Принцип теплового обміну з застосуванням нагрітих циркулюючих середовищ вважається оптимальним для підтримки роботи опалювальних систем. Правильно організована система каналів переносу теплової енергії вимагає мінімальних фінансових витрат на утримання, але при цьому забезпечує достатню продуктивність. Оптимізованим конструкційним варіантом такої системи є регенеративний теплообмінник, що забезпечує почергове виконання процесів зігрівання і охолодження.
Що таке теплообмінник?
Конструкції сучасних теплообмінників забезпечують процеси переносу теплової енергії з мінімальними втратами між експлуатаційними середовищами. Обмін найчастіше відбувається між рідиною і холодними металевими поверхнями, стіни яких, в свою чергу, передають теплоту інший циркулюючої середовищі. Постійне переміщення забезпечує ефект стабільного масообміну, застосовуваного і на промислових підприємствах, і в побутовому обслуговуванні приватних будинків. Крім енергетичного обміну між холодними і гарячими середовищами, теплообмінники можуть забезпечувати процеси випарювання, сушіння, плавлення і конденсації з охолодженням. Замість тепла як основної робочої середовища можуть використовуватися і холодні потоки, що особливо поширене у виробничих процесах, де вимагається періодичне охолодження обладнання. Однак з конструкціями теплообмінників швидше асоціюються саме завдання обігріву. Наприклад, високотемпературне обладнання даного типу може нарощувати тепловий режим до 400-700 °С.
Особливості регенеративного теплообмінника
Конструкції теплообмінних апаратів на базовому рівні поділяються на поверхневі і змішувальні. В даному випадку мова йде про представника групи поверхневих апаратів, які характеризуються тим, що в робочому процесі беруть участь дві активні середовища (нагріті і холодні потоки) і металева стінка, яка передає енергію між циркулюючими масами. В регенеративному теплообміннику омивання розділяє металевої пластини виконується з певною періодичністю, але не постійно. Для порівняння можна навести приклад ще одного поверхневого теплообмінника – рекуперативного. У таких апаратах робочий процес передбачає постійне омивання аналогічної стінки холодними або нагрітими потоками.
Принцип дії пристрою
Основна функція теплообмінника виконується в момент зіткнення активної робочої середовища з металевою пластинкою, що розділяє потоки. Тобто ключовим принципом дії є акумуляція енергії від рідини, що має в даний момент іншу температуру, ніж стінка теплообмінника. Грубо кажучи, в першому циклі роботи гарячі потоки передають і тим самим зберігають тепло в металевому елементі, а в другому й заключному – вже холодна середовище сприймає це тепло. Акумулятивний принцип роботи теплообмінника з чітким поділом на середовища по температурному ознакою має істотні плюси. По-перше, відсутність потреби у змішуванні робочих середовищ покращує якість складу потоків. Це важливий фактор техніко-експлуатаційного утримання комунікацій. По-друге, підвищується ефективність теплопередачі як такої. З іншого боку, ці переваги нерозривно сусідять з мінусами конструкції. Принципове розділення потоків збільшує габарити устаткування, іноді змушуючи нарощувати трубопровідні сегменти в старих комунікаційних мережах опалення. Крім того, забезпечення циркуляційної функції вимагає збільшення енергетичного потенціалу, що виражається в необхідності підключення насосних станцій високої потужності.
Застосовуються теплоносії
Регенеративні моделі теплообмінників універсальні з точки зору можливостей обслуговування різних робочих середовищ. Як і у випадку з іншими апаратами для теплового обміну, найбільш поширеною активним середовищем є рідина – вода або антифриз. Більш різноманітні теплоносії, що застосовуються в технологічних операціях на виробництвах. Для обігріву та охолодження використовуються водяні пари, газові суміші, дим і топкові продукти згоряння. Однак це зовсім не означає, що один і той же регенеративний теплообмінник може підтримувати роботу з різними теплоносіями. В принципі конструкція допускає таку теоретичну можливість, але кожен примірник повинен спочатку розраховуватися на експлуатацію в контакті з певною агресивним середовищем, оскільки і високі температури, і рідина як така негативно впливають на металеву структуру.
Типи регенеративних теплообмінних апаратів
Розрізняють два різновиди таких агрегатів. Це пристрої з безперервним і періодичним дією. Теплообмінники безперервної дії являють собою настанови з зернистим циркулюючим наповнювачем. Система управління процесом переміщення робочого середовища припускає повну зупинку руху, при якій теплоносій збереже контакт з омитої поверхнею. До речі, функцію природного автоматичного регулятора можуть виконувати спеціальні термоаккумулирующие насадки. У конструкції регенеративного теплообмінника з нерухомими насадками можливості контролю потоків обмежені і повністю залежать від налаштувань, виставлених оператором. Що ж стосується моделей з періодичним дією, то вони мають ускладненою структурою розподілу камер з теплоносіями. Такий пристрій підвищує ефективність роботи апарату, але також вимагає більш відповідальної функції силового забезпечення з боку циркуляційного насоса.
Теплообмінники з плавким ядром
Одна з найбільш досконалих на даний момент версій теплообмінного регенератора, насадка якого формується пластинными середньою товщиною 20 мм. В даній системі і знаходиться плавящееся ядро – пристрій з рідким металом всередині, яке в періоди плавлення або кристалізації виділяє теплову енергію. Прихована теплота в регенеративних теплообмінниках з рухомою насадкою підвищує теплоємність контуру в десятки разів у порівнянні зі звичайними агрегатами, що створюють сприятливі умови для процесів акумуляції тепла. Продуктивність високотемпературного теплообмінника такого типу буде визначатися питомою поверхнею насадки і її здатністю до теплової акумуляції.
Область застосування обладнання
Теплообмінні агрегати широко використовуються в різних системах опалювального обладнання з бойлерними установками, водонагрівачами, накопичувачами, котлами і т. д. Це стосується переважно приватного сегмента, але найбільш високі техніко-експлуатаційні показники даного пристрою розкриваються у сфері промисловості. Наприклад, цільові області застосування регенеративного теплообмінника періодичної дії формуються металургійними і стеклоплавильными підприємствами, де потрібна робота з дуже високими температурами. Приміром, підключаються повітронагрівачі в таких умовах роботи розраховуються на режими до 1300 °С. І знову ж таки, мова може йти не тільки про рідинних середовищах, але і про газових сумішах, що підвищує вимоги до безпеки при експлуатації таких агрегатів.
Висновок
Регенеративна модифікація теплообмінника була розроблена з метою оптимізації ряду теплотехнічних процесів. У підсумку на тих промислових об’єктах сьогодні вдається виконувати технологічні процеси з мінімальною витратою палива, підтримуючи при цьому високу температуру горіння. Але це зовсім не означає, що принцип роботи теплообмінника з акумулятивної функцією повністю позбавлений недоліків. До слабких місць даного обладнання відносять обмежені можливості автоматизації теплотехнічного процесу, великі розміри і масу апарату, а також складність підключення конструкції до основним виробничим комунікацій. Інша справа, що конструкційне пристрій регенератора постійно вдосконалюється, про що говорить і поява більш розвинених моделей теплообмінників з плавким ядром.
