Термосифон это: Термосифон — это… Что такое Термосифон?

Солнечные батареи — Солнечный коллектор Термосифон

 

Энергия солнца — это экологически чистый вид энергии, которую мы можем получать в достаточно больших количествах бесплатно и использовать, в том числе, для нагрева воды для нужд горячего водоснабжения (далее ГВС).

Любая солнечная система для ГВС обязательно включает в себя солнечные батареи и бак-резервуар, в котором копится нагретая вода.

В подобных системах вода может циркулировать самопроизвольно или под действием насоса. На основании этого солнечные системы нагрева воды делятся на системы с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией воды.

Система с естественной циркуляцией называется также системой «Термосифон». Такая система включает в себя:

1. Плоский солнечный коллектор — медная или алюминиевая пластина (абсорбер), покрытый специальным селективным покрытием (тёмной краской), который улавливает солнечную энергию, нагревается и передаёт это тепло воде, протекающей по трубкам внутри коллектора.
2. Бак-аккумулятор — в системах «Термосифон» этот бак располагается сверху коллектора, так как вода, нагреваясь, всегда поднимается вверх.

 

 

Плюсы использования солнечной системы ГВС:

 

— крайне простое устройство и долгий срок службы — данная система не содержит каких-либо насосных групп или электрических устройств, её действие основано только на законах физики. Возможность поломки исключена.

— экологичность — такая система не производит вредных выбросов в атмосферу и не влияет на экологическую обстановку на планете.

— простой и удобный монтаж.

— низкая стоимость эксплуатации системы.

 

Комплект «Термосифон» — это готовое решение для обеспечения горячей водой Вашего дома, дачи или любого другого объекта.

Данный комплект компактный, удобный и простой в использовании. Всё уже подготовлено нашими специалистами.

 

Соединяя составные части системы, в соответствии с маркировкой (чертежом), Вы получаете готовое решение — а значит горячую воду БЕСПЛАТНО от солнца!

Купить солнечный коллектор «Термосифон» в интернет-магазине….

Термосифон

Изобретение относится к строительству промышленных и гражданских объектов в криолитозоне с целью обеспечения их надежности. Наиболее применяемым и эффективным методом инженерной защиты несущей способности фундаментов зданий и сооружений в криолитозоне является технология и технические средства активной термостабилизации грунтов с использованием криогенного ресурса и термосифонов. Одним из способов сохранения расчетной отрицательной температуры мерзлых оснований под сооружениями является использование искусственного замораживания талых или охлаждения мерзлых грунтов оснований с применением парожидкостных охлаждающих устройств — двухфазных термосифонов. В этих целях применяют термосифоны (термостабилизаторы) различных конструкций с использованием технологии испарительного термосифона. Наиболее простой по конструкции однотрубный термостабилизатор грунта — заглушенная с двух сторон труба, установленная вертикально и частично погруженная в грунт. Из полости трубы откачан воздух, часть трубы заправлена легкокипящей жидкостью (аммиак, углекислый газ, фреон) до определенной степени заполнения.

Известны технические решения [1] закрытых конвективных термосифонов с использованием жидкого теплоносителя. пригодные для практического использования — одноканальный с изоляционной рубашкой предотвращающей нагрев в верхних слоях грунтов теплоносителя в термосифоне, что способствует ускоренному замораживанию нижних слоев грунта (рис. 2.5а). Предполагалось также, что изоляционная рубашка обеспечит растяжение конвективных контуров (рис. 2.5, а) в отличие от обычной трубы (рис. 2.1, б). Специальные исследования особенностей теплообмена в одноканальных жидкостных термосифонах не подтвердили этих предположений. В результате конвективные термосифоны в качестве термостабилизаторов грунтов оказались малоэффективны с точки зрения интенсивности протекающих в них теплообменных процессов и распределения температурного поля по длине испарителя, что отражается на экономической эффективности, ее снижении.

Известно устройство для замораживания грунта, характеризующееся тем, что оно имеет замораживающую колонку, при этом замораживающая колонка представляет собой две коаксиально расположенные трубы, выполненные из металла [2]. При работе такого устройства в силу высокой теплопроводности материала, например сплава в виде стали, внутренней (питательной) трубы происходит интенсивный теплообмен между жидким хладоносителем, опускающимся по внутренней трубе и подымающимся по кольцевому каналу, образованному внутренней трубой и наружной (замораживающей). Это снижает эффективность работы устройства за счет низкой производительности единицы жидкого хладоносителя по выносу им тепла из грунта.

Известно устройство, в котором внутренняя труба замораживающей колонки выполнена из пластмассы, а хладоносителем является воздух [3]. В устройстве многократно уменьшается теплообмен через стенку внутренней трубы, что повышает производительность замораживающей колонки. Однако одновременно с этим вдоль замораживающей колонки увеличивается неравномерность охлаждения грунта, которая по длине колонки достигает недопустимого значения. Сущность технического решения заключается прежде всего в том, что ранее указанный технический результат достигается за счет наличия у устройства внутренней трубы замораживающей колонки со стенкой с ограниченной величиной коэффициента теплопередачи. Справочные значения соотношений теплопроводности λ материалов стальной и пластмассовой стенки внутренней трубы и коэффициента теплопередачи К_ст стенки из таких материалов при толщине стенки 0,01 метра и без учета ее кривизны в поперечном сечении составляют 200-800. Таким образом, существенно увеличить эффективность замораживающей колонки за счет изменения теплотехнических параметров только ее внутренней трубы в конвективном термосифоне не представляется возможным.

Наиболее близким к описываемому изобретению является термосифон [4], работающий в испарительном пленочном режиме с геометрическими размерами диаметром — 60 мм и длиной 5 м, предназначенный для термостабилизации грунтов в криолитозоне с целью обеспечения устойчивости строящихся объектов. Надежность работы таких термостабилизаторов зависит от ряда факторов и обстоятельств. Интенсивность притока тепла к испарителю в грунте может обеспечивать только испарение с поверхности жидкого хладагента, то есть с поверхности пленки стекающего конденсата. При этом могут иметь место ситуации: срыв пленки конденсата на поверхности испарителя, зависание каймы пленки в термосифоне, сопровождающееся замедлением ее движения или вовсе остановкой на промежуточном участке испарителя, покрытие пленкой части поверхности испарителя. Последнее обусловлено смачиваемостью стенки испарителя хладагентом либо отклонением от оси трубы термосифона. При отклонении оси трубы от вертикали стекающая под воздействием гравитационного поля пленка конденсата стремится сосредоточиться в «тальвеге» поверхности, жидкость стекает в нижнюю часть испарителя сосредоточенным потоком. Местный срыв пленки будет происходить в зоне стыков труб, вмятин, заусенцев и прочих неоднородностей на внутренней поверхности трубы. Пленка не будет достигать нижней части термосифона и при недостаточном количестве (дефиците) хладагента. Наблюдается неравномерное распределение температуры по длине испарителя в результате ее повышения с увеличением глубины погружения испарителя в грунт.

Перечисленные недостатки пленочных испарительных термосифонов существенно снижают их тепловую эффективность, как следствие, в целом снизятся технико-экономические показатели в процессе эксплуатации при наличии вышеуказанных факторов.

Изобретение направлено на повышение экономичности и надежности работы термосифона (термостабилизатора грунта), заполненного аммиаком, обеспечение более низких температур охлаждаемого грунта и интенсивности теплообмена при простоте конструктивного исполнения.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в термосифоне, включающем конденсатор, испаритель и транзитный участок между ними в виде круглой с обеих сторон заглушенной трубы, вертикально установленной и погруженной на глубину длины испарителя в грунт, из полости трубы откачан воздух, взамен полость заправлена аммиаком, часть полости заполнена жидким аммиаком, остальной объем — насыщенным паром аммиака, испаритель выполнен в виде коаксиально смонтированных труб, наружная труба диаметром 33,7×3,5 мм стальная, в испарителе по центру коаксиально установлена труба диаметром 20×2 мм из материала с низким коэффициентом теплопроводности (полиэтилена), степень заполнения термосифона аммиаком составляет 0,45-0,85 (отношение объема жидкости к общему внутреннему объему трубы), внизу внутренняя труба на длине 600 мм перфорирована шестью отверстиями диаметром 10 мм, длина термосифона 10-16 м, уровень аммиака в испарителе выше торца внутренней трубы не менее 0,1 м, конденсатор с площадью теплообменной поверхности оребрения 2,44 м

2, длина оребренной трубы 1,18 м, диаметр оребрения 67 мм.

На чертеже представлен общий вид термосифона (термостабилизатора грунта). Термосифон длиной 10-16 м в виде стальной трубы 1 марки 09Г2С диаметром 33,7×3,5 мм содержит испаритель 2, конденсатор 3 и транзитный участок между ними 4. Конденсатор — верхняя часть трубы с алюминиевым оребрением 5 диаметром 67 мм, длино1 1,18 м и общей площадью поверхности теплообмена 2,44 м². Внутри испарителя коаксиально установлена труба 6 из материала с низким коэффициентом теплопроводности, диаметром 20×2 мм (полиэтиленовая). Внизу труба перфорирована шестью отверстиями 7 диаметром 10 мм с межцентровыми расстояниями по прямой линии и оси симметрии трубы 100 мм и на расстоянии последнего отверстия от нижнего края трубы 10 мм. Внутренняя полость термосифона взамен откачанного воздуха заполнена жидким 8 и газообразным 9 аммиаком. Термосифон погружен в грунт 10 на глубину, равную длине испарителя.

Заявленный термосифон с внутренним устройством типа трубы перфорированной в нижней ее части для интенсификации процесса теплообмена и снижения температуры на теплообменной поверхности испарителя работает следующим образом.

С наступлением холодов в криолитозоне и при снижении температуры воздуха ниже 0°С в термосифоне наблюдается протекание процессов испарения и конденсации аммиака соответственно в испарителе 2 и конденсаторе 3, который охлаждается атмосферным воздухом. Образующийся в конденсаторе жидкий аммиак стекает пленкой по стенкам трубы транзитного участка 4 и испарителя, где смешивается с основной массой жидкого аммиака 8. Степень заполнения термосифона жидким аммиаком составляет 0,45-0,85 (отношение объема жидкости к общему внутреннему объему трубы). В пространстве испарителя, заполненного газообразным аммиаком 9, происходит испарение жидкого аммиака с поверхности пленки в результате его нагрева теплом грунта 10. Холодные слои жидкого аммиака по внутренней полиэтиленовой трубе 6, коаксиально установленной по оси симметрии трубы 1, опускаются и через отверстия 7 попадают в межкольцевое пространство. Под воздействием передающегося тепла от грунта к теплообменной поверхности испарителя жидкий аммиак нагревается и испаряется. Образующаяся парожидкостная смесь движется вверх под воздействием разностей температуры аммиака по высоте испарителя и плотностей аммиака во внутренней трубе и межкольцевом пространстве. Над уровнем аммиака 8 происходит сепарация парожидкостной смеси с выделением пара аммиака и его последующим движением вместе с испарившимся аммиаком с поверхности пленки по транзитному участку в конденсатор 3, который охлаждается окружающим холодным воздухом, проходящим между кольцевыми алюминиевыми ребрами 5.

