Обвязка теплоаккумулятора схема: с теплоаккумулятором, типовые схемы размещения основных элементов,обвязка электрокотла отопления схема,двухконтурного, схема подключения бойлера косвенного нагрева с рециркуляцией,как правильно обвязать котел,с циркуляц насосом, с буферной емкостью.

Содержание

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Схема обвязки твердотопливного котла отопления с теплоаккумулятором

Сколько мастеров, столько и головной боли от них. Или они настолько умные, что дороже кажутся, либо не совсем понимают, что нам устанавливают, но за работу берутся сразу.  Итак, что же всё-таки делать? А просто хот немного разобраться в подключении.

Очень часто при монтаже отопления с котлом на твердом топливе поступают просто: подсоединили подачу и обратку, добавили расширительный бак и по возможности установили циркуляционный насос. Но такое подключение твердотопливного котла имеет свои недостатки.

Схемма прямого подключения через байпас:

— При работе на максимальных температурах котел не может сразу прекратить горение топлива, даже если и закрыть все заслонки или отключить вентилятор надува, так как обладает большой инерционностью. В итоге можем получить закипание котла либо рост давления, что может привести к разгерметизации котла.

— При большом контуре отопления температура в обратке часто опускается до 30 градусов, что приводит к появлению конденсата и уменьшению срока работы котла. Метал начинает коррозировать.

— При относительно тёплой погоде (+5°С, +10°С), в доме поднимается комнатная температура до состояния «жарко», потому что подача от котла держится в оптимальном режиме +60°С. Уменьшить температуру в котле не рекомендуется, во избежание конденсации. И как быть?

— Высокие температуры теплоносителя в системах из полипропиленовых труб приводят к значительному расширению самих труб, они «плывут», провисают и выскакивают из креплений.

Схема обвязки твердотопливного котла с буферной емкостью.

При подключении теплоаккумулятора мы имеем ряд преимуществ:

— Теплоаккумулятор – первично безопасность и защита котлов и системы отопления от перегревов и закипаний.

— Малый круг работы твердотопливного котла с теплоаккумулятором обеспечивает быстрый нагрев самого теплоаккумулятора,горячая вода от котла через верхний патрубок заполняет ёмкость, выдавливает холодный теплоноситель через нижний патрубок к котлу.

— Большой круг обеспечивает доставку тепла к радиаторам, пока не нагреет помещение до заданной температуры.

— Для более точного контроля температуры воздуха при отоплении дома можно использовать комнатный термостат , совместно со смесительным клапаном. Можно устанавливать комфортную температуру и в радиаторах, и в помещении.

-Преимущества теплоаккумулятора заключаются в возможности собрать избыточное тепло, при работе котла на твердом топливе, и дальнейшем рациональном его использовании, что помогает сгладить температурные нагрузки, сэкономить топливо и продлить время работы системы отопления

— Твердотопливные котлы с буферной емкостью работают в форсажном режиме, то есть максимально полно высвобождают энергию из топлива. Рост КПД котлов при этом, доходит до заводских заявленных значений.

Режим тления-поддержки для всех котлов на твёрдом топливе – это самое неэффективное использование топлива и КПД котлов падает до 45%.  Суммарно, теплоаккумуляторы позволяют получить экономию в топливе до 25%, в сравнении с котлами, подключенными без них, напрямую в систему отопления.

Стоит уделить вниманию одной особенности: будь то система отопления новая малолитражная либо с большим объёмом воды, принудительная или самотёчная старая, обвязка котёл-теплоаккумулятор выполняется только с возможностью самоциркуляции теплоносителя, при этом насос циркуляции (если он есть) подключается через байпас. Мы должны быть уверены, что несанкционированное отключение питания на насос не создаст аварийной ситуации.

Пример неправильной обвязки котла:

Мы говорим не только об экономии и высоких КПД. Первостепенно – это должно быть безопасно и грамотно.

 

Видео обвязки котла с теплоаккумулятором:

Видео обвязка котла на твердом топливе

Схема обвязки твердотопливного котла отопления

Сегодня эффективность твердотопливных котлов возросла настолько, что такой тип нагревателя приобретает большую популярность, когда нужно организовать действительно качественную и экономически оправданную схему отопления для частного дома или коттеджа.

В зависимости от типа котла и используемых контуров циркуляции теплоносителя применяются шесть вариантов схем обвязки твердотопливного котла отопления. Можно реализовать как угодно сложный комплекс, который будет включать радиаторы отопления, полотенцесушители, «теплый пол», а также контур с бойлером горячего водоснабжения или теплоаккумулятор.

Немного о понятиях


Технически, обвязкой называется все контрольное, аварийное, дополнительное оборудование, системы контроля температуры теплоносителя, воздуха вне дома, а также трубопроводы, расширительные бачки, гидрострелки и запорная арматура. Чертежи схемы обвязки твердотопливного котла отопления составляются как отдельный проект, и должны утверждаться контролирующей организацией.

Список применяемых материалов и оборудования зависит от сложности обвязки, рабочего давления трубопроводов, мощности котла, а также уровня теплопотерь, которые наблюдаются по сети распределения.

Твердотопливный котел имеет одну ключевую особенность – он почти неуправляем. Прекратить горение топлива нельзя, в отличие от, например, газовых нагревательных приборов. Большинство котлов такого типа требуют постоянного надзора, подачи новых порций топлива.

Сегодня только котлы на пеллетном топливе, с некоторым приближением, могут называться автоматизированными. Они оборудуются дозаторами, которые подают топливо порциями через определенные интервалы времени.

Поэтому большое распространение получили обвязки отопительных систем с аккумулятором. В качестве такого элемента используется бойлер с трехходовым клапаном. При первичном нагреве теплоносителя происходит рост температуры воды в аккумуляторе. При прекращении работы котла или снижении эффективности нагрева, температура поддерживается путем поступления нагретой жидкости из бака, которая ранее была доведена до заданных параметров.

Ключевые требования к обвязке


Под монтажом схемы обвязки твердотопливного котла отопления подразумевает следование нескольким обязательным требованиям.

  1. Температура обратки должна быть такой, чтобы обеспечивать отсутствие конденсата. Обычно минимальный показатель держится на уровне 55 градусов. Если такой температуры достичь невозможно по каким-то причинам, для обвязки используют медные трубы – их высокая теплопроводность обеспечивает меньший уровень конденсата, чем полипропилен.
  2. Если для обвязки твердотопливного котла используются медные трубы, схема должна обязательно включать контур заземления и автоматику защиты от короткого замыкания, чтобы исключить случаи поражения человека электрическим током, а также защитить оборудование (насосы принудительной циркуляции и измерительные датчики).
  3. Для схемы обвязки, где единой структурой соединяются два или более твердотопливных котла, применение теплоаккумуляторов обязательно. Это позволяет стабилизировать параметры блоков и обеспечить плавную работу всего контура.
  4. Каждый бойлер должен оборудоваться автоматикой безопасности. Это клапаны подачи холодной воды из дополнительного накопителя или сети водоснабжения, а также предохранители сброса давления.
  5. Если для обвязки структуры отопления используются полипропиленовые трубы, нужно выбирать только армированные с помощью стекловолокна. Высокая температура воды циркуляционной сети ведет к деформации пластика, поэтому только армированные трубы будут способны сохранять геометрию и не допускать протечек и аварий.

При реализации любой современной схемы обвязки твердотопливного котла будут использованы следующие компоненты и узлы.

  1. Распределительный узел (гидрострелка). Это простейший элемент, который применяется для многоконтурных схем обвязки, служит для подачи теплоносителя ко всем потребителям.
  2. Электрический насос принудительной циркуляции. Используется при для поддержания необходимой скорости прохода воды по трубопроводам, обязателен, если реализуются схемы с применением гидрострелок.
  3. Теплоаккумулятор. Он крайне желателен для систем на основе твердотопливных котлов, также необходимо наличие трехходового и обратного клапана регуляции.
  4. Расширительные бачки. Являются частью системы безопасности, обеспечивают стабильные параметры давления.
    Кроме того, понадобятся датчики температуры, предохранительные клапаны, элементы электрической защиты, термоизоляция и другие вещи, четкий список которых зависит от использованной схемы обвязки.

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла


Хотя бойлер для обеспечения стабильной работы системы отопления – узел не из дешевых, он окупается довольно быстро благодаря значительной экономии топлива и повышения коэффициента полезного действия структуры в целом. Его емкость рассчитывается, исходя из паспортной мощности твердотопливного котла, а также планируемого времени, за которое система выходит на оптимальные показатели работы. Примерная таблица, по которой выбирается емкость бойлера с трехходовым клапаном, выглядит так.

Объем накопителя, литров
Время нагрева бойлера (часов) в зависимости от мощности котла (киловатт)
20 25 30 35 40 15 50 55 60
500 1.2 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4
1000 2.3 1.9 1.6 1.3 1.2 1.0 0.9 0.8 0.8
1200 2.8 2.2 1.9 1.6 1.4 1.2 1.1 1.1 0.9
1500 3.5 2.8 2.3 2.0 1.7 1.6 1.4 1.3 1.2
1800 4.2 3.4 2.8 2.4 2.1 1.9 1.7 1.5 1.4
2000 4.7 3.7 3.1 2.7 2.3 2.1 1.9 1.7 1.6
2400 5.6 4.5 3.7 3.2 2.8 2.5 2.2 2.0 1.9
3000 7.0 5.6 4.7 4.0 3.5 3.1 2.8 2.5 2.3
3500 8.1 6.5 5.4 4.7 4.1 3.6 3.3 3 2.7
4000 9.3 7.4 6.2 5.3 4.7 4.1 3.7 3.4 3.1
4500 10.5 8.4 7.0 6.0 5.2 4.7 4.2 3.8 3.5

Зеленым в таблице обозначены зоны оптимального соотношения мощности агрегата и объема теплоаккумулятора. Следует помнить, что основная роль бойлера заключается в регулировании температуры теплоносителя в сети циркуляции. Он стабилизирует характеристики теплоносителя, а система экономит топливо за счет того, что работает в более равномерном режиме, без частого переключения режимов тяги.

Схема подключения теплоаккумулятора в пределах обвязки

Для реализации различных систем отопления на основе твердотопливной системы теплоаккумулятор может включаться двумя способами. Следует учитывать, что цена таких работ будет напрямую зависеть от того, по какому принципу построена система циркуляции.

С подмешиванием
Такая схема включения довольно проста и может использоваться в обвязке системы, основанной на гравитационной циркуляции теплоносителя. В этом случае происходит следующее:

  • при нагревании воды в теплообменниках котла она начинает циркулировать по системе трубопроводов, проходящей через трехходовой клапан бойлера;
  • при достижении заданной температуры, например, 60 градусов, клапан начинает поддерживать заданный показатель, подмешивая в систему холодную воду из бойлера;
  • одновременно в бак накопителя поступает горячая вода из агрегата – так заряжается теплоаккумулятор;
  • за время, которое определяется емкостью бака бойлера (в таблице приведены соотношения мощности котла и время нагрева), топливо выгорает;
  • происходит обратный процесс – в подачу на радиаторы идет вода из бойлера, сохраняя стабильную температуру в системе;
  • когда источник тепла не сможет поддерживать нагрев воды в теплоаккумуляторе, клапан перекрывается, и система возвращается в исходное состояние.

При отсутствии электропитания или отказе циркуляционного насоса бойлер переходит в буферный режим, работая напрямую с помощью обратного клапана. Вода, нагреваемая в котле, поступает в бак, а оттуда подается к радиаторам отопления. Обеспечивается плавный нагрев и столь же плавное падение температуры в системе. Чтобы все функционировало максимально эффективно в условиях гравитационной циркуляции, теплоаккумулятор располагают на большей высоте, чем радиаторы отопления.
С гидрораспределением
Системы гидравлического регулирования и распределения продаются для многих моделей бойлеров. Они предусматривают непрерывную подачу напряжения. Чтобы система функционировала нормально, следует предусмотреть источник бесперебойного питания.

Ниже показано фото, где изображена обвязка твердотопливного котла отопления, представляющая собой узел подмешивания (LADDOMAT), который служит для стабилизации температурного режима теплоносителя с помощью бака теплоаккумулятора.

С его помощью реализуется следующий принцип – бойлер служит только буферной емкостью, стабилизируя температуру большого объема воды. Это имеет большой смысл, когда необходимо запитывать несколько разнородных контуров отопления, например, радиаторы и теплый пол (https://hot-floor.com). Более наглядно, на видео обвязки твердотопливного котла отопления, можно понять работу структуры с теплоаккумулятором.

Какую из основных схем обвязки твердотопливного котла выбрать – зависит от площади помещений, применяемых агрегатов, количества необходимых контуров, наличия схемы горячего водоснабжения. Правильная организация системы – непростая задача, поэтому при отсутствии уверенности в своих знаниях лучше доверить её специалистам.

схемы открытой и закрытой систем, варианты подключения

В отличие от других обогревателей, обвязка твердотопливного котла обычно никогда не содержит циркуляционных насосов, регулировочных устройств и элементов управления. Эти проблемы приходится решать уже в процессе эксплуатации самим владельцам. Им предстоит выбирать подходящую схему и дополнительное оборудование. Если все сделать правильно, то повысится производительность, надежность и экономичность работы обогревателя.

