Hur fungerar en värmeväxlare?

Värmeväxlare används för att överföra värme mellan en vätska (antingen vätska eller som gas) och en annan vätska (en annan vätska eller gas) utan att låta de två vätskorna komma i direkt kontakt med varandra. Värmeväxlare används i både uppvärmnings- och kylprocesser.

Värmeväxlareanvänds i en rad applikationer inklusive luftkonditionering, kemiska anläggningar, petrokemiska anläggningar, petroleumraffinaderier, kraftverk, bearbetning av naturgas, kylning, avloppsrening och uppvärmning av rum. Det kan också hittas i förbränningsmotorer, där de tillåter motorns kylvätska att strömma genom kylarslingor när luft strömmar förbi dem, kyler kylvätskan samtidigt som luften värms upp.

En värmeväxlare fungerar genom att låta värme från en vätska passera en annan, kallare, vätska utan att de blandas eller kommer i direkt kontakt.

Tänk dig till exempel ett rör med ett annat rör runt sig. Det inre röret kan tillåta en het vätska att passera genom det medan en kallare vätska samtidigt passerar genom det yttre röret. Detta skulle tillåta den kallare vätskan att sänka temperaturen på den varmare, eftersom den varmare vätskan samtidigt ökade värmen på den kallare. Naturligtvis är detta ett mycket grundläggande exempel på värmeväxling, och det finns ett antal andra faktorer att ta hänsyn till när man undersöker värmeväxlare:

1. Pass

Genom att böja rören, till exempel till en 'S'-form, kan du tillåta vätskorna att göra mer än ett 'pass' innan de lämnar värmeväxlaren. En enkelpassage är ett rakt rör, där vätskan kommer in i ena änden och ut i den andra änden av värmeväxlaren ganska snabbt. En dubbelpassering använder en U--form, så att vätskan kommer in i och lämnar värmeväxlaren i samma ände, vilket förlänger tiden som vätskorna passerar varandra i värmeväxlaren. En trippelpassering använder en "S"-formad formation som gör att vätskan kan färdas längs värmeväxlarens längd tre gånger innan den lämnas. Ju fler passager, desto större mängd värmeöverföring är tillgänglig – helt enkelt för att vätskorna är tillsammans i systemet längre – även om detta också kan leda till tryckfall och hastighetsförlust.

2. Temperaturkorsning-Över

Temperaturkorsning-uppstår när värmen från den kallare vätskan börjar korsa över temperaturen på den heta vätskan i värmeväxlaren. Till exempel kan olja som kommer in i en värmeväxlare vid 80⁰C tillsammans med vatten vid en temperatur på 30⁰C se deras temperaturer korsas-om oljan minskar till 50⁰C när vattnet når 51⁰C. Vid denna tidpunkt har den kallare vätskan (vattnet) blivit varmare än oljan. Temperaturkorsning-kan avsevärt minska effektiviteten hos en värmeväxlare, särskilt vid kylning. Detta kan undvikas genom att öka kylvätskans flödeshastighet (se 'Flödeshastighet' nedan), så att det finns mer kylvätska i systemet. Där temperaturövergång-är oundviklig är det den bästa lösningen att använda en plattvärmeväxlare (se "Typer av värmeväxlare nedan).

3. Temperaturskillnad

Detta hänvisar till skillnaden i temperatur mellan kylvätskan och den heta vätskan, vilket är viktigt i en värmeväxlare, som visas med 'temperaturkorsning- ovan). Kylvätskan bör hållas vid en lägre temperatur än den heta vätskan, och ju kallare kylvätskan är, desto effektivare kommer den att ta värme ur den heta vätskan.

4. Flödeshastighet

Det här är mängden vätska som passerar genom ett-tvärsnitt av ett rör under en viss tidsperiod. Det räknas ut som volymen vätska per den tid vätskan har flödat - med en högre flödeshastighet som potentiellt ökar värmeväxlarens förmåga att överföra värme. Men mer vätska innebär också en större massa att transportera, samt ökande tryckförluster och hastighet.

Värmeväxlare kan klassificeras enligt flödesarrangemanget eller efter själva värmeväxlarens konstruktion.

De tre huvudklassificeringarna av flödesarrangemang som finns i värmeväxlare är parallellt-flöde, motflöde och tvärflöde:-

• Parallellt flöde:De två vätskorna kommer in i samma ände av värmeväxlaren och färdas parallellt innan de går ut tillsammans
• Motflöde:Vätskorna kommer in på motsatta sidor av värmeväxlaren och färdas genom systemet i motsatta riktningar. Detta är det mest effektiva flödesarrangemanget, eftersom medeltemperaturskillnaden mellan vätskorna förblir högre i hela systemet
• Kors-flöde:I denna form av värmeväxlare färdas vätskorna vinkelrätt (i rät vinkel) mot varandra

