Recupero e recupero del calore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Prima di parlare di recupero e recupero del calore, dobbiamo definire questi concetti simili. Il riciclaggio (uso) implica l'utilizzo del calore per vari scopi. Recupero (restituzione) indica la restituzione del calore ad uno spazio abitativo, a un processo produttivo, ecc.

Non importa quanto miglioriamo i generatori di calore, non importa quanto isoliamo e sigilliamo termicamente le nostre case, tutto il 100% del calore prodotto prima o poi lascerà lo spazio abitativo. La colpa di tutto è il processo di respirazione, che richiede ventilazione. Quando avviene la ventilazione, insieme all’aria viziata, anche il calore esce dalla nostra casa.

L’idea di utilizzare in qualche modo le emissioni di calore non è nuova. Il dispositivo più semplice che consente di utilizzare la riduzione della densità dei gas quando vengono riscaldati è il camino noto da tempo. Questo, come dicono gli ingegneri dell'energia termica, è un raddrizzatore fisso che fornisce trazione nel forno, il che, a sua volta, consente di raggiungere una temperatura di combustione del carburante più elevata. Un esempio di ventilazione della stanza è un camino. Oggi viene erroneamente considerato un generatore di calore. Ma un generatore di calore da un camino, francamente, è inutile: in termini di efficienza, questo dispositivo è il più basso tra tutti i generatori di calore conosciuti.

L'idea del recupero del calore nella metallurgia è particolarmente rilevante. Più della metà dell'energia consumata dall'industria e più di un terzo del carbone prodotto sono destinati specificamente alle esigenze della metallurgia. Gli scambiatori di calore consentono di utilizzare il calore dei processi metallurgici per riscaldare l'altoforno. Tali dispositivi possono essere utilizzati anche per il recupero del calore in locali residenziali [1].

Lo schema della ventilazione forzata con scambio termico tra aria in entrata e in uscita è mostrato in Fig. 1.

Un elettroventilatore spinge l'aria utilizzata attraverso lo scambiatore di calore. In questo caso, l'aria fresca entra nella stanza riscaldata. Per aumentare il grado di questo riscaldamento è necessario aumentare la pressione dell'aria di scarico scaricata all'esterno. I gas (aria, vapore, fumo) spesso utilizzati per il recupero del calore contengono vari contaminanti che intasano gli scambiatori di calore. Per evitare ciò, è nuovamente necessario aumentare la pressione dei gas utilizzati per il riscaldamento nello scambiatore di calore. Questo può essere fatto utilizzando una valvola a farfalla, un foro di piccolo diametro che impedisce la libera circolazione dei gas. Aumentando la pressione dell'aria a 30-40 atm, puoi riscaldarla oltre i 700°C. La proprietà dei gas di aumentare la propria temperatura durante la compressione viene utilizzata nei motori diesel, nei condizionatori d'aria, nella liquefazione del gas, ecc.

Ma usare uno starter per concentrare il calore è energeticamente inappropriato. Per aumentare l'efficienza dei dispositivi di recupero del calore e di recupero del calore, invece di una valvola a farfalla, è necessario utilizzare espansori, preferibilmente basati su una turbina tangenziale (turbina a vortice) Fig. 2, dove 1 è un'alimentazione di gas a spirale, 2 è una guida apparato con ugello, 3 è un rotore, 4 è un diffusore di uscita.

Nella loro essenza gli espansori non sono altro che motori pneumatici nei quali il gas, espandendosi, funziona e viene notevolmente raffreddato. Oggi i turboespansori vengono utilizzati dove sono quasi insostituibili: per liquefare il gas idrogeno, che, quando passa attraverso una valvola a farfalla, non viene raffreddato, ma, al contrario, riscaldato.

Oggi gli espansori sono dotati di freni appositamente raffreddati ad acqua. Il calore dell'acqua bollente risultante viene utilizzato attraverso una torre di raffreddamento, un tubo verticale di diametro molto grande (Fig. 3).

In una torre di raffreddamento, il calore viene utilizzato per raffreddare l'acqua utilizzando l'iperconvezione dell'aria atmosferica. Questi dispositivi sono stati inventati centinaia di anni fa e oggi sono già obsoleti e vengono sostituiti da pompe di calore più efficienti e compatte che consentono di utilizzare il 100% del calore a basso potenziale. È inoltre necessario ricordare che le torri di raffreddamento sono una delle maggiori fonti di inquinamento termico dell'aria.

Se gli espansori non vengono caricati con freni, ma con compressori, generatori elettrici o utilizzati come motori, è possibile recuperare parte dell'energia spesa nella compressione del gas e aumentare l'efficienza delle unità di scambio di calore.

Per risparmiare energia sul riscaldamento termico è possibile utilizzare diverse tipologie di pompe di calore, ma le più interessanti sono le unità in cui il recupero di calore è abbinato al recupero del moto o dell'energia elettrica.

La Figura 4 mostra un recuperatore di calore che svolge le funzioni di unità di ventilazione e generatore di calore.

Come fluido di lavoro viene utilizzata l'aria proveniente da una stanza ventilata e riscaldata da questo motore termico. Il carico (compressore) viene distribuito utilizzando un differenziale tra il motore elettrico e l'espansore. Gli automobilisti hanno familiarità con il funzionamento del differenziale nell'asse motore di un'auto.

Anche il design dell'unità turbocompressore, composta da compressore ed espansore, è noto a molti. L'uso del turbocompressore nei condizionatori d'aria ne ha raddoppiato l'efficienza. Se si utilizza il turbocompressore nel recuperatore (Fig. 2), la necessità di un differenziale scomparirà.

Ma l'idea più allettante è l'uso di un espansore tangenziale a turbina per azionare un generatore elettrico (Fig. 6).

Le velocità operative del turboespansore sono enormi (decine e persino centinaia di migliaia di giri al minuto), il che consente l'utilizzo di generatori con elevata densità di potenza ed efficienza. Con un recuperatore sufficientemente potente, è possibile ottenere aria superraffreddata all'uscita dell'espansore, che consentirà di utilizzare generatori elettrici basati su superconduttori. Oggi i superconduttori vengono già realizzati dagli scolari [2]. A tale scopo, una miscela di ossidi di ittrio, bario e rame in un rapporto di 8:1:2 viene sinterizzata per 3 ore. Questo materiale presenta superconduttività già alla temperatura dell'azoto liquido (77°K).

Oggi più che mai è importante pensare al risparmio di calore ed elettricità. Le pompe di calore e i recuperatori basati su di esse forniranno un grande aiuto per ottenere un risparmio quasi del 100%.

L’utilizzo di questi dispositivi ridurrà drasticamente la perdita di elettricità e calore nelle nostre case. Ma soprattutto, i recuperatori ridurranno significativamente le emissioni nocive, che stanno già portando a cambiamenti imprevedibili e catastrofici nella natura.

letteratura:

1. Recupero di calore//Elettrico. - 2001. - N9. - C.3.
2. Tuchinsky L. A chi sorride la fortuna. K.: 1990, 125 pag.

Autore: Y. Barbuto

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