כל אחד מאיתנו נתקל במחלפי החום הפשוטים ביותר. דוגמה בולטת לכך היא העיצוב של "צינור בצינור" או משהו כזה. קשה היה לדמיין את חיינו אלמלא הומצא מחליף החום. כיום יש מספר עצום של מחליפי חום. הם נבדלים זה מזה לא רק במאפיינים טכניים, אלא גם בהיקף, בעיצוב וכו'. בואו נדבר בפירוט רב יותר על נושא זה ונעסוק בנקודות מעניינות.
כמה מידע כללי
מחליף חום הוא מכשיר המשמש להעברת חום ממדיום אחד למשנהו. יחד עם זאת, אתה צריך להבין כי מחליף החום עצמו, ללא ציוד חימום, הוא חסר תועלת לחלוטין, אבל במתחם אתה יכול לקבל תוצאות נפלאות ולחמם בהצלחה אפילו חדרים גדולים וקרים מאוד. בנוסף, מדענים ניסו כל הזמן למזער את אובדן החום כאשר הוא מועבר לסביבה אחרת. היום זה לא אפשרילהתפאר ביעילות של 100%, אבל אנחנו יכולים לדבר בבטחה על יעילות של 90-95%. המאפיינים התפעוליים והטכניים של המוצר מוגברים באמצעות שימוש בחומרים שהוכנו במיוחד, כמו גם נוזל קירור. כמובן שכל זה מייקר במידת מה את מחיר הציוד, אבל זה שווה את זה.
בעת התכנון, המהנדסים מתמודדים כל הזמן עם דרישות סותרות שצריך לשלב לבקבוק אחד. לדוגמה, יש צורך להפחית את ההתנגדות ההידראולית ובמקביל להגדיל את מקדם העברת החום. מחליף החום חייב להיות עמיד בפני קורוזיה, אך לא קשה מדי לתחזוקה. כל זה הוביל לעובדה שהופיעו סוגים רבים של מחליפי חום. נעשה שימוש בזו שהכי מתאימה למצב.
סיווג מחליפי חום
כפי שצוין לעיל, יש כיום מספר עצום של מחליפי חום. קודם כל, יש להפריד אותם לפי שיטת העברת החום למדיום. כאן מחליפי החום מחולקים לקבוצות הבאות:
- recuperative;
- regenerative;
- mixing;
- מחומם חשמלי.
בואו נסתכל מקרוב על מחליפי חום מתאוששים. עיצוב המוצר מרמז על נוכחות של קיר חד-שכבתי או רב-שכבתי שדרכו מועבר חום. בדרך כלל זה קורה כבר בתנועה יציבה. מעניין כי במכשירים כאלה, העברת חום מתבצעת בתנועה מאולצת מבלי לשנות את השלבמדינות. אבל זה חל רק על מחליפי חום הפועלים באופן קבוע. אם אנחנו מדברים על יחידות עם מצב פעולה תקופתי, אז במשך תקופה מסוימת מתבצעים חימום, אידוי וקירור, וכל זה במצב רציף. מכשירים כאלה שייכים למחליפי חום בעלי תנועה תרמית לא יציבה. זאת בשל העובדה שטמפרטורת נוזל הקירור בכניסה וביציאה שונה באופן משמעותי. לעתים קרובות, אגרגטים כאלה נמצאים בצורה של סלילים והם למלרי, מצולע וצורות אחרות. קצת מאוחר יותר נסתכל על כמה סוגים. אבל הסיווג של מחליפי חום לא נגמר בזה.
יחידות התחדשות וחימום חשמלי
במקרה זה, בדיוק כמו במקרה הקודם, משטח חילופי החום משמש להעברת אנרגיית חום. עם זאת, משטח זה הוא סוג של זרבובית. הוא ממלא את התפקיד של אמצעי מצטבר ביניים שצובר חום. בגדול, ניתן לחלק את כל התהליך למספר שלבים. בשלב הראשון, הזרבובית קולטת כמות מסוימת של חום. לאחר מכן יש מעבר לשלב השני, ונוזל הקירור מועבר על פני הזרבובית. זה קורה כאשר משנים את זרימת נוזלי הקירור. בשלב זה, הזרבובית מתקררת בהדרגה, והחום המצטבר משתחרר לסביבה המחוממת, שעשויה להיות החדר שלך.
