Vsak od nas se je srečal z najpreprostejšimi izmenjevalniki toplote. Osupljiv primer tega je oblikovanje "cev v cevi" ali kaj podobnega. Težko bi si predstavljali naše življenje, če ne bi izumili toplotnega izmenjevalnika. Danes obstaja ogromno število toplotnih izmenjevalcev. Med seboj se razlikujejo ne le po tehničnih lastnostih, temveč tudi po obsegu, dizajnu itd. Pogovorimo se o tej temi podrobneje in se ukvarjamo z zanimivimi točkami.
Nekaj splošnih informacij
Toplotni izmenjevalec je naprava, ki se uporablja za prenos toplote iz enega medija v drugega. Hkrati morate razumeti, da je sam toplotni izmenjevalec brez ogrevalne opreme popolnoma neuporaben, vendar lahko v kompleksu dobite čudovite rezultate in uspešno ogrejete tudi zelo velike in hladne prostore. Poleg tega so znanstveniki nenehno poskušali čim bolj zmanjšati izgubo toplote, ko se prenese v drugo okolje. Danes to ni mogočese ponaša s 100-odstotno učinkovitostjo, vendar lahko varno govorimo o učinkovitosti 90-95%. Delovne in tehnične lastnosti izdelka se povečajo z uporabo posebej pripravljenih materialov in hladilne tekočine. Seveda vse to nekoliko podraži opremo, a se splača.
Pri oblikovanju se inženirji nenehno soočajo z nasprotujočimi si zahtevami, ki jih je treba združiti v eno steklenico. Na primer, treba je zmanjšati hidravlični upor in hkrati povečati koeficient prenosa toplote. Toplotni izmenjevalnik mora biti odporen proti koroziji, vendar ne pretežak za vzdrževanje. Vse to je privedlo do dejstva, da se je pojavilo veliko vrst toplotnih izmenjevalcev. Uporabljen je tisti, ki najbolj ustreza situaciji.
Razvrstitev toplotnih izmenjevalcev
Kot že omenjeno, trenutno obstaja ogromno število toplotnih izmenjevalcev. Najprej jih je treba ločiti glede na način prenosa toplote na medij. Tu so toplotni izmenjevalniki razdeljeni v naslednje skupine:
- rekuperativno;
- regenerativno;
- mešanje;
- električno ogrevano.
Pobližje si oglejmo rekuperacijske toplotne izmenjevalce. Zasnova izdelka pomeni prisotnost enoslojne ali večplastne stene, skozi katero se prenaša toplota. Običajno se to zgodi že v enakomernem gibanju. Zanimivo je, da se v takšnih napravah prenos toplote izvaja s prisilnim gibanjem brez spreminjanja fazedržave. Toda to velja samo za trajno delujoče toplotne izmenjevalnike. Če govorimo o enotah s periodičnim načinom delovanja, se za določen čas izvaja ogrevanje, izhlapevanje in hlajenje, vse to pa v zaporednem načinu. Takšne naprave spadajo med toplotne izmenjevalnike z nestabilnim toplotnim gibanjem. To je posledica dejstva, da se temperatura hladilne tekočine na vstopu in izstopu bistveno razlikuje. Pogosto se takšni agregati nahajajo v obliki tuljav in so lamelne, rebraste in druge oblike. Malo kasneje si bomo ogledali več vrst. Toda klasifikacija toplotnih izmenjevalnikov se tu ne konča.
Regeneracijske enote in električno ogrevanje
V tem primeru, tako kot v prejšnjem primeru, se za prenos toplotne energije uporablja površina za izmenjavo toplote. Vendar je ta površina neke vrste šoba. Ima vlogo vmesnega akumulacijskega sredstva, ki akumulira toploto. Na splošno lahko celoten proces razdelimo na več stopenj. Na prvi stopnji šoba zazna določeno količino toplote. Nato pride do prehoda na drugo stopnjo, hladilna tekočina pa se prenese po površini šobe. To se zgodi pri spreminjanju pretoka hladilne tekočine. Na tej stopnji se šoba postopoma ohladi, akumulirana toplota pa se sprosti v ogrevano okolje, ki je lahko vaša soba.
Regeneratorji so nestacionarne enote. Šoba je pogosto negibna, toplotni procesi pa se sinhrono ponavljajo. Naprave te vrste pogosto imenujemo čistilniki ozhladilni stolpi.
Bistvo električno ogrevanih toplotnih izmenjevalnikov je, da se električna energija uporablja kot glavni vir toplote. Električne obločne instalacije se uporabljajo za pretvorbo električne energije v toplotno energijo. Lahko so neposredno in posredno ogrevanje. Najpogostejši toplotni izmenjevalniki v industriji so indukcijski in uporni grelniki. Kot lahko vidite, je oprema za izmenjavo toplote lahko različna, zdaj si bomo podrobneje ogledali vsako vrsto, njen obseg in oblikovne značilnosti.
