Každý z nás se setkal s nejjednoduššími výměníky tepla. Pozoruhodným příkladem toho je design „potrubí v potrubí“nebo něco takového. Bylo by těžké si představit náš život, kdyby nebyl vynalezen výměník tepla. Dnes existuje obrovské množství výměníků tepla. Liší se od sebe nejen technickými vlastnostmi, ale také rozsahem, designem atd. Pojďme si na toto téma promluvit podrobněji a zabývat se zajímavými body.
Některé obecné informace
Výměník tepla je zařízení, které se používá k přenosu tepla z jednoho média do druhého. Zároveň musíte pochopit, že samotný výměník tepla bez topného zařízení je zcela k ničemu, ale v komplexu můžete získat skvělé výsledky a úspěšně vytápět i velmi velké a chladné místnosti. Vědci se navíc neustále snažili minimalizovat ztráty tepla při jeho přenosu do jiného prostředí. Dnes to není možnéchlubit se 100% účinností, ale klidně můžeme mluvit o účinnosti 90-95%. Provozní i technické vlastnosti výrobku se zvyšují použitím speciálně připravených materiálů a chladicí kapaliny. To vše samozřejmě poněkud zvyšuje cenu vybavení, ale stojí to za to.
Při navrhování se inženýři neustále potýkají s protichůdnými požadavky, které je třeba spojit do jedné lahvičky. Například je nutné snížit hydraulický odpor a zároveň zvýšit součinitel prostupu tepla. Výměník tepla musí být odolný proti korozi, ale ne příliš náročný na údržbu. To vše vedlo k tomu, že se objevilo mnoho typů výměníků tepla. Použije se ten, který nejlépe vyhovuje situaci.
Klasifikace výměníků tepla
Jak je uvedeno výše, v současné době existuje velké množství výměníků tepla. Nejprve je třeba je oddělit podle způsobu přenosu tepla do média. Zde jsou výměníky tepla rozděleny do následujících skupin:
- rekuperativní;
- regenerative;
- mixing;
- elektricky vyhřívané.
Pojďme se blíže podívat na rekuperační výměníky tepla. Konstrukce výrobku předpokládá přítomnost jednovrstvé nebo vícevrstvé stěny, kterou je přenášeno teplo. Obvykle se to děje již v ustáleném pohybu. Je zajímavé, že v takových zařízeních se přenos tepla provádí nuceným pohybem bez změny fázestáty. To však platí pouze pro trvale pracující výměníky tepla. Pokud mluvíme o jednotkách s periodickým režimem provozu, pak se po určitou dobu provádí ohřev, odpařování a chlazení, a to vše v sekvenčním režimu. Taková zařízení patří k výměníkům tepla s nestabilním tepelným pohybem. To je způsobeno tím, že teplota chladicí kapaliny na vstupu a výstupu je výrazně odlišná. Často se takové agregáty nacházejí ve formě cívek a jsou lamelární, žebrované a jiné formy. O něco později se podíváme na několik typů. Tím ale klasifikace výměníků tepla nekončí.
Regenerační jednotky a elektrické vytápění
V tomto případě, stejně jako v předchozím, slouží teplosměnná plocha k přenosu tepelné energie. Tento povrch je však jakousi tryskou. Hraje roli meziakumulačního prostředku, který akumuluje teplo. Celkově lze celý proces rozdělit do několika fází. V první fázi tryska vnímá určité množství tepla. Poté dojde k přechodu do druhého stupně a chladicí kapalina se přenese po povrchu trysky. K tomu dochází při změně průtoku chladicí kapaliny. V této fázi se tryska postupně ochlazuje a nahromaděné teplo se uvolňuje do vytápěného prostředí, kterým může být váš pokoj.
Regenerátory jsou nestacionární jednotky. Tryska je často nehybná a tepelné procesy se synchronně opakují. Zařízení tohoto typu se často nazývají pračky popřchladicí věže.
Podstatou elektricky vyhřívaných výměníků tepla je, že jako hlavní zdroj tepla se používá elektřina. Instalace elektrického oblouku se používají k přeměně elektrické energie na tepelnou energii. Mohou být jak přímé, tak nepřímé vytápění. Nejběžnějšími výměníky tepla v průmyslu jsou indukční a odporové ohřívače. Jak vidíte, zařízení pro výměnu tepla se mohou lišit, nyní se podíváme blíže na každý typ, jeho rozsah a konstrukční vlastnosti.
Spirálové výměníky tepla
Zařízení je dvojice spirálových kanálů. Obvykle se vinou kolem centrální přepážky. K tomu jsou vyrobeny z válcovaného materiálu. Stojí za zmínku, že spirálové výměníky tepla jsou vhodné pro ohřev a chlazení kapalin s vysokou viskozitou.
