RU2387937C1

RU2387937C1 - Gravity-assisted heat pipe

Info

Publication number: RU2387937C1
Application number: RU2008148322/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Абросимов (RU); Александр Иванович Абросимов; Виктор Иванович Гвоздик (RU); Виктор Иванович Гвоздик; Марк Абрамович Минкин (RU); Марк Абрамович Минкин
Original assignee: Александр Иванович Абросимов; Виктор Иванович Гвоздик; Марк Абрамович Минкин
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-04-27

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering, and namely to heat tubes intended mainly for freezing of soil with the purpose of reinforcement of foundations and bases of various facilities erected on permanently frozen soils. In gravity-assisted heat pipe containing tight housing partially filled with liquid heat carrier and having evaporation and condensation zones and with transportation zone, housing in evaporation zone and in transportation zone or in any of those zones has at least one insert made in the form of bellow connected with cylindrical tips to the housing sections between which an insert is located, bellow is enclosed in flexible metal sleeve the ends of which are fixed on the above tips; the insert is also equipped with rigid removable casing for fixing mutual position of the housing sections between which there is an insert made with possibility of being located around the above sleeve and attached to the housing sections adjacent to the insert.

EFFECT: design of the tube provides high degree of manufacturability, transportation and installation thereof to operating position on the object.

3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники, более конкретно к тепловым трубам, а именно к гравитационным тепловым трубам, применяемым преимущественно при замораживании грунта для укрепления фундаментов и оснований различных сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах.The invention relates to the field of heat engineering, and more particularly to heat pipes, and in particular to gravity heat pipes, used mainly when freezing soil to strengthen the foundations and bases of various structures erected on permafrost soils.

Известны гравитационные тепловые трубы, содержащие герметичный частично заполненный теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной (см., например, патент Российской Федерации на изобретение №2327940, опубл. 27.06.2008 [1]; патент Российской Федерации на полезную модель №68108, опубл. 10.11.2007 [2]).Known gravitational heat pipes containing a sealed housing partially filled with coolant with evaporation, condensation and transport zones (see, for example, the patent of the Russian Federation for invention No. 2237940, publ. 06/27/2008 [1]; patent of the Russian Federation for utility model No. 68108 , published on November 10, 2007 [2]).

Известные гравитационные тепловые трубы имеют жесткий корпус и, следовательно, фиксированную геометрическую форму. В частности, труба по патенту [1] прямая, а труба по патенту [2] изогнута под углом, близким к прямому.Known gravitational heat pipes have a rigid body and, therefore, a fixed geometric shape. In particular, the pipe according to the patent [1] is straight, and the pipe according to the patent [2] is bent at an angle close to the straight line.

При увеличении длины этих труб возникают трудноразрешимые технологические проблемы как при изготовлении (поскольку требуются протяженные помещения), так и при транспортировании труб и установке их в вертикальные скважины. Кроме того, возникают трудности при укладке зоны испарения на строительной площадке, например, между уже установленными сваями фундамента. Следует принять во внимание, что осуществлять сварку, проверять сварочные швы на герметичность, а также производить заправку трубы теплоносителем в условиях Крайнего Севера трудно и дорого. Поэтому трубы должны изготавливаться в надлежащих производственных условиях и доставляться к месту их эксплуатации в готовом к установке и использованию виде.With an increase in the length of these pipes, intractable technological problems arise both in the manufacture (since long rooms are required) and in the transportation of pipes and their installation in vertical wells. In addition, difficulties arise when laying the evaporation zone at the construction site, for example, between already installed foundation piles. It should be taken into account that it is difficult and expensive to carry out welding, check welding seams for leaks, and also to fill the pipe with coolant in the Far North. Therefore, pipes must be manufactured in appropriate production conditions and delivered to the place of their operation in a form ready for installation and use.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении технологичности производства, транспортирования и установки гравитационных тепловых труб в рабочее положение на объекте использования.The invention is aimed at achieving a technical result, which consists in ensuring the manufacturability of the production, transportation and installation of gravitational heat pipes in a working position at the object of use.

Наиболее близкой к предлагаемой является гравитационная тепловая труба по патенту [2].Closest to the proposed is the gravitational heat pipe according to the patent [2].

