Καθένας από εμάς έχει συναντήσει τους απλούστερους εναλλάκτες θερμότητας. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αυτού είναι ο σχεδιασμός του "pipe in pipe" ή κάτι τέτοιο. Θα ήταν δύσκολο να φανταστούμε τη ζωή μας αν δεν είχε εφευρεθεί ο εναλλάκτης θερμότητας. Σήμερα υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός εναλλάκτη θερμότητας. Διαφέρουν μεταξύ τους όχι μόνο ως προς τα τεχνικά χαρακτηριστικά, αλλά και ως προς το εύρος, το σχεδιασμό κ.λπ. Ας μιλήσουμε λεπτομερέστερα για αυτό το θέμα και ας ασχοληθούμε με ενδιαφέροντα σημεία.
Μερικές γενικές πληροφορίες
Ένας εναλλάκτης θερμότητας είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά θερμότητας από το ένα μέσο στο άλλο. Ταυτόχρονα, πρέπει να καταλάβετε ότι ο ίδιος ο εναλλάκτης θερμότητας, χωρίς εξοπλισμό θέρμανσης, είναι εντελώς άχρηστος, αλλά στο συγκρότημα μπορείτε να έχετε υπέροχα αποτελέσματα και να θερμάνετε με επιτυχία ακόμη και πολύ μεγάλα και κρύα δωμάτια. Επιπλέον, οι επιστήμονες προσπαθούν συνεχώς να ελαχιστοποιήσουν την απώλεια θερμότητας όταν μεταφέρεται σε άλλο περιβάλλον. Σήμερα δεν γίνεταικαυχιόμαστε για 100% απόδοση, αλλά μπορούμε με ασφάλεια να μιλήσουμε για απόδοση 90-95%. Τα λειτουργικά, καθώς και τα τεχνικά χαρακτηριστικά του προϊόντος αυξάνονται με τη χρήση ειδικά παρασκευασμένων υλικών, καθώς και ψυκτικού. Φυσικά, όλα αυτά αυξάνουν κάπως την τιμή του εξοπλισμού, αλλά αξίζει τον κόπο.
Κατά το σχεδιασμό, οι μηχανικοί αντιμετωπίζουν συνεχώς αντικρουόμενες απαιτήσεις που πρέπει να συνδυαστούν σε ένα μπουκάλι. Για παράδειγμα, είναι απαραίτητο να μειωθεί η υδραυλική αντίσταση και ταυτόχρονα να αυξηθεί ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας. Ο εναλλάκτης θερμότητας πρέπει να είναι ανθεκτικός στη διάβρωση, αλλά όχι πολύ δύσκολος στη συντήρηση. Όλα αυτά οδήγησαν στο γεγονός ότι εμφανίστηκαν πολλοί τύποι εναλλάκτη θερμότητας. Χρησιμοποιείται αυτό που ταιριάζει καλύτερα στην κατάσταση.
Ταξινόμηση εναλλάκτη θερμότητας
Όπως σημειώθηκε παραπάνω, υπάρχει επί του παρόντος ένας τεράστιος αριθμός εναλλάκτη θερμότητας. Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να διαχωριστούν σύμφωνα με τη μέθοδο μεταφοράς θερμότητας στο μέσο. Εδώ οι εναλλάκτες θερμότητας χωρίζονται στις ακόλουθες ομάδες:
- ανάρρωση;
- αναγεννητικό;
- μίξη;
- ηλεκτρική θέρμανση.