Типовой монтаж системы

Управление процессом горения в обогревателях, работающих на дровах, составляет некоторую сложность, что приводит к большой инерционности работы системы отопления. Это доставляет некоторое неудобство во время эксплуатации. Кроме того, нарушается безопасность обслуживания.

Стандартная обвязка котла на твердом топливе делает его производительность зависимой от температуры теплоносителя. Чтобы работа отопления была более эффективной, температура циркулирующей жидкости должна находиться в диапазоне 60-65°C.

В этом случае и воздух в помещении чересчур нагреется, что создаст некоторый дискомфорт. Кроме того, на эффективность работы обогревателя влияют дополнительные факторы:

  • тип отопительной системы;
  • количество контуров;
  • численность потребителей тепловой энергии и т.д.
Поэтому, чтобы правильно обвязать твердотопливный котел, необходимо рассмотреть и просчитать все возможные варианты, которые существуют. Возможно, придется создать свою схему подключения оборудования, а в этом случае необходимо проконсультироваться у специалистов.

Открытая схема отопления

Схема отопления частного дома с твердотопливным котлом и открытым расширительным баком считается самой подходящей для таких обогревателей. Дело в том, что даже при резком скачке температуры и давления такая система останется работоспособной.

Отсутствие электрического оборудования позволяет использовать такую схему вдали от цивилизованных районов. Кроме того, если сравнивать с газовой, то твердотопливная система отопления намного дешевле. У схемы естественной циркуляции есть и ряд недостатков:

  1. Появление коррозии в трубопроводах, так как система открыта для свободного доступа кислорода.
  2. Быстрое испарение теплоносителя из расширительного бака.
  3. Большая разница между температурой теплоносителя в разных частях контура.

Чтобы кислород не поступал в систему, а вода не так быстро испарялась, в расширительный бак владельцы добавляют масло, которое образует защитную пленку. При монтаже дровяной котельной следует выполнить ряд условий.

Для нормальной естественной циркуляции котел должен находиться ниже уровня батарей минимум на 50 см, а расширительный бак — выше остального оборудования. Трубопроводы следует располагать с небольшим уклоном и с наименьшим количеством запорной арматуры.

Закрытая обвязка котла с насосом

Установка в схему обвязки твердотопливных котлов буферной емкости делает такую систему закрытой. Это предохраняет от воздействия кислорода и испарения теплоносителя. Кроме того, буферный бак играет роль теплового аккумулятора, и котлы начинают работать более эффективно.

В обвязку монтируется бак объемом, в который помещается не менее 1/10 от всего количества жидкости в системе. Кроме того, на трубопроводе подачи обязательно устанавливается предохранительный клапан, а на самой верхней точке системы — сброс воздуха. Предохранительный клапан срабатывает при повышении давления в системе выше рабочего на 1 атм.

Читать так же: как правильно сделать обвязку котла отопления.

Для выравнивания температурного баланса во всех контурах устанавливают в схему обвязки твердотопливного котла циркуляционный насос. Рядом с ним обычно устанавливают байпас, чтобы при поломке подкачивающего устройства перейти на естественную циркуляцию теплоносителя.

Сам насос устанавливается на обратный трубопровод, между буферной емкостью и входным штуцером. Такая схема монтажа позволяет продлить срок службы помпы, так как в обратном трубопроводе температура несколько ниже. Кроме того, если вода в котле закипит, то насос все равно сможет продолжить работу, снижая температуру жидкости в системе трубопроводов.

Применение коллектора и трехходового клапана

При подключении к твердотопливному котлу нескольких потребителей применяют коллектор (гребенку). Через это устройство и происходит параллельное подключение веток отопления. Этот элемент обеспечивает балансировку контуров и распределяет теплоноситель ко всем потребителям.

Кроме того, наличие распределительных гребенок позволяет установить несколько центробежных насосов, одновременно обеспечивать теплоносителем с одинаковой температурой все потребители. Единственным минусом такой системы является усложнение конструкции и ее удорожание.

Еще одним способом применения коллекторной обвязки является гидравлическая стрелка. Она представляет собой вертикальную емкость, устанавливаемую между твердотопливным котлом и потребителями, которые подключаются к патрубкам на различной высоте.

Это позволяет обеспечивать каждую ветку системы оптимальной температурой. Немаловажную роль в обвязке котла играет трехходовый клапан, который помогает защитить обогреватель от попадания в него слишком холодного теплоносителя.

Это приводит к появлению конденсата на стенках котла и возникновению коррозии. Клапан представляет собой вентиль с двумя входами и одним выходом. Его действие производится посредством сигналов с температурного датчика, который срабатывает при критическом снижении температуры в обратном трубопроводе.

В этом случае вентиль открывает малый круг, который идет на котел, и он начинает снабжаться горячим теплоносителем. Как только температура обогревателя восстановится, клапан перекроет поступление горячей воды на котел.

Обвязка твердотопливного котла является очень ответственной и сложной работой, поэтому, прежде чем выбрать конкретную схему, необходимо все хорошо взвесить и рассчитать. В противном случае система отопления может потерять эффективность или перестанет работать.

.

Аккумулятор тепловой энергии: роль тепловой трубы в повышении производительности | Международный журнал низкоуглеродных технологий

Аннотация

Тепловые трубы и термосифоны — устройства с высокой эффективной теплопроводностью — в течение многих лет изучались для повышения эффективности теплоаккумуляторов из твердых, жидких материалов и материалов с фазовым переходом (PCM). Однако по мере расширения областей применения аккумулирования тепла, начиная с терморегулирования в микроэлектронике и заканчивая концентрированным аккумулированием солнечного тепла и управлением температурой транспортных средств и даже изотермизацией химических реакторов, задачи, стоящие перед аккумулированием тепла, все больше уходят от тех, которые связаны со «стандартным» суточным потреблением тепла. хранения, что само по себе является проблемой для материалов с низкой теплопроводностью, до времени отклика, измеряемого несколькими часами или даже минутами.В то время как металлы с высокой теплопроводностью, такие как пеноматериалы, могут быть пропитаны ПКМ, например, для повышения локальной проводимости, быстрый ввод и отвод тепла требует более радикального подхода — тепловых трубок, возможно, с контролем обратной связи, с инновационными интерфейсами ПКМ. В этом документе рассматривается использование тепловых трубок в обычных и быстродействующих системах PCM, а также в жидкостных или холодных хранилищах и представлены некоторые новые концепции, которые могут преодолеть существующие ограничения.

1 ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время наиболее распространенные системы хранения тепловой энергии (TES) включают твердое или жидкое вещество в качестве «сердцевины» накопителя или используют материалы с фазовым переходом (PCM) — последние обычно связаны с материалами, которые превращаются из жидкостей в твердые тела. наоборот.Аккумуляторы пара (системы фазового перехода жидкость-пар) используются в некоторых отраслях промышленности для удовлетворения требований пиковой нагрузки, особенно потому, что в настоящее время размеры котлов часто не соответствуют требованиям, предъявляемым к пиковым нагрузкам. Твердые теплоаккумуляторы широко используются в некоторых зданиях, а также популярны в качестве «компактных» аккумулирующих радиаторов (или конвекторов) в некоторых бытовых системах отопления вместе с конвекторами на жидкостной основе. Резервуары для хранения горячей воды для бытовых нужд привлекают все большее внимание по мере роста популярности тепловых насосов и солнечных тепловых систем.

В то время как системы хранения тепла жидкость/пар не страдают от проблем тепловой инерции из-за плохой теплопередачи, одной из наиболее распространенных проблем, связанных с хранением жидкости/твердых веществ с использованием ПКМ, является кажущаяся низкая теплопроводность материала, особенно при плавлении. необходимо инициировать. Также нередко для твердофазных (однофазных) и некоторых жидкофазных хранилищ требуется помощь в отводе и подводе тепла с использованием пассивных методов.

Тепловые трубы и термосифоны — устройства с высокой эффективной теплопроводностью, основанные на цикле испарения/конденсации, — в течение многих лет изучались для повышения эффективности твердотельных, жидких и ПХМ теплоаккумуляторов.Однако по мере расширения областей применения аккумулирования тепла, начиная с терморегулирования в микроэлектронике и заканчивая концентрированным аккумулированием солнечного тепла и управлением температурой транспортных средств, а также в таких областях, как изотермализация химических реакторов, проблемы, стоящие перед аккумулированием тепла, все больше уходят от задач, связанных с стандартное суточное хранение, что само по себе является проблемой для материалов с низкой теплопроводностью, для времени отклика, измеряемого несколькими часами или даже минутами. В то время как металлы с высокой теплопроводностью, такие как пеноматериалы, могут быть пропитаны ПКМ, например, для повышения локальной проводимости, быстрый ввод и отвод тепла требует более радикального подхода — тепловых трубок, возможно, с контролем обратной связи, с инновационными интерфейсами ПКМ.

На рисунке 1 термосифон слева работает только с помощью силы тяжести для возврата конденсата в испаритель, в то время как тепловая трубка (рисунок 1b) может использовать различные пассивные (а в некоторых случаях активные) методы для возврата жидкости обратно в испаритель. испаритель. Поэтому он может работать, с некоторыми ограничениями, в любой ориентации и в условиях невесомости. Наиболее распространенные формы фитиля, используемые для создания капиллярного действия для перемещения жидкости из конденсатора в испаритель, чувствительны к ориентации тепловой трубы и не работают так хорошо, если секция отвода тепла (конденсатор) расположена вертикально ниже испарителя.Другие варианты, такие как петлевые тепловые трубки и петли с капиллярной накачкой [1], могут преодолеть этот недостаток.

Рисунок 1.

Термосифон ( a ) и тепловая трубка ( b ).

Рисунок 1.

Термосифон ( a ) и тепловая трубка ( b ).

Рабочие температуры тепловых трубок определяются исключительно температурами источника/приемника, которые определяют диапазон рабочих температур тепловых трубок. Для работы при очень высоких температурах в качестве рабочей жидкости можно использовать жидкий металл (например,грамм. натрий при 800°C), в то время как температура пара в блоке для воды в высшей степени приемлема при температуре от 40°C до 200°C. Для более низких температур идеально подходит аммиак. Жидкость должна быть химически совместима с контейнером и стабильна. Желательным признаком является высокая скрытая теплота парообразования.

Таким образом, выбор теплоносителей и рабочих жидкостей для тепловых труб имеет несколько общих черт!

2 ЧТО МОЖЕТ ПРЕДЛОЖИТЬ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА ДЛЯ СИСТЕМ НАКОПЛЕНИЯ ТЕПЛА?

В целом приложения можно разделить на несколько широких групп, каждая из которых описывает свойство тепловой трубы.Наиболее важными для хранения, которые более подробно обсуждаются далее в этом разделе, являются:

  • Разделение источника тепла и стока

  • Выравнивание температуры или изотермализация

  • Регулирование температуры

2.1 Разделение источника и стока

В контексте аккумулирования тепла высокая эффективная теплопроводность тепловой трубы, например, 1000 Вт/мК позволяет передавать тепло с высокой эффективностью, при необходимости, на значительные расстояния.Например, рассеивание тепла от мощного устройства в модуле, содержащем другие чувствительные к температуре компоненты, может быть реализовано за счет использования тепловой трубы для соединения компонента с удаленным радиатором, расположенным за пределами модуля. Теплоизоляция могла бы минимизировать потери тепла от промежуточных участков тепловой трубы. В случае буферизации отвода тепла силового полупроводника ПКМ может располагаться между испарителем с тепловой трубой и конденсатором (рис. 2).

Рис 2.

Разделение источника тепла и радиатора — в данном случае с промежуточным «буфером» для хранения тепла для контроля температуры электроники. Электроника находится слева, буфер хранения в центре и радиатор справа [2]. Перепечатано из Weng et al . [2] с разрешения Elsevier.

Рисунок 2.

Разделение источника тепла и радиатора — в данном случае с промежуточным «буфером» для хранения тепла для контроля температуры электроники. Электроника находится слева, буфер хранения в центре и радиатор справа [2].Перепечатано из Weng et al . [2] с разрешения Elsevier.

2.2 Выравнивание температуры

Второе свойство, перечисленное выше, выравнивание температуры, тесно связано с разделением источников и стоков. Поскольку тепловая трубка по своей природе стремится работать при однородной температуре, ее можно использовать для уменьшения температурных градиентов между неравномерно нагретыми участками тела. Тепловые трубы, «погруженные» в химический реактор периодического действия, могли бы способствовать унификации скорости реакции, отводя тепло от более экзотермических областей к менее активным частям реагентов, и, конечно же, представьте себе PCM с низкой теплопроводностью — размещение тепловых труб исключительно для изотермизационного процесса плавления может имеют тот же эффект, что и на рисунке 3.Это обсуждается в контексте PCM позже.

Рисунок 3.

Изотермализация: эти данные взяты из приложения космического спутника, но также применимы к химическому хранению и хранению с фазовым переходом. Перепечатано из Чжан и др. . [3] с разрешения Elsevier.

Рисунок 3.

Изотермализация: эти данные взяты из приложения космического спутника, но также применимы к химическому хранению и хранению с фазовым переходом. Перепечатано из Чжан и др. .[3] с разрешения Elsevier.

