"Теплосток Пластик " теплорассеивающие (теплопроводящие ) пластмассы

Теплообменники
- это специальные конструкции для обмена тепловой энергией между любыми средами - теплоносителями ( жидкости, газы ) .
Тепло ,согласно законам термодинамики , всегда передается к более холодной среде .



Самые распространённые теплообменники:
- это батареи водяного охлаждения ( естественный режим охлаждения )
- радиаторы охлаждения в двигателях внутреннего сгорания автомобилей ( принудительный режим охлаждение с помощью вентилятора )
- маслянные электрические радиаторы
- "многофункциональные " дистилляторы

Теплообменники применяют в энергетической, нефтеперерабатывающей, химической, газодобывающей и других отраслях промышленности.


Существует множество конструкций теплообменников .

Их конкретный вид определяется как некий компромис между функциональным назначением теплообменника и
экономикой их производства ( реальными возможностями конструктора )

В подавляющем большинстве случаев основными исходными констркукторскии "кирпичиками " теплообменников являются т н 2D дизайн элементы ( трубы ,пластины , различные профили ), изготавляемые методами прокатки и экструзии.

Это обстоятельство и предопределяет ( со всеми плюсами и минусами ) типовые 2D конструкторские решения большинства теплообменников

Во всех этих конструкциях изначально заложен конфликт между 2D конструкторскими элементами и реально протекающими в пространстве физическими процессами тепломассобмена

Переход к 3D "мышлению" позволяет существенно снизить габариты, вес теплообменников повысить эффективность теплобмена

примером может служить организация 3D теплообмена в современных двигателях внутреннего сгорания - своеобразной вершине инженерного творчества

Сложная форма металлического корпуса двигателя выполняет , в том числе , фунцию эффективного компактного теплообменника, отводящего неиспользуемое для полезной механической работы тепло.
Другой пример компактного 3D теплообменника -"улитки".

Основным тормозом
, препятствующим более широкому внедрению таких инженерных решений является дороговизна высокоточного и то же время сложного по форме металлического литья .


Теплорассеивающие пластмассы , как показано выше и FAQ

- позволяют изготавливать сложные и гораздо более точные детали в 2-3 раза дешевле алюминиевых ).

-детали при этом весят легче алюминиевых (в 1,7 раза) и железных или из нержавеющей
стали в ( 4,8 раза ! )

- при использовании специальных полимерных матриц обладают исключительной химстойкостью ( практически не растворяются не в одном из известных в настоящее время растворителей !! ) ,способны постоянно работать в агрессивных средах при температурах 200-250 гр С.

Три эти особенности теплорассеивающих пластмасс позволяют рассчитывать , что они составят альтернативу традиционным металлам там , где требуется использование малогабаритных , легких тепломассобменных устройств работающих в т ч с химически агрессивными средами

Наиболее перспективными областями применения этих материалов являются :


ТЕПЛОВЫЕ ТРУБЫ


Справка : Тепловая труба (рис.1) - это герметическое теплопередающее устройство, которое работает по замкнутому испарительно-конденсационному циклу в тепловом контакте с внешними - источником и стоком тепла.

Перенос тепла в этих устройствах вместо электронного механизма путем теплопроводности (как в сплошных веществах) осуществляется за счет переноса массы теплоносителя, сопровождающегося изменением его фазового состояния (обычно испарение рабочей жидкости и ее последующая конденсация).

В настоящее время это самые эффективные устройства для передачи тепловой энергии,
Эффективная теплопроводность (отношение плотности передаваемого через неё теплового потока через к падению температуры на единицу длины трубы) в десятки тысяч раз больше, чем теплопроводность меди или серебра

Существует множество конструкций тепловых труб.

