Hoe werkt een warmtewisselaar?

Warmtewisselaars worden gebruikt om warmte over te dragen tussen de ene vloeistof (vloeistof of als gas) en een andere vloeistof (een andere vloeistof of gas) zonder dat de twee vloeistoffen in direct contact met elkaar komen. Ze worden zowel bij verwarmings- als bij koelprocessen gebruikt.

Warmtewisselaarsworden gebruikt in een reeks toepassingen, waaronder airconditioning, chemische fabrieken, petrochemische fabrieken, aardolieraffinaderijen, energiecentrales, de verwerking van aardgas, koeling, rioolwaterzuivering en ruimteverwarming. Ze zijn ook te vinden in verbrandingsmotoren, waar ze motorkoelvloeistof door radiatorspiralen laten stromen terwijl lucht erlangs stroomt, waardoor de koelvloeistof wordt gekoeld en de lucht wordt verwarmd.

Een warmtewisselaar werkt door warmte van de ene vloeistof naar een andere, koelere vloeistof te laten stromen zonder dat deze zich vermengen of in direct contact komen.

Stel je bijvoorbeeld een pijp voor met een andere pijp eromheen. Door de binnenpijp kan een hete vloeistof erdoorheen stromen, terwijl tegelijkertijd een koeler fluïdum door de buitenpijp wordt geleid. Hierdoor zou de koelere vloeistof de temperatuur van de warmere vloeistof kunnen verlagen, terwijl de warmere vloeistof tegelijkertijd de hitte van de koelere vloeistof verhoogde. Dit is uiteraard een heel basaal voorbeeld van warmte-uitwisseling, en er zijn nog een aantal andere factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het onderzoeken van warmtewisselaars:

1. Passen

Door de leidingen bijvoorbeeld in een 'S'-vorm te buigen, kunt u de vloeistoffen meer dan één 'passage' laten maken voordat ze de warmtewisselaar verlaten. Een enkele doorgang is een rechte pijp, waarbij de vloeistof aan het ene uiteinde binnenkomt en aan het andere uiteinde van de warmtewisselaar vrij snel uitkomt. Bij een dubbele doorgang wordt gebruik gemaakt van een U--vorm, zodat de vloeistof de warmtewisselaar aan hetzelfde uiteinde binnenkomt en verlaat, waardoor de tijd wordt verlengd dat de vloeistoffen elkaar- in de warmtewisselaar passeren. Een drievoudige doorgang maakt gebruik van een 'S'-vormige formatie waardoor de vloeistof drie keer langs de lengte van de warmtewisselaar kan reizen voordat deze naar buiten komt. Hoe groter het aantal passages, hoe groter de hoeveelheid warmteoverdracht die beschikbaar is – simpelweg omdat de vloeistoffen langer samen in het systeem blijven – hoewel dit ook kan leiden tot drukval en snelheidsverlies.

2. Temperatuurkruis-Over

Er vindt een temperatuuroverschrijding- plaats wanneer de warmte van de koelere vloeistof begint over te steken met de temperatuur van de hete vloeistof in de warmtewisselaar. Als olie bijvoorbeeld samen met water van 30⁰C een warmtewisselaar binnenkomt bij een temperatuur van 80⁰C, zou de temperatuur kunnen overschrijden- als de olie zou dalen tot 50⁰C terwijl het water een temperatuur van 51⁰C zou bereiken. Op dit punt is de koelere vloeistof (water) heter geworden dan de olie. Temperatuurcross-kan de efficiëntie van een warmtewisselaar aanzienlijk verminderen, vooral bij koeling. Dit kan worden vermeden door het debiet van de koelvloeistof te vergroten (zie 'Debiet' hieronder), zodat er meer koelvloeistof in het systeem zit. Als temperatuurovergang- onvermijdelijk is, is het gebruik van een platenwarmtewisselaar (zie 'Typen warmtewisselaars hieronder) de beste oplossing.

