Как сделать тепловую трубку?

MHP — гибкие теплоотводы

29 октября 2019

MHP – это плоские и гибкие трубки для отвода тепла. Они имеют широкую сферу применения для любых типов электронных устройств, включая светодиодные светильники и любые портативные приборы с плоским корпусом.

Основной рабочий принцип гибкого теплоотвода – это паровая трубка, она позволяет переносить большой объем тепла с минимальной температурной разницей между горячей и холодной частями. Паровые трубки получили широкое признание еще в 1960-е годы прошлого века и до сегодняшнего дня являются эффективным решением для переноса тепла внутри корпуса или его распределения по твердым поверхностям. Однако только в наши дни удалось уменьшить толщину трубки до нескольких миллиметров и сохранить гибкость конструкции.

Трубки представляют собой алюминиевые полоски с внутренними дорожками, частично наполненными жидкостью – ацетоном. При нагреве жидкость переходит в пар, его молекулы перемещаются по дорожке и отдают тепло равномерно по всей площади трубки. Таким образом, тепловая энергия в одной части трубки перемещается в другой ее конец. Отличительная особенность конструкции тепловых трубок – это стабильность и равномерность отвода тепла со всей рабочей поверхности. Эта характеристика и обеспечивает перенос тепла от источника до радиатора. А гибкость трубок помогает адаптировать охладитель для применения в корпусах любой геометрии.

Паровые трубки – это двухфазные устройства передачи тепла. При нагреве жидкости в одной части трубки она превращается в пар, который перемещается в холодный отсек трубки, где обратно превращается в жидкость. Жидкость перемещается по трубке благодаря капилярной силе, вызванной рельефной структурой. Благодаря наличию нагревающей и конденсирующей частям корпуса, паровые трубки могут переносить тепло от одной до другой части трубки с минимальным температурным градиентом.

По сравнению с медными радиаторами паровые трубки имеют ряд важных преимуществ. В первую очередь, они имеют более высокую теплопроводность. Чистая медь имеет показатель 400 Вт/moC, а самый лучший теплопроводящий материал – алмаз – 2000 Вт/moC. Паровая трубка качественного производства может иметь характеристику 5000 Вт/moC. Во-вторых, плотность паровых трубок значительно ниже, чем у меди. Благодаря своей полой структуре, они гораздо легче, чем аналогичные трубки из меди. Поэтому паровые трубки являются отличным кандидатом для высокотемпературных решений с малым весом.

Суммируя вышесказанное, следует подчеркнуть, что охладители MHP имеют высокую эффективность, превосходный коэффициент отвода тепла со своей плоской поверхности. Применение MHP радиаторов позволит уменьшить высоту корпуса прибора, сократить его вес и получить ряд конкурентных преимуществ перед аналогичной продукцией.

Применение гибких охлаждающих трубок позволяет отказаться от дорогостоящих вентиляторов и радиаторов, плюс к этому уменьшить энергопотребление, шумы, высоту профиля корпуса прибора и его себестоимость. Трубки позволяют быстро отводить тепло от источника нагрева и отводить его на шасси или внешний радиатор. Применение трубок даст возможность отказаться от вентиляционных отверстий и снизить риск попадания пыли внутрь корпуса (и, следовательно, и отказаться от воздушных фильтров) и образования статического электричества. Толщина трубок колеблется от 1.2 до 2.5 мм, а длина от 60 до 500 мм.

Особенности
— производятся по микротехнологии
— рабочая жидкость: ацетон
— термоэффективность: до 310 Вт
— сверхплоский корпус, толщиной от 1.2 до 2.5 мм
— малый вес и гибкость, адаптивноссть под любую геометрию корпуса

Сферы применения
— кулеры центральных процессоров и графических плат
— модули памяти
— светодиодные линейки
— модули оптической передачи данных
— силовые модули
— телекоммуникационное и тестовое оборудование

Общие характеристики
— Материал внешнего корпуса: алюминий 1050
— Структура поверхности: канавки
— Рабочая охлаждающая жидкость: ацетон
— Срок службы: до 16 лет
— Диапазон рабочих температур: 0. 90 °С
— Критический диапазон температуры утечки: -40. +100 °С

Наименование Толщина, мм Ширина, мм Длина, мм Теплопередача
MHP-2026 2 26 200 5-18 Вт Купить
MHP-2040 3 40 200 40-170 Вт Купить

Примеры использования трубок

Тепловые трубы – особенности и область применения

Для наиболее эффективной передачи энергии от теплоносителя к потребителю применяют тепловые трубы. Они позволяют транспортировать разные виды теплоносителя с наименьшими потерями температуры. В данной статье мы подробней рассмотрим особенности этих устройств и область их применения.