Spiralni toplotni izmenjevalniki
Naprava je par spiralnih kanalov. Običajno se vijejo okoli osrednje predelne stene. Da bi to naredili, so izdelani iz valjanega materiala. Omeniti velja, da so spiralni toplotni izmenjevalniki zelo primerni za ogrevanje in hlajenje tekočin z visoko viskoznostjo.
Na splošno grelno površino tvorita dve kovinski plošči, ki sta pritrjeni na jedro s pomočjo zvara. Sama enota je sestavljena iz samo 2 kanalov, običajno pravokotnih, narejenih v obliki spirale. Konec spirale (notranji) ima ločilno steno in je pritrjen z zatiči. Toplotni izmenjevalniki so lahko navpični in vodoravni. Če ene vrste ni mogoče namestiti zaradi nezadostnega prostora ali zapletene konfiguracije prostora, se uporabi druga, bolj zaželena. Zanimivo je tudi, da lahko potrošnik izbere spiralotoplotni izmenjevalci z različnimi širinami spirale, od 20 do 150 centimetrov. Hkrati se lahko ogrevalna površina giblje od 3,2 do 100 kvadratnih metrov z največjim tlakom v sistemu 1 MPa.
Upoštevati je treba, da ima ta oprema za izmenjavo toplote številne pomembne prednosti. Prvič, to je zmanjšan hidravlični upor. Drugič, kompaktnost in visoka učinkovitost ter intenzivnost prenosa toplote. Toda vse to je prispevalo k dejstvu, da so bile pomanjkljivosti v obliki zapletene zasnove in popravila.
O ploščatih toplotnih izmenjevalnikih
Trenutno se proizvajajo zložljivi in neločljivi ploščni toplotni izmenjevalniki. Seveda je prva vrsta bolj zaželena zaradi številnih razlogov. Prvič, to je enostavnost vzdrževanja. Takšna oprema je zelo hitro razstavljena in sestavljena, tako da je vsaka okvara odpravljena v kratkem času. Neločljivih modelov običajno ne popravljajo, in če so, potem veliko dlje.
Pravzaprav ime pove, da je ta oprema sestavljena iz paketa montažnih plošč. Izdelane so lahko iz različnih materialov, kot so baker, titan, grafit itd. Za izboljšanje lastnosti delovanja so plošče skoraj vedno valovite. V ploščnih toplotnih izmenjevalnikih tokovi hladne in vroče hladilne tekočine prehajajo v plasteh.
Oprema sama je dobra, ker ima kompetentno postavitev. To je omogočilo povečanje površine toplotne izmenjevalne površine in vse to namestilo v relativno majhne dimenzije. Vsekakor se pred nakupom izvede izračun toplotnih izmenjevalnikov, ki vam omogoča, da pridobite podatke o tem, koliko moči naprava potrebuje v določenem primeru. Razumeti je treba, da vse plošče, ki so združene v paketu, tvorijo kanale med seboj zaradi enake oblike. Skozi njih teče tekočina. No, zdaj si bomo ogledali še nekaj zanimivih podrobnosti, ki se nanašajo na to opremo.
Uporaba tesnil
Kot je navedeno zgoraj, so glavni element prenosa toplote plošče. So hladno žigosane. Za to se uporabljajo korozijsko odporne zlitine, ki lahko znatno povečajo vzdržljivost in učinkovitost enote. Debelina plošč, odvisno od modela, se lahko razlikuje od 0,4 do 1,0 mm. V delovnem položaju so plošče tesno pritisnjene ena na drugo. V tem primeru se oblikujejo majhni režasti kanali. Na sprednji strani je poseben utor, tam je nameščeno gumijasto tesnilo (tesnilo). Poleg tega imajo tesnila luknje, ki so potrebne za dovod in odstranjevanje tekočine. V primeru, da se ena od lukenj prebije, je predviden sistem drenažnih utorov, ki preprečujejo mešanje hladnega in vročega medija.
Zaradi ustvarjanja protitoka med obema medijema je bilo mogoče doseči ne le izboljšanje nastavljene temperature, temveč tudi hitrejši prenos toplote z relativno majhnimi hidravličnimi upori. Ne bi bilo odveč reči, da osnovni princip delovanja temelji na protitoku, torej gibanju ogrevanja inogrevanje tekočine v različnih smereh. Za preprečevanje mešanja je nameščeno dvojno gumijasto tesnilo ali kovinska plošča. Število plošč in kanalov se lahko razlikuje glede na operativne zahteve opreme. Pred ustvarjanjem se izvede toplotni izračun toplotnih izmenjevalnikov, ki omogoča določitev optimalnega načina delovanja. Včasih se uporabljajo drage zlitine, ki se ne bojijo dolgotrajnega delovanja v agresivnem okolju.
ploščati toplotni izmenjevalniki
PRT se uporabljajo za prenos toplote v neagresivnih in plinastih medijih v širokem temperaturnem območju, od -270 do +200 stopinj Celzija. V tem primeru lahko tlak v sistemu doseže 100 atmosfer in se začne iz vakuuma. Zasnova temelji na ideji uporabe rebraste površine na obeh straneh plošč. Sam izdelek je sestavljen iz več reber, zahvaljujoč katerim se izvaja prenos toplote med mediji. Omeniti velja, da je toplotni izmenjevalnik z rebrastimi ploščami najrazličnejših oblik plavuti. To vam omogoča, da nekoliko spremenite operativne in tehnične značilnosti. Najpogosteje lahko vidite neprekinjena in valovita rebra. A poleg teh obstajajo tudi bolj eksotični, na primer luknjasti in luskasti. Kot material se običajno uporablja pločevina. Njihova debelina je nastavljiva glede na tlak v sistemu in uporabljeno tekočino.