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στους εναλλάκτες θερμότητας ανάκτησης. Ο σχεδιασμός του προϊόντος συνεπάγεται την παρουσία ενός τοίχου μονής ή πολλαπλών στρώσεων μέσω του οποίου μεταφέρεται θερμότητα. Συνήθως αυτό συμβαίνει ήδη σε σταθερή κίνηση. Είναι ενδιαφέρον ότι σε τέτοιες συσκευές, η μεταφορά θερμότητας πραγματοποιείται με αναγκαστική κίνηση χωρίς αλλαγή της φάσηςπολιτείες. Αλλά αυτό ισχύει μόνο για εναλλάκτες θερμότητας που λειτουργούν μόνιμα. Εάν μιλάμε για μονάδες με περιοδικό τρόπο λειτουργίας, τότε για ορισμένο χρονικό διάστημα πραγματοποιείται θέρμανση, εξάτμιση και ψύξη και όλα αυτά είναι σε διαδοχική λειτουργία. Τέτοιες συσκευές ανήκουν σε εναλλάκτες θερμότητας με ασταθή θερμική κίνηση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η θερμοκρασία του ψυκτικού στην είσοδο και την έξοδο είναι σημαντικά διαφορετική. Συχνά, τέτοια αδρανή βρίσκονται με τη μορφή σπειρών και είναι ελασματοειδείς, ραβδωτές και άλλες μορφές. Λίγο αργότερα θα δούμε διάφορους τύπους. Αλλά η ταξινόμηση των εναλλάκτη θερμότητας δεν τελειώνει εκεί.
Μονάδες αναγέννησης και ηλεκτρική θέρμανση
Σε αυτήν την περίπτωση, όπως και στην προηγούμενη, η επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας χρησιμοποιείται για τη μεταφορά θερμικής ενέργειας. Ωστόσο, αυτή η επιφάνεια είναι ένα είδος ακροφυσίου. Παίζει το ρόλο ενός ενδιάμεσου συσσωρευτικού μέσου που συσσωρεύει θερμότητα. Σε γενικές γραμμές, η όλη διαδικασία μπορεί να χωριστεί σε πολλά στάδια. Στο πρώτο στάδιο, το ακροφύσιο αντιλαμβάνεται μια συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας. Στη συνέχεια, υπάρχει μια μετάβαση στο δεύτερο στάδιο και το ψυκτικό μεταφέρεται πάνω από την επιφάνεια του ακροφυσίου. Αυτό συμβαίνει κατά την αλλαγή της ροής των ψυκτικών υγρών. Σε αυτό το στάδιο, το ακροφύσιο ψύχεται σταδιακά και η συσσωρευμένη θερμότητα απελευθερώνεται στο θερμαινόμενο περιβάλλον, το οποίο μπορεί να είναι το δωμάτιό σας.
Οι αναγεννητές είναι μη σταθερές μονάδες. Το ακροφύσιο είναι συχνά ακίνητο και οι θερμικές διεργασίες επαναλαμβάνονται ταυτόχρονα. Συσκευές αυτού του τύπου ονομάζονται συχνά scrubbers ήπύργοι ψύξης.
Η ουσία των ηλεκτρικά θερμαινόμενων εναλλάκτη θερμότητας είναι ότι η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται ως η κύρια πηγή θερμότητας. Οι εγκαταστάσεις ηλεκτρικού τόξου χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια. Μπορούν να είναι τόσο άμεση όσο και έμμεση θέρμανση. Οι πιο συνηθισμένοι εναλλάκτες θερμότητας στη βιομηχανία είναι οι θερμαντήρες επαγωγής και αντίστασης. Όπως μπορείτε να δείτε, ο εξοπλισμός ανταλλαγής θερμότητας μπορεί να είναι διαφορετικός, τώρα θα ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε κάθε τύπο, το πεδίο εφαρμογής και τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού του.
Σπειροειδής εναλλάκτες θερμότητας
Η συσκευή είναι ένα ζεύγος σπειροειδών καναλιών. Συνήθως τυλίγονται γύρω από το κεντρικό χώρισμα. Για να γίνει αυτό, κατασκευάζονται από υλικό έλασης. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι σπειροειδείς εναλλάκτες θερμότητας είναι κατάλληλοι για θέρμανση και ψύξη υγρών με υψηλό ιξώδες.
