Regenerativni toplotni izmenjevalniki: vrste, načelo delovanja, obseg

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Načelo toplotne izmenjave z ogrevanimi obtočnimi mediji velja za optimalno za vzdrževanje delovanja ogrevalnih sistemov. Pravilno organiziran sistem kanalov za prenos toplotne energije zahteva minimalne stroške vzdrževanja, hkrati pa zagotavlja zadostno zmogljivost. Optimizirana možnost oblikovanja za tak sistem je regenerativni toplotni izmenjevalnik, ki zagotavlja izmenične procese ogrevanja in hlajenja.

Kaj je toplotni izmenjevalec?

Zasnovi sodobnih toplotnih izmenjevalcev zagotavljajo postopke za prenos toplotne energije z minimalnimi izgubami med delovnimi mediji. Izmenjava se najpogosteje zgodi med vročo tekočino in hladnimi kovinskimi površinami, katerih stene pa soobrnemo, prenesemo toploto na drug krožni medij. Nenehno gibanje zagotavlja učinek stabilnega prenosa mase, ki se uporablja tako v industrijskih podjetjih kot v domači službi zasebnih hiš. Poleg izmenjave energije med hladnimi in vročimi mediji lahko toplotni izmenjevalniki zagotavljajo procese izhlapevanja, sušenja, taljenja in kondenzacije s hlajenjem. Namesto toplote kot glavnega delovnega medija se lahko uporabljajo tudi hladni tokovi, kar je še posebej pogosto v proizvodnih procesih, kjer je potrebno periodično hlajenje opreme. Vendar pa so naloge ogrevanja bolj verjetno povezane z zasnovo toplotnega izmenjevalnika. Na primer, visokotemperaturna oprema te vrste lahko poveča toplotni režim do 400-700 °C.

Lastnosti regenerativnega toplotnega izmenjevalnika

Izvedbe toplotnih izmenjevalnikov na osnovni ravni delimo na površinske in mešalne. V tem primeru govorimo o predstavniku skupine površinskih naprav, za katere je značilno, da sta v delovni proces vključena dva aktivna medija (ogreti in hladni tokovi) in kovinska stena, ki prenaša energijo med krožečimi maše. V regenerativnem izmenjevalniku toplote se ločilna kovinska plošča splakuje v rednih intervalih, vendar ne neprekinjeno. Za primerjavo lahko navedemo primer še enega površinskega toplotnega izmenjevalnika - rekuperativnega. V takšnih napravah delovni proces vključuje stalno pranje podobne stene s hladno ali ogrevanotokovi.

Načelo delovanja naprave

Glavna funkcija toplotnega izmenjevalnika se izvaja v trenutku stika aktivnega delovnega medija s kovinsko ploščo, ki ločuje tokove. To pomeni, da je ključno načelo delovanja kopičenje energije iz tekočine, ki ima trenutno drugačno temperaturo kot stena toplotnega izmenjevalnika. Grobo rečeno, v prvem ciklu delovanja vroči tokovi prenašajo in s tem zadržujejo toploto v kovinskem elementu, v drugem in zadnjem ciklu pa to toploto zaznava že hladno okolje. Akumulacijski princip delovanja toplotnega izmenjevalnika z jasno ločitvijo na medije glede na temperaturo ima pomembne prednosti. Prvič, odsotnost potrebe po mešanju delovnih medijev izboljša kakovost sestave tokov. To je pomemben dejavnik tehnične in operativne vsebine komunikacij. Drugič, poveča se tudi učinkovitost prenosa toplote kot takega. Po drugi strani pa so te prednosti neločljivo povezane s pomanjkljivostmi zasnove. Temeljna ločitev tokov povečuje dimenzije opreme, kar včasih prisili razširitev odsekov cevovoda v starih komunikacijskih ogrevalnih omrežjih. Poleg tega zagotavljanje cirkulacijske funkcije zahteva povečanje energetskega potenciala, ki se izraža v potrebi po priključitvi črpališč velike zmogljivosti.

