Теплообменник в печь для отопления: для чего нужен и как работает теплообменник

Содержание

для чего нужен и как работает теплообменник

Информационная статья

Теплообменник универсальный — предназначен для эффективного нагрева воды в выносном баке или отопительной системе за счет естественной циркуляции, в печах-каменках для бани и отопительных печах.

Теплообменник — одна из ключевых опций системы Свободной Трансформации (FT), с помощью которого производится быстрый нагрев воды в выносном баке или в отопительном контуре за счет естественной циркуляции.

В настоящее время наше предприятие производит 2 вида теплообменников, они выглядят одинаково, но отличаются применяемой при их изготовлении разной нержавеющей стали. Есть теплообменник из жаростойкой нержавеющей стали AISI 430, а есть теплообменник из жаропрочной нержавейки AISI 304 (не магнитится) — эта сталь более высокого качества и отличается большей прочностью при различных тепловых нагрузках, стойкостью к агрессивным средам и кислотам (не вступает в реакцию)

Уникальность фирменного теплообменника с торговой маркой «Ермак» подчеркивают следующие отличительные свойства:

Эффективность. Конструкция печи и встраиваемого в нее теплообменника, разработана таким образом, чтобы максимально обеспечить быстрый нагрев воды в баке или системе отопления.

Универсальность. Использование теплообменника, как опции, позволяет его использовать в целом ряде печей — это относится к новой линейке банных печей на основе (FT), а также, к отопительному оборудованию — печь-камин «Садовый». При разработке новых изделий, будет, также, учитываться применение данной опции. Пользователь, который уже после приобретения новой печи (FT), задумался об использовании теплообменника, может всегда его приобрести и расширить функциональность оборудования.;

Простота монтажа и демонтажа.
В зависимости от условий планировки печи и размещения бака в банном помещении, возможно использование теплообменника либо с правой, либо с левой или с двух сторон изделия одновременно. Смонтировать теплообменник может неподготовленный пользователь в течении 20-30 минут. Замена его, производится, также, оперативно, не потребует разборки печи и ее транспортировки в сервис.

Надежность. Безопасность и долговечность теплообменника обеспечивается технологией непрерывного сварного шва на специальном оборудовании. А заложенном в изделие большого запаса прочности, позволяют говорить испытания теплообменника, где давление было в 3 раза выше, предусмотренного техническим заданием.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

В теплообменнике применяется специальная жаростойкая нержавеющая сталь, технические характеристики приведены в таблице — 1. В корпус теплообменника- 5, закручиваются два удлиненных сгона 4. Изделие монтируется из топки печи на одну из боковых стенок 3 и через распорные втулки 2, закрепляется гайками 1.

Возможные варианты использования теплообменника изображены на рисунке 3 (банная печь) и 4 (отопительная печь)

Рисунок — 3. Теплообменник в конструкции печи каменки

Рисунок — 4. Теплообменник в конструкции печи-камина

1. Планки. 2. Кожух печи. 3. Заглушки. 4. Гайки. 5. Шайбы. 6. Теплообменник. 7. Втулки. 8. Гайки. 9. Сгоны

ВАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКА В ПЕЧАХ-КАМЕНКАХ И ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКА В БАННОЙ ПЕЧИ — ЕРМАК-16 (2012)

При планировке бани, где есть необходимость размещения бака нагрева воды или контура отопления в смежном помещении, используют один или два теплообменника. За счет нагрева и естественной циркуляции пользователь получает горячую воду в выносном баке (рисунок 4-5) и в системе водяного отопления (рисунок — 6). Эффективность использования печи возрастает за счет более равномерного распределения теплового потока.

Рисунок 4. Применение теплообменника в банной печи с выносным баком в парилке

Рисунок 5. Применение теплообменника в банной печи с выносным баком в смежном помещении.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКА С ОТОПИТЕЛЬНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ — ПЕЧЬ-КАМИН «САДОВЫЙ» ОВ/ЧП/С

При использовании системы отопления в помещении, для качественного и быстрого нагрева, теплообменник встраивается в отопительную печь. Возможно использовать сразу два теплообменника для двух различных независимых контуров отопления, в этом случае общая теплоотдача сети и коэффициент полезного действия оборудования возрастут.

Печь-камин

Теплообменник

Подающие трубы

Расширительный бак

Батарея отопления

Обратная труба

Предохранительный клапан

Биметаллический термометр

Более подробная информация представлена в руководстве по эксплутации теплообменика. Руководство по эксплуатации на теплообменник (PDF, 5.1 Mb)

Подобрать и купить теплообменник вы можете в этом каталоге

в кирпичную печь своими руками, на трубу дымохода банной печки, к водяному котлу

Проживание в частном доме в осенне-зимний период невозможно без системы отопления. Только она создает благоприятный микроклимат в помещении.

Не последнее место в ее конструкции занимает теплообменник. В частном доме без него не обойтись. Благодаря прибору тепло подается даже в удаленные комнаты. Существует несколько видов этого устройства, каждый из которых имеет слабые и сильные стороны.

Что такое теплообменник для отопления частного дома?

Теплообменник — это устройство, которое передает тепло от генератора к теплоносителю. В частных домах обычно используются поверхностные приборы. Благодаря таким теплообменникам тепло передается непосредственно через стенки агрегата.

Установка в котле

Устройство дает максимальный КПД в газовых, электрических и других котлах, работающих на твердом топливе. Внутри отопительного прибора устанавливают трубы в форме змеевика. Когда в котле начинает гореть топливо, прибор нагревается. Благодаря этому теплоноситель циркулирует по всей системе, передавая тепло внутрь помещения, и приходит обратно в змеевик.

Фото 1. Стальной проточный теплообменник для котла модели Vitopend 100, производитель — «Viessmann».

Если в доме в качестве основного прибора отопления используется не котел, а печь, то применение теплообменника также актуально, если строение имеет большую площадь. Печь не отапливает коттедж из-за маленькой мощности. По этой причине внутри устройства устанавливают змеевик. Он нагревает теплоноситель до высокой температуры, и это тепло благодаря радиаторам распространяется по всему дому.

Виды в зависимости от материала

В зависимости от материала изготовления выделяют чугунные и стальные приборы. У них есть свои достоинства и недостатки.

Чугунные

Основное достоинство устройств, изготовленных из чугуна, — продолжительный эксплуатационный период.

На материале не образуется коррозия при контакте с водой, поэтому устройство служит в течение длительного времени.

Недостаток чугунного изделия — повышенные требования к газовому оборудованию. Это объясняется тем, что участок, расположенный между теплой и сильно нагретой частью устройства — это уязвимая область, где на металле часто образуются трещины.

Предотвратить возникновение дефектов помогает промывка прибора. Такая процедура удаляет отложения в уязвимых участках теплообменника.

Внутри прибора есть место, где теплая вода сталкивается с холодной, т. е. участок, где теплоноситель возвращается в теплообменник из отопительной системы. Это зона риска возникновения низкотемпературной коррозии. Чтобы снизить возможность появления ржавчины, на обратке прибора фиксируют трехходовой кран смесительного действия.

Стальные

Такие теплообменники наиболее распространены. Это объясняется простотой обработки материала и их доступной ценой. Стальные изделия особенно популярны в отечественных приборах отопления.

Основные качества материала:

Повышенная прочность. Это защищает теплообменник от механических повреждений.
Пластичность. Такое свойство предотвращает появление трещин на приборе при нагревании.

Недостатки:

Склонность к возникновению ржавчины. Коррозия образуется внутри и снаружи устройства. Это сокращает эксплуатационный период прибора.
Теплообменник из стали повышает расход топлива. Это происходит из-за утолщения стенок устройства и увеличения габаритов змеевика при изготовлении прибора. Производители вынуждены выполнять такие манипуляции для повышения инертности.

Разновидности по конструкции

По месту расположения теплообменники бывают внутренними и внешними.

Внешние

Размещается возле дымохода. Это емкость, которая «окружает» дымоход. Нагрев теплоносителя происходит за счет тепла, которое выделяют продукты при сгорании.

Внутрь емкости помещают часть трубы, которая отводит продукты горения. За такими теплообменниками проще ухаживать. Они легко демонтируются для очищения от накипи и устранения дефектов.

Внутренние

Это емкость, расположенная внутри печи, непосредственно над топкой. Устройство легко установить, но если появится необходимость очистить прибор от накипи или устранить дефекты, возникнут проблемы.

Вам также будет интересно:

Установка в кирпичную печь

В печь теплообменник устанавливают для повышения теплоотдачи отопительного прибора.

Если в печи не установлен теплообменник, то теплоноситель распределяется неравномерно. Из-за этого вблизи источника тепла будет высокая температура воздуха, а в отдаленных местах — низкая.

Если к печи подключить радиаторы и залить воду в такую систему, то работа прибора станет сравнима с работой твердотопливного котла. Здесь также нагревается вода, стенки и каналы дымохода. Когда печь топится, теплоноситель движется от змеевика к батареям, а после прекращения топки берет энергию у нагретых стенок.

Справка! Теплообменник сокращает полезную площадь топки. Это приводит к необходимости следить за сгоранием топлива и чаще его добавлять. Правильное устройство водяного контура и его соотношение с размерами топки — решение проблемы.

Преимущества

Достоинства:

Теплообменник легко изготавливается и монтируется своими руками.
Тепло в помещении обеспечивает непосредственно сама печь и теплоноситель, распределенный по батареям.
Устройство функционирует от любого вида твердого горючего.
Привлекательный внешний вид.

Правила изготовления и монтажа своими руками

Несмотря на большой выбор заводских моделей в специализированных магазинах, пользователи предпочитают делать устройства своими руками.

Это неудивительно, ведь самостоятельное производство позволяет учесть размеры той печи, куда монтируется изделие, и объем топки.

Устройство делают из трубок, по которым движется жидкость. Недостаток конструкции — возможность закипания жидкости при интенсивной топке. Чтобы этого не произошло, профессионалы советуют применять трубы большого объема.

Вода также закипает из-за слабого движения. Эта проблема возникает из-за неправильного монтажа. Чтобы она не появлялась, устанавливается насосная станция. Агрегат заставляет воду интенсивно циркулировать, что предотвращает ее застой.

Устройства для печей из кирпича выполняются из металла толщиной в 2,5 мм. Основу прибора составляют две емкости: верхняя в виде цилиндра и нижняя в виде прямоугольника. Трубы соединяют обе емкости. Диаметр труб зависит от размеров топки и площади помещения. Зазор между трубами должен быть минимальным. Все составляющие соединяются между собой с помощью сварки.

Порядок монтажа:

разбирается часть кирпичной кладки;
в топку на заранее подготовленный фундамент фиксируется прибор;
выполняется укладка кирпичей, в которой оставляют два отверстия для труб конструкции;
когда кладка готова, устройство подсоединяют к системе отопления.

Важно! После сварки, монтажа и заливки воды проверяется прочность прибора. Для этого конструкция заполняется сжатым воздухом. Давление контролируется манометром.

Если швы не протекают, устройство готово к эксплуатации. Если же во время тестирования между швов сочится вода, то вода сливается и используется герметик.

Особенности использования на трубе дымохода

Теплообменник фиксируют и на трубу дымохода, чтобы часть тепла не покидала систему вместе с дымом, а использовалась для нагрева теплоносителя.

Такие устройства применяют в небольших печах в банях или на дачах.

Теплообменник на дымоходе не способен обогреть большое помещение, но его мощности хватит на пару батарей. Прибор устанавливают не только для отопления, но и для нагрева воды.

Изготавливают конструкцию из трубы больших габаритов, диаметр, которой составляет 500—700 мм. Используют также бак, выполненный из нержавеющей стали. В центре устройства фиксируется вертикальная труба, диаметр которой соответствует размеру дымохода, а внизу и вверху крепятся два патрубка с помощью сварки.

Внимание! Поскольку теплообменник забирает тепло продуктов сгорания, на выходе они быстро остывают. Это приводит к уменьшению тяги в дымоходе и замедлению сгорания топлива.

Банная печка с теплообменником

Теплообменник для отопления устанавливают не только в жилых помещениях, но и в банях. Такое устройство имеет свои особенности:

прибор служит одновременно для отопления и для нагрева теплоносителя;
устройство можно размещать непосредственно в самой парилке, в предбаннике или в моечной;
прибор легко монтируется даже непрофессиональным мастером;
теплообменник быстро нагревает воду;
устройство используют в разных банях;
прибор имеет большой срок годности.

Общие рекомендации по монтажу

Соблюдение правил изготовления и монтажа гарантирует надежную и длительную эксплуатацию системы отопления и поможет избежать появления многих проблем:

несущие контуры устройства не фиксируются к стенам неподвижными соединениями;
в конструкции рекомендуется использовать медные трубы, поскольку этот материал обладает пластичностью и хорошей теплопроводностью;
сечение трубопровода — не менее дюйма.

Полезное видео

Ознакомьтесь с видео, в котором рассказывается, как самостоятельно изготовить теплообменник.

Недостатки самодельных устройств

Самодельные теплообменники для печи имеют недостатки:

устройство уменьшает время сохранения тепла печи;
отсутствие автоматического контроля нагревания воды;
если в зимний период в доме никто не живет, то вода в трубах застынет, и вся система отопления выйдет из строя.

