Рекуперативные аппараты периодического действия

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для обмена теплом между греющей и. обогреваемой рабочими средами. Рекуперативными называются такие теплообменные аппараты, в которых теплообмен между теплоносителями происходи через разделительную стенку. Если в рекуперативных теплообменниках тепло передается через стенку от теплоносителя к другому теплоносителю не постоянно а периодически, то такие теплообменники называются теплообменниками периодического действия.

Широкое применение в различных областях промышленности получили рекуперативные теплообменники периодического действия, к ним можно отнести: водоподогреватели- аккумуляторы, варочные котлы, реакционные аппараты.

Водоподогреватели- аккумуляторы – представляют собой сосуд большой емкости с паровым или водяным обогревом и применяются в системах ГВС с периодическим расходом больших количеств воды. Вода в подогревателях нагревается за 4-5 часов и расходуется течении 20-30 минут. (в цеховых душевых после смены).

Варочные котлы и реакционные аппараты периодического действия нашли широкое применение в химической промышленности. В варочных и реакционных аппаратах обрабатываемые материалы нагреваются до определенной температуры и содержатся при ней некоторое время. За определенный промежуток времени в материале происходят требуемые изменения химического и физического характеры, после чего аппарат опорожняют.

Тепловые трубы

Тепловая труба представляет собой устройство, обладающее очень высокой теплопередающей способностью. Если характеризовать ее эквивалентным коэффициентом теплопроводности, то он оказывается в сотни раз больше, чем у меди. Конструктивно тепловая труба представляет собой герметичный сосуд (чаще всего цилиндрическую трубу), заполненный жидкостью-теплоносителем. Высокая теплопередающая способность ее достигается за счет того, что в тепловой трубе осуществляется конвективный перенос тепла, сопровождаемый фазовыми переходами (испарением и конденсацией) жидкости-теплоносителя. При подводе теплоты к одному концу тепловой трубы жидкость нагревается, закипает и превращается в пар (испаряется). При этом она поглощает большое количество теплоты (теплота преобразования), которое переносится паром к другому более холодному концу трубы, где пар конденсируется и отдает поглощенную теплоту. Далее сконденсированная жидкость опять возвращается в зону испарения. Этот возврат может осуществляться разными способами. Самый простой из них заключается в использовании силы тяжести. При вертикальном расположении тепловой трубы, когда зона конденсации находится выше зоны испарения, жидкость стекает вниз непосредственно под действием силы тяжести. Такой вариант тепловой трубы называется термосифоном. Естественно, эффективность работы термосифона зависит от его ориентации относительно направления силы тяжести. Для исключения этого недостатка в наиболее распространенных типах тепловых труб для возврата жидкости в зону испарения используются капиллярные эффекты. Для этого на внутренней поверхности тепловой трубы располагают слой капиллярно-пористой структуры (фитиль), по которому под действием капиллярных сил и происходит обратное движение жидкости.

Принципиальная схема тепловой трубы с фитилем изображена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Принципиальная схема тепловой трубы:

1 - корпус, 2 - капиллярно-пористый слой (фитиль);

⇒ - направление движения пара (направление переноса теплоты);

← - направление движения жидкости (конденсата)

Основными преимуществами таких тепловых труб являются: высокая эффективность теплообмена, автономность работы, малый вес и габариты, высокая надежность, возможность реализации сложных теплопередающих функций, высокая изотермичность поверхности трубы.

Тепловая труба может иметь различные формы и габариты. Внутренний диаметр труб составляет от нескольких миллиметров до десятка сантиметров, длина - до нескольких метров. Для изготовления корпусов и капиллярных структур (фитилей) используются стекло, керамика, различные металлы и сплавы. В качестве жидкости-теплоносителя используются как легко испаряемые жидкости (ацетон, аммиак, фреоны) для низкотемпературных труб, так и вода, ртуть, индий, цезий, калий, натрий, литий, свинец, серебро, висмут и неорганические соли для труб, работающих при высоких температурах.

Наиболее характерными областями применения тепловых труб являются энергетика, машиностроение, электроника, химическая промышленность, сельское хозяйство.