Особенности тепловой трубы

Принцип действия

Принцип действия тепловых труб состоит в том, что передача энергии происходит за счет испарения и дальнейшей конденсации жидкости. Чтобы понять, как это происходит на практике, надо представить замкнутую емкость, выполненную из металла с хорошей теплопроводностью и заполненную некоторым количеством воды.

Процессы передачи тепла выглядят в ней следующим образом:

  • При нагреве одной части емкости, вода в ней превратится в пар.
  • Покидая жидкость, водяные пары попадают на охлажденную поверхность, в результате чего пар вновь переходит в жидкое состояние и стекает на прежнее место. При этом большое количество тепловой энергии отводится через стенки металлического резервуара.
  • Остывшая вода опять нагревается и процесс повторяется.

Такая конструкция называется термосифоном. Она хоть и не является тепловой трубкой, однако, принцип работы тот же.

Обратите внимание!
Термосифон может работать как положено только в том случае, если его зона конденсации расположена выше зоны испарения.
Это обеспечивает возвращение конденсата на место нагрева.

Тепловая труба Гровера

Простейшая конструкция тепловой трубы выглядит следующим образом:

Корпус Обязательно должен быть выполнен из материала, который хорошо проводит тепло. Кроме того, важным требованием к корпусу является его прочность, чтобы он мог обеспечить надежную герметичность.В качестве материала для него обычно используют всевозможные сплавы различных металлов, а также керамику или стекло для труб. От типа корпуса может зависеть цена изделия.
Рабочая среда Представляет собой жидкое вещество (теплоноситель), способное при рабочей температуре переходить в газообразное состояние.
Фитиль Твердый материал с порами, сквозь которые жидкость по капиллярам перемещается из одной части трубы в другую.

Вышеописанное устройство называют тепловой трубой Гровера. Этот ученый в 1963 году усовершенствовал конструкцию термосифона, в которой жидкость стекала самотеком. В тепловой трубе Гровера жидкость перемещается капиллярным способом.

Конструкция тепловой трубки Гровера

Чтобы данная система функционировала, к рабочей жидкости выдвигаются следующие требования:

  • Точка перехода «жидкость-пар» должна находиться в диапазоне температур, в котором работает устройство.
  • Жидкость не должна подвергаться температурному разложению.
  • Материал фитиля и корпус трубы должны смачиваться жидкостью.

В качестве рабочих жидкостей могут применяться различные вещества в жидкой фазе:

  • Аммиак;
  • Сжиженный гелий;
  • Ацетон;
  • Вода;
  • Ртуть;
  • Серебро;
  • Натрий.

Что касается фитиля, то, как уже было сказано выше, данный элемент обеспечивает перемещение жидкости под действием капиллярных сил. Основное требование к этому материалу – обеспечение равномерного движения рабочей жидкости по капиллярам.

На фото – тепловая трубка Гровера в разрезе

Чаще всего в качестве фитиля применяют:

  • Металлические сетки;
  • Металлические войлоки;
  • Металлические стеки;
  • Ткани саржевого плетения и пр.

На первый взгляд может показаться, что данное устройство довольно простое, однако, его технический расчет могут выполнить только специалисты. Дело в том, что для эффективной его работы необходимо правильно подобрать материал, его рабочие характеристики и размеры. Поэтому выполнить тепловые трубки своими руками вряд ли получится, а вот тепловой сифон можно сделать и самостоятельно.

Передача тепловой энергии в таких устройствах может осуществляться несколькими способами:

  • При помощи открытого огня;
  • При непосредственном контакте с нагретым веществом;
  • Электрическим током;
  • Инфракрасным излучением.

Обратите внимание!
Единственной величиной, лимитирующей тепловую мощность устройства, является тепловая стойкость его корпуса.

Надо сказать, что функции тепловых трубок Гровера довольно разнообразны, однако основной их задачей является передача тепловой энергии из одной части трубы в другую. Что касается температуры рабочей среды, то инструкция по их применению допускает диапазон от нуля градусов по Цельсию до тысяч градусов.

Схема устройства контурной трубы

Контурные тепловые трубки

С развитием технологий, тепловые трубы Гровера были усовершенствованы – на смену фитилю пришли специальные контурные трубки.

Достоинством такой конструкции является:

  • Надежность в работе;
  • Простота;
  • Более высокий уровень теплопередачи;
  • Хорошая адаптация к разным условиям эксплуатации;
  • Долговечность;
  • Рабочие характеристики сохраняются при любом пространственном положении, благодаря чему устанавливается такая тепловая труба своими руками без каких-либо сложностей.

