ДВУХФАЗНЫЙ ТЕРМОСИФОН

Двухфазный термосифон относится к теплотехнике в области строительства - для замораживания грунта под фундаментами зданий и различных сооружений в зонах вечной мерзлоты, около свай опор ЛЭП, нефте - и газопроводов, в основаниях шоссейных и железных дорог на Севере, в энергосберегающих технологиях (тепловые насосы), а также для технологичной и экономичной замены вышедших из строя двухфазных термосифонов на местах их установки (например, после окончания срока их службы).
Наиболее близким техническим решением является двухфазный термосифон, содержащий частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации, причем корпус в зоне испарения, по крайней мере на его части выполнен гибким (патент РФ №646183 от 01.11.1977 F28D 15/02). Это техническое решение принято за прототип.
Недостатком этого технического решения является узкая область применения и низкая эффективность, что связано с выполнением корпуса в зоне испарения в виде тонких плоских металлических лент, соединенных между собой по боковым кромкам и, как следствие, возможность использования лишь теплоносителей с низким давлением пара, т.к. при повышении давления ленты расширяются с образованием круглого цилиндра, теряющего гибкость. Кроме того, при плоской форме стенок корпуса значительно возрастает термическое сопротивление между грунтом и двухфазным термосифоном из-за возникающей неравномерности температурного поля в грунте, что ведет к снижению передаваемых тепловых потоков и, как следствие, низкой эффективности двухфазного термосифона.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение области применения и повышение эффективности двухфазного термосифона за счет выполнения корпуса в зоне испарения, по крайней мере на его гибкой части, в виде сильфонного металлорукава.
Задача решается за счет того, что в двухфазном термосифоне, содержащем частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации, причем корпус в зоне испарения, по крайней мере на его части, выполнен гибким, корпус в зоне испарения на его гибкой части выполнен в виде сильфонного металлорукава, при этом отношение длин металлорукава и зоны испарения определено соотношением:
где L м - длина металлорукава;
L зи - длина зоны испарения.
Кроме того, на конце металлорукава, противоположном зоне конденсации, может быть установлен утяжелитель в виде металлического цилиндра с концом в форме конуса. Металлорукав может быть заключен в металлическую оплетку. Гофры металлорукава могут быть расположены поперечно или по винтовой линии. Корпус в зоне испарения может быть введен в размещенную в грунте металлическую гильзу с зазором, заполненным теплопроводной жидкостью.
Технический эффект, обеспечиваемый двухфазным термосифоном, заключается в расширении области применения и повышении эффективности, т.к. могут использоваться теплоносители не только с низким, но и с высоким давлением пара (например, хладоны, двуокись углерода и т.д.), а повышение эффективности обеспечивается достигаемым равномерным осесимметричным распределением температурного поля в грунте и, как следствие, снижением термического сопротивления между грунтом и корпусом двухфазного термосифона и соответствующим повышением передаваемого теплового потока.
На фиг. 1 показан двухфазный термосифон с поперечным расположением гофр металлорукава, на фиг. 2 - двухфазный термосифон с расположением гофр металлорукава по винтовой линии, на фиг. 3 - двухфазный термосифон с металлорукавом, введенным в металлическую гильзу.
Двухфазный термосифон содержит частично заполненный теплоносителем герметичный корпус 1 (фиг. 1, 2, 3) с зоной 2 испарения, зоной 3 конденсации и расположенный в первой зоне металлорукав 4 с сильфоном 5 и металлической оплеткой 6. На конце металлорукава 4, противоположном зоне 3 конденсации, установлен утяжелитель 7 в виде металлического цилиндра 8 с концом в форме конуса 9. В зоне 3 конденсации расположен радиатор 10 с поперечными ребрами 11 (фиг. 1, 3) или с продольными ребрами 12 (фиг. 2). Гофры 13 металлорукава 4 выполнены поперечными (фиг. 1), а гофры 14 - по винтовой линии (фиг. 2, 3). Металлорукав 4 введен в расположенную в грунте 15 металлическую гильзу 16 с зазором 17, заполненным теплопроводной жидкостью 18.
Двухфазный термосифон работает следующим образом. При подводе тепла (например, от грунта 15) к корпусу 1 в зоне 2 испарения теплоноситель испаряется и его пар конденсируется в зоне 3 конденсации, передавая тепловой поток на радиатор 10 с ребрами 11 или 12, от которых тепло отводится в окружающую среду (атмосферный воздух). Наличие гибкого сильфонного металлорукава 4 позволяет вводить корпус 1 в зоне испарения 2 в скважину (не показана) или в гильзу 16, не поднимая двухфазный термосифон над грунтом 15 на высоту, равную по порядку величины сумме глубины скважины и длины зоны 3 конденсации, что на открытой местности для двухфазных термосифонов без гибкой зоны испарения требует применение тяжелого подъемного оборудования, а в проветриваемом подполье, под лежащими на сваях фундаментными плитами - эта операция просто невозможна. Все это, а также возможность использования теплоносителей в широком диапазоне давления пара, позволяет значительно расширить область применения двухфазного термосифона. Повышение эффективности достигается уменьшением термического сопротивлением между грунтом 15 и корпусом 1 двухфазного термосифона и, соответственно, увеличению передаваемого теплового потока. Кроме того, повышение эффективности и расширение области применения достигается при использовании двухфазного термосифона для технологичной и экономичной замены вышедших из строя двухфазных термосифонов на местах их установки путем использования их корпусов в качестве гильзы 16 для введения сильфонного металлорукава 4. В этом случае отпадает необходимость бурения новых скважин, что ведет к существенной экономии при выполнении всех работ.
Таким образом, в данном техническом решении существенно расширяется область применения и повышается эффективность и экономичность двухфазного термосифона.