เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบประสานสำหรับน้ำร้อนที่บ้าน

1. แนวคิดพื้นฐานของการถ่ายเทความร้อน.

ความร้อนจะเคลื่อนจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำเสมอ, และยิ่งอุณหภูมิต่างกันมากเท่าไร, ยิ่งความเร็วในการถ่ายเทความร้อนเร็วขึ้น. เมื่ออุณหภูมิต่างกันเป็นศูนย์, การถ่ายเทความร้อนหยุดลง.
การถ่ายเทความร้อนมีสามวิธีพื้นฐาน: รังสี, การนำและการพาความร้อน.
ความร้อนที่แผ่ออกมาจะถูกส่งออกไปด้านนอกในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า.
การนำความร้อนคือการแลกเปลี่ยนความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุสัมผัสกันโดยตรง. เพื่อปรับปรุงผลการถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, วัสดุที่มีค่าการนำความร้อนที่ดี เช่น ทองแดง, อลูมิเนียม, ฯลฯ. มักใช้. สแตนเลสยังมีประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่ดี.
การพาความร้อนเป็นกระบวนการที่ความร้อนถูกถ่ายโอนโดยการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของโมเลกุลหลังจากที่ของไหลถูกให้ความร้อน.
ในกระบวนการถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, วิธีการถ่ายเทความร้อนหลายวิธีมักเกิดขึ้นพร้อมกัน.
เนื่องจากปริมาณการถ่ายเทความร้อนของการพาความร้อนมีขนาดใหญ่และควบคุมได้ง่าย, เป็นวิธีการหลักในการถ่ายเทความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน.

สูตรพื้นฐานสำหรับการนำความร้อนและการถ่ายเทความร้อนแบบพาคือ: ถาม=เคเอ(Tg-Td)

ในสูตร, Q คือการถ่ายเทความร้อน, มีหน่วยเป็น KW
K คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน, หน่วยเป็น W/m2°C
A คือพื้นที่ถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
Tg คืออุณหภูมิด้านอุณหภูมิสูง
Td คืออุณหภูมิด้านอุณหภูมิต่ำ

ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างอุณหภูมิสูงและต่ำเปลี่ยนแปลงจริง ๆ, ดังนั้นในทางปฏิบัติจึงใช้ผลต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยลอการิทึม Δt ในการคำนวณ.

2. ประเภทของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน.

มีวิธีการจำแนกหลายประเภท, แต่วิธีการจำแนกที่สำคัญที่สุดคือการจำแนกตามรูปแบบโครงสร้าง:

1. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ: นี่คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เก่าแก่ที่สุด, แต่ยังเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เชื่อถือได้และใช้งานได้จริงที่สุดอีกด้วย.

ดังแสดงในรูปด้านล่าง, นี่คือเครื่องระเหยแห้งแบบท่อรูปตัวยูที่มักใช้ในระบบทำความเย็น. สารทำความเย็นจะไหลภายในท่อและน้ำ (สารทำความเย็นทุติยภูมิ) ไหลออกมานอกท่อ.

สารทำความเย็นเหลวเข้ามาจากส่วนล่างของฝาครอบด้านซ้าย, ระเหยหลังจากผ่านท่อรูปตัวยู, และกลายเป็นก๊าซทำความเย็นและออกมาจากส่วนบนของฝาครอบด้านซ้าย.

เพื่อเพิ่มอัตราการไหลของน้ำ (สารทำความเย็น) และทำให้สารทำความเย็นสัมผัสกับผนังด้านนอกของท่อได้ดีขึ้น, แผ่นกั้นถูกติดตั้งไว้ในเปลือกของระบบแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ.

2. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อและท่อ: ใช้ท่อสองประเภทที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน, ซึ่งซ้อนกันและพันเป็นขดคดเคี้ยวหรือเป็นวงกลม. สารทำความเย็นไหลออกนอกท่อและน้ำไหลภายในท่อ. มีต้นทุนต่ำ, แต่ทำงานผิดปกติ.

3. แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน: เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีประสิทธิภาพและกะทัดรัดซึ่งได้รับการพัฒนาและใช้กันอย่างแพร่หลายในทศวรรษที่ผ่านมา. ประกอบด้วยโลหะบางชุดที่ขนานกันและมีพื้นผิวลูกฟูก. ภายใต้การบริโภคโลหะเดียวกัน, พื้นที่ถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่ถ่ายเทความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อมาก. เนื่องจากการไหลของของไหลในช่องลูกฟูกระหว่างแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนอาจทำให้เกิดการรบกวนอย่างรุนแรง, ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนมีขนาดใหญ่. สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นของเหลว-ของเหลว, ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสามารถสูงถึง 2500-7000W/(ตารางเมตร·℃), ซึ่งก็คือ 2-4 สูงกว่าประเภทเปลือกและท่อหลายเท่า. เมื่อของไหลร้อนและเย็นแลกเปลี่ยนความร้อนในกระแสทวน, สามารถได้รับอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกันมาก. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรม เช่น พลังงานความร้อน, อาหาร, ยา, การทำไวน์, เครื่องดื่ม, เส้นใยสังเคราะห์, โลหะวิทยาและเคมีภัณฑ์, และมีการปรับปรุงรูปทรงและโครงสร้างของแผ่น, พื้นที่การใช้งานกำลังขยายออกไปอีก.

แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนมีสองประเภท: ชนิดประกอบและชนิดประสานแบบรวม. แบบประกอบประกอบด้วยแผ่นถ่ายเทความร้อนโลหะลูกฟูกอัดหลายแผ่น, มีรูมุมทั้งสี่มุม, ดังแสดงในรูป 6-33. แผ่นที่อยู่ติดกันจะถูกคั่นด้วยปะเก็นซีลพิเศษ, เพื่อให้ของเหลวเย็นและร้อนไหลเข้ามาจากรูมุมหนึ่งตามลำดับ, ไหลระหว่างแผ่นเป็นระยะตามช่องทางการไหลที่กำหนดโดยปะเก็นและลอน, แล้วไหลมาจากอีกฝั่งหนึ่ง. มีรูมุมทแยงไหลออกมา, ดังแสดงในรูป 6-34. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นที่ประกอบแล้วมีข้อดีคือสามารถถอดประกอบและทำความสะอาดได้ง่าย, แต่ความต้านทานต่อแรงดันมีจำกัด. รูป 6-35 แสดงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นประสานในตัว. แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นประเภทนี้จะเหมือนกับแผ่นแบบประกอบ. ปลายแผ่นถูกประสานเข้าด้วยกัน. มีความสามารถในการรับแรงดันสูง, แต่ทำความสะอาดไม่สะดวก. คุณควรใส่ใจเมื่อใช้งาน. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าของเหลวสะอาด. โดยทั่วไป, ความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบประสานในตัวเดียวนั้นน้อยกว่าความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ประกอบกัน.

แผ่นถ่ายเทความร้อนเป็นส่วนประกอบหลักของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น. แผ่นถ่ายเทความร้อนแต่ละแผ่นจะทับซ้อนกันในลำดับที่แน่นอนเพื่อสร้างช่องทางการไหลระหว่างแผ่น. ของเหลวเย็นและร้อนจะไหลในช่องการไหลตามลำดับทั้งสองด้านของแผ่นและผ่านแผ่น. ชิปมีการแลกเปลี่ยนความร้อน, ดังแสดงในรูป 6-34. พื้นผิวของแผ่นเป็นกระดาษลูกฟูก, และทิศทางการไหลของของไหลตั้งฉากกับลอน, หรือในมุมเอียงที่แน่นอน.

เพลตรูปแบบต่างๆ ส่งผลโดยตรงต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน, ความต้านทานการไหลและความต้านทานแรงดัน. วัสดุของแผ่นมักเป็นสแตนเลส. ในปัจจุบัน, แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนส่วนใหญ่ใช้รูปทรงก้างปลา, ดังแสดงในรูป 6-35. มีรายงานว่ามีการใช้แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนแบบประกอบเป็นคอนเดนเซอร์และเครื่องระเหยในเครื่องทำความเย็นแบบดูดซับลิเธียมโบรไมด์, ในขณะที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบประสานแบบบูรณาการถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหน่วยปั๊มความร้อนจากแหล่งน้ำขนาดเล็กเป็นเครื่องระเหย.

