Регенеративні теплообмінники: типи, принцип роботи, область застосування

Принцип теплового обміну із застосуванням нагрітих циркулюючих середовищ вважається оптимальним для підтримки роботи опалювальних систем. Правильно організована система каналів перенесення теплової енергії вимагає мінімальних фінансових витрат на утримання, але при цьому забезпечує достатню продуктивність. Оптимізованим конструкційним варіантом такої системи є регенеративний теплообмінник, що забезпечує поперемінне виконання процесів зігрівання і охолодження.

Що таке теплообмінник?

Конструкції сучасних теплообмінників забезпечують процеси перенесення теплової енергії з мінімальними втратами між експлуатаційними середовищами. Обмін найчастіше відбувається між гарячою рідиною і холодними металевими поверхнями, стіни яких, в свою чергу, передають теплоту інший циркулюючої середовищі. Постійне переміщення забезпечує ефект стабільного масообміну, застосовуваного і на промислове підприємство, і в побутовому обслуговуванні приватних будинків. Крім енергетичного обміну між холодними і гарячими середовищами, теплообмінники можуть забезпечувати процеси випаровування, сушіння, плавлення і конденсації з охолодженням. Замість тепла як основного робочого середовища можуть використовуватися і холодні потоки, що особливо поширене у виробничих процесах, де потрібне Періодичне охолодження обладнання. Однак з конструкціями теплообмінників швидше асоціюються саме завдання обігріву. Наприклад, високотемпературне обладнання даного типу може нарощувати тепловий режим до 400-700 ° з.

Особливості регенеративного теплообмінника

Конструкції теплообмінних апаратів на базовому рівні поділяються на поверхневі і змішувальні. В даному випадку мова йде про представника групи поверхневих апаратів, які характеризуються тим, що в робочому процесі беруть участь дві активні середовища (нагріті і холодні потоки) і металева стінка, яка передає енергію між циркулюючими масами. У регенеративному теплообміннику омивання розділяє металевої пластини виконується з певною періодичністю, але не постійно. Для порівняння, можна навести приклад ще одного поверхневого теплообмінника-рекуперативного. У таких апаратах робочий процес передбачає постійне омивання аналогічної стінки холодними або нагрітими потоками.

Принцип дії пристрою

Основна функція теплообмінника виконується в момент зіткнення активної робочої середовища з металевою пластинкою, що розділяє потоки. Тобто ключовим принципом дії виступає акумуляція енергії від рідини, що має в даний момент іншу температуру, ніж стінка теплообмінника. Грубо кажучи, в першому циклі роботи гарячі потоки передають і тим самим зберігають тепло в металевому елементі – а в другому і заключному - вже холодне середовище сприймає це тепло. Акумулятивний принцип роботи теплообмінника з чітким поділом на середовища за температурною ознакою має суттєві плюси. По-перше, відсутність потреби в змішуванні робочих середовищ покращує якість складу потоків. Це важливо фактор техніко-експлуатаційного змісту комунікацій. По-друге, підвищується і ефективність теплопередачі як такої. З іншого боку, ці переваги нерозривно сусідять з мінусами конструкції. Принципове поділ потоків збільшує габарити обладнання, іноді змушуючи нарощувати трубопровідні сегменти в старих комунікаційних мережах опалення. Крім того, забезпечення циркуляційної функції вимагає збільшення енергетичного потенціалу, що виражається в необхідності підключення насосних станцій високої потужності.

Застосовувані теплоносії

Регенеративні моделі теплообмінників універсальні з точки зору можливостей обслуговування різних робочих середовищ. Як і у випадку з іншими апаратами для теплового обміну, найбільш поширеною активним середовищем є рідина-вода або антифриз. Більш різноманітні теплоносії, що застосовуються в технологічних операціях на виробництвах. Для обігріву та охолодження використовуються водяні пари, газові суміші, дим і топкові продукти згоряння. Однак це зовсім не означає, що один і той же регенеративний теплообмінник може підтримувати роботу з різними теплоносіями. В принципі конструкція допускає таку теоретичну можливість, але кожен екземпляр повинен спочатку розраховуватися на експлуатацію в контакті з певною агресивним середовищем, оскільки і високі температури, і рідина як така негативно впливають на металеву структуру.

Типи регенеративних теплообмінних апаратів

Розрізняють два різновиди таких агрегатів. Це пристрої з безперервним і періодичним дією. Теплообмінники безперервної дії являють собою установки з зернистим циркулюючим наповнювачем. Система управління процесом переміщення робочого середовища допускає повну зупинку руху, при якій теплоносій збереже контакт з омивається поверхнею. До слова, функцію природного автоматичного регулятора можуть виконувати спеціальні термоакумулюючі насадки. У конструкції регенеративного теплообмінника з нерухомими насадками можливості контролю потоків обмежені і повністю залежать від налаштувань, виставлених оператором. Що ж стосується моделей з періодичною дією, то вони мають ускладненою структурою розподілу камер з теплоносіями. Такий пристрій підвищує ефективність роботи апарату, але також вимагає більш відповідальної функції силового забезпечення з боку циркуляційного насоса.

Теплообмінники з плавким ядром

Одна з найбільш досконалих на даний момент версій теплообмінного регенератора, насадка якого формується пластинними середньою товщиною 20 мм. У даній системі і знаходиться плавиться ядро-пристрій з рідким металом всередині, яке в періоди плавлення або кристалізації виділяє теплову енергію. Прихована теплота в регенеративних теплообмінниках з рухомою насадкою підвищує теплоємність контуру в десятки разів у порівнянні зі звичайними агрегатами, що створюють сприятливі умови для процесів акумуляції тепла. Продуктивність високотемпературного теплообмінника такого типу буде визначатися питомою поверхнею насадки і її здатністю до теплової акумуляції.

Область застосування обладнання

Теплообмінні агрегати широко використовуються в різних системах опалювального обладнання з бойлерними установками, водонагрівачами, накопичувачами, котлами і т. д. Це стосується переважно приватного сегмента, але найбільш високі техніко-експлуатаційні показники даного пристрою розкриваються в сфері промисловості. Наприклад, цільові області застосування теплообмінника регенеративної періодичної дії формуються металургійними і склоплавильними підприємствами, де потрібна робота з дуже високими температурами. Наприклад, підключаються повітронагрівачі в таких умовах роботи розраховуються на режими до 1300 ° з. І знову ж таки, мова може йти не тільки про рідинних середовищах, а й про газових сумішах, що підвищує вимоги до безпеки при експлуатації таких агрегатів.

Укладення

Регенеративна модифікація теплообмінника була розроблена з метою оптимізації ряду теплотехнічних процесів. У підсумку на тих же промислових об`єктах сьогодні вдається виконувати технологічний процес з мінімальною витратою палива, підтримуючи при цьому високу температуру Gorenje. Але це зовсім не означає, що принцип роботи теплообмінника з акумулятивною функцією повністю позбавлений недоліків. До слабких місць даного обладнання відносять обмежені можливості автоматизації теплотехнічного процесу, великі розміри і масу апарату, а також складність підключення конструкції до основних виробничих комунікацій. Інша справа, що конструкційний пристрій регенератора постійно вдосконалюється, про чим говорить і поява більш розвинених моделей теплообмінників з плавким ядром.