Регенеративни топлообменници: видове, принцип на действие, област на приложение

Принципът на топлообмена с помощта на нагрята циркулираща среда се счита за оптимален за поддържане на отоплителни системи. Правилно организирана система от канали за трансфер топлинна енергия Изисква минимални разходи за поддръжка, но все пак предлага достатъчен капацитет. Оптимизираната конструкция на такава система е регенеративният топлообменник, който позволява редуването на процеси на отопление и охлаждане.

Какво е топлообменник?

Съвременните конструкции на топлообменниците осигуряват процеси на топлообмен с минимални загуби между работните среди. Обменът най-често се осъществява между гореща течност и студени метални повърхности, чиито стени от своя страна предават топлина на другата циркулираща среда. Постоянното движение осигурява ефекта на стабилен масов трансфер, който се използва и при промишлени предприятия, и в домашните услуги в частни домове. В допълнение към обмена на енергия между студени и горещи среди, топлообменниците могат да осигурят процеси на изпарение, сушене, топене и кондензация с охлаждане. Вместо топлина като основна работна среда могат да се използват и студени потоци, което е особено често срещано при производствени процеси, при които се изисква периодично охлаждане на оборудването. Въпреки това задачата за отопление е най-тясно свързана с конструкциите на регенеративните топлообменници. Високотемпературното оборудване от този тип например може да се увеличава до 400-700 °C.

Характеристики на регенеративен топлообменник

На основно ниво конструкциите на топлообменниците се разделят на повърхностни и смесителни. Представител на групата повърхностни устройства, които се характеризират с това, че работният процес включва две активни среди (горещи и студени потоци) и метална стена, която предава енергията между циркулиращите маси. В регенеративния топлообменник разделителната метална плоча се измива на равни интервали, но не непрекъснато. За сравнение, друг пример за повърхностен топлообменник, рекуперативният. В такива апарати процесът на работа включва постоянно измиване на подобна стена със студени или нагряти потоци.

Как работи устройството

Основната функция на топлообменника се изпълнява в момента, в който активната работна среда влезе в контакт с металната плоча, разделяща потоците. Основният принцип е, че енергията се съхранява от течността, която в момента има различна температура от тази на стената на топлообменника. Грубо казано, по време на първия работен цикъл горещите потоци предават и по този начин съхраняват топлина в металния елемент; по време на втория и последен цикъл студената среда получава тази топлина. Принципът на акумулиращия топлообменник със стриктно разделяне на средата според температурата има значителни предимства. Първо, липсата на смесване на средата подобрява качеството на състава на потока. Това е важен важен фактор за техническата и експлоатационната поддръжка на комуникационните мрежи. Второ, подобрява се и ефективността на самия топлообмен. От друга страна, тези предимства са неразривно свързани с недостатъците на дизайна. Принципът на разделяне на потока увеличава размера на оборудването, като понякога се налага удължаване на тръбни сегменти в стари отоплителни комуникационни мрежи. Освен това функцията на циркулация изисква по-голямо количество енергия, което води до необходимост от помпена станция с голям капацитет.

Използвани флуиди за пренос на топлина

Моделите регенеративни топлообменници са универсални по отношение на способността им да работят с различни среди. Както и при други апарати за топлообмен, най-често срещаните активната среда е течност - вода или антифриз. Термичните флуиди, използвани в производствените процеси, са по-разнообразни. Водните пари, газовите смеси, димът и продуктите от горенето се използват за отопление и охлаждане. Това обаче не означава, че един и същ регенеративен топлообменник може да работи с различни топлоносители. По принцип конструкцията позволява тази теоретична възможност, но всяко устройство трябва да бъде проектирано да работи в определена агресивна среда, тъй като както високите температури, така и самата течност оказват отрицателно въздействие върху металната структура.

Видове регенеративни топлообменници

Съществуват два вида тези устройства. Това са устройства, работещи в непрекъснат или партиден режим. Топлообменниците с непрекъсната сърцевина са устройства с гранулиран циркулиращ пълнеж. Системата за контрол на средния поток позволява пълно спиране, където топлоносителят остава в контакт с измиваната повърхност. Между другото, функцията на естествения автоматичен регулатор може да се изпълнява от специални дюзи за съхранение на топлина. При регенеративен топлообменник с фиксирани дюзи възможността за управление на потока е ограничена и зависи от настройката на оператора. Моделите с периодично действие имат по-сложна структура на разпределение на камерите с топлинен флуид. Такова устройство увеличава оперативна ефективност но също така изискват по-взискателна функция за захранване от циркулационната помпа.

Топлообменници с топяща се сърцевина

Една от най-усъвършенстваните версии на топлообменника в момента, главата на топлообменника се формира от плоча със средна дебелина 20 mm. Тази система съдържа топилна сърцевина - устройство с течен метал вътре, което освобождава топлинна енергия по време на периоди на топене или кристализация. Латентната топлина в регенеративните топлообменници с движещи се дюзи увеличава десетократно топлинния капацитет на кръга в сравнение с конвенционалните агрегати, създавайки благоприятни условия за процеси на акумулиране на топлина. Капацитетът на високотемпературен топлообменник от този тип се определя от специфичната повърхност на набивката и нейната способност да акумулира топлина.

Обхват на оборудването

Топлообменните агрегати се използват широко в различни отоплителни системи с котли, бойлери, резервоари за съхранение, бойлери и др. д. Това се отнася предимно за частния сектор, но най-големи резултати са постигнати в промишлеността. Целевите области на приложение на регенеративния партиден топлообменник са например стоманодобивните и стъкларските заводи, които трябва да работят при много високи температури. Например въздушните нагреватели, които трябва да бъдат свързани при тези условия на работа, са проектирани за работни температури до 1300 °C. Отново могат да се използват не само течни среди, но и газови смеси, което повишава изискванията за безопасност при експлоатацията на такива съоръжения.

Заключение

Регенеративният вариант е разработен за оптимизиране на редица процеси на топлообмен. В резултат на това вече е възможно да се извършват едни и същи промишлени процеси на едни и същи места технологични процеси с минимален разход на гориво при поддържане на висока температура на горене. Но това не означава непременно, че принцип на работа на топлообменник с функция за натрупване е напълно лишен от недостатъци. Недостатъците на това оборудване са ограничените възможности за автоматизация на топлотехническия процес, големият размер и тегло на устройството, както и трудното свързване на конструкцията с основните производствени инсталации. Друг е въпросът, че конструкцията на регенератора непрекъснато се усъвършенства Than казва и появата на по-усъвършенствани модели на топлообменници с топяща се сърцевина.