Апарати на теплових трубах

Термін "теплова труба" (ТТ) уперше був використаний у патенті Гровера, представленому від імені Комісії з атомної енергії США в 1963 р. Запропоновані Гровером ТТ були виконані з нержавіючої сталі, у яких ґноти були виконані з дротяної сітки, а як робочу рідину використовувався натрій.

Теплова труба є ефективним пристроєм передачі теплоти (рис.)

1-ґніт, 2-стінка труби, 3-повернення рідини по ґноті, 4-пара, 5-ділянка конденсації, 6-адіабатична ділянка, 7-випарна ділянка.

На внутрішній стінці ТТ укріплений ґніт, виконаний, наприклад, з декількох шарів тонкої сітки. Труба заповнюється невеликою кількістю теплоносія (робочої рідини), після чого з її відкачується повітря і вона щільно закривається.

Один кінець труби нагрівається, що викликає випар рідини і рух пари до холодного кінця труби. Тут у результаті охолодження пара конденсується і під дією капілярних сил повертається до гарячого кінця труби.

Оскільки теплота паротворення теплоносія велика, то ТТ і при малій різниці температур на кінцях може передавати великий тепловий потік.

ТТ дозволяє транспортувати теплоту в різних напрямках, по будь-якому прямолінійному і криволінійному каналах. Круговорот теплоносія здійснюється незалежно від сили ваги.

Ефективності роботи ТТ часто визначають за допомогою показника "еквівалентна теплопровідність". Наприклад, циліндрична ТТ із робочою рідиною вода з температурою 150 С має теплопровідність у сотні разів більшу, ніж мідь.

Здатність до теплопередачі ТТ може бути дуже великою. У ТТ із літієм при температурі 1500 С в осьовому напрямку можна передати тепловий потік 10..20 кВт/см².

В даний час ТТ мають внутрішній діаметр від декількох міліметрів до 10..15 см, довжина 2..3 м.

Матеріали корпуса і ґнотів: скло, кераміка, мідь, алюміній, нікель, нержавіюча сталь, молібден, тантал і ін.

Теплоносії: ацетон, аміак, фреони, вода, ртуть, індій, цезій, калій, натрій, літій, свинець, срібло, вісмут і ін.

Основні властивості ТТ:

1) Ізотермічність по довжині. Температурний перепад не перевищує кілька градусів;

2) Можуть застосовуватися як трансформатор теплового потоку. Приклад трансформатора щільності теплового потоку (рис.)

1-підведення теплоти; 2-відвід теплоти.

Якщо зона випару (підведення теплоти) у два рази більше зони конденсації (відводу теплоти), то поряд з передачею теплового потоку в ТТ має місце дворазове збільшення його щільності.

3) дозволяє розгалужувати тепловий потік, що надходить від єдиного теплового джерела.

Найбільше часто застосовуються при температурах ВЕР -50..+250 С.

Оскільки усередині ТТ у зоні випару чи конденсації коефіцієнт тепловіддачі 10000 Вт/(м²К), а з зовнішньої сторони 50 Вт/(м²К), то зовнішню поверхню ТТ роблять ребристою зі співвідношенням між зовнішньою поверхнею оребрених труб і поверхнею гладкої труби (20...30):1.

Теплообмінники на ТТ.

З'явилися на початку 70-х років. Розділяють у залежності від агрегатного стану теплоносіїв: 1) газ-газ; 2) газ-рідина; 3) рідина-рідина.

1-гаряче повітря, 2-холодне повітря.

Випарні зони теплових труб знаходяться в потоці гарячого газу 1, а конденсаційні зони омиваються холодним повітрям 2, який необхідно нагріти.

Парогенератор на ТТ.

Парогенератор складається з корпуса 5, розділеного перегородкою 3 на камери нагрівання 1 і охолодження 10. У камері охолодження розташовані шари 9 і 4 з дисперсного матеріалу у виді вільної насипки чи зпеченої металевої пористої маси, що відокремлюється один від іншого зазорами 8. У камері 10 мається рідинної 9 і паровий 4 колектори. У шар 4 пористої металокераміки введені з протилежних сторін (чергуючись і взаимоперекрывая один одного) холодні кінці високотемпературних теплових труб 6 і гарячі кінці низькотемпературних ТТ 7.

У пористий шар 9 уведені холодні кінці низькотемпературних ТТ 7. Гарячі кінці високотемпературних ТТ 2 введені в камеру нагрівання 1. Високотемпературні ТТ служать для передачі теплоти з камери 1 у пористий шар 4, де частина теплоти сприймається гарячими кінцями низькотемпературних ТТ 7, а інша витрачається на перегрів пари. Для здійснення процесу кипіння (випару) рідини, що надходить з колектора 10 у пористий 9, використовується теплота, передана ТТ 7. Унаслідок високоінтенсивного внутріпарового теплообміну температура рідини при її русі підвищується, тиск падає і відбувається процес фазового переходу. У зазор попадає насичена пара з краплями рідини. У шарі 4 парорідинна суміш перегрівається за рахунок підведення теплоти від ТТ 6 і перетворюється в перегріту пару. Пориста насадка забезпечує високу ефективність і компактність.