Функции тепловых труб
Функции тепловых труб весьма разнообразны, однако главная задача – передача тепловой энергии от ее источника к потребителю при минимальном градиенте температуры.
Установка ЭРУ-75 «САУНА» (проект)
Изотермический конвертор синтеза бензина
(пилотный образец)
Сборка изотермических тепловых панелей конвертора
Изотермическая прессформа
Прессованная тонкостенная посуда
Прессованная тонкостенная посуда
Мембранная тепловая труба
Термостат для производства полупроводниковых материалов
Термостат для градуировки пирометров (излучатель, ε=0,99)
Молибденовая газо-регулируемая тепловая труба с литием на рабочую температуру до 1450 °С.
Tепловые трубы для химического реактора по переработке нефти
Тепловые трубы могут применяться в широком диапазоне температур от –200 °С до 2000–2500 °С. Использование тепловых труб позволяет решать большое количество теплотехнических задач, например:
- пространственное разделение источников и стоков теплоты (охлаждение отдельных элементов электронного оборудования и интегральных схем, работа в составе холодильников-излучателей космических ядерных энергетических установок);
- выравнивание температур поверхностей и регулирование температуры (сведение к минимуму градиентов температуры корпусов космических аппаратов, устранения нежелательных температурных градиентов вдоль эмиттера и коллектора термоэлектронных генераторов и т. д.);
- тепловые трубы могут выполнять функции тепловых диодов и выключателей.
Основные преимущества тепловых труб
Натриевая
тепловая
труба
ᴓ=100 мм,
h=10 м,
t=600 °С,
W=90 кВт
- отсутствие термомеханических напряжений, связанных с градиентом температуры;
- возможность повышения средней рабочей температуры без повышения максимально допустимой;
- исключение снижения температурного потенциала при передаче тепла;
- отсутствие вибраций и шумов, связанных с циркуляцией теплоносителя;
- возможность создания изотермического оборудования;
- резкое уменьшение последствий аварий, связанных с утечкой пожаро- и взрывоопасных теплоносителей.
Область применения тепловых труб
- стекольная промышленность: изотермические прессформы, позволяющие производить тонкостенные высококачественные изделия методом прессования;
- микроэлектроника: термостаты для производства полупроводниковых материалов, охлаждение ЦПУ, чипсетов и т. п.;
- метрология: термостаты с градиентом температур не более 0,01 °С/см для градуировки средств измерения температуры, имитаторы абсолютно черного тела со степенью черноты не менее 0,99 (например, для калибровки оптических пирометров);
- теплообменники-газонагреватели двигателей Стирлинга с повышенным ресурсом работы, позволяющие использовать различные источники энергии (органическое топливо, ядерный реактор, солнечное излучение и др.);
- солнечная энергетика: передача тепла от солнечного приемника к преобразователям, двигателям и автономным источникам питания, солнечные коллекторы;
- химическая промышленность: обеспечение изотермических условий для реакций, протекающих с выделением или поглощением тепла в больших объемах;
- переработка углеводородного сырья: изотермические конверторы для получения метанола, синтез-газа, и др. продуктов;
- коммунальное хозяйство: оборудование современных систем отопления производственных и жилых помещений, холодильники и устройства охлаждения, использование низкопотенциального тепла промышленных производств для отопления и горячего водоснабжения, геозонды для тепловых насосов;
- строительство: стабилизация грунтов в условиях вечной мерзлоты;
- космос, метеорология: холодильники-излучатели ЯЭУ, термостатирование приборов и другого оборудования.
Наши возможности
- расчет, обоснование и разработка теплопередающего (теплообменного) оборудования, работающего в области
– отрицательных (–100…0 °С),
– низких (0…250 °С),
– средних (250…600 °С)
и высоких (600…2000 °С) температур; - изготовление и испытания экспериментальных и опытно-промышленных образцов оборудования;
- изготовление единичных изделий и мелких серий;
- разработка конструкторской документации для изготовления теплообменного оборудования под требования Заказчика.
