9+ Παραδείγματα εναλλάκτη θερμότητας: Λεπτομερή στοιχεία

Αυτό το άρθρο περιγράφει παραδείγματα εναλλάκτη θερμότητας. Το όνομα μας διευκολύνει να κατανοήσουμε την έννοια του εναλλάκτη θερμότητας.

Ο εναλλάκτης θερμότητας δεν είναι παρά ένας εξοπλισμός που ανταλλάσσει θερμότητα μεταξύ δύο ουσιών προκειμένου να μειώσει ή να ανεβάσει τη θερμοκρασία στα επιθυμητά επίπεδα. Σε αυτό το άρθρο θα μελετήσουμε τι είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας, ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι του και διαφορετικά παραδείγματα όπου χρησιμοποιούνται εναλλάκτες θερμότητας.

Τι είναι ο εναλλάκτης θερμότητας;

Ο εναλλάκτης θερμότητας είναι ένας εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ του ρευστού εργασίας και του ρευστού του οποίου η θερμοκρασία πρέπει να μειωθεί ή να αυξηθεί.

Οι εναλλάκτες θερμότητας χρησιμοποιούν κοίλους σωλήνες μέσω των οποίων διέρχονται τα υγρά. Τα ρευστά έχουν διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ τους λόγω της οποίας γίνεται μεταφορά θερμότητας. Το πιο σημαντικό πράγμα για να πραγματοποιηθεί η μεταφορά θερμότητας είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο αντικειμένων/ρευστών. Σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε για τα διαφορετικά τύποι εναλλάκτη θερμότητας και τα παραδείγματά τους.

Παραδείγματα εναλλάκτη θερμότητας
Εικόνα: Σωληνοειδής εναλλάκτης θερμότητας

Πιστώσεις εικόνας: Wikipedia

Τύποι εναλλάκτη θερμότητας ανάλογα με την κατεύθυνση ροής των ρευστών

Ανάλογα με την κατεύθυνση ροής των ρευστών μεταξύ τους, μπορούμε να ταξινομήσουμε τους εναλλάκτες θερμότητας σε τρεις τύπους. Αυτοί οι τύποι δίνονται στην παρακάτω λίστα-

  1. Εναλλάκτης παράλληλης ροής- Όταν τα υγρά ρέουν προς την ίδια κατεύθυνση μεταξύ τους, ο εναλλάκτης θερμότητας θα αναφέρεται ως εναλλάκτης θερμότητας παράλληλης ροής. Η θερμοκρασία του ζεστού υγρού μειώνεται ενώ η θερμοκρασία των ψυχρών υγρών αυξάνεται.
  2. Εναλλάκτης αντίθετης ροής- Όταν τα ρευστά ρέουν σε αντίθετη κατεύθυνση μεταξύ τους, τότε ο εναλλάκτης θερμότητας θα αναφέρεται ως εναλλάκτης αντίθετης ροής. Μπορούμε να βρούμε την αποτελεσματικότητα του εναλλάκτη θερμότητας χρησιμοποιώντας τον τύπο συζητούνται στις επόμενες ενότητες αυτού του άρθρου.
  3. Εναλλάκτης θερμότητας εγκάρσιας ροής- Όπως υποδηλώνει το όνομα, οι εναλλάκτες θερμότητας εγκάρσιας ροής είναι εκείνοι οι εναλλάκτες θερμότητας στους οποίους τα ρευστά ρέουν κάθετα μεταξύ τους. Οι σωλήνες κάνουν ενενήντα μοίρες μεταξύ τους.

Τύποι εναλλάκτη θερμότητας σύμφωνα με τη διαδικασία μεταφοράς

Η ταξινόμηση των εναλλάκτη θερμότητας με βάση τις διαδικασίες μεταφοράς δίνεται στον παρακάτω κατάλογο-

  1. Τύπος έμμεσης επαφής- Σε αυτόν τον τύπο διάταξης, τα ρεύματα ρευστού διαχωρίζονται και η μεταφορά θερμότητας λαμβάνει χώρα συνεχώς μέσω ενός διαχωριστικού τοιχώματος μέσα και έξω από το τοίχωμα με παροδικό τρόπο. Οι διαφορετικοί τύποι εναλλάκτη θερμότητας τύπου έμμεσης επαφής περιλαμβάνουν εναλλάκτες θερμότητας τύπου αποθήκευσης, ρευστοποιημένη κλίνη εναλλάκτης θερμότητας κλπ.
  2. Τύπος άμεσης επαφής– Στον εναλλάκτη θερμότητας τύπου άμεσης επαφής, δύο ρευστά ανταλλάσσουν θερμότητα μεταξύ τους έρχονται σε άμεση επαφή μεταξύ τους. Ανταλλάσσουν θερμότητα και στη συνέχεια διαχωρίζονται το ένα από το άλλο.