По сути, контуры являются такими же капиллярами, но обладают большими размерами. В результате их качеств относительно передачи тепла, трубки являются сверхпроводниками тепловой энергии.

Читайте также  Тепловые канализационные насосные станции

Тепловые трубки в системе охлаждения ПК

Область применения современных тепловых труб

Сфера применения тепловых труб довольно обширна:

  • Передача тепла с минимальными затратами различным объектам и зданиям.
  • На основе тепловых трубок выполнены многие системы охлаждения, в том числе и холодильники.
  • Отвод тепла в различных устройствах микроэлектроники, в частности, тепловые трубы зачастую применяются в ПК.
  • Медицина.
  • Космическая промышленность.
  • Комплектация термостатов и прочих аналогичных по назначению устройств.
  • Строительство в условиях вечной мерзлоты.
  • В сельском хозяйстве, при обеспечении теплом парников и т.д.
  • Данное устройство является обязательной деталью тепловых выключателей и диодов.
  • Также может использоваться тепловая труба для отопления жилых и производственных помещений.

Применение тепловых трубок в энергетике

Надо сказать, что характеристики современных тепловых труб довольно впечатляющие:

Диапазон температур работы От 4 до 2300 К
Мощность теплопередачи До 20 кВт на квадратный сантиметр
Ресурс работы Более 20 тысяч часов.

Вот, пожалуй, все основные моменты, которые можно вкратце рассказать о тепловых трубах. (См. также статью Разводка труб отопления: особенности.)

Вывод

Из видео в этой статье можно получить дополнительную информацию по данной теме. Также отметим, что тепловые трубы получили широкое распространение в современном производстве, системах отопления и многих других отраслях. Это связано с конструктивными особенностями изделий, которые обеспечивают эффективную транспортировку рабочих жидкостей, с высоким коэффициентом полезного действия.

Как сделать теплоаккумулятор (буферную емкость) своими руками, стоит ли этим заниматься

Теплоаккумулятор содержит большой объем воды (теплоносителя), поэтому может накапливать тепловую энергиюЮ и отдавать ее, когда котел не работает. Это позволяет значительно реже подходить к твердотопливному котлу, фактически раз в двое суток в межсезонье, если котел мощный и дом утепленный, а также дает возможность использовать по максимуму на благо отопления дешевый ночной тариф электроэнергии.

Идея установить буферную емкость (теплоаккумулятор) выглядит блестящей для всех умученных дежурством у котлов, но разбивается о ценник на теплоаккумуляторы. Оказывается, что увеличить комфорт не слишком то и дешево. Но может получится сделать теплоаккумулятор своими руками? Ведь на первый взгляд ничего сложного…

Как можно сделать теплоаккумулятор

Заводская конструкция теплоаккумулятора, как правило, – бочка, круглая в сечении. Объм обычно в пределах 500 – 2000 литров. Диаметр – до метра, высота до 2,5 метров. Размещается на ножках, с множеством вваренных штуцеров. Может содержать в себе 1 или 2 или больше спиральных теплообмеников, для подсоединения независимых контуров, например, солнечного коллектора, нагрева проточной воды…

Емкость утеплена слоем теплоизоляции, чтобы не перегревать воздух в котельной. В фирменных теплоаккумуляторах внутри организована сложное распределение потоков… Можно взглянуть на рекламу Buderus на видео…

Основа конструирования буферной емкости – как должны направляться потоки

Чтобы создать правильное направление потоков, подключение к буферной емкости выполняются следующим образом.

  • Подача с котла – в верхней части.
  • Подача из емкости на радиаторы – в верхней части, на уровне подачи котла
  • Обратка с радиаторов – в нижней части.
  • Обратка на котел – в нижней части, чуть ниже обратки с радиаторов.

При этом жидкость в теплоаккумуляторе обязательно должна двигаться сверху вниз, по кольцу контура котла, а также — от котла к радиаторам.

Отследить направление движения жидкости можно по температурным датчикам — обратка котла должна быть теплее, чем обратка радиаторов.

Важно соблюсти принцип: – расход теплоносителя в контуре котла должен превышать расход в радиаторах, только тогда теплоаккумулятор сможет нормально работать. Это обычно обеспечивается большим гидравлическим сопротивлением контура потребителей, при одинаковых насосах.

Радиаторы получат горячий теплоноситель сразу, как он появится внутри теплоаккумулятора, забирая его своим насосом с верхней части, что обеспечивает оперативность управления всем отоплением и реагирование на суточные перепады температур.