- заполнение теплоносителем изделий Заказчика.
Опыт разработок
- Созданы тепловые трубы различного назначения с жидкометаллическими теплоносителями на рабочую температуру 350–1000 °С (1968–2000 гг.).
- Созданы метрологические термостаты для градуировки датчиков температуры в диапазоне от 70 до 900 °С с неизотермичностью менее 0,01 градуса и технологические термостаты с рабочей температурой 600–900 °С с неизотермичностью 0,25 °С (1990–2008 гг.).
- Разработана, изготовлена и испытана молибденовая тепловая труба с литием на рабочую температуру до 1450 °С (2004–2006 гг.).
- Разработаны утилизаторы тепловых выбросов для стекольной и деревообрабатывающей промышленности на основе тепловых труб (1990–1995 гг.)
- Разработаны и изготовлены по заказу ООО «САПР-НЕФТЕХИМ» калиевые тепловые трубы для изотермического подвода тепла к химическому реактору для каталитической конверсии попутного нефтяного газа в бензин (2005–2007 гг.).
- Разработаны и изготовлены по заказу ООО «САПР-НЕФТЕХИМ» термостатирующие панели для изотермического отвода тепла конверторов синтеза метанола и бензина из природного газа (2008–2009 гг.).
Публикации
- Субботин В.И., Ивановский М.Н., Арнольдов М.Н. Физико-химические основы применения жидкометаллических теплоносителей. М.: Атомиздат, 1970.
- Субботин В.И, Ивановский М.Н. Сорокин В.П. Испарение и конденсация металлов. М.: Атомиздат, 1976.
- Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Ягодкин И.В. Физические основы тепловых труб. М.: Атомиздат, 1978 г. (на русском и английском языках)
- М.Н. Ивановский, В.П. Сорокин, Б.А. Чулков, И.В. Ягодкин Технологические основы тепловых труб. М.: Атомиздат, 1980.
- Теплообменники с жидкометаллическим теплоносителем в двигателях Стирлинга. Аналитический обзор. ФЭИ-0235 М: ЦНИИАтоминформ, 1989. 46 с.
- Логинов Н.И., Михеев А.С., Снежко Л.Л. Гидродинамика и теплообмен в испарительно-конденсационных системах передачи тепла. Обзор ФЭИ-0281. М.: ЦНИИАтоминформ, 1996. 128 с.
- Логинов Н.И., Михеев А.С. Экспериментальные модели для верификации кодов для расчета испарительно-конденсационных систем передачи тепла, Препринт ФЭИ-2613, 1997, 14 с.
- Логинов Н.И., Михеев А.С. Теплообменники-утилизаторы тепловых выбросов на базе двухфазных термосифонов. Препринт ФЭИ-2691, 1998, 50 с.
- Патент РФ на изобретение №2175102 от 24.11.1999 «Способ изготовления теплообменного оборудования с жидкометаллическим теплоносителем»
- Ивановский М.Н. Технология высокотемпературных жидкометаллических теплоносителей и тепловых труб. сб. тр. ГНЦ РФ – ФЭИ; [отв. ред. Н. И. Логинов]. Обнинск, 2005.
- Логинов Н.И., Михеев А.С., Мухлынин А.А. Метод измерения расхода натрия в тепловой трубе на основе электромагнитного датчика. Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2012. №1. С. 109–116.
- Рачков В.И., Арнольдов М.Н., Ефанов А.Д., Калякин С.Г., Козлов Ф.А., Логинов Н.И., Орлов Ю.И., Сорокин А.П. Использование жидких металлов в ядерной, термоядерной энергетике и других инновационных технологиях. Теплоэнергетика. 2014. №5. С. 20.
- Логинов Н.И., Михеев А.С., Верещагина Т.Н. О разработке тепловых труб для ЯЭУ. Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2021, №3, с. 158–166.
- Логинов Н. И., Верещагина Т.Н. Тепловые трубы в атомной энергетике. Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2021, №4, c. 213-233