Контурный термосифон

Техническое решение относится к теплотехнике.
Известен контурный термосифон, включающий испарительную камеру, конденсатор, расположенный в корпусе радиатора, паропровод и конденсатопровод, соединенные с испарительной камерой и конденсатором [Кисеев В., Аминев Д., Черкашин В., Мурзин Р. Двухфазные теплопередающие системы для охлаждения светодиодных светильников // Полупроводниковая светотехника. - 2011. - №3. - С. 27-31].
Недостатками известного контурного термосифона являются низкая теплопередающая способность и высокое термическое сопротивление, обусловленные низким коэффициентом теплоотдачи на гладкой поверхности кипения в испарительной камере.
7
В качестве прототипа выбран контурный термосифон, включающий испаритель, конденсатор, паропровод и конденсатопровод, причем испаритель имеет вертикальную капиллярную структуру, а конденсатопровод присоединен к верху капиллярной структуры [US patent №8627879, МПК F28D 15/00, Jan. 14, 2014].
Недостатком данного контурного термосифона также являются низкие рабочие характеристики. Присоединение конденсатопровода к верху капиллярной структуры выполнено с целью, чтобы рабочая жидкость, поступающая из конденсатора через конденсатопровод, всасывалась в капиллярную структуру испарителя сверху вниз и двигалась по капиллярной структуре при содействии гравитации. Однако такая организация движения жидкости в капиллярной структуре практически сводит на нет способность последней создавать капиллярное давление, в значительной степени призванное дополнять гидростатическое давление и обеспечивать движение теплоносителя по контуру. А именно, движение жидкости сверху вниз организовано в условиях наличия необходимой и неизбежной для испари-тельно-конденсационного контура лужи теплоносителя внизу испарителя, в то время как в конце движения жидкости в испарителе такого устройства должна быть «сухая точка», в которой мениски жидкости в порах капиллярной структуры имеют максимальную кривизну. Таким образом, должное распределение кривизны менисков в капиллярной структуре в значительной степени искажается, будучи немонотонным, что существенно ограничивает теплотранспортную способность контурного термосифона. Уменьшение кривизны менисков в капиллярной структуре существенно ухудшает и температурные характеристики устройства ввиду соответствующего понижения коэффициента теплоотдачи при испарении.
Техническая проблема, которую решает предлагаемая полезная модель, заключается в повышении рабочих характеристик контурного термосифона.
Указанная техническая проблема решается тем, что в контурном термосифоне, включающем испаритель с жидким теплоносителем в нижней части корпуса испарителя и с вертикальной капиллярной структурой на внутренней поверхности корпуса испарителя, конденсатор, расположенный над испарителем и заключенный в корпус радиатора, испаритель и конденсатор соединены паропроводом и конденсатопроводом, нижний конец паропровода находится в верхней части испарителя, а верхний конец паропровода находится в верхней части конденсатора, конденсатопровод входит в испаритель через его верх и нижним концом доходит до нижней части испарителя, а верхний конец конденсатопровода находится в нижней части конденсатора.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструкция контурного термосифона (фиг. 1).
Контурный термосифон конструкции, представленной на фиг. 1, включает испаритель 1 с вертикальной капиллярной структурой 2 на внутренней поверхности корпуса испарителя 1, конденсатор 3, расположенный над испарителем 1 и заключенный в корпус радиатора 4. Испаритель 1 и конденсатор 3 соединены паропроводом 5 и конденсатопроводом 6. Нижний конец паропровода 5 находится в верхней части испарителя 1, а верхний конец - в верхней части конденсатора 3. Нижний конец конденсатопровода 6 находится в нижней части испарителя 1, а верхний конец - в нижней части конденсатора 3.
Контурный термосифон работает следующим образом.
Под воздействием тепла 7, подводимого к корпусу испарителя 1, из капиллярной структуры 2 происходит испарение жидкого теплоносителя, впитывающегося снизу вверх под действием капиллярных сил в капиллярную структуру 2 из лужи 8, образующейся внизу испарителя 1. Образующийся пар 9 движется из испарителя 1 по паропроводу 5 в верхнюю часть конденсатора 3, на внутренней поверхности которого конденсируется, отдавая тепло 10; под действием силы тяжести образующийся жидкий теплоноситель стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора 3, образуя здесь лужу 11. Из лужи 11 жидкий теплоноситель 12 по конденсатопроводу стекает под действием гравитации в нижнюю часть испарителя 1, где пополняет лужу 8, постоянно отдающую жидкий теплоноситель в капиллярную структуру 2. Таким образом, испарительно-конденсационный цикл замыкается.
Предлагаемое размещение конденсатопровода 6 с нижним концом внизу испарителя 1 позволяет организовать движение жидкого теплоносителя из лужи 8 внизу испарителя 1 снизу вверх по капиллярной структуре 2. Кривизна менисков в порах капиллярной структуры 2 при этом монотонно уменьшается, и «сухая точка», как и положено, располагается в конце движения жидкости в испарителе. Тем самым обеспечиваются максимально возможные рабочие характеристики контурного термосифона - как по теплопередаче, так и по распределению температуры. Максимальное использование возможности капиллярной структуры 2 создавать капиллярное давление, дополняющее создающееся гидростатическое давление позволяет также существенно (до 10 м) увеличить высоту теплопередачи.