Общим для них является наличие трех зон:

- зона подвода тепла - ИСПАРИТЕЛЬ (именно здесь происходит поглощение тепла , переход теплоносителя в паровую фазу )
- зона транспортировки (собственно сама тепловая труба - внутри её движутся в одном направлении пар , в другом конденсат ),
- зона отвода тепла -- КОНДЕНСАТОР (ее задача обеспечить конденсацию паровой фазы и передать, рассеять полученное при этом тепло окружающему пространству )

Одной из самых перспективных конструкций являются т н КОНТУРНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ТРУБЫ ( KTT )

В КТТ зона транспортировки выполнена из двух труб -по одной идет кондесат , по другой другой партировки


Преимущества КТТ:

- обладают непревзайденной теплопередающей способностью;
- не содержат механически подвижных частей и не требуют для своей работы никакой дополнительной ( внешней ) энергии,исключительно надежны и долговечны
имеют низкую материалоемкость;
- хорошо адаптируются к различным условиям размещения;
- обладают низкой чувствительностью к изменению положения в пространстве;


ТЕПЛОРАССЕВАЮЩИЕ ПЛАСТМАССЫ являются реальной альтернативой алюминию , нержавеющей стали и меди при конструировании и изготовлении испарителей и конденсаторов тепловых труб ( в т. ч . и контурных )





Их известные преимущества ( низкая плотность, высокая точность и низкая себестоимость сложнейших 3D деталей из них ) позволяют изготавливать легкие недорогие и высокоэффективные тепловые трубы .


Примеры применения теплорассеивающих пластмасс в тепловых трубах для охлаждения электронных компонентов



Из теплорассеивающей пластмассы CoolPolymers



Контурный термосифон для охлаждения светодиодных матриц из теплорассеивающей пластмассы Теплосток .

При этом легко изготовить форму теплоприемника -испарителя " по месту " с максимально приближенной к форме источника тепла, это позволяет снизить переходные термические сопротивления системы , увеличить эффективную поверхность теплосьема.

Применяя стандартную технологию литья пластмассовых изделий с "закладными деталями" (металлическая деталь -в данном случае тепловая труба, предварительно устанавливается в литьевую форму и затем заливается горячим расплавом пластмассы ) гарантированно получается п всесторонний идеальнй термический контакт испарителя и конденсатора с телом собственно тепловой трубы

Возможность массово тиражировать изделия с высокой точностью размеров любой конфигурации позволяет разработчикам тепловых труб практически реализовать по доступным ценам сложные (например поверхности с капилярной структурой ) перспективных конструкций .
ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ


а
Справка
Тепловым насосом называется машина, которая поглощает низкопотенциальную теплоту из окружающей среды ( вода, воздух,земля ) и передает ее в систему теплоснабжения потребителей в виде нагретой воды или воздуха.
Передача тепла производится рабочим телом - хладагентом (фреоном).
Электроэнергия, потребляемая тепловым насосом, тратится лишь на перемещение фреона по системе с помощью компрессора точно так же, как в холодильных машинах.

Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии (электрических, газовых и дизельных) заключается в том, что при производстве тепла до 80 процентов энергии извлекается ( перекачивается ) из окружающей среды.

Средний коэффициент преобразования таких тепловых насосов равняется 4,5. Это значит, что для производства 4,5 КВт тепловой энергии устройство затратит 1 КВт электричества !!!


В США ежегодно производится около 1 млн. геотермальных тепловых насосов

Общий объём продаж выпускаемых за рубежом тепловых насосов составляет 125 млрд. долларов США, что превышает мировой объём продаж вооружений в 3 раза

В мире по прогнозам МЭК к 2020 году доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.


Тепловой насос - это по существу "холодильник наоборот".


В обоих устройствах основными элементами являются испаритель, компрессор, конденсатор и дроссель (регулятор потока), соединенные трубопроводом, в котором циркулирует хладагент - вещество, способное кипеть при низкой температуре и меняющее свое агрегатное состояние с газового в одной части цикла, на жидкое - в другой.