Если теплообменник правильно сделать и вмонтировать в систему отопления, то в доме всегда будет тепло, а устройство прослужит не одно десятилетие.

Теплообменник для печи

Теплообменник для печи — это устройство, которое обеспечивает передачу тепловой энергии сгорающего топлива к нагреваемому теплоносителю, находящемуся в изолированном от внешней среды контуре. Таким образом существенно повышается общая энергоэффективность, так как меньше тепловой энергии в буквальном смысле слова уходит в трубу дымохода. Как правило, это стальная или медная конструкция, сваренная из труб, внутри которой циркулирует теплоноситель — вода либо антифриз. Рекуператор непосредственно контактирует либо со стенками печи, либо с продуктами сгорания в дымоходе, другая его половина расположена в помещении.

Практически любая печь, кроме электрической, представляет собой конструкцию, в которой тепловая энергия вырабатывается путем сжигания топлива. Эта энергия нагревает стенки, сложенные из кирпича или сваренные из металла, а уже от них прогревается воздух в доме. Коэффициент полезного действия довольно низок, так как существенное количество тепла улетучивается в дымоход с угарными газами. Но можно повысить теплоотдачу, оборудовав печь теплообменником.

Как работает теплообменник?

Движение жидкости внутри труб основано на известных всем законах физики, в частности на законе теплового расширения. Нагретая жидкость расширяется, а значит, ее плотность и вес уменьшаются, и теплоноситель устремляется по трубе вверх. Остывший теплоноситель, наоборот, сжимается и уплотняется, поэтому под действием гравитации стекает вниз, в ту часть, которая находится в печи.

Проходя через раскаленную печь, теплоноситель контактирует со стенками и нагревается, после чего выходит по трубе наружу и отдает тепло помещению в виде излучения, а также нагревает воздух конвекционным способом. Остывший теплоноситель возвращается в нагретое пространство, вновь отбирая там тепло и выводя его в помещение. Использование печи с теплообменником дает возможность существенно повысить КПД и уменьшить дневное потребление угля или дров.

Виды теплообменников для печи

Все теплообменники для печи делятся на две основные группы:

наружного типа — представляют собой емкость, заполненную теплоносителем (чаще всего водой), внутри которой проходит дымоход с раскаленными продуктами горения. Проходя через резервуар, топочные газы нагревают теплоноситель, после чего, остыв, выбрасываются наружу;

внутреннего типа — состоят из спиральной трубы или регистра труб, вмонтированных непосредственно в стенки либо в потолок топочной камеры.

Каждая из конструкций имеет свои достоинства и недостатки Печь с теплообменником наружного, или «самоварного», типа более эффективна, так как в ней теплообмен происходит с уже отработанными газами, которые иначе были бы просто выброшены через дымоход. Но такая конструкция достаточно сложна в исполнении, требует точного расчета и знания законов движения воздуха. Внутренний теплообменник устроить намного проще, здесь никаких особых расчетов не требуется. Однако стоит помнить, что вмонтированную в тело печи трубу практически невозможно прочистить или отремонтировать при протечке.

Материалы для теплообменника

Теплообменники для печей изготавливают из разных материалов. Выбор зависит от финансовых ограничений владельца и от предпочитаемой конструкции.

Металлопластиковая труба — крайне неудачный выбор. Помимо того что она обладает очень невысоким коэффициентом теплоотдачи, следует помнить, что при нагреве пластик начинает выделять вредные для здоровья фенольные соединения. Использовать металлопластиковые трубы там, где температура нагрева может превысить 200 градусов, вообще нельзя.

Медная труба — отличный вариант. Коэффициент теплопроводности меди очень высок, материал отлично передает нагрев теплоносителю и не препятствует нагреву воздуха. К сожалению, медная трубка стоит недешево, а поэтому доступна не каждому.

Стальная труба — наиболее распространенный материал. В идеале она должна быть изготовлена из аустенитовой нержавеющей стали (пищевой), которая обладает высокой долговечностью и полностью безвредна при нагреве. Оцинкованные трубы использовать не стоит из-за активного испарения цинка при высокой температуре.

Нередко в целях экономии теплообменники для печей изготавливают с использованием старых чугунных батарей, использованных полотенцесушителей, автомобильных радиаторов и т. д. Обязательное условие: чтобы организовать естественную циркуляцию воды, длина одной «нитки» не должна превышать 3 метров, а сечение труб не должно быть меньше дюйма.

Монтаж печи с внутренним теплообменником

Для изготовления печи с теплообменником своими руками чаще всего выбирают схему внутреннего размещения из-за простоты. Как показывает практика, тепловой обмен работает более эффективно, если располагать змеевик не в топочной камере, а в толще печной стены. Казалось бы, внутри топки, где температура более высока, чем в стене, теплоноситель должен нагреваться лучше. Но на самом деле все объясняется достаточно просто.

Змеевик, размещенный внутри камеры, отбирает тепловую энергию непосредственно от пламени, поэтому на долю стенок тепла уже остается меньше, а излишки все так же улетучиваются в дымоход. Если же подогреваемая среда контактирует со стенками, то на нагрев топочной камеры при сгорании используется больше энергии, а значит, печь работает более эффективно. Отдающую область размещают выше печи, но немного в стороне, чтобы обеспечить доступ прохладного воздуха для обмена теплом.

Простая схема наружного теплообменника

Для того чтобы обеспечить максимальную разность температур между холодной и горячей частями устройства, наиболее целесообразно использовать дымоход колпакового типа. Внутри него размещается достаточно объемная емкость, заполненная водой, предназначенной для нагрева. Горячий топочный газ находится в верхней части колпака и нагревает емкость, а по мере остывания опускается в нижнюю, после чего выводится наружу. Такая схема позволяет наиболее эффективно использовать тепловую энергию, полученную при сжигании дров или угля.

Чтобы облегчить нагрев жидкости, емкость делается в виде регистра широких труб, связанных в единый контур. Несколько труб, установленных вертикально — наиболее простая в исполнении и работоспособная конструкция, которая к тому же не требует дорогостоящих материалов. Теплообменный аппарат из аустенитной (пищевой) нержавейки выдерживает без изменения характеристик достаточно большой нагрев, а при сварке образует прочные, долговечные швы.

Колпаковый дымоход с теплообменником — лучший вариант для отопления второго или мансардного этажа. Конструкция колпака представляет собой вертикальный цилиндр, расположенный над печью, а трубы теплообменника уходят еще выше — на второй этаж дома. Дачный дом, оборудованный колпаковым дымоходом, прогревается полностью не более чем за час.

Особенности конструкции теплообменника

Конструкционное решение напрямую зависит от схемы размещения. Чем больше площадь поверхности, контактирующей с горячим воздухом, тем активнее идет процесс нагрева, поэтому наиболее распространенные формы — многотрубный регистр или спиральный змеевик. Отдающая часть устройства изготавливается по тому же принципу, но нередко размещается в цилиндрическом или прямоугольном корпусе из эстетических соображений. Чтобы печь с теплообменником пластинчатым прослужила долго, обеспечивая качественный нагрев помещения, необходимо соблюдать несколько общих правил:

внутренние диаметры элементов нигде не должны быть меньше дюйма, иначе в узких местах вода будет активно кипеть, препятствуя циркуляции;

толщина стенок труб в части, подвергаемой нагреву, должна быть не меньше 3 мм, чтобы избежать прогорания металла с течением времени;

между стенкой печи и теплообменником должен оставаться зазор, равный примерно 10—15 мм, для компенсации теплового расширения труб;

следует предусмотреть возможность промывки труб изнутри для избавления от накипи, если в качестве теплоносителя используется вода.

При соблюдении этих несложных правил теплообменное устройство будет служить в течение нескольких десятилетий.

Теплообменник для кирпичной печи своими руками

Теплообменником может служить обычный бак, вмещающий до 5 литров жидкости. Конструкцию можно легко сделать своими руками, имея навыков сварки. Внутрь монтируются патрубки. Такое устройство быстро нагревает воду и подает ее в другой бак или радиаторы. Очень удобно для обогрева помещения ил нагрева воды.

Разновидности

Теплообменники имеют разную форму и размеры. Выбор регистра зависит от особенности печи и необходимой тепловой мощи.

Каждая из конструкций, сделанная своими руками по индивидуальным эскизам уже будет уникальной и считаться одной из лучших. Выделяют две разновидности: внешние и внутренние. Их четкие характеристики описаны в следующей таблице:

Внешние	Внутренние
Модуль дымохода внутри герметичной емкости в виде трубы для отвода печного тепла	Расположен внутри печи
Сложны в исполнении	Просты в монтаже
Нет особых критериев по обслуживанию	Просты в монтаже
Резервуар с водой демонтируется без усилий	Трудно поддаются демонтажу и обслуживанию.

Вернуться к оглавлению

Материалы

Для изделия могут понадобиться трубы диаметром 3 см.

Теплообменник для печи делают из «черной» листовой стали толщиной 3—5 мм. Можно заменить круглыми трубами диаметром 30—50 мм. Также используют медные листы либо трубы из нержавейки. Стоит учитывать, что регистры легче изготавливать и обслуживать из листового металла. 9 из 10-ти приборов сплошные и в теплообмене задействована исключительно внутренняя часть, имеющая контакт с огнем или горячими газами. У регистров из труб теплообменная площадь больше при таких же габаритах. Это обусловлено тем, что такой теплообменника имеет форму, которая позволяет нагревающему фактору охватить почти всю его поверхность.

Из труб делают котел для печи с водяной рубашкой. Лучше брать бесшовные материалы. При использовании других труб, швы нужно укрепить сваркой и при кладке «развернуть» конструкцию в местах соединений к кирпичной кладке. Можно сделать регистр из стальных листов, что поможет увеличить теплообменную площадь.

Вернуться к оглавлению

Конструкции

Змеевик как золотой стандарт

Широко используются регистры этого типа, основу которых составляют профильные трубы средним диаметром 40—50 мм. Своей формой похож на Г-образную решетку. Профильные трубы можно заменить изделиями с небольшой площадью поперечного сечения. Обработка и вывод нагретой воды происходит с любой стороны конструкции. Место выхода выбирают с учетом всех особенностей печи и положением труб в сетке отопления.

Вернуться к оглавлению

Бак для внутреннего монтажа

Конструкция может быть прямоугольной формы.

Это прямоугольные, чаще цилиндрические конструкции со змеевиком или трубой внутри. От объема топливника печи напрямую зависит длина печного котла. Он устанавливается на дымоход. Внутри конструкции установлена труба размером, равным диаметру самого дымохода. Патрубки находятся внизу, к ним крепятся трубы, по которым выходит горячая вода в другой резервуар или радиаторы, а холодная возвращается внутрь.

Вернуться к оглавлению

Водяная рубашка

Одной из наиболее распространенных конструкций считается теплообменник, который создан из 2 резервуаров. Надежная, но сложная модель известна под названием водяная рубашка. Емкости меньшего диаметра помещают внутрь резервуара большего размера. Однако самостоятельное выполнение теплообменника сопряжено с определенными сложностями. Поэтому перед созданием следует получить консультации у профессионалов.

Если владельцу трудно смастерить своими руками теплообменник, можно подобрать конструкцию из старых полотенцесушителей или радиаторов для автомобильных печек. Одним из вариантов следует считать использование газовой колонки, которую часто можно встретить в квартирах. В этом случае домашнему мастеру не стоит ничего переделывать, так как конструкция практически готова к применению.

Установке готовой конструкции на отопительно-варочную печь нужно уделить больше внимания. Горячие газы должны проходить над верхней полкой и выходить сразу в дымоход через переднюю часть топливника.

Вернуться к оглавлению

Принцип работы

Если такое устройство находится в одной конструкции с топливником, то оно работает максимально эффективном.

Теплообменники, встроенные прямо в топливник, имеют высокий уровень КПД. Они расположены так, чтобы не находиться в зоне прямого контакта с огнем и избегать влияния высокой температуры. Вода нагревается быстро, остывает долго, конструкция за счет минимального воздействия огня служит долго. Такие регистры имеют на выходе патрубки для труб, ведущие к батареям или накопительной емкости для воды.

Вернуться к оглавлению

Как сделать своими руками теплообменник для печи из кирпича?

Для изготовления конструкции подойдет бак и трубки из меди в количестве 2 шт. Емкость нужного объема легко сварить из листовой стали толщиной 2,5 мм. В конструкции следует просверлить отверстия возле дна резервуара справа, и в самой верхней точке с другой стороны. Полученный теплообменник устанавливают в 3 м от печи на высоте 1 м от пола. Отводы подключаются к обогревательному устройству с разными наклонами. Внизу емкости врезают 2 крана — для слива накопительного бака и системы.

После окончательного выбора конструкции теплообменника, материала, можно приступать к монтажу. Главное, чтобы все сварочные работы были выполнены качественно. Потому что конструкция подлежит эксплуатации в тяжелых условиях, а для устранения проблем нужно демонтировать часть печи. После завершения основных работ регистр можно устанавливать в печь. Необходимо заполнить его водой и проверить на отсутствие протечек. Провести опрессовку высоким давлением как минимум в 2 раза большим, чем постоянное рабочее.