מחדשים הם יחידות לא נייחות. הזרבובית לרוב חסרת תנועה, ותהליכים תרמיים חוזרים על עצמם באופן סינכרוני. מכשירים מסוג זה נקראים לעתים קרובות scrubbers אומגדלי קירור.
מהותם של מחליפי חום מחוממים חשמלית היא שהחשמל משמש כמקור החום העיקרי. מתקני קשת חשמליים משמשים להמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה תרמית. הם יכולים להיות גם חימום ישיר וגם עקיף. מחליפי החום הנפוצים ביותר בתעשייה הם מחממי אינדוקציה והתנגדות. כפי שאתה יכול לראות, ציוד לחילופי חום יכול להיות שונה, כעת נסתכל מקרוב על כל סוג, היקפו ותכונות העיצוב שלו.
מחליפי חום ספירליים
המכשיר הוא זוג ערוצים ספירליים. הם בדרך כלל מתפתלים סביב המחיצה המרכזית. כדי לעשות זאת, הם עשויים מחומר מגולגל. ראוי לציין שמחליפי חום ספירליים מתאימים היטב לחימום וקירור נוזלים בעלי צמיגות גבוהה.
בגדול, משטח החימום נוצר משתי יריעות מתכת המחוברות לליבה באמצעות ריתוך. היחידה עצמה מורכבת מ-2 תעלות בלבד, לרוב מלבניות, העשויות בצורת ספירלה. לקצה הספירלה (פנימי) יש קיר מפריד והוא קבוע בסיכות. מחליפי חום יכולים להתבצע הן אנכיים והן אופקיים. אם לא ניתן להתקין סוג אחד בגלל חוסר מקום או תצורה מורכבת של החדר, אזי נעשה שימוש בשני, העדיף יותר. מעניין גם שהצרכן יכול לבחור בספירלהמחליפי חום עם רוחב ספירלה שונה, מ-20 עד 150 סנטימטרים. יחד עם זאת, משטח החימום יכול לנוע בין 3.2 ל-100 מ ר עם לחץ מערכת מרבי של 1 MPa.
יש לציין שלציוד החלפת חום זה יש מספר יתרונות משמעותיים. ראשית, זוהי התנגדות הידראולית מופחתת. שנית, קומפקטיות ויעילות גבוהה ועוצמת העברת חום. אבל כל זה תרם לכך שהיו חסרונות בדמות עיצוב ותיקון מורכבים.
על מחליפי חום לצלחות
כיום מיוצרים מחליפי חום מתקפלים ובלתי ניתנים להפרדה. מטבע הדברים, הסוג הראשון עדיף יותר בגלל סיבות רבות. ראשית, זה קלות התחזוקה. ציוד כזה מפורק ומורכב מהר מאוד, כך שכל תקלה מתבטלת תוך זמן קצר. דגמים שאינם ניתנים להפרדה בדרך כלל אינם מתוקנים, ואם כן, אז עוד הרבה זמן.
למעשה, השם מרמז שהציוד הזה מורכב מחבילה של צלחות מוכנות. הם יכולים להיות עשויים מחומרים שונים כגון נחושת, טיטניום, גרפיט, וכו 'כמעט תמיד, כדי לשפר את תכונות הביצועים, הצלחות עשויות גלי. במחלפי חום צלחות, הזרימות של נוזל קירור קר וחם עוברות בשכבות.
הציוד עצמו טוב כי יש לו פריסה מוכשרת. זה איפשר להגדיל את שטח משטח חילופי החום ולהתאים את כל זה לממדים קטנים יחסית.בכל מקרה, לפני הקנייה, מתבצע חישוב של מחליפי חום, המאפשר לך לקבל נתונים על כמה כוח המכשיר צריך במקרה מסוים. יש להבין שכל הפלטות הנמשכות יחד בחבילה יוצרות ביניהן תעלות עקב אותה צורה. נוזל זורם דרכם. ובכן, כעת נסתכל על עוד כמה פרטים מעניינים הקשורים לציוד הזה.
