ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТА

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ТЕПЛОВЫМИ ТРУБКАМИ

В промышленности находят применение тепловые трубки, действие которых основано на процессах испарения и конденсации. Значения коэф­фициентов теплоотдачи а, Вт/(м2 • К), при кипении (500.5000) и конденса­ции (4000.20 000) воды (и других жидких веществ) позволили весьма эф­фективно использовать процессы кипения и конденсации для систем ото­пления и горячего водоснабжения.

Тепловая трубка представляет собой устройство для переноса теплоты из одной зоны (горячей, греющей) в другую (холодную, нагреваемую) при малом градиенте температуры. Тепловая трубка является наиболее совер­шенным из всех разнообразных устройств для передачи теплоты (более 90 %) из зоны испарения в зону конденсации.

Конструктивно тепловая трубка представляет собой герметически за­крытую камеру самой разнообразной формы, иногда, в зависимости от ус­ловий применения, внутренняя поверхность которой выложена капилляр­но-пористым фитилем. Часть объема камеры заполняется рабочей жидко­стью - теплоносителем. Теплота, поступающая от внешнего источника к испарителю, вызывает испарение теплоносителя на этом участке трубки - скрытую теплоту парообразования. Сконденсировавшаяся жидкость воз­вращается обратно по фитилю или по стенкам корпуса тепловой трубы в испаритель для последующего испарения.

В тепловой трубе используется цикл «испарение - конденсация» и не­прерывно осуществляется перенос скрытой теплоты парообразования от испарителя к конденсатору. Количество теплоты, которое может быть пе­ренесено в виде скрытой теплоты парообразования, обычно в несколько раз выше количества, которое может быть перенесено в виде энтальпии рабо­чей жидкости в обычной конвективной системе. Поэтому тепловая труба может передавать большее количество теплоты при малом размере уста­новки. Температурный напор в тепловой трубе равен сумме температурных напоров в испарителе, паровом канале и конденсаторе.

В зоне подвода теплоты L1 происходит процесс образования пара, и затрачивается теплота в количестве Qm. Со скоростью несколько сот мет­ров в секунду пар проходит зону переноса теплоты L и попадает на проти­воположную часть тепловой трубки, в зону отвода теплоты L2. Здесь пар конденсируется и отдает теплоту в количестве QOT.

При эффективной тепловой изоляции тепловой трубки QOT и Qm. В тех случаях, когда потери теплоты на участке переноса существенны, вводится понятие КПД тепловой трубки: n = QOT і Qm-.

Зона переноса теплоты L может быть различной протяженности, тео­ретически от нуля до бесконечности, а зоны подвода L1 и отвода теплоты L2 могут быть равны между собой, и тогда плотности тепловых потоков рав­ны: q1 = q2. Если зона подвода в два раза больше зоны отвода теплоты, то имеет место трансформация плотности теплового потока с двукратным увеличением концентрации. Регулированием соотношения между площа­дями подвода и отвода теплоты можно добиться трансформации теплового потока с уменьшением его концентрации.

Характеристики тепловых труб зависят не только от размера, формы и материала, но также от конструкции, теплоносителя и коэффициента теп­лоотдачи. Следует заметить, что критические значения температурного напора ДТ и q меньше при переходе процесса от пленочного кипения жид­кости к пузырьковому кипению.

Большое практическое применение тепловые трубки нашли благодаря их высокой надежности, простоте устройства, малому весу, отсутствию движущихся механических деталей и ненужности перекачки теплоносите­ля. Тепловые трубы практически изотермичны по всей длине. Но главным достоинством их остается сверхпроводимость теплоты при малом перепаде температур: эффективная теплопроводность в десятки тысяч раз больше, чем теплопроводность серебра и меди.

Коэффициент теплопередачи для различных тепловых трубок и усло­вий их эксплуатации может принимать различные значения. При верти­кальном расположении и оптимальном заполнении (теплоноситель в коли­честве, обеспечивающем только смачивание всей поверхности) коэффици­ент теплопередачи выше. При наклонном расположении тепловой трубки и заполнении тем же теплоносителем коэффициент теплопередачи ниже. Пе­репад температуры на трубке при этом более значительный. Для достиже­ния максимального коэффициента теплопередачи необходимо брать жид­кость с наивысшим значением скрытой теплоты испарения и малой вязко­стью, которая ускоряет круговорот в тепловой трубке.

В качестве наполнителя тепловой трубки берутся цезий, литий, сереб­ро, теллур. Для корпуса трубок используют сталь, тантал, вольфрам и дру­гие материалы. Такие металлы, как титан, молибден, хромоникель, реко­мендуются для изготовления капиллярной структуры (для более эффектив­ного возвращения конденсата к точке парообразования). В большинстве случаев сборку (наполнение и герметизацию тепловой трубы) можно про­водить только в вакууме. При заполнении труб водой удаление воздуха из внутреннего объема можно производить путем подогрева всей конструкции до начала интенсивного кипения, после чего наполнительные отверстия герметично закрываются.