Вернуться к оглавлению

Как правильно использовать печь с теплообменником?

Для долгой службы устройства и предупреждения любых поломок нужно придерживаться нескольких правил безопасности. Во-первых, трубы теплообменника нельзя прикреплять на стены только неподвижными крепежами. Во-вторых, укреплять трубопровод нужно материалом, который способен выдерживает высокую температуру. В-третьих, заливать воду в холодную печь. При невысокой производительности печи лучше не устанавливать большой теплообменник.

Описание и разновидности теплообменников, основные преимущества и особенности

Печи нужны для того, чтобы передавать окружающему пространству жар от топлива, которое поступает внутрь. Например – при непосредственном нагреве кирпичей и других материалов. Это простой и надёжный метод для получения тепла. Но теплообменники повышают площадь помещений, которые получают отопление. Дополнительно к теплу появляется возможность получения горячей воды. Стоит подробнее разобрать теплообменник в печи, что это – понять легко.

Содержание статьи:

Виды теплообменников

Каждый владелец такого оборудования фактически создаёт свои разновидности теплообменников. Достаточно внести в базовую конструкцию небольшие изменения. Но есть общие и главные конструктивные особенности, характерные для всех аппаратов.

Внутренние

Способствуют относительно быстрому нагреву жидкости. Но всегда остаётся большой риск закипания. Такие конструкции вызывают и другие проблемы, связанные с заменой теплообменника, периодическим обслуживанием такой системы отопления.

Для замены таких деталей приходится разбирать всю печь целиком. Образуется накипь, а 1% уже хватает для уменьшения теплоотдачи внутри бани и других подобных помещений.

Внешние

Лишены недостатков, о которых говорилось ранее. Обычно их устанавливают в виде трубы или внутри неё. Температура остаётся не настолько высокой, чтобы образовывалось большое количество накипи. Единственный минус печных конструкций такого типа – уходит много времени, чтобы вода набрала нужную температуру.

Иногда теплообменники монтируют под камнями. Но тогда отпадает необходимость в самих камнях. Обустройство дымохода тоже должно учитывать такие нюансы.

Принцип работы

Это устройство непрямого нагрева воды. Главный принцип заключается в циркуляции жидкости внутри замкнутого пространства прибора. Процесс обеспечивается за счёт конвекции. Вода нагревается под воздействием повышенных температур.

Горячие слои воздуха идут наверх, их место занимают слои с пониженной температурой. Циркуляция – это процесс перемешивания воды под воздействием температуры окружающей среды. Также действует и любой другой теплоноситель. На последних этапах он отдаёт тепло. Сама печь только создаёт тепло, она не может выполнять функцию обменника.

Варианты

Объём самой печи и её мощность учитывают, выбирая подходящую разновидность теплообменника.

Главное – чтобы устройство отбирало не более 10% тепла. Важно обратить внимание и на то, как монтируются трубы, в том числе – на поверхность пола.

Для кирпичной печи

Можно выбрать в таком случае один из нескольких вариантов:

Конструкция паук.

С симметричной двухсторонней конструкцией, различным количеством рёбер. Компактный прибор, отлично нагревающий стенки печки.

Наиболее популярное решение при встраивании в топку – трубчатые теплообменники.

Важно. Они отличаются разными габаритами и формами, в том числе – самыми сложными. Монтируются по двум-трём сторонам либо по одной наружной. Для профилактического осмотра и ремонта при необходимости деталь легко вытащить наружу.

Для печи на дровах

В таких ситуациях допустимо использовать один из следующих материалов при изготовлении теплообменника:

Листовая сталь.
Трубы, согнутые в виде змеевика или подковы.
Старый чугунный радиатор.
Полотенцесушитель.

В случае с листовой сталью для дров рекомендуется выбирать толщину от 2,5 миллиметров и больше. Обязательные этапы – раскрой, предварительное «прихватывание» деталей с помощью сварки. Бачки могут быть цилиндрическими либо прямоугольными.

От оцинкованной стали рекомендуют отказаться.

На банную печь

В таких печах популярностью пользуются следующие модели теплообменников в кирпичную печь:

Из медной или стальной трубы. Обычно имеют вид плоской, кольцевой змейки. Простой в изготовлении вариант с высокой эффективностью.

Основа – жаростойкая листовая сталь, выглядящая, как тарелка. Либо это может быть прямоугольный бачок, который тоже сохраняет воду тёплой надолго.

Сложная конструкция, со стальными трубами в основе. Свариваются как набор из нескольких регистров. Изделие похоже на паровозные котлы.

Основные преимущества

Главная положительная черта при правильном выборе – получение горячей воды в самые короткие сроки.

Главное – приобретать конструкции, способные поддерживать такой показатель на протяжении длительного времени. Тогда получится экономить на топливе и других дополнительных расходах.

Сооружение теплообменника своими руками

Первый шаг – разработка проекта, при создании которого просчитывают всё до мелочей. Один из главных факторов – размер. Слишком большой теплообменник в банную печь будет вредить, если сама печь по габаритам небольшая. Длина не должна быть больше трёх метров, если основной материал змеевика – медь. Тогда установить конструкцию проще.

Змеевик и есть самый простой вариант. Для него достаточно обычной медной трубы с длиной от 2 до 3 метров.

Скорость нагрева определяется длиной трубы, количеством витков. Но размер печи и топки всё равно надо учитывать. Из-за перекосов по габаритам конструкция служит меньше.

Обратите внимание. Специальные шаблоны создают для закручивания труб в спираль. Допустимо применять любые доступные детали цилиндрической формы. Диаметр шаблона тоже должен соотноситься с размерами.

Трубу изгибают и наматывают её на основу для получения спирали. Главное – соблюдать точные параметры. Можно сваривать трубы друг с другом, когда собирают теплообменник для печки.

Из чего сделать теплообменник в печь или котел | Строительный журнал САМаСТРОЙКА

Из чего сделать теплообменник своими руками

Содержание статьи:

1. Что такое теплообменник (змеевик)
2. Из чего сделать теплообменник своими руками

Самодельные котлы отопления всегда пользовались большой популярностью. Сделанные по нестандартным размерам и требуемой мощностью, они никогда не выходили из моды по целому ряду причин.

Во-первых, при изготовлении самодельного котла можно прилично сэкономить, во-вторых, сделать его получится ничем не хуже, в отличие от заводского устройства, а может быть даже и лучше. При этом самым главным агрегатом в котле или печи, выступает теплообменник, который может быть совершенно различной конфигурации.

В данной статье строительного журнала samastroyka.ru будет рассказано о том, из чего можно сделать теплообменник своими руками, в печь или котел отопления.

Что такое теплообменник (змеевик)

Теплообменник — это главный элемент отопительного котла. Именно в теплообменнике вода нагревается до нужных температур, после чего тепло отбирается в помещение, через радиаторы отопления или другие приборы.

В процессе эксплуатации на теплообменник воздействуют высокие температуры, поэтому материалы его изготовления должны отвечать ряду определенных требований:

Первое и самое главное, теплообменник не должен подвергаться коррозии;
Материалы изготовления теплообменника должны хорошо передавать тепло;
Теплообменник должен быть стойким к ударам и повреждениям.

В большинстве случаев при изготовлении самодельных котлов отопления используют металлические трубы или куски сваренного друг с другом швеллера. Однако это далеко не все решения, поскольку в качестве теплообменника можно приспособить, например, чугунные батареи.

Из чего сделать теплообменник своими руками

Рассмотрим по порядку, из чего можно сделать теплообменник в котел или печь:

Стальной лист — используется металл, толщиной не менее 6 мм. Именно из него и делается теплообменник в котле или печи, который сваривается из кусков стали, в виде буквы П. Очень часто боковые стенки теплообменника, заменяют собой стенки отопительного котла, что же касается печи, то в неё такой теплообменник, размещается прямо внутри, после чего он обкладывается огнеупорным кирпичом.

Швеллер — также достаточно популярный металлопрокат для изготовления теплообменников. Благодаря П-образному сечению, достаточно разрезать несколько кусков швеллера, после чего при помощи сварки соединить их вместе. Именно из-за простоты изготовления и достаточной толщины металла у швеллеров, получаются столь эффективные и удобные в работе теплообменники.

Трубы — не менее популярный металлопрокат, чем швеллера и листовая сталь, который используется для изготовления теплообменников или змеевиков, как их чаще всего называют. Причем если конфигурация стальных теплообменников очень часто совершенно одинаковая, то змеевики из труб могут быть абсолютно различными, как по форме, так и размерам. Очень часто змеевики наматывают из медных труб, обладающих высокой теплоотдачей.

Чугунный радиатор — ещё один вариант из чего сделать теплообменник своими руками. Очень часто используется в целях экономии при изготовлении теплообменников для отопления или отбора тепла, прямо в дымоходе. Преимущество теплообменника из чугунной батареи в том, что он имеет уже готовый вид и способен хорошо отбирать тепло. Устанавливаться чугунный теплообменник может и в горизонтальном положении, при одном условии, если в систему отопления встроен циркуляционный насос.

Медные теплообменники — готовый вариант теплообменников, для изготовления которых используется преимущественно медь. Медные теплообменники устанавливаются в современном отопительном оборудовании, и навряд ли кто-то захочет замуровывать такой теплообменник в печь. Обладают хорошей теплоотдачей, но имеют высокую стоимость.

Сервис объявлений OLX: сайт объявлений в Украине


	Киев, Дарницкий Сегодня 03:16


	Славута Сегодня 03:15


	Славута Сегодня 03:15


	Славута Сегодня 03:15


	Запорожье, Коммунарский Сегодня 03:14

Нагревательные печи — Pirobloc

Нагревательные печи представляют собой нагревательные устройства различных размеров в зависимости от потребностей проекта. Котел на термальной жидкости нагревает радиаторы, расположенные внутри печи. Система теплоизоляции из минеральной ваты высокой плотности обеспечивает эффективность системы 100%. Регулировка температуры полностью автоматическая с помощью микропроцессорного регулятора, что обеспечивает высокую стабильность и точность. Обычный диапазон рабочих температур наших нагревательных печей составляет от 30 до 300°C.

Нагрев осуществляется как излучением, так и конвекцией, что облегчает передачу тепла к деталям, расположенным внутри печи.Оборудование имеет распашные двери с моторизованными рычагами и автоматическим открытием и закрытием. Двери снабжены уплотняющими прокладками и ручным закрыванием с помощью микровыключателей для предотвращения нагрева в открытом состоянии. Система также имеет звуковую сигнализацию и систему ручного сброса.

Отопительная печь получает нагретый воздух от батареи (термомасляно-воздушный теплообменник) через сопло, обогреваемое сверху и снизу. Воздуховоды из листовой углеродистой стали. На подвесной конструкции расположены опоры и крепления, облегчающие ее линейное расширение.

Это также реализовано с помощью нескольких независимых изогнутых нагревательных секций. Устройство содержит все компоненты для обеспечения безопасности эксплуатации.

Металлическая конструкция состоит из стальных профилей с возможностью установки полок для размещения больших грузов. Корпус печи состоит из панелей из оцинкованного листового металла (покрытых изнутри и лакированных снаружи) толщиной 35 мм, теплоизолированных жестким пенополиуретаном плотностью 60 кг/м3.

Источником энергии может быть природный газ, сжиженный нефтяной газ, дизельное топливо или электричество.

Наши нагревательные печи поставляются полностью подключенными от электрического щита ко всему электрическому оборудованию моноблочного блока, готовыми к установке и вводу в эксплуатацию.

Опционально внутреннюю температуру печи можно контролировать с помощью термопар, измеряемых на поверхности или в погружении, чтобы можно было контролировать температуру всех частей или воздуха.

Это компактное моноблочное устройство, которое можно транспортировать, в зависимости от его размеров, для различных процессов нагрева в соответствии с требованиями различных установок.

Используется для нагрева барабанов в химической, нефтехимической и металлургической промышленности, а также для предварительного нагрева пресс-форм для литья пластмасс под давлением.

Мы можем выполнить индивидуальные версии, разработав печь для нужд конечного пользователя, будь то с точки зрения температуры, количества кривых или размеров, например:

Нагревательные барабаны
Пресс-формы с подогревом излучение и конвекция
КПД 100 %
Теплоизоляция высокой плотности
Индивидуальные версии

Эффективный теплообменник для газовой печи Для верхнего контроля нагрева Местное послепродажное обслуживание

газовая печь доступна на Alibaba.ком. С наиболее подходящим теплообменником для газовой печи вы можете сэкономить много энергии в домашних или промышленных процессах и легко достичь своих целей. Обширная коллекция теплообменников для газовых духовок на сайте включает множество марок и моделей. Изучите их и найдите наиболее подходящие для вашего дома, офиса, отрасли или инвентаря для вашего бизнеса.

Все теплообменники для газовой духовки на Alibaba.com обладают привлекательными характеристиками, которые не только повышают эффективность, но и делают их эстетически привлекательными.Они изготовлены из прочных материалов, чтобы гарантировать долгий срок службы. Благодаря отличным рабочим механизмам, теплообменник для газовой печи демонстрирует превосходные возможности регулирования температуры. Вы будете поддерживать окружающую среду при определенных температурах по мере необходимости. Исключительные скорости потока жидкости в этих теплообменниках для газовой печи гарантируют, что вы получите от них наилучшую производительность.

