Každý z nás sa stretol s najjednoduchšími výmenníkmi tepla. Pozoruhodným príkladom toho je dizajn „potrubia v potrubí“alebo niečo také. Bolo by ťažké si predstaviť náš život, keby nebol vynájdený výmenník tepla. Dnes existuje obrovské množstvo výmenníkov tepla. Líšia sa od seba nielen technickými charakteristikami, ale aj rozsahom, dizajnom atď. Povedzme si na túto tému podrobnejšie a vysporiadame sa so zaujímavými bodmi.
Zopár všeobecných informácií
Výmenník tepla je zariadenie, ktoré sa používa na prenos tepla z jedného média do druhého. Zároveň musíte pochopiť, že samotný výmenník tepla bez vykurovacieho zariadenia je úplne zbytočný, ale v komplexe môžete dosiahnuť úžasné výsledky a úspešne vykurovať aj veľmi veľké a chladné miestnosti. Vedci sa navyše neustále snažili minimalizovať straty tepla pri jeho prenose do iného prostredia. Dnes to nie je možnépýšia sa 100% účinnosťou, ale pokojne môžeme hovoriť o účinnosti 90-95%. Prevádzkové, ako aj technické vlastnosti výrobku sa zvyšujú použitím špeciálne pripravených materiálov, ako aj chladiacej kvapaliny. To všetko samozrejme trochu zvyšuje cenu vybavenia, ale stojí to za to.
Pri navrhovaní sa inžinieri neustále stretávajú s protichodnými požiadavkami, ktoré je potrebné spojiť do jednej fľaše. Napríklad je potrebné znížiť hydraulický odpor a zároveň zvýšiť súčiniteľ prestupu tepla. Výmenník tepla musí byť odolný voči korózii, no nie príliš náročný na údržbu. To všetko viedlo k tomu, že sa objavilo veľa typov výmenníkov tepla. Použije sa ten, ktorý najlepšie vyhovuje situácii.
Klasifikácia výmenníkov tepla
Ako je uvedené vyššie, v súčasnosti existuje veľké množstvo výmenníkov tepla. V prvom rade ich treba oddeliť podľa spôsobu prenosu tepla do média. Tu sú výmenníky tepla rozdelené do nasledujúcich skupín:
- recuperative;
- regenerative;
- mixing;
- elektricky vyhrievané.
Pozrime sa bližšie na rekuperačné výmenníky tepla. Dizajn produktu predpokladá prítomnosť jednovrstvovej alebo viacvrstvovej steny, cez ktorú sa prenáša teplo. Zvyčajne sa to deje už v rovnomernom pohybe. Je zaujímavé, že v takýchto zariadeniach sa prenos tepla uskutočňuje núteným pohybom bez zmeny fázyštátov. To však platí len pre trvalo pracujúce výmenníky tepla. Ak hovoríme o jednotkách s periodickým režimom prevádzky, potom sa po určitú dobu vykonáva zahrievanie, vyparovanie a chladenie, a to všetko v sekvenčnom režime. Takéto zariadenia patria k výmenníkom tepla s nestabilným tepelným pohybom. Je to spôsobené tým, že teplota chladiacej kvapaliny na vstupe a výstupe je výrazne odlišná. Takéto agregáty sa často nachádzajú vo forme zvitkov a sú lamelárne, rebrované a iné formy. O niečo neskôr sa pozrieme na niekoľko typov. Tým sa však klasifikácia výmenníkov tepla nekončí.
Regeneračné jednotky a elektrické vykurovanie
V tomto prípade, rovnako ako v predchádzajúcom, slúži na prenos tepelnej energie teplovýmenná plocha. Tento povrch je však akousi tryskou. Plní úlohu medziakumulačného prostriedku, ktorý akumuluje teplo. Celkovo možno celý proces rozdeliť do niekoľkých etáp. V prvej fáze dýza vníma určité množstvo tepla. Potom dôjde k prechodu do druhého stupňa a chladiaca kvapalina sa prenesie po povrchu dýzy. Stáva sa to pri zmene prietoku chladiacej kvapaliny. V tejto fáze sa dýza postupne ochladzuje a nahromadené teplo sa uvoľňuje do vykurovaného prostredia, ktorým môže byť aj vaša izba.