Пример

В условиях полигона проведены испытания на стенде трех термосифонов с одинаковыми геометрическими размерами: длина термосифонов составляла 12 м, длина внутренней трубы — 9 м, степень заполнения термосифона жидким аммиаком — 0,8, скорость охлаждающего конденсатор воздуха — 5 м/с. При этом внутренние устройства были разные — с внутренними трубами из различных материалов — стали, полиэтилена — и без внутренней трубы. Результаты испытаний термосифонов приведены в таблице.

Результаты испытаний показали два эффекта — наиболее низкие температуры на внешней поверхности испарителя при работе термосифона с внутренней полиэтиленовой трубой по сравнению с работой термосифонов с металлической трубой или без нее и наличие изотермического участка в интервале 4-10 м от низа внешней трубы испарителя.

Выполнение испарителя термосифона в виде коаксиально смонтированных труб определенных диаметров, а внутренней трубы из материала с низким коэффициентом теплопроводности (полиэтилена), с соблюдением соотношения площадей теплообменных поверхностей конденсатора и испарителя при определенной степени заполнения аммиаком термосифона предопределяет геометрию контуров циркуляции хладагента в испарителе и, как следствие, эффект значительного снижения и изотермического распределения температуры по внешней поверхности испарителя на отдельном его участке длиной примерно 6 м. Снижение температуры для отдельных режимов работы термосифонов с внутренней полиэтиленовой трубой происходит на 10°С и более. Степень заполнения в совокупности с наличием внутренних устройств (трубы) по результатам исследований оказывает существенное влияние на интенсивность и глубину протекающих процессов замораживания грунтов.

Предшествующий уровень техники (прототип в том числе) не обеспечивает термосифонному устройству функционирование способом данного изобретения и с оператором преимуществ к тому, которое предоставляет данное изобретение. В изобретении сочетаются преимущества конвективных термосифонов с контурами циркуляции в жидкой фазе и испарительных термосифонов, обладающих высокой интенсивностью теплообменных процессов в парожидкостных средах на стадиях испарения и конденсации хладагента.

Источники информации

1. Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве. Новосибирск: Наука, 1985, с. 28, рис. 2.5а.

2. Хакимов Х.Р. Замораживание грунтов в строительных целях. — М.: Госстройиздат. — 1962. — С. 122-127.

3. Придорогин В.М. Исследования противофильтрационных элементов земляных плотин мерзлого типа. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1974.

4. Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве. Новосибирск: Наука, 1985, с. 35, 36, рис. 2.7 д, е.

Термосифон, включающий конденсатор, испаритель и транзитный участок между ними в виде круглой с обеих сторон заглушенной трубы, вертикально установленной и погруженной на глубину испарителя в грунт, из полости трубы откачан воздух, взамен полость заправлена аммиаком, часть полости заполнена жидким аммиаком, остальной объем — насыщенным паром аммиака, отличающийся тем, что диаметр трубы составляет 33,7×3,5 мм, в испарителе по оси симметрии трубы коаксиально установлена внутренняя труба диаметром 20×2 мм из материала с низким коэффициентом теплопроводности, степень заполнения термосифона аммиаком составляет 0,45-0,85 (отношение объема жидкости к общему внутреннему объему трубы), внизу внутренняя труба на длине 600 мм перфорирована шестью отверстиями диаметром 10 мм, длина термосифона 10-16 м, уровень аммиака в испарителе выше торца внутренней трубы не менее 0,1 м, конденсатор с площадью теплообменной поверхности оребрения 2,44 м, длина оребренной трубы 1,18 м, диаметр оребрения 67 мм.

Численное моделирование тепловых режимов термосифонов

%PDF-1.4 % 1 0 obj > /Pages 2 0 R /Type /Catalog /Metadata 3 0 R >> endobj 4 0 obj /Title >> endobj 2 0 obj > endobj 3 0 obj > stream

Численное моделирование тепловых режимов термосифонов

Красношлыков Александр Сергеевич; Кузнецов Гений Владимирович endstream endobj 5 0 obj > /MediaBox [0 0 595.l[Í\/D؃Tt]@G>T_5Th37p6SM_&N`V@Ncn`nepz

Замораживание и термостабилизация грунтов в криолитозоне

И.П. Рило ([email protected])

К.А. Желудкова

Д.А. Клещин

В работе рассмотрено влияние внешних и внутренних устройств разрабатываемых модификаций новых термостабилизаторов на процессы теплопереноса в двухфазных системах с целью увеличения их эффективности. На основе полученных результатов исследовано влияние стратификации температуры в объеме и геометрии на характеристики теплопередачи. Установлено влияние применяемого хладагента (аммиака и углекислоты) и материала стенок внутреннего устройства на величину градиента и распределение температуры по длине термостабилизатора. Разработанная технология термостабилизации грунтов позволяет существенно увеличить интенсивность теплообменных  процессов  и значительно снизить температуры при глубинном замораживании  грунтов до 100 м и более (минус 5,3 °C на глубине 50 м при температуре воздуха минус 17 °C для хладагента аммиака).

---

Проблема поддержания отрицательной температуры мерзлых пород для обеспечения надежности геотехнических систем в криолитозоне (шельфе), является актуальной для отраслей промышленности и жилищнокоммунального хозяйства. Одним из направлений решения проблемы являются использование работы гравитационных сил и  криогенного ресурса на основе гладкостенных термостабилизаторов, разработки современных инженерных решений и технологии строительства на вечномерзлых грунтах. 

Для  современного строительства в северных условиях необходима унификация методов строительства и упрощение эксплуатации сооружений. Причем, при массовом строительстве предусматривают сохранение мерзлотногеологических условий и изменение этих условий. Такая задача разрешима, поскольку основные инженерные свойства грунтов определяются их температурой. НПО Фундаментстройаркос (ФСА) унифици- рует конструктивно-технологические решения  северного  строительства в значительной мере за счет усовершенствования способов и средств, обеспечивающих поддержание заданного температурного режима грунтов в основании сооружений, применяя термостабилизаторы (ТС) грунтов термосифонного типа нового поколения, в которых циркуляция аммиака и углекислоты осуществляется под действием силы тяжести и тепловой энергии грунта. При этом используется естественный холод низкие отрицательные температуры атмосферного воздуха в зимнее время с учетом скорости ветра, обдувающего оребрение конденсатора. Использование и применение разработанных средств и способов способствует сохранению и снижению естественной температуры вечномерзлых грунтов.

Каждый термосифон представляет собою циркуляционный контур, в котором движение хладагента обусловлено теплообменом в поле земного тяготения. Циркуляционный контур термосифона состоит из трех частей — испарителя, транзитного участка и конденсатора, в которых происходит теплообмен с внешней средой. Термостабилизаторы подразделяют на несколько типов. К первому, наиболее простому, относится термосифон испарительного типа, представляющий собой вертикальную трубу, в которой содержится насыщенный пар хладагента и жидкость (аммиак, углекислота). Верхний конец трубы со спиралевидно навитым под напряжением ленты оребрением из алюминия холоднее, поскольку охлаждается и обдувается зимой морозным воздухом. Нижний конец (испаритель) размещен в грунте  с более высокой по сравнению с воздухом температурой. В результате возникает циркуляция хладагента: в верхней части трубы насыщенный пар конденсируется на  внутренних стенках, пленка конденсата под действием силы тяжести стекает в нижнюю часть термосифона (испаритель), а пар за счет падения давления в зоне конденсации перемещается вверх по контуру циркуляции.

ТС удовлетворяют требованиям перспективности (по геометрическим, энергетическим, экономическим показателям, герметичности, жесткости, материалоемкости, транспортабельности и защищенности от вредных механических, химических и других воздействий) и энергосбережения. Применение ТС разных модификаций в качестве базовых элементов позволяет передавать потоки на значительные расстояния при малых температурных напорах (низких термических сопротивлениях). Широта температурного диапазона теплоно- сителей, практическая неограничен- ность разнообразных конструктивных форм   и  размеров  определяют гиб- кость  проектирования и технологии. Перспективные показатели в определенной степени «компенсируются» сложностью расчета, проектирования, технологии подготовки, изготовления, испытаний непосредственно ТС и сложностью теплового и гидравлического взаимодействия их с другими элементами (конденсаторным блоком, контуром циркуляции).

Разрабатываемые конструкции ТС различных типоразмеров и конфигураций, обладают уникальной совокупностью эксплуатационных свойств. Различные конструкции ТС разрабатываются с повышенным ресурсом работы не менее 30 лет. В процессе их производства используются алюминий АД-31 и трубы, в основном малого диаметра (33,7 мм), позволяющие конструировать протяженные теплообменные поверхности с определенной по техническому заданию максимальной тепловой мощностью (до 10—15 кВт). К используемым материалам и теплоносителям в ТС выдвигаются особые жесткие требования.

Для термостабилизации грунтов и в зависимости от заполняющего хладагента ТС используются в диапазоне от минус 60 °C до 0 °C. ТС надежны при эксплуатации при обеспечении требований совместимости материалов стенок корпуса и теплоносителей они могут функционировать неограниченно долго без существенного ухудшения своих теплофизических характеристик. В них отсутствуют движущиеся и трущиеся части. Это обеспечивает бесшумность, высокую надежность и длительный ресурс   при работе в условиях изменений внутренних и внешних тепловых, а также механических воздействий. ТС обладают достаточной механической прочностью,  относительно малой массой, автономностью. Благодаря механизму термосифона ТС во многих случаях не требуют дополнительной энергии для перекачки теплоносителей. Они отличаются высокой эффективной теплопроводностью и изотермичностью, работают в условиях гравитации. ТС позволяют рассеивать или концентрировать (трансформировать) тепловые потоки большой плотности, разделять и разветвлять в пространстве источники и стоки теплоты. 

Широкое  распространение на вечной мерзлоте получили глубинные трубчатые сезонно-охлаждающие устройства (СОУ) с подземной частью до 100 м и более: для замораживания и температурной стабилизации грунтов плотин и устьев скважин (рисунки 1, 2).

 

\

Рис 1. Плотина на р. Ирелях (г. Мирный). Одиночные СОУ производства ФСА

 

Рис 2. Образцы СОУ на испытательном полигоне термостабилизаторов ФСА: а — СОУ-50; б — СОУ-100

На рисунке 3 показана схема стенда модернизированного промышленного образца термостабилизатора СОУ-50 (термосифона), установленного на испытательном полигоне термостабилизаторов для исследования глубинного замораживания и термостабилизации грунтов на глубине до 50 м с расположением датчиков температуры t1 — t13 по высоте испарителя с регистрирующим вторичным прибором (13).

