Wymiennik ciepła

Wymiennik ciepła to urządzenie służące do wymiany ciepła pomiędzy dwoma lub więcej płynami. Jest to uogólniona nazwa, która odnosi się do dużej liczby urządzeń, które jednak różnią się od siebie budową, tym do czego są stworzone oraz sposobem przepływu ciepła. W większości wymiennik ciepła kojarzy się głównie z budownictwem i przemysłem, urządzenie to jednak towarzyszy nam w życiu codziennym. Stosowane jest w chłodnicy samochodowej, kaloryferze czy podgrzewaczu wody. Ze względu na ogrom rodzajów urządzeń, ich przeznaczenia, budowy itp konieczne jest jego usystematyzowanie.

Wiedza na temat tych urządzeń obejmuje takie dziedziny jak metalurgia, turbodynamika czy mechanika. Podział ze względu na przepływ ciepła jest najbardziej podstawowym podziałem. Należy wyróżnić tu wymiennik ciepła kontaktowy oraz bezkontaktowe. Te pierwsze polegają na wymianie ciepła przy kontakcie dwóch (lub więcej) płynów, a drugie, analogicznie, następuje bez kontaktu. Je natomiast można podzielić na rekuperatory, które są przeponowymi wymiennikami o bezpośrednim działaniu. Płyny w nim są oddzielone przeponą, w poprzek której dokonywana jest wymiana ciepła. Do podziału należą także regeneratory z pośrednią wymianą ciepła, oraz złoża fluidyzacyjne. W regeneratorach płyny na przemian przepływają tą samą drogą. Dzięki złożom porowatym, w których magazynowane jest ciepło i przez które płyny przepływają, możliwa jest wymiana ciepła. Ich działanie jest dwufazowe. Pierwsza faza, tak zwana ciepła polega na oddawaniu ciepła przez płyny ciepłe, w drugiej natomiast ciepło jest oddawane do zimnego płynu. Nie jest to proces stały przez co regeneratory nie są często spotykane w przemyśle. Złoża fluidyzacyjne to kombinacja regeneratorów i rekuperatorów.

Wlot gazu, umiejscowiony na dnie zbiornika, przepływa przez niego, a następnie opuszcza na górze. Gdy następuje odpowiednio wysoka prędkość przepływu, gaz unosi cząsteczki cząsteczki ciała stałego, które zachowują się jak ciecz. Ruch następuje tam z jednej strony jak w generatorach (od cząsteczek ciała stałego do gazu), a z drugiej jak w rekuperatorach (przechodzi przez ściankę płaszcza lub też wężownicy). Ten wymiennik ciepła stosowany jest podczas wytwarzania węgla aktywnego, krakowania, suszenia, zgazowywania węgla czy syntezy benzyny. Wymiennik ciepła ma trzy rodzaje mechanizmów przenoszenia ciepła. Pierwszy z nich to przewodzenie. Polega na ruchu ciepła bez ruchu masy. Stosowane jest to na przykład przez ścianę wymiennika. Drugi to konwekcja, podczas niego następuje jednoczesny ruch zarówno ciepła jak i masy. Ostatni to promieniowanie. Następuje tu ruch ciepła przez fale elektromagnetyczne, używa się go jednak tylko i wyłącznie przy wysokich temperaturach. www