Σε γενικές γραμμές, η θερμαντική επιφάνεια σχηματίζεται από δύο φύλλα μετάλλου, τα οποία συνδέονται στον πυρήνα μέσω μιας συγκόλλησης. Η ίδια η μονάδα αποτελείται από μόνο 2 κανάλια, συνήθως ορθογώνια, κατασκευασμένα σε μορφή σπιράλ. Το άκρο της σπείρας (εσωτερικό) έχει διαχωριστικό τοίχωμα και στερεώνεται με καρφίτσες. Οι εναλλάκτες θερμότητας μπορούν να κατασκευαστούν τόσο κάθετοι όσο και οριζόντιοι. Εάν δεν είναι δυνατή η εγκατάσταση ενός τύπου λόγω ανεπαρκούς χώρου ή σύνθετης διαμόρφωσης του δωματίου, τότε χρησιμοποιείται ο δεύτερος, πιο προτιμότερος. Είναι επίσης ενδιαφέρον ότι ο καταναλωτής μπορεί να επιλέξει σπείραεναλλάκτες θερμότητας με διαφορετικά πλάτη σπειρών, από 20 έως 150 εκατοστά. Ταυτόχρονα, η επιφάνεια θέρμανσης μπορεί να κυμαίνεται από 3,2 έως 100 τετραγωνικά μέτρα με μέγιστη πίεση συστήματος 1 MPa.
Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτός ο εξοπλισμός ανταλλαγής θερμότητας έχει μια σειρά από σημαντικά πλεονεκτήματα. Πρώτον, είναι μειωμένη υδραυλική αντίσταση. Δεύτερον, συμπαγής και υψηλή απόδοση και ένταση μεταφοράς θερμότητας. Αλλά όλα αυτά συνέβαλαν στο γεγονός ότι υπήρχαν μειονεκτήματα με τη μορφή ενός πολύπλοκου σχεδιασμού και επισκευής.
Σχετικά με τους εναλλάκτες θερμότητας πλάκας
Επί του παρόντος, κατασκευάζονται πτυσσόμενοι και μη διαχωριζόμενοι εναλλάκτες θερμότητας με πλάκες. Φυσικά, ο πρώτος τύπος είναι προτιμότερος για πολλούς λόγους. Πρώτον, είναι η ευκολία συντήρησης. Τέτοιος εξοπλισμός αποσυναρμολογείται και συναρμολογείται πολύ γρήγορα, επομένως οποιαδήποτε βλάβη εξαλείφεται σε σύντομο χρονικό διάστημα. Τα μοντέλα που δεν χωρίζονται συνήθως δεν επισκευάζονται, και αν επισκευάζονται, τότε πολύ περισσότερο.
Στην πραγματικότητα, το όνομα υποδηλώνει ότι αυτός ο εξοπλισμός αποτελείται από ένα πακέτο προκατασκευασμένων πλακών. Μπορούν να κατασκευαστούν από διάφορα υλικά όπως χαλκό, τιτάνιο, γραφίτη κ.λπ. Σχεδόν πάντα, για τη βελτίωση των ιδιοτήτων απόδοσης, οι πλάκες κατασκευάζονται κυματοειδείς. Στους εναλλάκτες θερμότητας πλάκας, οι ροές του κρύου και του θερμού ψυκτικού υγρού περνούν σε στρώματα.
Ο ίδιος ο εξοπλισμός είναι καλός επειδή έχει μια κατάλληλη διάταξη. Αυτό κατέστησε δυνατή την αύξηση της επιφάνειας της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας και την προσαρμογή όλων αυτών σε σχετικά μικρές διαστάσεις. Σε κάθε περίπτωση, πριν από την αγορά, πραγματοποιείται υπολογισμός των εναλλάκτη θερμότητας, ο οποίος σας επιτρέπει να λαμβάνετε δεδομένα σχετικά με την ισχύ που χρειάζεται η συσκευή σε μια συγκεκριμένη περίπτωση. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι όλες οι πλάκες που τραβούν μαζί σε ένα πακέτο σχηματίζουν κανάλια μεταξύ τους λόγω του ίδιου σχήματος. Το υγρό ρέει μέσα από αυτά. Λοιπόν, τώρα θα δούμε μερικές ακόμη ενδιαφέρουσες λεπτομέρειες που σχετίζονται με αυτόν τον εξοπλισμό.
