ДВУХФАЗНЫЙ ТЕРМОСИФОН

Двухфазный термосифон относится к теплотехнике в области строительства - преимущественно при изготовлении буроинъекционных свай для фундаментов различных сооружений в зонах вечной мерзлоты, опор ЛЭП, нефте- и газопроводов и других объектов строительства.
Известен двухфазный термосифон, содержащий частично заполненный теполоносителем герметичный трубчатый корпус с зонами испарения и конденсации и расположенный в последней зоне теплосъемник (Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы. -М. : Энергия. 1979, с. 231).
Недостатком известного термосифона являются низкая эффективность и низкая экономичность при строительстве буроинъекционных свай, т.к. невозможно отводить изменяющиеся во времени тепло гадратации цементного раствора в скважине и невозможно использовать двухфазный термосифон повторно.
Наиболее близким техническим решением является двухфазный термосифон, содержащий частично заполненный теплоносителем герметичный трубчатый корпус с зонами спарения и конденсации и расположенный в последней зоне теплосъемник, причем корпус в зоне испарения заключен с зазором в трубчатый металлический кожух с промежутком между ними, заполненным жидким хладагентом (Вялов С.С. и др. Термосваи в строительстве на Севере. М. Стройиздат.1984. с. 133).
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность ввиду отсутствия возможности отводить изменяющееся тепло гидратации цементного раствора в скважине в каждый момент времени.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности двухфазного термосифона за счет того, что теплосъемник "отслеживает" возникающий в данный момент времени тепловой поток гидратации в скважине и отводит именно эту величину теплового потока, обеспечивая оптимальный режим создания буроинъекционной сваи.
Задача решается за счет того, что теплосъемник снабжен системой регулирования температуры корпуса двухфазного термосифона, а на последнем установлен по крайней мере один датчик температуры, подключенный к упомянутой системе регулирования.
Теплосъемник может быть выполнен в виде по крайней мере одного блока термоэлектрических модулей с элементами Пельтье, подсоединенного к системе регулирования температуры и снабженного системой охлаждения горячей поверхности упомянутых модулей.
Кроме того, теплосъемник может быть выполнен в виде проточной камеры с патрубками входа и выхода для протекания внешнего хладагента, а система регулирования температуры снабжена регулятором расхода этого хладагента.
Блоки термоэлектрических модулей могут быть размещены по крайней мере с двух диаметрально противоположных сторон поверхности корпуса. Кроме того, блок термоэлектрических модулей может быть разделен на секции с индивидуальным электропитанием.
В теплосъемнике на блоке термоэлектрических модулей система охлаждения может быть выполнена в виде радиатора с продольными ребрами. Кроме того, в теплосъемнике на блоке термоэлектрических модулей система охлаждения может быть выполнена в виде дополнительного двухфазного термосифона. В теплосъемнике может быть дополнительно установлен радиатор с продольными ребрами, расположенный на корпусе в зоне конденсации.
Технический эффект, обеспечиваемый двухфазным термосифоном, заключается в повышении эффективности процесса изготовления буроинъекционных свай за счет обеспечения отвода двухфазным термосифоном выделяющегося переменного во времени тепла гидратации цементного раствора в скважине и поддержания тем самым заданного температурного режима процесса образования сваи, а окружающего скважину мерзлого грунта в состоянии без его оттаивания, что обеспечит высокую несущую способность буроинъекционных свай при одновременном повышении экономичности строительства этих свай за счет возможности многократного использования каждого двухфазного термосифона.
На фиг. 1 показан двухфазный термосифон, на фиг. 2 - сечение по А-А фиг. 1, на фиг. 3 - двухфазный термосифон с теплосъемником в виде проточной камеры для внешнего хладагента, на фиг. 4 - двухфазный термосифон, снабженный дополнительным радиатором с продольными ребрами, установленным в зоне конденсации, на фиг. 5 - двухфазный термосифон с системой охлаждения блока термоэлектрических модулей в виде дополнительного двухфазного термосифона, имеющего в зоне конденсации радиатор с продольными ребрами.
Двухфазный термосифон содержит частично заполненный теплоносителем герметичный трубчатый корпус 1 (фиг. 1) с зоной 2 испарения и зоной 3 конденсации и расположенный в зоне 3 теплосъемник 4, причем корпус 1 в зоне 2 испарения заключен с зазором в трубчатый металлический кожух 5 с промежутком 6 между ними, заполненным жидким хладагентом 7, теплосъемник 4 снабжен системой 8 регулирования температуры корпуса 1 двухфазного термосифона, а на последнем установлен датчик 9 температуры, подключенный к системе 8 регулирования.
Теплосъемник 4 может быть выполнен в виде блоков 10 и 11 термоэлектрических модулей с элементами Пельтье, подсоединенных к системе 8 регулирования температуры и состоящих из секций 12, 13, 14 и 15 с индивидуальными электропитанием, установленных на корпусе 1 в зоне 2 испарения с помощью ложементов 16 и 17. Блоки 10 и 11 термоэлектрических модулей снабжены системой 18 охлаждения в виде радиаторов 19 и 20 с продольными ребрами.
Теплосъемник 4 может быть выполнен в виде проточной камеры 21 с патрубками 22 и 23 входа и выхода для протекания внешнего хладагента, а система 8 регулирования температуры снабжена регулятором 24 расхода этого хладагента (фиг. 3). Блоки 10 и 11 могут быть размещены с двух диаметрально противоположных сторон корпуса 1. В теплосъемнике 4 может быть дополнительно установлен радиатор 25 с продольными ребрами, расположенный на корпусе 1 в зоне 3 конденсации (фиг. 4). В теплосъемнике 4 на блоке 11 термоэлектрических модулей может быть установлен дополнительный двухфазный термосифон 26, снабженный в зоне 27 конденсации радиатором 28 с продольными ребрами (фиг. 5).
Двухфазный термосифон работает следующим образом. В пробуренную скважину опускается трубчатый металлический кожух 5 и в него - корпус 1 двухфазного термосифона зоной 2 испарения. В промежуток 6 между корпусом 1 и кожухом 5 заливается теплопроводный жидкий хладагент 7. После заливки скважины цементным раствором начинает выделяться тепло гидратации с переменной интенсивностью. Для предотвращения оттаивания грунта вокруг скважины это тепло необходимо отводить, что и выполняет двухфазный термосифон. Для осуществления этого процесса температуру корпуса 1 нужно поддерживать на низком уровне по заданной программе, что и обеспечивает система 8 регулирования температуры корпуса 1 при подаче напряжения на блоки 10, 11 термоэлектрических модулей или на отдельные секции 12÷15 этих блоков. Датчик 9 на корпусе 1 обеспечивает обратную связь между величиной отводимого теплового потока и температурой корпуса 1. После окончания процесса гидратации напряжение на на термомодулях отключается. Двухфазный термосифон можно вынуть из кожуха 5 и использовать при строительстве других буроинъекционных свай. Регулируемый теплосъем обеспечивает эффективную работу двухфазного термосифона, а возможность его многократного использования существенно повышает его экономичность. Возможность использования проточной камеры 21 позволяет расширить область применения двухфазного термосифона. Применение радиаторов 19, 20 с продольными ребрами также повышает эффективность двухфазного термосифона.
Таким образом, в данном техническом решении существенно повышается эффективность работы двухфазного термосифона, а также повышается его экономичность.