Пульсаційний термосифон

Реферат: Пульсаційний термосифон містить трубчатий корпус із зоною нагріву, адіабатною зоною і зоною конденсації, капілярні трубки-вставки. Капілярні трубки-вставки рівномірно розміщені в пульсаційному термосифоні та повністю займають площу його поперечного перерізу. UA 107114 U (54) ПУЛЬСАЦІЙНИЙ ТЕРМОСИФОН UA 107114 U UA 107114 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплотехнічної галузі, зокрема систем забезпечення теплових режимів пристроїв і переносу тепла. Відомий термосифон зі вставкою, конструкція якого наведена в матеріалах. Термосифон зі вставкою містить: зону нагріву, адіабатну зону і зону конденсації, зовнішній корпус з приєднаною до нього в зоні нагріву трубчатою вставкою, яка спрямовує потоки рідини і пари, розділяючи їх [1]. Конструктивна схема відомого термосифона зі вставкою передбачає підвід теплового потоку до зовнішньої поверхні корпусу в зоні нагріву і, відповідно, до рідини, якою заповнена частина термосифона. Внаслідок кипіння теплоносія відбувається пароутворення. Пара надходить у паропровід, по якому переміщується у конденсатор, який охолоджується, наприклад, водою. Сконденсований теплоносій по конденсатопроводу повертається до зони нагріву, підживлюючи конденсатом (теплоносієм) зону пароутворення, і тепломасообмінний цикл термосифона зі вставкою повторюється. Недоліком цієї конструкції є: - технологічна складність виготовлення: точне дистанціювання трубчатої вставки всередині корпусу, забезпечення щільних теплових контактів, значну кількість високощільних з'єднань гідравлічних трактів різних розмірів, товщини стінок; - неспроможність повертати теплоносій в зону нагріву при роботі термосифону зі вставкою проти сил тяжіння; зниження ефективності роботи навіть при малих кутах нахилу; - можливість скипання теплоносія у рідинному тракті, що різко знижує теплопередаючу спроможність пристрою. Також відома пульсаційна теплова труба, яка не містить капілярної структури та вставок. Пульсаційна теплова труба (ПТТ) складається з капілярної трубки, зігнутої у вигляді плаского або об'ємного змійовика, який має зони нагріву, адіабатну зону та зону конденсації. Наявність капілярних сил сприяє тому, що після заповнення теплоносій рівномірно розподіляється всередині ПТТ, причому парові бульбашки чергуються зі стовпчиками рідини. Після підведення теплоти до зони нагріву теплоносій починає кипіти, і бульбашки, що утворюються внаслідок цього, рухаються в зону конденсації. Оскільки ПТТ має замкнений контур, то теплоносій циркулює по всій трубці [2]. Недоліком пульсаційної теплової труби є: низькі значення критичних теплових потоків та певна нижня границя підведеного теплового потоку, необхідного для запуску ефективного пульсаційного механізму теплопередачі за рахунок кипіння. Найбільш близьким аналогом є термосифон (без капілярної структури), всередині якого аксіально розміщена трубчата вставка [3]. Термосифон зі вставкою має герметичний корпус із зоною нагріву, адіабатною зоною і зоною конденсації, трубчатий елемент, встановлений всередині корпусу з однаковим кільцевим зазором між внутрішньою стінкою корпусу і зовнішньою поверхнею елемента, при цьому один із торців закріплений біля зони нагріву, а другий - знаходиться у верхній частині зони конденсації на певній відстані від торця зовнішнього корпусу. При цьому навіть у межах прямолінійного корпусу створюється контур з роздільною циркуляцією пари і рідини. Недоліком термосифона зі вставками є те, що його виготовлення вимагає проведення складних технологічних процесів: точного дистанціювання трубчатої вставки всередині корпусу, забезпечення щільних теплових контактів, значної кількість високощільних з'єднань гідравлічних трактів різних розмірів, товщини стінок і т. п., що суттєво підвищує його вартість і, відповідно, не сприяє розширенню застосування в різних галузях народного господарства. Задачею корисної моделі є створення конструкції пульсаційного термосифона