Hvordan fungerer en varmeveksler?

Brukt til å overføre varme mellom en væske (enten væske eller som en gass) og en annen væske (en annen væske eller gass) uten å la de to væskene komme i direkte kontakt med hverandre, brukes varmevekslere i både oppvarmings- og kjøleprosesser.

Varmevekslerebrukes i en rekke bruksområder, inkludert klimaanlegg, kjemiske anlegg, petrokjemiske anlegg, petroleumsraffinerier, kraftstasjoner, prosessering av naturgass, kjøling, kloakkbehandling og romoppvarming. Det kan også finnes i forbrenningsmotorer, der de lar motorkjølevæsken strømme gjennom radiatorspoler når luften strømmer forbi dem, og avkjøler kjølevæsken mens luften varmes opp.

En varmeveksler fungerer ved å la varme fra en væske passere en annen, kjøligere, væske uten at de blandes eller kommer i direkte kontakt.

Tenk deg for eksempel et rør med et annet rør rundt. Det indre røret kan tillate et varmt fluid å passere gjennom det mens et kjøligere fluid føres samtidig gjennom det ytre røret. Dette ville tillate den kjøligere væsken å redusere temperaturen til den varmere, ettersom den varmere væsken samtidig økte varmen til den kjøligere. Selvfølgelig er dette et veldig grunnleggende eksempel på varmeveksling, og det er en rekke andre faktorer å vurdere når man undersøker varmevekslere:

1. Bestått

Ved å bøye rørene, for eksempel til en 'S'-form, kan du la væskene gjøre mer enn én 'passering' før de forlater varmeveksleren. En enkelt gjennomgang er et rett rør, hvor væsken kommer inn i den ene enden og går ut i den andre enden av varmeveksleren ganske raskt. En dobbelpassering bruker en U--form, slik at væsken kommer inn og forlater varmeveksleren i samme ende, noe som forlenger tiden som væskene passerer- hverandre i varmeveksleren. En trippelpassering bruker en 'S'-formet formasjon som lar væsken bevege seg langs varmeveksleren tre ganger før den kommer ut. Jo flere passeringer, desto større er varmeoverføring tilgjengelig – ganske enkelt fordi væskene er sammen i systemet lenger – selv om dette også kan føre til trykkfall og hastighetstap.

2. Temperaturkryss-over

Temperaturkryss-oppstår når varmen fra den kjøligere væsken begynner å krysse over med temperaturen til den varme væsken i varmeveksleren. For eksempel kan olje som kommer inn i en varmeveksler ved 80⁰C sammen med vann ved en temperatur på 30⁰C, se at temperaturene deres krysser-om oljen reduseres til 50⁰C når vannet når 51⁰C. På dette tidspunktet har kjølevæsken (vannet) blitt varmere enn oljen. Temperaturkryss-kan redusere effektiviteten til en varmeveksler betydelig, spesielt ved avkjøling. Dette kan unngås ved å øke kjølevæskens strømningshastighet (se 'Flowhastighet' nedenfor), slik at det er mer kjølevæske i systemet. Der temperaturovergang- er uunngåelig, er det den beste løsningen å bruke en platevarmeveksler (se "Typer varmeveksler nedenfor).

3. Temperaturforskjell

Dette refererer til forskjellen i temperatur mellom kjølevæsken og den varme væsken, som er viktig i en varmeveksler, som vist ved «temperaturkryss-over» (over). Kjølevæsken bør holdes ved en lavere temperatur enn den varme væsken, og jo kaldere kjølevæsken er, desto mer effektiv vil den være til å ta varme ut av den varme væsken.

4. Strømningshastighet

Dette er mengden væske som passerer gjennom et-tverrsnitt av et rør i løpet av en bestemt tidsperiode. Det beregnes som volumet av væske per den tiden væsken har strømmet - med en større strømningshastighet som potensielt øker varmevekslerens evne til å overføre varme. Men mer væske betyr også en større masse å transportere, samt økende trykktap og hastighet.

Varmevekslere kan klassifiseres i henhold til strømningsarrangementet eller etter utformingen av selve varmeveksleren.

De tre hovedklassifiseringene av strømningsarrangement som finnes i varmevekslere er parallell-strøm, motstrøm og kryss-strøm:

• Parallell flyt:De to væskene kommer inn i samme ende av varmeveksleren og går parallelt før de går ut sammen
• Motstrøm:Væskene kommer inn på motsatte sider av varmeveksleren og går gjennom systemet i motsatte retninger. Dette er det mest effektive strømningsarrangementet, siden den gjennomsnittlige temperaturforskjellen mellom væskene forblir høyere i hele systemet
• Kryss-flyt:I denne formen for varmeveksler beveger væskene seg vinkelrett (i rette vinkler) på hverandre

I tillegg til strømningsarrangementet, kan varmevekslere kategoriseres etter type, i henhold til den fysiske utformingen av varmeveksleren:

• Dobbeltrør:Dette er den mest enkle typen varmeveksler som brukes av industrien. Som navnet antyder, består disse av to rør som væsker kan strømme gjennom. Strømningskonfigurasjonen kan være parallell eller motstrøm, med motstrøm som er mer effektiv mens parallellstrøm er bedre hvis de to væskene må bringes til samme temperatur. Disse varmevekslerne er enkle og billige å designe og vedlikeholde, men har et relativt lavt effektivitetsnivå sammenlignet med andre design
• Skall og rør:Skall- og rørvarmevekslere bruker et sett med metallrør som en væske strømmer gjennom, omgitt av et forseglet skall som den andre væsken strømmer gjennom. Denne typen varmevekslere fungerer med alle typer strømning – parallell-, mot- og kryssstrøm- og finnes i damplokomotiver. Baffler brukes til å styre væskestrømmen, indusere vibrasjoner i væsken og støtte rørene, mens finner også kan brukes med luft-kjølte teknologier (som forbrenningsmotorkjølere) for å øke området for varmeoverføring
• Plate/finne:Denne typen varmevekslere bruker stabler av tynne metallplater som holdes fra hverandre av finner for å danne nivåer, omtrent som gulvene i en bygning. Hvert av disse 'gulvene' er imidlertid selvstendige-og atskilt fra det over eller under, og skaper en forseglet serie med rør som væsker kan strømme gjennom. Dette skaper et stort overflateareal som er i stand til å utveksle varme raskt, samtidig som det garanterer væskestrøm over hele varmeoverføringsoverflaten, og forhindrer væskestagnasjon og akkumulering. Platene kan lages i forskjellige størrelser, dybder og former, inkludert korrugerte plater, plate og ramme, plate og skall, eller spiralplater. En høy strømningsturbulens mellom platene skaper større varmeoverføring og redusert trykk. Denne typen varmevekslere brukes i applikasjoner som gassovner og kjeler.
• Luftkjølt:Denne typen varmevekslere finnes ofte i kjøretøy og andre bevegelige applikasjoner der kaldt vann ikke er tilgjengelig. I stedet for to væsker bruker luftkjølte systemer kald luft fra en vifte eller luftstrøm forårsaket av bevegelsen til selve kjøretøyet.
• Kondensatorer, kjeler og fordampere:Denne typen varmeveksling fortjener en spesiell omtale da den fungerer på en litt annen måte enn de som allerede er beskrevet. I stedet for å sette inn to væsker (varme og kalde), bruker disse kjøling og kondensering av en varm gass til flytende form (og omvendt) for å lage en varmeoverføringssyklus. Dette er prosessen som brukes av dampturbiner og dampgeneratorer, som bruker syklusen med å fordampe vann til damp og dens påfølgende avkjøling tilbake til en væske.
• Recuperatorer:En rekuperator er en varmeveksler designet for å fange opp varme som ellers ville gått tapt, for eksempel varme som ventileres fra en bygning. Den varme luften ledes ut gjennom en kanal ved siden av en separat, innkommende kanal med kjølig væske for å skape en motstrøm. Dette er hvordan et-varmegjenvinningsventilasjonssystem fungerer, slik at en bygning kan ventileres med frisk luft uten å miste all varmen fra den utgående varmere luften
• Regeneratorer:Denne typen varmevekslere lar både innkommende og utgående væsker bevege seg gjennom samme kanal i motsatte retninger til forskjellige tider. Når den varme væsken strømmer ut, gir den fra seg noe av varmen, og når den kjølige væsken strømmer inn, tar den opp noe av restvarmen som ble igjen der. Denne typen varmeveksling brukes i en Stirling-motor, som bruker et stempel for å skyve innestengt gass frem og tilbake mellom en varmekilde (som en brann) og et kjøligere område, eller "vask", der varmen går tapt. Denne typen varmevekslere reduserer varmetapet i et system ved å 'regenerere' varmen.

Varmevekslere brukes til et bredt spekter av bruksområder i både industriell og daglig bruk.

Mens varmevekslere kommer i en rekke forskjellige design og strømningssystemer, fungerer de alle på samme måte; tillater termisk kontakt mellom en varmere og en kjøligere væske (uten faktisk å blande seg), slik at de to væskene varmer eller avkjøler- hverandre tilsvarende.

Dette forbedrer effektiviteten til kjøretøy og andre enheter, samt sparer kostnader og reduserer energiforbruket (og eventuell tilhørende miljøpåvirkning).

Se etter HX-planer

Dine bruksscenarioer for varmeveksler (som matforedling, petrokjemisk industri, kraftkjøling) og middels egenskaper (korrosivitet/viskositet/temperatur) varierer, så spesifikasjonsplanen vil også være eksklusivt tilpasset-gi oss beskjed om dine behov, så gir vi deg målrettede parametere og tilbud.

E-post:global@gneesteels.com