Regenerátory sú nestacionárne jednotky. Tryska je často nehybná a tepelné procesy sa synchrónne opakujú. Zariadenia tohto typu sa často nazývajú práčky respchladiace veže.
Podstatou elektricky vyhrievaných výmenníkov tepla je, že ako hlavný zdroj tepla sa používa elektrina. Elektrické oblúkové inštalácie sa používajú na premenu elektrickej energie na tepelnú energiu. Môžu byť priame aj nepriame vykurovanie. Najbežnejšími výmenníkmi tepla v priemysle sú indukčné a odporové ohrievače. Ako vidíte, zariadenia na výmenu tepla môžu byť rôzne, teraz sa bližšie pozrieme na každý typ, jeho rozsah a konštrukčné vlastnosti.
Špirálové výmenníky tepla
Zariadenie je dvojica špirálových kanálov. Zvyčajne sa vinú okolo centrálnej priečky. Na tento účel sú vyrobené z valcovaného materiálu. Stojí za zmienku, že špirálové výmenníky tepla sú vhodné na ohrev a chladenie kvapalín s vysokou viskozitou.
Vykurovacia plocha je vo všeobecnosti tvorená dvoma plátmi kovu, ktoré sú k jadru pripevnené zvarom. Samotná jednotka pozostáva iba z 2 kanálov, zvyčajne pravouhlých, vyrobených vo forme špirály. Koniec špirály (vnútorný) má deliacu stenu a je upevnený kolíkmi. Výmenníky tepla môžu byť vyrobené ako vertikálne, tak aj horizontálne. Ak nie je možné nainštalovať jeden typ z dôvodu nedostatočného priestoru alebo zložitej konfigurácie miestnosti, potom sa použije druhý, výhodnejší. Zaujímavosťou je aj to, že spotrebiteľ si môže vybrať špiráluvýmenníky tepla s rôznymi šírkami špirál, od 20 do 150 centimetrov. Súčasne sa vykurovacia plocha môže meniť od 3,2 do 100 metrov štvorcových s maximálnym tlakom systému 1 MPa.
Treba poznamenať, že toto zariadenie na výmenu tepla má množstvo významných výhod. Po prvé, je to znížený hydraulický odpor. Po druhé, kompaktnosť a vysoká účinnosť a intenzita prenosu tepla. To všetko však prispelo k tomu, že sa vyskytli nevýhody v podobe zložitého návrhu a opravy.
O doskových výmenníkoch tepla
V súčasnosti sa vyrábajú skladacie a nerozoberateľné doskové výmenníky tepla. Prirodzene, prvý typ je vhodnejší z mnohých dôvodov. Po prvé, je to jednoduchosť údržby. Takéto zariadenie sa veľmi rýchlo rozoberá a montuje, takže akákoľvek porucha je v krátkom čase eliminovaná. Neoddeliteľné modely sa zvyčajne neopravujú, a ak áno, potom oveľa dlhšie.
V skutočnosti názov napovedá, že toto zariadenie pozostáva z balíka prefabrikovaných dosiek. Môžu byť vyrobené z rôznych materiálov, ako je meď, titán, grafit atď. Takmer vždy sa dosky vyrábajú zvlnené, aby sa zlepšili úžitkové vlastnosti. V doskových výmenníkoch tepla prechádzajú prúdy studenej a horúcej chladiacej kvapaliny vo vrstvách.
