Ako funguje výmenník tepla?

Výmenníky tepla, ktoré sa používajú na prenos tepla medzi jednou kvapalinou (buď kvapalinou alebo plynom) a inou kvapalinou (inou kvapalinou alebo plynom) bez toho, aby sa tieto dve kvapaliny dostali do priameho vzájomného kontaktu, sa používajú v procesoch vykurovania aj chladenia.

Výmenníky teplasa používajú v celom rade aplikácií vrátane klimatizácie, chemických závodov, petrochemických závodov, ropných rafinérií, elektrární, spracovania zemného plynu, chladenia, čistenia odpadových vôd a vykurovania priestorov. Možno ich nájsť aj v spaľovacích motoroch, kde umožňujú chladiacej kvapaline motora prúdiť cez cievky chladiča, keď okolo nich prúdi vzduch, pričom chladivo chladí a zároveň ohrieva vzduch.

Výmenník tepla funguje tak, že umožňuje teplu z jednej tekutiny prechádzať inou, chladnejšou tekutinou bez toho, aby sa zmiešala alebo prišla do priameho kontaktu.

Predstavte si napríklad potrubie s iným potrubím okolo neho. Vnútorné potrubie by mohlo umožniť prechod horúcej tekutiny cez ňu, zatiaľ čo chladnejšia tekutina by mohla súčasne prechádzať vonkajšou rúrou. To by umožnilo chladnejšej tekutine znížiť teplotu teplejšej tekutiny, pretože teplejšia tekutina súčasne zvýšila teplo chladnejšej tekutiny. Samozrejme, toto je veľmi základný príklad výmeny tepla a pri skúmaní výmenníkov tepla je potrebné zvážiť množstvo ďalších faktorov:

1. Prihrávky

Zakrivením rúrok, napríklad do tvaru 'S', môžete umožniť tekutinám, aby vykonali viac ako jeden 'prechod' predtým, ako opustia výmenník tepla. Jediný priechod je rovná rúrka, kde tekutina vstupuje na jednom konci a vystupuje na druhom konci výmenníka tepla pomerne rýchlo. Dvojitý prechod využíva tvar U-, takže tekutina vstupuje do výmenníka tepla a vychádza ho z neho na rovnakom konci, čím sa predlžuje čas, počas ktorého tekutiny navzájom prechádzajú-vo výmenníku tepla. Trojitý prechod využíva formáciu v tvare písmena „S“, ktorá umožňuje tekutine prejsť po dĺžke výmenníka tepla trikrát pred výstupom. Čím väčší je počet prechodov, tým väčšie množstvo prenosu tepla je k dispozícii – jednoducho preto, že kvapaliny sú spolu v systéme dlhšie – aj keď to môže viesť aj k poklesu tlaku a strate rýchlosti.

2. Prekročenie-teploty

K prechodu teploty- dochádza vtedy, keď sa teplo chladiacej kvapaliny začne prechádzať s teplotou horúcej kvapaliny vo výmenníku tepla. Napríklad olej, ktorý vstupuje do výmenníka tepla s teplotou 80 °C spolu s vodou s teplotou 30 °C, môže zaznamenať prechod ich teplôt-, ak olej klesne na 50 °C, keď voda dosiahne 51 °C. V tomto bode je chladiaca kvapalina (voda) teplejšia ako olej. Prekročenie teploty- môže výrazne znížiť účinnosť výmenníka tepla, najmä pri chladení. Tomu sa dá predísť zvýšením prietoku chladiacej kvapaliny (pozri „Rýchlosť prietoku“ nižšie), aby bolo v systéme viac chladiacej kvapaliny. Ak sa prechodu teploty{12}} nedá vyhnúť, najlepším riešením je použitie doskového výmenníka tepla (pozrite si „Typy výmenníkov tepla nižšie).

