מחליפי חום רגנרטיביים: סוגים, עקרון הפעולה, היקף

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

עקרון החלפת החום באמצעות חומרי מחזור מחוממים נחשב לאופטימלי לשמירה על פעולת מערכות החימום. מערכת מאורגנת כהלכה של ערוצי העברת אנרגיה תרמית דורשת עלויות תחזוקה מינימליות, אך בו זמנית מספקת ביצועים מספקים. אפשרות עיצוב אופטימלית למערכת כזו היא מחליף חום רגנרטיבי המספק תהליכי חימום וקירור חלופיים.

מהו מחליף חום?

העיצובים של מחליפי חום מודרניים מספקים תהליכים להעברת אנרגיה תרמית עם הפסדים מינימליים בין אמצעי הפעלה. ההחלפה מתרחשת לרוב בין נוזל חם למשטחי מתכת קרים, שקירותיהם, בתורם,הופכים, מעבירים חום למדיום מחזורי אחר. תנועה מתמדת מספקת את ההשפעה של העברה המונית יציבה, המשמשת הן במפעלים תעשייתיים והן בשירות הביתי של בתים פרטיים. בנוסף לחילופי אנרגיה בין מדיה קרה וחמה, מחליפי חום יכולים לספק תהליכי אידוי, ייבוש, התכה ועיבוי עם קירור. במקום חום כמדיום העבודה העיקרי, ניתן להשתמש גם בזרמים קרים, דבר הנפוץ במיוחד בתהליכי ייצור בהם נדרש קירור תקופתי של ציוד. עם זאת, משימות חימום נוטות יותר להיות קשורות לעיצובים של מחליף חום. לדוגמה, ציוד בטמפרטורה גבוהה מסוג זה יכול להגביר את המשטר התרמי עד ל-400-700 מעלות צלזיוס.

תכונות של מחליף חום רגנרטיבי

עיצובים של מחליפי חום ברמה הבסיסית מחולקים למשטח ולערבוב. במקרה זה, אנו מדברים על נציג של קבוצה של התקני משטח, המאופיינים בכך ששתי אמצעי תקשורת פעילים (זרימות מחוממות וקרה) וקיר מתכת מעורבים בתהליך העבודה, המעביר אנרגיה בין המחזוריות. המונים. במחליף חום רגנרטיבי, לוחית מתכת ההפרדה נשטפת במרווחים קבועים, אך לא ברציפות. לשם השוואה, נוכל לתת דוגמה למחליף חום משטח אחר - מתאושש. במכשירים כאלה, תהליך העבודה כולל כביסה מתמדת של קיר דומה עם קר או מחומםזורם.

עקרון הפעולה של המכשיר

הפונקציה העיקרית של מחליף החום מתבצעת ברגע המגע של מדיום העבודה הפעיל עם לוחית מתכת המפרידה בין הזרמים. כלומר, עקרון הפעולה המרכזי הוא צבירת אנרגיה מנוזל שכרגע יש לו טמפרטורה שונה מקיר מחליף החום. באופן גס, במחזור הפעולה הראשון, זרמים חמים מעבירים ובכך שומרים חום באלמנט המתכת, ובמחזור השני והאחרון, הסביבה הקרה ממילא קולטת את החום הזה. לעקרון הפעולה המצטבר של מחליף החום עם הפרדה ברורה למדיה לפי טמפרטורה יש יתרונות משמעותיים. ראשית, היעדר הצורך בערבוב של מדיה עובדת משפר את איכות הרכב הזרמים. זהו גורם חשוב בתוכן הטכני והתפעולי של התקשורת. שנית, יעילות העברת החום כשלעצמה גדלה אף היא. מצד שני, יתרונות אלו צמודים באופן בלתי נפרד לחסרונות העיצוב. ההפרדה הבסיסית של זרימות מגדילה את ממדי הציוד, ולעתים מאלצת את הרחבת מקטעי הצינור ברשתות חימום תקשורת ישנות. בנוסף, הבטחת תפקוד המחזור מחייבת הגדלת פוטנציאל האנרגיה, המתבטא בצורך לחבר תחנות שאיבה בעלות קיבולת גבוהה.

