Menu

Installation solarthermischer

Solarkraftwerk
Thermo

Wärmetauscher

Wärmetauscher

In der Technik ist ein Wärmetauscher (oder einfach ein Wärmetauscher) eine Vorrichtung, bei der Wärmeenergie zwischen zwei Fluiden ausgetauscht wird, die unterschiedliche Temperaturen haben.

Aus thermodynamischer Sicht können Wärmetauscher an offene Systeme angepasst werden, die funktionieren, ohne die Arbeit zu wechseln. Mit anderen Worten, sie tauschen Materie und Wärme mit der Außenwelt aus, aber sie tauschen keine Jobs aus.

In der Solarthermiebranche wird der Wärmetauscher dazu verwendet, die Wärme, die durch die Sonnenstrahlung aufgenommen wird, die von der Flüssigkeit, die durch die Sonnenkollektoren zirkuliert, auf eine andere Flüssigkeit übertragen wird. Diese andere Flüssigkeit zirkuliert durch das Heizsystem oder wird direkt in einem Speicher gespeichert.

Obwohl sie in der Industrie weit verbreitet sind, um die Temperatur des Prozesses zu regeln, gibt es viele Beispiele für Wärmetauscher im täglichen Leben. Beispiele für gebräuchliche Wärmetauscher sind der Autokühler und die Heizung für die Hausheizung.

Klassifizierung von Wärmetauschern

Es gibt unterschiedliche Klassifizierungskriterien für Wärmetauscher, die auf unterschiedlichen Eigenschaften basieren.

Klassifizierung durch Kontakt zwischen Streams

Je nach Kontaktmodus zwischen den beiden Strömen können die Wärmetauscher sein:

  • in direktem Kontakt: wenn die Grenzflächen der wärmeaustauschenden Flüssigkeiten in direktem Kontakt miteinander stehen; Die beiden Ströme tauschen Wärmeenergie und Materie aus, dh sie sind nicht durch Wände voneinander getrennt.
  • im indirekten Kontakt: wenn die Flüssigkeiten nicht in direktem Kontakt miteinander stehen; Diese Möglichkeit tritt beispielsweise bei Oberflächentauschern auf, bei denen die beiden Fluide durch eine vom Wärmestrom gekreuzte Fläche getrennt sind.

In den allermeisten Fällen sind kalte und heiße Körper, die in einem Wärmetauscher zirkulieren, flüssig (dh in Flüssigkeit, Gas oder Dampf).

Klassifizierung von Oberflächenwärmetauschern nach Konstruktionsmodell

Abhängig von der Geometrie des Wärmetauschers kann dies definiert werden (wobei nur die Hauptfälle genannt werden):

Rohrwärmetauscher

  • Doppelrohrwärmetauscher (oder "konzentrische Rohre"): Die Flüssigkeiten strömen in zwei koaxialen Rohren, eines innen (Rohr oder Rohr) und eines außerhalb (Ring oder Hemd).
  • Rohrbündelwärmetauscher: Eine der Flüssigkeiten wird durch die Innenseite der Rohre (in der Regel mit kreisförmigem Querschnitt) und die andere durch die Außenseite der Rohre in einer speziell dafür vorgesehenen Kammer (Gehäuse) geführt.
  • Posaunenwärmetauscher (oder Tropfwärmetauscher): besteht aus einem spiralförmigen Rohr oder einer Serpentine, in dem die Prozessflüssigkeit fließt, die durch einen von oben herabtropfenden Wasserfilm gekühlt wird.
  • Wärmeaustauscher mit geschabter Oberfläche: Die Rohre dieser Austauscher haben im Inneren rotierende Schaufeln, die die innere Oberfläche des Rohrs entsorgen.
  • Unterwasser-Wärmetauscher. Spule zum Erwärmen oder Kühlen von Flüssigkeiten.
  • Rohre in den Öfen: Die Rohre werden durch Bestrahlung erhitzt und tauschen mit den durchfließenden Strömen Wärme aus.
  • Plattenwärmetauscher: Die beiden Flüssigkeiten überlappen die gegenüberliegenden Seiten eines Blechs in abwechselnden und isolierten Kammern. Die Geometrie dieser Austauscher ist der Filterpresse ähnlich. Ein Sonderfall ist der Roll-Bond-Austauscher, bei dem sich die Kanäle auf einer Seite im Inneren einer Monoblockfolie befinden, während sich auf der anderen Seite ein Fluid befindet, das im Allgemeinen stationär ist.
  • Spiraltauscher: Die beiden Flüssigkeiten strömen zu den gegenüberliegenden Seiten eines Bogens, normalerweise glatt, in einzelnen langen Kammern, die spiralförmig aufgewickelt sind.
  • Graphit- oder anderer Materialaustauscher: Die Ströme zirkulieren in zylindrischen Löchern, die im Allgemeinen auf beiden Seiten orthogonal angeordnet sind. Wärmeaustauscher mit erweiterter Oberfläche.
  • Ummantelte Ausrüstung.
  • Regenerativ-Typ: Die Ströme werden abwechselnd in eine Inertsteinkammer (Cowper-Regenerator) oder insbesondere rotierende Einheiten in Blechen (Ljungström-Tauscher) geschickt.

