Технологии / Льдотехника / Льдоаккумулятор

Двухфазные термосифоны для льдоаккумуляторов 

В физической основе использования двухфазных термосифонов (автономных теплопередающих устройств с фазовым превращением промежуточного теплоносителя, или хладагента) лежит использование для обеспечения движения находящейся в них жидкости гравитационной силы.

Двухфазный термосифон представляет собой герметично закрытую трубу, полость которой частично заполняется теплоносителем. Отметим, что обычно все ТС являются вакуумированными закрытыми ДТ. В полости двухфазного термосифона происходят термодинамические процессы, совершается парорефрижераторный цикл: кипение (испарение), в результате которого образуются две фазы (паровая и жидкая), конденсация и свободно-конвективный тепломассоперенос между участками кипения и конденсации.

Функционирует двухфазный термосифон следующим образом: при подводе теплоты к испарителю теплоноситель (хладагент) начинает кипеть, образующийся пар движется (поднимается) в конденсатор и конденсируется на его внутренних стенках, отдавая при этом теплоту фазового перехода охлаждающей среде (холодному воздуху). Конденсат под действием гравитационных сил движется (опускается) в испаритель, отдавая при этом холод охлаждаемой среде (воде). Процессы тепломассопереноса в двухфазном термосифоне протекают непрерывно, и это обеспечивает эффективную теплопередачу от одной среды к другой.

Зимний (холодный) период года функционирование двухфазных термосифонов называется активным, а летний, когда они термодинамически «запираются» (не работают) – пассивным.

Двухфазные термосифоны типа ТМД-5 и ТМД-5Р (Патент РФ №118413 и Заявка на патент № 2013123033) являются наиболее эффективными, обладают высокими техническими, термодинамическими и теплофизическими параметрами. Все двухфазные термосифоны из алюминиевых сплавов (ТМД-5, ТМД-5Р, ТТМ и др.) мало-инерционны, то есть время самозапуска (выхода на рабочий режим) составляет 30…90 мин., тем самым период их активной работы в сезон увеличивается на 10-30 суток.

Двухфазный термосифон ТМД-5

Общий вид термостабилизаторов типа ТМД-5 и ТМД-5Р (1).
(2), (4) - поперечные сечения конденсаторных частей ТМД-5 и ТМД-5Р;
(3), (5) - поперечные сечения испарительных частей ТМД-5 и ТМД-5Р.

 

Двухфазный термосифон круглогодичного действия ТТМ-1 (Патент РФ № 2145989) выполнен на базе ТМД-5, конденсаторная (надводная) часть которого снабжена блоком термомодулей – полупроводниковых устройств с малым энергопотреблением, реализующих эффект Пельтье за счет подводимого извне постоянного электрического тока 2,5...3,0 А низкого напряжения 12 В. Блок термомодулей может быть съемным (при снятом или отключенном блоке ТТМ-1 работает как обычный двухфазный термосифон типа ТМД-5), а может и оставаться на зиму для дополнительного охлаждения во время оттепелей.

Термоэлектрические модули мощностью от 1 до 50Вт создают температурный перепад равный 67°С. При температуре атмосферы +25°С температура холодной стороны модуля составляет – 42°С.

Двухфазный термосифон ТТМ

Двухфазный термосифон ТТМ

 

 


Подтверждение эффективности работы (льдообразования) двухфазных термосифонов ТМД-5.

Замораживание воды на термосифоне ТМД-5

 

 

Результаты эксперимента по замораживанию воды в Тазовской губе.

За трое суток диаметр намороженного льда вокруг ТМД-5 составил 49-50 см по всей длине его подводной части. При этом средняя температура воздуха составляла - 25˚С, а температура воды +3,7˚С. Общий размер термосифона 6м, подводная часть – 4 м.