Составной термостабилизатор на основе двухфазного термосифона

Составной термостабилизатор на основе двухфазного термосифона относится к теплотехнике в области строительства - для охлаждения и замораживания грунта в талых и многолетнемерзлых грунтах при прокладке нефте- и газопроводов на участках с глубоким заложением свай, при сооружении плотин в северных территориях, для замораживания стен глубоких котлованов и т.д. Составной термостабилизатор содержит систему двухфазных термосифонов с круглым цилиндрическим герметичным корпусом у каждого, с последовательным присоединением корпусов один к другому по боковой поверхности через промежуточный элемент, с образованием участков передачи теплового потока. Новым в составном термостабилизаторе на основе двухфазного термосифона является то, что промежуточный элемент сопряжен с половиной периметра корпуса каждого соединяемого двухфазного термосифона, а его длина определена соотношением:

где: i - номер двухфазного термосифона, начиная сверху;

n - количество соединенных двухфазных термосифонов;

Lki - длина корпуса i-го двухфазного термосифона;

- коэффициент, связанный с внешними условиями теплопередачи, причем

1,22,0

d=|dk|+|dпэ|;

dк - технологический допуск на диаметр корпуса двухфазного термосифона;

dпэ - технологический допуск на диаметр поверхности сопряжения в промежуточном элементе;

hn,1 - допустимое отклонение нижнего торца корпуса n-го двухфазного термосифона от его положения, когда оси у части термосифонов параллельны оси корпуса 1-го термосифона, а у другой части совпадают с ней.

1 з.п. формулы, 2 ил.

Составной термостабилизатор на основе двухфазного термосифона относится к теплотехнике в области строительства, а именно - к двухфазным термосифонам (тепловым трубам), применяемым для охлаждения и замораживания грунта в районах с талыми и многолетнемерзлыми грунтами при прокладке нефте - и газопроводов на участках с глубоким заложением свай, при сооружении плотин в северных территориях, для замораживания стен глубоких котлованов и т.д.

Известен составной термосифон, содержащий систему двухфазных термосифонов с трубчатым герметичным корпусом у каждого, заполненным дозой теплоносителя (И.Л.Пиоро, В.А.Антоненко, Л.С.Пиоро. Эффективные теплообменники с двухфазными термосифонами. - Киев, Наукова Думка, 1991 г, сс. 170, 171).

Недостатком известного составного термосифона является узкая область применения, что обусловлено тем, что двухфазные термосифоны не присоединены один к другому, а расположены на общей подложке (крыше) с зазором между ними, чем вызвано большое значение термического сопротивления и невозможность передачи общего теплового потока в составном термосифоне.

Наиболее близким техническим решением является составной термосифон, содержащий систему двухфазных термосифонов с круглым цилиндрическим герметичным корпусом у каждого, заполненным дозой теплоносителя, при этом по крайней мере часть двухфазных термосифонов выполнена с последовательным присоединением их корпусов один к другому по боковой поверхности с образованием участка передачи теплового потока, причем на этом участке корпуса двухфазных термосифонов присоединены один к другому через промежуточный элемент, имеющий участки поверхности, сопряженные с поверхностями корпусов двухфазных термосифонов (патент России 96939 от 18.02.2010 г., МПК F28D 15/00).

Недостатком известного технического решения является узкая область применения, обусловленная тем, что оси корпусов нижних термосифонов могут отклониться от оси верхнего термосифона на такую величину, что составной термосифон «заклинит» в скважине (или в гильзе), куда он должен быть погружен. Это отклонение связано с технологическими допусками на диаметры корпусов двухфазных термосифонов (на участках их соединения) и на диаметры поверхностей сопряжения в промежуточных элементах, особенно еще ввиду того, что они не полностью охватывают половину поверхности соединенных корпусов. Кроме того, длина промежуточных элементов (ложементов) может быть недостаточной, чтобы «искривление» составного термосифона было не более допустимого для данной скважины или гильзы.

Задачей предлагаемой полезной модели является расширение области применения составного двухфазного термосифона за счет возможности выбора необходимой длины промежуточных элементов и охвата ими корпусов двухфазных термосифонов.