Простота обслуживания этих теплообменников для газовой печи делает их наиболее идеальным и практичным выбором для различных сред. Все их детали и трубы легко очищаются, что предотвращает накопление накипи или любых других форм загрязнения, которые могут ухудшить работу теплообменника для газовой печи . Потрясающая устойчивость к протечкам удерживает все жидкости в соответствующих отсеках теплообменника для газовой печи , что способствует наилучшей производительности и экономии энергии.

Примите правильное решение сегодня и убедитесь в максимальной эффективности процессов теплообмена. Оцените широкий и выгодный диапазон теплообменников для газовой духовки на Alibaba.com и выберите идеальный для вас. Если вы деловой человек, воспользуйтесь предложениями различных оптовых продавцов и поставщиков теплообменников для газовой духовки и получите фантастический доход.

Энергия пара: непрерывный тепловой нагрев в спиральных печах

Процесс приготовления пищи в спиральной печи происходит в одном корпусе печи на непрерывной конвейерной ленте, которая транспортирует продукты вверх через несколько круглых ярусов. Благодаря коробчатой конструкции этого единственного корпуса с относительно узкими входными и выходными отверстиями спиральная печь Marlen обеспечивает эффективное использование количества и вида тепловой энергии, содержащейся в этом пространстве для приготовления пищи.Один интересный способ, с помощью которого передовая спиральная технология приготовления пищи максимально увеличивает выход продукта и производительность, заключается в использовании перегретого пара для значительного увеличения тепловой энергии в корпусе печи.

Сократите время приготовления и увеличьте выход продукта с помощью перегретого пара

Поскольку спиральный процесс приготовления осуществляется в корпусе печи, занимающей меньше места и с меньшим количеством отверстий по сравнению с традиционными линейными печами, спиральная печь обеспечивает точность в отношении количества и вида тепловой энергии, используемой для приготовления пищевого продукта.В частности, спиральная печь Marlen использует перегретый пар для создания среды приготовления, которая, возможно, более эффективна, чем традиционная конвекционная готовка. Фактически, эта среда с перегретым паром имеет на 263 ккал/м³ больше энергии (при приготовлении при 230°C) по сравнению с конвекционным приготовлением при той же температуре. Это сокращает общее время приготовления и увеличивает выход продукта.

Итак, что такое перегретый пар? Перегретый пар — это невидимый прозрачный бесцветный газ, получаемый путем нагревания обычного пара на 100°C до более высокой температуры при нормальном давлении.Спиральная печь Marlen требует, чтобы подаваемый пар был выше 5 бар (80 фунтов на квадратный дюйм). Важно отметить, что эта подача пара под высоким давлением затем подается непосредственно в теплообменник духовки. В «Режиме жарки» эта подача пара под давлением более 5 бар (80 фунтов на квадратный дюйм) сохраняет газообразное состояние в виде пара и продолжает нагреваться от источника тепла духовки — это «перегревает» паровой пар и создает больше доступного энергия, с которой продукт будет приготовлен. Таким образом, перегретый пар будет иметь больше энергии для приготовления продукта, чем энергия, содержащаяся в обычном горячем воздухе из конвекционной печи. Этот подход подобен «перезарядке» двигателя, который позволяет увеличить скорость производства и оптимизировать выход продукта.

Больше тепловой энергии, чем при обычном процессе приготовления с конвекцией

Чтобы быть более конкретным, мы можем рассчитать тепловую энергию перегретого пара в печи и сравнить ее с тепловой энергией нагретого воздуха в конвекционной печи.

Сначала мы должны рассчитать энергию, содержащуюся в воде, которая превращается в перегретый пар.Это происходит в трех частях: энергия, необходимая для доведения жидкой воды до 100°C, энергия, необходимая для превращения жидкой воды в пар при 100°C, и затем энергия, необходимая для нагревания водяного пара до 100°C. до 230°С. Итак, мы должны умножить удельную теплоемкость жидкой воды на разницу температур, чтобы перевести ее с 20°C в 100°C, затем прибавить это значение к теплоте испарения воды, а затем прибавить эту сумму к удельной теплоемкости воды. водяного пара, умноженного на разницу температур, чтобы довести температуру пара от 100°C до 230°C. Умножая эту сумму на плотность пара, содержащегося в корпусе спиральной печи, получаем 298 ккал/м³.

Во-вторых, мы должны рассчитать тепловую энергию нормально нагретого воздуха. Выполнение расчета тепловой энергии нагретого воздуха в конвекционной печи при температуре 230°C дает 35 ккал/м³ — гораздо меньше тепловой энергии, чем в спиральной печи с перегретым паром.

Наконец, вычитая два, мы можем сравнить две среды приготовления, чтобы увидеть, насколько больше тепловой энергии использует спиральная печь для приготовления пищи.Вычитание 35 ккал/м³ нагретого воздуха конвекционной печи из 298 ккал/м³ перегретого пара спиральной печи дает на 263 ккал/м³ больше тепловой энергии в спиральной печи.

Процесс приготовления пищи в спиральной печи сегодня предлагает больше, чем простое преимущество перед линейными печами. Современная передовая технология спиральной варки использует преимущества более эффективной коробчатой конструкции для теплопередачи вместе с перегретым паром для максимального выхода продукта и производительности. Перегретый пар, подаваемый непосредственно к источнику тепла, значительно увеличивает доступную тепловую энергию в корпусе печи.Этот подход подобен «перезарядке» двигателя, который позволяет увеличить скорость производства и оптимизировать выход продукта.

Теплообмен в хлебопекарных печах

Abstract

Коммерческим пекарям доступен широкий ассортимент печей. К ним относятся стеллажные, барабанные, подовые, непрерывные ленточные печи, туннельные печи с прямым газовым нагревом, туннельные печи с усиленной конвекцией и ударным воздействием или высокоскоростные конвекционные печи. Чтобы подчеркнуть сходства и различия, в этой статье обсуждаются характеристики теплопередачи и профили температуры воздуха в обычных домашних и коммерческих печах.Коэффициенты теплоотдачи измерялись экспериментально путем нагрева алюминиевых блоков в испытуемых печах. Поддерживаемые системы сбора данных записали соответствующие данные о температуре и времени. Для оценки коэффициентов теплопередачи использовали полулогарифмический график зависимости безразмерной температуры от времени. Блоки с покрытием известного коэффициента излучения использовались для определения отдельных вкладов излучения и конвекции. Домашние электрические печи и печи с вращающимся барабаном имели схожие характеристики теплопередачи. Для температур печи 150–200°C общий коэффициент теплопередачи (h) равен 14.2–17,0 Вт/м ² К были получены с блоками коэффициентом излучения 0,2. Блоки с коэффициентом излучения 0,88 повысили h примерно до 28 Вт/м 90 103 2 90 104 K. Общие значения h 15–30 Вт/м 90 103 2 90 104 K были зарегистрированы в коммерческих ленточных печах с низкой конвекцией. Общие значения h, равные 44 Вт/м 90 103 2 90 104 К, были получены в коммерческих печах с ударным воздействием при скорости сопла 11 м/с. Значения до 170 Вт/м 90 103 2 90 104 K были получены при скорости сопла 36 м/с при 150°C. были разработаны.Эти атрибуты ценны для коммерческого пекаря.

Ключевые слова

Теплопередача Коэффициент теплопередачи Излучение Теплопередача Конвекция Вклад Отдельное излучение

Эти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами. Этот процесс является экспериментальным, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.

Это предварительный просмотр содержимого подписки.

Войдите в систему

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр.Скачать превью PDF.

Ссылка

1.
Eckert, E.R.G. и Дрейк, Р.М. Jr.,
Analysis of Heat and Mass Transfer
, McGraw-Hill, Нью-Йорк, 1972, стр. 138–142.
zbMATHGoogle Scholar
2.
Рубиоло де Рейник, А. и Шварцберг, Х., Прогнозирование зависимости температуры от времени во время замораживания и оттаивания прямоугольных продуктов,
Biotech. прог.
, 1986, 2 стр. 164–174.
CrossRefGoogle Scholar.Kraft General FoodsGeneral Foods USAТэрритаунСША

Frontiers | Роль отдельных механизмов теплообмена в модельной хлебопекарной печи, обогреваемой пористыми объемными керамическими горелками

Введение

Годовое потребление энергии в пищевой промышленности Германии составляет ~58 ТВт-ч, из которых около 6 ТВт-ч используется для производства кондитерских изделий (Blesl and Kessler, 2017). Наиболее энергоемким этапом производства кондитерских изделий является выпечка, при этом средняя потребность в энергии составляет 7 МДж на кг хлеба (Fellows, 1996).Анализ энергетических потоков средней промышленной пекарни показывает, что более 50% потребляемой энергии направляется на хлебопекарные печи, но только одна треть используется для выпечки, а остальная часть рассеивается в окружающую среду (Шульц, 2014). Таким образом, потенциал энергосбережения в хлебопекарной промышленности соответственно высок, а энергоэффективность хлебопекарных печей является ключевым фактором для управления энергопотреблением в этой отрасли производства пищевых продуктов.

Эффективность процесса выпечки можно повысить за счет внедрения новых концепций выпечки, которые способны обеспечить лучшее регулирование основных параметров процесса и более эффективную передачу тепла продукту по сравнению с традиционными хлебопекарными печами.В результате можно значительно сократить общее время выпечки, затраты энергии (т. е. расход топлива) и, как следствие, выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов. Одним из инновационных подходов может быть интеграция технологии пористых объемных керамических горелок (VCB) в хлебопекарную печь, как это было продемонстрировано в другом месте (Takacs et al., 2017; Jovicic and Delgado, 2018). Помимо чрезвычайно широкого диапазона регулирования по тепловой мощности (1:20 и более) и, следовательно, по температуре, теплообмен от излучения к конвекции между этим типом горелок и обогреваемым объектом высок по сравнению с государственными. современные печи, положительно влияющие на процесс выпечки, в т.ч.г., сохраняя качество продукта при сокращении времени выпечки.

Пористая объемная керамическая горелка (VCB)

Пористая объемная керамическая горелка (VCB) представляет собой технологию сжигания, при которой газообразная предварительно смешанная воздушно-топливная смесь сжигается в полостях пористого инертного материала. Катапан и др. (2011) отметили три механизма стабилизации пламени в пористых горелках: (1) термическая стабилизация в одиночной керамической пене, приводящая к плоскому поверхностному пламени (Hsu et al. , 1993), (2) стабилизация гашения в двухслойной пористой структуре. различной пористости, что приводит к плоскому погруженному пламени (Trimis and Durst, 1996) и (3) динамической стабилизации жидкости, основанной на неравномерном профиле скорости и приводящей к коническому, струйному пламени (Francisco et al., 2010). В рамках данной работы применена стабилизация пламени в двухслойной конструкции, которая обеспечивает простую, компактную конструкцию и применимость в широком диапазоне условий эксплуатации. На рис. 1а представлена двухслойная пористая ВЗГ, состоящая из пламегасителя (зона с малыми порами, с модифицированным числом Ре <65) и зоны горения (зона с крупными порами и Ре >65). Помимо предотвращения обратного воспламенения за счет гашения пламени, пламегаситель обеспечивает предварительный подогрев поступающей воздушно-топливной смеси.Пористые ВХБ в основном изготавливаются из пористых керамических материалов, например, SiSiC и Al ₂ O ₃ (Pickenäcker et al. , 1999; Mach et al., 2006), которые могут выдерживать высокие термические нагрузки (во время фазы воспламенения). и высоких температурах (в эксплуатации). На рис. 1б,в показан пористый ВЗТ из SiSiC в нерабочем состоянии и в рабочем состоянии соответственно.

Рисунок 1 . Пористый ВЗТ: (а) принцип работы, (б) SiSiC — пористая матрица ВЗТ и (в) ВЗТ в работе.

Технология Porous VCB предлагает ряд преимуществ по сравнению с обычными свободнопламенными горелками: стабильная работа в широком диапазоне мощностей и соотношений воздуха, обеспечивающая широкий диапазон модуляции мощности (до 1:25), компактная конструкция благодаря высокой удельной мощности (до 3 МВт/м ² ) и сохранении качества работы независимо от ориентации горелки (Trimis et al., 2002, 2005; Jovicic et al., 2014; Raab et al., 2015). Благодаря наличию пористого керамического материала в зоне горения эффективная теплопередача намного выше по сравнению со свободным пламенем, что приводит к высокооднородному температурному полю, интенсивному тепловому взаимодействию и низким выбросам загрязняющих веществ (CO, NO _x) (Trimis et al. , 2002, 2005), намного ниже норм «Голубого ангела». Из-за высокой температуры пористой зоны горения (в диапазоне 1000–1500°С) пористый ВЗГ имеет значительно более высокий выход теплового излучения в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК), особенно в диапазоне длин волн от 1300 до 1700 нм. (Йовичич и др., 2014).