Существует великое множество различных конструкций тепловых насосов . Однако ключевыми элементами во всех этих конструкциях являются по крайней мере два теплообменника - теплообменник-коллектор для сбора природного тепла из окружающей среды вне отапливаемого помещения и теплообменник для рассеяния этого тепла внутри этого помещения ( фанкойл — это воздушный теплообменник, используемый для нагрева или охлаждения помещения )


ТЕПЛОРАССЕИВАЮЩИЕ ПЛАСТМАССЫ могут найти применение при проектированиии и изготовлении этих теплообменников


Теплобменники -коллекторы ( собирают окружающее тепло земли и водоемов )

Подавляющее большинство этих коллекторов изготавливаются из сотен и десятков метров полимерных труб расположенных в земле и водоемах .

Выбор полимеров как сырья для труб обьясняется тем , что они не подвержены как металлы коррозии и поэтому имеют больший срок службы .
Однако все полимеры являются теплоиоляторами и поэтому плохо проводят через себя природное тепло от земли и воды циркулирующему через трубы теплоносителю .
Низкую ( по сравнению с металлами ) эффективность теплопередачи приходиться компенсировать существенным увеличением длины этих труб ( увеличением поверхности теплообмена ) и соответственно увеличению затрат на дорогостоящие земляные работы . ( в ряде случаев это просто не возможно сделать и из-за ограниченности размеров строительного участка ).

Переход на теплобменники из теплорассеивающих пластмасс ( они химстойкие и хорошо проводят тепло ) позволяет

многотрубчатая панель изготовленная из теплорассеивающего пластика методом экструзии ( стандартный метод переработки пластмасс )

- уменьшить длину ( площадь) коллекторов ( за счет высокой теплопроводности )
- сделать компактные , оптимизированные ( например модульной конструкции ) коллекторы не подверженные ( в отличие от металлов ) коррозии ,
- существенно снизить обьем землянных работ

Особенно эффективен такой подход при заборе тепла в проточных водоёмах.



Установки с СОЛНЕЧНЫМИ коллекторами , нашедшие широчайшее применение для подогрева бытовой воды, являются по существу частным случаем теплового насоса .

Предложены сотни вариантов конструкций солнечных коллектров, в т ч дорогостоящие системы с вакуммированными трубками , покрытыми специальными селективными покрытиями .
Все эти ухищрения направлены лишь на одно - на увеличение теплосьема за счет повышения кпд поглащения тепловой энергии с еденицы облучаемой площади .
При этом стоимость этих панелей , как правило,увеличивается гораздо больше чем увеличивается КПД системы.



В ряде случаев возможен подход , когда теплосьем системы увеличивается за счет увеличения площадей солнечных коллекторов .
При таком подходе на первое место встает вопрос снижения стоимости еденицы площади коллекторов.

ТЕПЛОРАССЕИВАЮЩИЕ ПЛАСТМАССЫ позволяют существенно снизить стоимость панелей солнечных коллекторов.

Центральным элементом конструкции солнечного коллектора могла бы являться многотрубчатая панель изготовленная из теплорассеивающего пластика методом экструзии ( стандартный метод переработки пластмасс )

Их поверхность поглощает практически всю солнечную радиацию (за счет высоких значений коэффициента черноты ).
Таким панелям не страшны заморозки , они абсолютно не подвержены коррозии.

Их длина ( в силу экструзионной технологии их производства ) практически ничем не ограничена

Полученное тепло за счет высокой теплопроводности стенок панелей эффективно передается циркулирующей по ним воде .

Они в 5 раз легче анологичных из железа или меди , мнгократно их дешевле



Такие панели могут быть основой технического решения недорого солнечного коллектора для нагрева воды летних бассейнов .

Фанкойлы

Фанкойл - это теплообменник с вентилятором. Он забирает тепло или холод от теплоносителя и нагревает или охлаждает помещение.


Конструкция фанкойлов состоит как правило состоит из пластмассового корпуса с расположенным внутри 2D теплообменником в виде оребренных алюминием медных труб - с теплоносителем обдуваемых вентилятором.
Переход на 3D теплообменники и использование в конструкции элементов "двойного назначения " (например корпус-радиатор ) из теплорассеивающих пластмасс
позволяют уменьшить габариты и себестоимость фанкойло радиаторв и анологичных им аппаратов.