 

Рис.3. Принципиальная схема термостабилизатора СОУ-50

Суть модернизации заключается в организации раздельных потоков жидкой и паровой фаз хладагента в замкнутом пространстве термосифона 1, из которого предварительно удаляли воздух до глубокого вакуума и заполняли через вентиль 2 жидким аммиаком либо углекислым газом до уровня ниже уровня грунта примерно на 4 м. Под воздействием тепла грунта 3 хладагент испаряется в межкольцевом пространстве 4, образованном коаксиально установленными разного диаметра стальной 5 и внутренней полиэтиленовой 6 трубами. Образующаяся парожидкостная смесь хладагента в гравитационном поле по причине более низкой ее плотности по  сравнению с плотностью жидкого хладагента, стекающего из конденсатора 7 (8 шт.) по внутренней трубе 6, устремляется вверх в конденсатор, проходя через интенсификатор, который состоит из специально сконструированной, разделяющей пространства испарителя и конденсатора доски 8 с установленными на ней патрубками 9 со сквозными проходящими отверстиями 10. В интенсификаторе происходит разделение парожидкостной смеси, содержащей капли жидкого хладагента. Основная стадия сепарации смеси  происходит на границе между жидкой и паровой фазами в межкольцевом пространстве испарителя, чему способствует граница  перехода, в узком смысле скачкообразное изменение физических свойств, при непрерывном изменении давления и температуры по высоте испарителя. Отсепарированный конденсат направляется вниз в испаритель по внутренней трубе вместе с жидким хладагентом, вытекающим из конденсатора. Стекающий во внутреннюю трубу конденсат через отверстия 11 попадает в межкольцевое пространство, где вновь происходит его испарение за счет подвода тепла грунта. Цикл  замыкается. При циркуляции хладагента по контуру: межкольцевое пространство (испаритель) — интенсификатор — конденсатор — внутренняя труба  (испаритель) — межкольцевое пространство (испаритель), происходит теплообмен между хладагентом (аммиаком) в межкольцевом пространстве и теплоносителем (30%-ым раствором хлористого кальция) в гильзе 12 через стенку испарителя.

В процессе работы испаритель заполнен хладагентом, при этом образуется жидкостной гидростатический гидрозатвор во внутренней трубе, который компенсирует потери давления при циркуляции хладагента по контуру, исключает встречное движение паровой и жидкой среды рабочего вещества, что благоприятно для гидродинамики потоков. Благодаря данному принципу работы устройство обладает такими достоинствами как возможность конструктивного исполнения с большой длиной зоны теплоотдачи (несколько десятков метров), высокая теплопередающая способность (до 10 кВт), возможность разнообразного конструктивного сполнения, в том числе в виде изогнутых, гибких либо сборных элементов.

В литературных источниках материал по исследованию пародинамических термосифонов отсутствует, а имеющиеся данные только частично описывают их работу. В [1] приводятся примеры применения пародинамических термосифонов в замораживающей технике грунтов. В [2] представлены расчеты по эффективности работы пародинамического термосифона. Достаточно информации по классическим термосифонам [3], но не определены параметры их работы. 

Для термосифонов с организованными циркуляциями теплоносителя в гильзе и хладагента в термосифоне характерной особенностью системы является наличие свободноконвективного контура. Но в случае наличия внешних и внутренних устройств в термостабилизаторе, обуславливающих раздельные каналы для восходящего и нисходящего потоков хладагента, наблюдаются иные эффекты, проявляющиеся в характерном изменении температурного поля по глубине погружения испарителя в грунт. При этом большое значение имеют зазоры между теплообменными стенками в области испарителя. Известно, что процессы переноса в испарительном циркуляционном контуре зависят от конструктивного оформления контура, условий подвода теплоты и осложнены возникновением контурной неустойчивости при увеличении тепловых потоков [3].

Экспериментальные исследования проведены при разных хладагентах (аммиак и углекислота), температурах воздуха и массах заправки хладагента. На основе полученных результатов исследовано влияние стратификации температуры в объеме и геометрии термосифона на характеристики протекающих процессов теплообмена. Результаты исследований приведены на рисунках 4, 5, 6 и в таблицах 1 и 2.

 

 

Рис.4.  Зависимость t -h от температуры воздуха, природы хладагента и наличия внутреннего устройства термостабилизатора

 

 

Рис.5.  Сравнение температуры испарителей при температуре воздуха минус 9°C

 

 

Рис.6.  Сравнение температуры испарителей при температуре воздуха минус 6°C

 

 

Температура испарителя

Таблица 1

 

 

 

Градиенты температур испарителя в интервале от 15-45 м

Таблица 2

 

 

 

Сравнение температурного хода кривых в координатах t — h (температура теплоносителя — глубина погружения ТС в грунт) обнаруживает их различие при работе СОУ-50 с применением интенсификатора и без него. Применение интенсификатора обеспечивает снижение температуры теплоносителя (30 %-ного  раствора хлористого кальция) в гильзе по мере погружения испарителя в грунт  (рисунок 3). К примеру, на глубине около 50 м при температуре воздуха минус 17 °C температура теплоносителя составляет минус 5,3 °C. Этот эффект имеет ярко выраженный характер и наблюдается только в случае применения в качестве хладагента аммиака (кривые 5, 6) на глубине в интервале 15—45 м. На этом же участке наблюдаются отрицательные значения градиентов температуры минус 0,03 и 0,006 при степени заполнения термостабилизатора аммиаком, равным 0,54 и 0,57, соответственно (таблица 2, опыты 5 и 6). С увеличением степени заполнения возрастает градиент температуры по абсолютной величине. 

 

Сравнение хода кривых 3, 4 и 1, 2, соответственно, при испытаниях СОУ-50 с интенсификатором и без него, заполненного углекислым газом (степень заполнения равна 0,43—0,45), показывает, что различий в ходе кривых не наблюдается. 

 

Температурные градиенты для процессов (опытов) термостабилизации с применением в качестве хладагента углекислого газа составляют значения grad t = 0,089—0,038 (таблица 2), соответствующего повышению температуры по мере углубления в грунт до значения минус 1,4°C и 1,6°C при температуре воздуха минус 14°C для процессов 1 и 3, соответственно (таблица  1).

 

Различие в величинах градиентов температур для процессов термостабилизации грунтов, протекающих с участием аммиака и углекислого газа, обнаруживает эффект разных механизмов их протекания, обусловленных теплофизическими свойствами хладагентов, к основным из которых относится теплота парообразования, соответственно 1260 кДж/кг и 231 кДж/кг при 0°C. Естественно, что в последнем случае на единицу тепловой мощности термостабилизатора количество испаряющегося хладагента в 5,5 раза приходится больше. С учетом стесненных условий геометрии гидродинамического пространства во вновь созданной модификации СОУ по сравнению с предыдущей его модификацией различие теплофизических свойств проявилось в различных механизмах протекания теплообменных процессов.

 

На рисунках 5 и 6 сопоставлены температурные кривые в зависимости от глубины погружения испарителей в грунт для СОУ-50 и СОУ-100. На глубине 45 м преимущества работы СОУ-50 по сравнению с СОУ-100 очевидны, поскольку температура испарителя в первом случае равна минус 3,9°C, а во втором 2,4°C при температуре окружающего воздуха минус 9°C (рисунок 5). Тенденция сохраняется и при температуре окружающего воздуха минус 6°C с соответствующими значениями температур минус 1,3°C и 0,8°C (рисунок 6).

 

При проведении исследований особый интерес представлял процесс течения хладагента по локально организованным полостям, ограниченным стенками внутреннего устройства (полиэтиленовой трубы) и термостабилизатора, обусловленный гидростатической подъемной силой, которая возникает под действием разности плотностей по причине неоднородности температуры и гравитационного поля. Характерное отличие состоит в том, что заранее малоизвестно о результирующем течении, возникающем под действием гидростатической подъемной силы. Поля течения и температуры в гильзе и испарителе тесно связаны друг с другом, и их необходимо рассматривать совместно, а сами течения являются сравнительно слабыми. Это значит, что скорости достаточно малые, а инерционные и вязкие эффекты обычно величины одного и того же порядка [4].

 

Существует много разных видов течений, вызванных гидростатической подъемной силой, что обусловлено как отдельными эффектами, так и их комбинациями, а также разнообразием геометрических конфигураций. Почти все такие явления имеют общие черты, и они сильно отличаются от процессов переноса, обусловленных обычными видами приложения силы. 

 

На основе проведенных исследований получено более понятное и точное представление о характере гидродинамики и теплообмена в термостабилизаторе при разных условиях проведения процесса. Исследованиями интенсифицированных парожидкостных процессов в термосифонах с применением внутренних и внешних устройств с разными характерами гидродинамики и теплообменами выявлены зоны режимных параметров — плотность теплового потока, изотермические участки — в которых существенное влияние на течение пленки конденсата и теплообмен имеет поперечный поток массы и унос жидкости с паром. Замерено поле температур в вертикальном направлении теплообменной поверхности испарителя для модифицированного и классического вариантов исполнения термостабилизаторов. Внедрение в эксплуатацию СОУ с применением хладагента аммиака позволит достигнуть более низких температур замораживания и термостабилизации грунтов на больших глубинах в криолитозоне. 

 

В процессе освоения континентального шельфа северных морей в целях обеспечения глобальной энергетической безопасности развития российской нефтегазовой индустрии перспективы вовлечения в разработку современных локализованных термостабилизирующих систем ФСА с учетом природно-климатических условий и глубины акваторий целесообразны для замораживания и термостабилизации донных грунтов шельфа, служащих  основаниями для многих объектов и сооружений нефтегазовой отрасли при освоении месторождений континентального шельфа Арктики. Применение термостабилизаторов ФСА можно рассматривать как один из способов закрепления на грунте инженерных сооружений (гидротехнических и искусственных) в условиях вечной мерзлоты на Арктическом шельфе и на прибрежных территориях, объединяемых технологическими процессами в общий морской нефтегазовый комплекс. 

 

В этой связи целесообразно использовать результаты многолетних исследований ФСА, разработки и внедрения в эксплуатацию четырех основных видов сезонно-действующих охлаждающих устройств: горизонтальные и вертикальные естественно-действующие трубчатые системы (соответственно, ГЕТ и BET), индивидуальные термостабилизаторы и глубинные СОУ, которые нашли применение на всех нефтегазовых объектах страны, расположенных в северных широтах. Они внедрены на месторождениях более 350 нефтегазовых  объектов  ведущих компаний  России ОАО «Газпром» (Уренгой, Надым, Ямбург, Югорск, полуостров Ямал), ОАО «НК «ЛУКОЙЛ» и ОАО «НК «Роснефть», ОАО «АК «Транснефть», на алмазодобывающем предприятии «АК «Алроса», золотодобывающем предприятии ОАО «Полиметалл», в городских администрациях таких северных городов как, например, Новый  Уренгой, Салехард, Надым, Лабытнанги, Мирный. На протяжении двух десятков лет компания смонтировала 2 350 систем ГЕТ и BET, 208 690 индивидуальных термостабилизаторов и глубинных СОУ. 

