RU2119631C1 - Thermal tube - Google Patents

Abstract

FIELD: electrically-heated thermal tubes; heating systems, liquid heating plants, hotbeds and hothouses. SUBSTANCE: thermal tube has hermetic housing 1 partially filled with conducting heat-transfer agent . Water is mainly used for the purpose. It also has hermetic housing 2 with evaporation zone 3 and condensation zone 4; it is made from metal and is provided with dielectric protective casing 5 tightly surrounding it on the outside. Housing is provided with base 6 at the end in evaporation zone. This base is made fro dielectric material. Heater made in form of two electrodes 7 and 8 is secured on this base inside housing. Electrodes are made from electrolysis-resistant material; electrode 7 is located along axis of housing and electrode 8 is metal housing proper. Sealing plug 9 closes the housing at the end in evaporation zone. This plug may be fitted in the course of evacuation. EFFECT: enhanced operational and economical efficiency at simple construction and facilitated manufacture. 1 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым трубам, в частности к тепловым трубам с электрическим разогревом теплоносителя, и может быть применено в аппаратах, где используются тепловые процессы, например в отоплении, установках для нагрева жидкости, в парниках и теплицах для подогрева почвы и т.д. The invention relates to heat pipes, in particular to heat pipes with electric heating of the coolant, and can be used in devices that use thermal processes, for example, in heating, installations for heating liquids, in greenhouses and greenhouses for heating the soil, etc.

Известна тепловая труба (СССР, а.с. N 519592, F 28 D 15/00; 1976 г.), содержащая герметичный корпус, из которого откачан воздух. Корпус заполнен рабочим телом, а снаружи корпуса установлен ускоритель рабочего тела, выполненный в виде кольца магнитострикционного преобразователя с возможностью его перемещения вдоль корпуса для обеспечения регулирования теплоотдачи. Known heat pipe (USSR, and.with. N 519592, F 28 D 15/00; 1976), containing a sealed enclosure from which air is pumped out. The casing is filled with a working fluid, and an accelerator of the working fluid is installed outside the casing, made in the form of a magnetostrictive transducer ring with the possibility of its movement along the casing to ensure heat transfer regulation.

Однако в указанной трубе конструктивно невозможно регулирование подвода тепла в зону испарения, тем более в автоматическом режиме, а значит, функциональные возможности трубы и, в среднем, КПД - понижены, поскольку у указанной трубы устройство, посредством которого осуществляется разогрев рабочего тела в зоне испарения, размещено снаружи корпуса как самостоятельная часть. However, in the specified pipe it is structurally impossible to control the heat supply to the evaporation zone, especially in the automatic mode, which means that the functionality of the pipe and, on average, the efficiency are reduced, because the specified pipe has a device by means of which the working fluid is heated in the evaporation zone, placed outside the case as an independent part.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является проект (В.Я. Друянов. Сверхъявления в технике. М., Знание, 1976 г.), согласно которому внутри тепловой трубки следует расположить электроды. Если создать между ними разность потенциалов, то жидкость начнет интенсивнее перемещаться, благодаря чему увеличится пропускная способность трубки. Closest to the proposed invention in its technical essence is the project (V.Ya.Druyanov. Super-phenomena in technology. M., Knowledge, 1976), according to which electrodes should be placed inside the heat pipe. If you create a potential difference between them, the liquid will begin to move more intensively, thereby increasing the throughput of the tube.

На и у указанной, согласно проекту, трубки устройство разогрева рабочего тела размещено снаружи корпуса, т.к. электроды, размещенные внутри трубки, предназначены лишь для ускорения перемещения рабочего тела и включены в цепь источника постоянного электрического тока, и вследствие всего этого ее конструкция усложнена и конструктивно лишена возможности автоматической саморегуляции. On and at the specified tube, according to the project, the device for heating the working fluid is placed outside the housing, because the electrodes placed inside the tube are intended only to accelerate the movement of the working fluid and are included in the circuit of a constant electric current source, and as a result of all this, its design is complicated and structurally deprived of the possibility of automatic self-regulation.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции с обеспечением возможности ее применения в качестве электрического нагревательного устройства, безопасного и удобного при эксплуатации, в т.ч. в бытовых условиях, с одновременным конструктивным обеспечением авторегулирования, техническим результатом чего явится повышение КПД и уменьшение электроэнергертических затрат. The objective of the invention is to simplify the design while making it possible to use it as an electric heating device that is safe and convenient to use, including in domestic conditions, with the simultaneous constructive provision of auto-regulation, the technical result of which will be an increase in efficiency and a reduction in electricity costs.

