المبادلات الحرارية المتجددة: الأنواع ، مبدأ التشغيل ، النطاق

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

يعتبر مبدأ التبادل الحراري باستخدام وسائط التدوير الساخنة هو الأمثل للحفاظ على تشغيل أنظمة التدفئة. يتطلب النظام المنظم بشكل صحيح لقنوات نقل الطاقة الحرارية الحد الأدنى من تكاليف الصيانة ، ولكنه يوفر في نفس الوقت أداءً كافيًا. خيار التصميم الأمثل لمثل هذا النظام هو مبادل حراري متجدد يوفر عمليات تسخين وتبريد بديلة.

ما هو المبادل الحراري؟

توفر تصميمات المبادلات الحرارية الحديثة عمليات لنقل الطاقة الحرارية بأقل خسائر بين وسائط التشغيل. يحدث التبادل غالبًا بين سائل ساخن وأسطح معدنية باردة ، والتي بدورها ،بدوره ، نقل الحرارة إلى وسط دائري آخر. توفر الحركة المستمرة تأثير النقل الجماعي المستقر ، والذي يستخدم في كل من المؤسسات الصناعية والخدمة المنزلية في المنازل الخاصة. بالإضافة إلى تبادل الطاقة بين الوسائط الباردة والساخنة ، يمكن أن توفر المبادلات الحرارية عمليات التبخر والتجفيف والذوبان والتكثيف مع التبريد. بدلاً من الحرارة كوسيلة عمل رئيسية ، يمكن أيضًا استخدام التيارات الباردة ، وهو أمر شائع بشكل خاص في عمليات الإنتاج حيث يلزم التبريد الدوري للمعدات. ومع ذلك ، من المرجح أن ترتبط مهام التسخين بتصميمات المبادلات الحرارية. على سبيل المثال ، يمكن لمعدات الحرارة العالية من هذا النوع أن تزيد من النظام الحراري حتى 400-700 درجة مئوية.

ميزات المبادل الحراري المتجدد

تصميمات المبادلات الحرارية على المستوى الأساسي مقسمة إلى السطح والخلط. في هذه الحالة ، نحن نتحدث عن ممثل لمجموعة من الأجهزة السطحية ، والتي تتميز بحقيقة أن وسيطين نشطين (تدفقات ساخنة وباردة) وجدار معدني متورطان في عملية العمل ، والتي تنقل الطاقة بين التدوير الجماهير. في المبادل الحراري المتجدد ، يتم شطف اللوح المعدني الفاصل على فترات منتظمة ، ولكن ليس بشكل مستمر. للمقارنة ، يمكننا إعطاء مثال على مبادل حراري سطح آخر - متعافي. في مثل هذه الأجهزة ، تتضمن عملية العمل الغسيل المستمر لجدار مشابه بالبرودة أو بالتسخينالتدفقات.

مبدأ تشغيل الجهاز

يتم تنفيذ الوظيفة الرئيسية للمبادل الحراري في لحظة ملامسة وسيط العمل النشط بلوحة معدنية تفصل التدفقات. أي أن المبدأ الأساسي للعملية هو تراكم الطاقة من سائل له درجة حرارة مختلفة حاليًا عن جدار المبادل الحراري. بشكل تقريبي ، في الدورة الأولى من التشغيل ، تنقل التيارات الساخنة وبالتالي تحتفظ بالحرارة في العنصر المعدني ، وفي الدورة الثانية والأخيرة ، تدرك البيئة الباردة بالفعل هذه الحرارة. المبدأ التراكمي لتشغيل المبادل الحراري مع فصل واضح للوسائط وفقًا لدرجة الحرارة له مزايا كبيرة. أولاً ، يؤدي عدم الحاجة إلى خلط وسائط العمل إلى تحسين جودة تكوين التدفقات. هذا عامل مهم في المحتوى التقني والتشغيلي للاتصالات. ثانيًا ، يتم أيضًا زيادة كفاءة نقل الحرارة على هذا النحو. من ناحية أخرى ، فإن هذه المزايا متاخمة بشكل لا ينفصم لعيوب التصميم. يزيد الفصل الأساسي للتدفقات من أبعاد المعدات ، مما يؤدي أحيانًا إلى تمديد مقاطع خطوط الأنابيب في شبكات تسخين الاتصالات القديمة. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب ضمان وظيفة الدوران زيادة في إمكانات الطاقة ، والتي يتم التعبير عنها في الحاجة إلى توصيل محطات ضخ عالية السعة.