שימוש באטמים
כפי שצוין לעיל, המרכיב העיקרי של העברת חום הם צלחות. הם מוטבעים בקור. לשם כך, נעשה שימוש בסגסוגות עמידות בפני קורוזיה, אשר יכולות להגביר באופן משמעותי את העמידות והיעילות של היחידה. עובי הלוחות, בהתאם לדגם, יכול לנוע בין 0.4 ל-1.0 מ מ. במצב עבודה, הלוחות נלחצים בחוזקה זו כנגד זו. במקרה זה, נוצרים ערוצים מחורצים קטנים. בצד הקדמי יש חריץ מיוחד, מותקן שם אטם גומי (אטם). בנוסף, לאטמים יש חורים הנחוצים לאספקה ופינוי של נוזלים. במקרה שאחד החורים פורץ דרך, מסופקת מערכת של חריצי ניקוז כדי למנוע ערבוב של חומר קר וחם.
עקב יצירת זרם נגדי בין שני המדיות, ניתן היה להשיג לא רק שיפור בטמפרטורה שנקבעה, אלא גם העברת חום מהירה יותר עם התנגדויות הידראוליות קטנות יחסית. לא יהיה מיותר לומר שעיקרון הפעולה הבסיסי מבוסס על זרם נגדי, כלומר, תנועת החימום והנוזל חימום לכיוונים שונים. כדי למנוע ערבוב, מותקן אטם גומי כפול או לוח מתכת. מספר הלוחות והתעלות עשוי להשתנות בהתאם לדרישות התפעול של הציוד. לפני היצירה, מתבצע חישוב תרמי של מחליפי חום, המאפשר לקבוע את אופן הפעולה האופטימלי. לפעמים נעשה שימוש בסגסוגות יקרות שאינן חוששות מהפעלה ארוכת טווח בסביבה אגרסיבית.
מחליפי חום עם סנפירים
PRT משמשים להעברת חום במדיה לא אגרסיבית וגזי בטווח טמפרטורות רחב, מ-270 עד +200 מעלות צלזיוס. במקרה זה, הלחץ במערכת יכול להגיע ל-100 אטמוספרות ולהתחיל בוואקום. העיצוב מבוסס על הרעיון של יישום משטח מצולע משני צידי הלוחות. המוצר עצמו מורכב ממספר צלעות שבזכותן מתבצעת העברת חום בין מדיה. ראוי לציין כי מחליף החום בעל הסנפירים הוא בעל מגוון רחב של צורות סנפיר. זה מאפשר לך לשנות מעט את המאפיינים התפעוליים והטכניים. לרוב ניתן לראות צלעות רצופות וגליות. אבל בנוסף לאלה, יש גם אקזוטיים יותר, כמו מחוררים וקשקשים. מתכת משמשת בדרך כלל כחומר. העובי שלהם מתכוונן בהתאם ללחץ במערכת ולנוזל בשימוש.
לעתים קרובות סוגים אלה של מחליפי חום עשויים עם סוגים שונים של זרימה. לרוב, נעשה שימוש בזרימה נגדית, אבל יש גםישר דרך וחוצה מעגלים. אם נדבר בקצרה על החוזקות של ציוד כזה, אז יש הרבה מהם. ראשית, מדובר במאפיינים תפעוליים, כגון העברת חום מהירה ואינטנסיבית. שנית, הוא קטן בגודלו. כיום, רבים אומרים כי אלו הם מחליפי החום עם סנפירים המתקדמים ביותר. לרוב, PRT משמש בתעשיות כמו אנרגיה, זיקוק נפט, תעשיות כימיות ותעופה. כל זה נובע ממספר רב של יתרונות, כמו גם מגוון רחב של נוזלים ולחצים המשמשים במערכת.
