 |
|
Rys. 1. Schematy ideowe rozwiązań "klasycznych" przepływu strumieni powietrza w rekuperatorach do pośredniego chłodzenia powietrza: a - współprądowy, b - przeciwprądowy, c - regeneracyjny, d - krzyżowy |
Obecnie można zaobserwować następujące kierunki rozwoju urządzeń działających na zasadzie pośredniego wykorzystania ciepła parowania wody:
• urzeczywistnienie zasady wielostopniowego chłodzenia powietrza w jednym urządzeniu w celu pełniejszego wykorzystania termodynamicznej nierównowagi powietrza;
• poszukiwania racjonalnych i najbardziej efektywnych schematów układu przepływu czynników, pozwalających na uzyskanie możliwie najniższej temperatury otrzymywanego chłodu;
• wykorzystanie materiałów o strukturze porowatej do produkcji higroskopijnych wypełnień, zabezpieczających równomierne nawilżanie powierzchni ścianek - przy minimalnym zapotrzebowaniu wody;
• uzyskanie warunków najbardziej efektywnej realizacji procesów wymiany ciepła i masy w aparatach do pośredniego ochładzania powietrza i obszarów ich racjonalnego wykorzystania na zasadzie nowoczesnych metod wielokryterialnej optymalizacji
W związku z tym, że każdy typ wymiennika ma swoje wady i zalety, celowym jest przeprowadzenie badań nie tylko nowych konstrukcji, ale również wymienników ciepła realizujących "klasyczne" schematy przepływu czynników, biorących udział w wymianie ciepła i masy (rys. 1). Takie badania pozwolą oszacować obiektywnie skuteczność pracy nowych wymienników ciepła oraz strefy ich racjonalnego wykorzystania. (...)
 |
| Rys. 8. Zależności współczynników efektywności procesów wymiany ciepła i masy Er Qz od bezwymiarowych wielkości, charakteryzujących warunki pracy, przy różnych schematach układu przepływu czynników w urządzeniach do pośredniego ochładzania powietrza |
Na rys. 8 przedstawiono zależności wybranych wskaźników efektywności pracy wymienników przeciwprądowych i regeneracyjnych od parametrów roboczych i konstrukcyjnych.
Otrzymane zależności współczynnika temperaturowego skuteczności Er (odniesionego do temperatury punktu rosy) od bezwymiarowych wielkości, charakteryzujących warunki pracy wymiennika (rys. 8a) są najkorzystniejsze dla wymienników regeneracyjnych. Jednak, z punktu widzenia wskaźnika wydajności chłodniczej Qz, wymienniki te ustępują wymiennikom współprądowym i przeciwprądowym (rys. 8b).
Z uwzględnieniem wyżej wymienionych osobliwości przebiegu procesów wymiany ciepła i masy opracowano nową konstrukcję wymiennika ciepła, w której, dzięki zastosowaniu mieszanego (współprądowego oraz przeciwprądowego) schematu przepływu czynników, biorących udział w wymianie ciepła, osiągane są podstawowe zalety układów wielostopniowych, a mianowicie efektywna wymiana ciepła i masy przy ruchu współprądowym w początkowych obszarach wypełnienia i ruchu przeciwprądowym w obszarach końcowych [5].
 |
| Rys. 9. Schemat ideowy rekuperatora płytowego do pośredniego chłodzenia powietrza przy mieszanym schemacie przepływu czynników: a - rzut pionowy, b - rzut poziom |
Przedstawiony wymiennik ciepła (rys. 9) składa się z obudowy 1 ze zbiornikiem wody 2. Posiada on trzy króćce, przez które przechodzi odpowiednio całkowity strumień powietrza (3), główny strumień powietrza (4) i pomocniczy strumień powietrza (5). W obudowie znajduje się wypełnienie o regularnej strukturze, wykonane z płyt 6 nieprzepuszczających wilgoci z jednej strony i porowatych z drugiej. Płyty ułożone są w ten sposób, że w kanałach 8 i 9, których ścianki są porowate, przepływa pomocniczy strumień powietrza, natomiast ścianki kanałów głównego strumienia powietrza mają powierzchnię nieprzepuszczającą wilgoci. W celu zabezpieczenia wymaganego kierunku ruchu strumieni powietrza stosuje się przegrodę hermetyczną 10.
Wymiennik działa w następujący sposób: powietrze, przechodzące przez króciec wlotowy 3, rozdzielane jest na współprądowy strumień pomocniczy II i główny I. Pierwszy ze strumieni, przemieszczając się w wilgotnych kanałach 8, realizuje wyparne ochłodzenie warstwy wody i jest usuwany przez króciec wylotowy 5 do atmosfery. Całkowity strumień powietrza I jest schładzany w suchych kanałach 7, ograniczonych nieprzepuszczającymi wilgoci powierzchniami płyt 6, i na wyjściu z króćca 4 rozdzielany jest na strumień główny IV i przeciwprądowy pomocniczy III. Strumień główny IV kierowany jest do użytkownika, a regeneracyjny strumień pomocniczy III, po zakończeniu procesu odparowania warstwy wody w kanałach 9, usuwany jest do atmosfery przez króciec wylotowy 5.
Taki schemat przepływu strumieni pomocniczych pozwala na zwiększenie efektywności wytwarzania chłodu przez wymiennik ciepła, w porównaniu z regeneracyjnym, dzięki zmniejszeniu przepływu przeciwprądowego pomocniczego strumienia powietrza bez zmniejszenia uzyskanej różnicy temperatur strumienia podstawowego.
Przedstawiona analiza pozwala sądzić o wysokiej skuteczności rozpatrywanych wymienników ciepła. Jednak rozwiązanie ostateczne problemu wyboru optymalnych warunków pracy urządzeń do pośredniego ochładzania powietrza i oceny strefy ich racjonalnego może być otrzymane tylko na podstawie przeprowadzenia badań polioptymalizacyjnych.
