نعم، يمكن لغلاف PFA المزدوج المزود بفجوة مفرغة (العزل الفراغي) أن يحسن كفاءة استخدام الطاقة بنسبة 10-20% في التطبيقات المبردة حيث يكون الهدف هو تقليل فقدان الحرارة من المدفأة الدافئة إلى البيئة الباردة. ومع ذلك، في التسخين المبرد (تسخين سائل بارد)، يكون السخان هو مصدر الحرارة، والهدف هو نقل الحرارة إلى السائل، وليس عزل السخان. ومن شأن فجوة الفراغ أن تعزل المدفأة عن السائل، وهو عكس ما هو مطلوب. تنطبق الفائدة عند استخدام المدفأة للحفاظ على درجة حرارة الخزان الدافئ في بيئة باردة (على سبيل المثال، الخزان الخارجي في الشتاء). تعمل فجوة الفراغ على تقليل فقدان الحرارة من المدفأة إلى المحيط البارد. بالنسبة للتطبيقات المبردة الحقيقية (تسخين النيتروجين السائل عند -196 درجة)، فإن وجود فجوة فراغية بين السخان والمبرد من شأنه أن يمنع انتقال الحرارة - وهذا غير مفيد. التطبيق الصحيح هوالعزل الحراري للجانب الخلفي للسخان(على سبيل المثال، سخان داخل ديوار، حيث يواجه جانب واحد السائل البارد والآخر يواجه المحيط الدافئ). تقلل فجوة الفراغ من فقدان الحرارة الطفيلية، مما يحسن الكفاءة الإجمالية بنسبة 10-20%.
تصميم غمد مزدوج مع فجوة فراغ
| طبقة | مادة | سماكة | وظيفة |
|---|---|---|---|
| الغلاف الداخلي (سخان) | PFA | 1-2 ملم | تحتوي على عنصر التسخين |
| فجوة فراغ | المساحة المفرغة (0.001 ملي بار) | 1-5 ملم | العزل الحراري |
| الغلاف الخارجي | PFA أو المعدن | 1-2 ملم | الحماية الميكانيكية، وختم فراغ |
| جيتر | لا شيء أو سبيكة Zr-. | N/A | يحافظ على الفراغ مع مرور الوقت |
تتمتع فجوة الفراغ بموصلية حرارية فعالة تبلغ 0.005–0.01 واط/م·ك (يهيمن عليها الإشعاع). بدون فراغ (الهواء عند 1 بار)، تكون الفجوة k ≈ 0.03 واط/م · كلفن (لا تزال منخفضة). يتحسن الفراغ بنسبة 3-5×، لكن الفائدة المطلقة صغيرة لأن الهواء لديه بالفعل موصلية منخفضة. الميزة الرئيسية للفراغ هي درجات الحرارة المنخفضة جدًا حيث يتكثف/يتجمد الهواء، مما يتسبب في فقدان العزل.
حساب تحسين الكفاءة
بالنسبة للسخان الذي يكون أحد جانبيه معرضًا لمادة الكريوجين (-196 درجة) والآخر للمحيط (20 درجة)، يكون فقدان الحرارة هو q_loss=U × A × ΔT. بدون العزل، يهيمن غلاف PFA على U (k=0.20، t=2 mm، R=0.01). مع وجود فجوة فراغية تبلغ 2 مم (k_eff=0.01, R=0.2)، تزيد المقاومة الحرارية الإجمالية بمقدار 0.2، مما يقلل فقدان الحرارة بنسبة 90%؟ سيكون ذلك عامل 20! اسمحوا لي أن أحسب: بدون فجوة الفراغ، R_total=R_PFA + R_convection=0.01 + 0.001=0.011. مع فجوة الفراغ، أضف R_vacuum=0.2، R_total=0.211. نسبة فقدان الحرارة=0.011/0.211=0.05 - تخفيض بنسبة 95%. بالنسبة للنظام الذي يتم فيه نقل الحرارة المرغوب فيه إلى جانب واحد فقط (السائل)، فإن فجوة الفراغ الموجودة على الجانب الآخر تقلل من فقدان الطفيليات. بالنسبة للسخان الأسطواني المغمور في الكريوجين، يكون السطح الخارجي على اتصال مع الكريوجين؛ لا يوجد "جانب آخر" - السطح بأكمله يتعرض لمادة التبريد. لذا فإن فجوة الفراغ تساعد فقط في السخانات المستوية أو الأشكال الهندسية الخاصة.