Предлагаемая гравитационная тепловая труба, как и указанная наиболее близкая к ней известная, содержит герметичный частично заполненный жидким теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной.The proposed gravitational heat pipe, like the one closest to it, is known, contains a sealed case partially filled with liquid heat carrier with zones of evaporation, condensation and a transport zone.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемой тепловой гравитационной трубе, в отличие от наиболее близкой к ней известной, корпус в зоне испарения и в транспортной зоне или в какой-либо одной из этих зон имеет, по меньшей мере, одну вставку, выполненную в виде сильфона, соединенного с секциями корпуса, между которыми она расположена, цилиндрическими наконечниками. Сильфон заключен в эластичный металлический чулок, концы которого закреплены на указанных наконечниках. Кроме того, вставка снабжена жесткой съемной обоймой для фиксации взаимного положения секций корпуса, между которыми расположена вставка. Жесткая съемная обойма выполнена с возможностью размещения вокруг указанного чулка и крепления ее к примыкающим к вставке секциям корпуса.To achieve the specified technical result in the proposed thermal gravity pipe, in contrast to the closest known to it, the housing in the evaporation zone and in the transport zone or in any one of these zones has at least one insert made in the form of a bellows connected to sections of the housing, between which it is located, by cylindrical tips. The bellows is enclosed in an elastic metal stocking, the ends of which are fixed to these tips. In addition, the insert is equipped with a rigid removable holder for fixing the relative position of the sections of the housing, between which the insert is located. A rigid removable clip is made with the possibility of placing around the specified stocking and fixing it to sections of the housing adjacent to the insert.

Благодаря наличию вставок в виде сильфона, установленных в указанных более протяженных зонах корпуса, и благодаря выполнению жестких обойм съемными предлагаемая тепловая труба при транспортировании может быть сложена, например, в виде "змейки". При этом сильфоны упомянутых вставок изогнуты на 180 градусов, и находящиеся между вставками секции корпуса располагают в таре параллельно друг другу. Поэтому размеры тары и транспортного средства по длине могут быть в несколько раз меньше общей длины тепловой трубы. При изготовлении тепловой трубы, имеющей предлагаемую конструкцию, нет необходимости располагать в одну линию все секции корпуса, между которыми устанавливаются вставки в виде сильфона, благодаря чему исключается необходимость в протяженных производственных помещениях.Due to the presence of inserts in the form of a bellows installed in the indicated more extended zones of the housing, and due to the implementation of rigid clips removable, the proposed heat pipe during transportation can be folded, for example, in the form of a "snake". At the same time, the bellows of the said inserts are bent by 180 degrees, and the sections of the case located between the inserts are arranged parallel to each other in the container. Therefore, the dimensions of the container and the vehicle in length can be several times smaller than the total length of the heat pipe. In the manufacture of a heat pipe having the proposed design, it is not necessary to arrange in one line all sections of the body between which inserts are installed in the form of a bellows, which eliminates the need for extended production rooms.

Эластичный металлический чулок, в который заключен сильфон, обеспечивает его механическую защиту, без которой невозможны ни транспортирование, ни эксплуатация тепловой трубы в тех реальных условиях, для которых она предназначена.The elastic metal stocking in which the bellows is enclosed provides its mechanical protection, without which neither transportation nor operation of the heat pipe is possible under the real conditions for which it is intended.

Жесткие съемные обоймы, находящиеся в процессе транспортирования тепловой трубы в снятом состоянии, при установке трубы в рабочее положение крепятся к секциям корпуса и обеспечивают, в зависимости от того, что является необходимым в конкретных условиях, прямолинейность или фиксированный угол изгиба осевых линий секций корпуса и сильфонов, установленных между ними.Rigid removable clips that are in the process of transporting the heat pipe in the removed state, when the pipe is installed in the working position, are attached to the sections of the housing and provide, depending on what is necessary in specific conditions, straightness or a fixed bending angle of the axial lines of the sections of the housing and bellows established between them.

Отмеченные особенности в совокупности обеспечивают лучшую технологичность производства, транспортирования и установки предлагаемой тепловой трубы в рабочее положение на объекте использования. Очевидно, что возможность достижения такого технического результата существует при размещении хотя бы одной вставки в какой-либо одной из указанных зон корпуса, являющейся наиболее протяженной, однако предпочтительно наличие нескольких вставок как в зоне испарения, так и в транспортной зоне.The noted features together provide the best manufacturability of production, transportation and installation of the proposed heat pipe in the working position at the object of use. Obviously, the possibility of achieving such a technical result exists when at least one insert is placed in any one of the indicated zones of the housing, which is the longest, however, it is preferable to have several inserts both in the evaporation zone and in the transport zone.

