Bộ trao đổi nhiệt và bộ tản nhiệt: Sự khác biệt chính và cách sử dụng tốt nhất

Bộ trao đổi nhiệt và bộ tản nhiệt: sự khác biệt trực tiếp

A trao đổi nhiệt là bất kỳ thiết bị nào truyền nhiệt giữa hai môi trường (chất lỏng với chất lỏng hoặc chất lỏng với không khí). A tản nhiệt là một bộ trao đổi nhiệt được tối ưu hóa cho chất lỏng-không khí loại bỏ nhiệt, thường sử dụng ống và vây cộng với luồng không khí từ chuyển động của xe hoặc quạt.

Nếu mục tiêu của bạn là “làm mát chất lỏng này bằng cách thổi không khí qua lõi có vây”, thì bạn đang ở trong khu vực tản nhiệt. Nếu mục tiêu của bạn là “di chuyển nhiệt giữa hai chất lỏng (hoặc chất làm lạnh và nước) một cách hiệu quả trong một khối nhỏ gọn”, thì bạn thường xem xét một loại bộ trao đổi nhiệt khác (tấm, tấm hàn đồng, vỏ và ống, v.v.).

Cách thức hoạt động của mỗi hệ thống trong thực tế

Bộ tản nhiệt (ví dụ phổ biến)

• Làm mát động cơ ô tô: nước làm mát nóng chảy qua ống; vây tăng diện tích bề mặt; không khí loại bỏ nhiệt.
• Máy làm mát dầu trượt máy phát điện hoặc công nghiệp: dầu nóng lên không khí với lõi và quạt có cánh tản nhiệt.
• Xây dựng các “bộ tản nhiệt” hydronic: nước thành không khí (thường là đối lưu); nhiều người thực sự là bộ phát nhiệt có vây nhỏ gọn.

Bộ trao đổi nhiệt không tản nhiệt (ví dụ phổ biến)

• Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm cho nước nóng sinh hoạt: vòng gia nhiệt truyền nhiệt sang nước uống được.
• Vỏ và ống cho áp suất cao hơn hoặc chất lỏng bẩn: xử lý nước vs glycol, dầu vs nước.
• Tấm hàn để chuyển chất lỏng sang chất lỏng nhỏ gọn, hiệu quả cao trong thiết bị làm lạnh và bơm nhiệt.

Sự khác biệt về hiệu suất quan trọng

Sự khác biệt thực tế nhất được thúc đẩy bởi hệ số truyền nhiệt , diện tích bề mặt có sẵn và cách tiếp cận nhiệt độ (nhiệt độ đầu ra có thể gần bằng nhiệt độ đầu vào của bên kia như thế nào).

Tại sao bộ tản nhiệt thường lớn hơn

Không khí là môi trường truyền nhiệt yếu so với chất lỏng. Ngay cả với cánh tản nhiệt và quạt, khả năng thải nhiệt từ chất lỏng sang không khí thường cần nhiều diện tích phía trước hơn. Trong thực tế, đó là lý do tại sao bộ tản nhiệt ô tô và công nghiệp có xu hướng là những tấm lớn, dày đặc.

Tại sao tấm/vỏ và ống có thể nhỏ gọn hơn

Bộ trao đổi chất lỏng sang chất lỏng có thể đạt được sự truyền nhiệt cao hơn vì chất lỏng thường có độ dẫn nhiệt cao hơn và cho phép dòng chảy hỗn loạn dễ dàng hơn. Điều đó có nghĩa là công suất nhiệt tương tự thường có thể được xử lý với diện tích nhỏ hơn—đặc biệt với các thiết kế kiểu tấm tạo ra nhiều rãnh mỏng.

Quy tắc ngón tay cái: Nếu bạn có thể sử dụng chất lỏng thành chất lỏng (sau đó loại bỏ không khí ở nơi khác), bạn thường thu nhỏ kích thước bộ trao đổi nhiệt và cải thiện khả năng kiểm soát—với chi phí phải thêm vòng lặp thứ hai hoặc mạch làm mát.

Bảng so sánh nhanh

Hướng dẫn lựa chọn: bạn nên chọn cái nào?