Plattenwärmetauscher

Klassifizierung nach Kompaktheit

Die "Kompaktheit" eines Wärmetauschers wird durch die "Oberflächendichte" (ausgedrückt in m 2 / m 3 ) dargestellt, die gleich dem Verhältnis zwischen der Fläche der Austauschoberfläche und dem Volumen des Wärmetauschers ist . Wärme

Für den Fall, dass der Wärmeaustausch zwischen einem Gas und einem anderen Fluid in Abhängigkeit von dem Dichtewert der Oberfläche stattfindet, werden die Austauscher unterteilt in:

  • Kompakte Wärmetauscher: mit einer Flächendichte von mehr als 700 m 2 / m 3 ;
  • Nichtkompakte Wärmetauscher: mit einer Flächendichte von weniger als 700 m 2 / m 3 .

Falls der Austausch zwischen zwei Flüssigkeiten stattfindet oder wenn er mit einer Phasenänderung verbunden ist, definieren wir:

  • Kompakte Wärmetauscher: mit einer Flächendichte von mehr als 400 m 2 / m 3 ;
  • Nichtkompakte Wärmetauscher: mit einer Flächendichte von weniger als 400 m 2 / m 3 .

Klassifizierung thermodynamischer Austauscher nach Prozesstyp

Abhängig von dem Prozess, für den sie verwendet werden, können die Austauscher empfindlich sein (nur sensible Wärme austauschen), kühler (ein Prozessfluid wird durch ein Betriebsfluid gekühlt, ein Heizer (ein Prozessfluid wird durch ein Heizfluid erhitzt) Betriebsflüssigkeit), Überhitzer, Dampfkessel (eine Flüssigkeit ist gekocht), Verdampfer, Kondensator (Luft wird kondensiert), Sammler.

Manchmal wird der Begriff "Austauscher" mit einer engeren Bedeutung verwendet, wobei auf den speziellen Fall Bezug genommen wird, in dem der Zweck des Geräts der thermodynamische Austausch zwischen zwei Prozessflüssigkeiten ist. Er wird als "Kühler" und "Heizer" bezeichnet Zwei Ströme bestehen aus einer Betriebsflüssigkeit, daher besteht das Ziel darin, eine Prozessflüssigkeit zu kühlen oder zu erwärmen.

Klassifizierung nach thermischem Profil

Temperaturprofile für den Gegenstromaustausch und für den Austausch im gleichen Strom.

Die meisten thermodynamischen Wärmeaustauschprozesse sind nicht isotherm, das heißt, sie treten bei einer variablen Temperatur auf. Mit anderen Worten, ein Körper geht in eine niedrige Temperatur über und erwärmt sich. Der andere geht bei hoher Temperatur ein und kühlt ab. In den einfachsten Fällen kann der Wärmeaustausch zwischen den beiden Flüssigkeiten hauptsächlich auf drei Arten erfolgen:

  • Gleichberechtigter Stromaustausch: Flüssigkeiten bewegen sich in parallelen Bahnen entlang derselben Linie.
  • Gegenstromaustausch: Flüssigkeiten bewegen sich in parallelen Bahnen, jedoch in entgegengesetzte Richtungen.
  • Querstromaustausch: Die Flüssigkeiten bewegen sich entlang orthogonaler Bahnen.

Nur bei Gegenstromaustausch kann die Austrittstemperatur des kalten Fluids höher sein als die Austrittstemperatur des heißen Fluids. Im Falle eines gerechten Stromaustauschs nähern sich die Temperaturen der beiden Fluide beim Überqueren des Wärmetauschers einander an und können theoretisch den gleichen Wert (gleich der Gleichgewichtstemperatur der beiden Fluide) erreichen, wenn Die Austauschfläche hat eine unendliche Fläche: Dies ist offensichtlich eine in der Praxis unerreichbare Einschränkung.

valoración: 3 - votos 1

Geändert am: 13. Februar 2019