 

Экономическая эффективность применения систем температурной стабилизации грунтов составляет от 20 % до 50 % стоимости нулевого цикла по сравнению с использованием проветриваемых подполий, что обусловлено совершенством технологии, объемами выпускаемой продукции, КПД и мощностью единичных систем термостабилизации, достижением необходимого низкотемпературного поля в грунте. За счет инновационных технических решений ФСА поддерживается в мерзлом состоянии в общей сложности 28 миллионов кубометров грунта на площади 2,8 миллиона квадратных метров, охватывая пространство от Нарьян-Мара до Чукотки с учетом изменении энергетического баланса грунтовой поверхности.

 

 

1. Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве. Новосибирск: Наука, 1985.

 

2. Статистическое моделирование работы системы ГЕТ, установленной в основании нефтяного резервуара /Г.М. Долгих и др.// Криосфера Земли. 2015. Т. XIХ. № 1. С.70—77.

 

3. Безродный М.К. Процессы переноса в двухфазных термосифонных системах. Теория и практика /М.К. Безродный, И.Л. Пиоро, Т.О. Костюк. 2-е изд., доп. и перераб. Киев: Факт, 2005. 704с.: илл.

 

4. Рило И.П. Влияние внутренних устройств термостабилизатора на процессы теплопереноса в двухфазных системах /И. П.Рило, К. А.Желудкова, Д. А.Клещин// Арктика, Субарктика: мозаичность, контрастность, вариативность криосферы. Труды международной конференции /под ред. В.П. Мельникова и Д.С. Дроздова. Тюмень: Изд-во Эпоха, 2015. 472 с.

 

Опубликовано: Журнал «Трубопроводный транспорт [теория и практика]» № 4(50) 2015, 22с.

История создания тепловой трубы | НПО Север

Впервые термин «тепловая труба» был предложен Гровером Г.М. и использован в описании к пат. США 3 229 759 (02.12.1963, Комиссия по атомной энергии США) и в статье «Устройство, обладающее очень высокой теплопроводностью» (Гровер Г.М. и др. J.Appl. Phys., 1964, 35, р. 1990 — 1991). Эта статья была первой публикацией по тепловым трубам; в ней излагались предварительные результаты обширной программы исследований, выполненных Гровером с сотрудниками в Лос-Аламосской лаборатории в последующие годы. Рост количества публикаций в первое десятилетие: 1964 — 1, к 1968 — 80, к 1970 — 149, к 1972 — 544; в 1973 в Штутгарте (ФРГ) состоялась 1-я Международная конференция по тепловым трубам (с участием СССР). Однако патент Гровера не был первым патентом по тепловым трубам. В результате поисков бюро патентов США было выявлено семь других патентов, включая патент Гоглера (1942), близких по технической сущности к пат. Гровера. Несмотря на это патент Гровера был принят.

Впервые идея тепловой трубы была предложена Гоглером (ф-ма Дженерал Моторс корп.) и описана в пат. США 2 350 348 (заявл. 21.12.1942, опубл. 6.06.1944), выданном на холодильный агрегат и его варианты.

Первой фирмой, развернувшей серийное производство тепловых труб (с середины 1964), была RCA; в качестве материала корпуса использовались стекло, медь, никель, нержав. сталь, молибден; в качестве рабочей жидкости — вода, цезий, натрий, литий и висмут; максимальная рабочая температура достигала 1650°С.

Первая статья обзорного характера по тепловым трубам в СССР вышла в 1969 (Москвин Ю.В., Филиппов Ю.А. Тепловые трубы. «Теплофизика высоких температур», 1969., т.7, № 4, с. 766-775 ).

К 1965 была развернута программа исследований Евратома по применению тепловых труб в термоионных преобразователях ядерной энергии (подвод теплоты к эмиттерам 1600°С — 1800°С и отвод теплоты от коллекторов — 1000°С) в Объединенном ядерном исследовательском центре (Испр, Италия).

В 1967 тепловая труба была впервые испытана на космическом спутнике на околоземной орбите (корпус — нержавеющая сталь, рабочая жидкость — вода, электрообогрев), а в 1968 — впервые применена для теплового регулирования спутника «Геос — Б» (две тепловые трубы, корпус -алюминиевый сплав, фитиль — алюминиевая сетка, рабочая жидкость — фреон-11; назначение — снижение до минимума разности температур между ответчиками, расположенными в разных частях спутника).

В последующие годы сфера применения тепловых труб резко расширилась: от авиации, радиоэлектроники и гелиотехники — до бытовой техники и криохирургии. Это объясняется универсальностью применения теплового поля в современной технике в составе теплофизических структур (теполей) — от простых веполей с прямым использованием теплового поля до цепных и сложных веполей с многоступенчатыми процессами преобразования энергии.

Принцип действия тепловой трубы

Непосредственным предшественником ТС-ТТ был термосифон, поэтому полезно рассмотреть вначале принцип действия этого устройства.

ТТ-2.Термосифон. 
 

Внутрь корпуса вводят небольшое количество жидкости, откачивают воздух и герметизируют (запаивают). При подводе тепла к зоне испарения жидкость переходит в пар, давление насыщения паров в этой зоне резко повышается, пар движется вверх в зону с меньшим давлением, конденсируется и стекает по стенкам вниз. Необходимым условием работы является отвод тепла от зоны конденсации. Недопустим также перегрев в зоне испарения — может наступить кризис кипения (вся жидкость испарится) и теплопередача пойдет по стенкам термосифона.

Следует отметить, что термосифон способен обеспечить большую мощность теплопередачи даже при малой разности температур между его концами, т.к. скрытая теплота парообразования у жидкостей велика.

Отличительной особенностью этой системы теплопередачи является способ возврата конденсата — под действием гравитационного поля. Поэтому термосифон может работать только тогда, когда зона испарения находится ниже зоны конденсации.

Для обеспечения возврата конденсата в зону испарения при любой ориентации системы теплопередачи потребовалось заменить гравитационное поле каким-то другим, но, желательно, таким же «бесплатным». Это и было осуществлено при изобретении новой системы — тепловой трубы.ТТ-3 Пат. США 2 350 348 (1942) Тепловая труба Гоглера. Цель изобретения: «… обеспечение поглощения теплоты, или другими словами, испарения жидкости в точке, лежащей выше области конденсации или зоны отвода теплоты, без дополнительных затрат на подъем жидкости от уровня конденсатора». 

 
ТТ использована для отвода тепла из внутреннего отделения холодильника вниз в поддон, заполненный кусками льда. Техническая идея Гоглера не вышла за рамки патента, т.к. фирма General Motors Corp применила другую, более доступную в то время технологию.

Таким образом, в качестве сил поднимающих конденсат против сил гравитации, были использованы капиллярные силы, возникающие при смачивании рабочей жидкостью капиллярно-пористого материала (КПМ) — фитиля.

ТТ-4. Пат. США 3 229 759 (1963) Тепловая труба Гровера. 
 
Корпус из нержавеющей стали, фитиль — проволочная сетка, рабочая жидкость — натрий, литий, серебро.

Это классический тип тепловой трубы с использованием капиллярного эффекта, который обеспечивает независимость положения зоны испарения в гравитационном поле. Однако эта независимость далеко не беспредельна. Поэтому кроме гравитационных (термосифон) и капиллярных (классическая ТТ) сил в современных типах ТТ применяют центробежные, электростатические, магнитные, осмотические и другие виды полей для возврата конденсата.

Faema Е61 — легенда XX века

Кофемашина Faema Е61 по праву считается одним из шедевров инженерной мысли ХХ века. Модель Е61 определила основные направления в развитии классических эспрессо кофемашин. Все принципиальные решения её конструкции используются по сей день, и от них не планируют отказываться. Что же смогла Faema предложить миру эспрессо, чтобы навсегда войти в историю?

Машина очень похожа на те, что производятся в наши дни. Электроника в современных аппаратах возможность точнее контролировать температуру и давление, но «железо» остается прежним – таким как в Е61, выпущенной более 50 лет назад.

Итак, что же такого смогла Faema предложить миру эспрессо, чтобы навсегда войти в историю?

В 1961 году мир увидел не имеющую аналогов новую кофемашину FAEMA Eclipse’61. Машину назвали в честь солнечного затмения, которое случилось в тот год. Уникальность Е61 была в том, что внутри одной кофемашины были собраны все передовые технологии своего времени, а именно:

1. Электрическая помпа. Е61 была первой в истории серийной кофемашиной, в которой использовался электрический насос, создающий и поддерживающий точный уровень давления горячей воды во время пролива и экстракции кофе.
2. Теплообменник – кофе заваривается всегда свежей водой, прогретой до нужной температуры после прохождения через теплообменник, находящийся внутри бойлера.
3. Система термосифона. Запатентованная Faema термосифонная система позволяла добиться постоянного теплового баланса варочной группы за счет циркуляции внутри неё воды, разогретой в теплообменнике.
4. Трехходовой клапан – включает подачу горячей воды в группу, отключает давление после окончания пролива и сбрасывает оставшееся избыточное давление в каналах группы в дренаж кофемашины.

Эти нововведения, собранные вместе, и сделали FAEMA Е61 революционной кофемашиной.

В конце 40-х итальянцы поняли, что при давлении, равном 9 атмосферам, можно приготовить лучший кофейный напиток с превосходной пенкой крема (сrema). Так появилсиь две основные конструкции кофемашин. Их принципиальное отличие – в способе создания давления в камере заваривания. Первая – механическая леверная (рычаговая) кофемашина, запатентованная Ачилем Гаджиа (Achil Gadgia) в 1947 году. Давление воды на кофе в них создаёт поршень, соединенный с рычагом (lever (англ.) — рычаг), на который нажимает бариста. Вторая – это автоматическая гидравлическая группа, запатентованная компанией La Cimbali в 1958 году. Пружина рычага в ней была заменена на схему линейного давления. Это был важный шаг по пути автоматизации приготовления эспрессо. Cистема «бойлер с теплообменником» (нeat exchanger system) была запатентована Джиампетро Саччиани (Giampietro Saccani) еще в 1955 году.

FAEMA Е61 объединила имеющиеся наработки, добавила к теплообменнику электрическую помпу, трехсторонний клапан и разработала революционную группу типа Е61. Теперь холодная вода подавалась в теплообменник с помощью встроенного электронасоса. В теплообменнике вода быстро нагревалась до нужной температуры, а затем поступала в группу, имеющую постоянную рабочую температуру и проходила через кофе с необходимым давлением 9 атмосфер, чтобы превратиться в отличный итальянский эспрессо.

