Kuinka lämmönvaihdin toimii?

Lämmönvaihtimia käytetään siirtämään lämpöä yhden nesteen (joko nesteenä tai kaasuna) ja toisen nesteen (toinen neste tai kaasu) välillä ilman, että nämä kaksi nestettä joutuvat suoraan kosketukseen toistensa kanssa. Lämmönvaihtimia käytetään sekä lämmitys- että jäähdytysprosesseissa.

Lämmönvaihtimetkäytetään useissa sovelluksissa, mukaan lukien ilmastointi, kemian tehtaat, petrokemian tehtaat, öljynjalostamot, voimalaitokset, maakaasun käsittely, jäähdytys, jäteveden käsittely ja tilojen lämmitys. Niitä löytyy myös polttomoottoreista, joissa ne päästävät moottorin jäähdytysnesteen virtaamaan jäähdyttimen kierukoiden läpi, kun ilma virtaa niiden ohi, jäähdyttäen jäähdytysnestettä samalla kun lämmittää ilmaa.

Lämmönvaihdin toimii antamalla lämmön yhdestä nesteestä kulkea toisen, viileämmän, nesteen läpi ilman, että ne sekoittuvat tai joutuvat suoraan kosketukseen.

Kuvittele esimerkiksi putki, jonka ympärillä on toinen putki. Sisäputki voisi päästää kuuman nesteen kulkemaan sen läpi, kun taas viileämpää nestettä johdetaan samanaikaisesti ulkoputken läpi. Tämä antaisi viileämmän nesteen alentaa lämpimämmän lämpötilaa, koska lämpimämpi neste samanaikaisesti lisäsi viileämmän lämpöä. Tämä on tietysti hyvin perusesimerkki lämmönvaihdosta, ja lämmönvaihtimia tutkittaessa on otettava huomioon useita muita tekijöitä:

1. Passit

Taivuttamalla putket esimerkiksi "S"-muotoon, voit antaa nesteiden kulkea useamman kuin yhden 'kierron' ennen kuin ne poistuvat lämmönvaihtimesta. Yksittäinen läpivienti on suora putki, jossa neste tulee lämmönvaihtimen toisesta päästä sisään ja poistuu toisesta päästä melko nopeasti. Kaksoiskierrossa käytetään U-muotoa, joten neste tulee ja lähtee lämmönvaihtimesta samassa päässä, mikä pidentää aikaa, jonka nesteet kulkevat{3}}toistensa läpi lämmönvaihtimessa. Kolmoiskierros käyttää S-muotoista muodostelmaa, joka sallii nesteen kulkea lämmönvaihtimen pituutta pitkin kolme kertaa ennen poistumista. Mitä suurempi läpikulkujen määrä, sitä suurempi määrä lämmönsiirtoa on käytettävissä – yksinkertaisesti siksi, että nesteet ovat yhdessä järjestelmässä pidempään – vaikka tämä voi myös johtaa paineen laskuun ja nopeuden menettämiseen.

2. Lämpötilan risti-yli

Lämpötilan risti{0}}tapahtuu, kun jäähdytysnesteen lämpö alkaa risteämään lämmönvaihtimessa olevan kuuman nesteen lämpötilan kanssa. Esimerkiksi öljy, joka tulee lämmönvaihtimeen 80 ⁰C lämpötilassa 30 ⁰C:n lämpötilan veden rinnalla, saattaa nähdä niiden lämpötilan ylittävän-, jos öljyn lämpötila laskee 50 ⁰C:een veden saavuttaessa 51 ⁰C. Tässä vaiheessa jäähdytinneste (vesi) on tullut öljyä lämpimämmäksi. Lämpötilan risti{9}}voi vähentää merkittävästi lämmönvaihtimen tehokkuutta, erityisesti jäähdytyksen aikana. Tämä voidaan välttää lisäämällä jäähdytysnesteen virtausnopeutta (katso "Virtausnopeus" alla), jolloin järjestelmässä on enemmän jäähdytysnestettä. Jos lämpötilan risti{12}}on väistämätön, levylämmönvaihtimen käyttö (katso "Lämmönvaihtimen tyypit" alla) on paras ratkaisu.