Поставленная задача достигается тем, что тепловая труба, содержащая частично заполненный жидким электропроводящим теплоносителем, в качестве которого использована вода, герметичный корпус с зонами испарения и конденсации. Корпус оснащен с торца в зоне испарения цоколем, на котором внутри корпуса закреплен нагреватель рабочего тела, выполненный в виде расположенного по оси корпуса центрального электрода, а в качестве второго электрода использован корпус, выполненный из аналогичного центральному электроду металла с плотно облегающей корпус снаружи диэлектрической оболочкой. The problem is achieved in that the heat pipe containing partially filled with liquid electrically conductive coolant, which is used as water, a sealed enclosure with zones of evaporation and condensation. The casing is equipped with a base on the end in the evaporation zone, on which a working fluid heater is mounted inside the casing, made in the form of a central electrode located along the casing axis, and a casing made of a metal similar to the central electrode with a tight-fitting casing outside the dielectric is used as the second electrode.

Конструктивно тепловая труба выполнена с возможностью герметизации корпуса в процессе вакуумирования, например, герметизирующей пробкой, устанавливаемой с торца в зоне конденсации. Structurally, the heat pipe is made with the possibility of sealing the housing during the evacuation process, for example, with a sealing plug installed from the end in the condensation zone.

Отличительными признаками предложенной тепловой трубы, дающими положительный технический результат, являются следующие признаки:
- нагреватель является неотъемлемой, встроенной частью тепловой трубы и выполнен в виде пары электродов, один из которых установлен внутри корпуса тепловой трубы вдоль ее оси, а вторым электродом является металлический корпус;
- электроды включены в цепь питания переменным током, например, в бытовую сеть с напряжением 220 В, за счет чего упрощена конструкция тепловой трубы путем исключения дополнительного внешнего источника постоянного тока и упрощена эксплуатация тепловой трубы;
- в качестве теплоносителя возможно применение воды, т.к. нагреватель, выполненный в виде пары электродов, погруженных в воду с зазором между ними, позволяет осуществлять разогрев воды путем простого пропускания через нее электрического тока в зазоре между электродами, за счет чего существенно повышается эффективность нагревателя, что ведет к повышению КПД тепловой трубы, поскольку нагрев и испарение воды начинается немедленно после включения нагревателя и вся энергия электрического тока, в основном, расходится только на разогрев воды;
- поскольку уровень воды при работе трубы изменяется, т.е. уменьшается по мере испарения воды и увеличивается по мере ее конденсации, то и степень погружения электродов в воду изменяется, а значит, автоматически соответственно изменяется и количество пропускаемого через воду тока, что ведет к автоматической стабилизации работы, способствуя ее экономичности;
- питание электродов переменным током уравнивает условия их работы, уменьшает процесс их гидролизного разрушения, повышает надежность работы трубы и увеличивает общее время ее эксплуатации;
- использованием корпуса тепловой трубы, наряду с центральным электродом, в качестве второго электрода упрощена ее конструкция, что способствует повышению технологичности изготовления тепловой трубы, а наружный диэлектрический кожух способствует безопасности ее использования;
- конструктивная возможность герметизации трубы в процессе ее вакуумирования, например постановкой герметизирующей пробки, способствует упрощению технологии вакуумирования тепловой трубы.Distinctive features of the proposed heat pipe, giving a positive technical result, are the following features:
- the heater is an integral, integrated part of the heat pipe and is made in the form of a pair of electrodes, one of which is installed inside the heat pipe body along its axis, and the second electrode is a metal body;
- the electrodes are included in the AC power circuit, for example, in a household network with a voltage of 220 V, due to which the design of the heat pipe is simplified by eliminating an additional external DC source and the operation of the heat pipe is simplified;
- water can be used as a heat carrier, as the heater, made in the form of a pair of electrodes immersed in water with a gap between them, allows water to be heated by simply passing an electric current through it in the gap between the electrodes, thereby significantly increasing the efficiency of the heater, which leads to an increase in the efficiency of the heat pipe, since heating and the evaporation of water begins immediately after turning on the heater and all the energy of the electric current, basically, diverges only to heat the water;
- since the water level during the operation of the pipe changes, i.e. decreases as the water evaporates and increases as it condenses, the degree of immersion of the electrodes in the water changes, which means that the amount of current passed through the water automatically changes, which leads to automatic stabilization of work, contributing to its efficiency;
- power supply of electrodes with alternating current equalizes their working conditions, reduces the process of their hydrolysis destruction, increases the reliability of the pipe and increases the total time of its operation;
- using the heat pipe body, along with the central electrode, as a second electrode, its design is simplified, which improves the manufacturability of the heat pipe manufacturing, and the outer dielectric casing contributes to the safety of its use;
- the constructive possibility of sealing the pipe in the process of its evacuation, for example by setting the sealing tube, helps to simplify the technology of evacuation of the heat pipe.

