Что такое теплообменник?
Предположим, у вас есть газовая печь центрального отопления (бойлер), которая нагревает водяные радиаторы в разных комнатах вашего дома. Он работает за счет сжигания природного газа, образуя линию или сетку струй горячего газа, которые выстреливают вверх над водой, текущей по сети труб. Когда вода прокачивается по трубам, она поглощает тепловую энергию и нагревается. Такое расположение — это то, что мы подразумеваем под теплообменником: газовые струи охлаждаются, а вода нагревается.
Теплообменник — это устройство здесь, которое позволяет теплу от жидкости (жидкости или газа) переходить ко второй жидкости (другой жидкости или газу) без необходимости смешивания двух жидкостей или прямого контакта. Если это не совсем понятно, подумайте об этом. Теоретически, мы могли бы получить тепло от газовых форсунок, просто плеснув на них холодной водой, но тогда пламя погасло бы! Основной принцип теплообменника заключается в том, что он передает тепло, не передавая жидкость, которая переносит тепло.
Для чего используются теплообменники?
Теплообменники можно увидеть в самых разных местах, обычно они служат для обогрева или охлаждения зданий или помогают двигателям и машинам работать более эффективно. Например, холодильники и кондиционеры используют теплообменники противоположным образом, чем системы центрального отопления: они отводят тепло из отсека или комнаты, где оно нежелательно, и откачивают его в виде жидкости в другое место, где его можно сбросить. Охлаждающая жидкость полностью герметична внутри сети труб, поэтому она фактически никогда не соприкасается с воздухом: она забирает тепловую энергию из воздуха внутри и выбрасывает ее в воздух снаружи, но она никогда не смешивается непосредственно с этим воздухом.
На электростанциях или двигателях выхлопные газы часто содержат тепло, которое бесполезно отводится в открытый воздух. Это пустая трата энергии, которую теплообменник, безусловно, может уменьшить (хотя и не устранить полностью — часть тепла всегда будет потеряна). Способ решить эту проблему — установить теплообменники внутри выхлопных труб или дымовых труб. Когда горячие выхлопные газы поднимаются вверх, они проходят мимо медных ребер, по которым течет вода. Вода отводит тепло обратно в установку. Там он может быть переработан напрямую, возможно, нагревая холодные газы, которые поступают в двигатель или печь, экономя энергию, которая в противном случае была бы необходима для их нагрева. Или это может быть использовано для другого полезного использования, например, для обогрева офиса рядом с дымовой трубой.
В автобусах жидкость, используемая для охлаждения дизельного двигателя, часто пропускается через теплообменник, а тепло, которое она отводит, используется для нагрева холодного воздуха снаружи, который накачивается с пола пассажирского салона. Это избавляет от необходимости иметь дополнительные, расточительные электрические обогреватели внутри автобуса. Автомобильный радиатор — это еще один вид теплообменника. Вода, которая охлаждает двигатель, протекает через радиатор, который имеет множество параллельных алюминиевых ребер, открытых для воздуха. По мере движения автомобиля холодный воздух, проходящий мимо радиатора, отводит часть тепла, охлаждая воду и нагревая воздух, поддерживая эффективную работу двигателя. Отходящее тепло радиатора используется для обогрева пассажирского салона, как в автобусе.
Если у вас есть энергосберегающий душ, в нем может быть установлен теплообменник на выходе для сточных вод. Когда вода стекает мимо вашего тела и вниз по пробке, она проходит через медные катушки теплообменника. Между тем, холодная вода, которая подается в душ для подогрева, проходит через те же змеевики, не смешиваясь с грязной водой, а забирая часть отработанного тепла и слегка нагреваясь, поэтому душе не нужно нагревать ее так сильно.