Kondenser (ısı transferi) - Condenser (heat transfer)

Bir buzdolabının kondenser bobini

Kapsayan sistemlerde ısı transferi , bir kondansatör , bir bir ısı değiştirici için kullanılan yoğunlaşabilir bir gaz halindeki bir içine madde , sıvı soğutma yoluyla durum. Bunu yaparken, gizli ısı madde tarafından serbest bırakılır ve çevredeki ortama aktarılır. Kondenserler, birçok endüstriyel sistemde verimli ısı atımı için kullanılır. Kondenserler çok sayıda tasarıma göre yapılabilir ve oldukça küçük (el tipi) ile çok büyük (tesis süreçlerinde kullanılan endüstriyel ölçekli birimler) arasında değişen birçok boyutta olabilir. Örneğin, bir buzdolabı , ünitenin içinden dış havaya çekilen ısıdan kurtulmak için bir kondansatör kullanır .

Kondenserler klima , damıtma gibi endüstriyel kimyasal işlemler , buhar santralleri ve diğer ısı değişim sistemlerinde kullanılır. Soğutma suyu olarak soğutma suyu veya çevredeki havanın kullanılması birçok kondansatörde yaygındır.

Tarih

En eski laboratuvar kondansatörü, bir " Gegenstromkühler " (karşı akışlı kondansatör), 1771'de İsveçli-Alman kimyager Christian Weigel tarafından icat edildi . 19. yüzyılın ortalarında, Alman kimyager Justus von Liebig , Weigel ve Johann Friedrich August Göttling'in önceki tasarımları üzerinde kendi iyileştirmelerini sağlayacak ve cihaz Liebig kondansatörü olarak tanınacaktı .

Çalışma prensibi

Bir yoğunlaştırıcı, bir çalışma sıvısından (örneğin bir buhar santralindeki su) ısıyı ikincil bir sıvıya veya çevreleyen havaya aktarmak için tasarlanmıştır. Kondenser, faz değişimleri sırasında, bu durumda bir buharın bir sıvıya yoğunlaşması sırasında meydana gelen verimli ısı transferine dayanır . Buhar tipik olarak yoğunlaştırıcıya ikincil sıvının sıcaklığının üzerinde bir sıcaklıkta girer. Buhar soğudukça doyma sıcaklığına ulaşır, sıvıya yoğunlaşır ve büyük miktarlarda gizli ısı açığa çıkarır . Bu işlem kondenser boyunca gerçekleştikçe buhar miktarı azalır ve sıvı miktarı artar; kondenserin çıkışında sadece sıvı kalır. Bazı kondenser tasarımları, bu yoğunlaştırılmış sıvıyı doyma sıcaklığının altına soğutmak için ek bir uzunluk içerir.

Çalışma akışkanı, ikincil akışkan, geometri ve malzeme dahil olmak üzere tasarım değişkenleri ile kondenser tasarımında sayısız varyasyon mevcuttur. Yaygın ikincil akışkanlar arasında su, hava, soğutucu akışkanlar veya faz değiştiren malzemeler bulunur .

Kondenserlerin diğer soğutma teknolojilerine göre iki önemli tasarım avantajı vardır:

  • Gizli ısı ile ısı transferi, sadece duyulur ısı ile ısı transferinden çok daha verimlidir.
  • Çalışma sıvısının sıcaklığı, yoğuşma sırasında nispeten sabit kalır, bu da çalışma ve ikincil sıvı arasındaki sıcaklık farkını maksimuma çıkarır.

Kondansatör örnekleri

Yüzey yoğunlaştırıcı

Bir yüzey kondansatör yoğunlaştırma orta ve buharlar fiziksel olarak ayrı ve doğrudan temas istenmediğinde, kullanıldığı biridir. Bu bir kabuk ve tüp ısı değiştirici her çıkışında yer buhar türbini içinde termik güç santralleri . Genel olarak, soğutma suyu boru tarafından akar ve buhar, ısı transfer borularının dışında yoğuşmanın meydana geldiği kabuk tarafına girer. Yoğuşma suyu damlar ve altta, genellikle sıcak kuyu adı verilen yerleşik bir tavada toplanır . Kabuk tarafı, genellikle , buhar ve kondensat arasındaki özgül hacim farkı tarafından üretilen bir vakumda veya kısmi vakumda çalışır . Tersine, buhar, soğutucu su veya hava dışarı akarken borulardan beslenebilir.

Kimya

Olarak kimya , bir kondenser sıcak soğutan cihaz olup buharlar bir daralt'ı onları neden sıvı . Örnekler arasında Liebig yoğunlaştırıcı , Graham yoğunlaştırıcı ve Allihn yoğunlaştırıcı yer alır . Bu, iki parçayı bir ekleme reaksiyonu ve bir eliminasyon reaksiyonu ile tek bir moleküle bağlayan bir yoğunlaşma reaksiyonu ile karıştırılmamalıdır .