2.3 Контроль температуры

Третья область применения, регулирование температуры, лучше всего осуществляется с использованием тепловой трубы с переменной проводимостью (VCHP). Этот тип может использоваться для точного контроля температуры устройств, установленных на секции испарителя с тепловыми трубками. Это достигается за счет контроля количества тепла, отводимого от конденсатора с тепловой трубой, путем освобождения или блокировки внутренней поверхности. Базовый VCHP показан на рисунке 4.Добавляя активное или пассивное управление с обратной связью, можно точно контролировать скорость отвода тепла. В то время как VCHP нашел свое первое серьезное применение в космических кораблях, теперь он получил широкое распространение во многих более приземленных приложениях, начиная от контроля температуры в электронном оборудовании и заканчивая печами и печами.

Рисунок 4.

Базовый ВЧП. В контексте PCM его можно использовать для управления скоростью отбора тепла.

Рисунок 4.

Базовый ВЧП.В контексте PCM его можно использовать для управления скоростью отбора тепла.

2.4 Работа термодиода

Термодиод с тепловыми трубками (или термосифон) имеет ряд специализированных применений, где обязательным условием является передача тепла только в одном направлении. Сохранение вечной мерзлоты — само по себе использование для хранения энергии — является классическим примером, признанным в опорных столбах трансаляскинского нефтепровода, но шоссе Тибет-Цинхай является более свежим примером (рис. 5) [3].

Рисунок 5.

Сохранение вечной мерзлоты — в данном случае для предотвращения проседания дороги — будет приобретать все большее значение, поскольку глобальное потепление влияет на «стол» вечной мерзлоты. Перепечатано из Zhang et al. [3] с разрешения Elsevier.

Рисунок 5.

Сохранение вечной мерзлоты — в данном случае для предотвращения проседания дороги — будет приобретать все большее значение, поскольку глобальное потепление влияет на «стол» вечной мерзлоты. Перепечатано из Zhang et al. [3] с разрешения Elsevier.

В системе хранения, показанной на рис. 6 [4], тепловые трубы (здесь они работают как термосифоны) зимой передают тепло земли в окружающую среду, что приводит к замерзанию почвы. При повышении температуры весной тепло не передается из окружающей среды в землю (тепловой диод), что препятствует таянию почвы.

Рисунок 6.

Тепловые трубы с термодиодом, используемые для поддержания холодильного склада за счет предотвращения утечки из земли в теплое время года.

Рис 6.

Тепловые трубы с термодиодом, используемые для поддержания холодильных камер путем предотвращения утечки из земли в теплое время года.

Как и любое другое устройство, тепловая трубка должна соответствовать ряду критериев, прежде чем она станет полностью приемлемой для применения в жилых домах и промышленности. В контексте аккумулирования тепла аспекты, которые следует учитывать, включают химическую совместимость между стенкой тепловой трубы и аккумулирующим материалом, метод зарядки/разрядки комбинации тепловой трубы/аккумулятора и ориентацию тепловой трубы — что интересно, в некоторых CSP (концентрированная солнечная энергия). мощность) тепловые трубки работают в разных направлениях, что подразумевает разные функции, которые будут обсуждаться позже.Как показано на рис. 7, диапазон рабочих жидкостей для тепловых трубок легко соответствует вероятным температурам, встречающимся в TES.

  • Надежный и безопасный с приемлемым сроком службы.

  • Удовлетворяет требуемой производительности.

  • Экономично.

  • Легко устанавливается и снимается.

Рисунок 7.

Показатель качества (рассчитанный при температуре кипения при атмосферном давлении) для ряда рабочих жидкостей для тепловых трубок.

Рисунок 7.

Показатель качества (рассчитанный при температуре кипения при атмосферном давлении) для ряда рабочих жидкостей для тепловых труб.

3 ТЕПЛОВЫЕ ТРУБЫ В СИСТЕМАХ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ

По своей природе многие системы хранения энергии должны терять или получать как можно меньше тепла в «неактивные» периоды, а также отдавать или получать тепло (или «холод») с заданными скоростями, некоторые из которых могут быть довольно высокими, когда требуется для активной работы. Природа химических веществ, используемых в некоторых накопительных средах с фазовым переходом, в частности их низкая теплопроводность, дает тепловым трубам возможность повысить производительность, хотя необходимо позаботиться о том, чтобы «отключить» тепловую трубу, когда передача тепла не требуется.Одним из «накопителей» ощутимого тепла, который значительно выиграл от тепловых трубок, является земля. Использование земли в качестве источника тепла или поглотителя тепла, хорошо известное пользователям тепловых насосов, для удаления льда с дорог с использованием тепловых труб и, как обсуждается ниже, в качестве разумного поглотителя тепла для управления температурой поездов метро. Пример наземного использования, приведенный на рис. 5, — это тот, где отключение тепловой трубы необходимо при высоких температурах окружающей среды. Это было одно из первых массовых применений тепловых трубок.

Тепловые трубы широко используются в различных системах накопления энергии.Они подходят для систем аккумулирования тепла, в частности, в качестве подвода и отвода тепла из-за их высокой эффективной теплопроводности и их пассивной работы. Уникальные свойства тепловых труб в качестве вспомогательного средства для температурной стратификации в резервуарах для хранения горячей воды, а также для их включения в накопители тепла или «холода» с использованием ПХМ позволяют системам работать таким образом, который обычно невозможен при использовании обычных теплообменников. Аспект безопасности тепловых труб из-за двух стенок, расположенных между испарителем и конденсатором, также способствовал их использованию для отвода тепла от хранилищ ядерного топлива и самих реакторов.

3.1 Зачем использовать тепловые трубы в системах накопления энергии

Ограничения некоторых систем хранения тепла, будь то для хранения тепла или «холода», как правило, сильно зависят от свойств используемой среды хранения тепла, таких как удельная или скрытая теплота, плотность и теплопроводность. По этому вопросу было написано много прекрасных обзоров, например, Dincer and Rosen [5] и Zalba et al . [6]. Стоимость сильно зависит от выбора носителя для хранения, и, к сожалению, недорогие материалы, как правило, требуют наибольшего объема хранения на ватт-час накопленного тепла.Материалы, которые претерпевают фазовый переход, высвобождая, таким образом, скрытую теплоту — как в тепловой трубе, но в этом случае обычно переходя из твердого состояния в жидкое — обычно имеют наименьшие объемы хранения, но, как правило, более дорогие и могут потребовать специальных герметизирующих материалов. , из-за коррозии или токсичности. Это может быть ограничивающим фактором, например, при использовании в жилых зданиях.

В то время как тепло может храниться при любой температуре от чуть выше температуры окружающей среды до температуры выше 1000°C, для хранения «холода» для систем кондиционирования воздуха — важной возможности энергосбережения — диапазон температур более скромный.Можно ожидать, что среда хранения будет работать в основном в диапазоне от -10 до +25°C. Хотя использование тепловых труб для хранения при криогенных температурах менее известно, нет причин, по которым не следует использовать тепловые трубы, использующие, например, азот в качестве рабочего тела.

Основным недостатком многих потенциальных накопителей тепла является плохая теплопроводность, в какой бы фазе они ни находились. Это, конечно, можно преодолеть, «возбуждая» накопительную среду — псевдоожижением, накачкой или другой формой активного усиления (возможно, микроволнами). ).Именно роль тепловых труб (и других «усовершенствованных» устройств теплопередачи, таких как компактные ребристые сборки) позволила распространить практическое использование систем накопления тепла на области, где ограничения внутренней проводимости снижали производительность в прошлом. Часто тепловая трубка имеет решающее значение для успешной работы агрегата, как в режиме зарядки, так и в режиме разряда. В ряде приложений это дополнительно позволяет разработать компактный модульный блок и помогает обеспечить отделение реактивных сред хранения от занимаемого пространства, что является важным фактором здоровья и безопасности — не только для ядерных хранилищ!

Преимущество тепловых трубок в простом накопителе показано на простом примере ниже.Была создана трехмерная (3D) модель, как показано на рисунке 8. В качестве материала для контейнера и ребер была выбрана медь. Вертикальное расположение выбрано так, чтобы компенсировать любое изменение объема во время плавления для PCM, которое составляет ~15% V / V s . Модель включает в себя многочисленные сопряженные сетчатые интерфейсы для передачи тепла. Все другие неуказанные поверхности считаются адиабатическими, например, внешняя стенка контейнера. Размеры цилиндрического контейнера из ПКМ: внутренний диаметр (ID) 100 мм и высота ( H ) 200 мм.Внутренние ребра погружены в PCM, тогда как внешние ребра подвергаются воздействию воздуха для охлаждения расплавленного PCM. Исследовались два случая охлаждения: естественная и принудительная конвекция.

Рисунок 8.

Конфигурация контейнера из ПХМ (с использованием эритрита в качестве ПХМ) с ребрами для облегчения теплопередачи через сыпучий материал и из него. ( a ) Вид профиля, показывающий основные размеры и ( b ) изометрический вид, показывающий конфигурации ребер. Примечание: внутренние ребра имеют такие же размеры, как и внешние ребра.

Рисунок 8.

Конфигурация контейнера из ПХМ (с использованием эритрита в качестве ПХМ) с ребрами для облегчения теплопередачи через сыпучий материал и из него. ( a ) Вид профиля, показывающий основные размеры и ( b ) изометрический вид, показывающий конфигурации ребер. Примечание: внутренние ребра имеют такие же размеры, как и внешние ребра.

Была разработана другая конфигурация с использованием тепловой трубки (рис. 9). Внешний диаметр 12,7 мм. Тепловая трубка рассчитана на передачу 100 Вт (номинальной) при температуре плавления 118°C, температуре плавления PCM, что является относительно низким значением мощности, просто для сравнения с конфигурацией без тепловой трубки.Тепловая труба моделируется как сплошной медный стержень с теплопроводностью 6000 Вт/м·К, что соответствует примеру из литературы [5]. Для сравнения, медь имеет теплопроводность 384,7 Вт/м·К.

Рисунок 9.

Добавление тепловой трубки (работающей в режиме «термосифона») для улучшения теплопередачи по оребренной части снаружи контейнера ПКМ.

Рисунок 9.

Добавление тепловой трубки (работающей в режиме «термосифон») для улучшения теплопередачи по оребренной части снаружи контейнера ПКМ.

На рисунке 10 показано затвердевание ПКМ при естественном и принудительном конвекционном охлаждении ребер над контейнером с тепловой трубой и без нее. Случаи естественной конвекции показывают посредственные результаты по сравнению со случаями принудительной конвекции для обеих конфигураций. Для естественной конвекции время полного затвердевания составляет 16,85 и 12,00 ч для конфигураций без тепловых трубок и конфигураций с тепловыми трубками соответственно. Для принудительной конвекции время полного затвердевания составляет 6,47 ч для нетепловой трубы и 2.71 ч для конфигураций с тепловыми трубками соответственно. Таким образом, как при естественной, так и при принудительной конвекции встраивание тепловой трубки, являющееся пассивным методом повышения эффективности, является отличным способом добиться быстрого охлаждения ПКМ. Имейте в виду, что смоделированная тепловая трубка имеет низкую мощность при 100 Вт. Увеличение ее диаметра с нынешнего значения 12,7 мм (0,5 дюйма) до, например, 25,4 мм (1,0″) увеличит мощность тепловой трубы и, следовательно, может еще больше сократить время затвердевания. Кроме того, номинальные значения коэффициента теплоотдачи: 10 и 100 Вт/м 2 К соответственно для естественной и вынужденной конвекции являются консервативными.

Рисунок 10.

Скорость затвердевания ПКМ с тепловой трубкой и без нее.

Рисунок 10.

Скорость затвердевания ПКМ с тепловой трубкой и без нее.

Преимущества встроенной тепловой трубки показаны на рис. 11 — показаны случаи с принудительной конвекцией. Одним из его преимуществ является изотермализация. Снимок сделан с момента полного затвердевания. Видно, что температурный градиент внутри модуля PCM является наибольшим без тепловой трубки (A — секция 2) по сравнению с конфигурацией с тепловой трубкой (B — секция 4).Открытые внешние ребра также демонстрируют разницу температурного градиента между двумя конфигурациями — разделы 1 и 3. Термический градиент возникает из-за конвективной теплопередачи внутри PCM, поэтому тепловая трубка способствует этому способу теплопередачи, направляя тепло от горячего пятен в холодные места более эффективно.

Рисунок 11.

Снимок температуры PCM и внешних ребер.

Рисунок 11.

Снимок температуры ПКМ и внешних ребер.

Большая часть приложений PCM, в которых используются тепловые трубки, работают описанным выше образом.

Кроме того, носитель данных не обязательно должен быть PCM, чтобы использовать тепловые трубки и термосифоны — ранний пример использования твердотельного накопителя описан ниже.

4 ПРИМЕРЫ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ В ТЕПЛОАККУМУЛЯТОРАХ

4.1 Тепловые трубки в устройствах хранения явного тепла

Одним из наиболее распространенных применений тепловых труб, связанных с хранением, является поглощение солнечной энергии и передача ее воде, статической или проточной.Солнечные коллекторы с тепловыми трубками производятся несколькими производителями. Концепция описана в одной ранней форме Azad et al . [7]. Поласек [8] также цитирует использование индивидуальных тепловых труб, соединенных с водохранилищами.