Важнейший вопрос при установке теплоаккумулятора – защита котла от холодной обратки, выполняется обязательно, например с помощью трехходового клапана.

Основы конструирования буферной емкости

Гораздо предпочтительнее использовать большую готовую бочку или трубу, тогда будет намного меньше сварных швов, чем в самодельной прямоугольной конструкции.

  • Ввариваются патрубки 3/4 дюйма для подключения контуров. Но контур твердотопливного котла, для реализации аварийного самотечного циркулирования, желательно создавать не менее 1дюйма, при этом подача от котла, где возможен перегрев, – стальная.
  • Сливной патрубок, он же и очиститель шлама – в самой нижней части.
  • В крышке рекомендуется создать патрубок большого диаметра для подключения автоматического воздухоотводчика или группы безопасности.

Сделать буферную емкость самостоятельно может лишь квалифицированный сварщик. Пример создания теплоаккумулятора из бочек, но явных ошибок схемотехники повторять не стоит…

Одно из пропагандируемых некоторыми специалистами решений – 4 дешевые бочки 200 литров, попарно соединенные патрубками большого диаметра…

Какой объем буферной емкости понадобится

Ключевой вопрос – какой объем теплоаккумулятора можно считать достаточным. Обычный режим работы – разогрев до +90 градусов и остывание до +60 градусов, пока работа радиаторов будет эффективной… В разнице 30 градусов заключается та энергия, которую можно накапливать и использовать.

Несложный тепловой расчет показывает, что одной тонны воды будет достаточно для обогрева среднеутепленного дома 100 м кв в самые пиковые морозы в течении 5 часов. А при средне-сезонной температуре – сутки.

На практике, емкость 1,2 тонны в хорошо утепленном небольшом доме позволяет не подходить к котлу 30 кВт на дровах в течении 2 суток… Ставить буферную емкость менее 0.8 тонны особого смысла нет…

Вопрос утепления

Не нужно спешить накладывать утеплитель до завершения полных испытаний с нагревом и под давлением. При нагреве свыше 60 градусов полистиролы начинают усиленно разлагаться, выделяя яд. Для буферной емкости лучше использовать неплотную минеральную вату толщиной 5 см, ее изоляцию от жилого пространства сделать фольгированным вспененным полиэтиленом проклеенным скотчем.

Буферная емкость из еврокуба

Недорого можно приобрести б/у полиэтиленовые емкости на тонну воды, находящиеся в металлической решетке. Их допустимый предел нагревания — +70 градусов, — выше начинает проявляться текучесть материала. Но среди достоинств – предельная дешевизна изготовления, можно все сделать своими руками без привлечения сварщика… Что из этого получается, смотрите видео.

Тепловые трубы: особенности устройства

Тепловые трубы представляют собой теплопередающие устройства, главной особенностью которых является способность передавать большие тепловые мощности при малых перепадах (градиентах) температуры. Устройства такого типа широко используются в теплоэнергетике, химической промышленности, электронике, а также в других областях промышленности.

В данном материале мы постараемся максимально доступно осветить принцип действия тепловых труб, а также рассказать о сфере их применения.

Стеклянный корпус тепловой трубы

Конструкция и функции тепловых труб

Термосифон как предшественник тепловой трубы

Устройством, которое являлось своеобразным «предшественником» тепловых труб современного типа является так называемый термосифон. Его конструкция, хоть и имеет значительные отличия от конструкции тепловых труб, все же базируется на тех же принципах.

Термосифон представляет собой специальную трубчатую емкость, внутрь которой вводится небольшое количество жидкости, после чего из емкости откачивается воздух и она герметизируется путем запайки.

Принцип работы термосифона следующий:

  • Тепло подводится к зоне испарения
  • Жидкость внутри капсулы термосифона превращается в пар, который под давлением движется в зону конденсации.
  • В зоне конденсации пар оседает на стенках, отдавая им тепло – следовательно, одним из условий, обеспечивающих работу термосифона, является эффективное отведение тепла от зоны конденсации пара.
    В противном случае возможен так называемый «кризис кипения», при котором вся жидкость испаряется и теплопередача проходит по стенкам термосифона, минуя зону конденсации.

Применение термосифонов обеспечивает значительную мощность теплопередачи даже том случае, если разница температур между концами термосифона незначительна.

Термосифон работает только тогда, когда его зона конденсации находится выше зоны испарения – только в этом случае возможно возвращение конденсата в зону испарения под действием силы тяжести.

Такая ситуация в ряде случаев является достаточно серьезны ограничением, поэтому на смену термосифонам пришли более сложные устройства — тепловые трубы.

Конструкция тепловой трубы

Наиболее распространенным типом тепловой трубы является тепловая труба Гровера (названная так по имени изобретателя).

