Výměník tepla je zařízení, které slouží k chlazení nebo ohřevu pracovní tekutiny výměnou tepla. Designově jsou povrchové a míchací. Pracovní tekutinou mohou být jak kapaliny, tak plyny. V závislosti na termofyzikálních vlastnostech média se může měnit konstrukce výměníků tepla. Mezi konstrukční prvky patří průměry a délky trysek a plocha teplosměnné plochy.
Typy výměníků tepla podle chladiva
Podle typu chladicí kapaliny se výměníky tepla dělí na:
voda-voda – použití vody jako topné nebo chladicí kapaliny.
Voda-pára – použití páry k ohřevu vody a její kondenzaci. Používá se v ohřívačích napájecí vody. Tento typ výměníku tepla může být buď rekuperační nebo směšovací.
Voda-plyn – například využití tepla spalin z topeniště kotle k ohřevu napájecí vody.
Plyn-plyn – například využití tepla spalin k ohřevu foukaného vzduchu.
Voda-kov – použití tekutého kovu jako chladicí kapaliny pro ohřev vody/vzduchu. Tekutý kov má nejlepší vlastnosti přenosu tepla a pracuje v rozsahu od 260 do 1100 °C. Používají se především kovy s dobrými vlastnostmi přenosu tepla: cín, vizmut, rtuť, olovo.
Typy výměníků tepla metodou přenosu tepla
Směšovací výměníky tepla
Směšovací výměníky tepla – Jedná se o výměníky tepla, ve kterých dochází k přenosu tepla přímým směšováním dvou proudů. Tento typ výměníku tepla zahrnuje chladicí věže a probublávače.
Chladicí věž je tvořena železobetonovou věží, v jejíž spodní části je ve výšce cca 1,5 metru namontován sprinkler a pod ním je umístěn zásobník na jímání ochlazené vody. K ochlazování vody dochází přirozenou konvekcí se stoupajícími proudy vzduchu. Účinnost chladicích věží je dána okolní teplotou. Tento výměník tepla se používá pro zásobování cirkulační vodou tepelných elektráren při absenci vhodných nádrží vhodných pro kondenzaci páry za parní turbínou.
Bubblery jsou zařízení používaná k dodávání vodní páry do kapaliny. Skládají se z trubek s otvory nahoře, které jsou umístěny vodorovně do spodní části skříně výměníku tepla.
Tento provozní princip se například používá k ohřevu vody v bublinkových odvzdušňovačích.
Rekuperační výměníky tepla
Rekuperační výměníky tepla – Jedná se o plošné výměníky tepla, ve kterých probíhá kontinuální výměna tepla přes dělicí stěnu. Tento typ výměníku tepla se používá v mnoha průmyslových odvětvích a má mnoho různých konstrukcí.
Plášťový a trubkový výměník tepla
Plášťový a trubkový výměník tepla sestává z krytu, ve kterém dochází k výměně tepla mezi teplým a studeným prostředím.
Horká chladicí kapalina je směrována proti proudu studené chladicí kapaliny. Výměník tepla má několik přepážek, které usměrňují tok chladicí kapaliny v klikatém vzoru a mění směr toku pro zvýšení turbulence a zvýšení odvodu tepla.
Obrázek ukazuje: horká chladicí kapalina proudí v mezitrubkovém prostoru mezi přepážkami, postupně se ochlazuje. A studená chladicí kapalina prochází svazkem trubek a zahřívá se.
Dvoutrubkový výměník tepla
Dvoutrubkový výměník tepla je tepelný výměník sestávající z několika trubek zapojených do série. Jedna chladicí kapalina se pohybuje vnitřním potrubím a druhá prstencovou mezerou mezi vnějším a vnějším potrubím.
Na obrázku je znázorněn dvoutrubkový výměník tepla, do kterého potrubím 1 vstupuje chladné chladivo, které se postupně ohřívá od horkého média, které se pohybuje po prstencových mezerách 2 a postupně se ochlazuje.
Ponorný výměník tepla
Ponorný výměník tepla je tepelný výměník, ve kterém se pracovní tekutina pohybuje po spirálové spirále, která je ponořena do kapaliny. Konstrukce takových výměníků tepla má velký objem v důsledku skutečnosti, že kapalina uvnitř výměníku tepla se pohybuje nízkou rychlostí.
Studená kapalina je přiváděna zespodu a v důsledku přirozené konvekce se ohřívá a stoupá do výstupního potrubí. A pára se pohybuje po spirále shora dolů a cestou kondenzuje.
Zavlažovací výměník tepla
Zavlažovací výměník tepla – Jedná se o výměník tepla skládající se z spirály zavlažované rovnoměrně proudy vody. Trubky jsou umístěny svisle ve formě sekcí. Voda použitá k chlazení pracovní tekutiny proudí do pánve. Tyto výměníky tepla se používají jako kondenzátor. K výraznému odvodu tepla dochází při odpařování zavlažované vody.
Koeficient prostupu tepla tohoto typu výměníků není vysoký, takže pracují při nízkém tepelném zatížení.
Deskový výměník tepla
Deskový výměník tepla je výměník tepla, jehož teplosměnnou plochou jsou vlnité desky umístěné vzájemně rovnoběžně. Tyto desky mezi sebou tvoří 3-6 mm široké kanály, ve kterých proudí teplá a studená chladicí kapalina.
Díky vysokým rychlostem chladicí kapaliny a pracovní kapaliny je v těchto výměnících tepla dosahováno vysokého výkonu.
Spirálový výměník tepla
Spirálový výměník tepla je tepelný výměník, ve kterém jsou 2 vzájemně izolované spirálové kanály, kterými proudí chladivo. Pro lepší přenos tepla jsou vedeny v protiproudu. Tento typ výměníku tepla je schopen pracovat při vysokých rychlostech chladicí kapaliny, ale je obtížné je vyrobit a pracovat v omezeném rozsahu přetlaku.
Spirálové výměníky tepla jsou horizontální a vertikální o šířce spirály 0,2-1,5 metru a otopné ploše od 3,2 do 100 m2.
Obrázek jasně ukazuje, jak horká chladicí kapalina 1, vstupující do středu výměníku tepla, proudí ve spirále v protiproudu ke studené chladicí kapalině 2.
Žebrové výměníky tepla
Žebrové výměníky tepla – Jedná se o výměníky tepla různých provedení, které využívají vnější žebra na stěně potrubí, což umožňuje zvýšení součinitele prostupu tepla. U trubkových výměníků tepla jsou trubky žebrované příčnými deskami. Výměníky tepla tohoto typu se používají k oddělení proudění studeného vzduchu v instalacích pracujících při nízkých teplotách.
Závěr
- Skořápka a trubka
- Dvoutrubkový
- Ponorné
- Zavlažování
- Lamelární
Pro víření proudění a zlepšení přenosu tepla se používají svazky žebrovaných trubek.