Работа над тепловыми трубками и их наземным применением в бывшем Советском Союзе (БСС) была и в некоторых странах СНГ продолжается, возможно, более продуктивно, чем где-либо еще в мире. Одной из лабораторий, наиболее вовлеченных в такое использование, является Лыковский институт тепло- и массообмена в Минске, Беларусь.Много лет назад Васильев [9] и его команда (см., например, Caruso и др. [10]) исследовали работу накопителя тепла, который использовал горизонтальные тепловые трубы для передачи тепла в хранилище и из него. В хранилище загружался сухой песок или галька, которые использовались в домах и теплицах, часто располагались под зданием для улавливания солнечного тепла или тепла теплого воздуха или теплой воды. Было обнаружено, что тепловые трубки являются эффективным способом передачи тепла как во время процессов зарядки, так и разрядки. Средняя передача энергии трубами составляла 200 Вт⋅ч/м, а бак 6 × 5 × 2 м имел 10 6 м тепловых трубок на расстоянии 1 м друг от друга.Каждый интервал разряда давал ~100 Вт на трубу.

Во второй системе, разработанной в Беларуси [9], показанной на Рисунке 12, использовались электрические нагревательные элементы, использующие «непиковое» электричество для повышения температуры кирпичей для хранения внутри устройства примерно до 500°C. Тепловые трубы с секциями испарителя в нижней половине агрегата и конденсаторами в центральной оребренной секции над активной зоной позволяли отводить тепло в течение 24–48 часов, при этом форсирование обеспечивалось теплопередачей с помощью вентилятора. .На верхней диаграмме показаны «внутренности» — тепловые трубки, контроллер и ребристый радиатор.

Рисунок 12.

Кирпичный накопительный радиатор, разработанный Леонардом Васильевым и его коллегами в Минске. Перепечатано из Васильева [9] с разрешения Elsevier.

Рисунок 12.

Кирпичный накопительный радиатор, разработанный Леонардом Васильевым и его коллегами в Минске. Перепечатано из Васильева [9] с разрешения Elsevier.

4.1.1 Туннельные сооружения и земля в качестве «поглотителя» или хранилища тепла

Система лондонского метро — «трубка» — была спроектирована и в основном построена в викторианскую эпоху. Туннели во многих случаях глубокие и небольшого диаметра, пассажиропоток увеличивается, а современные системы кондиционирования воздуха используются редко — на самом деле подземное кондиционирование воздуха, конечно, может привести к локальному притоку тепла, в зависимости от расположения конденсатора. Управление городского транспорта Нью-Йорка подсчитало, что работа подземных железнодорожных систем может генерировать достаточно тепла, чтобы поднять температуру в туннелях и на станциях на 8–11 К по сравнению с окружающей средой.В Лондоне, где температура окружающей среды может достигать 30°C и выше, в некоторых поездах зафиксирована температура выше 37°C, что затрудняет достижение комфорта пассажиров.

Лондонский университет Южного берега (LSBU) [11] определил тепловые трубы как один из вариантов отвода тепла из туннелей. Структура туннеля и окружающая земля, как правило, оказывают сдерживающее влияние на температуру воздуха в подземной железной дороге, поглощая или отводя тепло в зависимости от температуры воздуха в туннелях. Это называется «эффектом туннельного теплоотвода», и команда LSBU исследовала способы усиления этого эффекта, включая использование тепловых трубок.

Тепловые трубы могут усиливать эффект теплоотвода туннеля за счет изменения теплопроводности грунта, окружающего туннель, аналогично эффекту на аккумуляторах явного тепла других типов. Показано, что если увеличить теплопроводность грунта на порядок с 5 до 50 Вт/м·К, то можно снизить температуру в тоннеле и вагонах на 12 %. Данные показывают, что на 1 км потребуется 2500 единиц, каждая мощностью 130 Вт. Исследовательская группа отметила, что установка и эксплуатация тепловых трубок не должны влиять на целостность конструкции туннеля.

4.2 Тепловые трубы в хранилищах с фазовым переходом (с использованием ПКМ)

Использование PCM, таких как однофазные носители данных, сопряжено с проблемами, связанными с плохой теплопроводностью и уникальными профилями замерзания и плавления. Некоторые лаборатории использовали металлическую фольгу, например, показанную на рисунке 13, пеноматериалы (см. рисунок 14) и компактные конструкции теплообменника для улучшения теплопередачи в PCM. Логичным развитием является внедрение тепловых трубок в ПКМ по причинам, обсуждаемым в разделе 3.1.

Рисунок 13.

Расширенная металлическая конструкция, исследованная для улучшения теплопроводности ПКМ [12].

Рисунок 13.

Расширенная металлическая конструкция, исследованная для улучшения теплопроводности ПКМ [12].

Рисунок 14.

Металлическая пена, используемая для улучшения характеристик PCM.

Рисунок 14.

Металлическая пена, которая используется для улучшения характеристик PCM.

Одно из первых исследований тепловых трубок в ПКМ было проведено в 1980-х годах, когда Ли и Ву [13] изучали их влияние на теплопередачу.Это исследование, проведенное в Университете Оттавы, было основано на парафиновом воске в качестве PCM (вариант воска — Sun P-116). Для отвода тепла использовался водяной термосифон.

4.2.1 Тепловая трубка в системе пассивного охлаждения для снижения нагрузки на кондиционирование воздуха

Система, основанная на использовании тепловых трубок для передачи тепла в PCM и обратно (соответственно от и к окружающему воздуху), была разработана в течение нескольких лет в Ноттингемском университете в Великобритании группой под руководством Дэвида Этериджа. .Это иллюстрирует основное применение тепловых трубок для повышения теплопроводности ПКМ.

Работа этой системы, усовершенствованная совместно с поставщиками PCM и тепловых трубок и установщиком, сравнительно проста. Ночью холодный воздух используется для «замораживания» ПКМ, а днем ​​из комнатного воздуха извлекается тепло, которое «плавит» ПКМ. Этот цикл повторяется ежедневно. Важнейшим процессом является передача тепла между воздухом и ПКМ. Коэффициенты теплопередачи должны быть высокими, поскольку разница температур между воздухом и PCM невелика, обычно <6°C.

Как подчеркивалось выше, основная проблема заключается в обеспечении достаточной теплопередачи в (и из) PCM, потому что материал ведет себя как твердое тело, а теплопроводность, по крайней мере, для большей части цикла, является основным механизмом передачи— как и большинство разумных накопителей тепла. Более того, непосредственный контакт воздуха с ПКМ нежелателен из-за запаха и предполагаемой опасности для здоровья. Принятый подход заключался в использовании тепловой трубки для обеспечения непрямого, но эффективного пути теплопередачи между воздухом и PCM с принудительной конвекцией на воздушной стороне.Это позволяет поместить PCM в жесткий герметичный контейнер.

Таким образом, единый модуль состоит из контейнера из ПКМ, в который вставлена ​​половина тепловой трубки [14]. Другая половина трубы открыта для воздуха. Обе половины трубы снабжены ребристыми теплообменниками. Направление теплового потока меняется от дня к ночи, поэтому тепловая трубка рассчитана на реверсивную работу и монтируется горизонтально.

Гидратированная глауберова соль была основным материалом, с бурой в качестве добавки для получения требуемого диапазона температур перехода (номинально 21–23°C).Скрытая теплоемкость 198 кДж/кг, плотность 1480 кг/м 3 . Объем ПКМ модуля составил 7,8 л, что соответствует емкости накопления скрытой теплоты 0,64 кВт·ч на модуль.

Модули устанавливаются в напольном блоке, который подходит для установки как в новых, так и в существующих зданиях. В каждом блоке использовалось семь модулей, что давало скрытую холодопроизводительность 4,4 кВтч, т.е. 500 Вт охлаждения в течение 8 часов. В блоке также находится вентилятор. На рис. 15 показана установка на одном из двух тестовых сайтов.Вентилятор установлен по центру и прогоняет воздух по тепловым трубкам. Ночью воздух всасывается через воздуховод, соединенный с моторизованным форточным клапаном. Днем вентиляционное отверстие закрыто, и воздух вытягивается прямо из помещения через открытую заслонку (также с электроприводом).

Рисунок 15.

Блок охлаждения помещения PCM, установленный в Ноттингемском университете [14].

Рисунок 15.

Блок охлаждения помещения PCM, установленный в Ноттингемском университете [14].

В полевых испытаниях было обнаружено, что система способна поддерживать контроль над комнатной температурой и может быстро реагировать на изменения притока тепла.В частности, высокая теплоемкость PCM и эффективная теплопередача системы позволили контролировать температуру в помещении на постоянном уровне так же, как в системе кондиционирования воздуха. Это было признано очень впечатляющим для того, что в основном является пассивной системой. Только при принудительном ночном охлаждении комнатная температура продолжала бы расти, что привело к повышению максимальной температуры на 2°C или 3°C. Если бы только естественное ночное охлаждение ткани помещения, подъем наверняка был бы еще выше.

4.2.2 Управление ПКМ через ВТЭЦ: ТЭЦ

Как показано на рис. 4, ВТЭЦ можно использовать для управления скоростью отвода тепла от теплоаккумулятора. Хуанфу и др. . [15] в Шанхайском университете Цзяо Тонг впервые предложили ВТЭЦ в сочетании с когенерационной установкой для доставки тепла потребителям, используя тепло, вырабатываемое двигателем внутреннего сгорания (рис. 16). Испаритель с тепловыми трубками питается от тепла двигателя, а конденсатор имеет регулируемый объем, используя переднее положение инертного газа, для управления подачей тепла пользователям или градирне.Даже базовые ВТЭЦ в какой-то степени саморегулируются, и по мере увеличения теплоснабжения потребители могут брать больше, а градирня справится с любым излишком. Если двигатель работает на значительно пониженной мощности, тепловыделение существенно снижается из-за увеличения объема инертного газа.

Рис 16.

Концепция ВТЭЦ, используемая для управления тепловой мощностью когенерационной установки [15]. Перепечатано из Huangfu et al . [15], с разрешения Elsevier.

Рис 16.

Концепция ВТЭЦ, используемая для регулирования тепловой мощности когенерационной установки [15]. Перепечатано из Huangfu et al . [15], с разрешения Elsevier.

В рамках проекта, сданного в аренду SES Ltd в Великобритании в рамках программы финансирования Совета по технологической стратегии, строится производная от вышеперечисленного для микрокомбинированной теплоэлектростанции (мТЭЦ). В этом блоке давление в VCHP можно изменять с помощью метода активного управления с обратной связью в зависимости от потребности в отоплении, а компактный тепловой аккумулятор PCM окружает испаритель, обеспечиваемый за счет отработанного тепла двигателя.Изменение давления инертного газа используется для плавного и непрерывного регулирования площади поверхности теплообмена (и, следовательно, мощности) системы отопления дома, а теплоаккумулятор ПКМ используется для управления доступностью этого тепла в течение длительного периода времени. Хотя предложение ориентировано на применение мТЭЦ в бытовых масштабах, эта концепция в равной степени применима к более крупным коммерческим комбинированным теплоэлектроцентралям. Вклад Университета Нортумбрии заключается в разработке имитацион- ной модели установки мТЭЦ и ВТЭЦ и использовании этой модели для проектирования экспериментальной экспериментальной установки в масштабе страны.Пилотная установка будет построена в лаборатории Low Carbon Systems в Нортумбрии с использованием существующего модуля mCHP цикла Стирлинга. Блок ВТЭЦ будет построен сотрудниками в соответствии с размерной спецификацией, разработанной с помощью имитационной модели. Нортумбрия проведет серию экспериментов с тепловыми потребностями, соответствующими типичным бытовым отопительным нагрузкам, как зимой (отопление помещений и горячее водоснабжение), так и летом (только горячее водоснабжение). Намерение состоит в том, чтобы развить исследование только до стадии проверки концепции.Дальнейшее применение имитационной модели будет использоваться для разработки вариантов системы для ряда типов домов с различной вместимостью и потребностями в отоплении. Результаты будут представлены в качестве основы для возможного прототипирования и демонстрации в полевых условиях [16].

4.2.3 Изотермализация: изучение космических технологий

Изотермизация спутниковых конструкций была проиллюстрирована в Разделе 2. На рисунке 17 сотовая структура (которая, конечно, может быть в равной степени пенопластом), образующая часть спутника, имеет четыре встроенные в нее окружные тепловые трубки, чтобы свести к минимуму колебания температуры и любые деформация, которая может возникнуть.

Рисунок 17.

Пористая сотовая структура с кольцевыми тепловыми трубками для изотермализации [17]. Перепечатано из Reay and Harvey [17]. Роль тепловых труб в интенсификации работы агрегатов, стр. 147–153, 2013 г., с разрешения Elsevier.

Рисунок 17.

Пористая сотовая структура с кольцевыми тепловыми трубками для изотермализации [17]. Перепечатано из Reay and Harvey [17]. Роль тепловых труб в интенсификации работы агрегатов, стр.147–153, 2013 г., с разрешения Elsevier.

Это аналогично тому, что может произойти в химической реакции — примером могут служить металлогидридные системы накопления тепла, где управление зарядкой водородом, являющееся экзотермической реакцией, требующей быстрого и идеально равномерного отвода тепла, может быть полезно с помощью тепловых трубок [17]. .

4.2.4 Флюидизированные или инкапсулированные PCM

Все чаще ПКМ инкапсулируют в полимеры и другие материалы для повышения подвижности и улучшения теплопередачи.Их можно перекачивать или псевдоожижать для улучшения конвективной теплопередачи. Концепцией, которая может смешивать капсулы PCM, а также передавать тепло в них или из них, является смеситель с тепловыми трубками, показанный на рисунке 18. Первоначально разработанный для пищевой промышленности, где часто требуется охлаждение или нагрев вязких пищевых продуктов, устройство может эффективно «перемешивать» капсулы внутри трубки, в то же время эффективно отводя тепло внешнему потоку жидкости (или, наоборот, добавляя тепло PCM).