Αποτελεσματικότητα του εναλλάκτη θερμότητας

Η αποτελεσματικότητα του εναλλάκτη θερμότητας είναι μια αναλογία μεταξύ της πραγματικής μεταφοράς θερμότητας που λαμβάνει χώρα προς τη μέγιστη μεταφορά θερμότητας που μπορεί να πραγματοποιηθεί στον εναλλάκτη θερμότητας.

Η σημασία της αποτελεσματικότητας είναι ότι επιτρέπει στους σχεδιαστές να προβλέψουν πώς ένας δεδομένος εναλλάκτης θερμότητας θα εκτελέσει μια νέα εργασία. Η διαδικασία δοκιμής και σφάλματος εξαλείφεται εάν γνωρίζουμε την αποτελεσματικότητα του εναλλάκτη θερμότητας.

Παραδείγματα εναλλάκτη θερμότητας

Οι χώροι όπου χρησιμοποιούνται οι εναλλάκτες θερμότητας δίνονται στην παρακάτω λίστα-

Προθερμαντήρες αέρα

Το όνομα υποδηλώνει ότι ο αέρας θερμαίνεται πριν από την αποστολή του για να εκτελέσει οποιαδήποτε άλλη διαδικασία. Για παράδειγμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε λέβητες για την αύξηση της θερμικής απόδοσης του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Ο προθερμασμένος αέρας θα βελτιώσει την ποιότητα της εισαγωγής καυσίμου στη μονάδα παραγωγής ενέργειας.

Οικονομιστές

Είναι μια εναλλακτική λύση στο σύστημα κλιματισμού. Οι εξοικονομητές χρησιμοποιούν εξωτερικό αέρα για την ψύξη του κτιρίου αντί να λειτουργούν συμπιεστές όπως αυτοί που χρησιμοποιούνται στο σύστημα κλιματισμού. Αυτό εξοικονομεί επίσης ένα τεράστιο χρηματικό ποσό καθώς εξοικονομεί ενέργεια.

Εξατμιστές

Οι εξατμιστές χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή οποιουδήποτε υγρού στην αέρια μορφή του. Η θερμοκρασία του υγρού παραμένει η ίδια. Η διαδικασία αλλαγής φάσης είναι μια ισόθερμη διαδικασία. Οι εξατμιστές χρησιμοποιούνται σε λέβητες για τη μετατροπή του υγρού νερού σε αέριο ατμό. Στους εξατμιστές, η θερμοκρασία του καυσίμου είναι ίδια καθώς υφίσταται μετασχηματισμό φάσης. Από την άλλη πλευρά αυξάνεται η θερμοκρασία του ψυχρότερου ρευστού που χρησιμοποιείται ως ρευστό εργασίας μέσα στον εναλλάκτη θερμότητας.

Υπερθέρμανση

Οι υπερθερμαντήρες χρησιμοποιούνται στο εσωτερικό των λεβήτων που μετατρέπουν τον υγρό ατμό σε ξηρό ατμό. Ο ξηρός ατμός είναι εκείνος ο ατμός στον οποίο δεν υπάρχει υγρή περιεκτικότητα σε νερό. Το κλάσμα ξηρότητας του ξηρού ατμού είναι 1 ή 100%. Οι υπερθερμαντήρες χρησιμοποιούνται για την υπερθέρμανση του ατμού. Η ποιότητα και η ενθαλπία του υπέρθερμου ατμού είναι μεγαλύτερη από τον κανονικά χρησιμοποιούμενο υγρό ατμό ή τον κορεσμένο ατμό.

