Рекуперативные теплообменники

Рекуперативный теплообменник (рекуператор) – это одна из разновидностей тепловых устройств, которая обеспечивает непрерывный теплообмен через твердую стенку. Такой аппарат обеспечивает сохранность постоянного направления теплового потока в каждой точке разделительной стенки. С помощью данной детали теплоносители с различной температурой обмениваются между собой теплом.

При этом они могут контактировать с поверхностями теплообменника как периодически, так и постоянно. Процесс теплообмена в рекуперативных теплообменниках имеет стационарный характер. Данные устройства более эффективные и мощные, благодаря чему пользуются большим спросом, нежели регенеративные теплообменники.

Устройство рекуперативного теплообменника

В зависимости от конструктивных особенностей выделяют следующие разновидности рекуперативных теплообменников:

• Пластинчатые. Высокоэффективные теплообменники с высоким КПД, обеспечивающие гибкую регуляцию производительности отопительной системы. Имеют вид трубопровода с пластинами. Отличаются легкостью сборки, простотой чистки и минимальным сопротивлением гидравлики. Простые в применении и компактные.

• Кожухотрубчатые. Состоят из набора труб, трубных решеток и дополнительных элементов. Обладают компактными размерами и характеризуются высокой скоростью теплообмена. Теплоотдача происходит быстро и эффективно. Применяются в случаях, когда нужна большая поверхность теплообмена.
• Спиральные. Состоят из металлических листов, закрученных в спираль. Листы соединяются путем сварки. Спиральные теплообменники отличаются высокой эффективностью теплообмена и компактными размерами. Но они сложные в обслуживании.

Существуют и другие виды рекуперативных теплообменников: погружные, графитовые, вентилируемые и так далее.

Принцип работы рекуперативного теплообменника

В рекуперативных теплообменниках теплоносители омывают стенку с обеих сторон, совершая обмен теплом между собой. Температура поступает от одной среде к другой. При этом обе среды взаимодействуют с разделительной стенкой, которая иначе называется поверхностью теплообменника. Принцип работы рекуперативного теплообменника заключается в передаче тепловой энергии из одной камеры в другую камеру. При этом в первой камере находится горячая поверхность, а в другой – холодная среда.

Каждая из камер оснащена собственными не глухими перегородками, которые обеспечивают эффективный, высококачественный теплообмен. Даже рекуператоры небольших размеров отличаются высокой производительностью. Благодаря полной изоляции агентов различных температурных режимов и постоянному нагреву теплоносителя прибор функционирует исправно на протяжении длительного времени, обеспечивая достаточный объем тепла.

Особенность данного типа теплообменника заключается в возможности регуляции потока циркулирующих жидкостей, его можно ослаблять и усиливать. Недостатком рекуперативного теплообменника является необходимость организации объемных площадей нагрева, для чего требуется мощный теплообменник.

При подборе оптимального агрегата необходимо произвести грамотный расчет рекуперативного теплообменника, при котором учитывается ряд моментов:

• температура на входе, выходе контуров;
• максимально допустимая рабочая температура, давление среды;
• тепловая мощность;
• массовый расход рабочей среды в контурах.

Помимо этого, необходимо учитывать ряд дополнительных характеристик, в особенности, вязкость рабочей среды, в которой будет использоваться теплообменник, средний температурный напор и уровень загрязненности среды. Лучше всего доверить проведение расчетов и подготовку схемы рекуперативного теплообменника опытным профессионалам.

Сфера применения рекуперативного теплообменника

Рекуперативный теплообменник в настоящее время используется практически во всех сферах жизни. Они могут применяться как в быту, так и на разных производствах. В частности, такие устройства используются в следующих сферах:

• металлургия;
• пищевая промышленность;
• судостроительство;
• нефтегазовая промышленность;
• коммунальное теплоснабжение.

Особым спросом пользуются рекуперативные теплообменники в области коммунального теплоснабжения. Они устанавливаются в отопительных системах различного типа в квартирах и частных, загородных домах. Такие приспособления обеспечивают нагрев зданий в холодное время года, обустройство ГВС, мягкий прогрев сред в пищевой промышленности.

Рекуператоры в разных сферах деятельности также обеспечивают:

• возврат тепловой энергии в производственный цикл;
• охлаждение топочных газов;
• охлаждение двигателей, гидравлических систем;
• подогрев топлива;
• кондиционирование судовых помещений.

Чаще всего рекуперативные теплообменники применяются в котельных, где они обеспечивают подогрев топлива и воды, используя тепло топочных газов.

Виды рекуперативных теплообменников

Рекуперативный теплообменник может быть непрерывного и периодического действия. В первом случае тепло от одного теплоносителя к другому передается через стенку непрерывно, а во втором – один из теплоносителей периодически нагревается или охлаждается. Чаще всего встречаются рекуператоры непрерывной работы. Теплообменники периодического действия, в которых поступление разных теплоносителей осуществляется в разные временные периоды, обычно являются регенеративными.

Перегородка в рекуперативных теплообменниках может изготавливаться из толстостенной стали, алюминиевых пластин или жаропрочного стекла. Также возможно применение пластмассы, обладающей отличной проводимостью тепла и устойчивостью к воздействиям горячих сред. В качестве теплоносителя могут выступать разнообразные среды: газообразные, водные, жидкие. Нередко в современных агрегатах комбинируется сразу несколько видов теплоносителей. Обычно это газ и вода.

В зависимости от того, как происходит движение теплоносителя, рекуператоры могут быть:

• прямоточными – теплоносители движутся параллельно, в одинаковом направлении;
• противоточными – теплоносители движутся в противоположных направлениях;
• перекрестноточными – теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях (при этом ток может быть однократным или многократным).

Возможные и другие разновидности рекуперативных теплообменников. Каждая из них имеет своих характерные особенности, плюсы и минусы. Поэтому при выборе агрегата рекомендуется проконсультироваться со специалистом.