Рис 18.

Инкапсулированный смеситель/теплообменник PCM на основе тепловых трубок.

Рисунок 18.

Инкапсулированный смеситель/теплообменник PCM на основе тепловых трубок.

5 МОЖЕТ ЛИ АДДИТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ПОМОЧЬ В ОПТИМИЗАЦИИ НОВЫХ КОНЦЕПЦИЙ?

Аддитивное производство (АП) (известное также как 3D-печать или быстрое прототипирование) — это метод сборки, который позволяет изготавливать компоненты из полимеров и металлов в формах, невозможных при использовании обычных процессов литья или механической обработки.Теплообменник, показанный на рисунке 19, например, было бы невозможно отлить, и в этом случае компания AM позволила изготовить компактный металлический теплообменник с улучшенными внутренними и внешними поверхностями.

Рисунок 19.

Компактный теплообменник от Within Lab производства AM [18] был любезно предоставлен Within Laboratories.

Рисунок 19.

Компактный теплообменник от Within Lab производства AM [18] был любезно предоставлен Within Laboratories.

Рис. 20.

Процесс изготовления и результат изготовления тепловых труб с использованием АД [19]. Перепечатано из Амели и др. . [19], с разрешения Elsevier.

Рис 20.

Процесс изготовления и результат изготовления тепловых труб с использованием АД [19]. Перепечатано из Амели и др. . [19], с разрешения Elsevier.

Совсем недавно компания Thermacore, производитель тепловых труб, совместно с университетами Ливерпуля и Нортумбрии в Великобритании успешно изготовила тепловые трубы из алюминия с использованием аддитивного производства (рис. 20).

Эти легкие блоки, предназначенные для использования в космических кораблях, уникальны тем, что стенка и фитиль — капиллярная структура, необходимая для переноса жидкости из конденсатора в испаритель, — были собраны из торцевой крышки вместе, эффективно объединяя их и сводя к минимуму термическое сопротивление. Таким образом, можно было бы встроить тепловые трубки в контейнер для хранения таким образом, чтобы улучшающая структура (например, пена) и система терморегулирования — тепловые трубки — имели идеальный тепловой контакт и были оптимизированы для желаемых характеристик цикла хранения.Таким образом могли быть собраны такие предметы, как металлические накопительные радиаторы, а также конструкции для зарядки ПКМ.

5.1 Следующий шаг: напечатанный на 3D-принтере PCM

Исследования в Университете Хериот-Ватт, Эдинбург [20], посвящены изучению использования металлических ПКМ для улучшения характеристик химических реакторов Фишера-Тропша (Ф-Т), которые используются для преобразования газа в жидкости на углеводородной основе. Компактные реакторы F – T похожи на очень компактные теплообменники. Можно было бы рассмотреть более эффективные реакторы F – T, собранные с использованием AM, но в то же время включающие металлический PCM в оптимальных местах, которые были бы смоделированы ранее, чтобы обеспечить идеальную кинетику реакции.

6 ВЫВОДЫ

TES становится все более важным в целом ряде секторов — от промышленности до транспорта и дома. Основные характеристики тепловой трубы и термосифона, в основном связанные с их высокой эффективной теплопроводностью, могут улучшить характеристики теплоаккумулятора, что не всегда возможно при использовании других методов улучшения.

Новые методы производства, в частности аддитивное производство, могут в конечном итоге позволить создавать некоторые накопительные материалы с оптимизированными поверхностями теплопередачи, что в настоящее время невозможно.

БЛАГОДАРНОСТИ

Д.Р. выражает благодарность Ахмаду Мустаффару из Университета Ньюкасла за подготовку сравнительного анализа теплопередачи от PCM с использованием только тепловых трубок и/или ребер, а также за данные по усовершенствованию PCM.

ССЫЛКИ

1

.

Тепловые трубы: теория, конструкция и применение

, 6-е изд.

Butterworh Heinemann

,

2014

.2

и др.

Тепловая трубка с PCM для электронного охлаждения

.

Appl Energy

2011

;

88

:

1825

33

.3

и др. . Численное исследование характеристик охлаждения двухфазной замкнутой термосифонной насыпи в районах вечной мерзлоты

.

Cold Reg Sci Technol

2011

;

65

:

203

10

.4

и др.

Разработка искусственного хранилища вечной мерзлоты с использованием тепловых труб, Доклад № 89-HT-15, Национальная конференция ASME/AIChE по теплопередаче

.

Филадельфия, Пенсильвания

,

1989

.5

.

Аккумулирование тепловой энергии — системы и приложения

. 2-е изд.

John Wiley & Sons

,

2010

.6

и др.

Обзор аккумулирования тепловой энергии с использованием материалов с фазовым переходом, анализ теплопередачи и применение

.

Appl Therm Eng

2003

;

23

:

251

83

.7

.

Солнечный водонагреватель с гравитационной тепловой трубой

.

Heat Recov Syst CHP

1987

;

7

:

343

50

.8

.

Исследования и разработки тепловых труб в странах Восточной Европы

.

Heat Recov Syst CHP

1989

;

9

:

3

18

.9

.

Исследования и разработки тепловых труб в СССР

.

Heat Recov Syst CHP

1989

;

9

:

313

33

.10

и др.

Производительность тепловых трубок

.

Heat Recov Syst CHP

1989

;

9

:

407

10

.12

.

Плавление материала с фазовым переходом с помощью просечно-вытяжной сетки

.

Appl Therm Eng

()

2015

.13

.

Характеристики теплопередачи при затвердевании в присутствии двухфазных замкнутых термосифонов в системах хранения скрытой тепловой энергии

. В:

Материалы 6-й Международной конференции по тепловым трубам

.

25–29 мая

,

Гренобль

,

1987

.14

.

Инновационная вентиляционная система охлаждения для уменьшения кондиционирования воздуха в зданиях. Часть 1: тестирование и теоретическое моделирование

.

Appl Therm Eng

2000

;

20

:

1019

37

.15

и др.

Разработка экспериментального прототипа встроенного контроллера терморегулирования для когенерационных систем на основе двигателей внутреннего сгорания

.

Appl Energy

2007

;

84

:

1356

73

.16

Новая тепловая труба с переменной проводимостью, соединенная с двигателем Стирлинга

. . ().17

.

Роль тепловых труб в интенсификации единичных операций

.

Appl Therm Eng

2013

;

57

:

147

53

.18

Аддитивное производство.

.19

и др.

Новый метод изготовления тепловых труб из спеченного алюминия (SAHP)

.

Appl Therm Eng

2013

;

52

:

498

504

.20

.

Стабилизация температуры в реакторах Фишера-Тропша с использованием материалов с фазовым переходом

. В:

Презентация на 22-м заседании Сети по интенсификации процессов

. . ().

© The Author, 2015. Опубликовано Oxford University Press.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), что разрешает некоммерческое повторное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы. По вопросам коммерческого повторного использования обращайтесь по адресу [email protected]

.

Сравнительное исследование тепловых труб и кожухотрубных накопителей тепловой энергии

https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.116974Get rights and content

Highlights

Сравнение различных тепловых системы хранения энергии с тепловыми трубками.

Оценка замены системы трубопроводов теплоносителя тепловыми трубами.

Тепловые трубки обеспечивают равномерный процесс плавления.

Материал с фазовым переходом взял на себя управление рабочим циклом тепловой трубы.

Abstract

В данной статье экспериментально оценивается применение тепловых труб в системах хранения тепловой энергии со скрытым теплом. Хорошо известные характеристики тепловых труб в качестве технологии теплопередачи делают их отличными кандидатами для использования в качестве теплообменников.Однако предыдущие исследования сравнивали их эффективность с цельнометаллическими стержнями, где тепловые трубы явно преуспели. Поэтому целью данного исследования является экспериментальная оценка преимуществ использования тепловых трубок вместо обычной кожухотрубной системы в процессах зарядки. В частности, были испытаны пять систем накопления скрытой тепловой энергии. Один основан на корпусе и трубках, а остальные четыре — на тепловых трубках. Эксперименты проводились при постоянной температуре и скорости потока теплоносителя, а результаты анализировались с точки зрения температуры, теплопередачи и визуального восприятия.Результаты показывают, что в системах с тепловыми трубками материал с фазовым переходом плавится однородно по всей емкости для хранения. Однако кожухотрубный бак выполнил процесс зарядки за 25 минут, а самый быстрый тепловой трубный бак за 40 минут. С другой стороны, в кожухотрубной конфигурации расплавление теплоносителя идет от входа теплоносителя к выходу. Более того, системы с большей площадью тепловых труб внутри коллектора теплоносителя обеспечивали более высокие показатели мощности. При сравнении лучших и худших накопительных баков с тепловыми трубками в течение первых 30 минут скорость теплопередачи увеличилась более чем на 40%.Но низкая проводимость аккумулирующего материала смягчила эти высокие скорости теплопередачи.

Ключевые слова

16 Ключевые слова

Латентные тепловые термические энергетические хранения (LHTES)

фазы изменения фазы Материал (PCM)

Тепловые трубы

Теплообменник

Экспериментальный анализ

6 Устойчивые кэксперции TE

Термическая энергия Склад

Рекомендуемые статьи

© 2021 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd.

Системы горячего водоснабжения

Проект системы горячего водоснабжения может следовать процедуре:

  1. Определить потребность потребителей в горячей воде — количество и температура
  2. Выбрать тип, мощность и поверхности нагрева водонагревателя или теплообменника
  3. Выбрать котел
  4. Расчет схемы трубопроводов и размеров труб

Потребность в горячей воде — количество и температура

Горячая вода нормально подается к арматуре и ее потребители по 50 — 60 o C .Для столовых и профессиональных кухонь часто требуются температуры 65 o C , чтобы соответствовать гигиеническим стандартам. Не следует хранить горячую воду при температуре ниже 60 o C (140 o F) во избежание риска заражения легионеллой.

Там, где по соображениям безопасности необходимы более низкие температуры, например, в детских садах, центрах для инвалидов и т. д., температура горячей воды не должна превышать 40 — 50 o C .Следует проявлять особую осторожность, например, регулярную дезинфекцию фитингов, чтобы избежать заражения легионеллой.

Внимание! Горячая вода может храниться при более высоких температурах и понижаться до более низких температур подачи путем смешивания с холодной водой в смесительных клапанах. Хранение горячей воды при более высоких температурах увеличивает общую производительность системы и снижает потребность в объеме хранения.

температура горячей воды
5 ( O C) 43 92 9072 9074
потребитель
Душевшие 43
Туалет — ручная стиральная 40
Туалет — Бритвирование 45
ванн 43

Некоторые типичные нагревательные нагреватели:

Водонагреватель — Одиночная температура

Вода нагревается и хранится в том же резервуаре-накопителе при той же температуре, что и подается потребителям.

Водонагреватель — двухтемпературный со смесительным клапаном

Вода нагревается и хранится в том же накопительном баке при более высокой температуре, чем подается большинству потребителей. Перед подачей на арматуру горячая вода смешивается до температуры потребителя с холодной водой.

Водонагреватель — двухтемпературный с баком повышения давления

Вода нагревается и хранится при температуре потребителя, прежде чем распределяться среди обычных потребителей. Вода из этого хранилища подается в другой нагреватель и резервуар для хранения, где вода нагревается до более высоких температур перед распределением.

Количество горячей воды определяется количеством жильцов и их потребительскими привычками. Время очень важно, так как потребление меняется в течение дня.

Максимальная подача тепла

Аккумулятор горячей воды — объем бака — уменьшит требуемую максимальную подачу тепла. Теплоподача в систему с аккумулятором можно рассчитать как:

H = C P V (Q 2 — Q 1 ) / T (1)

, где

H = подача тепла (электроэнергии) (кВт)

V = объем накопленного аккумулятора (литр)

c = удельная теплоемкость воды ( p 9.19 KJ / KG O C)

Q 1 = Температура воды холодной подающей воды ( O C)

Q 2 = Температура горячей воды ( o C)

t = доступное время для нагрева накопленного объема (сек)

холодная вода с температурой
5 o С. Электроэнергия, необходимая для нагрева воды до 50 o C за 5,5 часов можно рассчитать как: o C) — (5 o C)) / ((5,5 часов) (3600 с/час))

   = 1,9 кВт

5 9000 нагревательные элементы в аккумуляторах горячей воды для нормального потребления.

Объем аккумулятора

Экв. (1) можно изменить для выражения накопленного нагретого объема, если известна мощность теплоснабжения и доступное время для нагрева: 2 — Q 1 — Q 1 )) (1b) (1b) 88

H A = Доступное теплоснабжение (кВт)

T A = время нагрева располагаемый (сек)

С проточным нагревателем без аккумулирующего калорифера — подвод тепла можно рассчитать как:

H =  c p v (q 2 907 6

— 7 — 7 90                                (2)

где

v = требуемый объемный расход (л/с) Пример

5 постоянно нагревать воду

Душ потребляет 0.05 л/с горячей воды. Аккумулятора нет, вода постоянно нагревается от 5 o C до 50 o C . Требуемая мощность для нагрева воды может быть рассчитана как

H =  (4,19 кДж/кг o C) (0,05 л/с) (( 50 o C ) — C ) —

5 ( 5 C ) )

   = 9,4 кВт

Такая высокая потребность в мощности, как правило, слишком велика для обычных бытовых электрических систем и является основной причиной широкого использования электрических аккумуляторов горячей воды.