Topná plocha je z velké části tvořena dvěma plechy, které jsou k jádru připevněny svarem. Samotná jednotka se skládá pouze ze 2 kanálů, obvykle obdélníkových, vyrobených ve formě spirály. Konec spirály (vnitřní) má dělicí stěnu a je upevněn pomocí čepů. Výměníky tepla mohou být vyrobeny jak vertikální, tak horizontální. Pokud není možné nainstalovat jeden typ z důvodu nedostatečného prostoru nebo složité konfigurace místnosti, použije se druhý, výhodnější. Zajímavé také je, že si spotřebitel může vybrat spiráluvýměníky tepla s různými šířkami spirál, od 20 do 150 centimetrů. Současně se topná plocha může pohybovat od 3,2 do 100 metrů čtverečních s maximálním tlakem systému 1 MPa.
Je třeba poznamenat, že toto zařízení pro výměnu tepla má řadu významných výhod. Za prvé je to snížený hydraulický odpor. Za druhé, kompaktnost a vysoká účinnost a intenzita přenosu tepla. Ale to vše přispělo k tomu, že se objevily nevýhody v podobě složitého návrhu a opravy.
O deskových výměnících tepla
V současné době se vyrábí skládací a nerozebíratelné deskové výměníky tepla. První typ je přirozeně výhodnější z mnoha důvodů. Za prvé je to snadná údržba. Takové zařízení je velmi rychle rozebráno a smontováno, takže jakákoliv porucha je v krátké době eliminována. Neoddělitelné modely se obvykle neopravují, a pokud ano, pak mnohem déle.
Název ve skutečnosti naznačuje, že toto zařízení sestává z balíčku prefabrikovaných desek. Mohou být vyrobeny z různých materiálů, jako je měď, titan, grafit atd. Téměř vždy se pro zlepšení provozních vlastností desky vyrábí vlnité. V deskových výměnících tepla procházejí proudy studené a horké chladicí kapaliny ve vrstvách.
Zařízení samo o sobě je dobré, protože má kompetentní uspořádání. To umožnilo zvětšit plochu teplosměnné plochy a to vše vměstnat do relativně malých rozměrů. V každém případě se před nákupem provede výpočet výměníků tepla, který vám umožní získat údaje o tom, kolik energie zařízení potřebuje v konkrétním případě. Je třeba chápat, že všechny desky, které jsou staženy k sobě v obalu, vytvářejí mezi sebou kanály v důsledku stejného tvaru. Protéká jimi tekutina. No, nyní se podíváme na pár dalších zajímavých detailů, které se tohoto vybavení týkají.
Použití těsnění
Jak bylo uvedeno výše, hlavním prvkem přenosu tepla jsou desky. Jsou lisované za studena. K tomu se používají slitiny odolné proti korozi, které mohou výrazně zvýšit životnost a účinnost jednotky. Tloušťka desek se může v závislosti na modelu lišit od 0,4 do 1,0 mm. V pracovní poloze jsou desky pevně přitlačeny k sobě. V tomto případě se vytvoří malé štěrbinové kanály. Na přední straně je speciální drážka, je tam nainstalováno pryžové těsnění (těsnění). Kromě toho mají těsnění otvory, které jsou nezbytné pro přívod a odvod tekutiny. V případě, že některý z otvorů prorazí, je k dispozici systém odvodňovacích drážek, aby se zabránilo smíchání studeného a horkého média.
Díky vytvoření protiproudu mezi oběma médii bylo možné dosáhnout nejen zlepšení nastavené teploty, ale i rychlejšího přenosu tepla při relativně malých hydraulických odporech. Nebylo by zbytečné říkat, že základní princip fungování je založen na protiproudu, tedy pohybu ohřevu aohřívání kapaliny v různých směrech. Aby se zabránilo smíchání, je instalováno dvojité pryžové těsnění nebo kovová deska. Počet desek a kanálů se může lišit v závislosti na provozních požadavcích zařízení. Před vytvořením se provádí tepelný výpočet výměníků tepla, který umožňuje určit optimální režim provozu. Někdy se používají drahé slitiny, které se nebojí dlouhodobého provozu v agresivním prostředí.
