Принцип теплового обмена с применением нагретых циркулирующих сред считается оптимальным для поддержания работы отопительных систем. Правильно организованная система каналов переноса тепловой энергии требует минимальных финансовых затрат на содержание, но при этом обеспечивает достаточную производительность. Оптимизированным конструкционным вариантом такой системы является регенеративный теплообменник, обеспечивающий попеременное выполнение процессов согревания и охлаждения.
Что такое теплообменник?
Вам будет интересно:Цанговые соединения: классификация, виды труб, техника работы и инструкция по применению
Конструкции современных теплообменников обеспечивают процессы переноса тепловой энергии с минимальными потерями между эксплуатационными средами. Обмен чаще всего происходит между горячей жидкостью и холодными металлическими поверхностями, стены которых, в свою очередь, передают теплоту другой циркулирующей среде. Постоянное перемещение обеспечивает эффект стабильного массообмена, применяемого и на промышленных предприятиях, и в бытовом обслуживании частных домов. Помимо энергетического обмена между холодными и горячими средами, теплообменники могут обеспечивать процессы выпаривания, сушки, плавления и конденсации с охлаждением. Вместо тепла как основной рабочей среды могут использоваться и холодные потоки, что особенно распространено в производственных процессах, где требуется периодическое охлаждение оборудования. Однако с конструкциями теплообменников скорее ассоциируются именно задачи обогрева. Например, высокотемпературное оборудование данного типа может наращивать тепловой режим до 400-700 °С.
Особенности регенеративного теплообменника
Вам будет интересно:"Росинкас": отзывы работников, условия работы, уровень заработной платы
Конструкции теплообменных аппаратов на базовом уровне разделяются на поверхностные и смесительные. В данном случае речь идет о представителе группы поверхностных аппаратов, которые характеризуются тем, что в рабочем процессе участвуют две активные среды (нагретые и холодные потоки) и металлическая стенка, которая передает энергию между циркулирующими массами. В регенеративном теплообменнике омывание разделяющей металлической пластины выполняется с определенной периодичностью, но не постоянно. Для сравнения, можно привести пример еще одного поверхностного теплообменника – рекуперативного. В таких аппаратах рабочий процесс предполагает постоянное омывание аналогичной стенки холодными или нагретыми потоками.
Принцип действия устройства
Основная функция теплообменника выполняется в момент соприкосновения активной рабочей среды с металлической пластинкой, разделяющей потоки. То есть ключевым принципом действия выступает аккумуляция энергии от жидкости, имеющей в данный момент иную температуру, чем стенка теплообменника. Грубо говоря, в первом цикле работы горячие потоки передают и тем самым сохраняют тепло в металлическом элементе, а во втором и заключительном – уже холодная среда воспринимает это тепло. Аккумулятивный принцип работы теплообменника с четким разделением на среды по температурному признаку имеет существенные плюсы. Во-первых, отсутствие потребности в смешивании рабочих сред улучшает качество состава потоков. Это важный фактор технико-эксплуатационного содержания коммуникаций. Во-вторых, повышается и эффективность теплопередачи как таковой. С другой стороны, эти преимущества неразрывно соседствуют с минусами конструкции. Принципиальное разделение потоков увеличивает габариты оборудования, иногда заставляя наращивать трубопроводные сегменты в старых коммуникационных сетях отопления. Кроме того, обеспечение циркуляционной функции требует увеличения энергетического потенциала, что выражается в необходимости подключения насосных станций высокой мощности.
Применяемые теплоносители
Регенеративные модели теплообменников универсальны с точки зрения возможностей обслуживания разных рабочих сред. Как и в случае с другими аппаратами для теплового обмена, наиболее распространенной активной средой является жидкость – вода или антифриз. Более разнообразны теплоносители, применяемые в технологических операциях на производствах. Для обогрева и охлаждения используются водяные пары, газовые смеси, дым и топочные продукты сгорания. Однако это вовсе не значит, что один и тот же регенеративный теплообменник может поддерживать работу с разными теплоносителями. В принципе конструкция допускает такую теоретическую возможность, но каждый экземпляр должен изначально рассчитываться на эксплуатацию в контакте с определенной агрессивной средой, поскольку и высокие температуры, и жидкость как таковая негативно влияют на металлическую структуру.
Типы регенеративных теплообменных аппаратов
Различают две разновидности таких агрегатов. Это устройства с непрерывным и периодическим действием. Теплообменники непрерывного действия представляют собой установки с зернистым циркулирующим наполнителем. Система управления процессом перемещения рабочей среды допускает полную остановку движения, при которой теплоноситель сохранит контакт с омываемой поверхностью. К слову, функцию естественного автоматического регулятора могут выполнять специальные термоаккумулирующие насадки. В конструкции регенеративного теплообменника с неподвижными насадками возможности контроля потоков ограничены и полностью зависят от настроек, выставленных оператором. Что же касается моделей с периодическим действием, то они обладают усложненной структурой распределения камер с теплоносителями. Такое устройство повышает эффективность работы аппарата, но также требует более ответственной функции силового обеспечения со стороны циркуляционного насоса.
Теплообменники с плавким ядром
Одна из наиболее совершенных на данный момент версий теплообменного регенератора, насадка которого формируется пластинными средней толщиной 20 мм. В данной системе и находится плавящееся ядро – устройство с жидким металлом внутри, которое в периоды плавления или кристаллизации выделяет тепловую энергию. Скрытая теплота в регенеративных теплообменниках с подвижной насадкой повышает теплоемкость контура в десятки раз по сравнению с обычными агрегатами, создающими благоприятные условия для процессов аккумуляции тепла. Производительность высокотемпературного теплообменника такого типа будет определяться удельной поверхностью насадки и ее способностью к тепловой аккумуляции.
Область применения оборудования
Теплообменные агрегаты широко используются в различных системах отопительного оборудования с бойлерными установками, водонагревателями, накопителями, котлами и т. д. Это касается преимущественно частного сегмента, но наиболее высокие технико-эксплуатационные показатели данного устройства раскрываются в сфере промышленности. Например, целевые области применения теплообменника регенеративного периодического действия формируются металлургическими и стеклоплавильными предприятиями, где требуется работа с очень высокими температурами. К примеру, подключаемые воздухонагреватели в таких условиях работы рассчитываются на режимы до 1300 °С. И опять же, речь может идти не только о жидкостных средах, но и о газовых смесях, что повышает требования к безопасности при эксплуатации таких агрегатов.
Заключение
Регенеративная модификация теплообменника была разработана с целью оптимизации ряда теплотехнических процессов. В итоге на тех же промышленных объектах сегодня удается выполнять технологические процессы с минимальным расходом топлива, поддерживая при этом высокую температуру горения. Но это вовсе не означает, что принцип работы теплообменника с аккумулятивной функцией полностью лишен недостатков. К слабым местам данного оборудования относят ограниченные возможности автоматизации теплотехнического процесса, крупные размеры и массу аппарата, а также сложность подключения конструкции к основным производственным коммуникациям. Другое дело, что конструкционное устройство регенератора постоянно совершенствуется, о чем говорит и появление более развитых моделей теплообменников с плавким ядром.