Преимуществом аккумулятора является стабильная температура горячей воды. Модулирование большого источника питания может привести к недопустимым колебаниям температуры, особенно заметным в душевых.

Типовой объем хранения горячей воды

Типовой объем хранения горячей воды для систем электрического или газового отопления в зависимости от количества жильцов в доме:

Поверхность нагрева

Требуемая поверхность нагрева теплообменника может быть рассчитана как:

A = 1000 H / KQ M (3)

, где

A = Отопление поверхности (M 2 )

H = скорость отопления (кВт)

K k = общий коэффициент тепла передачи (W / M 2 K)

Q M M M = Логарифмическая разница температур (K)

Тепло коэффициенты передачи зависят от

  • материалов, используемых в теплопередающих поверхностях
  • константы работа теплообменника — турбулентный или нетурбулентный поток
  • тип жидкостей — их вязкость и удельная теплоемкость

Котел

Котел с правильными характеристиками должен быть выбран из каталогов производителей, где

Мощность котла = Отопление мощность калорифера + запас прочности (обычно 10 — 20%)

Расчетная схема трубопровода и размер трубопровода

Максимальный объемный расход через штуцеры к арматуре и другому оборудованию определяется максимальной потребностью каждого потребителя.

Максимальный объемный расход через магистральные трубы определяется максимальным потреблением фитингов и статистическим спросом на основе количества и типов поставленных фитингов и оборудования.

Горячая вода от солнца

На приведенной ниже диаграмме показана типичная минимальная площадь коллектора и объем накопителя в зависимости от количества жильцов в домашнем хозяйстве для производства горячей воды с помощью солнечной энергии.

Система теплообменника: медная, двухтрубная и т. д.

 ACT находится на переднем крае разработки инновационных технологий теплообменников, участвуя в нескольких инновационных программах исследований и разработок теплообменников, в том числе:

В этих программах используются различные технологии управления температурным режимом, и они демонстрируют широту технического опыта компании ACT в области теплообменников.Ниже приводится краткий обзор каждой из этих передовых технологий.

Теплообменники прямого контакта для высокоэффективных систем ОВКВ

ACT разрабатывает вихревой теплообменник с прямым контактом (VDHX) для более эффективных систем ОВКВ с меньшей массой. VDHX представляет собой модификацию вихревого фазового сепаратора с импульсным приводом, который в настоящее время разрабатывается в ACT для приложений в условиях микрогравитации.

VDHX показан на Рисунке 1. Во время работы воздух поступает через впускной спираль, который центростремительно ускоряет воздушный поток и образует высокоскоростной принудительный воздушный вихрь.Помимо вынужденного вихревого движения, поток воздуха направлен в осевом направлении и движется от входного улитки в камеру смешения. Охлажденная вода подается в смесительную камеру в виде капель, генерируемых распылительными каналами. Распылительные каналы ориентированы таким образом, что капли попадают в распылительную камеру в поперечном потоке с воздушным вихрем. При прохождении через распылительную камеру капли обмениваются тепловой энергией с воздушным потоком путем прямого контакта. Длина распылительной камеры рассчитана таким образом, чтобы воздух достиг теплового равновесия с водой перед выходом из этой секции.Это приводит к значительному охлаждению воздуха и небольшому нагреву воды.

Как и в обычной системе охлаждающего змеевика, конденсация происходит, если воздух охлаждается ниже точки росы. Однако в VDHX конденсация происходит на поверхности капель, а не на медных ребрах. В любом случае, когда происходит конденсация, выходящий воздух достигает почти 100 % относительной влажности (RH). Эта воздушно-водяная смесь, сохраняющая сильное вихревое движение, затем перетекает из распылительной камеры в разделительную камеру.При движении водовоздушной смеси через разделительную камеру поле центробежных ускорений, развивающееся внутри вихря, отделяет воду, включая конденсат, от воздушного потока. Центробежное ускорение, испытываемое каплями воды внутри VDHX, более чем в 100 раз превышает гравитационное. В результате прохождение капель происходит за десятые доли секунды, а не за десятки секунд, как в обычном теплообменнике с прямым контактом. Это позволяет VDHX минимизировать объем при максимальной пропускной способности.

В совокупности эти преимущества обеспечивают энергоэффективный, не требующий особого обслуживания теплообменник HVAC со следующими преимуществами по сравнению с обычными ребристыми трубчатыми испарителями.

  • Минимально возможный температурный потенциал для теплопередачи. Это снижает требуемый подъем температуры и мощность, потребляемую тепловым насосом.
  • Кондиционирование воздуха за счет испарительного охлаждения при соответствующих условиях на входе. Это позволяет теплообменнику обеспечивать охлаждение за счет скрытого теплообмена с воздухом.Работа в этом режиме значительно снизит тепловую нагрузку и энергопотребление теплового насоса.
  • Свобода выбора материала. Материалы с высокой теплопроводностью больше не нужны, вместо этого можно использовать некорродирующие, легкие, пригодные для повторного использования или недорогие материалы.
  • Непрерывная переработка поверхности теплопередачи. Осаждение твердых частиц, накопление конденсата и биологический рост, а также связанное с этим снижение производительности исключаются.
  • Фильтрация субмикронных и более крупных частиц. Эти частицы фильтруются системой рециркуляции воды, что значительно снижает энергопотребление системы рециркуляции воздуха. Было показано, что аналогичные системы фильтрации воды удаляют 99% частиц диаметром более 0,5 мкм, 96% частиц диаметром от 0,3 до 0,5 мкм и 86% частиц размером менее 0,3 мкм.
  • Биологическая фильтрация. В сочетании с собственной фильтрацией струи воды маломощная ультрафиолетовая фильтрация системы водоснабжения позволяет удалять биологически активные вещества из рециркуляционного воздушного потока.Типичные системы УФ-фильтрации могут уничтожить 99% бактериального роста менее чем за минуту воздействия.

Был изготовлен и испытан VDHX, обеспечивающий кондиционирование воздуха мощностью 2 тонны (7 кВт). Схема испытательной установки показана на рис. 2, а на рис. 3 показан вид через верхнюю часть улитки во время работы. Как показано на рисунке 4, экспериментальная система обеспечивала кондиционирование более 2 тонн воздуха.

Схема демонстрационного испытательного стенда VDHX

Эти данные использовались для оценки потенциальной производительности VDHX в более чем 70 точках США.Результаты этой оценки демонстрируют возможность значительного повышения производительности и использования электроэнергии по сравнению с обычной системой;
см. Таблицу 1.

Вернуться к началу

Теплообменник ВЧП для пассивного поддержания температуры на выходе из химических реакторов

Военно-морской флот исследует водородные топливные элементы, работающие на реформированном дизельном топливе для логистики, в качестве средства обеспечения распределенной электроэнергии для обслуживания кораблей. Работа водородных топливных элементов с использованием дизельного топлива требует процесса риформинга для удаления серы и паровой конверсии дизельного топлива в поток, богатый водородом.Рабочая температура реакторов должна тщательно контролироваться для поддержания их химического равновесия. Температурный контроль усложняется по сравнению с типичными системами риформинга, поскольку изменения электрической нагрузки топливного элемента и, как следствие, изменения скоростей потока реагентов происходят более часто и резко. Система риформинга топлива должна поддерживать температуру на входе и выходе в пределах ±30°C, несмотря на диапазон изменения расхода реагента 5:1. Схема пассивного управления необходима для контроля температуры реактора в рабочих пределах при всех ожидаемых расходах реагентов.

Компания ACT разработала теплообменник с тепловыми трубками с переменной проводимостью (VCHP) для обеспечения примерно постоянной температуры подачи в реактор, несмотря на изменения скорости потока и температуры на выходе из предыдущего реактора. Схема теплообменника ВТЭЦ представлена ​​на рис. 5. Тепло от газового потока передается ВТЭН потоку теплоносителя. Неконденсирующийся газ в ВТЭЦ используется для пассивного регулирования температуры водорода на выходе. Если температура водорода слишком низкая, неконденсирующийся газ в ВТЭЦ расширяется, что блокирует большую часть конденсатора и снижает теплопередачу.Точно так же, если температура водорода слишком высока, неконденсируемый газ в VCHP расширяется, что обнажает большую часть конденсатора и увеличивает теплопередачу.

Теплообменник ВТЭЦ показан на рис. 6. Водород, поступающий в систему, сначала проходит через подогреватель, где нагревается до требуемой температуры на входе. Затем водород проходит через теплообменник ВТЭЦ, где охлаждается противотоком воды, проходящей через верхнюю часть ВТЭЦ.

Вернуться к началу

Инновационные конструкции теплообменников для парокомпрессионных систем с аккумулированием тепла для различных тепловых нагрузок

Существует несколько случаев, когда парокомпрессионные системы должны выдерживать сильно изменяющиеся тепловые нагрузки, например:

  • Небольшая стационарная нагрузка должна постоянно сниматься с помощью системы сжатия пара
  • Переходная нагрузка, которая намного выше, чем установившаяся нагрузка, должна быть снята на короткий период времени.Эта переходная нагрузка может быть в 20 раз выше, чем установившаяся нагрузка.

Метод грубой силы для обеспечения охлаждения в этих случаях заключается в выборе размера системы сжатия пара для максимальной тепловой нагрузки, возникающей во время переходного процесса. Однако этот метод имеет значительные недостатки как в размере, массе, так и в электрической мощности. Например, как требуемый размер компрессора, так и размер теплообменника увеличатся почти в 20 раз по сравнению с установившейся системой. Подход, принятый ACT, состоит в том, чтобы добавить в систему аккумулирование тепла, что позволяет увеличить мощность компрессора и первичного теплообменника примерно на десять процентов по сравнению со случаем в установившемся режиме.

Система, которую разрабатывает ACT, состоит из двух ключевых компонентов (см. рис. 8):

  • Встроенный теплообменник, который объединяет испаритель, конденсатор и рекуператор в единый теплообменник. Такой подход значительно уменьшает объем и массу холодильной системы. Использование рекуператора между более холодным паром на выходе из испарителя и более горячей жидкостью на выходе из конденсатора обеспечивает поступление перегретого пара в компрессор и увеличивает переохлаждение жидкости, поступающей в расширительный клапан.Оба этих улучшения способствуют повышению коэффициента производительности системы (COP).
  • Теплообменник из материала с фазовым переходом (PCM), который аккумулирует большое количество отработанного тепла, выделяемого во время коротких рабочих пиков, и рассеивает тепло во время установившейся работы. Такой подход устраняет необходимость в увеличенных размерах компрессора и других компонентов холодильной системы, что приводит к значительному снижению массы, объема и энергопотребления системы.

Более подробная схема встроенного теплообменника показана на рисунке 9.Использование встроенного теплообменника:

  • Уменьшает количество соединений потока и линий
  • Уменьшает массу и размер системы
  • Повышает КПД и надежность системы

Система работает следующим образом:

  • При нормальной работе PCM в теплообменнике замерзает.
  • Во время работы с высокой тепловой нагрузкой материал с фазовым переходом плавится, сохраняя большую часть тепловой энергии. Остальная часть переходной энергетической нагрузки компенсируется за счет небольшого увеличения размеров компрессора и теплообменника по сравнению со случаем стационарного режима.
  • После отключения высокой тепловой нагрузки модуль PCM постепенно замерзает и медленно отдает тепловую энергию в контур. Эта тепловая нагрузка обрабатывается компрессором и теплообменником увеличенных размеров.

Система, основанная на схеме, показанной на рис. 8, была смоделирована, изготовлена ​​и успешно протестирована. Включение теплообменника PCM и рекуперативного теплообменника уменьшило общую массу на 36%, обеспечив при этом повышенную надежность и эффективность системы.

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов HVAC; не только экологичность или энергосбережение

курсы.»

 

 

Рассел Бейли, ЧП

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам

для раскрытия мне новых источников

информации.»

 

Стивен Дедак, ЧП

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

очень быстро отвечают на вопросы.

Это было на высшем уровне. Буду использовать

еще раз. Спасибо.»

Блэр Хейворд, ЧП

Альберта, Канада

«Легкий в использовании веб-сайт.Хорошо организовано. Я действительно воспользуюсь вашими услугами снова.

Я передам вашу компанию

имя другим на работе.»

 

Рой Пфлейдерер, ЧП

Нью-Йорк

«Справочный материал был превосходным, и курс был очень информативным, тем более что я думал, что уже знаком

с деталями Канзас

Авария в городе Хаятт.»

Майкл Морган, ЧП

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится возможность просмотреть текст перед покупкой. Я нашел класс

информативный и полезный

на моей работе.»

Уильям Сенкевич, Ч.Е.

Флорида

«У вас отличный выбор курсов и очень информативные статьи.Вы

— лучшее, что я нашел.»

 

 

Рассел Смит, ЧП

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, предоставляя время для проверки

материал.»

 

Хесус Сьерра, ЧП

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от сбоев.»

 

Джон Скондрас, ЧП

Пенсильвания

«Курс был хорошо составлен, и использование тематических исследований является эффективным

способ обучения.»

 

 

Джек Лундберг, ЧП

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; т.е., что позволяет

студент для ознакомления с курсом

материал перед оплатой и

получение викторины.»