Ее конструкция достаточно проста (насколько это возможно применительно к конструкции теплопередающего устройства) и включает в себя три основных элемента:

  • Корпус
  • Рабочую жидкость
  • Фитиль (капиллярно-пористый материал или КПМ)
Читайте также  Печь с тепловым щитком

Конструкция тепловой трубы

Ниже мы рассмотрим особенности конструкции каждого из этих элементов.

Корпус тепловой трубы чаще всего представляет собой камеру круглого или прямоугольного сечения. Для изготовления корпуса применяют нержавеющую сталь, сплавы алюминия, бронзу, медь, стекло, полимерные материалы либо керамику.

Главные функции корпуса – изоляция рабочей жидкости, а также — эффективное подведение и отведение тепла от нее. Для этого корпус должен быть герметичным и выдерживать значительное внутреннее давление.

Тепловые трубы производят с корпусами разных размеров, при этом ограничение в габаритах корпуса есть только «снижу» — они должны быть достаточными, чтобы исключить воздействие капиллярных сил в зоне движения пара.

Чтобы подобная ситуация не возникала, расчёт тепловой трубы, а также ее изготовление должны проводиться исключительно специалистами.

Рабочая жидкость в тепловой трубе является главным носителем тепла, который, собственно, и обеспечивает функционирование всей системы.

Исходя из этого к рабочей жидкости выдвигается ряд требований:

  • Она должна иметь точку перехода «жидкость-пар» в том диапазоне температур, в котором работает труба тепловая.
  • Рабочая жидкость не должна быть подвержена температурному разложению.
  • Она должна смачивать материал фитиля и корпуса тепловой трубы.

В качестве рабочих жидкостей в тепловых трубах применяют различные вещества в жидкой фазе: сжиженные гелий и аммиак, ацетон, воду, ртуть, а также – натрий или серебро.

Фитиль из пористого материала обеспечивает перемещение жидкости из зоны конденсации в зону испарения под действием капиллярных сил. Материал для фитиля должен обеспечивать равномерное движение жидкости по капиллярным порам.

В качестве фитиля используются металлические войлоки, металлические стеки или ткани саржевого типа плетения. Оптимальные материалы для фитиля тепловых труб – титан, медь, никель, нержавеющая сталь.

Отдельную категорию тепловых труб составляют так называемые контурные тепловые трубы. В отличие от классической схемы конструкции тепловой трубы у тепловой трубы контурного типа отсутствует фитиль, а передача рабочей жидкости от зоны испарения к зоне конденсации производится по контурным трубкам.

Схему контурной тепловой трубы вы можете видеть на рисунке.

Контурная схема тепловой трубы

Функции тепловых труб

Главной полезной функцией, которой обладают практически все трубы тепловые, является эффективная теплопередача по оси трубы между двумя зонами с разной температурой. Оптимальная работа тепловой трубы предусматривает, что режимы работы элементов не достигают критического порога.

Подача тепла к тепловой трубе может осуществляться любым удобным для вас способом:

  • Открытым пламенем
  • Электрическим током
  • Контактом с нагретым телом
  • Инфракрасным излучением

При этом единственной величиной, которой лимитируется тепловая мощность трубы, является тепловая стойкость корпуса.

Применение современных тепловых труб

Область применения тепловых труб сегодня достаточно широка.

Они могут использоваться в таких направлениях как:

  • Обустройство каналов эффективной теплопередачи
  • Разделение в пространстве источника нагрева и точки, в которую теплота передается (так называемый сток теплоты)
  • Комплектация термостатов и устройств, аналогичных по назначению
  • Терморегуляция и перенаправление тепловых потоков

Применение тепловых труб в энергетике

Кроме того, тепловые трубы являются обязательной деталью тепловых диодов и выключателей.

Характеристики тепловых труб на современном этапе достаточно впечатляющи:

  • Диапазон температур для работы тепловой трубы – от 4 до 2300 К.
  • Мощность теплопередачи – до 20 кВт на 1 см 2
  • Ресурс работы тепловой трубы составляет более 20 тыс. часов.

Трубы в тепловых сетях

Общие сведения о трубах

Однако под тепловыми трубами зачастую понимают не только устройства для теплопередачи, но и трубы, которые используются в тепловых системах. Ниже мы расскажем о разновидностях этих труб, а также – об особенностях их применения.

Трубы для тепловых сетей могут быть изготовлены из самых разных материалов.

К наиболее распространенным тепловым трубам относятся:

  • Напорные трубы из асбестоцемента
  • Биметаллические трубы
  • Оцинкованные трубы из углеродистой стали
  • Трубы из углеродистой стали с эмалевым или стеклокерамическим покрытием.