3. Teplotný rozdiel

Vzťahuje sa na rozdiel teplôt medzi chladiacou kvapalinou a horúcou kvapalinou, ktorý je dôležitý vo výmenníku tepla, ako je znázornené „prekročením{0} teploty“ (vyššie). Chladiaca kvapalina by mala byť udržiavaná pri nižšej teplote ako horúca kvapalina, a čím chladnejšia je chladiaca kvapalina, tým účinnejšie bude odoberať teplo z horúcej kvapaliny.

4. Prietok

Ide o množstvo tekutiny, ktoré pretečie cez-prierez potrubia za určité časové obdobie. Vypočíta sa ako objem tekutiny za čas, počas ktorého tekutina pretiekla - s vyššou prietokovou rýchlosťou, ktorá potenciálne zvyšuje schopnosť výmenníka tepla prenášať teplo. Viac tekutiny však znamená aj väčšiu prepravnú hmotnosť, ako aj zvýšenie tlakovej straty a rýchlosti.

Výmenníky tepla možno klasifikovať podľa usporiadania prúdenia alebo podľa konštrukcie samotného výmenníka tepla.

Tri hlavné klasifikácie usporiadania toku, ktoré sa nachádzajú vo výmenníkoch tepla, sú paralelný-prúd, protiprúd a krížový{1}}prúd:

• Paralelný tok:Obidve tekutiny vstupujú na rovnaký koniec výmenníka tepla a cestujú paralelne predtým, ako vystúpia spoločne
• Protiprúd:Kvapaliny vstupujú na opačných stranách výmenníka tepla a prechádzajú systémom v opačných smeroch. Toto je najefektívnejšie usporiadanie prietoku, pretože priemerný teplotný rozdiel medzi kvapalinami zostáva v celom systéme vyšší
• Krížový-tok:V tejto forme výmenníka tepla sa tekutiny pohybujú navzájom kolmo (v pravom uhle).

Okrem usporiadania prietoku možno výmenníky tepla kategorizovať podľa typu podľa fyzického prevedenia výmenníka tepla:

• Dvojité potrubie:Toto je najjednoduchší typ výmenníka tepla používaný v priemysle. Ako už názov napovedá, tieto pozostávajú z dvoch rúrok, cez ktoré môžu prúdiť tekutiny. Konfigurácia toku môže byť paralelná alebo protiprúdová, pričom protiprúd je účinnejší, zatiaľ čo paralelný tok je lepší, ak je potrebné, aby obe tekutiny mali rovnakú teplotu. Tieto výmenníky tepla sa dajú ľahko a lacno navrhnúť a udržiavať, ale v porovnaní s inými konštrukciami majú relatívne nízku úroveň účinnosti
• Plášť a rúrka:Plášťové a rúrkové výmenníky tepla používajú sadu kovových rúrok, cez ktoré prúdi jedna tekutina, obklopená utesneným plášťom, cez ktorý prúdi druhá tekutina. Tento typ výmenníka tepla pracuje so všetkými typmi prúdenia – paralelným, protiprúdovým a priečnym- a možno ho nájsť v parných lokomotívach. Usmerňovače sa používajú na usmerňovanie prúdenia tekutiny, vyvolanie vibrácií v tekutine a podopieranie rúrok, zatiaľ čo rebrá možno použiť aj so vzduchom-chladenými technológiami (ako sú medzichladiče spaľovacích motorov-) na zväčšenie plochy prenosu tepla
• Tanier/Plutva:Tento typ výmenníka tepla používa stohy tenkých kovových dosiek, ktoré sú od seba držané rebrami, aby vytvorili úrovne, podobne ako podlahy budovy. Každá z týchto „podlah“ je však samostatná-a oddelená od tej nad alebo pod, čím vytvára utesnenú sériu rúrok, cez ktoré môžu pretekať tekutiny. To vytvára veľkú povrchovú plochu, ktorá je schopná rýchlej výmeny tepla a zároveň zaručuje prúdenie tekutiny cez celú teplovýmennú plochu, čím zabraňuje stagnácii a hromadeniu tekutiny. Dosky môžu byť vytvorené v rôznych veľkostiach, hĺbkach a tvaroch, vrátane vlnitých dosiek, dosiek a rámov, dosiek a plášťov alebo špirálových dosiek. Vysoká turbulencia prúdenia medzi doskami vytvára väčší prenos tepla a zníženie tlaku. Tento typ výmenníka tepla sa používa v aplikáciách, ako sú plynové pece a kotly.
• Vzduchom chladené:Tento typ výmenníka tepla sa bežne vyskytuje vo vozidlách a iných pohyblivých aplikáciách, kde nie je k dispozícii studená voda. Vzduchom chladené systémy namiesto dvoch kvapalín využívajú chladný vzduch z ventilátora alebo prúdenie vzduchu spôsobené pohybom samotného vozidla.
• Kondenzátory, kotly a výparníky:Tento typ výmeny tepla si zaslúži osobitnú zmienku, pretože funguje trochu iným spôsobom ako tie, ktoré už boli opísané. Namiesto vkladania dvoch kvapalín (horúcej a studenej) tieto využívajú chladenie a kondenzáciu horúceho plynu na kvapalnú formu (a naopak) na vytvorenie cyklu prenosu tepla. Tento proces využívajú parné turbíny a parogenerátory, ktoré využívajú cyklus odparovania vody na paru a jej následného ochladzovania späť na kvapalinu.
• Rekuperátory:Rekuperátor je výmenník tepla určený na zachytávanie tepla, ktoré by sa inak stratilo, napríklad teplo odvádzané z budovy. Teplý vzduch je nasmerovaný von cez kanál pozdĺž samostatného, ​​vstupného kanála chladnej tekutiny, aby sa vytvoril protiprúd. Takto funguje ventilačný systém s rekuperáciou tepla-, ktorý umožňuje vetranie budovy čerstvým vzduchom bez straty všetkého tepla z odchádzajúceho teplejšieho vzduchu
• Regenerátory:Tieto typy výmenníkov tepla umožňujú, aby sa prichádzajúce aj odchádzajúce tekutiny pohybovali rovnakým kanálom v opačných smeroch v rôznych časoch. Keď teplá tekutina vyteká, odovzdá časť svojho tepla a keď studená tekutina prúdi dovnútra, odoberie časť zvyškového tepla, ktoré tam zostalo. Tento typ výmeny tepla sa používa v Stirlingovom motore, ktorý používa piest na posúvanie zachyteného plynu tam a späť medzi zdrojom tepla (ako je oheň) a chladnejšou oblasťou alebo „výlevkou“, kde sa teplo stráca. Tento typ výmenníka tepla znižuje tepelné straty v systéme „regeneráciou“ tepla.

Výmenníky tepla sa používajú pre širokú škálu aplikácií v priemysle aj každodennom použití.

Zatiaľ čo výmenníky tepla prichádzajú v rade rôznych dizajnov a prietokových systémov, všetky fungujú podobným spôsobom; umožnenie tepelného kontaktu medzi teplejšou a chladnejšou tekutinou (bez skutočného zmiešania), takže sa obe tekutiny navzájom zohrievajú alebo ochladzujú-.

To zlepšuje účinnosť vozidiel a iných jednotiek, ako aj šetrenie nákladov a zníženie spotreby energie (a akéhokoľvek súvisiaceho vplyvu na životné prostredie).

Siahnite po plánoch HX

Scenáre použitia vášho výmenníka tepla (ako je spracovanie potravín, petrochemický priemysel, energetické chladenie) a charakteristiky média (korozívnosť/viskozita/teplota) sa líšia, takže aj plán špecifikácií bude výhradne prispôsobený-povedzte nám svoje potreby a my vám poskytneme cielené parametre a cenové ponuky.

Email:global@gneesteels.com