Te vrste toplotnih izmenjevalnikov so pogosto izdelane z različnimi vrstami pretoka. Najpogosteje se uporablja protitok, vendar obstajajo tudidirektna in navzkrižna vezja. Če na kratko govorimo o prednostih takšne opreme, potem jih je veliko. Prvič, to so operativne lastnosti, kot je hiter in intenziven prenos toplote. Drugič, majhna je. Danes mnogi pravijo, da so ravno rebrasti toplotni izmenjevalniki najbolj napredni. Najpogosteje se PRT uporablja v industrijah, kot so energetika, rafiniranje nafte, kemična in letalska industrija. Vse to je posledica velikega števila prednosti, pa tudi širokega nabora tekočin in tlakov, ki se uporabljajo v sistemu.
Toplotni izmenjevalnik z lupino in cevi: zasnova in značilnosti
Oprema za površinsko izmenjavo toplote, ki smo jo že pregledali, ni tako priljubljena kot cevne enote. To so le naprave, ki so bile omenjene na samem začetku, v najpreprostejši različici - to je sistem "pipe in pipe". Toplotni izmenjevalec te vrste je sistem (snop) cevi, ki so nameščene v ohišju. Cevi so zvite in privarjene na telo izdelka. V nekaterih primerih se dodatno poparijo. To se naredi za zagotovitev 100% tesnosti. Telo je opremljeno z dodatnimi šobami. Nekateri so potrebni za dovajanje pare, drugi za odstranjevanje kondenzata. Poleg tega so v ohišju prečne rešetke, ki se uporabljajo za podporo cevi za izmenjavo toplote po celotni dolžini enote. Zanimivo je, da se cevni toplotni izmenjevalniki uporabljajo pri temperaturah od 190 stopinj Celzija oz.tlak nasičene pare nad 15 barov.
Vsak sistem, ki vključuje gibanje tekočine, je lahko izpostavljen vodnemu kladivu. Ta pojav lahko delno ali popolnoma deaktivira opremo. Da se to ne bi zgodilo, se uporabljajo različne vrste skladiščnih elementov, tako imenovane ekspanzijske posode. Toda v našem primeru to ni potrebno, saj so cevni toplotni izmenjevalci nanje zelo odporni. Poleg tega ni strogih zahtev za čistočo okolja. Bistvena pomanjkljivost takšne opreme je, da so vse vrste tovrstnih toplotnih izmenjevalcev zelo kovinsko intenzivne, kar vpliva na končno ceno in dimenzije.
Toplotni izmenjevalniki za plinsko opremo
Ni skrivnost, da ima vsak kotel na trda goriva ali plin v svoji zasnovi toplotni izmenjevalec, imenujemo jih tudi grelniki. Glavne vrste smo že obravnavali. Kot ste verjetno opazili, se te ali tiste vrste uporabljajo v različnih panogah. Nekatere naprave so našle širšo uporabo, druge se uporabljajo v določenih panogah in ne ustrezajo drugim. V našem primeru gre za uporabo cevnih in ploščnih izmenjevalnikov toplote. V prvem primeru imamo opravka s sistemom cevi, v drugem - s ploščami. Načeloma mora toplotni izmenjevalec za gejzir ne glede na vrsto izpolnjevati številne zahteve. Prvič, da imajo visok koeficient toplotne prehodnosti, in drugič, da so trpežni in odporni na visoke temperature. Najbolj priljubljeni materiali so baker, aluminij injeklo. Slednja možnost je manj zaželena, saj je taka kovina težka, kar zmanjšuje učinkovitost. V vsakem primeru mora toplotni izmenjevalec za gejzir služiti vsaj 5 let.
Sklep
Torej smo pregledali glavne vrste toplotnih izmenjevalcev. Takšne vrste, kot so školjke in plošče, so ostale brez pozornosti. Načeloma se nekoliko razlikujejo od klasičnih lamelnih ali rebrastih. Toda pogosto lahko najdete kopalne peči s toplotnim izmenjevalnikom z ohišjem. Ključna lastnost pa je, da je oprema odporna na visoke temperature in delovne tlake. Ohišje je lahko izdelano iz materialov, kot so titan, nerjaveče jeklo ali ogljikovo jeklo. Zanimivo je, da so kopalne peči s ploščatim toplotnim izmenjevalnikom dobro regulirane za paro ali kondenz, kar je nedvomno pomembna prednost. Načeloma lahko to zaključi zgodbo, saj zdaj veste vse, kar potrebujete o toplotnih izmenjevalnikih.