Технология пористого VCB ранее успешно применялась в различных, в основном, высокотемпературных применениях, например, в стекольной или сталелитейной промышленности (Trimis et al., 2002; Mach et al., 2007; Альтендорфнер и др., 2008 г.; Йовичич и др., 2010; Бейер и др., 2011). Его применение в пищевой промышленности все еще недостаточно хорошо отработано, даже несмотря на то, что он может обеспечить экономические и экологические преимущества для производственного процесса благодаря своему уникальному тепловому излучению и рабочим характеристикам. Применение пористых ВЦБ в качестве источника тепла для новой модели хлебопекарной печи позволяет значительно расширить рабочий диапазон печи и, таким образом, реализовать самые разнообразные программы выпечки.

Инфракрасная печь для выпечки

Теплопередача в хлебопекарных печах анализировалась в различных исследованиях (Standing, 1974; Krist-Spit and Sluimer, 1987; Baik et al., 1999). Среди прочих параметров это зависит от типа печи, материала, геометрии и типа источника тепла (Baik et al., 1999; Ploteau et al., 2015). По данным MIWE (2011), в обычной многоъярусной хлебопекарной печи тепло передается целевому объекту посредством теплового излучения (30%), теплопроводности (40%), конвекции (15%) и конденсации (15%). .Различные исследования (Wade, 1987; Skjöldebrand and Andersson, 1989; Skjöldebrand, 2002; Olsson et al., 2005; Speer and John, 2006; Hermann et al., 2012) продемонстрировали положительное влияние теплового излучения на процесс выпечки, например , общее снижение подводимого тепла при улучшенном регулировании процесса. Согласно Кришнамурти и соавт. (2008), в процессе выпечки может быть использовано излучение ближнего инфракрасного диапазона из-за его большой глубины проникновения, что создает эффект выпечки «наизнанку» (Wade, 1987). Было показано, что использование теплового излучения сокращает время выпечки (Wade, 1987; Skjöldebrand and Andersson, 1989), например, для 10-сантиметровых плоских изделий из теста сокращение времени выпечки составило 63%. В случае технологии печи STIR (Speer and John, 2006; Hermann et al., 2012), где источником теплового излучения является покрытие печи, время выпечки сокращалось на 20–50 % в зависимости от продукта. Что касается качества продукта, желаемый цвет корочки может быть достигнут быстрее, что было продемонстрировано при выпечке предварительно выпеченных багетов (Olsson et al., 2005) и белый хлеб (Skjöldebrand and Andersson, 1989). Готовый хлеб имел более тонкую корку и более мягкий мякиш по сравнению с хлебом, выпеченным в обычной печи (Skjöldebrand and Andersson, 1989). Неудовлетворительных результатов, полученных в инфракрасных хлебопекарных печах, меньше, чем положительных. Например, Кескин и др. (2004) и Sumnu et al. (2005) утверждали, что инфракрасный нагрев не следует использовать в качестве единственного источника тепла в хлебопекарной печи, так как в результате получается толстая корка и мякиш очень низкой прочности.

Добавление воды во время выпечки

Чтобы получить высококачественный хлебопекарный продукт, особенно с точки зрения качества корочки, в начале процесса выпечки желательно быстро добавить водяной туман, туман или пар в пекарную камеру (Meuser, 2016). Кроме того, передача тепла хлебобулочным изделиям зависит от влажности атмосферы хлебопекарной печи, которая регулируется добавлением воды.

По данным Schünemann and Treu (2002), когда пар попадает в печь, нагретую до температуры выше 150°C (в начале процесса выпечки), он конденсируется на поверхностях выпечки, так как они являются самыми холодными поверхностями внутри печи. , имеющий температуру ~30°С, т.е.е., значительно ниже точки росы воды при атмосферных условиях. В ходе этого процесса энтальпия конденсации (равная скрытой теплоте ч _фг _,ч30 = 2256,7 кДж/кг при 100°С и 1 бар) (Смит, 2003) будет передаваться продуктам. ‘ поверхность. Таким образом достигается высокая скорость теплопередачи при небольшой разнице температур (Incropera and De Witt, 1996). Из-за давления внутри печи, близкого к атмосферному, конденсация происходит при ~100°C.Как только температура поверхности продукта превысит температуру точки росы, конденсация избытка воды прекратится.

Из-за высвобождения скрытого тепла белки в тесте немедленно сворачиваются, а крахмал клейстеризуется. Это обязательное условие для румяной и хрустящей корочки. Конденсация способствует частичной декстрации крахмала, что делает поверхность теста блестящей (Meuser, 2016).

Количество и продолжительность добавления воды зависят от типа теста, например, Klingler (2010) использовал 10 г пара на килограмм хлеба, а Dessev et al.(2011) рекомендуется 0,33–1,33 л воды на ³ м объема хлебопекарной печи. В случае с булочками Schirmer et al. (2011) использовали до 3,255 л воды на ³ м пекарного пространства, в результате чего объемная доля пара составила 92%.

Самый простой способ добавления воды в печь — это использование пара, производимого извне, или распыление воды через сопло непосредственно на вращающийся вентилятор (Ladenbacken, 2003). В течение нескольких секунд вода испаряется и равномерно распределяется в духовке воздушным потоком вентилятора.Этот подход не подходит, когда в печь необходимо добавить большое количество воды или вода добавляется через определенные промежутки времени.

Новая концепция хлебопекарной печи на основе пористого VCB

Ярусная хлебопекарная печь с газовым обогревом, основанная на технологии пористого VCB (Jovicic and Delgado, 2018; Jovicic et al., 2019), состоит из двух камер, как показано на рисунке 2: (1) внутренняя (пекарская) камера , где могут быть размещены хлебобулочные изделия, и (2) наружная камера, где расположены пористые ВКТ как источники тепла и которая направляет поток дымовых газов вокруг внутренней печи к выходу из печи.Тепловое излучение, испускаемое пористыми ВЗБ, нагревает внутреннюю камеру и выпечку напрямую, через потолок внутренней камеры, изготовленный из кварцевого стекла. Дымовые газы не соприкасаются с продуктами, так как дымовые газы проходят через наружную камеру и за счет конвекции нагревают стенки внутренней камеры. Следовательно, для выпекания используется как тепловое излучение (от пористых ВКТ и стенок печи), так и конвекция (принудительная, за счет потока дымовых газов во внешней камере, и естественная, за счет движения пекарной атмосферы во внутренней камере).Конструкция описанной печи на основе ВКГ и уникальная гибкость источника тепла, т.е. ВКГ, позволяют ограниченно влиять на отдельные механизмы теплопередачи, например, на БИК-излучение, через температуру поверхности ВКГ, на конвекцию, через температуры и скорости дымовых газов, а по теплопроводности — через температуру подовой плиты.

Рисунок 2 . Теплопередача в хлебопекарной печи: теплопроводность, конвекция, излучение и конденсация.

Работа новой хлебопекарной печи была охарактеризована на прототипе печи с использованием буханок белого хлеба весом 800 г (12 буханок на партию) (Jovicic and Delgado, 2018). Полученные результаты показали, что эта инновационная концепция сокращает общее время выпечки как на этапе предварительного нагрева, так и на этапе выпечки. В результате можно ожидать снижения потребности в топливе хлебопекарной печи. Однородность цвета корочки на партию свидетельствовала о том, что поток теплового излучения над подовой плитой был равномерным.Анализ подтвердил, что продукты обладают такими же сенсорными свойствами, как и в эталонной электрической ярусной печи, т. е. схожим цветом корочки и свойствами мякиша, более тонкой корочкой. Кроме того, сочетание широкого рабочего диапазона и быстрого отклика, обусловленное рабочими характеристиками VCB, позволяет реализовать широкий спектр программ выпечки и позволяет быстро адаптироваться к продуктам.

Цель

Чтобы успешно интегрировать пористую технологию VCB в новую концепцию хлебопекарной печи, необходимо охарактеризовать теплообмен между источником тепла и целевыми объектами.Качество выпечки зависит, в том числе, от уровня температуры внутри печи, однородности температурного поля по поверхности выпекаемых изделий и вклада отдельных механизмов теплопередачи при выпечке (Schünemann and Treu, 2002; Klingler, 2010). Целью данной работы было охарактеризовать теплообмен к целевому объекту, помещенному внутри модельной хлебопекарной печи, обогреваемой двумя пористыми ВКТ, и определить вклад отдельных механизмов теплообмена в общий расход тепла.

Кроме того, добавление воды во время выпечки является важным фактором, влияющим на качество продукта, но также связано с потерями энергии (Schulz, 2014). Чтобы уменьшить их, необходимо лучшее понимание взаимодействия, особенно с точки зрения теплообмена, между печью, тестом и водой. С помощью разностного метода, описанного далее в тексте, расход тепла к объекту контроля был разделен на вклады отдельных механизмов теплообмена (теплопроводность, конвекция, тепловое излучение и конденсация).Экспериментальный анализ проводился без и с добавлением воды в атмосферу печи, где варьировались форма и количество воды.

Знания, полученные в рамках данного исследования, могут быть в дальнейшем использованы в качестве основы для оптимизации параметров процесса и повышения эффективности процесса выпечки.

Материалы и методы

Экспериментально определена роль отдельных механизмов теплообмена в модельной печи, показанной на рис. 3, обогреваемой двумя пористыми ВКТ.Концепция этой модели печи такая же, как у новой хлебопекарной печи, представленной на рис. 2, но с уменьшенными размерами.

Рисунок 3 . Схема типовой печи.

Экспериментальная установка состояла из модельной печи (внутренняя камера: 0,48 м × 0,48 м × 0,3 м) с двумя камерами (внутренней, для размещения объекта испытаний и внешней, куда поступает дымовой газ) и обогреваемой двумя круглыми ВКТ, блок добавления воды и система сбора данных. Горелки состояли из зоны горения (диаметр d = 45 мм, высота h = 15 мм), выполненной из карбида кремния, пропитанного кремнием (SiSiC), и пламегасителя ( d = 45 мм, ). h = 30 мм), изготавливается из перфорированной вакуумно-формованной плиты Al ₂ O ₃ -керамической плиты.Их размещали в потолке внешней камеры, лицом к тест-объекту, помещенному во внутреннюю камеру. Стенка из кварцевого стекла, обладающая высоким коэффициентом пропускания (>94 %) в спектральном диапазоне 1–2 мкм, располагалась на потолке внутренней камеры. Он обеспечивал оптический доступ теплового излучения БИК от горелок к объекту контроля, но в то же время препятствовал попаданию дымовых газов во внутреннюю (печную) камеру. Зазор между внутренней и внешней камерами, в который поступают горячие дымовые газы (красные стрелки на рис. 3), нагревая стальные стенки внутренней камеры, имел ширину 10 мм.Наружные стены печи были теплоизолированы.

В качестве тестовых объектов использовались два алюминиевых куба ( а = 50 мм, м = 0,338 кг): один полированный и один окрашенный в черный цвет, как показано на рисунке 4а. Излучательная способность поверхности полированного куба ε = 0,039 (VDI-Wärmeatlas, 2013), но в рамках данной работы она принималась равной нулю, т. е. падающее излучение считалось полностью отраженным. Коэффициент излучения окрашенной в черный цвет поверхности куба равен ε = 0. 97 (VDI-Wärmeatlas, 2013), но в рамках данной работы принималось равным единице, т. е. предполагалось, что падающее излучение полностью поглощается. Из-за различных характеристик излучения испытуемых объектов механизм передачи тепла тепловым излучением может быть отфильтрован. В зависимости от конфигурации испытания объект испытаний размещался непосредственно на нижней пластине из алюминия или на изоляционных опорах из силиката кальция, как показано на рис. 4b. Таким образом можно было отфильтровать теплопроводность через подовую плиту (теплопроводность из воздуха не учитывалась).

Рис. 4. (а) Тестовые объекты: слева — полированный куб, справа — черный куб. (б) Схема измерительной установки.

Помимо теплового излучения, передача тепла объекту испытаний происходила теплопроводностью (от подовой плиты, которая была изолирована от окружающей среды) и естественной конвекцией (через движение воздуха во внутренней камере печи, обусловленное температурой и следовательно, различия в плотности внутри него). Поскольку два испытуемых объекта имеют одинаковые внутренние характеристики, скорости конвективной и кондуктивной теплопередачи принимались равными, а теплопередача излучением различалась из-за разных характеристик поверхности.

Теплопередача на поверхность объекта испытаний посредством конденсации происходила в серии дополнительных экспериментов, в которых вода добавлялась извне в атмосферу печи. Добавление воды в атмосферу печи осуществлялось двумя способами: (1) прямым распылением воды через форсунку и (2) впрыском пара, производимого парогенератором. В первом способе, когда испытуемый объект достигал 30°C, начиналось распыление воды (при 20°C) с использованием полноконусной форсунки с одним веществом.Вода поступала во внутреннюю камеру в виде аэрозоля. Во втором способе пар производился путем прямого контакта воды со слоем керамических сфер, нагретых до 500°С. При достижении тест-объектом температуры 30°С вода дозировалась в парогенератор, испарялась и направлялась во внутреннюю камеру.

В рамках этого анализа было исследовано влияние добавления 25, 50 и 75 мл воды на характеристики теплопередачи в модельной печи. Учитывая объем пекарной камеры (~0.07 м ³ ), в результате удельные водовоздушные отношения составили 0,36, 0,72 и 1,09 л/м ³ соответственно.