шляхом поєднання технології виготовлення термосифонів з властивостями пульсаційних теплових труб. Пульсаційний термосифон відбирає теплові потоки високої густини від "джерела" при будь-якій його орієнтації в просторі, розширюючи межі його застосування. Така властивість пристрою може використовуватися в теплонавантажених елементах радіоелектроніки і літальних апаратів, а також у космічному приладобудуванні. Поставлена задача вирішується тим, що пульсаційний термосифон містить трубчатий корпус із зоною нагріву, адіабатною зоною і зоною конденсації, капілярні трубки-вставки. Згідно з корисною моделлю капілярні трубки-вставки рівномірно розміщені в пульсаційному термосифоні та повністю займають площу його поперечного перерізу. Конструкція пульсаційного термосифона виготовляється за спрощеною технологією і значно розширює можливості його застосування в галузях з масовим виробництвом приладів, які потребують забезпечення теплових режимів. Конструкція має певні переваги функціонування пульсаційних капілярних теплових труб, зокрема здатність працювати за будь-якої орієнтації в просторі, оскільки в даному випадку капілярна сила, що діє на теплоносій, перевищує силу 1 UA 107114 U 5 10 15 20 тяжіння. Циркуляція теплоносія в пульсаційному термосифоні автоматично регулює розділення парового та рідинного потоків. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: - на фіг. 1 зображено повздовжній переріз пульсаційного термосифона; - на фіг. 2 - поперечний переріз І-І пульсаційного термосифона на фіг. 1. Конструкція пульсаційного термосифона складається: з трубчатого корпусу 1 із зоною нагріву (ЗН), адіабатною зоною (AЗ) та зоною конденсації (ЗК); капілярних трубок-вставок 2, які розміщені на відстані від торців пульсаційного термосифона та рівномірно займають всю площину його поперечного перерізу. Деталі пульсаційного термосифона можуть бути виготовлені з теплопровідних матеріалів, наприклад, міді і алюмінію, а також легованих сталей. Як теплоносій використовуються різні рідини (нанорідини, аміак, спирти, вода та ін.), підбір яких визначається хімічною нейтральністю відносно інших деталей пульсаційного термосифона, а також рівнем робочих (теплових) характеристик. Пульсаційний термосифон працює наступним чином: Тепловий потік Q підводиться до зони нагріву (кондукцією, конвекцією або випромінюванням), через стінку трубчатого корпусу 1 тепло передається до теплоносія, який знаходиться в зоні нагріву пульсаційного термосифона. Внаслідок нагріву теплоносія виникає пароутворення. Пара по внутрішнім порожнинам капілярних трубок-вставок 2 рухається в зону конденсації, оскільки температура, а отже й тиск, в зоні конденсації, нижчий, ніж в зоні нагріву. Внаслідок цього пара конденсується і за рахунок капілярних сил надходить у міжтрубний простір капілярних трубок-вставок 2, рухаючись назад до зони нагріву, таким чином, цикл руху теплоносія замикається. Запропонована конструкція пульсаційного термосифона не потребує складних технологій для виготовлення і суттєво розширює діапазон його застосування. 25 30 Джерела інформації: 1. Abreu, S. L., Colle, S. An experimental study of two-phase closed thermosyphons for compact solar domestic hot-water systems // Solar Energy. - 2004. - № 76. - P.141-145. 2. Pat. US 5219020, МПК F28D 15/02. Structure of micro-heat pipe / Akachi H.; опубл. 15.06.1993. 3. Безродный М. К., Пиоро И. Л., Костюк Т. О. Процессы переноса в двухфазных термосифонных системах. Теория и практика. - 2-е изд. - К.: Факт, 2005. - 704 с.: илл. сс. 31, 46, 400 - прототип. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Пульсаційний термосифон, що містить трубчатий корпус із зоною нагріву, адіабатною зоною і зоною конденсації, капілярні трубки-вставки, який відрізняється тим, що капілярні трубкивставки рівномірно розміщені в пульсаційному термосифоні та повністю займають площу його поперечного перерізу. 2 UA 107114 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3