокипящей жидкости. При кипении жидкости ее пар заполняет внутреннюю полость, вытесняя воздух вверх. Большая часть воздуха скапливается в верхней части термосифона, посколько воздух представляет собой смесь из 21% кислорода, 78% азота, 0,9% аргона, и 0,03% углекислоты, молекулы которых легче более сложных и тяжелых молекул пара, используемой легкокипащей органической жидкости. Процесс сопровождается повышением давления в системе. При открывании и последующем закрывании клапана давление паров жидкости вытесняет воздух, в результате чего объем воздуха, изначально содержащийся в термосифоне, уменьшается.
В результате вытеснения воздуха из внутренней части термосифона общее парциальное давление в системе снижается, а интенсивность процесса кипения-конденсации при этом увеличивается.
Использование предложений полезной модели позволяет существенно повысить эффективность передачи тепла в термосифоне от нагреваемой части к охлаждаемому участку.
Расчеты и эксперементальные исследования показали, что рассмотренная конструкция термосифона при соединении их в контуры обеспечивает быстрое и эффективное распределения тепла мощностью от 5кВт до 30 кВт при длине термосифона от 500 мм до 2500 мм и внешнем диаметре 1бмм с использованием в качестве рабочей легкокипящей органической жидкости.
На рисунке простая заглушка изображена снизу трубы термосифона, заглушка с клапаном изображена в верхней части рисунка.
На Фиг.2 изображена конструкция заглушки 3 со специальным клапаном. Клапан состоит из заглушки 3 с двойным отверстием, в котором больший диаметр 5 с резьбой 7 переходит в меньший диаметр 6. В верхнюю заглушку 3 вкручивается двойной цилиндр 4 с резьбой 10 на большем диаметре 8, переходящий в цилиндрическую часть меньшего диаметра 9 из которого выходит под углом 90 градусов отверстие 12, соединенное с отверстием 11. Отверстие 11 и отверстие 12 являются клапаном. При завинчивании клапан надежно герметизируется нижней гранью цилиндра. Преимуществом конструкции является высокая надежность и возможность многократной герметизации и открытия-закрытия клапана в случае необходимости ремонта термосифона.
Термосифон может быть использован для быстрой и эффективной передачи тепловой энергии при отоплении полов, стен, потолков.
Термосифон с клапаном отличается тем, что изготавливается из полой трубы произвольного сечения путем установки с обеих сторон трубы герметичных заглушек.
Заглушка с одной стороны представляет собой пластинку, которая приваривается, припаивается или вклеивается по периметру с одного края трубы.
Заглушка с другой стороны имеет более сложную конструкцию, содержащую клапан для заливки вещества-агента, переносящего тепло и последующей герметизации. Заглушка вставляется в трубу термосифона и приваривается, либо припаивается, либо вклеивается по периметру трубы. Эта вторая заглушка по форме совпадает с профилем трубы и плотно вставляется внутрь основной трубы.
Вторая заглушка имеет отверстия разного диаметра. Одно отверстие имеет меньший диаметр, другое отверстие имеет больший диаметр. Отверстия соединены одно с другим, образуя ступенчатое сквозное отверстие в заглушке. В отверстии большого диаметра нарезана резьба, в которую вкручен цилиндр-клапан. Цилиндр-клапан имеет специальное отверстие и боковую проточку и может быть изготовлен из металла, пластика или любого другого прочного материала.
Цилиндр-клапан во время вкручивания перекрывает отверстие меньшего диаметра, обеспечивая тем самым надежную герметичность термосифона.
Термосифон с клапаном представляет собой круглую или профильную трубу, изготовленную из металла или другого прочного материала с хорошей теплопроводностью и герметично закупоренными краями.
Выводы о достижении технического результата
Технический результат полезной модели - улучшение качества термосифона, благодаря системе с надежным клапаном, упрощение конструкции оснастки, необходимой для заполнения жидкостью - теплопередающим агентом, возможность ремонта термосифона при последующей проверки качества готовой продукции, снижение себестоимости изготовления.
Термосифон может быть использован для быстрой и эффективной передачи тепловой энергии при отоплении полов, стен, потолков. Благодаря быстрой и эффективной теплопередаче улучшается распределение тепла в помещениях и сооружениях, что приводит к значительной экономии энергетических, топливных и экономических ресурсов от 2х до 4х раз.
Термосифон может иметь различную длину и форму, в зависимости от требуемой геометрии помещения, в котором он будет использоваться.
Термосифон может заливаться в бетон или стяжку пола, может засыпаться песком или другим материалом с хорошей теплопроводностью, для лучшей передачи тепла от термосифона в отапливаемое сооружение.
Термосифон может быть использован для быстрой и эффективной передачи тепловой энергии при отоплении полов, стен, потолков. Благодаря быстрой и эффективной теплопередаче улучшается распределение тепла в помещениях и сооружениях, что приводит к значительной экономии энергетических, топливных и экономических ресурсов.