Жесткая съемная обойма, предназначенная для вставки, расположенной в зоне испарения, может иметь перфорацию. В этом случае она может быть выполнена, например, в виде стержней, установленных с зазором друг относительно друга и закрепленных своими концами на примыкающих к вставке секциях корпуса в местах их соединения со вставкой.A rigid removable clip intended for insertion located in the evaporation zone may have perforation. In this case, it can be made, for example, in the form of rods installed with a gap relative to each other and fixed with their ends on sections of the housing adjacent to the insert at the points of their connection with the insert.

Наличие перфорации, в том числе при описанном выполнении жесткой обоймы в виде стержней, обеспечивает возможность заполнения пространства между нею и чулком, окружающим сильфон, грунтом или песком для уменьшения теплового сопротивления теплопередаче к сильфону.The presence of perforation, including the described implementation of a rigid cage in the form of rods, makes it possible to fill the space between it and the stocking surrounding the bellows, soil or sand to reduce thermal resistance to heat transfer to the bellows.

Изобретение иллюстрируется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

- на фиг.1 изображена прямолинейная гравитационная тепловая труба со вставками в виде сильфона в зоне испарения и в транспортной зоне (позиция "а"), только в зоне испарения (позиция "б") и только в транспортной зоне (позиция "в");- figure 1 shows a rectilinear gravitational heat pipe with inserts in the form of a bellows in the evaporation zone and in the transport zone (position "a"), only in the evaporation zone (position "b") and only in the transport zone (position "c") ;

- на фиг.2 представлена изогнутая гравитационная тепловая труба с несколькими вставками в виде сильфона в зоне испарения, располагаемой в рабочем положении под небольшим углом к горизонту;- figure 2 presents a curved gravitational heat pipe with several inserts in the form of a bellows in the evaporation zone, located in the working position at a small angle to the horizon;

- на фиг.3 дан продольный разрез А-А тепловой трубы по фиг.1 в области вставки в виде сильфона;- figure 3 is a longitudinal section aa of the heat pipe of figure 1 in the area of the insert in the form of a bellows;

- на фиг.4 представлен поперечный разрез Б-Б вставки, изображенной на фиг.3;- figure 4 presents a cross section bB of the insert depicted in figure 3;

- на фиг.5 показана предлагаемая гравитационная тепловая труба, сложенная "змейкой" для транспортирования.- figure 5 shows the proposed gravitational heat pipe, folded "snake" for transportation.

Предлагаемая гравитационная тепловая труба содержит герметичный корпус 1 (фиг.1, 2) с зонами испарения 2, конденсации 3 и транспортной зоной 4. Корпус частично заполнен жидким теплоносителем 5. В зоне испарения 2 (фиг.1б, фиг.2) или в транспортной зоне 3 (фиг.1в) либо в обеих этих зонах (фиг.1а) труба имеет вставку 6 (см. также фиг.5). Вставка 6 содержит (см. фиг.3) гибкий элемент в виде сильфона 9 с цилиндрическими наконечниками 10. Посредством последних сильфон 9 соединен с примыкающими к нему секциями корпуса 1. Сильфон 9 заключен в металлический плетеный чулок 11, концы которого закреплены на наконечниках 10. Вокруг гибкого элемента в виде сильфона 9 с чулком 11 размещена жесткая обойма 8. Обойма 8 выполнена съемной. Для этого она может, например, состоять из показанных на фиг.4 двух полуколец 12, к которым приварены своими концами стержни 13. Указанные части обоймы с помощью болтового соединения 14 крепятся на корпусе в местах соединения его секций с цилиндрическими наконечниками сильфонов.The proposed gravitational heat pipe contains a sealed housing 1 (Fig.1, 2) with evaporation zones 2, condensation 3 and transport zone 4. The housing is partially filled with liquid coolant 5. In the evaporation zone 2 (Fig.1b, Fig.2) or in the transport zone 3 (figv) or in both of these zones (figa) the pipe has an insert 6 (see also figure 5). The insert 6 contains (see FIG. 3) a flexible element in the form of a bellows 9 with cylindrical tips 10. By means of the latter, the bellows 9 is connected to adjacent sections of the housing 1. The bellows 9 is enclosed in a metal braided stocking 11, the ends of which are fixed on the tips 10. Around the flexible element in the form of a bellows 9 with a stocking 11 posted by a rigid clip 8. The clip 8 is made removable. For this, it can, for example, consist of two half rings 12 shown in FIG. 4, to which the rods 13 are welded at their ends. The indicated parts of the holder are bolted to the housing at the junctions of its sections with the cylindrical tips of the bellows.