3. Temperatuurverschil

Dit verwijst naar het temperatuurverschil tussen de koelvloeistof en de hete vloeistof, wat belangrijk is in een warmtewisselaar, zoals weergegeven door 'temperature cross-over' (hierboven). De koelvloeistof moet op een lagere temperatuur worden gehouden dan de hete vloeistof, en hoe kouder de koelvloeistof, des te effectiever deze de warmte uit de hete vloeistof kan halen.

4. Debiet

Dit is de hoeveelheid vloeistof die in een bepaalde tijdsperiode door een dwars-doorsnede van een pijp stroomt. Dit wordt berekend als het vloeistofvolume per tijd dat de vloeistof heeft gestroomd - met een grotere stroomsnelheid die mogelijk het vermogen van de warmtewisselaar om warmte over te dragen vergroot. Meer vloeistof betekent echter ook dat er een grotere massa moet worden getransporteerd, en dat het drukverlies en de snelheid toenemen.

Warmtewisselaars kunnen worden geclassificeerd op basis van de stroomopstelling of op basis van het ontwerp van de warmtewisselaar zelf.

De drie belangrijkste classificaties van de stromingsindeling die in warmtewisselaars worden aangetroffen, zijn parallelle-stroom, tegenstroom en kruis-stroom:

• Parallelle stroom:De twee vloeistoffen komen aan hetzelfde uiteinde van de warmtewisselaar binnen en bewegen parallel voordat ze samen naar buiten gaan
• Tegenstroom:De vloeistoffen komen aan weerszijden van de warmtewisselaar binnen en reizen in tegengestelde richtingen door het systeem. Dit is de meest efficiënte stroomopstelling, omdat het gemiddelde temperatuurverschil tussen de vloeistoffen in het hele systeem groter blijft
• Cross{0}}Cruise:Bij deze vorm van warmtewisselaar bewegen de vloeistoffen loodrecht (in een rechte hoek) ten opzichte van elkaar

Naast de stroomopstelling kunnen warmtewisselaars worden ingedeeld op type, afhankelijk van het fysieke ontwerp van de warmtewisselaar:

• Dubbele pijp:Dit is het meest eenvoudige type warmtewisselaar dat door de industrie wordt gebruikt. Zoals de naam al doet vermoeden bestaan ​​deze uit twee buizen waar vloeistoffen doorheen kunnen stromen. De stroomconfiguratie kan parallel of tegenstroom zijn, waarbij tegenstroom efficiënter is, terwijl parallelle stroom beter is als de twee vloeistoffen op dezelfde temperatuur moeten worden gebracht. Deze warmtewisselaars zijn eenvoudig en goedkoop te ontwerpen en te onderhouden, maar hebben een relatief laag rendement vergeleken met andere ontwerpen
• Shell en buis:Shell-and-tube-warmtewisselaars maken gebruik van een reeks metalen buizen waardoor de ene vloeistof stroomt, omgeven door een afgesloten schaal waardoor de tweede vloeistof stroomt. Dit type warmtewisselaar werkt met alle soorten stroming: parallel, tegen- en dwarsstroom- en is te vinden in stoomlocomotieven. Schotten worden gebruikt om de vloeistofstroom te sturen, trillingen in de vloeistof op te wekken en de buizen te ondersteunen, terwijl vinnen ook kunnen worden gebruikt met lucht-gekoelde technologieën (zoals interkoelers- voor verbrandingsmotoren) om het oppervlak van de warmteoverdracht te vergroten
• Plaat/vin:Dit type warmtewisselaar maakt gebruik van stapels dunne metalen platen die door vinnen uit elkaar worden gehouden om niveaus te vormen, net als de vloeren van een gebouw. Elk van deze 'vloeren' staat echter op zichzelf-en is gescheiden van de verdieping erboven of eronder, waardoor een afgesloten reeks buizen ontstaat waar vloeistoffen doorheen kunnen stromen. Hierdoor ontstaat een groot oppervlak dat in staat is snel warmte uit te wisselen en tegelijkertijd de vloeistofstroom over het gehele warmteoverdrachtsoppervlak te garanderen, waardoor stagnatie en ophoping van vloeistoffen wordt voorkomen. De platen kunnen in verschillende maten, dieptes en vormen worden gemaakt, waaronder golfplaten, plaat en frame, plaat en schaal of spiraalplaten. Een hoge stromingsturbulentie tussen de platen zorgt voor een grotere warmteoverdracht en een drukverlaging. Dit type warmtewisselaar wordt gebruikt in toepassingen zoals gasovens en boilers.
• Luchtgekoeld:Dit type warmtewisselaar wordt vaak aangetroffen in voertuigen en andere bewegende toepassingen waar geen koel water beschikbaar is. In plaats van twee vloeistoffen gebruiken luchtgekoelde systemen koele lucht van een ventilator of luchtstroom veroorzaakt door de beweging van het voertuig zelf.
• Condensors, ketels en verdampers:Dit type warmtewisseling verdient een speciale vermelding omdat het op een iets andere manier werkt dan de reeds beschreven manieren. In plaats van twee vloeistoffen (warm en koud) in te voegen, gebruiken deze de koeling en condensatie van een heet gas in vloeibare vorm (en omgekeerd) om een ​​warmteoverdrachtscyclus te creëren. Dit is het proces dat wordt gebruikt door stoomturbines en stoomgeneratoren, die gebruik maken van de cyclus van het verdampen van water tot stoom en het vervolgens weer afkoelen tot een vloeistof.
• Recuperatoren:Een recuperator is een warmtewisselaar die is ontworpen om warmte op te vangen die anders verloren zou gaan, zoals warmte die uit een gebouw wordt afgevoerd. De warme lucht wordt via een kanaal langs een apart binnenkomend kanaal met koele vloeistof naar buiten geleid, waardoor een tegenstroom ontstaat. Dit is hoe een ventilatiesysteem met warmteterugwinning- werkt, waardoor een gebouw kan worden geventileerd met frisse lucht zonder dat alle warmte uit de uitgaande, warmere lucht verloren gaat
• Regeneratoren:Met dit type warmtewisselaar kunnen zowel de inkomende als de uitgaande vloeistoffen op verschillende tijdstippen in tegengestelde richtingen door hetzelfde kanaal bewegen. Terwijl de warme vloeistof naar buiten stroomt, geeft deze een deel van zijn warmte af. Als de koele vloeistof naar binnen stroomt, neemt deze een deel van de restwarmte op die daar achterbleef. Dit type warmte-uitwisseling wordt gebruikt in een Stirling-motor, die een zuiger gebruikt om opgesloten gas heen en weer te duwen tussen een warmtebron (zoals een vuur) en een koeler gebied, of 'gootsteen', waar de warmte verloren gaat. Dit type warmtewisselaar vermindert het warmteverlies in een systeem door de warmte te ‘regenereren’.

Warmtewisselaars worden gebruikt voor een breed scala aan toepassingen in zowel industrieel als dagelijks gebruik.

Hoewel warmtewisselaars in verschillende ontwerpen en stromingssystemen verkrijgbaar zijn, werken ze allemaal op een vergelijkbare manier; waardoor thermisch contact mogelijk is tussen een hetere en een koelere vloeistof (zonder daadwerkelijk te mengen), zodat de twee vloeistoffen elkaar overeenkomstig verwarmen of afkoelen-.

Dit verbetert de efficiëntie van voertuigen en andere eenheden, bespaart kosten en verlaagt het energieverbruik (en de eventuele daarmee samenhangende gevolgen voor het milieu).

Bereik HX-abonnementen

De toepassingsscenario's van uw warmtewisselaar (zoals voedselverwerking, petrochemische industrie, elektrische koeling) en mediumkarakteristieken (corrosiviteit/viscositeit/temperatuur) variëren, dus het specificatieplan zal ook exclusief worden aangepast.-Laat ons uw behoeften weten, en wij zullen u gerichte parameters en offertes bezorgen.

E-mail:global@gneesteels.com