От используемого материала зависят не только потери тепла трубами при транспортировке теплоносителя, но и долговечность самой отопительной системы.

Вот почему к выбору материала для труб теплосети нужно подходить крайне ответственно.

Ниже мы рассмотрим все вышеперечисленные разновидности труб, и проанализируем их достоинства и недостатки.

Напорные трубы из асбестоцемента

Достаточно популярные сегодня отопительные трубы из асбестоцемента обладают рядом преимуществ, которые позволяют им «выигрывать» у труб из других материалов.

Напорная труба из асбестоцемента

Среди преимуществ асбестоцементных тепловых труб:

  • Выдерживают температуру теплоносителя (чаще всего горячей воды) до 120 – 130 0 С
  • Устойчивы к коррозии под воздействием почвенных растворов или других факторов
  • Асбест, входящий в состав таких труб, играет роль внутренней армировки, потому трубы из асбестоцементой смеси хорошо выдерживают сдавливающие деформации
  • Теплопроводность труб из асбестоцемента при температуре теплоносителя в 120 градусов меньше, чем теплопроводность аналогичной стальной трубы в аналогичных условиях в 62,5 раза.
    Потому можно смело заявлять, что по отношению к асбестоцементу такое определение как теплые трубы – отнюдь не гипербола.

Кроме того, асбестоцементовые трубы достаточно просты в монтаже и неприхотливы в обслуживании. Также они мало склонны к промерзанию даже в случае, если теплоноситель в них не циркулирует, потому теплый кабель для труб в данном случае практически никогда не требуется.

Тепловые биметаллические трубы

Трубы отопительные биметаллические производятся из высококачественной листовой стали, а поверхность таких труб покрывается защитным спецсоставом. Толщина защитного покрытия составляет от 5 до 20% от толщины стенки трубы.

Главной особенностью таких труб является тот факт, что они производятся горячекатаным методом – при этом не возникает необходимости термического воздействия на трубу, что положительно сказывается на ее антикоррозионных свойствах.

Оребренные биметаллические трубы

Биметаллические трубы для отопительных систем достаточно эффективны с точки зрения минимизации финансовых затрат, так как их срок службы гораздо больше, чем срок службы стальных труб.

И все же биметаллические трубы для теплотрассы используются достаточно редко ввиду их высокой стоимости.

Оцинкованные стальные трубы

При работе с теплоносителем, температура которого не выше 60-70 градусов Цельсия хорошую эффективность также демонстрируют трубы из высокоуглеродистой стали с цинковыми добавками.

Однако цинковое покрытие не универсально – при работе с теплоносителем, pH которого находится в пределах 6-7, оцинкованные трубы стремительно разрушаются. Также на устойчивость покрытия влияет скорость движения теплоносителя и уровень теплоносителя в трубе.

Труба в оцинкованной оболочке

Наравне с цинком для продления срока службы тепловых труб используют также легирующие добавки. В качестве таких добавок эффективны никель или алюминий. К другим процедурам, способным существенно повысить коррозионную устойчивость труб, относятся пассивирование, лакировка и фосфатирование внутренних поверхностей.

Что же касается экономичности использования таких труб, то она достаточно невысока. Объясняется это тем, что значительный коэффициент теплопередачи трубы из стали является причиной быстрого остывания теплоносителя.

Стальные трубы с эмалевым покрытием

Еще одна разновидность тепловых труб — стальные углеродистые трубы с эмалевыми покрытиями (также есть модификации со стеклоэмалевым покрытием).

Такие трубы отличаются следующими преимуществами:

  • Гладкая, твердая и долговечная внутренняя поверхность трубы
  • Высокая коррозионная устойчивость к воздействию теплоносителей различного состава
  • Высокая термостойкость
  • Длительный срок службы покрытия, а следовательно – и самих труб

Еще одним преимуществом труб с эмалевым покрытием является их относительно невысокая стоимость.

Как видите, под термином тепловые трубы могут скрываться кА достаточно сложные теплотехнические агрегаты, так и достаточно простые трубные конструкции для отопительных систем. И все же информация об этих устройствах должна быть у всех, кто планирует заниматься созданием отопительных систем.

Тепловые трубы — конструкция и принцип действия

Для наиболее эффективной передачи тепловой энергии от одного источника к другому потребителю применяются тепловые трубы. Они способны транспортировать на большие расстояния разный тип теплоносителя при небольших потерях мощности и незначительном перепаде температуры. Однако это не значит, что тепловые трубы можно использовать только в системах отопления зданий.