Расположение стержней 13 с зазором друг относительно друга может обеспечить наличие перфорации. Последняя полезна, когда вставка с сильфоном 9 установлена в зоне испарения. Зазоры позволяют заполнить пространство между чулком 11 и стержнями 13 грунтом или песком для уменьшения теплового сопротивления теплопередаче от земли к сильфону.The location of the rods 13 with a gap relative to each other can ensure the presence of perforation. The latter is useful when the bellows insert 9 is installed in the evaporation zone. The gaps allow you to fill the space between the stocking 11 and the rods 13 with soil or sand to reduce thermal resistance to heat transfer from the ground to the bellows.

В процессе изготовления тепловой трубы обойма, охватывающая гибкий элемент вставки 6 (сильфон 9, заключенный в чулок 11), не устанавливается. При транспортировании тепловая труба находится в сложенном "змейкой" состоянии (фиг.5). При этом секции корпуса 1 уложены параллельно друг другу путем изгибания вставок 6 на угол 180 градусов. Перед установкой на объекте тепловую трубу распрямляют, вокруг вставок 6 устанавливают обоймы 8, которые обеспечивают нахождение осей секций корпуса и сильфона на одной линии (как на фиг.1) либо обеспечивают фиксированный изгиб продольной оси корпуса (как крайняя левая обойма 6 на фиг.2). В последнем случае, если обойма выполнена в соответствии с фиг.4, стержни 13 должны иметь необходимый изгиб. Обоймы 8 выполняют свою функцию как в процессе строительно-монтажных работ, так и при эксплуатации объекта.In the manufacturing process of the heat pipe, a cage covering the flexible element of the insert 6 (bellows 9 enclosed in stocking 11) is not installed. During transportation, the heat pipe is in a folded "snake" state (figure 5). The sections of the housing 1 are stacked parallel to each other by bending the inserts 6 at an angle of 180 degrees. Before installing on the object, the heat pipe is straightened, clips 8 are installed around the inserts 6, which ensure that the axes of the sections of the housing and the bellows are on the same line (as in FIG. 1) or provide a fixed bend of the longitudinal axis of the housing (as the leftmost holder 6 in FIG. 2 ) In the latter case, if the clip is made in accordance with figure 4, the rods 13 should have the necessary bend. The clips 8 fulfill their function both in the process of construction and installation work, and during the operation of the object.

В вертикальную скважину погружение предлагаемой тепловой трубы производят посекционно. После погружения первой секции корпуса вертикально устанавливают вторую секцию, закрепляют обойму, погружают вторую секцию и т.д. При этом отпадает необходимость в громоздких подъемно-транспортных устройствах.In a vertical well, the proposed heat pipe is immersed in sections. After immersing the first section of the casing, the second section is vertically mounted, the clip is fixed, the second section is immersed, etc. This eliminates the need for bulky hoisting devices.

Если часть корпуса с зоной конденсации тяжелая или должна быть расположена высоко над уровнем земли, то вначале в рабочее положение устанавливают на объекте часть корпуса с зоной испарения и транспортной зоной. При этом часть корпуса с зоной конденсации благодаря гибкому элементу вставки, расположенной в транспортной зоне, находится в сложенном состоянии. Затем часть корпуса с зоной конденсации поднимают наверх, распрямляют гибкий элемент указанной вставки, после чего на него накладывают обойму.If the part of the casing with the condensation zone is heavy or should be located high above the ground level, then first the part of the casing with the evaporation zone and the transport zone is installed in the working position on the object. At the same time, a part of the housing with the condensation zone is in the folded state due to the flexible insert element located in the transport zone. Then the part of the body with the condensation zone is lifted up, the flexible element of the indicated insert is straightened, after which a clip is placed on it.