1. การเปลี่ยนแปลงของสารจากของเหลวเป็นไอเรียกว่าการระเหย, และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องเรียกว่าเครื่องระเหย; การเปลี่ยนแปลงจากไอเป็นของเหลวเรียกว่าการควบแน่น.
ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องเรียกว่าคอนเดนเซอร์.
การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ต้องใช้ความร้อนมาก.

เราทุกคนเคยประสบเหตุการณ์นี้มาก่อนเมื่อแอลกอฮอล์ระเหยไปบนผิวของเรา, เรารู้สึกหนาว. นี่คือการระเหย, ซึ่งเป็นเครื่องทำความเย็น.

ตัวอย่างเช่น, 1 กิโลกรัมของน้ำถูกให้ความร้อนตั้งแต่ 50°C ถึง 90°C. ไม่มีการเปลี่ยนแปลงในสถานะ. ความร้อนที่ต้องการคือ:
ถาม=1(กก)x1(กิโลแคลอรี/กก.°C) x(90-50องศาเซลเซียส)=40kcal= 40x1.163=46.52 วัตต์
แต่การเลี้ยว. 1 ต้องการกิโลกรัมน้ำที่อุณหภูมิ 100°C ให้เป็นไอน้ำที่อุณหภูมิ 100°C 838.8 กิโลแคลอรี = 838.8x1.163 = 9116.5 แคลอรี่.
ความแตกต่างก็คือ 20.97 ครั้ง.
ความร้อนนี้เรียกว่า "ความร้อนแฝง"
ตัวอย่างเช่น, ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของของเหลว R22 คือ 48.51 กิโลแคลอรี/กก, และความร้อนจำเพาะของก๊าซ R22 คือ 0.157 กิโลแคลอรี/กก.°C.
ดังนั้น, ความร้อนที่ถูกดูดซับระหว่างการระเหยของ 1 กิโลกรัมของ R22 จาก 2°C ถึง 7°C คือ:
Q=48.51 กิโลแคลอรี/กก.+0.157 กิโลแคลอรี/กก.°Cx(7-2)°C=48.51+0.785=49.3 กิโลแคลอรี/กก
เห็นได้ชัดว่าความร้อนแฝงที่อยู่ตรงกลางเป็นหลัก, การบัญชีสำหรับ 98%.
เพื่อให้ระบบทำความเย็นมีขนาดเล็ก, ต้องใช้ความร้อนแฝง

2. วงจรการทำความเย็น.

สารทำความเย็นเหลวจะถูกลดความดันในเครื่องระเหยและระเหยเป็นไอน้ำอย่างต่อเนื่อง. ในเวลาเดียวกัน, มันดูดซับความร้อนจากตัวกลางโดยรอบอย่างต่อเนื่อง, ทำให้อุณหภูมิของตัวกลางลดลง.

ไอระเหยของสารทำความเย็นเหล่านี้จะถูกดูดเข้าไปในคอมเพรสเซอร์และถูกบีบอัด, เพิ่มความดันและอุณหภูมิ, นั่นคือ, เปลี่ยนงานให้เป็นความร้อน. จากนั้นระบายออกสู่คอนเดนเซอร์เพื่อกระจายความร้อนและควบแน่นเป็นของเหลวสารทำความเย็น.

ของเหลวสารทำความเย็นเหล่านี้จะเข้าสู่วาล์วปีกผีเสื้อ, คันเร่งและลดความดัน, และระเหยไปหลังจากเข้าเครื่องระเหย...

ตราบใดที่คอมเพรสเซอร์ยังคงทำงานและทำงานกับสารทำความเย็น, สารทำความเย็นจะยังคงระเหยอยู่ในเครื่องระเหยและดูดซับความร้อนจากตัวกลางโดยรอบอย่างต่อเนื่อง, จึงบรรลุวัตถุประสงค์ของการทำความเย็น.

3. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นประสานทำงานอย่างไรในระบบทำความเย็น?

คู่มือการใช้งานการบัดกรี

คู่มือการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบประสาน 1

คู่มือการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบประสาน 2