Принцип действия тепловых труб

Принцип действия тепловых труб заключается в том, что передача тепловой энергии в них осуществляется за счет испарения и конденсации жидкого вещества. Если представить замкнутую емкость из металла, который обладает хорошей теплопроводность, например, медь с определенным количеством воды, то при нагревании одной части резервуара вода становиться паром, то есть из жидкого состояния она переходит в газообразный вид. Далее водяные пары поступают на охлажденную поверхность, где вода становится снова жидкой и стекает на старое место. При этом значительная часть тепла отводится через корпус металлической емкости.

Читайте также  Тепловые завесы с низким уровнем шума

Принцип устройства тепловой трубки

Простейшая конструкция тепловых труб состоит из следующих частей:

  • корпус из металла, который хорошо проводит тепло;
  • рабочая среда из жидкого вещества;
  • фитиль, который представляет твердое вещество с порами для движения жидкости.

Корпус тепловой трубы должен быть сделан из прочного материала, который должен создать надежную степень герметичности. В качестве материала могут быть использованы сплавы различных металлов, стекло или керамика.

Корпус трубы должен быть заполнен жидким веществом, которое способно переходить из естественного состояния в газовую среду при рабочей температуре эксплуатации трубы. Это вещество является главным средством переноса тепловой энергии.

Так называемый фитиль предназначен для того, чтобы жидкость могла перемещаться по капиллярам из одной части устройства в другую. Материалом для данного фитиля может быть любое вещество с пористой структурой, иными словами с каналами для продвижения жидкости.

Вышеописанное устройство называют тепловая трубка Гровера.

Это американский ученый, который в 1963 году усовершенствовал конструкцию тепловой трубы и представил ее научной общественности. Если раньше в тепловой трубе жидкость стекала под действием силы притяжения самотеком, то в устройстве ученого из США впервые был использован капиллярный способ ее перемещения.

Как видно, данное устройство является не очень сложным, однако технический расчет тепловой трубы могут сделать только специалисты, которые способны правильно выбрать материал устройства, его размеры и рабочие характеристики.

Функции тепловых труб весьма разнообразны, однако главная задача – эффективная передача тепловой энергии из одной части устройства в другую. Предел практического действия тепловых труб ограничен только прочностью и надежностью корпуса. Температура рабочей среды может варьироваться от абсолютного нуля до тысяч градусов.

Передача тепловой энергии может происходить с помощью нескольких способов:

  • нагрев трубы при помощи открытого пламени;
  • непосредственный контакт с нагретым веществом;
  • при помощи электрического тока.

Контурные тепловые трубы

С развитием науки и технологий затем была изобретена тепловая труба, в которой отсутствует фитиль. Его роль выполняют специальные контурные трубки, по которым происходит перемещение рабочей среды. Так появились контурные тепловые трубы.

Они имеют несомненные достоинства:

  • высокий уровень теплопередачи;
  • простая конструкция, которая не требует большого количества материала;
  • надежность в работе;
  • хорошая степень адаптации к различным условиям;
  • в их составе отсутствуют подвижные механические элементы;
  • очень большой срок эксплуатации;
  • сохранение рабочих характеристик в любом пространственном положении.

В принципе, они представляют собой такие же капилляры, но немного большего размера и предназначены для других условий эксплуатации. Контурные трубы обладают прекрасными качествами по передаче тепла. По сути, их можно назвать сверхпроводниками тепловой энергии.

Область применения тепловых труб

Сфера использования тепловых труб весьма разнообразна:

  • Передача тепловой энергии с минимальными затратами для различных объектов и зданий.
  • Отвод тепла в устройствах микроэлектроники, даже в ПК существуют данные устройства.
  • Оборудование современных систем отопления производственных и жилых помещений.
  • Холодильники и устройства охлаждения.
  • Космическая промышленность.
  • Медицина.
  • Строительство дорог и домов в условиях вечной мерзлоты.
  • Обеспечение теплом теплиц и т.п.

Трудно перечислить все отрасли промышленности, где используются тепловые трубы. В настоящее время готовятся разработки с использованием нанотехнологий, ученые уже подошли к тому, что работа человеческого тела с многочисленными капиллярами основана на том же принципе, что и обычные тепловые трубы.

Трубы для систем отопления

Далее рассмотрим, как используются трубы для тепловых сетей для обогрева домов и зданий любого назначения. Ведь для обычных обывателей отопительные и тепловые трубы являются равноценным понятием.

Отопительные трубы могут быть из асбестоцемента, стали со слоем цинка, стали с покрытием из керамики или эмали, а также это может быть сочетание двух различных металлов – биметалл.