Группа типа Е61 (E61 Group) считается одним из главных достижений Faema. С развитием практики приготовления эспрессо стало понятно, что если варочная группа недостаточно прогрета или её температура меняется во время пролива, напиток будет испорчен. Поэтому поддержание температуры варочной группы важно для правильного заваривания кофе. Рабочая температура группы Е61 поддерживается за счет циркулирующей воды, которая прогревается в теплообменнике бойлера и движется через приемный и возвратный патрубок внутри корпуса группы по кольцевой схеме. Горячая вода выходит из верхней части теплообменника и по трубке попадает в блок варки, там ее температура понижается, и остывшая вода снова попадает в нижнюю часть теплообменника по возвратной трубке. В ходе этого цикла вода нагревает группу изнутри, поддерживая её постоянную рабочую температуру. Система термосифона, сконструированная для модели Е61, стала одним из самых известных типов заварочных групп. Сегодня группа Е61 стоит в кофемашинах многих марок. Например, во всех моделях от Rocket Espresso Milano, кофемашинах Quick Mill, Vibiemme, отдельных моделях Bezzera (Bezzera Unica, Bezzera Giulia, Bezzera Mitica) и, конечно, в самой Faema. Многие приоизводители имеют собственные патентованные системы термосифона.

Помимо новейших технических разработок, FAEMA Е61 имела футуристичный дизайн в стиле 60-х и подсветку задней панели. Внешний вид Е61 стал визитной карточкой модели, определив ей почетное место в музеях современного искусства и промышленного дизайна.

Машина и сегодня выпускается группой La Cimbali-Faema под маркой Faema E61 LEGEND в трех модификациях S/1, S/2, S/3 с одной, двумя и тремя группами.

Что такое термосифон?

Термосифон, также известный как термосифон, — это процесс, используемый для обмена теплом от жидкостей без насоса. Это снижает затраты и упрощает процесс теплопередачи. Наиболее распространенные способы термосифонирования — это водяная и солнечная конвекция.

Термосифонный процесс может быть коммерчески использован в солнечных водонагревателях.Термосифон — это пассивная система, что означает отсутствие механических движущихся частей. Вместо этого система полагается исключительно на энергию солнца. Вода собирается в оборудование, называемое коллектором периодического действия, которое монтируется на крыше здания. Он закреплен под углом, поэтому когда вода собирается, она может вытекать под действием силы тяжести.

Холодная вода более плотная, чем теплая, поэтому резервуар для хранения устанавливается немного выше коллектора замеса.Когда солнце нагревает коллектор, теплая вода поднимается и течет в накопительный бак. Холодная вода опускается на дно и перетекает в водопровод холодной воды. Эта вода используется для обычных кранов с холодной водой.

Теплая вода поступает в резервуар для хранения, где продолжает нагреваться на солнце.Этот непрерывный подъем и опускание воды в зависимости от температуры создает конвекцию и позволяет термосифону работать. Когда нужна горячая вода, в здании включают кран и теплая вода из накопительного бака течет по магистрали горячего водоснабжения.

Термосифонные водные системы могут использоваться для охлаждения грунта.Охлаждение грунта требуется в таких регионах, как Аляска, где сооружения строятся на вечной мерзлоте. Вечная мерзлота — это почва, которая долгое время остается при температуре замерзания или ниже. Проблема со строительством на вечной мерзлоте заключается в том, что он содержит лед, который может таять, если температура повысится даже на короткое время. Периодическое оттаивание и повторное замерзание вечной мерзлоты может привести к ослаблению фундамента здания и его растрескиванию.

Охлаждение грунта может работать с подземными трубами, заполненными диоксидом углерода или аммиаком.Когда жидкость нагревается от окружающей вечной мерзлоты, она превращается в пар. Когда пар испаряется, он конденсируется на внешней стороне труб и снова превращается в жидкость. Охлажденная жидкость поступает в сборный резервуар и используется повторно.

Охлаждение компьютера требуется, поскольку процессор, на котором работает компьютер, может нагреваться до 160 ° по Фаренгейту (71 ° Цельсия).Хотя большинство компьютеров оснащены вентилятором, термосифон часто может более эффективно снизить температуру процессора. В компьютерном термосифоне вентилятор действует как средство конвекции, циркулируя воду, так что она нагревается и превращается в пар. Подобно системе охлаждения грунта, когда пар охлаждается, он возвращается в термосифонную систему и рециркулирует.

Как работает дровяная гидромассажная ванна

Термосифон — это динамический принцип, который позволяет нагревателю для купания на дровах Chofu подавать воду в ванну без насоса.При настройке Chofu важно понимать эту концепцию.

Википедия: Термосифон (или термосифон ) — это метод пассивного теплообмена, основанный на естественной конвекции, при которой жидкость циркулирует без необходимости в насосе… Конвективное движение, которое начинается при нагревании жидкости в контуре. , заставляя его расширяться и становиться менее плотным и, следовательно, более плавучим, чем более холодная жидкость в нижней части контура. Конвекция перемещает нагретую жидкость вверх в системе, поскольку она одновременно заменяется более холодной жидкостью, возвращающейся под действием силы тяжести….. https://en.wikipedia.org/wiki/Thermosiphon

Термосифонная циркуляция с нагревателем для горячей ванны Chofu

Когда в водонагревателе Chofu разводится огонь, тепло передается воде внутри водяной рубашки, окружающей топку. Нагретая вода расширяется и становится более плавучей, поднимаясь из верхней циркуляционной трубы в ванну. Одновременно холодная вода со дна ванны через нижнюю циркуляционную трубку втягивается в водяную рубашку.Это круговое перекачивание продолжается до тех пор, пока в топке есть тепло.

Критический фактор

Для обеспечения циркуляции термосифона верхняя циркуляционная трубка должна подниматься вверх к ванне со скоростью 2 дюйма на фут или больше на горизонтальном расстоянии. Чем круче склон, тем быстрее циркулирует вода. Примечание: более быстрая циркуляция не приводит к более быстрому нагреву.

Смесительная ванна

Поскольку циркуляция термосифона медленно перемещает воду через нагреватель и ванну, температура в ванне становится стратифицированной, со слоем горячей воды на поверхности и холодной водой на дне.Поэтому воду необходимо перемешивать лопаткой, чтобы смешать температуры.

Термосифон | Викидвеллинг | Фэндом

Файл: Термосифонная система водяного отопления. SVG

Холодная вода из магистральной сети ( 1 ) поступает в водонагреватель для нагрева. Эта нагретая вода циркулирует ( 2 ) по контуру от водонагревателя, по трубе и обратно к водонагревателю. Холодная вода, здесь из нескольких источников ( 3 и 4 ), направляется по отдельной трубе к выпускному отверстию (ам).

Термосифон (альтернативный термосифон ) относится к методу пассивного теплообмена, основанному на естественной конвекции, при которой жидкость циркулирует без использования механического насоса. Эта циркуляция может быть разомкнутой, например, когда жидкость в сборном резервуаре проходит в одном направлении через нагретую передающую трубу, установленную на дне резервуара, к точке распределения — даже той, которая установлена ​​над исходным резервуаром, — либо она может быть вертикальный замкнутый контур с возвратом в исходную емкость.Его предназначение состоит в том, чтобы упростить перекачку жидкости и / или теплопередачу, избегая стоимости и сложности обычного жидкостного насоса.

Простой термосифон []

Конвективное движение жидкости начинается, когда жидкость в контуре нагревается, в результате чего она расширяется и становится менее плотной и, следовательно, более плавучей, чем более холодная вода в нижней части контура. Конвекция перемещает нагретую жидкость вверх в системе, поскольку она одновременно заменяется более холодной жидкостью, возвращающейся под действием силы тяжести.В идеале жидкость течет легко, потому что хороший термосифон должен иметь очень небольшое гидравлическое сопротивление.

Тепловые трубки []

В некоторых ситуациях поток жидкости может быть дополнительно уменьшен или остановлен, возможно, потому, что контур не полностью заполнен жидкостью. В этом случае система перестает конвектировать, поэтому это не «термосифон».

Тепло может передаваться в этой системе за счет испарения и конденсации пара; однако система правильно классифицируется как тепловая труба.Если система также содержит другие жидкости, такие как воздух, тогда плотность теплового потока будет меньше, чем в реальной тепловой трубе, которая содержит только одну жидкость.

Термосифон иногда неправильно описывают как «тепловую трубу с самотечным возвратом» ^[1] . Тепловые трубы обычно имеют фитиль для возврата конденсата в испаритель за счет капиллярного действия. Фитиль в термосифоне не нужен, потому что сила тяжести перемещает жидкость ^[2] . Фитиль позволяет тепловым трубкам передавать тепло в отсутствие силы тяжести, что полезно в космосе.Термосифон «проще» тепловой трубки ^[3] . (Однофазные) термосифоны могут передавать тепло только «вверх» или от вектора ускорения. Таким образом, для термосифонов ориентация гораздо важнее, чем для тепловых трубок. Также термосифоны могут выйти из строя из-за пузыря в контуре, и требуют циркуляционного контура труб.

Ребойлеры и Каландрия []

Если трубопровод термосифона сопротивляется потоку или используется чрезмерное тепло, жидкость может закипеть. Поскольку газ более плавучий, чем жидкость, конвективное давление больше.Это хорошо известное изобретение под названием ребойлер. Группа ребойлеров, прикрепленных к паре пленов, называется каландрией.

Термин «термосифон с фазовым переходом» неверен, и его следует избегать. Когда в термосифоне происходит фазовое изменение, это означает, что в системе либо недостаточно жидкости, либо она слишком мала для передачи всего тепла только за счет конвекции. Для повышения производительности необходимо либо больше жидкости (возможно, в большем термосифоне), либо все другие жидкости (включая воздух) должны быть откачаны из контура.

Солнечная энергия []

Солнечная система отопления с термосифоном

Солнечная система горячего водоснабжения с термосифоном (схематично):
1: водопроводный кран
2: изолированный контейнер
3: подвод теплой воды
4: солнечный тепловой коллектор
5: подача свежей воды

Термосифонная солнечная система

Термосифонная солнечная гибридная система

Термосифоны используются в некоторых жидкостных солнечных системах отопления для нагрева жидкости, такой как вода.Вода пассивно нагревается за счет солнечной энергии и зависит от тепловой энергии, передаваемой от солнца к солнечному коллектору. Тепло от коллектора может передаваться воде двумя способами: напрямую, , когда вода циркулирует через коллектор, или косвенно, , когда раствор незамерзания переносит тепло из коллектора и передает его воде в баке через теплообменник. Конвекция позволяет заменить движение нагретой жидкости из солнечного коллектора более холодной жидкостью, которая, в свою очередь, нагревается.По этому принципу необходимо, чтобы вода хранилась в резервуаре над коллектором.

Вычислительная техника []

Термосифоны используются в вычислительной технике для описания системы водяного охлаждения внутренних компонентов компьютера, чаще всего относящейся к процессору. Хотя можно использовать любую подходящую жидкость, воду проще всего использовать в термосифонных системах. В отличие от традиционных систем водяного охлаждения, термосифонные системы не полагаются на водяной насос (или насос для других жидкостей), а полагаются на конвекцию для движения нагретой воды (которая может стать паром) от компонентов вверх к теплообменнику.Там вода охлаждается и готова к рециркуляции. Наиболее часто используемый теплообменник — это радиатор, в котором воздух активно продувается через систему вентилятора для конденсации пара в жидкость. Жидкость рециркулирует через систему, таким образом повторяя процесс. Насос не требуется — цикл испарения и конденсации является самоподдерживающимся.

