ГРАВИТАЦИОННАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА
GRAVITY HEAT PIPE

Изобретение относится к области тепловых труб, а именно к гравитационным тепловым трубам, и может быть использовано для охлаждения и замораживания грунтов оснований зданий и сооружений в районах распространения многолетнемерзлых пород.
Известна гравитационная тепловая труба (RU 149337 U1, МПК F28D 15/02, опубликовано 27.12.2014 г. Бюл. №36), которая содержит трубчатый корпус с зонами конденсации и испарения, между которыми размещена транспортная зона со вставкой. Вставка предназначена для разделения потоков жидкой и газовой фаз хладагента, что достигается тем, что вставка снабжена не менее чем двумя пустотелыми патрубками, предназначенными для прохода паров хладагента в зону конденсации, а между патрубками выполнен канал, сообщающийся с отверстием центральной трубчатой секции вставки, предназначенной для прохода жидкого хладагента в испарительную зону тепловой трубы.
Недостаток известной гравитационной тепловой трубы заключается в том, что гидравлическое сопротивление патрубков при течении по ним пара из зоны испарения в зону конденсации значительно выше, чем при течении через прорези в тонкой перегородке вставки, как принято в нашем устройстве. Относительно большой перепад давления между зонами испарения и конденсации приводит к повышению давления в зоне испарения. А это в свою очередь способствует подавлению парообразования и, как следствие, к уменьшению интенсивности теплосъема и ухудшению теплопередающих характеристик тепловой трубы.
Наиболее близкой к предлагаемой является гравитационная тепловая труба (RU 2327940 C1, МПК F28D 15/00, опубликовано 27.06.2008 г. Бюл. №18), содержащая герметичный, частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними. В транспортной зоне размещена вставка, соединенная с торцом корпуса в зоне конденсации с помощью стержней. Вставка образует кольцевой карман со стенкой корпуса и снабжена радиальными каналами, имеющими открытый срез со стороны их концов, обращенных к продольной оси корпуса. Для стекания конденсата тепловая труба содержит дополнительные элементы, расположенные между концами указанных каналов, обращенных к продольной оси корпуса, и торцом корпуса со стороны зоны испарения.
Недостатком конструкции данной тепловой трубы является то, что при сборке корпуса возникает необходимость делать сварочный шов вблизи вставки, так как вставка фиксируется стержнями. Наличие сварочного шва усложняет конструкцию устройства, снижает эксплуатационную надежность устройства, а необходимость производства сварочных работ повышает его стоимость. Если вставку не фиксировать в корпусе, то поток пара, движущийся в зону конденсации, сдвинет вставку к торцу корпуса в зоне конденсации и устройство перестанет работать как гравитационная тепловая труба, обеспечивающая максимальный теплосъем в нижней части зоны испарения.
Предлагаемым изобретением решается задача получения технического результата, заключающегося в упрощении конструкции устройства и его монтажа, удешевлении стоимости устройства при одновременном повышении эксплуатационной надежности и эффективности работы устройства.
Поставленная задача решается следующим образом.
Предлагаемая гравитационная тепловая труба, как и известная по патенту RU 2327940 C1, содержит герметичный частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними, вставку в транспортной зоне, образующую кольцевой карман на стенке корпуса, имеющую радиальные каналы с открытым срезом со стороны их концов, обращенных к продольной оси корпуса, а также расположенный по периферии упругий элемент и трубку, расположенную между вставкой и торцом корпуса в зоне испарения и снабженную в своей стенке возле этого конца прорезями или отверстиями.
В отличие от упомянутой известной гравитационной тепловой трубы, в предлагаемой тепловой трубе вставка по периферии имеет, по крайней мере, одну проточку, в которой расположен кольцеобразный элемент, например резиновое кольцо, контактирующий со стенкой корпуса, и полый хвостовик, сообщающийся с радиальными каналами. В этом случае упругий элемент имеет простую форму и надежен при длительной эксплуатации в отличие от прототипа. Трубка для транспортировки конденсата теплоносителя надета на хвостовик и закреплена на нем с помощью шплинта. Противоположный конец трубки также с помощью шплинта прикреплен к выступу на заглушке-конусе, расположенной в торце корпуса в зоне испарения.