Förutom flödesarrangemanget kan värmeväxlare kategoriseras efter typ, enligt värmeväxlarens fysiska design:

• Dubbelrör:Detta är den mest enkla typen av värmeväxlare som används av industrin. Som namnet antyder består dessa av två rör genom vilka vätskor kan strömma. Flödeskonfigurationen kan vara parallell eller motström, med motflöde som är mer effektivt medan parallellflöde är bättre om de två vätskorna skulle behöva tas till samma temperatur. Dessa värmeväxlare är enkla och billiga att designa och underhålla men har en relativt låg effektivitet jämfört med andra konstruktioner
• Skal och rör:Skal- och rörvärmeväxlare använder en uppsättning metallrör genom vilka en vätska strömmar, omgiven av ett förseglat skal genom vilket den andra vätskan strömmar. Den här typen av värmeväxlare fungerar med alla typer av flöde – parallell-, mot- och tvärflöde- och finns i ånglok. Bafflar används för att rikta vätskeflödet, inducera vibrationer i vätskan och stödja rören, medan fenor även kan användas med luft-kylda tekniker (som förbränningsmotorkylare) för att öka värmeöverföringsytan
• Tallrik/fena:Denna typ av värmeväxlare använder staplar av tunna metallplattor som hålls isär av fenor för att bilda nivåer, ungefär som golven i en byggnad. Vart och ett av dessa "golv" är dock fristående- och separerade från det ovanför eller under, vilket skapar en förseglad serie av rör genom vilka vätskor kan flöda. Detta skapar en stor yta som kan utbyta värme snabbt samtidigt som det garanterar vätskeflöde över hela värmeöverföringsytan, vilket förhindrar vätskestagnation och ackumulering. Plåtarna kan skapas i olika storlekar, djup och former, inklusive korrugerade plåtar, plåt och ram, plåt och skal, eller spiralplattor. En hög flödesturbulens mellan plattorna skapar större värmeöverföring och en minskning av trycket. Denna typ av värmeväxlare används i applikationer som gasugnar och pannor.
• Luftkyld:Denna typ av värmeväxlare finns vanligtvis i fordon och andra rörliga applikationer där kallt vatten inte är tillgängligt. Istället för två vätskor använder luftkylda system kall luft från en fläkt eller luftflöde som orsakas av själva fordonets rörelse.
• Kondensorer, pannor och förångare:Denna typ av värmeväxling förtjänar ett speciellt omnämnande eftersom det fungerar på ett lite annorlunda sätt än de som redan beskrivits. Istället för att sätta in två vätskor (varma och kalla), använder dessa kylning och kondensering av en het gas till flytande form (och vice versa) för att skapa en värmeöverföringscykel. Detta är den process som används av ångturbiner och ånggeneratorer, som använder cykeln för att förånga vatten till ånga och dess efterföljande kylning tillbaka till en vätska.
• Recuperatorer:En rekuperator är en värmeväxlare utformad för att fånga upp värme som annars skulle gå förlorad, till exempel värme som ventileras från en byggnad. Den varma luften leds ut genom en kanal bredvid en separat, inkommande kanal av kall vätska för att skapa ett motflöde. Så här fungerar ett-värmeåtervinningsventilationssystem, vilket gör att en byggnad kan ventileras med frisk luft utan att förlora all sin värme från den utgående varmare luften
• Regeneratorer:Dessa typer av värmeväxlare tillåter både inkommande och utgående vätskor att röra sig genom samma kanal i motsatta riktningar vid olika tidpunkter. När den varma vätskan strömmar ut avger den en del av sin värme och när den svala vätskan strömmar in, tar den upp en del av den restvärme som fanns kvar där. Denna typ av värmeväxling används i en Stirling-motor, som använder en kolv för att trycka instängd gas fram och tillbaka mellan en värmekälla (som en eld) och ett svalare område, eller "sänka", där värmen går förlorad. Denna typ av värmeväxlare minskar värmeförlusten i ett system genom att "regenerera" värmen.

Värmeväxlare används för ett brett spektrum av applikationer i både industriell och vardaglig användning.

Även om värmeväxlare finns i en rad olika konstruktioner och flödessystem, fungerar de alla på ett liknande sätt; tillåter termisk kontakt mellan en varmare och en svalare vätska (utan att de faktiskt blandas), så att de två vätskorna värmer eller kyler-den andra i enlighet med detta.

Detta förbättrar effektiviteten hos fordon och andra enheter samt sparar kostnader och minskar energiförbrukningen (och eventuell miljöpåverkan).

Nå för HX-planer

Dina användningsscenarier för värmeväxlare (som livsmedelsförädling, petrokemisk industri, kraftkylning) och mediumegenskaper (korrosivitet/viskositet/temperatur) varierar, så specifikationsplanen kommer också att anpassas exklusivt-vänligen meddela oss dina behov, så ger vi dig riktade parametrar och offerter.

E-post:global@gneesteels.com