נוזלי קירור משומשים

דגמי מחליפי חום רגנרטיביים הם רב-תכליתיים מבחינת יכולת השירות עבור שוניםסביבות עבודה. כמו עם מחליפי חום אחרים, המדיום הפעיל הנפוץ ביותר הוא נוזל - מים או חומר נגד קפיאה. נוזלי הקירור המשמשים בפעולות טכנולוגיות בייצור מגוונים יותר. אדי מים, תערובות גזים, עשן ומוצרי שריפה משמשים לחימום וקירור. עם זאת, אין זה אומר כלל שאותו מחליף חום רגנרטיבי יכול לתמוך בפעולה עם נושאי חום שונים. באופן עקרוני, התכנון מאפשר אפשרות תיאורטית כזו, אך כל מופע חייב בהתחלה להיות מתוכנן לפעולה במגע עם סביבה אגרסיבית מסוימת, שכן גם טמפרטורות גבוהות וגם הנוזל ככזה משפיעים לרעה על מבנה המתכת.

סוגים של מחליפי חום רגנרטיביים

ישנם שני סוגים של יחידות כאלה. מדובר במכשירים בעלי פעולה מתמשכת ותקופתית. מחליפי חום רציפים הם יחידות עם חומר מילוי במחזור גרגירי. מערכת הבקרה על תהליך הזזת מדיום העבודה מאפשרת עצירה מוחלטת של תנועה, בה נוזל הקירור ישמור על מגע עם המשטח השטוף. אגב, את הפונקציה של וסת אוטומטי טבעי ניתן לבצע על ידי חרירי אחסון תרמיים מיוחדים. בתכנון של מחליף חום רגנרטיבי עם חרירים קבועים, האפשרויות לשליטה בזרימות מוגבלות ותלויות לחלוטין בהגדרות שנקבעו על ידי המפעיל. באשר למודלים עם פעולה תקופתית, הםיש מבנה הפצה מסובך של חדרים עם נושאי חום. מכשיר כזה מגביר את היעילות של המכשיר, אך גם דורש פונקציית אספקת חשמל אחראית יותר ממשאבת המחזור.

מחליפי חום בעלי ליבה מתמזגים

אחת הגרסאות המתקדמות ביותר של מחדש חילופי החום כרגע, שהאריזה שלו נוצרת על ידי טסיות עם עובי ממוצע של 20 מ מ. במערכת זו ישנה ליבת התכה - מכשיר שבתוכו מתכת נוזלית, המשחררת אנרגיה תרמית בתקופות של התכה או התגבשות. חום סמוי במחלפי חום רגנרטיביים עם פיה ניתנת להזזה מגדיל את קיבולת החום של המעגל פי עשרה בהשוואה ליחידות קונבנציונליות היוצרות תנאים נוחים לתהליכי צבירת חום. הביצועים של סוג זה של מחליף חום בטמפרטורה גבוהה ייקבעו על פי שטח הפנים הספציפי של האריזה ויכולת האחסון התרמית שלה.

היקף הציוד

יחידות חילופי חום נמצאות בשימוש נרחב במערכות שונות של ציוד חימום עם התקנות דוודים, מחממי מים, מיכלי אגירה, דוודים וכו'. זה חל בעיקר על המגזר הפרטי, אך האינדיקטורים הטכניים והתפעוליים הגבוהים ביותר של מכשיר זה הם נחשף במגזר התעשייתי. לדוגמה, יישומי היעד של מחליף חום אצווה מתחדש נוצרים על ידי מפעלי פלדה וזכוכית, שבהם הוא נדרש לעבוד עםטמפרטורות גבוהות מאוד. לדוגמה, מחממי אוויר מחוברים בתנאי הפעלה כאלה מחושבים עבור מצבים של עד 1300 מעלות צלזיוס. ושוב, אנחנו יכולים לדבר לא רק על מדיה נוזלית, אלא גם על תערובות גז, מה שמגביר את דרישות הבטיחות להפעלת יחידות כאלה.

מסקנה

השינוי הרגנרטיבי של מחליף החום פותח כדי לייעל מספר תהליכים תרמיים. כתוצאה מכך, באותם מתקנים תעשייתיים כיום ניתן לבצע תהליכים טכנולוגיים בצריכת דלק מינימלית, תוך שמירה על טמפרטורת בעירה גבוהה. אבל זה בכלל לא אומר שעיקרון הפעולה של מחליף חום עם פונקציה מצטברת נטול חסרונות לחלוטין. נקודות התורפה של ציוד זה כוללות את האפשרויות המוגבלות של אוטומציה של תהליך הנדסת החום, הגודל והמשקל הגדולים של המכשיר, כמו גם הקושי בחיבור המבנה לתקשורת הייצור העיקרית. דבר נוסף הוא שהעיצוב של הרגנרטור משתפר כל הזמן, כפי שמעידה הופעתם של דגמים מתקדמים יותר של מחליפי חום עם ליבה מתמזגת.