Kako radi izmjenjivač topline?

Koriste se za prijenos topline između jedne tekućine (bilo tekućine ili kao plin) i druge tekućine (druge tekućine ili plina) bez dopuštanja da dvije tekućine dođu u izravan međusobni kontakt, izmjenjivači topline se koriste u procesima grijanja i hlađenja.

Izmjenjivači toplinekoriste se u nizu primjena uključujući klimatizaciju, kemijska postrojenja, petrokemijska postrojenja, rafinerije nafte, elektrane, obradu prirodnog plina, hlađenje, obradu otpadnih voda i grijanje prostora. Također se mogu naći u motorima s unutarnjim izgaranjem, gdje omogućuju protok rashladne tekućine motora kroz zavojnice hladnjaka dok zrak prolazi pored njih, hladeći rashladnu tekućinu dok zagrijavajući zrak.

Izmjenjivač topline radi tako da dopušta toplini iz jedne tekućine da prođe kroz drugu, hladniju, tekućinu bez njihovog miješanja ili izravnog kontakta.

Na primjer, zamislite cijev s drugom cijevi oko nje. Unutarnja cijev može dopustiti vrućoj tekućini da prođe kroz nju dok hladnija tekućina prolazi istovremeno kroz vanjsku cijev. To bi omogućilo hladnijem fluidu da smanji temperaturu toplijeg, budući da je topliji fluid istovremeno povećavao toplinu hladnijeg. Naravno, ovo je vrlo osnovni primjer izmjene topline, a postoji niz drugih čimbenika koje treba uzeti u obzir kada se istražuju izmjenjivači topline:

1. Prolazi

Zakrivljenjem cijevi, na primjer u obliku slova 'S', možete omogućiti tekućinama da naprave više od jednog 'prolaska' prije nego napuste izmjenjivač topline. Jednostruki prolaz je ravna cijev, gdje tekućina ulazi na jednom kraju i izlazi na drugom kraju izmjenjivača topline prilično brzo. Dvostruki prolaz koristi U-oblik, tako da tekućina ulazi i izlazi iz izmjenjivača topline na istom kraju, produžujući vrijeme u kojem tekućine prolaze-jedna preko druge u izmjenjivaču topline. Trostruki prolaz koristi formaciju u obliku slova 'S' koja omogućuje da tekućina putuje duž duljine izmjenjivača topline tri puta prije nego što izađe. Što je veći broj prolaza, to je dostupna veća količina prijenosa topline – jednostavno zato što su tekućine dulje zajedno u sustavu – iako to također može dovesti do pada tlaka i gubitka brzine.

2. Temperaturni prijelaz-

Temperaturno-križanje događa se kada toplina hladnije tekućine počinje prelaziti s temperaturom vruće tekućine u izmjenjivaču topline. Na primjer, ulje koje ulazi u izmjenjivač topline na 80⁰C zajedno s vodom na temperaturi od 30⁰C, moglo bi vidjeti da njihove temperature prelaze-ako ulje padne na 50⁰C dok voda dosegne 51⁰C. U ovom trenutku hladnija tekućina (voda) postala je toplija od ulja. Prelazak temperature-može značajno smanjiti učinkovitost izmjenjivača topline, osobito pri hlađenju. To se može izbjeći povećanjem brzine protoka rashladne tekućine (pogledajte 'Brzina protoka' u nastavku), tako da u sustavu bude više rashladne tekućine. Gdje je prijelaz-temperature neizbježan, korištenje pločastog izmjenjivača topline (pogledajte 'Vrste izmjenjivača topline, u nastavku) je najbolje rješenje.

3. Temperaturna razlika

Ovo se odnosi na temperaturnu razliku između rashladne tekućine i vruće tekućine, koja je važna u izmjenjivaču topline, kao što je prikazano 'temperaturnim križanjem-overa' (iznad). Rashladno sredstvo treba održavati na nižoj temperaturi od vrućeg fluida, a što je rashladno sredstvo hladnije, učinkovitije će odvoditi toplinu iz vrućeg fluida.

4. Brzina protoka

Ovo je količina tekućine koja prolazi kroz-presjek cijevi u određenom vremenskom razdoblju. Izračunava se kao volumen tekućine po vremenu u kojem je tekućina protjecala - s većom brzinom protoka koja potencijalno povećava sposobnost izmjenjivača topline za prijenos topline. Međutim, više tekućine znači i veću masu za transport, kao i povećanje gubitka tlaka i brzine.

Izmjenjivači topline mogu se klasificirati prema rasporedu protoka ili prema dizajnu samog izmjenjivača topline.

Tri glavne klasifikacije rasporeda protoka u izmjenjivačima topline su paralelni-tok, protutok i poprečni-tok:

• Paralelni protok:Dvije tekućine ulaze na istom kraju izmjenjivača topline i putuju paralelno prije nego što zajedno izađu
• Protutok:Tekućine ulaze na suprotnim stranama izmjenjivača topline i putuju kroz sustav u suprotnim smjerovima. Ovo je najučinkovitiji raspored protoka, jer prosječna temperaturna razlika između tekućina ostaje veća u cijelom sustavu
• Poprečni-tok:U ovom obliku izmjenjivača topline, tekućine putuju okomito (pod pravim kutom) jedna na drugu

Kao i raspored protoka, izmjenjivači topline mogu se kategorizirati prema vrsti, prema fizičkom dizajnu izmjenjivača topline:

• Dvostruka cijev:Ovo je najjednostavniji tip izmjenjivača topline koji se koristi u industriji. Kao što ime sugerira, sastoje se od dvije cijevi kroz koje mogu teći tekućine. Konfiguracija protoka može biti paralelna ili protustrujna, pri čemu je protutok učinkovitiji, dok je paralelni protok bolji ako se dvije tekućine moraju dovesti na istu temperaturu. Ovi izmjenjivači topline su jednostavni i jeftini za dizajn i održavanje, ali imaju relativno nisku razinu učinkovitosti u usporedbi s drugim dizajnom
• Školjka i cijev:Ljuskasti i cijevni izmjenjivači topline koriste skup metalnih cijevi kroz koje teče jedna tekućina, okruženih zatvorenim omotačem kroz koji teče druga tekućina. Ovaj tip izmjenjivača topline radi sa svim vrstama protoka – paralelnim, protustrujnim i križnim - i može se naći u parnim lokomotivama. Pregrade se koriste za usmjeravanje protoka tekućine, izazivanje vibracija u tekućini i podupiranje cijevi, dok se rebra također mogu koristiti s-tehnologijama hlađenja zrakom (kao što su inter-hladnjaci motora s izgaranjem) za povećanje područja prijenosa topline
• Ploča/peraja:Ova vrsta izmjenjivača topline koristi hrpe tankih metalnih ploča koje su razdvojene perajama kako bi oblikovale razine, slično podovima u zgradi. Međutim, svaki od tih 'kata' je-samostalan i odvojen od onog iznad ili ispod, stvarajući zapečaćeni niz cijevi kroz koje tekućine mogu teći. Ovo stvara veliku površinu koja može brzo izmjenjivati ​​toplinu, a istovremeno jamči protok tekućine preko cijele površine prijenosa topline, sprječavajući stagnaciju i nakupljanje tekućine. Ploče se mogu izraditi u različitim veličinama, dubinama i oblicima, uključujući valovite ploče, ploču i okvir, ploču i školjku ili spiralne ploče. Visoka turbulencija protoka između ploča stvara veći prijenos topline i smanjenje tlaka. Ovaj tip izmjenjivača topline koristi se u aplikacijama kao što su plinske peći i kotlovi.
• Zračno hlađeno:Ovaj tip izmjenjivača topline obično se nalazi u vozilima i drugim pokretnim aplikacijama gdje nije dostupna hladna voda. Umjesto dvije tekućine, sustavi hlađeni zrakom koriste hladan zrak iz ventilatora ili strujanje zraka uzrokovano kretanjem samog vozila.
• Kondenzatori, kotlovi i isparivači:Ovaj tip izmjene topline zaslužuje poseban spomen jer radi na malo drugačiji način od onih koji su već opisani. Umjesto umetanja dvije tekućine (vruće i hladne), one koriste hlađenje i kondenzaciju vrućeg plina u tekući oblik (i obrnuto) za stvaranje ciklusa prijenosa topline. To je proces koji koriste parne turbine i generatori pare, koji koriste ciklus isparavanja vode u paru i njezinog kasnijeg hlađenja natrag u tekućinu.
• Rekuperatori:Rekuperator je izmjenjivač topline dizajniran za hvatanje topline koja bi inače bila izgubljena, kao što je toplina koja se ispušta iz zgrade. Topli zrak se usmjerava van kroz kanal uz odvojeni, dolazni kanal hladne tekućine kako bi se stvorio protutok. Ovako funkcionira ventilacijski-sustav s povratom topline, omogućujući da se zgrada ventilira svježim zrakom bez gubitka sve topline iz izlazećeg toplijeg zraka
• Regeneratori:Ove vrste izmjenjivača topline dopuštaju da se ulazne i izlazne tekućine kreću kroz isti kanal u suprotnim smjerovima u različito vrijeme. Dok topla tekućina istječe van, ona odustaje od svoje topline, a zatim, dok hladna tekućina ulazi, preuzima dio zaostale topline koja je tamo ostala. Ova vrsta izmjene topline koristi se u Stirlingovom motoru koji koristi klip za potiskivanje zarobljenog plina naprijed-natrag između izvora topline (kao što je vatra) i hladnijeg područja ili 'sudopera', gdje se gubi toplina. Ovaj tip izmjenjivača topline smanjuje gubitak topline u sustavu 'regeneracijom' topline.

Izmjenjivači topline koriste se za širok raspon primjena u industrijskoj i svakodnevnoj uporabi.

Dok izmjenjivači topline dolaze u nizu različitih dizajna i sustava protoka, svi rade na sličan način; dopuštajući toplinski kontakt između toplije i hladnije tekućine (bez stvarnog miješanja), tako da se dvije tekućine u skladu s tim zagrijavaju ili hlade-drugu.

To poboljšava učinkovitost vozila i drugih jedinica, kao i uštedu troškova i smanjenje potrošnje energije (i bilo kojeg povezanog utjecaja na okoliš).

Posegnite za HX planovima

Vaši scenariji primjene izmjenjivača topline (kao što su obrada hrane, petrokemijska industrija, hlađenje) i karakteristike medija (korozivnost/viskoznost/temperatura) variraju, tako da će plan specifikacije također biti isključivo prilagođen-javite nam svoje potrebe, a mi ćemo vam pružiti ciljane parametre i ponude.

Email:global@gneesteels.com