WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY ŹRÓDŁA CIEPŁA I CHŁODU WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Ze względu na sposób działania wymienniki ciepła dzielimy na trzy grupy: Podział Regeneratory Rekuperatory Wymienniki ciepła bezprzeponowe mokre

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Podział Rekuperatory (wymienniki przeponowe lub powierzchniowe). Oba płyny, tj. oddający i pobierający ciepło, płyną po obu stronach ściany (przepony) w sposób ciągły. Wymiana ciepła i temperatur obu płynów najczęściej nie zmienia się w czasie, a cały proces wymiany ciepła można traktować jako ustalony.

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Podział Regeneratory W wymiennikach tych nie ma przepony oddzielającej oba gazy, a ich przepływ odbywa się w tych samych kanałach na zmianę. Gaz grzewczy oddaje swe ciepło wypełnieniu, ogrzewając je, a gaz ogrzewany odbiera ciepło zmagazynowane w tym wypełnieniu. Wypełnienia regeneratora mogą być ceramiczne (ceglane) lub metalowe (z blach falistych lub folii karbowanej). Aparaty te są przełączane okresowo, wobec czego procesy wymiany ciepła i temperatur są nieustalone, czyli zmienne w czasie

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Podział Wymienniki ciepła bezprzeponowe mokre W aparatach tych wymiana ciepła odbywa się między gazem a cieczą bez pośrednictwa przepony (przegrody). W tak zwanych skruberach ciecz spływa po wypełnieniu, którym są kształtki ceramiczne (np. pierścienie Raschiga), ruszty drewniane kawałki koksu, różne kształtki metalowe, itp., a gaz przepływa przez puste przestrzenie między elementami wypełnienia.

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Mechanizm Mechanizm wymiany ciepła między gazem a cieczą jest zbliżony do mechanizmu wymiany ciepła w klasycznych procesach przepływu ciepła, z wyjątkiem tego, że nie występuje przewodzenie ciepła przez ściankę stałą. Ponadto na proces wymiany ciepła nakłada się w tych przypadkach proces ruchu masy. Najczęściej wymiana ciepła w masy przebiega w sposób ciągły i ustalony, wobec czego temperatura i ciśnienie cząstkowe nie zmieniają się w czasie.

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Rekuperator przeciwprądowy Rekuperator przeciwprądowy: a) zmiana temperatury płynów A i B. płynów A i B, b) schemat rekuperatora

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Rekuperator współprądowy Rekuperator współprądowy: a) zmiana temperatury płynów A i B. płynów A i B, b) schemat rekuperatora

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Zalety rekuperatora przeciwprądowego Rekuperatory przeciwprądowe umożliwiają lepsze wykorzystanie energii czynnika grzewczego. Przy tych samych różnicach temperatur między czynnikami na wlocie i wylocie z wymiennika zawsze powierzchnia wymiany ciepła jest mniejsza dla przepływu przeciwprądowego niż dla przepływy współprądowego obu czynników. Stąd regułą jest stosowanie rekuperatorów przeciwprądowych. Zaletą przepływów współprądowych jest to, iż temperatura jest w przybliżeniu jednakowa wzdłuż całej długości wymiennika ciepła. Jeśli temperatura jednego z czynników jest stała (np. wrząca ciecz lub skraplająca się para), to jest rzeczą obojętną, czy przepływ obu czynników odbywa się we współprądzie, czy przeciwprądzie.

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Strumień ciepła Równanie przenikania ciepła dla całego wymiennika można napisać w następującej postaci: k – współczynnik przenikania DT - wartość różnicy temperatur uśredniona całej powierzchni

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Strumień ciepła Ten zapis wynika z faktu, że zarówno współczynnik przenikania ciepła, jak i różnic temperatur między płynami zmieniają się wzdłuż długości wymiennika. W warunkach, gdy współczynnik przenikania ciepła oraz pojemności cieplne oby płynów są stałe (np. nie zachodzi reakcja chemiczna w wymienniku ciepła), zależność tą można sprowadzić do prostszej postaci gdzie nosi nazwę średniej zastępczej różnicy temperatury.

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Różnica temperatur Poniżej będzie jedynie podany końcowy wzór obowiązujący zarówno dla przepływu przeciwprądowego jak i współprądowego Średnia logarytmiczna różnica temperatur

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Rekuperator krzyżowy Rekuperatory krzyżowe są często dogodne w użyciu ze względów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych. W obliczeniach tych rekuperatorów korzysta się z zależności () przy czym oblicza się jak dla przepływu przeciwprądowego, a wynik mnoży się przez współczynnik uwzględniający inną różnicę temperatur, czyli: Poprawka określa o ile powinna się zwiększyć powierzchnia wymiany ciepła, jeśli zamiast przepływu przeciwprądowego (p) zastosuje się krzyżowy (k).

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Rekuperator krzyżowy Rekuperator krzyżowy: schemat rekuperatora, b) wykres zmian temperatury płynów A i B

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Współczynnik poprawkowy P

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Współczynnik poprawkowy P

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Współczynnik poprawkowy P

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Konstrukcje wymienników ciepła Wymienniki przeciwprądowe W rekuperatorze przeciwprądowym strumienie ciepłego i zimnego powietrza biegną względem siebie równolegle i przeciwbieżnie. Wymiana ciepła odbywa sie na stosunkowo dużej powierzchni, chcąc je powiększyć wystarczy wydłużyć wymiennik. Całość jest bardzo łatwa do zamontowania instalacji wentylacyjnej. Naturalne, równoległe ułożenie kanałów minimalizuje powstawanie zaburzeń przepływu, proces wymiany powietrza przebiega cicho i równomiernie. Sprawność tego typu wymienników osiąga nawet 90%.

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Konstrukcje wymienników ciepła Wymienniki obrotowe (bębnowe) Centralnym elementem urządzenia jest wirujący bęben. Równolegle do osi obrotu wykonano w nim szereg kanałów. Podczas pracy przez kanały przepływa na zmianę usuwane z wnętrza budynku powietrze ciepłe oraz chłodne powietrze pobrane z zewnątrz budynku. Wymiennik tego typu wymaga zastosowania stałego napędu. Jest odporny na wpływ niskich temperatur, w jego wnętrzu nie osadza się szron. Sprawność prezentowanego rozwiązania wynosi ok. 80%.

WYMIENNIKI CIEPŁA, REKUPERATORY Konstrukcje wymienników ciepła Wymienniki krzyżowe W ich wnętrzu strumienie ciepłego i zimnego powietrza przecinają się. W miejscu styku rozdzielają je cienkie płyty z materiału dobrze przewodzącego ciepło. Dla zwiększenia powierzchni wymiany ciepła stosuje się przegrody karbowane. Wymienniki krzyżowe są rekuperatorami najprostszymi w budowie i jednocześnie najtańszymi. Są bardzo często stosowane w instalacjach domów jednorodzinnych. Konstrukcja tego typu ma dwie zasadnicze niedogodności. Powierzchnia wzajemnego oddziaływania obu strumieni jest stosunkowo mała, najmniejsza w stosunku do pozostałych konstrukcji. Jej powiększenie jest możliwe pod warunkiem wzrostu wielkości urządzenia. Kolejna niedogodność wynika z przebiegu kanałów powietrznych w rekuperatorze krzyżowym. Ponieważ przewody doprowadzające i odprowadzające ustawione są do siebie prostopadle, podłączenie wymiennika do systemu wentylacyjnego jest stosunkowo skomplikowane. Sprawność wymienników krzyżowych osiąga 60%.