На чертеже изображен продольный разрез тепловой трубы с металлическим корпусом-электродом и центральным электродом и наружным защитным диэлектрическим кожухом. The drawing shows a longitudinal section of a heat pipe with a metal casing-electrode and a central electrode and an external protective dielectric casing.

Тепловая труба содержит частично заполненный жидким электропроводящим теплоносителем (1), в качестве которого, предпочтительно, применена вода, герметичный корпус (2) с зонами испарения (3) и конденсации (4), выполненный из металла с плотно облегающим его снаружи диэлектрическим защитным кожухом(5). С торца в зоне испарения корпус оснащен цоколем (6), выполненным из диэлектрического материала, на котором внутри корпуса закреплен нагреватель в виде пары электродов (7) и (8), выполненных из электролизостойкого материала, один (7) из которых расположен вдоль оси корпуса, а вторым (8) является сам металлический корпус. С торца в зоне испарения корпус закрыт герметизирующей пробкой (9) с возможностью ее постановки в процессе вакуумирования. The heat pipe contains partially filled with liquid electrically conductive coolant (1), which is preferably water, a sealed housing (2) with evaporation zones (3) and condensation (4), made of metal with a dielectric protective casing tightly surrounding it ( 5). From the end in the evaporation zone, the housing is equipped with a socle (6) made of dielectric material, on which a heater is fixed inside the housing in the form of a pair of electrodes (7) and (8) made of electrolysis-resistant material, one (7) of which is located along the axis of the housing , and the second (8) is the metal case itself. From the end in the evaporation zone, the casing is closed with a sealing plug (9) with the possibility of setting it in the process of evacuation.

Тепловая труба работает следующим образом. The heat pipe works as follows.

Так как вода электропроводна, то при включении электродов в электрическую цепь через воду в зазоре между электродами потечет ток, разогревающий воду, как и любой проводник. А так как тепловая труба вакуумирована, испарение воды начнется при более низкой температуре, чем при нормальном давлении, т. е. , с учетом относительно высокой плотности тока, протекающего через поперечное сечение воды в зазоре между электродами, ее испарение начнется практически немедленно по включении электродов. Пар с запасенной им при испарении тепловой энергией сразу же распространяется по всей трубе, отдавая свое тепло холодным в зоне конденсации стенкам корпуса при конденсации на них. Образовавшаяся из пара вода вновь стекает в зону испарения. По мере разогрева всей трубы в ней все больше и больше образуется пара и повышается его давление, способствующее тому, что испарение воды будет возможным лишь при более высокой температуре, и при достижении в трубе нормального давления она будет испаряться при 100^oC.Since water is electrically conductive, when the electrodes are included in the electric circuit through the water, a current will flow in the gap between the electrodes, heating the water, like any conductor. And since the heat pipe is evacuated, the evaporation of water will begin at a lower temperature than at normal pressure, i.e., taking into account the relatively high current density flowing through the cross section of the water in the gap between the electrodes, its evaporation will begin almost immediately after the electrodes are turned on . Steam with thermal energy stored during evaporation immediately spreads throughout the pipe, giving off its heat to the walls of the body that are cold in the condensation zone during condensation on them. The water formed from the steam again flows into the evaporation zone. As the entire pipe heats up, more and more steam forms in it and its pressure increases, which contributes to the fact that water evaporation will be possible only at a higher temperature, and when the pipe reaches normal pressure, it will evaporate at 100 ^o C.