Rabljena hladilna sredstva

Modeli regenerativnih toplotnih izmenjevalcev so vsestranski v smislu uporabnosti za različnedelovna okolja. Kot pri drugih toplotnih izmenjevalnikih je najpogostejši aktivni medij tekočina - voda ali antifriz. Hladilne tekočine, ki se uporabljajo v tehnoloških operacijah v proizvodnji, so bolj raznolike. Za ogrevanje in hlajenje se uporabljajo vodna para, mešanice plinov, dim in dimni produkti zgorevanja. Vendar to sploh ne pomeni, da lahko isti regenerativni toplotni izmenjevalnik podpira delovanje z različnimi nosilci toplote. Načeloma zasnova dopušča takšno teoretično možnost, vendar mora biti vsak primerek sprva zasnovan za delovanje v stiku z določenim agresivnim okoljem, saj tako visoke temperature kot tekočina kot taka negativno vplivajo na kovinsko strukturo.

Vrste regenerativnih toplotnih izmenjevalcev

Obstajata dve vrsti takšnih enot. To so naprave z neprekinjenim in periodičnim delovanjem. Kontinuirni toplotni izmenjevalniki so enote z zrnatim obtočnim polnilom. Krmilni sistem za proces premikanja delovnega medija omogoča popolno zaustavitev gibanja, pri katerem bo hladilna tekočina ohranila stik z oprano površino. Mimogrede, funkcijo naravnega avtomatskega regulatorja lahko opravljajo posebne šobe za shranjevanje toplote. Pri zasnovi regenerativnega toplotnega izmenjevalnika s fiksnimi šobami so možnosti za nadzor pretokov omejene in popolnoma odvisne od nastavitev, ki jih nastavi upravljavec. Kar zadeva modele s periodičnim delovanjem, soimajo zapleteno distribucijsko strukturo komor s toplotnimi nosilci. Takšna naprava poveča učinkovitost aparata, zahteva pa tudi odgovornejšo funkcijo napajanja iz obtočne črpalke.

Toplotni izmenjevalniki s taljivim jedrom

Ena trenutno najnaprednejših različic regeneratorja za izmenjavo toplote, katerega embalažo tvorijo trombociti s povprečno debelino 20 mm. V tem sistemu je talilno jedro - naprava s tekočo kovino v notranjosti, ki sprošča toplotno energijo v obdobjih taljenja ali kristalizacije. Latentna toplota v regenerativnih toplotnih izmenjevalnikih s premično šobo poveča toplotno kapaciteto krogotoka desetkrat v primerjavi z običajnimi enotami, ki ustvarjajo ugodne pogoje za procese akumulacije toplote. Učinkovitost te vrste visokotemperaturnega toplotnega izmenjevalnika bo določena s specifično površino embalaže in njeno zmogljivostjo za shranjevanje toplote.

Obseg opreme

Toplotne izmenjevalne enote se pogosto uporabljajo v različnih sistemih ogrevalne opreme s kotlovskimi inštalacijami, bojlerji, zalogovniki, kotli itd. To velja predvsem za zasebni segment, vendar so najvišji tehnični in operativni kazalniki te naprave razkriti v industrijskem sektorju. Na primer, ciljne aplikacije za regenerativni šaržni toplotni izmenjevalnik tvorijo jeklarne in steklarne, kjer je treba delati zzelo visoke temperature. Na primer, priključeni grelniki zraka v takšnih pogojih delovanja so izračunani za načine do 1300 °C. In spet lahko govorimo ne le o tekočih medijih, ampak tudi o mešanicah plinov, kar povečuje varnostne zahteve za delovanje takšnih enot.

Sklep

Regenerativna modifikacija toplotnega izmenjevalnika je bila razvita za optimizacijo številnih toplotnih procesov. Posledično je danes v istih industrijskih objektih mogoče izvajati tehnološke postopke z minimalno porabo goriva, hkrati pa ohranjati visoko temperaturo zgorevanja. Toda to sploh ne pomeni, da je načelo delovanja toplotnega izmenjevalnika z akumulacijsko funkcijo popolnoma brez pomanjkljivosti. Šibke točke te opreme vključujejo omejene možnosti avtomatizacije procesa toplotne tehnike, velike velikosti in teže aparata ter težave pri povezovanju strukture z glavnimi proizvodnimi komunikacijami. Druga stvar je, da se zasnova regeneratorja nenehno izboljšuje, kar dokazuje pojav naprednejših modelov toplotnih izmenjevalnikov s taljivim jedrom.