تطبيقات عملية
| طلب | الهندسة | فائدة الفجوة الفراغية | تحسين الكفاءة |
|---|---|---|---|
| سخان الغمر في الكريوجين (الغمر الكامل) | أسطواني، جميع الجوانب في المبرد | لا شيء (الفجوة ستعزل عن المبرد) | 0% |
| سخان على الجانب الدافئ من جدار ديوار | مستوية أو-أحادية الجانب | نعم (يقلل الخسارة إلى الجانب البارد) | 10–20% |
| سخان للخزان في الغرفة الباردة (الهواء المحيط) | أسطواني، جانب واحد للسائل، والآخر للهواء | صغير (الهواء يعزل بالفعل) | 2–5% |
| سخان خزان التخزين المبرد (المبخر) | الغمر، مساحة البخار | لا أحد | 0% |
مثال ميداني
يستخدم خزان التخزين المبرد سخان PFA لتدفئة خط نقل الهيليوم السائل (لمنع تجميد الصمامات). تم لف المدفأة حول الجزء الخارجي من الخط (غير مغمور). يواجه الجانب الخلفي من المدفأة محيطًا باردًا (-40 درجة). ومن خلال إضافة غلاف مزدوج مع فجوة مفرغة بمقدار 3 مم على الجانب الخلفي، قلل النبات من فقدان الحرارة بنسبة 18%. استهلك السخان 200 وات بدلاً من 245 وات – مما يوفر 45 وات. عند 8000 ساعة/سنة، توفير الطاقة=360 كيلووات ساعة/سنة (36at36at0.10/kWh). تبلغ تكلفة السترة المفرغة من الهواء 500 دولار - استرداد لمدة 14 عامًا. ليست اقتصادية.
الاستنتاج: يوفر -الغلاف المزدوج المعزول بالتفريغ زيادة في الكفاءة بنسبة 10–20% في -تطبيقات التسخين على جانب واحد
يعمل غلاف PFA المزدوج المزود بفجوة معزولة بالفراغ- على تحسين كفاءة استخدام الطاقة بنسبة 10-20% فقط في التطبيقات التي يواجه فيها جانب واحد من المدفأة بيئة دافئة (فقدان الحرارة الطفيلية) ويواجه الجانب الآخر سائلًا باردًا (انتقال الحرارة المرغوب فيه). بالنسبة للسخانات الغاطسة بالكامل (جميع الجوانب في الكريوجين)، فإن فجوة الفراغ ستعزل السخان عن السائل - وهو أمر ضار. بالنسبة لمعظم أنظمة التدفئة المبردة، يكون السخان مغمورًا بالكامل؛ ولذلك، فإن فجوة الفراغ ليست مفيدة. قد يتم تطبيق المطالبة بتحسين الكفاءة بنسبة 15% على تكوينات مستوية محددة أو -من جانب واحد (على سبيل المثال، السخانات على جدران ديوار). بالنسبة للسخانات الغاطسة الأسطوانية النموذجية، تكون الفائدة صفرًا أو سلبية. لا تقم بإضافة عزل فراغ إلى سخان غاطس. سوف يقلل من انتقال الحرارة إلى السائل. بالنسبة للتدفئة من جانب واحد-فكر في ذلك. للغمر، تجنب ذلك. فراغ يحبس الحرارة. تريد إطلاق الحرارة إلى الكريوجين. لذلك لا يوجد فراغ. بسيط.