Использует []

Современные процессоры относительно сильно нагреваются. Даже при использовании обычного радиатора и вентилятора, охлаждающего процессор, рабочие температуры могут достигать 70 ° C (160 ° F).Термосифон может обрабатывать тепловыделение в гораздо более широком диапазоне температур, чем любой радиатор и вентилятор, и может поддерживать охлаждение процессора на 10–20 ° C. В некоторых случаях термосифон может быть менее громоздким, чем обычный радиатор и вентилятор.

Недостатки []

Термосифон должен быть установлен таким образом, чтобы пар поднимался вверх, а жидкость стекала вниз к котлу, без изгибов в трубках для жидкости в бассейн. Кроме того, для работы вентилятора термосифона, охлаждающего газ, необходим холодный воздух.

Охлаждение грунта []

Тепловые трубы используются в местах в более высоких широтах, таких как северная Аляска и Канада, для предотвращения таяния богатой льдом вечной мерзлоты под зданиями и другой инфраструктурой, такой как школы, воздушные ангары, общественные резервуары для воды и даже на некоторых участках шоссе.Тепловые трубы также являются обычным явлением по всей длине Трансаляскинской трубопроводной системы. В этих случаях раствор в трубах часто представляет собой диоксид углерода или аммиак. Внизу тепловой трубки тепло от земли нагревает жидкость и преобразует ее в пар. Охлаждение от ребер радиатора над землей отдает это тепло в атмосферу и заставляет пар конденсироваться на внешней стенке трубы, который затем стекает обратно в резервуар с жидкостью в нижней части теплового насоса.

См. Также []

Ссылки []

Импортировано из Википедии Эта страница импортируется из Википедии для создания статьи или статьи о Wikidwelling.Эти шаги необходимо выполнить: Разделы, не относящиеся к Wikidwelling, можно удалить или обрезать до краткого комментария. Примечание. Красные ссылки на изображения должны быть удалены с номера , а не с номера Ссылки на статьи, которые вряд ли будут созданы в Wikidwelling, могут быть отменены. (оставьте ссылки на места и учреждения.) Категории, возможно, потребуется изменить или удалить — например, «люди 1940-х годов рождения». Категории, отмеченные красной ссылкой, не проблема. Шаблоны, не используемые в Wikidwelling, должны быть удалены, как и все межвики-ссылки ({{de: …}}, {{fr: …}}, Когда эти первые задачи в основном выполнены, вы можете удалить этот шаблон, написав {{Attrib Wikipedia | название статьи}} вместо этого {{Attrib Wikipedia raw | название статьи}} внизу (просто удалите «raw»). Вы также можете: Переместить в раздел «Внешние ссылки» все шаблоны Викимедиа, связанные с проектами (напр.грамм. {{Commons}}, {{Commons category}}, {{Wiktionary}} и т. Д.). Добавьте в статью более конкретный контент (связанный с темой Wikidwelling), вставьте видео с YouTube и т. Д. Страницы с этим шаблоном. Оригинал статьи был на Термосифоне. Список авторов можно увидеть в истории этой страницы. Текст Википедии доступен по лицензии CC-BY-SA 3.0.

определение термосифона по The Free Dictionary

Термосифон и теплообменники с водяным охлаждением (или гликольным охлаждением) для охлаждения масла используются в винтовых компрессорных установках для понижения температуры масла на выходе до приемлемой температуры подачи (например.g., 130 [градусов] F [54 [градусов] C]). Это позволило бы создать эффект термосифона, при котором холодный воздух поступает в теплицу из окон первого этажа, а теплый воздух входит в домик в гостевые комнаты второго этажа. Но, как бы мило это ни звучало, любой трактор, сконструированный в подростковом возрасте или ранее, является примером примитивной автомобильной техники — с двухзонным сцеплением, искровым зажиганием, прямоточной смазкой, термосифонным гравитационным охлаждением, автоматическим зажиганием. скучаю по губернатору, и случайный выбор передач.В этой статье подробно описывается использование новой технологии — Smart Thermosiphon Arrays (STA) — для эффективной передачи тепла к почве и от нее. Два типа пассивных систем — это «периодические» и «термосифонные». В партии используется давление в трубопроводе для подачи воды в резервуар с солнечным обогревом, расположенный в изолированной коробке за пределами дома, и из него. Винтовые компрессоры, используемые в промышленных холодильных системах, часто оснащаются термосифонными маслоохладителями. Таким образом, очевидно, что проблема с термосифоном была связана с Спросите наших отраслевых экспертов — https: // www.factmr.com/connectus/sample?flag=AE&rep_id=1540 Глобальный рынок вентиляторов с рекуперацией энергии (ERV): сегментация Глобальный рынок вентиляторов с рекуперацией энергии (ERV) в зависимости от типа можно разделить на: Обходной змеевик Тепловая труба Вращающаяся энтальпия колесо Неподвижная пластина Термосифон Двойная башня В зависимости от области применения глобальный рынок вентиляторов с рекуперацией энергии (ERV) можно разделить на: Жилой Коммерческий Промышленный Институциональный Глобальный рынок вентиляторов с рекуперацией энергии (ERV): Региональный прогноз Быстро растущая строительная активность в Ожидается, что Азиатско-Тихоокеанский регион будет стимулировать спрос на вентиляторы с рекуперацией энергии.Анализ тепловых характеристик, экономических и экологических показателей жизненного цикла термосифонных солнечных водонагревателей. Когда насос работает, на хладагент оказывается дополнительное давление, которое нарушает собственный процесс испарения, происходящий в солнечном коллекторе, и усугубляет колебательную теплопередачу контура термосифон. Трубка выравнивания давления может смягчить колебания, вызванные насосом. Численное исследование влияния степени заполнения и угла наклона на тепловые характеристики термосифонной тепловой трубки.

Термосифон

Термосифон (альтернативный термосифон ) относится к методу пассивного теплообмена, основанному на естественной конвекции, при которой жидкость циркулирует в вертикальном замкнутом контуре без использования обычного насоса. Его предназначение состоит в том, чтобы упростить перекачку жидкости и / или теплопередачу, избегая стоимости и сложности обычного жидкостного насоса.

термосифон с приспособлением

Конвективное движение жидкости начинается, когда жидкость в контуре нагревается, в результате чего она расширяется и становится менее плотной и, следовательно, более плавучей, чем более холодная вода в нижней части контура.Конвекция перемещает нагретую жидкость вверх в системе, поскольку она одновременно заменяется более холодной жидкостью, возвращающейся под действием силы тяжести. Во многих случаях жидкость течет легко, потому что термосифон имеет очень небольшое гидравлическое сопротивление.

Термосифон с фазовым переходом (тепловая трубка)

Тепловая трубка

Тепловая трубка содержит жидкость с фазовым переходом, которая передает тепло за счет испарения и конденсации. Тепловая трубка не использует сифон и не полагается на конвекцию.Это отличает тепловую трубку от термосифона. Термин «термосифон с фазовым переходом» является неправильным, и его следует избегать. Когда фазовое изменение происходит в термосифоне, это означает, что в системе либо недостаточно жидкости, либо она недостаточно велика для передачи всего тепла, которое выделяется. применяется к нему только с помощью конвекции. Чтобы улучшить производительность в такой ситуации, либо следует добавить больше жидкости (возможно, в большем термосифоне), либо все другие жидкости (включая воздух) должны быть откачаны из контура, чтобы создать настоящую тепловую трубу.В случае тепловой трубки требуется меньше жидкости.

«термосифон с тепловой трубкой»

(Примечание: этот термин следует использовать с осторожностью, поскольку термины «термосифон» и «тепловая труба» относятся к очень разным.)

В случаях, когда жидкость термосифона вызывает чрезмерное сопротивление течь или применяется чрезмерное тепло, жидкость может быть нагрета до температуры, превышающей ее точку кипения (при условии, что это жидкость, которая кипит), тем самым вызывая фазовый переход, когда жидкость испаряется в газ (пар) (например, пар).Поскольку газ намного менее плотен, чем горячая жидкость, и, следовательно, обладает большей плавучестью, конвективное давление значительно увеличивается. Это можно назвать «термосифоном с тепловыми трубками». Помимо термосифонной конвекции, теплопередача несколько увеличивается за счет фазового перехода жидкости внутри замкнутой системы. Он работает на принципах плавучести для перемещения жидкости через систему.

В некоторых ситуациях поток жидкости может быть дополнительно уменьшен или остановлен, возможно, потому, что контур не полностью заполнен жидкостью.В этом случае система перестает работать на принципах конвекции, поэтому она перестает быть простым «термосифоном». Тепло еще может передаваться в этой системе за счет испарения и конденсации пара; однако система правильно классифицируется как тепловая труба. Если система также содержит другие жидкости, такие как воздух, тогда плотность теплового потока будет меньше, чем в реальной тепловой трубе, которая содержит только одну жидкость.

Термосифонный ребойлер еще называют каландрией.

Термосифон — это не тепловая трубка

Иногда термосифон ошибочно называют «тепловой трубкой с гравитационным возвратом». ^{[ http: // www.btfsolar.com/specifications.htm ]} . Фитиль обычно является необходимой характеристикой тепловой трубы, позволяющей возвращать конденсат в испаритель за счет капиллярного действия, тогда как в термосифоне эта функция не требуется, поскольку сила тяжести позволяет жидкости перемещаться ^{[ http: // cipco .apogee.net / ces / library / twhtherm.asp ]} . Фитиль позволяет тепловым трубкам передавать тепло в отсутствие силы тяжести, что полезно для использования в космосе. Термосифон в каком-то смысле «проще» тепловой трубки ^{[ http: // www.cheresources.com/htpipes.shtml ]} . (Однофазные) термосифоны могут передавать тепло только «вверх» или от вектора ускорения. Таким образом, для термосифонов ориентация гораздо важнее, чем для тепловых трубок.

полярная энергия

Термосифоны используются в некоторых жидкостных системах солнечного отопления для нагрева жидкости, такой как вода. Вода пассивно нагревается за счет солнечной энергии и зависит от тепловой энергии, передаваемой от солнца к солнечному коллектору.Тепло от коллектора может передаваться воде двумя способами: «напрямую», когда вода циркулирует через коллектор, или «косвенно», когда раствор антифриза переносит тепло от коллектора и передает его воде в резервуаре через теплообменник. Конвекция позволяет заменить движение нагретой жидкости из солнечного коллектора более холодной жидкостью, которая, в свою очередь, нагревается. По этому принципу необходимо, чтобы вода хранилась в резервуаре над коллектором.