Sử dụng danh sách kiểm tra quyết định này để tránh thiết bị không phù hợp với công việc.

Chọn bộ tản nhiệt khi

• Tản nhiệt cuối cùng của bạn là không khí xung quanh và bạn có luồng không khí (tốc độ xe, quạt, ống dẫn).
• Không gian cho phép một lõi có vây có diện tích phía trước phù hợp.
• Nhiệt độ đầu ra mục tiêu của bạn có thể cao hơn vài độ so với môi trường xung quanh (giới hạn phía không khí là có thật).

Chọn một bộ trao đổi nhiệt khác khi

• Bạn cần lỏng sang lỏng truyền (ví dụ: cách ly chất lỏng, thu hồi nhiệt hoặc ổn định nhiệt độ).
• Bạn cần compactness or tight control (plate exchangers excel here with clean fluids).
• Bạn có áp suất cao hơn, chất lỏng bẩn hoặc hạn chế về bảo trì (thường chọn loại vỏ và ống).

Bài học thực tế: Nếu hệ thống của bạn không thể đảm bảo luồng không khí mạnh hoặc có yêu cầu nghiêm ngặt về tiếp cận nhiệt độ, thì bộ trao đổi nhiệt không tản nhiệt cộng với giai đoạn làm mát chuyên dụng thường hoạt động dễ dự đoán hơn.

Các tình huống ví dụ với những con số cụ thể

Kịch bản A: làm mát vòng dầu thủy lực 10 kW

Giả sử bạn phải từ chối 10 kW nhiệt từ dầu thủy lực. Nếu không khí xung quanh 30°C và bạn muốn hết dầu lúc 45°C , bạn chỉ có một 15°C chênh lệch nhiệt độ lái xe ở phía không khí. Điều đó thường đẩy bạn tới một bộ làm mát dầu kiểu tản nhiệt có vây có quạt và diện tích phía trước đủ để di chuyển không khí một cách đáng tin cậy.

Thay vào đó, nếu bạn có thể loại bỏ nhiệt đến vòng nước của cơ sở tại 25°C và chấp nhận để lại nước ở 30°C , một bộ trao đổi chất lỏng sang chất lỏng nhỏ gọn có thể di chuyển giống nhau 10 kW với cách tiếp cận nhiệt độ nhỏ hơn nhiều—thường là trong một gói nhỏ hơn—sau đó vòng lặp của cơ sở sẽ xử lý lượng nhiệt thải cuối cùng ở nơi khác.

Kịch bản B: Thu hồi nhiệt thải thay vì thải bỏ

Nếu một luồng tiến trình rời khỏi lúc 70°C và bạn cần làm nóng trước nước vào từ 20°C đến 45°C , bộ trao đổi nhiệt từ chất lỏng sang chất lỏng là sự phù hợp tự nhiên. Bộ tản nhiệt sẽ thải lượng nhiệt có thể sử dụng đó vào không khí, làm tăng tải HVAC và chi phí vận hành.

Những quan niệm sai lầm phổ biến

• “Chúng là những thiết bị khác nhau.” Bộ tản nhiệt là bộ trao đổi nhiệt; nó chỉ chuyên dụng để thải nhiệt ra không khí.
• “Bộ tản nhiệt lớn hơn luôn khắc phục hiện tượng quá nhiệt.” Luồng khí, độ sạch của vây, tốc độ dòng nước làm mát và bộ điều khiển bộ điều chỉnh nhiệt/quạt có thể chi phối hiệu suất.
• “Bộ trao đổi đĩa luôn tốt hơn.” Chúng có thể nhanh chóng bám bẩn với chất lỏng bẩn và có thể yêu cầu kỷ luật lọc và bảo trì.

Điểm mấu chốt

Bộ trao đổi nhiệt vs bộ tản nhiệt đi xuống tản nhiệt và những hạn chế: chọn bộ tản nhiệt để loại bỏ nhiệt từ chất lỏng sang không khí đáng tin cậy và chọn các loại bộ trao đổi nhiệt khác khi bạn cần truyền chất lỏng sang chất lỏng nhỏ gọn, khả năng chịu áp suất cao hơn, thu hồi nhiệt tốt hơn hoặc kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ hơn.