מחלף חום של מעטפת וצינור: עיצוב ותכונות
ציוד לחילופי חום מסוג משטח, שכבר סקרנו, אינו פופולרי כמו יחידות מעטפת וצינורות. אלו רק המכשירים שהוזכרו כבר בהתחלה, בגרסה הפשוטה ביותר - זוהי מערכת "צינור בצינור". מחליף חום מסוג זה הוא מערכת (צרור) של צינורות המונחים במעטפת. הצינורות מגולגלים ומרותכים לגוף המוצר. במקרים מסוימים, הם נצרבים בנוסף. זה נעשה כדי להבטיח 100% אטימות. הגוף מסופק עם חרירים נוספים. חלקם נחוצים לאספקת קיטור, אחרים להסרת עיבוי. בנוסף, ישנם סורגים רוחביים במעטפת, המשמשים לתמיכה בצינורות חילופי החום לכל אורך היחידה. מעניין, מחליפי חום של מעטפת וצינורות משמשים בטמפרטורות מ-190 מעלות צלזיוס אולחצי קיטור רווי מעל 15 בר.
כל מערכת הכרוכה בתנועת נוזלים יכולה להיות נתונה לפטיש מים. תופעה זו מסוגלת לנטרל את הציוד באופן חלקי או מלא. כדי למנוע את זה, משתמשים בסוגים שונים של אלמנטי אחסון, מה שנקרא מיכלי הרחבה. אבל במקרה שלנו, זה לא הכרחי, כי מחליפי חום מעטפת וצינור מאוד עמידים בפניהם. בנוסף, אין דרישות מחמירות לניקיון הסביבה. חיסרון משמעותי של ציוד כזה הוא שכל סוגי מחליפי החום מסוג זה הם עתירי מתכת מאוד, מה שמשפיע על העלות הסופית ועל המידות.
מחליפי חום לציוד גז
זה לא סוד שלכל דוד דלק מוצק או גז יש מחליף חום בעיצוב שלו, הם נקראים גם מחממים. כבר שקלנו את הסוגים העיקריים. כפי שבטח שמתם לב, סוגים אלה או אלה נמצאים בשימוש בתעשיות שונות. מכשירים מסוימים מצאו יישום רחב יותר, אחרים נמצאים בשימוש בתעשיות מסוימות ואינם מתאימים לאחרים. במקרה שלנו, מתרחש שימוש במחלפי חום צינוריים וצלחות. במקרה הראשון, אנו עוסקים במערכת של צינורות, במקרה השני - עם צלחות. באופן עקרוני, ללא קשר לסוג, מחליף חום לגייזר חייב לעמוד במספר דרישות. ראשית, להיות בעל מקדם העברת חום גבוה, ושנית, להיות עמיד ועמיד לטמפרטורות גבוהות. החומרים הפופולריים ביותר הם נחושת, אלומיניום ופְּלָדָה. האפשרות האחרונה פחות עדיפה, שכן מתכת כזו כבדה, מה שמפחית את היעילות. בכל מקרה, מחליף החום לגייזר חייב לשרת לפחות 5 שנים.
מסקנה
אז סקרנו את הסוגים העיקריים של מחליפי חום. מינים כמו קליפה וצלחת נותרו ללא תשומת לב. באופן עקרוני, הם שונים במקצת מהלמלר הקלאסי או המצולע. אבל לעתים קרובות אתה יכול למצוא תנורי אמבטיה עם מחליף חום עם מעטפת. עם זאת, המאפיין העיקרי הוא שהציוד עמיד לטמפרטורות גבוהות ולחצי הפעלה. המארז יכול להיות עשוי מחומרים כגון טיטניום, נירוסטה או פלדת פחמן. מעניין כי תנורי אמבטיה עם מחליף חום קליפה וצלחת מוסדרים היטב עבור קיטור או עיבוי, וזה, ללא ספק, יתרון משמעותי. באופן עקרוני, זה יכול להשלים את הסיפור, שכן עכשיו אתה יודע כל מה שאתה צריך על מחליפי חום.