Laboratuar damıtma , geri akış ve döner buharlaştırıcılarda yaygın olarak çeşitli tiplerde kondansatörler kullanılır. Liebig yoğuşturucu, bir soğutma suyu ceketi içindeki düz bir borudur ve yoğuşturucunun en basit (ve nispeten en ucuz) şeklidir. Graham kondansatörü, bir su ceketi içinde spiral bir borudur ve Allihn kondansatörü, iç boru üzerinde, her biri üzerinde buhar bileşenlerinin yoğunlaşabileceği yüzey alanını artıran bir dizi büyük ve küçük daralmaya sahiptir. Üretilmesi daha karmaşık şekiller olduğundan, bu son türlerin satın alınması da daha pahalıdır. Bu üç tip kondansatör , tipik olarak camdan yapıldıkları için laboratuvar cam ürünleridir. Ticari olarak temin edilebilen kondansatörler genellikle buzlu cam ek yerleri ile donatılır ve standart uzunlukları 100, 200 ve 400 mm'dir. Hava soğutmalı kondansatörler kılıfsız iken su soğutmalı kondenserler su için bir kılıf içerir.

Endüstriyel damıtma

Daha büyük kondansatörler, damıtılmış buharı sıvı damıtık içine soğutmak için endüstriyel ölçekli damıtma işlemlerinde de kullanılır . Genel olarak, soğutma sıvısı tüp tarafından akar ve damıtılmış buhar, distilatın altta toplanması veya altta dışarı akmasıyla birlikte kabuk tarafından akar.

Klima

Tipik bir ev için merkezi klima için kondenser ünitesi

Merkezi klima sistemlerinde kullanılan bir kondenser ünitesi tipik olarak, gelen soğutucu buharını soğutmak ve sıvıya yoğunlaştırmak için bir ısı eşanjörü bölümüne , soğutucu akışkanın basıncını yükseltmek ve hareket ettirmek için bir kompresöre ve dışarıdaki havayı ısı yoluyla üflemek için bir fana sahiptir. İçerideki soğutucuyu soğutmak için eşanjör bölümü. Böyle bir kondenser ünitesinin tipik bir konfigürasyonu aşağıdaki gibidir: Isı eşanjörü bölümü, kompresör içerideyken ünitenin yanlarını sarar. Bu ısı eşanjörü bölümünde, soğutucu akışkan, içinden soğutma havasının ünitenin dışından içine dolaşabileceği ısı transfer kanatçıkları ile çevrili çoklu boru geçişlerinden geçer. Kondenser ünitesinin üst kısmına yakın bir yerde motorlu bir fan vardır ve bu fanın üzerine herhangi bir nesnenin yanlışlıkla düşmesini önlemek için bir ızgara ile kapatılmıştır. Fan, yanlardaki ısı eşanjörü bölümünden dışarıdaki soğutma havasını içeri çekmek ve ızgaradan üstten dışarı üflemek için kullanılır. Bu kondenser üniteleri, soğutmaya çalıştıkları binanın dışında, ünite ile bina arasında, biri buhar soğutucu akışkan girişi ve diğeri üniteden çıkan sıvı soğutucu akışkan için boru ile bulunur. Elbette ünite içindeki kompresör ve fan için bir elektrik güç kaynağına ihtiyaç vardır.

Doğrudan iletişim

Bir de direkt temaslı kondansatör , sıcak buharı ve bir kazan içine konulmakta ve yerine bu tür bir ısı dönüştürücü borusunun çeperi gibi bir bariyer ile ayrılmış olan daha doğrudan karıştırmak için izin verilen sıvı soğutulur. Buhar, gizli ısısından vazgeçerek bir sıvıya yoğunlaşırken, sıvı bu ısıyı emer ve bir sıcaklık artışına uğrar. Giren buhar ve sıvı tipik olarak, havayı soğutmak ve nemini ayarlamak için kullanılan su spreyi gibi tek bir yoğunlaşabilir madde içerir.

Denklem

Soğutma sıvısı sabit yoğunluğa, sabit ısı kapasitesine, sıcaklık aralığında lineer entalpiye, mükemmel enine kesit ısı transferine ve sıfır boyuna ısı transferine sahip ve boruları sabit çevre, sabit kalınlık ve sabit ısıya sahip ideal bir tek geçişli kondenser için iletkenlik ve yoğuşabilir sıvısı mükemmel bir şekilde karıştırılmış ve sabit sıcaklıkta olan soğutma sıvısı sıcaklığı, tüpü boyunca aşağıdakilere göre değişir:

nerede:

  • soğutma sıvısı girişinden olan mesafedir
  • soğutma sıvısı sıcaklığı ve T (0) girişindeki soğutma sıvısı sıcaklığı
  • sıcak sıvının sıcaklığıdır
  • transfer birimlerinin sayısıdır
  • soğutucunun kütle (veya diğer) akış hızıdır
  • birim kütle (veya diğer) başına sabit basınçta soğutucunun ısı kapasitesidir.
  • soğutucu tüpünün ısı transfer katsayısıdır
  • soğutma sıvısı tüpünün çevresidir
  • soğutucu tüpünün ısı iletkenliğidir (genellikle belirtilir )
  • soğutma sıvısı tüpünün uzunluğu

Ayrıca bakınız

Referanslar