Асбестоцементные тепловые трубы производят из смеси асбеста, который играет роль арматуры и цемента, придающего форму и прочность изделия.

Достоинства данных изделий:

  • полное отсутствие коррозии;
  • сохранение рабочих характеристик при температуре воды до 130 градусов;
  • дешевизна;
  • минимальные потери тепловой энергии при транспортировке горячей воды.

Теплопроводность труб из асбестоцемента значительно ниже, чем у аналогичных изделий из металла. Помимо этого монтаж асбестоцементных труб осуществляется проще и удобнее, чем стальных изделий.

Однако есть и недостатки, главный из которых – недостаточный уровень прочности при воздействии механической нагрузки. Для оборудования отводов и изгибов производители не выпускают дополнительные элементы.

Тепловые биметаллические трубы производятся из стали, которая сверху покрывается другим металлом. Это необходимо для предотвращения коррозии стали. Толщина наружного защитного слоя может быть до 20% толщины изделия. Помимо этого, теплоотдача такой трубы ниже, чем у обычных стальных изделий.

Преимуществами данных труб являются:

  • высокие антикоррозийные характеристики;
  • большой срок эксплуатации;
  • потери тепловой энергии ниже, чем у стальных труб.

Однако их использование в больших тепловых коммуникациях ограничено из-за высокой стоимости.

В современных системах отопления магистральные коммуникации оборудуются теплоизолирующими материалами. Труба с тепловой изоляцией значительно снижает потери тепловой энергии, а в районах вечной мерзлоты и в условиях расположения магистрали на улице это обосновано экономически.

Если раньше утепление производилось с помощью обычной минеральной ваты, которая была обернута в рубероид, то сейчас используются самые современные технологии.

Существуют два варианта современного утепления отопительных труб. Первый вид — готовые формы из стекловолокна и минеральной ваты, которые запрессованы в полимерный короб. Этот вид утеплителя используется, в основном, для теплосетей, находящихся на открытом воздухе.

Второй вариант — это когда слой полимера наносится на трубу еще на стадии ее производства. При сварке труб используются специальные утеплители для шва.

Тепловая изоляция для труб может производиться из следующих материалов:

  • армированный пенобетон;
  • смесь минерального волокна и пенополимера;
  • пенополиуретан.

Фактически труба отопления поставляется специалистам по монтажу как бы одетой в защитный короб из толстого слоя утеплителя. Слой теплоизоляционного материала прочно расположен на поверхности изделия. Утепленные таким способом трубы впоследствии не нуждаются в дополнительной гидроизоляции, так как вышеперечисленные материалы не впитывают влагу.

Все эти новшества полезны не только для сохранения тепла, но и в значительной мере упрощают монтажные работы и сокращают их сроки.

Стальные трубы с цинковым покрытием, как правило, используются в системах отопления с температурой воды не больше семидесяти градусов. Однако для цинка важен состав теплоносителя. Если в нем присутствуют кислотные или щелочные составы, то они постепенно разрушают данные изделия.

В последнее время стали популярными чугунные трубы шаровидной структуры. Их отличает по сравнению с обычным чугуном высокая прочность и надежность. Они обладают высокой устойчивостью к коррозии и очень большим сроком службы, не менее 50 лет. Стоимость чугунных труб с шаровидной структурой намного ниже, чем стальных аналогов.

Трубы чугунные с шаровидным графитом

Но стальные трубы с тепловой изоляцией наиболее предпочтительны в условиях сурового климата нашей страны. А для продления срока эксплуатации при производстве стальных труб используются достаточно эффективные добавки из алюминия и никеля. К тому же, внутренние стенки труб также дополнительно обрабатываются в целях защиты от коррозии.

Серьезный недостаток стальных труб – высокий коэффициент теплопроводности, из-за которого тепловая энергия уходит в землю или окружающий воздух. Но технологии и научные разработки не стоят на месте и постепенно разрабатываются новые материалы для устранения всех недостатков отопительных труб.

Яркий пример использования новых методов борьбы с коррозией и уменьшением теплоотдачи – стальные трубы с эмалевым покрытием. Снаружи трубы при ее производстве наносится тонкий слой эмали, который состоит из кремния, обработанного в условиях высоких температур.

Защитный слой может наноситься как снаружи, так и на внутренних стенках трубы. При этом значительно улучшаются гидродинамические характеристики и долговечность изделий. Дело в том, что внутри трубы с течением времени образуются смолистые и солевые отложения, уменьшая пропускную способность трубопровода. А использование силикатно-эмалевого слоя препятствует этому, антикоррозийные характеристики повышаются.