Χρήση παρεμβυσμάτων
Όπως σημειώθηκε παραπάνω, το κύριο στοιχείο μεταφοράς θερμότητας είναι οι πλάκες. Είναι ψυχρής στάμπας. Για αυτό, χρησιμοποιούνται κράματα ανθεκτικά στη διάβρωση, τα οποία μπορούν να αυξήσουν σημαντικά την ανθεκτικότητα και την απόδοση της μονάδας. Το πάχος των πλακών, ανάλογα με το μοντέλο, μπορεί να κυμαίνεται από 0,4 έως 1,0 mm. Στη θέση εργασίας, οι πλάκες πιέζονται σφιχτά η μία πάνω στην άλλη. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται μικρά κανάλια με σχισμή. Στην μπροστινή πλευρά υπάρχει μια ειδική αυλάκωση, μια ελαστική φλάντζα (στεγανοποίηση) είναι τοποθετημένη εκεί. Επιπλέον, τα παρεμβύσματα έχουν οπές που είναι απαραίτητες για την τροφοδοσία και την αφαίρεση του υγρού. Σε περίπτωση που μια από τις τρύπες σπάσει, παρέχεται ένα σύστημα αυλακώσεων αποστράγγισης για την αποφυγή ανάμειξης κρύων και ζεστών μέσων.
Λόγω της δημιουργίας αντιρροής μεταξύ των δύο μέσων, ήταν δυνατό να επιτευχθεί όχι μόνο βελτίωση της ρύθμισης θερμοκρασίας, αλλά και ταχύτερη μεταφορά θερμότητας με σχετικά μικρές υδραυλικές αντιστάσεις. Δεν θα ήταν περιττό να πούμε ότι η βασική αρχή λειτουργίας βασίζεται στο αντίθετο ρεύμα, δηλαδή στην κίνηση της θέρμανσης καιθερμαντικό υγρό σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Για να αποφευχθεί η ανάμειξη, τοποθετείται διπλό ελαστικό σφράγισμα ή μεταλλική πλάκα. Ο αριθμός των πλακών και των καναλιών μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τις λειτουργικές απαιτήσεις του εξοπλισμού. Πριν από τη δημιουργία, πραγματοποιείται θερμικός υπολογισμός των εναλλάκτη θερμότητας, ο οποίος καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό του βέλτιστου τρόπου λειτουργίας. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται ακριβά κράματα που δεν φοβούνται τη μακροχρόνια λειτουργία σε επιθετικό περιβάλλον.
Εναλλάκτες θερμότητας με πτερύγια πλάκας
Τα PRT χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά θερμότητας σε μη επιθετικά και αέρια μέσα σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, από -270 έως +200 βαθμούς Κελσίου. Σε αυτή την περίπτωση, η πίεση στο σύστημα μπορεί να φτάσει τις 100 ατμόσφαιρες και να ξεκινήσει από το κενό. Ο σχεδιασμός βασίζεται στην ιδέα της εφαρμογής μιας ραβδωτής επιφάνειας και στις δύο πλευρές των πλακών. Το ίδιο το προϊόν αποτελείται από πολλές νευρώσεις, χάρη στις οποίες πραγματοποιείται μεταφορά θερμότητας μεταξύ των μέσων. Αξίζει να σημειωθεί ότι είναι ο εναλλάκτης θερμότητας με πτερύγια πλάκας που έχει μεγάλη ποικιλία σχημάτων πτερυγίων. Αυτό σας επιτρέπει να αλλάξετε ελαφρώς τα λειτουργικά και τεχνικά χαρακτηριστικά. Τις περισσότερες φορές μπορείτε να δείτε συνεχόμενες και κυματιστές νευρώσεις. Εκτός όμως από αυτά, υπάρχουν και πιο εξωτικά, όπως τα διάτρητα και τα φολιδωτά. Ως υλικό χρησιμοποιείται συνήθως λαμαρίνα. Το πάχος τους είναι ρυθμιζόμενο ανάλογα με την πίεση στο σύστημα και το υγρό που χρησιμοποιείται.