Функционирование предлагаемой гравитационной тепловой трубы осуществляется традиционным для таких труб образом. В ней происходит движение пара вверх за счет разности давлений насыщенного пара в зонах испарения и конденсации, а обратное движение жидкости осуществляется под действием силы тяжести. Тепловая труба передает теплоту Q (фиг.1, 2), поглощенную теплоносителем и отдаваемую им при конденсации во внешнюю среду.The functioning of the proposed gravitational heat pipe is carried out traditionally for such pipes. In it, the vapor moves upward due to the difference in pressure of the saturated vapor in the zones of evaporation and condensation, and the reverse movement of the liquid is carried out under the action of gravity. The heat pipe transfers heat Q (FIGS. 1, 2), absorbed by the heat carrier and given to it by condensation in the external environment.

Преимущества предлагаемой гравитационной трубы перед известными заключаются в том, что ее проще изготавливать, транспортировать и устанавливать на объекте. При транспортировании труба может быть сложена в обычный размер трейлеров и железнодорожных вагонов "змейкой", как показано на фиг.5. Здесь секции корпуса 1 уложены параллельно друг другу путем изгибания вставок 6 на угол 180 градусов. Таким же образом могут быть расположены секции корпуса при соединении их со вставками в процессе изготовления трубы, а также при испытаниях ее на герметичность. Кроме того, преимущество заключается в более дешевом способе погружения трубы в вертикальные скважины, так как в данном случае не требуется громоздкого подъемно-транспортного оборудования, доставка которого на объекты Крайнего Севера в ряде случаев просто невозможна. На объекте такая труба может быть уложена с изгибом около препятствия, например уже забитой в грунт сваи.The advantages of the proposed gravitational pipe over the known ones are that it is easier to manufacture, transport and install on the site. During transportation, the pipe can be folded into the usual size of trailers and railway cars with a “snake”, as shown in FIG. Here, sections of the housing 1 are stacked parallel to each other by bending the inserts 6 at an angle of 180 degrees. In the same way, sections of the housing can be located when connecting them to the inserts during the manufacture of the pipe, as well as when testing it for leaks. In addition, the advantage lies in the cheaper method of immersing the pipe in vertical wells, since in this case no bulky material handling equipment is needed, the delivery of which to the objects of the Far North in some cases is simply impossible. At the object, such a pipe can be laid with a bend near an obstacle, for example, a pile already hammered into the ground.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Российской Федерации на изобретение №2327940 (опубл. 27.06.2008).1. Patent of the Russian Federation for the invention №2327940 (published on June 27, 2008).

2. Патент Российской Федерации на полезную модель №68108 (опубл. 10.11.2007).2. Patent of the Russian Federation for utility model No. 68108 (publ. 10.11.2007).

Claims

1. Гравитационная тепловая труба, содержащая герметичный частично заполненный жидким теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной, отличающаяся тем, что корпус в зоне испарения и в транспортной зоне или в какой-либо одной из этих зон имеет, по меньшей мере, одну вставку, выполненную в виде сильфона, соединенного цилиндрическими наконечниками с секциями корпуса, между которыми расположена вставка, сильфон заключен в эластичный металлический чулок, концы которого закреплены на указанных наконечниках, вставка снабжена также жесткой съемной обоймой для фиксации взаимного положения секций корпуса, между которыми находится вставка, выполненной с возможностью размещения вокруг указанного чулка и крепления ее к примыкающим к вставке секциям корпуса.1. Gravity heat pipe containing a sealed housing partially filled with liquid heat transfer medium with evaporation, condensation and transport zones, characterized in that the housing in the evaporation zone and in the transport zone or in any one of these zones has at least one an insert made in the form of a bellows connected by cylindrical tips to sections of the body between which the insert is located, the bellows is enclosed in an elastic metal stocking, the ends of which are fixed to these tips, the insert it is also equipped with a rigid removable holder for fixing the relative position of the sections of the body, between which there is an insert made with the possibility of placing around the stocking and fastening it to the sections of the body adjacent to the insert.

2. Тепловая труба по п.1, отличающаяся тем, что жесткая съемная обойма, предназначенная для вставки, расположенной в зоне испарения, выполнена перфорированной.2. The heat pipe according to claim 1, characterized in that the rigid removable clip intended for insert located in the evaporation zone is made perforated.

3. Тепловая труба по п.2, отличающаяся тем, что жесткая съемная обойма выполнена в виде стержней, установленных с зазором друг относительно друга и закрепленных своими концами на примыкающих к вставке секциях корпуса в местах их соединения со вставкой. 3. The heat pipe according to claim 2, characterized in that the rigid removable cage is made in the form of rods installed with a gap relative to each other and fixed with their ends on sections of the housing adjacent to the insert at the points of their connection with the insert.