3. Lämpötila-ero

Tämä viittaa lämpötilaeroon jäähdytysnesteen ja kuuman nesteen välillä, mikä on tärkeää lämmönvaihtimessa, kuten "lämpötilaristi{0}}" (yllä) osoittaa. Jäähdytysneste tulee pitää alhaisemmassa lämpötilassa kuin kuuma neste, ja mitä kylmempää jäähdytysneste on, sitä tehokkaammin se poistaa lämpöä kuumasta nesteestä.

4. Virtausnopeus

Tämä on nestemäärä, joka kulkee{0}}putken poikkileikkauksen läpi tietyn ajan kuluessa. Se lasketaan nesteen tilavuudeksi nesteen virtausaikaa kohti - suuremmalla virtausnopeudella, mikä mahdollisesti lisää lämmönvaihtimen kykyä siirtää lämpöä. Kuitenkin enemmän nestettä tarkoittaa myös suurempaa kuljetettavaa massaa sekä lisää painehäviötä ja nopeutta.

Lämmönvaihtimet voidaan luokitella virtausjärjestelyn tai itse lämmönvaihtimen rakenteen mukaan.

Lämmönvaihtimien virtausjärjestelyjen kolme pääluokitusta ovat rinnakkaisvirtaus-, vastavirtaus ja poikki-virtaus:

• Rinnakkaisvirtaus:Nämä kaksi nestettä tulevat sisään lämmönvaihtimen samasta päästä ja kulkevat rinnakkain ennen kuin ne poistuvat yhdessä
• Vastavirta:Nesteet tulevat lämmönvaihtimen vastakkaisille puolille ja kulkevat järjestelmän läpi vastakkaisiin suuntiin. Tämä on tehokkain virtausjärjestely, koska nesteiden keskimääräinen lämpötilaero pysyy korkeampana koko järjestelmässä
• Risti-virtaus:Tässä lämmönvaihtimen muodossa nesteet kulkevat kohtisuorassa (suorassa kulmassa) toisiinsa nähden

Virtausjärjestelyn lisäksi lämmönvaihtimet voidaan luokitella tyypin mukaan lämmönvaihtimen fyysisen suunnittelun mukaan:

• Kaksoisputki:Tämä on yksinkertaisin teollisuuden käyttämä lämmönvaihdintyyppi. Kuten nimestä voi päätellä, nämä koostuvat kahdesta putkesta, joiden läpi nesteet voivat virrata. Virtauskonfiguraatio voi olla rinnakkais- tai vastavirtaus, jolloin vastavirtaus on tehokkaampi, kun taas rinnakkaisvirtaus on parempi, jos kaksi nestettä on saatettava samaan lämpötilaan. Nämä lämmönvaihtimet ovat helppoja ja halpoja suunnitella ja huoltaa, mutta niillä on suhteellisen alhainen hyötysuhde muihin malleihin verrattuna
• Kuori ja putki:Vaippa- ja putkilämmönvaihtimissa käytetään metalliputkia, joiden läpi yksi neste virtaa ja jota ympäröi tiivis kuori, jonka läpi toinen neste virtaa. Tämän tyyppinen lämmönvaihdin toimii kaikentyyppisillä virtauksilla – rinnakkais-, vasta- ja poikkivirtauksella-, ja niitä löytyy höyryvetureista. Ohjauslevyjä käytetään nesteen virtauksen ohjaamiseen, nesteen tärinän aiheuttamiseen ja putkien tukemiseen. Ripoja voidaan käyttää myös ilmajäähdytteisten teknologioiden kanssa (kuten polttomoottorien välijäähdyttimien kanssa) lämmönsiirtoalueen lisäämiseksi.
• Levy/evä:Tämän tyyppisissä lämmönvaihtimissa käytetään pinoja ohuita metallilevyjä, joita evät pitävät erillään tasojen muodostamiseksi, aivan kuten rakennuksen lattiat. Jokainen näistä "lattioista" on kuitenkin itsenäinen-ja erotettu ylä- tai alapuolelta, mikä luo tiiviin sarjan putkia, joiden läpi nesteet voivat virrata. Tämä luo suuren pinta-alan, joka pystyy vaihtamaan lämpöä nopeasti ja samalla takaamaan nesteen virtauksen koko lämmönsiirtopinnan poikki, estäen nesteen pysähtymisen ja kerääntymisen. Levyt voidaan tehdä eri kokoisina, syvyisinä ja muotoisina, mukaan lukien aaltopahvilevyt, levy ja runko, levy ja kuori tai kierrelevyt. Suuri virtauksen turbulenssi levyjen välillä lisää lämmönsiirtoa ja alentaa painetta. Tämän tyyppistä lämmönvaihdinta käytetään sovelluksissa, kuten kaasuuuneissa ja kattiloissa.
• Ilmajäähdytteinen:Tämän tyyppisiä lämmönvaihtimia löytyy yleisesti ajoneuvoista ja muista liikkuvista sovelluksista, joissa kylmää vettä ei ole saatavilla. Ilmajäähdytteisissä järjestelmissä käytetään kahden nesteen sijasta tuulettimesta tulevaa viileää ilmaa tai itse ajoneuvon liikkeen aiheuttamaa ilmavirtaa.
• Lauhduttimet, kattilat ja höyrystimet:Tämäntyyppinen lämmönvaihto ansaitsee erityismaininnan, koska se toimii hieman eri tavalla kuin edellä kuvatut. Kahden nesteen (kuuma ja kylmä) lisäämisen sijaan ne käyttävät kuuman kaasun jäähdytystä ja kondensaatiota nestemäiseen muotoon (ja päinvastoin) lämmönsiirtosyklin luomiseksi. Tätä prosessia käyttävät höyryturbiinit ja höyrygeneraattorit, jotka käyttävät kiertoa, jossa vesi höyrystetään höyryksi ja sitä seuraava jäähdytetään takaisin nesteeksi.
• Toipujat:Rekuperaattori on lämmönvaihdin, joka on suunniteltu keräämään lämpöä, joka muuten menetettäisiin, kuten rakennuksesta poistuva lämpö. Lämmin ilma ohjataan ulos kanavan kautta erillisen, kylmän nesteen tulokanavan rinnalla vastavirtauksen luomiseksi. Näin lämmöntalteenottoilmanvaihtojärjestelmä- toimii, mikä mahdollistaa rakennuksen tuulettamisen raikkaalla ilmalla menettämättä kaikkea lämpöä poistuvasta lämpimästä ilmasta
• Regeneraattorit:Tämän tyyppiset lämmönvaihtimet mahdollistavat sekä tulevan että lähtevän nesteen liikkumisen saman kanavan läpi vastakkaisiin suuntiin eri aikoina. Kun lämmin neste virtaa ulos, se luovuttaa osan lämmöstään, sitten kun kylmä neste virtaa sisään, se kerää osan sinne jääneestä jäännöslämmöstä. Tämän tyyppistä lämmönvaihtoa käytetään Stirling-moottorissa, joka käyttää mäntää työntämään loukkuun jäänyt kaasu edestakaisin lämmönlähteen (kuten tulipalon) ja viileämmän alueen tai "nielun" välillä, jossa lämpöä häviää. Tämäntyyppinen lämmönvaihdin vähentää järjestelmän lämpöhäviöitä "regeneroimalla" lämpöä.

Lämmönvaihtimia käytetään monenlaisiin sovelluksiin sekä teollisuudessa että jokapäiväisessä käytössä.

Lämmönvaihtimia on saatavana useissa eri malleissa ja virtausjärjestelmissä, mutta ne kaikki toimivat samalla tavalla; mahdollistaa lämpökosketuksen kuumemman ja viileämmän nesteen välillä (ilman varsinaista sekoittumista), jotta nämä kaksi nestettä lämmittävät tai jäähdyttävät toisiaan vastaavasti.

Tämä parantaa ajoneuvojen ja muiden yksiköiden tehokkuutta sekä säästää kustannuksia ja alentaa energiankulutusta (ja siihen liittyviä ympäristövaikutuksia).

Hae HX-suunnitelmia

Lämmönvaihtimen käyttöskenaariot (kuten elintarvikejalostus, petrokemian teollisuus, sähköjäähdytys) ja keskitason ominaisuudet (syövyttävyys/viskositeetti/lämpötila) vaihtelevat, joten myös erittelysuunnitelma mukautetaan yksinomaan-kerro meille tarpeitasi, niin annamme sinulle kohdistettuja parametreja ja tarjouksia.

Sähköposti:global@gneesteels.com