Samotné vybavenie je dobré, pretože má kompetentné usporiadanie. To umožnilo zväčšiť plochu teplovýmennej plochy a to všetko umiestniť do relatívne malých rozmerov. V každom prípade sa pred nákupom vykoná výpočet výmenníkov tepla, ktorý vám umožní získať údaje o tom, koľko energie zariadenie potrebuje v konkrétnom prípade. Je potrebné chápať, že všetky dosky, ktoré sú stiahnuté dohromady v balíku, vytvárajú medzi sebou kanály v dôsledku rovnakého tvaru. Preteká nimi tekutina. No a teraz sa pozrieme na niekoľko ďalších zaujímavých detailov, ktoré sa týkajú tohto zariadenia.
Používanie tesnení
Ako je uvedené vyššie, hlavným prvkom prenosu tepla sú dosky. Sú lisované za studena. Na tento účel sa používajú zliatiny odolné voči korózii, ktoré môžu výrazne zvýšiť životnosť a účinnosť jednotky. Hrúbka dosiek sa môže v závislosti od modelu meniť od 0,4 do 1,0 mm. V pracovnej polohe sú dosky tesne pritlačené k sebe. V tomto prípade sú vytvorené malé štrbinové kanály. Na prednej strane je špeciálna drážka, je tam nainštalované gumové tesnenie (tesnenie). Okrem toho majú tesnenia otvory, ktoré sú potrebné na prívod a odvod tekutiny. V prípade prerazenia jedného z otvorov je k dispozícii systém drenážnych drážok, ktoré zabraňujú zmiešaniu studeného a horúceho média.
Vytvorením protiprúdu medzi oboma médiami bolo možné dosiahnuť nielen zlepšenie nastavenej teploty, ale aj rýchlejší prenos tepla pri relatívne malých hydraulických odporoch. Nebolo by zbytočné povedať, že základný princíp činnosti je založený na protiprúde, to znamená pohyb vykurovania azahrievanie kvapaliny v rôznych smeroch. Aby sa zabránilo miešaniu, je nainštalované dvojité gumové tesnenie alebo kovová platňa. Počet dosiek a kanálov sa môže líšiť v závislosti od prevádzkových požiadaviek zariadenia. Pred vytvorením sa vykoná tepelný výpočet výmenníkov tepla, ktorý umožňuje určiť optimálny režim prevádzky. Niekedy sa používajú drahé zliatiny, ktoré sa neboja dlhodobej prevádzky v agresívnom prostredí.
Doskové výmenníky tepla
PRT sa používajú na prenos tepla v neagresívnych a plynných médiách v širokom rozsahu teplôt, od -270 do +200 stupňov Celzia. V tomto prípade môže tlak v systéme dosiahnuť 100 atmosfér a začať z vákua. Dizajn je založený na myšlienke aplikácie rebrovaného povrchu na oboch stranách dosiek. Samotný výrobok pozostáva z niekoľkých rebier, vďaka ktorým dochádza k prenosu tepla medzi médiami. Stojí za zmienku, že je to rebrový doskový výmenník tepla, ktorý má širokú škálu tvarov rebier. To vám umožňuje mierne zmeniť prevádzkové a technické vlastnosti. Najčastejšie môžete vidieť súvislé a zvlnené rebrá. No okrem týchto existujú aj exotickejšie, ako dierkované a šupinaté. Ako materiál sa zvyčajne používa plech. Ich hrúbka je nastaviteľná v závislosti od tlaku v systéme a použitej kvapaliny.
Tieto typy výmenníkov tepla sa často vyrábajú s rôznymi typmi prietoku. Najčastejšie sa používa protiprúd, ale existujú aj taképriame a krížové obvody. Ak stručne hovoríme o silných stránkach takéhoto vybavenia, je ich veľa. Po prvé, ide o prevádzkové vlastnosti, ako je rýchly a intenzívny prenos tepla. Po druhé, má malú veľkosť. Dnes mnohí hovoria, že najpokročilejšie sú rebrové výmenníky tepla. Najčastejšie sa PRT používa v odvetviach ako energetika, rafinácia ropy, chemický a letecký priemysel. To všetko je spôsobené veľkým množstvom výhod, ako aj širokou škálou kvapalín a tlakov používaných v systéme.
