Wymiennik ciepła
Wymiennik ciepła to urządzenie służące do wymiany ciepła pomiędzy dwoma lub więcej płynami. Choć najczęściej stosowane są w przemyśle, występują również w codziennym życiu, na przykład w chłodnicach samochodowych czy grzejnikach.
Podział wymienników ciepła
Wymienniki ciepła można klasyfikować na podstawie różnych kryteriów, w tym sposobu przepływu ciepła oraz układu strumieni.
Podział ze względu na sposób przepływu ciepła
- Wymienniki kontaktowe – płyny wchodzą w bezpośredni kontakt, co zwiększa efektywność wymiany ciepła.
- Wymienniki bezkontaktowe – ciepło wymieniane jest przez przegrodę. Dzielą się na:
- Rekuperatory – wymiana ciepła przez ściankę.
- Regeneratory – cykliczny proces wymiany ciepła.
- Złoża fluidyzacyjne – mieszanka procesów rekuperacji i regeneracji.
Podział ze względu na układ strumieni
- Współprądowe – strumienie biegną w tym samym kierunku; mniej efektywne.
- Przeciwprądowe – strumienie biegną w przeciwnych kierunkach; bardziej efektywne.
- Przepływ krzyżowy – strumienie przepływają pod kątem prostym.
- Układy złożone – kombinacje powyższych układów.
Przykłady wymienników ciepła
- Wymiennik płaszczowo-rurowy – powszechny w przemyśle, stosunkowo prosty w obliczeniach.
- Wymiennik płytowy – łatwy w czyszczeniu, ale droższy i bardziej skomplikowany w budowie.
- Wymiennik spiralny – dobry do płynów o dużej lepkości, samoczyszczący.
- Kanał odzysku ciepła – wykorzystywany do odzysku energii z gazów spalinowych.
Przenoszenie ciepła w wymiennikach
Przenoszenie ciepła odbywa się głównie poprzez:
- Przewodzenie – przez ścianki wymiennika.
- Konwekcję – z jednoczesnym ruchem masy.
- Promieniowanie – ważne w wysokich temperaturach.
Dobór konstrukcji i materiałów
Wybór odpowiednich materiałów i konstrukcji wymienników ciepła zależy od wielu czynników, takich jak:
- Właściwości chemiczne płynów.
- Parametry fizyczne, jak temperatura i ciśnienie.
- Właściwości materiałów, w tym wytrzymałość i przewodność cieplna.
- Czynniki zewnętrzne, jak korozja atmosferyczna.
- Bezpieczeństwo i regulacje prawne.
Sterowanie wymiennikami
Wymienniki można kontrolować na różne sposoby, w tym:
- Układ niekontrolowany – brak regulacji.
- Układ z bajpasem – regulacja przez rozdział strumienia.
- Układ ze sprzężeniem zwrotnym i do przodu – kontrola na podstawie pomiarów temperatury.
- Układ kaskadowy – łączy różne metody sterowania.
Właściwe zaprojektowanie wymienników ciepła wymaga uwzględnienia wielu czynników, aby zapewnić ich efektywność i bezpieczeństwo w użytkowaniu.