Арвин Свангер, ЧП

Вирджиния

«Спасибо, что предлагаете все эти замечательные курсы. Я, конечно, выучил и

очень понравилось.»

 

 

Мехди Рахими, ЧП

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска и

подключение к интернету

курсы.»

Уильям Валериоти, ЧП

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. Курс был легким для понимания. Фотографии в основном давали хорошее представление о

обсуждаемые темы.»

 

Майкл Райан, ЧП

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Нужен 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

 

 

 

Джеральд Нотт, ЧП

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых кредитов PDH. Это был

информативно, выгодно и экономично.

Очень рекомендую

всем инженерам.»

Джеймс Шурелл, ЧП

Огайо

«Я ценю, что вопросы «реального мира» и имеют отношение к моей практике, и

не основано на какой-то непонятной секции

законов, которые не применяются

до «обычная» практика.»

Марк Каноник, ЧП

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы использовать его в своем медицинском устройстве

организация.»

 

 

Иван Харлан, ЧП

Теннесси

«Материал курса имеет хорошее содержание, не слишком математический, с хорошим акцентом на практическое применение технологии.»

 

 

Юджин Бойл, П.Е.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо представлена,

а онлайн формат был очень

доступно и просто

использование. Большое спасибо.»

Патрисия Адамс, ЧП

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия непрерывному обучению PE в рамках временных ограничений лицензиата.»

 

 

Джозеф Фриссора, ЧП

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Распечатанная викторина помогает во время

просмотр текстового материала. я

также оценил просмотр

предоставлены фактические случаи.»

Жаклин Брукс, ЧП

Флорида

«Документ Общие ошибки ADA в проектировании помещений очень полезен.

тест действительно требовал исследований в

документ но ответы были

всегда в наличии.»

Гарольд Катлер, ЧП

Массачусетс

«Это было эффективное использование моего времени. Спасибо за разнообразие выбора

в дорожной технике, который мне нужен

для выполнения требований

Сертификация PTOE.»

Джозеф Гилрой, ЧП

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для выполнения моих требований в штате Делавэр.»

 

 

Ричард Роудс, ЧП

Мэриленд

«Узнал много нового о защитном заземлении. До сих пор все курсы, которые я проходил, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

Курсы со скидкой.»

 

Кристина Николас, ЧП

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду дополнительных

курсы. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

необходимость путешествовать.»

Деннис Мейер, ЧП

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры для получения блоков PDH

в любое время.Очень удобно.»

 

Пол Абелла, ЧП

Аризона

«Пока все было отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня не так много

пора искать куда

получить мои кредиты от.»

 

Кристен Фаррелл, ЧП

Висконсин

«Это было очень информативно и поучительно.Легко понять с иллюстрациями

и графики; определенно получается

проще  впитать все

теорий.»

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов полупроводников. Мне понравилось проходить курс по номеру

.

мой собственный темп во время моего утра

на метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, ЧП

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, загрузить документы и получить

викторина. Я бы очень рекомендую

вам в любой PE нуждающийся

Единицы CE.»

Марк Хардкасл, ЧП

Миссури

«Очень хороший выбор тем во многих областях техники.»

 

 

 

Рэндалл Дрейлинг, ЧП

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад принести пользу в финансовом плане

от ваш рекламный адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40%.»

Конрадо Касем, П.Е.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Буду пользоваться вашими услугами в будущем.»

 

 

 

Чарльз Флейшер, ЧП

Нью-Йорк

«Это был хороший тест, и он фактически показал, что я прочитал профессиональную этику

Коды

и Нью-Мексико

правила.»

 

Брун Гильберт, П.Е.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили времени и усилий.»

 

 

 

Дэвид Рейнольдс, ЧП

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости

Сертификация

 

Томас Каппеллин, П.Е.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все равно выполнили обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

спасибо!»

 

Джефф Ханслик, ЧП

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы

для инженера.»

 

 

Майк Зайдл, П.Е.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материал был кратким и

хорошо организовано.»

 

 

Глен Шварц, ЧП

Нью-Джерси

«Вопросы соответствовали урокам, а материал урока

хороший справочный материал

для дизайна под дерево.»

 

Брайан Адамс, П.Е.

Миннесота

«Отлично, удалось получить полезную информацию с помощью простого телефонного звонка.»

 

 

 

Роберт Велнер, ЧП

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы над прибрежным строительством — проектирование

Корпус Курс и

очень рекомендую.»

 

Денис Солано, ЧП

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики штата Нью-Джерси были очень

прекрасно приготовлено.»

 

 

Юджин Брекбилл, ЧП

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность скачивать учебные материалы на

обзор где угодно и

когда угодно.»

 

Тим Чиддикс, ЧП

Колорадо

«Отлично! Поддерживайте широкий выбор тем на выбор.»

 

 

 

Уильям Бараттино, ЧП

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой чепухи. Хороший опыт.»

 

 

 

Тайрон Бааш, П.Е.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были пробными и демонстрировали понимание

материала. Тщательный

и полный.»

 

Майкл Тобин, ЧП

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что курс предложил мне, что

поможет в моей линии

работы.»

 

Рики Хефлин, ЧП

Оклахома

«Очень быстрая и простая навигация. Я определенно воспользуюсь этим сайтом снова.»

 

 

 

Анджела Уотсон, ЧП

Монтана

«Прост в исполнении. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата.»

 

 

 

Кеннет Пейдж, П.Е.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о нагреве воды с помощью солнечной энергии. Информативный

и отличное освежение.»

 

 

Луан Мане, ЧП

Коннетикут

«Мне нравится подход к подписке и возможности читать материалы в автономном режиме, а затем

вернись, чтобы пройти тест.»

 

 

Алекс Млсна, П.Е.

Индиана

«Я оценил количество информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях.»

 

Натали Дерингер, ЧП

Южная Дакота

«Материалы обзора и образец теста были достаточно подробными, чтобы я мог

успешно завершено

курс.»

 

Ира Бродская, ЧП

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материал для изучения, а затем вернуться

и пройти тест. Очень

удобный а на моем

собственное расписание.»

Майкл Гладд, ЧП

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

 

 

 

Деннис Фундзак, ЧП

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат

. Спасибо за создание

процесс простой.»

 

Фред Шайбе, ЧП

Висконсин

«Положительный опыт.Быстро нашел подходящий мне курс и закончил

PDH за один час в

один час.»

 

Стив Торкилдсон, ЧП

Южная Каролина

«Мне понравилась возможность загрузки документов для ознакомления с содержанием

и пригодность до

имея платить за

материал

Ричард Ваймеленберг, ЧП

Мэриленд

«Это хорошее пособие по ЭЭ для инженеров, не являющихся электриками.»

 

 

 

Дуглас Стаффорд, ЧП

Техас

«Всегда есть место для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

процесс, которому требуется

улучшение.»

 

Томас Сталкап, ЧП

Арканзас

«Мне очень нравится удобство прохождения викторины онлайн и получения немедленного

Сертификат

 

 

Марлен Делани, ЧП

Иллинойс

«Обучающие модули CEDengineering — очень удобный способ доступа к информации по

многие различные технические области снаружи

по собственной специализации без

необходимость путешествовать.»

Гектор Герреро, ЧП

Грузия

Презентация теплообменника

Теплообменник — это устройство, предназначенное для передачи тепла между двумя или более жидкостями (жидкостью, паром или газом) с разными температурами. В зависимости от теплообменника процесс передачи тепла может быть газ-газ, жидкость-газ или жидкость-жидкость. Жидкости не находятся в прямом контакте, в отличие от дистилляционной колонны.

В этой статье основное внимание уделяется типам теплообменников, применению, работе, конструктивным нормам и изучению различных аспектов конструкции.

Типы теплообменников

В перерабатывающей промышленности используются в основном пять типов теплообменников-

  1. Double Tipe Type
  2. Shell и Tube Type
  3. Тарелка типа
  4. Спираль типа
  5. FIN-вентилятор или воздухоохлаждающий

9 Двойной трубчатый теплообменник

Двухтрубный теплообменник является одним из самых простых типов теплообменников.Он называется теплообменником с двумя трубами, потому что одна жидкость течет внутри трубы, а другая жидкость течет по этой трубе и внутри другой трубы, которая окружает первую трубу.

Конструкция теплообменника с двойной трубой представляет собой концентрическую трубу. Поток жидкости в двухтрубном теплообменнике может быть прямоточным или противоточным.

В основном существует два типа потоков жидкости: спутный поток схема, когда поток двух потоков жидкости идет в одном направлении, противоток , когда поток жидкости движется в противоположных направлениях .

При изменении условий (температура на входе, скорость потока, свойства жидкости, состав жидкости и т. д.) в трубах количество передаваемого тепла также меняется. Это переходное поведение жидкости приводит к изменению температуры процесса, что приводит к точке, в которой распределение температуры становится устойчивым.

Когда тепло начинает передаваться, в результате температура жидкостей изменяется до тех пор, пока температуры не достигнут установившегося состояния (означает одинаковую температуру в обеих жидкостях).Их переходное поведение зависит от времени.

В двухтрубном теплообменнике горячая технологическая жидкость (выходящая из технологического оборудования) протекает внутри внутренней трубы и передает свое тепло охлаждающей воде, протекающей по внешней трубе. Теплопередача продолжается до тех пор, пока не изменятся условия, такие как скорость потока или температура на входе.

Рис. 2: Схема двухтрубного теплообменника

Новое установившееся состояние будет наблюдаться, как только температуры на входе и выходе горячей и холодной жидкости станут стабильными.На практике температуры никогда не будут полностью стабильными, но при значительных изменениях температуры на входе может наблюдаться относительно устойчивый режим.

Примечание. Двухтрубные теплообменники можно соединять последовательно или параллельно для повышения скорости теплопередачи в системе без каких-либо осложнений.

Распределение жидкости по внутренней или внешней трубе
  • Агрессивные жидкости обычно текут по внутренним трубам, так как если они текут по внешней трубе, они вызывают коррозию обеих труб.
  • Пар обычно проходит по внешним трубам, а охлаждающая вода по внутренним трубам.
  • Если обе жидкости одинаково агрессивны или неагрессивны по своей природе, холодная жидкость пропускается через внешние трубы, чтобы уменьшить потери тепла.

Преимущества
  • Один из самых простых и дешевых типов теплообменников.
  • Может использоваться для работы с высокотемпературными, высоконапорными и высоковязкими жидкостями.
  • Может быть оснащен продольными ребрами, прикрепленными к внутренней трубе для увеличения скорости теплопередачи.

Ограничения
  • Обеспечивает меньшую площадь теплообмена на единицу длины труб по сравнению с теплообменниками других типов.
  • Не выдерживает турбулентность потока жидкости по трубам.

Применение
  • Полимерная промышленность
  • Молочная промышленность
  • Химическая промышленность

Прежде чем перейти к другим типам теплообменников, давайте сначала разберемся с организацией потока или характером потока жидкости в теплообменнике.

Расположение или схема потока в теплообменнике

Схема потока, также известная как схема потока теплообменника, относится к направлению движения жидкостей внутри теплообменника по отношению друг к другу. Существует четыре типа моделей потока —

  1. CO-ток течет
  2. Counce точный поток
  3. кросс-течет
  4. гибридный поток
9002

2 поток соревнования

Прямоточный поток, также известный как параллельный поток, представляет собой схему потока, при которой жидкости движутся параллельно друг другу и в одном направлении.Хотя эта схема потока обычно приводит к более низкой эффективности, чем схема противотока.

Противоточный поток

Противоточный поток, также известный как противоток, представляет собой расположение потока, при котором жидкости движутся антипараллельно (то есть параллельно, но в противоположных направлениях) друг другу внутри теплообменника. Это наиболее часто используемая схема потока в теплообменнике.

Конфигурация с противотоком обычно обеспечивает наивысшую эффективность, поскольку обеспечивает наибольшую скорость теплопередачи между двумя жидкостями.

Поперечноточный

В схеме с поперечным потоком жидкости текут перпендикулярно друг другу. Эффективность теплообменника с такой схемой потока находится между противоточными и прямоточными теплообменниками.

Гибридный поток

В гибридной схеме потока используется некоторая комбинация вышеупомянутой схемы потока. Эти типы теплообменников со структурой потока обычно используются для учета ограничений приложения, таких как пространство, бюджет или требования к температуре и давлению.

На рис. 3 ниже показаны различные типы организации потока.

Теперь, я надеюсь, вы получили представление о схеме потока или устройстве внутри теплообменника. Перейдем снова к другим типам теплообменников-

Кожухотрубный теплообменник

Из всех типов теплообменников кожухотрубные теплообменники являются наиболее универсальными. Кожухотрубный теплообменник выполнен с несколькими трубами, закрепленными на трубной решетке, помещенной внутри цилиндрической оболочки.

Конструкция этого типа теплообменника позволяет работать в широком диапазоне давлений и температур. Если нам нужно охладить или нагреть большое количество жидкостей или газов, в первую очередь следует рассмотреть применение кожухотрубного теплообменника.

Кожухотрубный теплообменник состоит из кожуха, трубного пучка, трубной решетки, перегородки, стяжки и двух головок или крышек на обоих концах кожуха. Выбирая различные конструкции этих основных частей, мы можем иметь различные типы теплообменников в соответствии с TEMA.