Συμπυκνωτές

Οι συμπυκνωτές είναι αντίθετοι από αυτούς που είναι οι εξατμιστές. Οι συμπυκνωτές επαναφέρουν το υγρό από την αέρια κατάσταση χωρίς να αλλάξουν τη θερμοκρασία του. Οι συμπυκνωτές είναι απλοί εναλλάκτες θερμότητας που απορροφούν τη θερμότητα από τον ατμό και τον μετατρέπουν ξανά σε υγρό νερό. Η ποσότητα της θερμότητας που απορροφάται είναι ίση με τη λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης του νερού. Παρόμοια με τους εξατμιστές, η θερμοκρασία του καυσίμου παραμένει η ίδια και η θερμοκρασία του ζεστού υγρού που χρησιμοποιείται ως ρευστό εργασίας μέσα στον εναλλάκτη θερμότητας μειώνεται.

Πύργοι ψύξης

Ένας πύργος ψύξης είναι ένας πύργος που χρησιμοποιείται για την απόρριψη θερμότητας από το σύστημα στο περιβάλλον. Η θερμότητα που αποβάλλεται από το σύστημα είναι άχρηστη θερμότητα που δεν χρησιμεύει στην περαιτέρω διαδικασία. Αυτοί οι πύργοι εμφανίζονται ως καμινάδες μέσω των οποίων αποβάλλεται ένα σύννεφο αερίου. Αυτό το νέφος αερίου δεν είναι παρά το αέριο του ρευστού εργασίας. Η θερμότητα διαχέεται με τη μορφή ατμού.

Εναλλάκτης θερμότητας πισίνας

Ένας εναλλάκτης θερμότητας πισίνας μεταφέρει θερμότητα από ένα ρεύμα ζεστού νερού στο ρεύμα νερού της πιο κρύας πισίνας χωρίς να τα φέρει σε άμεση επαφή μεταξύ τους.

Ψύκτη υδραυλικού λαδιού

Ένας ψύκτης υδραυλικού λαδιού ψύχει το υδραυλικό λάδι. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτρικά πακέτα, ηλεκτρικά πλυντήρια και κινητήρες, σχεδόν οπουδήποτε χρησιμοποιείται το υδραυλικό λάδι. Το υδραυλικό λάδι πρέπει να ψύχεται γιατί χωρίς ψύξη, το λάδι μπορεί να πιάσει φωτιά λόγω υψηλότερων θερμοκρασιών και να αποβεί μοιραίο για τον χειριστή καθώς και για το μηχάνημα.

λέβητες

Η πιο κοινή χρήση εναλλάκτη θερμότητας είναι σε λέβητες. Οι λέβητες χρησιμοποιούν εναλλάκτες θερμότητας για τη θέρμανση του υγρού νερού έτσι ώστε να μετατρέπεται σε ατμό. Σε όλη τη διαδικασία αλλαγής φάσης, η θερμοκρασία του υγρού/αερίου παραμένει η ίδια που σημαίνει ότι είναι μια ισοθερμική διαδικασία. Έχουμε ήδη συζητήσει στις παραπάνω ενότητες πώς οι εναλλάκτες θερμότητας εργασία μέσα σε λέβητα.

Μπουφάν νερού

Στα τζάκετ νερού, το νερό χρησιμοποιείται για την ψύξη ή τη θέρμανση των καυσαερίων που διατρέχουν τον κινητήρα. Μπορούμε να δούμε μανδύα σε κινητήρες πυραύλων, τα καυτά καυσαέρια θερμαίνουν το καύσιμο και στη συνέχεια το καύσιμο στέλνεται πίσω για καύση. Αυτό αυξάνει την απόδοση καύσης του πυραυλοκινητήρα. Στα αυτοκίνητα, το περίβλημα νερού χρησιμοποιείται για την ψύξη του κινητήρα και την πρόληψη της υπερβολικής απώλειας θερμότητας. Το περίβλημα του νερού μειώνει τη θερμοκρασία του κινητήρα.

Άλλοι τύποι εναλλάκτη θερμότητας

Σε ευρύτερη βάση, υπάρχουν πολλοί περισσότεροι τύποι εναλλάκτη θερμότητας. Δίνονται στην παρακάτω λίστα-

  • Εναλλάκτες θερμότητας Shell and Tube
  • Πλάκα εναλλάκτη θερμότητας
  • Εναλλάκτης θερμότητας πλάκας και κελύφους
  • Εναλλάκτης θερμότητας αδιαβατικού τροχού
  • Εναλλάκτης θερμότητας με πτερύγιο σωλήνα
  • Πιάτο μαξιλαριού εναλλάκτη θερμότητας