ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ТЕПЛООБМЕННЫХ АГРЕГАТАХ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.56

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ТЕПЛООБМЕННЫХ АГРЕГАТАХ

М. А. Ермаков, А. В. Тоньшина

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31

E-mail: mark.ermakov@gmail.com

Рассматривается применение полимерных материалов при изготовлении компонентов теплообменников, преимущества использования полимерных материалов перед традиционными, а также изложен опыт применения зарубежных компаний и исследовательских институтов.

Ключевые слова: полимерные материалы, теплообмен, теплопроводность.

POLYMERIC MATERIALS USAGE PROSPECTS IN HEAT EXCHANGERS

M. A. Ermakov, A. V. Tonshina

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: mark.ermakov@gmail.com

The presented materials consider the use of polymer materials in manufacture of heat exchanger components, the advantages of using polymeric materials over traditional materials, and describe the experience of foreign companies and research institutes.

Keywords: polymer materials, heat exchange, heat conductivity.

С момента зарождения индустрии холодильной, климатической и теплообменной техники материалы, применяемые для изготовления теплообменных компонентов сформировали устойчивый, традиционный перечень: алюминий и его сплавы, медь, латунь, олово, сталь. Каждый из этих материалов обладаем своими преимуществами и недостатками, так, например, медь, при отличных показателях теплопроводности (360..415 Вт/м-К) обладает высокой плотностью (8,8..8.9 г/см3) и относительно высокой биржевой ценой, что делает компоненты теплообменных аппаратов изготовленных из меди тяжёлыми и дорогими.

В настоящий момент, внимание инновационных компаний все чаще обращается к использованию полимерных материалов, в том числе и при производстве компонентов теплообменных аппаратов. Основанием для этой тенденции являются такие качества и параметры полимерных материалов, как высокая технологичность, возможность полной автоматизации производства, малая плотность полимерных материалов, и, следовательно, малый вес конструкций, дешевизна материалов, коррозионная стойкость, стойкость к воздействию химически агрессивных сред [1].

Ещё одним важным фактором, при выборе полимеров - является возможность вторичного использования и отказ от дефицитных материалов. Тем не менее, в настоящее время, полимерные материалы широко распространены для теплоизоляции, т.к. коэффициент теплопередачи у пластиков всегда был значительно ниже, чем у большинства металлов, используемых при изготовлении теплообменников. Так, большинство профильных

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 1

полимеров проводят тепло с показателем 0,1..05 Вт/м-К, в то время как полимерная плёнка, разработанной исследователями технологического Института в Массачусетсе, по результатам испытаний, проводит тепло с показателем до 60 Вт/м-к, что превышает показатель теплопроводности стали. При проведении серии экспериментов, было установлено, что плёнка, подвергнутая микроструктурному изменению обладает более высокой теплопроводностью, чем керамика и сталь.

При проведении эксперимента, по смешиванию порошкового полимера в специальном растворе и растягивании получившегося вещества, таким образом, чтобы механически была изменена микроструктура полиэтилена от стандартных скоплений молекулярных цепочек (рис. 1, структура, изображённая слева) до более распрямлённых нитей (рис.1, структура, изображённая справа) исследователи Массачусетского технологического института пришли к достигнутому показателю теплопроводности [2].

Рис. 1. Сравнение стандартной (слева) и изменённой (справа) микроструктур полиэтилена

В настоящее время, в некоторых западных уже налажено производство теплообменников из полимерных материалов. Так, например, Североамериканская компания САЬОКРАБТ выпускает теплообменники погружного типа из полимерных материалов для использования в химической промышленности, преимущественно для применения в гальванических ваннах. (рис. 2, изображение слева) [3]. Также, в сфере производства полупроводников и микропроцессорной техники широкое распространение получили трубчатые теплообменники компании Ро1уйиог, расположенной в Нидерландах.

Рис. 2. Теплообменники из полимерных материалов. Слева - теплообменник компании САЬОИРЬА8Т, справа - Ро1уАиог

Таким образом, необходимость в использовании теплообменных аппаратов из полимерных материалов обуславливается стойкостью этих материалов к агрессивным средам. В настоящее время, материалы, используемые для производства полимерных теплообменных аппаратов обладают низкими показателями теплопроводности, но, учитывая прогресс в исследованиях модифицированных полимерных материалов с изменённой микроструктурой, а также композиционных материалов с графитовым наполнением - перед полимерными материалами открываются широкие горизонты применения в области производства тепловой техники.

Библиографические ссылки

1. Теплообменные аппараты: учебное пособие / Б.Е. Байгалиев, A.B. Щелчков, А.Б. Яковлев, П.Ю. Гортышов. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2012. 180 с.

2. New polymer films conduct heat instead of trapping it. MIT News [Электронный ресурс]. URL: https://news.mit.edu/2019/metal-like-polymer-films-conduct-heat-0430 (дата обращения: 28.03.2020).

3. Calorplast. Plastic Immersion-Type Heat Exchanger [Электронный ресурс]. URL: https://www.calorplastusa.com/products/plastic-heat-exchangers/plastic-immersion-type-heat-exchanger/ (дата обращения: 28.03.2020).

© Ермаков M. А., Тоньшина А. О., 2020