Συχνά αυτοί οι τύποι εναλλάκτη θερμότητας κατασκευάζονται με διαφορετικούς τύπους ροής. Τις περισσότερες φορές, χρησιμοποιείται αντίστροφη ροή, αλλά υπάρχουν επίσηςευθεία και εγκάρσια κυκλώματα. Αν μιλήσουμε εν συντομία για τα πλεονεκτήματα ενός τέτοιου εξοπλισμού, τότε υπάρχουν πολλά από αυτά. Πρώτον, πρόκειται για λειτουργικές ιδιότητες, όπως γρήγορη και εντατική μεταφορά θερμότητας. Δεύτερον, είναι μικρό σε μέγεθος. Σήμερα, πολλοί λένε ότι οι εναλλάκτες θερμότητας με πτερύγια είναι οι πιο προηγμένοι. Τις περισσότερες φορές, το PRT χρησιμοποιείται σε βιομηχανίες όπως η ενέργεια, η διύλιση πετρελαίου, η χημική και η αεροπορική βιομηχανία. Όλα αυτά οφείλονται σε μεγάλο αριθμό πλεονεκτημάτων, καθώς και σε ένα ευρύ φάσμα υγρών και πιέσεων που χρησιμοποιούνται στο σύστημα.
Εναλλάκτης θερμότητας Shell-and-tube: σχεδιασμός και χαρακτηριστικά
Ο εξοπλισμός ανταλλαγής θερμότητας τύπου επιφάνειας, τον οποίο έχουμε ήδη εξετάσει, δεν είναι τόσο δημοφιλής όσο οι μονάδες κελύφους και σωλήνων. Αυτές είναι μόνο οι συσκευές που αναφέρθηκαν στην αρχή, στην απλούστερη έκδοση - αυτό είναι το σύστημα "pipe in pipe". Ένας εναλλάκτης θερμότητας αυτού του τύπου είναι ένα σύστημα (δέσμη) σωλήνων που τοποθετούνται σε ένα περίβλημα. Οι σωλήνες τυλίγονται και συγκολλούνται στο σώμα του προϊόντος. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ζεματίζονται επιπλέον. Αυτό γίνεται για να εξασφαλιστεί 100% στεγανότητα. Το σώμα παρέχεται με πρόσθετα ακροφύσια. Μερικά χρειάζονται για την παροχή ατμού, άλλα για την απομάκρυνση του συμπυκνώματος. Επιπλέον, υπάρχουν εγκάρσιες σχάρες στο περίβλημα, οι οποίες χρησιμοποιούνται για τη στήριξη των σωλήνων ανταλλαγής θερμότητας σε όλο το μήκος της μονάδας. Είναι ενδιαφέρον ότι οι εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων χρησιμοποιούνται σε θερμοκρασίες από 190 βαθμούς Κελσίου ήπιέσεις κορεσμένου ατμού πάνω από 15 bar.