Важно отметить, что описанный метод тестирования имеет определенные ограничения. Одно из таких ограничений связано с экспериментами с внешней подачей воды/пара в пекарную камеру в начале испытаний. В случае этих экспериментов невозможно четко разграничить, какая часть тепла передается испытуемому объекту посредством конвекции, а какая часть соответствует конденсации/испарению воды из испытуемого объекта.С момента впрыска воды/пара и до испарения с поверхности куба всей ранее сконденсировавшейся воды (зоны конденсации и испарения, описанные далее в главе 3.2.), применяемая методология позволяет только количественно оценить их совместное влияние, принципиально разные механизмы теплообмена (конвекция и конденсация/испарение).

Измерение теплопередачи в литературе

Тепловой поток внутри печи можно измерить с помощью датчиков температуры с известными физическими свойствами, т.е.д., датчики теплового потока. Крист-Спит и Слюмер (1987) охарактеризовали теплообмен в печи с непрямым нагревом, где доля излучения падала с 73 до 59% по мере увеличения скорости воздуха внутри печи. Точно так же Fahloul et al. (1994) определили, что доля теплового излучения в газовой печи непрерывного действия с косвенным нагревом снижается по сравнению с начальным значением 49% (температура воздуха 200°C, слабый поток воздуха) по мере увеличения потока воздуха. Зарейфард и др. (2009) измерили тепловой поток внутри электрической печи, где можно было изменить различные механизмы теплопередачи, например.g., тепловое излучение было подавлено путем обертывания датчика теплового потока отражающей алюминиевой фольгой. В зависимости от скорости воздуха и температуры доля излучения внутри печи находилась в пределах 63–89 %.

Шибукава и др. (1989) использовали датчики теплового потока в виде медных цилиндров с известным коэффициентом излучения для характеристики теплопередачи в печи, где отношение излучаемого к общему переданному теплу составляло около 70% при температуре воздуха в печи 200°С. Точно так же Altomare (1994) применил алюминиевые блоки только с одной стороны, подверженной теплопередаче.

Измерение и контроль

Скорость теплового потока между хлебопекарной печью и испытуемым объектом определяли путем измерения температуры в различных точках печи с помощью термопар типа К: температура поддона в центре плиты под испытуемым объектом, температура в центре объекта контроля, температуры дымовых газов в дымоходе и температуры воздуха во внутренней камере на уровне объекта контроля. Относительную влажность измеряли с помощью высокотемпературного гигрометра Hygrophil Z Type 1701-41 (Co.Бартек). Наконечник его зонда располагался в центре внутренней камеры. Погрешность измерения этого устройства составляет 1 _{объемных} % H ₂ O. Расходы топливного газа (метана) и воздуха для горения в горелку контролировались независимо с помощью регуляторов массового расхода. Данные измерений (относительная влажность, температура атмосферы в камере и температура куба) собирались с помощью системы сбора данных, основанной на программном обеспечении LabVIEW.

Процедура измерения

Испытания начаты с розжигом горелок (общая мощность P = 1.5 кВт, λ = 1,3) для разогрева печи. При достижении начального установившегося состояния мощность горелки доводили до P = 1,3 кВт (0,65 кВт на ВТЗ, т. е. 400 кВт/м ² активной поверхности ВТЗ), чтобы достичь заданной температуры нижней части плита ~230°С (без ввода воды). Эта температура была выбрана в качестве стандартной температуры подовой плиты для производства многих хлебобулочных изделий (MIWE, 2011), хотя для печей с высоким уровнем теплового излучения возможна и более низкая температура печи (~180°C) (Ploteau et al. др., 2015). При достижении стационарного состояния с точки зрения температуры поддона испытательный куб (доведенный до 4°С) помещали в центр печи под горелками. Измерения начинались, когда температура в центре куба достигала 30°C, и продолжались 30 мин, чтобы убедиться, что тестовые кубики достигают температуры выше, чем температура корки хлебобулочных изделий при тех же условиях выпечки. По окончании процесса тест-объект вынимали из печи. При анализе влияния воды, присутствующей в атмосфере печи, добавление воды начиналось одновременно с началом измерений.Оценка теплообмена между горелками и объектом испытаний проводилась путем анализа температурных кривых отдельных установок при определенном уровне относительной влажности по методике, описанной ниже. Обзор проведенных измерений приведен в таблице 1.

Таблица 1 . Итог проведенных измерений.

Расчет теплопередачи

В данной работе разностным методом определялся вклад отдельных механизмов теплообмена, т.е.д., теплопроводность (HC), конвекция (C), тепловое излучение (TR) и конденсация (Cond). Разностный метод, использованный в данной работе, основан на подходе, разработанном в Бремерхафенском университете прикладных наук под руководством профессора Леше (Büsing, 2011; Börsmann et al. , 2015).

Его принцип основан на измерении скорости потока тепла к двум тестовым объектам (полированным и окрашенным в черный цвет медным кубам), помещенным в печь. Чтобы изменить различные механизмы теплопередачи, два испытуемых объекта были расположены в четырех конфигурациях, т.е.е., размещенные либо непосредственно на нижней плите печи, либо на изоляционных опорах. Четыре компоновки испытуемых объектов, также использованные в данной работе, представлены в таблице 2. Расходы тепла анализировались как функция времени ( Q = f ( t )) и как функция температуры печи. настройки.

Таблица 2 . Экспериментальные тестовые конфигурации разностного метода.

Во-первых, интересующий температурный диапазон разделен на узкие интервалы, поскольку разница температур между кубом и окружающей средой является движущей силой теплопередачи.Средний расход теплоты Q в каждом интервале можно определить как

Q=mCu·cp,Cu·ΔTt (1)

где m _Cu — масса куба, c _p,Cu — удельная теплоемкость куба, Δ T — разность температур между кубом начало и конец процесса, Δ t – интервал времени.

Доля отдельных механизмов теплопередачи может быть рассчитана как разница между различными конфигурациями тест-объекта.Вклад отдельных механизмов теплообмена в расход тепла в этих конфигурациях рассчитывался с учетом следующих упрощений:

• PCI (полированный куб на изоляционном слое) обменивается теплом только за счет естественной конвекции с окружающей атмосферой внутренней камеры. Теплопроводность от поддона и из окружающей печи атмосферы принималась пренебрежимо малой (куб размещен на изолированных опорах, теплопроводность воздуха мала). Теплообменом через тепловое излучение пренебрегали, так как предполагалось, что поверхность куба идеально отражающая.Таким образом, расход тепла конвекцией принимался равным полному расходу тепла, т.е.

• PCP (полированный куб на противне для выпечки) обменивается теплом за счет теплопроводности с нижней пластиной и за счет естественной конвекции с атмосферой внутренней камеры. Предполагая, что теплообмен за счет конвекции остается постоянным для каждой тестовой конфигурации, Q _PCI и Q _PCP были объединены для определения теплопроводной составляющей скорости теплового потока:

QHC,PCP=QPCP-QC,PCP=QPCP-F·QPCI =QPCP-56·QPCI (2)

, где F – коэффициент поправки на конвекцию, который соответствует количеству сторон куба, участвующих в теплообмене ( PCI —6 сторон, PCP −5 сторон, так как куб ставился непосредственно на нижнюю плиту ).

• BCI (черный куб на изоляционном слое) предназначен для теплообмена только за счет естественной конвекции и теплового излучения. При таком допущении тепло, передаваемое кубу BCI за счет теплового излучения, может быть определено напрямую, поскольку конвекционная составляющая BCI эквивалентна PCI :

.
QTR,BCI=QBCI-QPCI (3)

• BCP (черный куб на противне) предполагается, что он обменивается теплом посредством всех трех механизмов теплопередачи, которые определяются как

.
QHC,BCP=QBCP-F·QBCI=QBCP-56·QBCI (4)

QTR,BCP=QBCP-QPCP (5)

QC,BCP=QBCP-(QHC,BCP+QTR,BCP) (6)

В рамках представленной здесь работы описанный выше разностный метод был немного изменен (Burjakow, 2016):

• Алюминиевый куб (рис. 4а) был использован вместо меди, так как ожидалось, что алюминиевая поверхность лучше сохранит свой низкий коэффициент излучения в окислительной атмосфере.Куб имеет однородное трехмерное температурное поле, равное температуре ядра, так как число Био для этого куба равно Bi = 0,0095 (<<1) для естественной конвекции и Bi = 1 для пленочной конденсации.

• Расчет теплопередачи за счет теплопроводности в конфигурации BCP изменен на

QHC,BCP=QBCP-56·QC,BCI-1112·QTR,BCI (7)

Коэффициент 5/6 был присвоен скорости конвективного теплового потока, как было объяснено ранее. Для передачи тепла за счет теплового излучения принят коэффициент 11/12; в конфигурации BCI тепло может передаваться тепловым излучением также на дно куба (от нижней плиты), но поскольку оно не подвергается непосредственному воздействию горелки, коэффициент был уменьшен с единицы.

• Помимо анализа скорости теплового потока как функции времени, была предпринята попытка анализа теплопередачи на основе кубической температуры, т.е. . В разных конфигурациях куба в одни и те же моменты времени были достигнуты разные температуры и, следовательно, разные движущие силы, поэтому было подсчитано, что температура куба будет более подходящим эталоном для детального анализа результатов.

Чтобы получить функцию Q = f ( T _Cu ), измеренные кубические температуры как дискретные значения необходимо преобразовать в непрерывную функцию времени. Таким образом можно оценить расход тепла в определенном диапазоне температур и связать его с расходом в других устройствах. Полиномиальная функция девятой степени температуры куба, T _Cu от времени, t была выражена как

t(TCu)=a0+∑n=09an·TCun (8)

, где a _o – a _n — веса полиномиальной регрессии.

Результаты и обсуждение

Температура духовки

В ходе эксперимента средняя температура воздуха во внутренней камере (измеренная на уровне тест-объекта без добавления воды) составила ~223,9 ± 3,6°С (достигается примерно через 2 мин после введения тест-объекта). При впрыскивании водного аэрозоля в пекарную камеру через форсунку средняя температура печи снижалась до 14°С в зависимости от количества впрыскиваемой воды. Стабильная температура воздуха снова была достигнута ок.через 7 мин после введения тест-объекта. Впрыск пара не оказал существенного влияния на среднюю температуру воздуха в пекарной камере.

Изменение температуры куба

Изменение температуры куба для четырех тестовых схем (без и с впрыском 50 мл воды) представлено на рисунке 5. Как и ожидалось, температура в центре черного куба ( BCI, BCP ) была выше по сравнению с температурой полированного ( PCI, PCP ), за счет дополнительной передачи тепла тепловым излучением.В конце 30-минутного периода испытаний температура в центре черного куба была на ~30°С выше, чем у полированного куба. Очень небольшая разница температур между BCP и BCI , как показано на рисунке 5A, указывает на то, что передача тепла за счет теплопроводности (от нижней пластины) была незначительной по сравнению с передачей тепла за счет теплового излучения.

Рисунок 5 . Температуры куба без/с распылением 50 мл воды при различных конфигурациях тест-объектов: (A) черный куб и (B) полированный куб.

Изменения температуры ядра куба во времени, в случае размещения кубов непосредственно на плите ( PCP и BCP ) и на изолирующей подставке ( PCI и BCI ), существенно различались в первом случае. 10 мин (оценочные результаты — температуры, соответствующие реальному процессу выпечки) и после этого были примерно одинаковыми. Это произошло из-за значительного снижения теплопередачи за счет теплопроводности через некоторое время (~10 мин) по мере приближения температуры куба к температуре пластины.

При впрыскивании струи воды в пекарную камеру форма температурных кривых в первые 5 мин эксперимента изменилась. Эти результаты показали, что 30-минутный период испытаний можно разделить на три характерные зоны, в которых преобладали различные механизмы теплопередачи. Поскольку теплообмен зависит от разницы температур, границы каждой зоны связаны с температурой объекта контроля, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6 .Температурные зоны для BCP при добавлении 75 мл воды через форсунку.

Зона конденсации ( T _C = 30°C – T _плато ) относится к зоне наибольшего температурного градиента, где часть закачиваемой воды разбрызгивается/распыляется/ на холодной поверхности испытательных кубов, так как температура поверхности куба была ниже температуры точки росы. Температура куба резко возросла как за счет нагрева горелками, так и за счет передачи кубу скрытой теплоты воды.В этой зоне совместно измеряются совместные эффекты конвективного теплообмена и теплообмена за счет конденсации воды на поверхности объекта испытаний. Зона испарения ( T _C = T _плато – 110°C) охватывает почти постоянно температурное плато, где происходит конденсация воды на поверхности куба и испарение с нее. В этой зоне совместно измеряются совместные эффекты конвективного теплообмена и теплообмена за счет испарения воды с поверхности объекта испытаний.Температура перехода между зонами конденсации и зоны испарения, определяемая как изменение градиента температуры от крутого до очень мягкого, различалась между экспериментами, поскольку равновесие зависит от температуры воздуха и относительной влажности. В качестве конечной температуры зоны испарения была выбрана 110°С, чтобы обеспечить полное испарение воды с поверхностей куба. Стационарная зона ( T _C = 110–160°C) – это зона медленного роста температуры между 110 и 160°C, где уже не происходит испарения и конденсации.Конечная температура 160°C была выбрана согласно Ahrné et al. (2007) это максимальная температура корочки хлеба при температуре воздуха в пекарной камере 220°С.