Вычислительная техника

Термосифоны используются в вычислительной технике для описания системы водяного охлаждения внутренних компонентов компьютера, обычно относящейся к процессору. Хотя можно использовать любую подходящую жидкость, воду проще всего использовать в термосифонных системах. В отличие от традиционных систем водяного охлаждения, термосифонные системы не полагаются на водяной насос (или насос для других жидкостей), а полагаются на конвекцию для движения нагретой воды (которая может стать паром) от компонентов вверх к теплообменнику.Там вода охлаждается и готова к рециркуляции. Наиболее часто используемый теплообменник — это радиатор, в котором воздух активно продувается через систему вентилятора для конденсации пара в жидкость. Жидкость рециркулирует через систему, таким образом повторяя процесс. Насос не требуется — цикл испарения и конденсации является самоподдерживающимся.

Использует

Современные процессоры становятся относительно горячими. Даже при использовании обычного радиатора и вентилятора, охлаждающего процессор, рабочие температуры могут достигать 70 ° C (160 ° F).Термосифон может обрабатывать тепловыделение в гораздо более широком диапазоне температур, чем любой радиатор и вентилятор, и может поддерживать охлаждение процессора на 10–20 ° C. В некоторых случаях термосифон может быть менее громоздким, чем обычный радиатор и вентилятор.

Недостатки

Термосифоны должны быть установлены таким образом, чтобы пар поднимался вверх, а жидкость стекала вниз в котел без изгибов в трубках для жидкости в бассейн. Кроме того, для работы вентилятора термосифона, охлаждающего газ, необходим холодный воздух.

Охлаждение грунта

Тепловые трубы используются в местах в более высоких широтах, таких как северная Аляска и Канада, для предотвращения таяния богатой льдом вечной мерзлоты под зданиями и другой инфраструктурой, такой как школы, воздушные ангары, общественные резервуары для воды и даже на некоторых участках шоссе.Тепловые трубы также являются обычным явлением по всей длине Трансаляскинской трубопроводной системы. В этих случаях раствор в трубах часто представляет собой диоксид углерода или аммиак. Внизу тепловой трубки тепло от земли нагревает жидкость и преобразует ее в пар. Охлаждение от ребер радиатора над землей отдает это тепло в атмосферу и заставляет пар конденсироваться на внешней стенке трубы, который затем стекает обратно в резервуар с жидкостью в нижней части теплового насоса.

ee также

* Конвекция
* Тепловая труба и контурная тепловая труба
* Ребойлер
* Парокомпрессионное охлаждение
* Сифон
* Солнечное отопление
* Пассивное солнечное излучение
* Водяное охлаждение

Каталожные номера

* [ http: // www.btfsolar.com/specifications.htm Компания Solar — определение термосифона ]
* [ http://cipco.apogee.net/ces/library/twhtherm.asp Определение термосифона ]
* [ http : //www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf Отчет лаборатории HP по термосифонам для охлаждения компьютеров (PDF) ]
* [ http://www.hawaiiislandsolar.org/003 .html Солнечный водонагреватель на Гавайях ]
* [ http: // www.overclockers.com/articles1246/ Overclockers.com руководство по прототипу термосифона ]
* [ http://www.smokstak.com/forum/showthread.php?t=8737 Smokstak.com старинный двигатель термосифон охлаждения ]
* [ http://money.cnn.com/magazines/fortune/fortune_archive/2006/06/12/8379261/index.htm Журнал Fortune 2006 06 12 «Next Stop, Lhasa» ]

Фонд Викимедиа. 2010.

Как работают термосифонные системы

Сифон, как знает любой студент, изучающий элементарные науки и умелый похититель бензина, представляет собой трубку, которая перемещает жидкость вверх и из контейнера на одном уровне во второй контейнер на более низком уровне — и все это с помощью атмосферного давления.В детстве мы делали сифоны, просто высасывая воздух из отрезка шланга или резиновой трубки, чтобы создать вакуум и запустить поток жидкости (рис. 77).

В простейшем солнечном водонагревателе с термосифонированием основной объем воды (накопительный бак) всегда находится в самой высокой точке системы. Нисходящее давление из бака вытесняет воду в трубе для холодной воды (которая выходит у основания бака) и, в конечном итоге, выталкивает ее в каналы пластины абсорбера, расположенной в коллекторах ниже.

В то же время коллекторы собирают излучение, преобразуя его в тепловые потоки БТГ, которые, в свою очередь, передаются в воду (или жидкость).

Рис. 77. Этот тип клапана давления-температуры, который должен быть размещенным в верхней части резервуара для хранения, автоматически открывается, когда он обнаруживает слишком много тепла или давления в резервуаре. Обычно они предварительно настроены на выпуск при 150 фунтах на квадратный дюйм.

проходящий через пластину абсорбера. Таким образом, холодная вода поступает в нижнюю часть коллектора, а горячая вода выходит сверху (Рисунок 78).

Напомним, что нагретая вода становится легче или менее плотной, чем холодная вода, поэтому она поднимается в трубу, которая возвращается в точку примерно на 2/3 пути вверх по стенке резервуара для хранения. Явление, которое заставляет нагретую жидкость течь вверх по трубке — в данном случае от коллектора обратно в резервуар — называется естественной конвекцией, как вы помните. Таким образом, тепло плюс эффект сифона — это два ключа к системе свободной циркуляции (рис. 79).

Тем временем в резервуаре происходит нечто, называемое расслоением.Вода также продолжает медленно циркулировать в резервуаре, как мы уже знаем, но постепенно более холодная вода оседает на дно резервуара, а более горячая вода остается наверху. Итак, существует несколько различных уровней температуры, как и в любом резервуаре для горячей воды. Вот почему мы можем набирать горячую воду сверху и всегда можем быть уверены, что холодная вода вытечет из нижней линии.

Но именно из-за этого расслоения резервуар должен быть выше коллекторов. В противном случае система работала бы в обратном направлении ночью, когда не было солнечного тепла.Если нет ничего, что могло бы поддерживать циркуляцию в правильном направлении, горячая вода будет подниматься из бака в коллекторы, создавая неудобное обстоятельство, известное как «обратный поток». Обратный поток не только забирает горячую воду из резервуара, но и подает холодную воду, потому что вода фактически будет охлаждена, когда она проходит через неизолированные коллекторы в ночное время. Вот почему дно резервуара должно быть как минимум на фут выше верхней части коллектора. Две ноги было бы еще лучше.

Время от времени предполагалось, что термосифонная система с резервуаром под коллектором могла бы работать, если бы в одной из линий был установлен обратный клапан (который позволяет воде течь только в одном направлении).Теоретически это отличная идея, но в типичной системе свободной циркуляции в линиях редко бывает достаточно давления, чтобы обратный клапан работал должным образом.

Контейнер 1

Рис. 78. Эта простая демонстрация, которую вы, вероятно, видели в 5-м классе, объясняет, как работает нисходящая ножка солнечного водонагревателя с термосифонированием. Если трубка «откачана» (воздух удален), а емкость 2 находится ниже дна емкости 1, нормальное атмосферное давление будет выталкивать воду в трубку.Пока трубка заполнена водой, из верхнего контейнера будет стекать вода. Это половина причины, по которой вода (или раствор антифриза) будет естественным образом циркулировать в термосифоне.

Рис. 78. Эта простая демонстрация, которую вы, вероятно, видели в 5-м классе, объясняет, как работает нисходящая нога солнечного водонагревателя с термосифонированием. Если трубка «откачана» (воздух удален), а емкость 2 находится ниже дна емкости 1, нормальное атмосферное давление будет выталкивать воду в трубку.Пока трубка заполнена водой, из верхнего контейнера будет стекать вода. Это половина причины, по которой вода (или раствор антифриза) будет естественным образом циркулировать в термосифоне.

В доме с достаточно крутой крышей резервуар может располагаться над панелями кровли — на чердаке под коньковой стойкой. (В этом есть преимущество, если чердак отапливается и хорошо изолирован, потому что там меньше потенциальных потерь тепла из резервуара.) Многие люди в южных штатах замаскировали свои резервуары ложными дымоходами.Другой вариант: если ваш дом выше, чем ваш гараж, подумайте о том, чтобы поставить коллекторы на крышу гаража, а резервуар — где-нибудь выше в доме. Если ни одно из этих мест невозможно или практично, всегда есть земля (Рисунок 80).

Есть и серьезные недостатки у термосифонирующих солнечных водонагревателей:

Во-первых, производительность горячей воды значительно меньше, чем в системе с принудительной циркуляцией. Куда перекачивают воду

Рисунок 79.В любой термосифонной системе водяного отопления основание накопительного бака должно быть как минимум на фут выше верхней части коллектора. Это сделано для того, чтобы воспользоваться эффектом сифона и предотвратить обратный поток, когда в панель солнечного коллектора не поступает тепло. Обратите внимание на то, как водопроводный резервуар. Горячую воду можно набирать из верхней части бака, а холодную — из нижней. Задвижки не являются обязательными, но это хорошая идея. А вот сливной кран котла в самом низу системы критично.Его предназначение — опорожнять трубопроводы в морозную погоду.

Горячая вода в дом

Горячая вода в дом

Рис. 80. Если невозможно поставить коллекторы на крышу и при этом сохранить резервуар для хранения выше, коллекторы можно установить на земле вне дома. Панели должны располагаться как можно ближе к внешней стене, чтобы водопроводные линии оставались короткими. Если в баке есть змеевик теплообменника, чтобы обогреватель мог работать в холодную погоду, водопровод необходимо тщательно изолировать.Некоторые люди защищают внешние водопроводные линии электрическими тепловыми лентами.

Рис. 80. Если невозможно поставить коллекторы на крышу, а резервуар для хранения по-прежнему будет выше, коллекторы можно установить на земле вне дома. Панели должны располагаться как можно ближе к внешней стене, чтобы водопроводные линии оставались короткими. Если в баке есть змеевик теплообменника, чтобы обогреватель мог работать в холодную погоду, водопровод необходимо тщательно изолировать. Некоторые люди защищают внешние водопроводные линии электрическими тепловыми лентами.

через солнечные коллекторы, разумно ожидать, что в идеальных условиях можно ожидать, что в идеальных условиях будет иметься около галлона на квадратный фут поверхности коллектора в час. В системе естественной циркуляции, если вы получаете более галлона горячей воды на квадратный фут коллектора в день, ваша система работает исключительно хорошо. Другими словами, термосифонная система не только запускается медленно, но и обеспечивает около 1/5 объема горячей воды, даже если вода, которая циркулировала естественным путем, будет горячее, чем вода, прокачиваемая через коллекторы с большей скоростью.

Система прямого термосифона, в которой не используется антифриз, представляет собой проблему, отличную от очевидной проблемы замерзания. Поскольку через нагреватель не циркулируют ингибиторы коррозии, примеси в воде могут в конечном итоге вызвать накопление минеральных отложений в трубках абсорбера и водопровода.