Deskové výměníky tepla
PRT se používají k přenosu tepla v neagresivních a plynných médiích v širokém teplotním rozsahu, od -270 do +200 stupňů Celsia. V tomto případě může tlak v systému dosáhnout 100 atmosfér a začít z vakua. Design je založen na myšlence aplikace žebrovaného povrchu na obou stranách desek. Samotný produkt se skládá z několika žeber, díky nimž dochází k přenosu tepla mezi médii. Stojí za zmínku, že je to žebrovaný deskový výměník tepla, který má širokou škálu tvarů žeber. To umožňuje mírně změnit provozní a technické vlastnosti. Nejčastěji můžete vidět průběžná a zvlněná žebra. Kromě těchto ale existují i exotičtější, jako jsou perforované a šupinaté. Jako materiál se obvykle používá plech. Jejich tloušťka je nastavitelná v závislosti na tlaku v systému a použité kapalině.
Tyto typy výměníků tepla se často vyrábějí s různými typy průtoku. Nejčastěji se používá protiproud, ale existují taképřímé a křížové obvody. Pokud budeme stručně mluvit o silných stránkách takového zařízení, pak je jich spousta. Za prvé jsou to provozní vlastnosti, jako je rychlý a intenzivní přenos tepla. Za druhé, má malou velikost. Dnes mnozí říkají, že nejpokročilejší jsou žebrové výměníky tepla. Nejčastěji se PRT používá v průmyslových odvětvích, jako je energetika, rafinace ropy, chemický a letecký průmysl. To vše je způsobeno velkým množstvím výhod a také širokou škálou kapalin a tlaků používaných v systému.
Trubkový výměník tepla: design a funkce
Zařízení pro výměnu tepla povrchového typu, které jsme již recenzovali, nejsou tak populární jako jednotky s pláštěm a trubkami. To jsou jen zařízení, která byla zmíněna na samém začátku, v nejjednodušší verzi - to je systém "pipe in pipe". Výměník tepla tohoto typu je systém (svazek) trubek, které jsou umístěny v plášti. Trubky jsou válcovány a přivařeny k tělu výrobku. V některých případech jsou navíc opařeni. To se provádí pro zajištění 100% těsnosti. Tělo je dodáváno s přídavnými tryskami. Některé jsou potřebné pro přívod páry, jiné pro odvod kondenzátu. Kromě toho jsou v plášti příčné rošty, které slouží k podepření teplosměnných trubek po celé délce jednotky. Zajímavostí je, že plášťové a trubkové výměníky se používají při teplotách od 190 stupňů Celsia resptlaky nasycené páry nad 15 barů.
Jakýkoli systém, který zahrnuje pohyb tekutiny, může být vystaven vodnímu rázu. Tento jev může zařízení částečně nebo úplně deaktivovat. Aby k tomu nedocházelo, používají se různé druhy akumulačních prvků, tzv. expanzní nádoby. V našem případě to ale není nutné, protože trubkové výměníky jsou proti nim velmi odolné. Navíc nejsou kladeny žádné přísné požadavky na čistotu prostředí. Významnou nevýhodou takového zařízení je, že všechny typy výměníků tepla tohoto typu jsou velmi náročné na kov, což ovlivňuje konečnou cenu a rozměry.
Výměníky tepla pro plynová zařízení
Není žádným tajemstvím, že každý kotel na tuhá paliva nebo plynový kotel má ve své konstrukci výměník tepla, říká se jim také topidla. Již jsme uvažovali o hlavních typech. Jak jste si jistě všimli, tyto či ony typy se používají v různých průmyslových odvětvích. Některá zařízení našla širší uplatnění, jiná se používají v určitých odvětvích a do jiných se nehodí. V našem případě dochází k použití trubkových a deskových výměníků tepla. V prvním případě máme co do činění se systémem trubek, ve druhém - s deskami. V zásadě, bez ohledu na typ, musí výměník tepla pro gejzír splňovat řadu požadavků. Za prvé, aby měl vysoký koeficient prostupu tepla, a za druhé, aby byl odolný a odolný vůči vysokým teplotám. Nejoblíbenějšími materiály jsou měď, hliník aocel. Druhá možnost je méně výhodná, protože takový kov je těžký, což snižuje účinnost. V každém případě musí výměník tepla pro gejzír sloužit minimálně 5 let.
Závěr
Zkontrolovali jsme tedy hlavní typy výměníků tepla. Takové druhy jako mušle a talíře byly ponechány bez pozornosti. V zásadě se mírně liší od klasických lamelových nebo žebrovaných. Často se ale můžete setkat s vanovými kamny s výměníkem s pláštěm. Klíčovou vlastností však je, že zařízení je odolné vůči vysokým teplotám a provozním tlakům. Pouzdro může být vyrobeno z materiálů, jako je titan, nerezová ocel nebo uhlíková ocel. Zajímavostí je, že koupelová kamna s deskovým výměníkem jsou dobře regulovatelná na páru nebo kondenzát, což je bezesporu značná výhoda. V zásadě to může dokončit příběh, protože nyní víte vše, co potřebujete o výměnících tepla.