Влияние количества добавленной воды

На рис. 7 показано изменение во времени относительной влажности внутри внутренней камеры и температуры в центре тест-объекта в конфигурации BCP при различном количестве распыляемой воды через сопло. Результаты показывают, что относительная влажность в духовке увеличилась почти мгновенно (в течение 1 мин, в зависимости от количества добавленной воды) и достигла определенного устойчивого значения.Температура тест-объекта резко возрастала в течение ~2 мин, что соответствует ранее упомянутой зоне конденсации. После этого температурный градиент начал снижаться из-за повышенного испарения воды с поверхности куба, что можно заметить по небольшому увеличению кривой относительной влажности. Ширмер и др. (2011), которые использовали выпечку в качестве тест-объектов, описали похожее поведение в начале своих экспериментов. Через ~5 мин от начала эксперимента следует очень медленное снижение относительной влажности.В экспериментах по выпечке (Schimer et al., 2011) снижения не произошло, так как постоянное испарение из влажного теста стабилизирует значение относительной влажности.

Рисунок 7 . Зависимость относительной влажности от времени для конфигурации BCP при различном количестве воды (дополнение форсункой): (A) за весь период испытаний и (B) первые 5 мин в деталях.

Скорость теплового потока к тестовым кубам (без добавления воды)

В этом разделе будет обсуждаться скорость потока тепла к тестовым кубам без добавления воды.Когда водяная струя/пар не вводились в пекарную камеру, теплообмен можно анализировать с самого начала экспериментов.

На рис. 8 показана скорость теплового потока, рассчитанная по уравнению (1) для различных тестовых конфигураций. Скорость теплового потока для BCI и PCI уменьшалась со временем примерно линейно, тогда как для BCP и PCP можно заметить полиномиальную скорость снижения.

Рисунок 8 . Расход тепла к кубам без распыления воды/пара.

На рис. 9 представлены абсолютные и относительные доли механизмов теплопередачи (теплопроводность, конвекция и тепловое излучение) для четырех испытательных конфигураций, определенные с помощью уравнений (3)–(5). Результаты были представлены в виде зависимости от времени для первых 10 мин экспериментов. В это время температура кубиков соответствует температуре хлебобулочных изделий в реальном процессе. На рис. 9 показано, что скорость теплового потока на каждый механизм в основном уменьшалась со временем для каждой тестируемой конфигурации.Форма зависимости теплового излучения от времени различалась между BCI и BCP в первые 2 мин эксперимента, поскольку тепловое излучение для этих двух конфигураций рассчитывалось отдельно с использованием уравнений (4) и (5) соответственно. После второй минуты компоненты теплового излучения двух конфигураций имели примерно одинаковую величину. Что касается относительных долей, то в начале испытаний доля теплопроводности быстро уменьшалась по мере приближения температуры объекта испытаний и пластины.Доля теплового излучения со временем увеличивалась, так как его абсолютная величина уменьшалась медленнее по сравнению с двумя другими механизмами теплообмена. Также по мере проведения экспериментов помимо основного источника излучения, т.е. двух ВЗТ с температурой поверхности ~900°C (Keramiotis et al., 2012), тепловое излучение дополнительно испускалось стенками печи (T = 200 –400°C при коэффициенте излучения 0,2–0,3 (MIWE, 2011).

Рисунок 9 . Абсолютные и относительные доли механизмов теплообмена для четырех тестовых конфигураций (без добавления воды).

В случае PCP скорость теплового потока за счет теплопроводности (через плиту для выпечки) уменьшалась быстрее по сравнению с конвекцией, что указывает на поведение движущих сил, т. е. температуры нижней плиты и испытательного куба приближались быстрее по сравнению с температуры атмосферы печи и испытательного куба.

На рис. 10 доли механизмов теплопередачи для BCP в первые 10 минут эксперимента были суммированы и сравнены с коммерческой ярусной печью (MIWE, 2011).Результаты, полученные в рамках настоящего исследования, свидетельствуют о том, что доминирующим механизмом теплообмена (в диапазоне температур куба, соответствующем реальным температурам хлебопекарного изделия – первые 10 мин испытаний) в модельной печи, обогреваемой двумя пористыми ВКТ, был тепловое излучение, с долей ~45%. Доли теплопроводности и конвекции были определены равными ~27,5%. В эталонной подовой печи, которая нагревается электрически, теплопроводность является доминирующим механизмом передачи тепла. Одной из возможных причин этого, помимо различий в характеристиках источника тепла, может быть то, что подовые плиты в эталонной печи изготовлены из стеклофиброцемента, обладающего более высокой теплоаккумулирующей способностью, чем стальная подовая плита печи. модель печи (Паспорт безопасности, 2010; VDI-Wärmeatlas, 2013).Сравнение, представленное на рис. 10, следует рассматривать только как приблизительный показатель, поскольку на вклад отдельных механизмов в теплопередачу влияет не только способ нагрева, но и конструкция, материал и геометрия печи (Baik et al., 1999). ; Ploteau et al., 2015).

Рисунок 10 . Роль индивидуальных механизмов теплопередачи для (A) BCP (через 10 мин, без добавления воды) и (B) промышленной ярусной печи (MIWE, 2011).

Скорость теплового потока к тестовым кубам (с впрыском воды)

Когда струя воды впрыскивалась в пекарную камеру, она испарялась в горячей атмосфере печи и частично конденсировалась на испытуемом объекте, таким образом передавая скрытое тепло объекту. По мере того, как температура куба повышалась из-за нагрева горелками, первоначально сконденсировавшаяся вода начинала испаряться, отдавая тепло обратно в атмосферу печи. Как и ожидалось, при подаче воды в виде аэрозоля через форсунку общий расход тепла к объекту испытаний был меньше, чем при подаче пара, за счет испарения.

Как показано на рис. 6, передача тепла кубу, когда в атмосферу печи извне добавлялась вода, может быть связана с температурой куба. Когда необходимо связать различные тестовые конфигурации, температура куба кажется более точным параметром, так как разные температуры в кубе были достигнуты в одни и те же моменты времени экспериментов. Это привело к разным температурам окружающей среды и, следовательно, к разным движущим силам теплопередачи. В зависимости от температуры куба механизмы теплообмена анализировались отдельно в трех зонах, аналогичных рисунку 6: зона конденсации, испарения и стационарная зона.

Зона конденсации

При выпечке, помимо теплопереноса за счет теплопроводности, конвекции и теплового излучения, осуществляется передача тепла на поверхность изделия (в данной работе на поверхность объекта испытаний) за счет конденсации паров воды. Расход тепла в зоне конденсации в зависимости от температуры куба и добавления воды (количество воды, тип добавления) для конфигурации BCP показан на рис. 11.

Рисунок 11 .Расход тепла до BCP в зоне конденсации в зависимости от температуры объекта испытаний и количества добавляемой воды (в случае добавления воды): (A) на сопло и (B) на сопло паровой агрегат.

Зона конденсации начинается при температуре куба 30°C, когда в соответствии с процедурой измерения начинается впрыск водяной струи/пара. Когда в пекарную камеру не добавлялась вода, скорость теплового потока уменьшалась линейно с температурой куба.При добавлении воды в печь было замечено резкое увеличение скорости теплового потока вплоть до температуры куба ~40°С. Это резкое увеличение теплопередачи может быть связано с передачей тепла за счет конденсации. С повышением температуры куба прирост скорости теплового потока к тест-объекту замедлялся и начиная с ~50°С начинал снижаться. Зона конденсации заканчивалась при температуре куба, при которой расход тепла с добавкой воды был ниже, чем без подвода воды. Это произошло на пересечении линий теплового потока без добавления воды и с добавлением воды, что можно определить на рисунке 11 как от ~ 80 до 90 ° C (в зависимости от количества добавленной воды).После этого момента теплоотдача от испытуемого объекта за счет испарения воды превысила теплоотдачу к испытуемому объекту за счет конденсации, т. е. конденсация прекратилась, что свидетельствует о том, что температура поверхности объекта превысила точку росы (актуально для данной работы ~ 94°C при 83 _об. % H ₂ O). Кроме того, вид линии расхода теплоты для двух видов подачи воды (аэрозоль через форсунку, пар через пропариватель) в печь существенно не отличался.

Зона испарения

На рис. 6 зона испарения – это зона низкого температурного градиента. По мере повышения температуры куба за счет нагрева горелками первоначально сконденсировавшаяся вода начинала испаряться, отводя тепло от объекта испытаний, т. е. теплота испарения (равная энтальпии испарения) предоставлялась кубом. Почти постоянная температура куба была результатом равновесия между нагревом горелками и испарением воды.В рамках данной работы конец зоны испарения был установлен при 110°С, при котором предполагалось полное испарение. Точные рабочие кривые в этой зоне установить не удалось из-за выбранного метода полиномиальной подгонки измеренных значений в этом интервале температур, т. е. профиль температуры носит разрывной характер, и такой анализ приводит к недостоверным результатам.

Стационарная зона

В этом разделе было исследовано влияние количества добавленной воды на теплообмен внутри печи без образования конденсата и испарения.В рамках данной работы конечная температура стационарной зоны была установлена равной 160°С. На рис. 12 представлены абсолютные и относительные скорости теплового потока для отдельных механизмов теплопередачи с течением времени при различном количестве воды, добавляемой извне. Разница в продолжительности отдельных испытаний соответствовала различию характеристик теплообмена, из-за чего испытуемый объект в разное время достигал 160°С. Поскольку качественной разницы между двумя способами добавления воды замечено не было, были показаны результаты только для добавления воды через сопло.

Рисунок 12 . Абсолютные и относительные доли механизмов теплообмена для конфигураций (A–C) BCP, (D–F) BCI, (G–I) PCP и (J–L) PCI в стационарной зоне (добавление воды через форсунку).

По мере продолжения экспериментов, т. е. повышения температуры куба, абсолютные значения отдельных механизмов теплопередачи уменьшались, независимо от тестовой конфигурации. Этот вывод соответствует ситуации без добавления воды, показанной на рисунке 9.В тестовых конфигурациях, где тепловое излучение имело значение для теплопередачи (т. е. BCP, BCI ), оно было доминирующим механизмом теплопередачи, относительная доля которого увеличивалась по мере продолжения экспериментов. Такое поведение аналогично ситуации без добавления воды.

По мере увеличения количества добавляемой воды теплообмен через тепловое излучение к тест-объекту уменьшался, хотя его относительная доля оставалась примерно неизменной. Хоттель (1927) показал, что поглощение теплового излучения газом камеры зависит, в числе прочих параметров, от парциального давления водяного пара.Можно сделать вывод, что, как и следовало ожидать, водяной пар поглощал часть теплового излучения, испускаемого пористыми ВКТ. По мере увеличения количества добавленной воды теплопередача за счет теплопроводности уменьшалась для BCP и оставалась примерно такой же для PCP . Причиной этого могла быть более высокая разница температур между пластиной и кубом в случае PCP , который был более холодным, поскольку тепловое излучение было устранено. Таким образом, движущая сила теплопроводности в случае PCP была выше по сравнению с BCP .

Конвективный теплообмен оставался примерно постоянным для конфигураций BCI, PCP и PCI , а для BCP несколько увеличивался. По мере увеличения количества добавляемой воды температура и теплоемкость газа в печи увеличивались. Следует ожидать, что по мере добавления в печь большего количества воды температура испытуемого объекта будет снижаться, разница температур между испытуемым объектом и температурой газа будет увеличиваться и, таким образом, увеличится конвективный теплообмен.

Влияние добавления воды в печь на общий теплообмен и его компоненты во всей стационарной зоне резюмировано на рис. 13. Представленные результаты подтверждают выводы, сделанные на рис. увеличение количества добавляемой воды, которое было более выражено при использовании форсунки (т.е. 25% и 31% для паровой установки и форсунки соответственно).

Рисунок 13 . Средние и относительные доли механизмов теплообмена в стационарной зоне: (А) БКП , (Б) БКИ , (В) ПКП и (Г)

Ошибка измерения и модели

Реальные выбросы полированных и окрашенных в черный цвет алюминиевых кубиков отклоняются от этих предполагаемых идеальных значений (0 и 1 соответственно) и могут дополнительно изменяться в ходе экспериментов. Образование оксидного слоя на поверхности алюминия во влажной теплой атмосфере может увеличить коэффициент излучения с 0,039 до 0,11 (VDI-Wärmeatlas, 2013), что может напрямую повлиять на передачу тепла излучением. Кроме того, слой черной краски действует как дополнительный тепловой слой между кубом и окружающей средой, что может повлиять на теплопроводность.

Погрешность измерения может быть дополнительно вызвана предположением, что теплопроводность к конфигурациям BCI и PCI была устранена применением кальциево-силикатных опор, что не совсем верно. Эта ошибка, однако, очень низкая, так как только приложение. 16% поверхности куба находится в контакте с опорами, а теплопроводность силиката кальция очень низкая (VDI-Wärmeatlas, 2013).