Задача решается за счет того, что в составном термостабилизаторе, содержащем систему двухфазных термосифонов с круглым цилиндрическим герметичным корпусом у каждого, заполненным дозой теплоносителя, при этом по крайней мере часть двухфазных термосифонов выполнена с последовательным присоединением их корпусов один к другому по боковой поверхности с образованием участка передачи теплового потока, причем на этом участке корпуса двухфазных термосифонов присоединены один к другому через промежуточный элемент, имеющий участки поверхности, сопряженные с поверхностями корпусов двухфазных термосифонов, промежуточный элемент выполнен с участками сопряжения, охватывающими половину периметра поперечного сечения присоединенных корпусов двухфазных термосифонов, а длина промежуточного элемента Lпэ определена соотношением:

где: i - номер двухфазного термосифона, начиная сверху;

n - количество соединенных двухфазных термосифонов;

Lki - длина корпуса i-го двухфазного термосифона;

- коэффициент, связанный с внешними условиями теплопередачи, причем 1,22,0

d=|dk|+|dпэ|;

dк - технологический допуск на диаметр корпуса двухфазного термосифона;

dпэ - технологический допуск на диаметр поверхности сопряжения в промежуточном элементе;

hn,1 - допустимое отклонение нижнего торца корпуса n-го двухфазного термосифона от его положения, когда оси корпусов у части термосифонов параллельны оси корпуса 1-го термосифона, а у другой части совпадают с ней. Кроме того, промежуточный элемент вне участков сопряжения выполнен с выпуклыми поверхностями.

Технический эффект, обеспечиваемый данным устройством, заключается в расширении области применения за счет возможности использования его в глубоких скважинах, сваях, гильзах и предотвращения эффекта «заклинивания», а также за счет повышения эффективности соединения корпусов двухфазных термосифонов при увеличении площади их охвата промежуточными элементами и усиления стяжки хомутов при выпуклых поверхностях этих элементов вне участков сопряжения.

На фиг.1 показан составной термостабилизатор с присоединением корпусов двухфазных термосифонов через промежуточные элементы; на фиг.2 - сечение по АА фиг.1.

Составной термостабилизатор на основе двухфазного термосифона содержит систему двухфазных термосифонов 1, 2 и 3, последовательно соединенных между собой через промежуточные элементы 4 и 5.

Корпус 1 верхнего двухфазного термосифона выполнен с оребренным радиатором 6. Промежуточные элементы 4 и 5 имеют цилиндрические поверхности 7 и 8, сопряженные с поверхностями корпусов 1, 2 и 2, 3 соответственно, при этом участки сопряжения охватывают половину периметра поперечного сечения каждого из этих корпусов. Поверхности 9 и 10 промежуточных элементов 4 и 5, расположенные вне участков сопряжения, выполнены выпуклыми. В узлах соединения корпусов 1, 2 и 2, 3 установлены хомуты 11, обжимающие все заключенные внутри них конструктивные элементы.

Составной термостабилизатор на основе двухфазного термосифона работает следующим образом.

При подводе тепла от грунта (от свай, от гильзы - не показаны) к корпусам 1, 2 и 3 через двухфазные термосифоны передается последовательно возрастающий тепловой поток, отводимый радиатором 6 в окружающий воздух. Выбор длины промежуточных элементов Lпэ в соответствии с соотношением:

позволяет согласовать конструктивные параметры составного термосифона с диаметром и глубиной скважины (диаметром и длиной гильзы, в которую вводится составной термосифон), что обеспечивает расширение области его применения, а увеличение площади поверхностей сопряжения в промежуточных элементах позволяет увеличить теплопередающую способность составного термостабилизатор.

1. Составной термостабилизатор на основе двухфазного термосифона, содержащий систему двухфазных термосифонов с круглым цилиндрическим герметичным корпусом у каждого, заполненным дозой теплоносителя, при этом по крайней мере часть двухфазных термосифонов выполнена с последовательным присоединением их корпусов один к другому по боковой поверхности с образованием участка передачи теплового потока, причем на этом участке корпуса двухфазных термосифонов присоединены один к другому через промежуточный элемент, имеющий участки поверхности, сопряженные с поверхностями корпусов двухфазных термосифонов, отличающийся тем, что промежуточный элемент выполнен с участками сопряжения, охватывающими половину периметра поперечного сечения присоединенных корпусов двухфазных термосифонов, а длина промежуточного элемента Lпэ определена соотношением:

где i - номер двухфазного термосифона, начиная сверху;

n - количество соединенных двухфазных термосифонов;

Lki - длина корпуса i-го двухфазного термосифона;

- коэффициент, связанный с внешними условиями теплопередачи,

причем

1,22,0

dк - технологический допуск на диаметр корпуса двухфазного термосифона;

dпэ - технологический допуск на диаметр поверхности сопряжения в промежуточном элементе;

h_n,1 - допустимое отклонение нижнего торца корпуса n-го двухфазного термосифона от его положения, когда оси корпусов у части термосифонов параллельны оси корпуса 1-го термосифона, а у другой части совпадают с ней.

2. Составной термостабилизатор по п.1, отличающийся тем, что промежуточный элемент вне участков сопряжения выполнен с выпуклыми поверхностями.