Размещение накопительного бака над коллекторами иногда означает структурные проблемы. Ставить горячую воду над жилым помещением — это рискованно. Даже если вы укрепите пол или чердак достаточно хорошо, чтобы все сооружения не обрушились на вас посреди ночи, протекающий резервуар на чердаке может стать настоящей головной болью.Ремонт или замена гипсокартона и изоляции, а также необходимость перекрашивать стены и потолки, разрушенные водой, могут стоить больше, чем любая экономия, которую вы могли бы получить, установив термосифонную систему (рис. 81).

Естественная циркуляционная система, конечно, должна быть настроена таким образом, чтобы в линиях не было ровных мест, где могут образовываться воздушные пробки. Все трубки должны иметь уклон либо вниз к сливному крану, либо вверх к резервуару для хранения. Также должен быть абсолютный минимум трения внутри самой сантехники.В большинстве случаев это означает использование труб большего диаметра и более дорогих — возможно, 1 дюйм или даже 1-1 / 2 дюйма вместо обычной 3/4-дюймовой мягкой меди. Это также означает, что нужно оставить больше места для сантехники, чтобы исключить любые изгибы и «углы» под углом 90 градусов, и тем самым минимизировать сопротивление в линиях.

Потеря напора — сопротивление в трубах — враг номер один для любой солнечной системы со свободной циркуляцией

Рис. 81. Некоторые накопительные баки для систем термосифонирования могут быть установлены на чердаках или даже в ложных дымоходах.Это хороший способ сохранить тепло в воде — если бак и чердак хорошо утеплены. Не забывайте, что резервуар для воды на 120 галлонов может весить до полутонны, поэтому не забудьте укрепить балочную конструкцию крыши и пола.

Рисунок 81. Некоторые накопительные баки для систем термосифонирования могут быть установлены на чердаках или даже в ложных дымоходах. Это хороший способ сохранить тепло в воде — если бак и чердак хорошо утеплены. Не забывайте, что резервуар для воды на 120 галлонов может весить до полутонны, поэтому не забудьте укрепить балочную конструкцию крыши и пола.

водонагреватель. Место, где, вероятно, будет больше всего трений, находится в самом коллекторе. Здесь каналы на пластине абсорбера или в ней должны иметь диаметр не менее 3/4 дюйма. И сопротивление будет меньше, если коллекторные трубки будут подключены последовательно, а не параллельно. Это означает, что вам почти нужно построить свой собственный поглотитель. Большинство предварительно изготовленных пластин абсорбера имеют параллельные каналы, которые слишком малы, чтобы пропускать воду или жидкость.

А тут замораживание. Лучшее практическое правило для принятия решения о том, можете ли вы безопасно установить систему прямого термосифона, звучит примерно так: если цитрусовые не могут быть успешно выращены там, где вы живете, забудьте об этом! Даже если вы можете выращивать апельсины на заднем дворе, вы все равно рискуете. Это означает, что в большинстве частей Соединенных Штатов термосифонирование для горячей воды от солнечной энергии нецелесообразно в доме, работающем круглый год, если в системе не установлен теплообменник.

Теплообменник — это достаточно простое и эффективное устройство, которое позволяет вам делать несколько вещей: (1) вы можете хранить раствор антифриза в замкнутом коллекторном контуре, который полностью изолирован от горячего водоснабжения в накопительном баке, как мы уже знаем.(2) И поскольку теплообменник допускает два отдельных контура, ваш бак может выдерживать любое нормальное давление, существующее в обычной водной системе дома (возможно, 60 фунтов на квадратный дюйм), в то время как коллекторный контур может иметь значительно меньшее давление (скажем, 15 фунтов на квадратный дюйм).

Помните, что жара всегда стремится переместиться из более горячего места в более холодное. Хотя эта тенденция может вызвать неприятные потери тепла из резервуара для хранения, тот же принцип делает возможным теплообменник. Тепло может передаваться

Рисунок 82.В противоточном теплообменнике две жидкости движутся мимо друг друга в противоположных направлениях. Тепло передается от одного к другому через металлический барьер. Если змеевик погружен в резервуар для воды, тепло передается из змеевика в окружающую воду, даже если вода в резервуаре не движется.

Рис. 82. В противоточном теплообменнике две жидкости движутся мимо друг друга в противоположных направлениях. Тепло передается от одного к другому через металлический барьер.Если змеевик погружен в резервуар для воды, тепло передается из змеевика в окружающую воду, даже если вода в резервуаре не движется.

из жидкости, протекающей с одной стороны барьера для другой жидкости с противоположной стороны, при этом они никогда не касаются друг друга (рис. 82). Идея состоит в том, чтобы дать разделительной стенке между двумя жидкостями как можно большую площадь поверхности, чтобы можно было передавать максимальное количество тепла.

Самый распространенный тип теплообменника для солнечного водонагревателя — и, вероятно, лучший — это медный змеевик, погруженный прямо в резервуар для горячей воды.Чем длиннее змеевик, тем больше у него площадь поверхности и тем больше вероятность выхода тепла из медных трубок в воду в окружающем резервуаре (см. Рисунок 68).

В любом солнечном водонагревателе, кстати, площадь поверхности змеевика теплообменника должна быть не менее 1/4 общей площади поверхности труб в абсорбирующих пластинах коллекторных панелей — если система должна быть действительно эффективным. Змеевик в типичном теплообменнике емкостью 120 галлонов более чем достаточен для поддержки нескольких коллекторов площадью 24 квадратных фута.

Вы также можете купить теплообменники, которые можно установить отдельно вне бака-накопителя горячей воды (Рисунок 83). В этом случае необходим дополнительный контур для циркуляции воды из бака через теплообменник и обратно в бак за счет естественной конвекции. Конечно, этот шлейф должен быть изолирован.

Стальной кожух

в резервуар

Стальной кожух

В резервуар

Из резервуара

из коллектора

Сплошная медная катушка

Из резервуара

из коллектора

Сплошная медная катушка

К коллекционеру

Рисунок 83.Возможна покупка теплообменников, которые можно установить вне существующего резервуара для горячей воды. Для этого требуется отдельный контур для подачи воды из бака в теплообменник и обратно в бак. Естественно, это не так эффективно, как змеевик в резервуаре. Любой отдельный блок, подобный этому, должен быть хорошо изолирован. И сантехника тоже.

Если комбинация резервуара и готового теплообменника кажется слишком большой инвестицией, есть способы построить самодельные теплообменники, которые можно использовать как с термосифонными солнечными водонагревателями, так и с системами принудительной циркуляции.

Один из самых простых из этих «самодельных» теплообменников можно сделать из утилизированного мусора. Дизайн разработан Стивом Бэром и его коллегами из Zomeworks из Нью-Мексико. Это не более чем старый резервуар для горячей воды, который находится в переработанной масляной бочке емкостью 55 галлонов, заполненной нетоксичной смесью антифриза и воды. Нагретая жидкость поступает в 55-галлонную «рубашку», окружающую резервуар, и тепло передается воде внутри. В этом плане (Рис. 84) вход горячей жидкости для рубашки должен быть не менее чем на 9 дюймов ниже верха масляной бочки, чтобы обеспечить хорошую циркуляцию тепла внутри рубашки.

Неопреновая набивка; Испарительный барьер

Неопреновая набивка; Барьер испарения

Рис. 84. Теплообменник Zomeworks. Это легко сделать, эффективно и дешево. Но за этим следует внимательно следить. Если стенка резервуара проржавела, система горячего водоснабжения будет загрязнена антифризом. Время от времени снимайте изоляцию для проверки.

Рис. 84. Вот теплообменник Zomeworks. Это легко сделать, эффективно и дешево.Но за этим следует внимательно следить. Если стенка резервуара проржавела, система горячего водоснабжения будет загрязнена антифризом. Время от времени снимайте изоляцию для проверки.

Рисунок 85. Это еще один самодельный теплообменник. Если аккуратно обернуть медную трубку и использовать много припоя, чтобы пропотеть медь к резервуару, вы получите довольно хорошее термическое соединение. Цемент «Термон» должен работать не хуже припоя. Старайтесь не допускать перекручивания медных трубок и обязательно накройте теплообменник и резервуар изоляцией.То, что вы видите здесь, является примером двустенного теплообменника, потому что тепло должно проходить через два барьера.

Рисунок 85. Это еще один самодельный теплообменник. Если аккуратно обернуть медную трубку и использовать много припоя, чтобы пропотеть медь к резервуару, вы получите довольно хорошее термическое соединение. Цемент «Термон» должен работать не хуже припоя. Старайтесь не допускать перекручивания медных трубок и обязательно накройте теплообменник и резервуар изоляцией. То, что вы видите здесь, является примером теплообменника с двойными стенками, потому что тепло должно проходить через два барьера.

Еще одна альтернатива для простого в изготовлении теплообменника — обернуть около 50 футов 3/8-дюймовой или 1/2-дюймовой мягкой медной трубки вокруг нижних 2/3 резервуара для хранения. Держите бинты близко друг к другу и не перекручивайте. Затем используйте много припоя, чтобы обеспечить хорошее тепловое соединение между резервуаром и трубкой. Как только припой будет на месте, изолируйте все работы. Такой теплообменник никогда не может быть таким же хорошим, как змеевик в резервуаре, потому что есть два препятствия, через которые тепло должно проходить — сама трубка и стенка резервуара (рис. 85).

Выбираете ли вы солнечный водонагреватель со свободной циркуляцией воды или систему с принудительной циркуляцией, это, конечно же, ваше решение. Несмотря на то, что у нее есть недостатки, привлекательность термосифонной системы заключается в ее простоте и низких эксплуатационных расходах даже с теплообменником. Но не делайте выбора, пока не прочитаете следующую главу.

Читать здесь: Системы принудительной циркуляции

Была ли эта статья полезной?

Термосифоны

Термосифоны — это пассивные, двухфазные компоненты или системы терморегулирования, для которых не требуются механические насосы или другие движущиеся части в контуре жидкости.Поскольку они полагаются на силу тяжести для возврата конденсированной жидкости в испаритель, термосифоны не требуют дополнительной электроэнергии для работы, что делает их более надежными, чем активные контуры охлаждающей жидкости в стационарных приложениях. При правильной конструкции термосифоны также могут помочь вам уменьшить вес и объем терморегулятора за счет повышения общей производительности системы.

Термосифоны работают по тем же принципам, что и тепловые трубки; энергия поглощается системой, в которой жидкость превращается в пар, пар транспортируется с использованием разницы давлений между горячими и холодными областями и выводится из системы, когда пар конденсируется обратно в жидкость.Низкие общие перепады температуры обеспечивают изотермическое охлаждение на больших поверхностях или на нескольких устройствах. Используя эту разницу температур, термосифоны эффективно и надежно переносят тепло в широком диапазоне конфигураций по всему тепловому решению. Высокая мощность двухфазного охлаждения делает термосифоны идеальными для высоких тепловых нагрузок в известных условиях использования, таких как Enterprise (сервер и сеть), внедрение 5G в телекоммуникациях и приложения Power Conversion.