Для удешевления конструкции и снижения металлоемкости трубка может быть выполнена из эластичного материала, например фторопласта.
В предлагаемом техническом решении положение вставки фиксируется с помощью упомянутой трубки для транспортирования конденсата теплоносителя. При этом нет необходимости выполнять проточку на внутренней стенке корпуса и использовать крепежные элементы, например стержни, как в прототипе, что исключает сварочные работы, и корпус гравитационной тепловой трубы в области расположения вставки с трубкой становится цельным. Таким образом, конструкция тепловой трубы упрощается, а надежность устройства при длительной эксплуатации повышается.
Преимущество предлагаемой конструкции заключается еще и в том, что упрощается процесс сборки тепловой трубы, а именно: отдельно изготовленная вставка с закрепленной на хвостовике трубкой представляет собой цельную конструкцию, которая прикрепляется к выступу на заглушке-конусе и вставляется в тепловую трубу снизу. Затем заглушка-конус герметично фиксируется в торце корпуса в зоне испарения. В другом варианте вставка, соединенная с трубкой, может опускаться в тепловую трубу через верхний торец корпуса в зоне конденсации. Нижний конец трубки выдвигается на дневную поверхность со стороны торца корпуса в зоне испарения и прикрепляется к выступу на заглушке-конусе. Далее конструкция задвигается внутрь и заглушка-конус с прикрепленной трубкой герметично фиксируется в торце корпуса в зоне испарения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена гравитационная тепловая труба со вставкой и трубкой для транспортировки конденсата теплоносителя; на фиг. 2 изображен фрагмент B тепловой трубы по фиг. 1; на фиг. 3 изображен продольный разрез Α-A тепловой трубы по фиг. 2 в области вставки.
Гравитационная тепловая труба содержит герметичный корпус 1 в виде цилиндрической трубы. Корпус 1 частично заправлен теплоносителем 2, имеет зоны испарения 3, конденсации 4 и транспортную зону 5. Транспортная зона 5 содержит вставку 6, которая образует кольцевой карман 7 со стенкой корпуса 1. Вставка имеет радиальные каналы 8, которые сообщаются с кольцевым карманом 7 и оканчиваются вблизи продольной оси 10, но не доходят до нее. Каналы имеют открытый срез 9 со стороны их концов, обращенных к продольной оси 10 корпуса 1. Согласно изобретению вставка 6 по периферии имеет, по крайней мере, одну проточку 11, в которой расположен кольцеобразный элемент 12, контактирующий со стенкой корпуса 1, и полый хвостовик 13, сообщающийся с радиальными каналами 8, на который надета трубка 14 и закреплена на нем с помощью шплинта 20. Противоположный конец трубки 14 также с помощью шплинта 20 прикреплен к выступу 15, расположенному в торце корпуса 1 в зоне испарения 3 на заглушке-конусе 16. В своей стенке возле выступа 15 трубка имеет прорези или отверстия 17.
Работает устройство следующим образом.
Тепловой поток Q подводится к внешней части корпуса 1 в зоне испарения 3. Жидкий теплоноситель 2, находясь в нижней части зоны испарения 3, закипает, поглощая тепло от грунта и охлаждая его. Пар, образованный в результате кипения хладагента 2 в зоне испарения 3, поднимается и через открытые сегменты 18 вставки 6, расположенные между кольцевым карманом 7 и радиальными каналами 8, поступает в зону конденсации 4 корпуса 1, где конденсируется на внутренней поверхности корпуса в виде капель 19. Образовавшийся конденсат под действием силы тяжести стекает по стенке корпуса 1 зоны конденсации 4 в кольцевой карман 7, откуда по радиальным каналам 8 и хвостовику 13 попадает в трубку 14 и через прорези 17 попадает в нижнюю часть зоны испарения 3.
Жестко прикрепленная верхним концом на хвостовике 13, а нижним на выступе 15 заглушки-конуса 16, трубка 14 фиксирует положение вставки 6, разделяющей потоки газовой и жидкой фаз теплоносителя и исключает контакт конденсата 19 со встречным потоком пара на пути возврата конденсата в зону испарения.