Plášťový a rúrkový výmenník tepla: dizajn a funkcie
Zariadenia na výmenu tepla povrchového typu, ktoré sme už recenzovali, nie sú také populárne ako škrupinové a rúrkové jednotky. Toto sú len zariadenia, ktoré boli spomenuté na samom začiatku, v najjednoduchšej verzii - ide o systém "potrubie v potrubí". Výmenník tepla tohto typu je systém (zväzok) rúrok, ktoré sú umiestnené v plášti. Rúry sú valcované a privarené k telu výrobku. V niektorých prípadoch sú navyše oparené. To sa robí, aby sa zabezpečila 100% tesnosť. Telo je dodávané s prídavnými tryskami. Niektoré sú potrebné na prívod pary, iné na odvod kondenzátu. Okrem toho sú v plášti priečne mriežky, ktoré slúžia na podopretie teplovýmenných rúrok po celej dĺžke jednotky. Zaujímavosťou je, že plášťové a rúrkové výmenníky tepla sa používajú pri teplotách od 190 stupňov Celzia resptlak nasýtenej pary nad 15 barov.
Akýkoľvek systém, ktorý zahŕňa pohyb tekutiny, môže byť vystavený vodnému rázu. Tento jav je schopný čiastočne alebo úplne deaktivovať zariadenie. Aby sa tomu zabránilo, používajú sa rôzne druhy akumulačných prvkov, takzvané expanzné nádoby. Ale v našom prípade to nie je potrebné, pretože rúrkové výmenníky tepla sú voči nim veľmi odolné. Navyše neexistujú prísne požiadavky na čistotu prostredia. Významnou nevýhodou takýchto zariadení je, že všetky typy výmenníkov tepla tohto typu sú veľmi náročné na kov, čo ovplyvňuje konečnú cenu a rozmery.
Výmenníky tepla pre plynové zariadenia
Nie je žiadnym tajomstvom, že každý kotol na tuhé palivá alebo plynový kotol má vo svojom dizajne výmenník tepla, nazývajú sa tiež ohrievače. Už sme zvážili hlavné typy. Ako ste si určite všimli, tieto alebo tie typy sa používajú v rôznych odvetviach. Niektoré zariadenia našli širšie uplatnenie, iné sa používajú v určitých odvetviach a do iných sa nehodia. V našom prípade sa používa rúrkové a doskové výmenníky tepla. V prvom prípade máme čo do činenia so systémom rúrok, v druhom - s doskami. V zásade, bez ohľadu na typ, musí výmenník tepla pre gejzír spĺňať množstvo požiadaviek. Po prvé, aby mal vysoký koeficient prestupu tepla, a po druhé, aby bol odolný a odolný voči vysokým teplotám. Najpopulárnejšie materiály sú meď, hliník aoceľ. Posledná možnosť je menej výhodná, pretože takýto kov je ťažký, čo znižuje účinnosť. V každom prípade musí výmenník tepla pre gejzír slúžiť aspoň 5 rokov.
Záver
Prezreli sme si teda hlavné typy výmenníkov tepla. Takéto druhy ako škrupina a tanier zostali bez pozornosti. V zásade sa mierne líšia od klasických lamelových alebo rebrovaných. Ale často nájdete kúpeľňové kachle s výmenníkom tepla s plášťom. Kľúčovou vlastnosťou však je, že zariadenie je odolné voči vysokým teplotám a prevádzkovým tlakom. Kryt môže byť vyrobený z materiálov ako titán, nehrdzavejúca oceľ alebo uhlíková oceľ. Zaujímavosťou je, že kúpeľňové kachle s doskovým výmenníkom tepla sú dobre regulované na paru alebo kondenzát, čo je nepochybne značná výhoda. V zásade to môže dokončiť príbeh, pretože teraz viete všetko, čo potrebujete o výmenníkoch tepla.