С приближением скоростей процесса испарения-конденсации и разогрева трубы до оптимальных величин они замедляются и по достижении указанных величин автоматически стабилизируются за счет автоматического изменения величины тока, проходящего через воду, т.к. с увеличением парообразования понижается уровень воды в трубе, площадь электродов, погруженная в воду, т.е. их активная площадь, уменьшается и величина тока, уменьшается парообразование, и процессы пойдут в обратном порядке. Практически наступит стабилизация указанных процессов при оптимальном режиме работы трубы, самоподдерживающаяся автоматически. Надежной эффективной работе трубы с высокой экономичностью способствует то, что нагреватель в виде электродов помещен в теплоносителе, разогрев которого осуществляется электрическим током, непосредственно протекающим в его толще без каких-либо промежуточных теплопередающих элементов, и за счет того, что электроды работают относительно друг друга в одинаковых условиях, т.к. электрический ток - переменный. With the approach of the rates of the process of evaporation-condensation and heating of the pipe to optimal values, they slow down and upon reaching these values are automatically stabilized by automatically changing the magnitude of the current passing through the water, because with increasing vaporization, the water level in the pipe decreases, the area of the electrodes immersed in water, i.e. their active area, the current decreases, the vaporization decreases, and the processes go in the reverse order. In practice, these processes will stabilize at the optimum operating mode of the pipe, self-sustaining automatically. Reliable efficient operation of the pipe with high efficiency is facilitated by the fact that the heater in the form of electrodes is placed in a heat carrier, the heating of which is carried out by an electric current directly flowing in its thickness without any intermediate heat transfer elements, and due to the fact that the electrodes work relative to each other in identical conditions, as electric current is alternating.

Реализация предложенного изобретения позволяет получить тепловые трубы, обладающие высоким КПД и экономичностью при сравнительно высоких конструктивной простоте и технологичности изготовления и пригодности для применения в самых различных электрических нагревательных, безопасных, надежных и простых в эксплуатации, в т.ч. и в бытовых переносных устройствах, исключающих т.н. "выгорание" кислорода воздуха в помещениях. The implementation of the proposed invention allows to obtain heat pipes with high efficiency and economy with relatively high structural simplicity and manufacturability and suitability for use in a wide variety of electric heating, safe, reliable and easy to use, including and in household portable devices excluding the so-called "burnout" of indoor air oxygen.

Claims (1)

Тепловая труба, содержащая частично заполненный жидким электропроводным теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации, цоколь в зоне испарения, соединенный с корпусом и подключаемый к источнику питания, электронагреватель в виде двух электродов, закрепленных внутри корпуса на цоколе, отличающаяся тем, что источник питания выполнен на переменном токе, один электрод установлен вдоль оси корпуса, а второй соединен с металлическим корпусом, наружная поверхность которого покрыта электроизоляционным материалом. A heat pipe containing a sealed enclosure partially filled with a liquid electric conductive coolant with evaporation and condensation zones, a base in the evaporation zone, connected to the housing and connected to a power source, an electric heater in the form of two electrodes mounted inside the housing on the base, characterized in that the power source is made on alternating current, one electrode is installed along the axis of the housing, and the second is connected to a metal housing, the outer surface of which is covered with electrical insulating material.