المبردات المستعملة

نماذج المبادلات الحرارية المتجددة متعددة الاستخدامات من حيث إمكانية الخدمة لمختلفبيئات العمل. كما هو الحال مع المبادلات الحرارية الأخرى ، الوسيط الأكثر نشاطًا هو السائل - الماء أو مضاد التجمد. المبردات المستخدمة في العمليات التكنولوجية في الإنتاج أكثر تنوعًا. يستخدم بخار الماء ومخاليط الغاز والدخان ومنتجات الاحتراق للتدفئة والتبريد. ومع ذلك ، هذا لا يعني على الإطلاق أن نفس المبادل الحراري المتجدد يمكنه دعم التشغيل باستخدام ناقلات حرارية مختلفة. من حيث المبدأ ، يسمح التصميم بمثل هذا الاحتمال النظري ، ولكن يجب تصميم كل حالة مبدئيًا للتشغيل في اتصال مع بيئة عدوانية معينة ، نظرًا لأن درجات الحرارة المرتفعة والسائل على هذا النحو يؤثران سلبًا على الهيكل المعدني.

أنواع المبادلات الحرارية المتجددة

هناك نوعان من هذه الوحدات. هذه هي الأجهزة ذات العمل المستمر والدوري. المبادلات الحرارية المستمرة عبارة عن وحدات ذات حشو دائري حبيبي. يسمح نظام التحكم في عملية تحريك وسط العمل بإيقاف كامل للحركة ، حيث يحافظ المبرد على ملامسته للسطح المغسول. بالمناسبة ، يمكن تنفيذ وظيفة المنظم التلقائي الطبيعي بواسطة فوهات التخزين الحراري الخاصة. في تصميم مبادل حراري متجدد بفوهات ثابتة ، تكون إمكانيات التحكم في التدفقات محدودة وتعتمد كليًا على الإعدادات التي حددها المشغل. أما بالنسبة للنماذج ذات الإجراءات الدورية ، فهيلديها هيكل توزيع معقد للغرف مع ناقلات الحرارة. يزيد مثل هذا الجهاز من كفاءة الجهاز ، ولكنه يتطلب أيضًا وظيفة إمداد طاقة أكثر مسؤولية من مضخة الدوران.

المبادلات الحرارية الأساسية المنصهرة

أحد أكثر الإصدارات تقدمًا من مُجدد التبادل الحراري في الوقت الحالي ، ويتكون تغليفه من صفائح دموية بمتوسط سمك 20 مم. في هذا النظام ، يوجد قلب انصهار - جهاز بداخله معدن سائل ، يطلق طاقة حرارية أثناء فترات الذوبان أو التبلور. تزيد الحرارة الكامنة في المبادلات الحرارية المتجددة ذات الفوهة المتحركة من السعة الحرارية للدائرة بمقدار عشرة أضعاف مقارنة بالوحدات التقليدية التي تخلق ظروفًا مواتية لعمليات تراكم الحرارة. سيتم تحديد أداء هذا النوع من المبادلات الحرارية ذات درجة الحرارة العالية من خلال مساحة السطح المحددة للتعبئة وقدرتها على التخزين الحراري.

نطاق المعدات

تستخدم وحدات التبادل الحراري على نطاق واسع في أنظمة مختلفة من معدات التدفئة مع تركيبات الغلايات وسخانات المياه وخزانات التخزين والمراجل وما إلى ذلك. وهذا ينطبق بشكل أساسي على القطاع الخاص ، ولكن أعلى المؤشرات الفنية والتشغيلية لهذا الجهاز هي كشف عنها في القطاع الصناعي. على سبيل المثال ، يتم تشكيل التطبيقات المستهدفة لمبادل حراري دفعي متجدد بواسطة مصانع الصلب والزجاج ، حيث يلزم العمل معهادرجات حرارة عالية جدا. على سبيل المثال ، يتم حساب سخانات الهواء المتصلة في ظروف التشغيل هذه للأوضاع التي تصل إلى 1300 درجة مئوية. ومرة أخرى يمكننا التحدث ليس فقط عن الوسائط السائلة ، ولكن أيضًا عن مخاليط الغاز ، مما يزيد من متطلبات الأمان لتشغيل هذه الوحدات.

الخلاصة

تم تطوير التعديل التجديدي للمبادل الحراري لتحسين عدد من العمليات الحرارية. نتيجة لذلك ، في نفس المنشآت الصناعية اليوم ، من الممكن تنفيذ العمليات التكنولوجية بأقل استهلاك للوقود ، مع الحفاظ على درجة حرارة احتراق عالية. لكن هذا لا يعني على الإطلاق أن مبدأ تشغيل المبادل الحراري بوظيفة تراكمية يخلو تمامًا من العيوب. تشمل نقاط الضعف في هذا الجهاز الإمكانات المحدودة لأتمتة عملية الهندسة الحرارية ، والحجم الكبير والوزن للجهاز ، فضلاً عن صعوبة توصيل الهيكل بوسائل الاتصال الرئيسية للإنتاج. شيء آخر هو أن تصميم المجدد يتم تحسينه باستمرار ، كما يتضح من ظهور نماذج أكثر تقدمًا من المبادلات الحرارية ذات النواة القابلة للانصهار.