Οποιοδήποτε σύστημα περιλαμβάνει κίνηση υγρού μπορεί να υποβληθεί σε σφυρί νερού. Αυτό το φαινόμενο είναι ικανό να απενεργοποιήσει μερικώς ή πλήρως τον εξοπλισμό. Για να μην συμβεί αυτό, χρησιμοποιούνται διάφορα είδη στοιχείων αποθήκευσης, οι λεγόμενες δεξαμενές διαστολής. Αλλά στην περίπτωσή μας, αυτό δεν είναι απαραίτητο, επειδή οι εναλλάκτες θερμότητας με κέλυφος και σωλήνας είναι πολύ ανθεκτικοί σε αυτούς. Επιπλέον, δεν υπάρχουν αυστηρές απαιτήσεις για την καθαριότητα του περιβάλλοντος. Ένα σημαντικό μειονέκτημα τέτοιου εξοπλισμού είναι ότι όλοι οι τύποι εναλλάκτη θερμότητας αυτού του τύπου είναι πολύ υψηλής έντασης μετάλλων, γεγονός που επηρεάζει το τελικό κόστος και τις διαστάσεις.
Εναλλάκτες θερμότητας για εξοπλισμό αερίου
Δεν είναι μυστικό ότι οποιοσδήποτε λέβητας στερεού καυσίμου ή αερίου έχει έναν εναλλάκτη θερμότητας στη σχεδίασή του, ονομάζονται επίσης θερμαντήρες. Έχουμε ήδη εξετάσει τους κύριους τύπους. Όπως πιθανότατα παρατηρήσατε, αυτοί ή εκείνοι οι τύποι χρησιμοποιούνται σε διάφορες βιομηχανίες. Ορισμένες συσκευές έχουν βρει ευρύτερη εφαρμογή, άλλες χρησιμοποιούνται σε ορισμένες βιομηχανίες και δεν ταιριάζουν σε άλλες. Στην περίπτωσή μας γίνεται η χρήση σωληνωτών και πλακών εναλλάκτη θερμότητας. Στην πρώτη περίπτωση, έχουμε να κάνουμε με ένα σύστημα σωλήνων, στη δεύτερη - με πλάκες. Κατ' αρχήν, ανεξάρτητα από τον τύπο, ένας εναλλάκτης θερμότητας για ένα θερμοπίδακα πρέπει να πληροί ορισμένες απαιτήσεις. Πρώτον, να έχει υψηλό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, και δεύτερον, να είναι ανθεκτικό και ανθεκτικό στις υψηλές θερμοκρασίες. Τα πιο δημοφιλή υλικά είναι ο χαλκός, το αλουμίνιο καιατσάλι. Η τελευταία επιλογή είναι λιγότερο προτιμότερη, καθώς ένα τέτοιο μέταλλο είναι βαρύ, γεγονός που μειώνει την απόδοση. Σε κάθε περίπτωση, ο εναλλάκτης θερμότητας για το θερμοπίδακα πρέπει να λειτουργεί τουλάχιστον 5 χρόνια.
Συμπέρασμα
Επισκοπήσαμε λοιπόν τους κύριους τύπους εναλλάκτη θερμότητας. Τέτοια είδη όπως το κέλυφος και η πλάκα έμειναν χωρίς προσοχή. Κατ 'αρχήν, διαφέρουν ελαφρώς από το κλασικό lamellar ή με ραβδώσεις. Αλλά συχνά μπορείτε να βρείτε σόμπες μπάνιου με εναλλάκτη θερμότητας με περίβλημα. Ωστόσο, το βασικό χαρακτηριστικό είναι ότι ο εξοπλισμός είναι ανθεκτικός σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις λειτουργίας. Το περίβλημα μπορεί να κατασκευαστεί από υλικά όπως τιτάνιο, ανοξείδωτο χάλυβα ή ανθρακούχο χάλυβα. Είναι ενδιαφέρον ότι οι σόμπες μπάνιου με εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και πλάκας είναι καλά ρυθμισμένες για ατμό ή συμπύκνωμα, το οποίο, αναμφίβολα, είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα. Κατ' αρχήν, αυτό μπορεί να ολοκληρώσει την ιστορία, αφού τώρα ξέρετε όλα όσα χρειάζεστε για τους εναλλάκτες θερμότητας.