Кожухотрубчатые теплообменники далее классифицируются на основе их конструкции. Есть в основном четыре типа-

  1. фиксированной оболочки и трубки типа
  2. U TUBE TYPE
  3. U-TUBE TYPE
  4. Тип плавающей головы
  5. Тип чайника
  6. 9 Фиксированная оболочка и трубка Термообменное теплообменник

    Фиксированный кожухотрубный теплообменник имеет прямые трубы, закрепленные на трубной решетке и приваренные с обоих концов к кожуху.

    Теплообменники с фиксированной трубной пластиной очень часто используются в обрабатывающей промышленности, так как абсолютно исключено смешивание двух жидкостей.

    Основные компоненты кожухотрубного теплообменника

    Основными компонентами кожухотрубных теплообменников являются следующие:

    • Пучок труб : Пучок труб представляет собой набор труб, которые обеспечивают площадь теплопередачи между двумя жидкостями, циркулирующими внутри труб, и жидкостью, циркулирующей внутри кожуха.
    • Трубная решетка : Трубная решетка представляет собой металлическую пластину с просверленным отверстием, в котором размещаются трубы, которые фиксируются расширением или сваркой.
    • Перегородки: Перегородки используются для управления общим направлением потока внутри кожуха, а также служат опорой для трубок.
    • Стяжка: Используется для разделения двух перегородок.
    • Оболочка и соединения : Оболочка представляет собой цилиндрическую оболочку второй жидкости. Корпус обычно изготавливается из стального листа цилиндрической формы и продольно сваривается.Кожух имеет патрубки для входа и выхода вторичной жидкости.
    • Съемные днища : Съемные днища соединены с трубчатыми пластинами на обоих концах теплообменника, задачей которых является обеспечение циркуляции продукта через трубчатую балку.

    Приложения
    • Стационарный кожухотрубный теплообменник подходит для всех систем, где разница температур между кожухом и трубой невелика.
    • Может устанавливаться вертикально и горизонтально в обоих направлениях.

    Преимущества
    • Трубки можно чистить механически после снятия крышки.
    • Для очистки трубки изнутри можно использовать проволочную щетку.
    • Редкая утечка.
    • Низкая стоимость
    • Простая конструкция

    Ограничения
    • Пучок трубок прикреплен к корпусу и не может быть удален.
    • Оболочку нельзя чистить механически, нужно чистить химикатами.
    • Ограничено более низкой температурой.

    U-образный трубчатый теплообменник

    Как следует из названия, в этом типе теплообменника пучок труб имеет U-образную форму . Трубная решетка только одна, так как труба открыта только с одной стороны. Все трубы начинаются с верхней половины этой трубной доски и заканчиваются в нижней половине трубной доски, образуя U-образный изгиб или U-образную форму кожуха, как показано на Рисунке 5 ниже-

    Преимущества
    • Расширение кожуха и трубы независимо, поэтому используется для работы при высоких температурах.
    • Возможна очистка кожуха изнутри путем снятия пучка трубок.
    • Очистка трубного пучка возможна снаружи.
    • Экономически эффективен, так как компенсаторы не требуются, а пучок труб может расширяться или сжиматься.

    Ограничения
    • Очистка труб с помощью проволочной щетки невозможна, так как трубы не прямые.
    • Извлечение трубки из трубного пучка затруднено.
    • Устанавливается только горизонтально

    Теплообменник с плавающей головкой

    В кожухотрубном теплообменнике этого типа один конец труб закреплен в трубной решетке, а другой конец труб может свободно расширяться или плавать внутри кожуха.

    Теплообменник с плавающей головкой является одним из наиболее часто используемых теплообменников. Как правило, кожух и трубный пучок не подвержены расширению или сжатию, что не вызывает теплового напряжения между кожухом и трубным пучком, если разница температур между двумя жидкостями велика.

    Преимущества
    • Простота осмотра
    • Расширение трубы и кожуха не представляет проблемы
    • Простота очистки
    • Подходит для применения при высоких температурах
    • Подходит для работы с грязными жидкостями благодаря простоте очистки
    • Высокая надежность и широкий адаптируемость
    • Трубы прямые, отдельные трубы можно заменять или очищать без снятия пучка труб
    • Преодолевает недостатки U-образных теплообменников
    • Количество проходов труб не ограничено

    Ограничения
    • Это дорого по сравнению с другими теплообменниками
    • Большое количество прокладок
    • Утечка может быть проблемой, в отличие от теплообменника U-образного типа из-за плавающей головки.
    • Устанавливается только горизонтально

    Котловой теплообменник или ребойлер

    Теплообменник котлового типа, в основном известный как ребойлеры, используется на нефтеперерабатывающих заводах в составе дистилляционной колонны. Может потребоваться перекачка жидкости из кубового остатка дистилляционной колонны в котел, или может быть достаточный напор жидкости для подачи жидкости в ребойлер из-за разницы напоров.

    В этом теплообменнике ребойлерного типа пар проходит через трубный пучок и выходит после получения конденсата.Жидкость со дна колонны, обычно называемая кубовым остатком или кубовым продуктом, протекает через обечайку.

    Ребойлеры Kettle

    достаточно надежны, они могут выдерживать высокую степень парообразования до 80%, и их легко поддерживать на этом уровне. Он производит химический пар. Пучок ребойлера котлового типа может быть U-образного типа или типа с плавающей головкой.

    Разница между ребойлером и бойлером 4
    Параметры РЕБОЙЛЕР КОТЛА
    Назначение Produce Chemical Vapor Продукция Паровая
    Тип оборудования Технологическое оборудование Полезность оборудование
    Расположение на заводе Процесс установки Утилита
    Обогрев Средства Steam Огонь
    Код дизайна TEMA-R IBR (Индийское регулирование бойлеров)

    Пластинчатый теплообменник

    Теплообменник пластинчатого типа состоит из ряда параллельных пластин, которые располагаются над другой пластиной (альтернативно) таким образом, чтобы обеспечить образование ряда каналов для протекания жидкости между ними.

    Зазор между двумя соседними пластинами создает канал, по которому течет жидкость. Вы можете увеличить или уменьшить мощность теплообменника, добавляя или удаляя пластины, когда это необходимо.

    Впускные и выпускные отверстия в углах пластин позволяют горячей и холодной жидкости течь по чередующимся каналам в теплообменнике, так что пластина всегда соприкасается одной стороной с горячей жидкостью, а другой — с холодной жидкостью.

    Рекомендуемый диапазон размеров плиты от 100 мм х 300 мм до 1000 мм х 2500 мм.Минимальное количество пластин в одном теплообменнике рекомендуется 10, а максимальное может достигать нескольких сотен.

    На приведенном ниже рисунке показан поток жидкости внутри теплообменника пластинчатого типа. Жидкости разделены на несколько параллельных потоков и могут создавать идеальные противоточные потоки.

    Преимущества
    • Высокая площадь и скорость теплопередачи
    • Компактный дизайн и меньшая занимаемая площадь
    • За счет увеличения количества пластин можно увеличить площадь теплопередачи
    • Подходит для более низкой скорости потока и теплочувствительных веществ
    • Меньший объем жидкости требуется
    • Низкая стоимость
    • Меньшие потери тепла
    • Простота обслуживания

    Ограничения
    • Ограничено температурой 150°C (для низкотемпературного применения) и давлением 300 psi
    • Утечка выше, чем у других типов теплообменников
    • Не подходит для применения с высокой вязкостью пластины
    • Прокладка, используемая между пластинами, не может работать с агрессивной жидкостью
    • Падение давления выше

    Теплообменник спирального типа

    Теплообменник спирального типа изготавливается путем прокатки двух металлических пластин вокруг центрального сердечника для создания двух концентрических спиральных каналов потока, по одному для каждой жидкости.Края пластины сварены таким образом, что каждая жидкость остается в своем проходе и не происходит перетока или смешения обеих жидкостей.

    Ширина пластины канала

    и зазор между пластинами оптимизированы для заданного режима работы, максимальной скорости теплопередачи и простоты доступа. Зазор между пластинами поддерживается приваренной прокладкой, хотя для некоторых теплообменников они не требуются.

    Благодаря своей круглой форме и большому отношению площади поверхности к объему спиральный теплообменник обладает уникальными преимуществами по сравнению с другими типами теплообменников.

    Преимущества
    • более высокая термическая эффективность
    • самоочищаемая емкость для проходов
    • узор против тока или соискания
    • меньше места требуется
    • более низкая стоимость
    • меньшее количество требуемое обслуживание
    • более длительная эксплуатация длительностью

    Охладитель или охладитель с ребристым вентилятором

    Теплообменники с воздушным охлаждением, также известные как Fin fan Cooler, — это не что иное, как традиционное название Air Cooler.Например радиатор в машине. Хотя в охладителе используются ребра, это увеличивает остаточное время, что еще больше повышает эффективность системы. В теплообменниках этого типа в качестве охлаждающей среды используется окружающий воздух.

    Применение
    • Используется в верхней линии дистилляционной колонны для охлаждения верхнего продукта
    • Используется в чиллере для отвода тепла от конденсатора
    • Устанавливается на трубной эстакаде или может быть на платформе или конструкции

    Ребристый вентиляторный охладитель, далее классифицируемый по двум типам —

    1. Вытяжная тяга
    2. Вытяжная тяга

    Разница между теплообменниками вытяжной и принудительной тяги
    Индуцированная проект принудительный проект
    поклонников расположены над пачкой трубки вентиляторы расположены ниже пробирки
    Это создает вакуум
    более низкий рабочий Стоимость более высокая стоимость эксплуатации
    космических требований более меньше космических требований
    наиболее предпочтительный тип , используемый только если пространство является проблемой

    . Обратитесь ниже рисунок для лучшего понимания

    Рекомендации по выбору теплообменника

    На рынке имеется широкий ассортимент теплообменников, которые могут быть изготовлены, пригодность их типа и конструкции для передачи тепла между жидкостями зависит от спецификаций и требований применения.Расчет выполняется для размера теплообменника в соответствии с требованиями к скорости теплопередачи, и при выборе теплообменников учитываются некоторые другие соображения.

    Некоторые факторы, которые должны учитывать соответствующие специалисты при проектировании и выборе теплообменника-

    • Тип жидкости, поток и их свойства
    • Требуемая тепловая мощность
    • Наличие места
    • Диапазон температур
    • Бюджет проекта
    • Доступность поставщиков
    • Законодательное требование

    Код конструкции, связанный с теплообменником

    Код конструкции, используемый для изготовления теплообменника, указан ниже —

    ТЕМА (Объединение производителей трубчатых теплообменников)

    ТЕМА — это дополнительные категории теплообменников в зависимости от применения —

    • ТЕМА-Р: Если теплообменник используется в нефтехимической, нефтеперерабатывающей или углеводородной промышленности
    • ТЕМА-С: Если теплообменник используется в коммунальном хозяйстве
    • ТЕМА-В: Если теплообменник используется в химической промышленности

    ASME (Американское общество инженеров-механиков)
    • ASME Раздел II
    • ASME Раздел V
    • ASME Раздел VIII

    Вы можете посмотреть видео ниже, чтобы почувствовать объект

    Несколько сообщений по теме
    Некоторые важные нормы и стандарты для трубопроводов
    Расчет углового изгиба для целей изготовления
    Позиции сварки труб: 1G, 2G, 5G и 6G
    Расчет толщины трубы для внутреннего давления

    Ссылки
    www.enggcyclopedia.com
    www.thomasnet.com
    Теплообменники: книга по выбору, рейтингу и расчету тепловых параметров Анчаса Прамуанджароенки, Хунтан Лю и С. Какак
    Справочник по проектированию теплообменников Книга Куппан Тулукканам
    www.onda-it.com
    Unitedcoolingtower.com
    www.chartindustries.com


    %PDF-1.6 % 2 0 объект > эндообъект 6 0 объект >/Шрифт>>>/Поля 7 0 R>> эндообъект 1510 0 объект >поток 2017-05-30T13:13:56+02:002017-05-30T13:10:43+02:002017-05-30T13:13:56+02:00D:20140527111937+02’00’Speedflow Check Version 11.5 (SR 4)_9WefLn8tGehkhOneVision PDFengine (Windows 64bit Build 25.092.S)CMYKUnknownapplication/pdfuuid:d17895ba-7fdb-4c63-9fd7-3a07291b1824uuid:e7920a7c-92eb-4dbc-a7aa-65578a4540e конечный поток эндообъект 3 0 объект > эндообъект 1917 0 объект > эндообъект 1918 0 объект > эндообъект 150 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 172 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 178 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 201 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 205 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 212 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 235 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 257 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 280 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 302 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 315 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 341 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 345 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 349 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 353 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 376 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 420 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 442 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 486 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 510 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 522 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 544 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 592 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 615 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 656 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 678 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 687 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 709 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 717 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 740 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 744 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 766 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 771 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 793 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 798 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 820 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 829 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 851 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 860 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 882 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 928 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 950 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 955 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 977 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 1021 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 1043 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 1047 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 1069 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 1074 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 1096 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 1101 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 1123 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 1127 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 1149 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Type/Page>> эндообъект 1158 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[28.3465 28.346399 453.542999 742.677002]/Тип/Страница>> эндообъект 1180 0 объект >/Parent 1918 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/Pattern>/ProcSet[/PDF/Text/ImageC]/XObject>>>/TrimBox[28.

Leave Comment

Ваш адрес email не будет опубликован.