Наконец, предполагалось, что конвективная составляющая теплообмена одинакова для тестируемых конфигураций.Это предположение может быть источником ошибки, так как температура поверхности куба различается в ходе экспериментов для разных тестовых конфигураций; таким образом, движущая сила теплопередачи конвекцией также различна.

Выводы

Цель представленной работы состояла в том, чтобы охарактеризовать теплообмен к испытуемым объектам, помещенным в модельную хлебопекарную печь, обогреваемую двумя пористыми объемными керамическими горелками, с подачей воды извне в камеру и без нее. Роль отдельных механизмов теплообмена определялась разностным методом с использованием четырех конфигураций тест-объектов для изменения различных механизмов теплообмена.

Когда в камеру не добавлялась вода, температура в центре тест-объекта неуклонно увеличивалась со временем для каждой конфигурации. При добавлении воды в виде аэрозоля или пара температурные кривые имели три характерные зоны. Эти зоны были соотнесены с температурой куба: (1) зона конденсации, где на низкотемпературном конце тепло передавалось в основном за счет конденсации воды на поверхности относительно холодного куба; температура куба резко возрастала, (2) зона испарения, где конденсированная вода испарялась, таким образом тепло отводилось от тест-объекта; благодаря нагреву куба горелками и его охлаждению за счет испарения его температура оставалась примерно постоянной, и (3) стационарная зона, где на теплообмен влияло наличие воды в атмосфере внутренней камеры, без влияния конденсации или испарения .

Без добавления воды доминирующим механизмом теплопередачи было тепловое излучение (~45%), за которым следовали теплопроводность и конвекция (~27,5% каждый). В процессе нагрева скорость теплового потока снижалась для всех испытательных конфигураций, при этом наиболее резкое падение наблюдалось для конфигураций, когда испытуемый объект размещался непосредственно на нижней плите ( BCP, PCP ). Это произошло из-за быстрого снижения доли теплопроводности, так как температура днища куба достигла температуры нижней плиты, изготовленной из металла с относительно низкой теплоемкостью.

При добавлении воды в атмосферу печи скорость теплового потока к тестируемому объекту снижалась. Снижение увеличивалось по мере увеличения количества добавленной воды, потому что вода в атмосфере печи поглощала часть теплового излучения. Что касается механизмов теплопередачи, теплопроводность уменьшалась с увеличением количества добавляемой воды (приблизительно 30% при добавлении аэрозоля, прибл. 10% при добавлении пара), конвекция не подвергалась значительному влиянию, а тепловое излучение уменьшалось из-за поглощения молекулы воды.

Полученные доли механизмов теплообмена, полученные разностным методом, были сопоставимы с литературными значениями. Тем не менее, для получения более достоверных результатов в дальнейшей работе необходимо учитывать реальную излучательную способность объектов испытаний и более тщательно анализировать неучтенные механизмы теплообмена. Предлагаемая концепция хлебопекарной печи, проверенная в данной работе в виде модельной печи, имеет относительно высокую составляющую теплового излучения по сравнению с эталонной современной ярусной печью с электрическим обогревом, что может быть полезным для снижения время выпекания и повышение энергоэффективности печи.

Заявление о доступности данных

Наборы данных, созданные для этого исследования, доступны по запросу соответствующему автору.

Вклад авторов

VJ разработал концепцию новой хлебопекарной печи со встроенными VCB, руководил исследовательским проектом, участвовал в разработке эксперимента и плане измерений и анализа, а также в обсуждении полученных результатов. Компания AZ-R предложила и провела подробное исследование (на основе первоначальных идей AD), администрировала и координировала деятельность по проекту, а также участвовала в проектировании установки, плане измерений, анализе результатов, обсуждении, обзоре и редактировании.BB разработал установку, провел большую часть измерений и внес свой вклад в определение характеристик системы и анализ результатов. AD предоставил основную идею для этого исследования и внес значительный вклад в планирование исследования в качестве координатора и руководителя проекта. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Это исследование было частью исследовательского проекта AiF 17735 N, поддержанного Министерством экономики и энергетики Германии (через AiF) и FEI (Forschungskreis der Ernahrungsindustrie e.В., Бонн).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Германскому исследовательскому фонду (DFG) за финансирование Высшей школы передовых оптических технологий в Эрлангене (SAOT) в рамках немецкой инициативы передового опыта. Наконец, авторы выражают благодарность Университету прикладных наук Бремерхафена и Центру передачи технологий (ttz) Бремерхафена, особенно проф.д-р Клаус Лёше, проф. д-р Райнер Беннинг и дипл. Инж. Benjamin Börsmann, за их конструктивный вклад и поддержку во время этого исследования.

Сокращения

BCP, окрашенный в черный цвет кубик на противне; BCI, окрашенный в черный цвет куб на изоляционном слое; C, теплопередача конвекцией; Cond, передача тепла конденсацией; HC, теплопередача за счет теплопроводности; NIR, ближний инфракрасный диапазон излучения; PCP, полированный куб на противне; PCI, полированный куб на изоляционном слое; TR — перенос тепла тепловым излучением; VCB, объемная керамическая горелка.

Ссылки

Арне, Л. , Андерссон, К.Г., Флоберг, П., Розен, Дж., и Лингнерт, Х. (2007). Влияние температуры корочки и содержания воды на образование акриламида при выпечке белого хлеба: выпечка с паром и падением температуры. LWT Food Sci. Технол. 40, 1708–1715. doi: 10.1016/j.lwt.2007.01.010

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Альтендорфнер, М., фон Иссендорф, Ф., и Даннель, М. (2008). Разработка горелки высокого давления промышленного назначения с использованием инертных пористых сред. Междунар. J. Энергетическая чистая среда. 9, 211–222. doi: 10.1615/InterJEnerCleanEnv.v9.i1-3.150

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Altomare, RE (1994). «Теплообмен в хлебопекарных печах», в Developments in Food Engineering eds T. Yano and K. Nakamura (Бостон, Массачусетс: Springer), 298–300.

Академия Google

Байк О.Д., Грабовски С., Тригуи М., Маркотт М. и Кастен Ф. (1999). Коэффициенты теплопередачи кексов, выпеченных в промышленных туннельных печах. J. Food Sci. 64, 688–694. doi: 10.1111/j.1365-2621.1999.tb15111.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бейер К., Збогар-Расич А., Йовичич В., Бауэр Х. и Дельгадо А. (2011). «Разработка и испытание новой концепции регенеративной пористой горелки с подогревом воздуха», 9-я Европейская конференция по промышленным печам и котлам (INFUB-9) (Эсторил).

Академия Google

Блесл, М., и Кесслер, А. (2017). Energieeffizienz in der Industrie .Берлин: Springer Vieweg. дои: 10.1007/978-3-662-55999-4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Берсманн, Б., Беннинг, Р., и Радемахер, С. (2015). Neuartige Methoden zur Differentenzierten Charakterisierung von Wärmetransport und Backraumklima in Backprozessen, в AGF – 66 . Детмольд: Tagung für Bäckerei-Technologie.

Буряков, Б. (2016). Experimentelle Untersuchung des Einflusses der Schwadengabe auf die Wärmeaufnahme eines Testobjektes in einem Backofen mit Innovationr Volumetrisch keramischer Brennertechnologie (магистерская диссертация). Университет Эрланген-Нюрнберг, Эрланген, Германия.

Бюзинг, Т. (2011). Entwicklung eines Messsystems zur Charakterisierung der Wärmeströme in Backöfen bei unterschiedlichen Klimabedingungen (дипломная работа). Высшая школа Бременхафена, Бремерхафен, Германия.

Катапан, Р. К., Оливейра, А. А. М., и Коста, М. (2011). Механизм неравномерного профиля скорости для стабилизации пламени в пористой лучистой горелке. Экспл. тер. Науки о жидкости. 35, 172–179. дои: 10.1016/j.expthermflusci.2010.08.017

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Десев, Т., Юрий, В., и Ле-Бейл, А. (2011). Влияние содержания влаги на поглощающую способность теста для хлеба в коротком инфракрасном диапазоне. Дж. Фуд Инж. 104, 571–576. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2011.01.019

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фахлул, Д., Тристрам, Г., Дюкенуа, А., и Барботто, И. (1994). Моделирование тепломассопереноса при выпечке бисквитов в ленточных печах. LWT Food Sci.Технол. 27, 119–124. doi: 10.1006/fstl.1994.1027

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Товарищи, PJ (1996). Принципы и практика технологии пищевой промышленности . Кембридж, Калифорния: Издательство Вудхед.

Академия Google

Франсиско Р.В. мл., Руа Ф., Коста М., Катапан Р.К. и Оливейра А.А.М. (2010). О сжигании газообразных топлив, богатых водородом, с низкой теплотворной способностью в пористой горелке. Энергетическое топливо 24, 880–887.дои: 10.1021/ef²⁴

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Герман К., Джон П. и Ост У. (2012). Инновационная гибридная печь для хлебобулочных изделий в магазинах. Выпечка Bisc . 1, 38–41.

Хоттель, ХК (1927). Передача тепла излучением несветящихся газов. Пром. англ. хим. 19, 888–894. doi: 10.1021/ie50212a012

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хсу, П. , Эванс, В.Д., и Хауэлл, Дж.Р. (1993).Экспериментальное и численное исследование горения предварительно смешанной смеси в неоднородной пористой керамике. Горение. Технологии . 90, 149–172. дои: 10.1080/001022093088

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Инкропера, Ф.П., и Де Витт, Д.П. (1996). Основы тепломассообмена . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.

Йовичич В., Аусмайер С., Дельгадо А., Шмидт К. и Герлах Н. (2010). «Экспериментальные результаты длительных испытаний пористых горелок с керамическим корпусом для применения при высоких температурах в стекольной промышленности», на 7-й Международной конференции по высокотемпературным композитам с керамической матрицей (Bayeuth).

Академия Google

Йовичич, В., и Дельгадо, А. (2018). «Концепция хлебопекарной печи на основе VCB — эффективная, инновационная и гибкая», в The Future of Baking: Science-Technique-Technology , Vol. 1. (Гамбург: f2m food Multimedia GmbH), 10–17.

Йовичич В., Ниенхаус К., Збогар-Расич А. и Дельгадо А. (2014). «Spektroskopische untersuchung und charakterisierung er nah-infrarot (nir) strahlung eines volumetrisches keramisches porenbrenners», в Fachtagung Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik (GALA) (Карлсруэ).

Академия Google

Йовичич, В., Збогар-Расич, А., и Дельгадо, А. (2019). Новая концепция печи с преобладающим теплопереносом в ближнем инфракрасном (БИК) тепловом излучении. Зерновые технологии. Дж. 1, 40–51. дои: 10.23789/1869-2303-2019-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Керамиотис, К., Стелзнер, Б., Тримис, Д., и Фоунти, М. (2012). Пористые горелки для сжигания с низким уровнем выбросов: экспериментальное исследование. Энергетика 45, 213–219. дои: 10.1016/ж.энергия.2011.12.006

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Клинглер, П. (2010). Основы получения технологий . Гамбург: Verlag Бера.

Академия Google

Кришнамурти, К., Хурана, Х.К., Джун, С., Ирудаярадж, Дж., и Демирчи, А. (2008). Инфракрасное отопление в пищевой промышленности: обзор. Комп. Преподобный Food Sci. Безопасность пищевых продуктов 7, 2–13. doi: 10.1111/j.1541-4337.2007.00024.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Крист-Спит, К.Э. и Слюмер П. (1987). «Теплообмен в печах во время выпечки хлеба», в: Первая европейская конференция по науке и технологии пищевых продуктов, Зерновые культуры в европейском контексте , изд. И. Д. Мортон (Чичестер: издательство Ellis Horwood Publishers), 344–354.

Академия Google

Ладенбакен (2003 г.). Ladenbacken-Der Kampf mit dem Dampf. Брот и задняя часть , 3.

Академия Google

Мах А., Херцог А., Иссендорф В. Ф., Канка Б., Кригер Р., Pritzkow, W., et al. (2006). CERPOR — Оптимизированные керамические компоненты для технологии пористых горелок. Преломление. Руководство. 48–54.

Академия Google

Мах А., фон Иссендорф Ф., Дельгадо А., Паеслер Л., фон Шлосс Дж., Лукка К. и др. (2007). «Разработка малогабаритной горелки для дизельного топлива в диапазоне мощностей от 1 кВт до 8 кВт», 9-я Международная конференция по энергетике для чистой окружающей среды, . Португалия: Повуа-де-Варзим.

Меузер, Ф.(2016). Основы получения технологий . Берлин: Технический университет Берлина.

MIWE (2011). MIWE-Impulse, Кунденпроспект . Арнштайн: MIWE Michael Wenz GmbH.

Olsson, E.E.M., Trägaedh, A.C., and Ahrne, L.M. (2005). Влияние ближнего инфракрасного излучения и струйно-ударного теплообмена на образование корки хлеба. J. Food Sci. 70, 484–491. doi: 10.1111/j.1365-2621.2005.tb11519.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пикенекер, О., Pickenäcker, K., Wawrzinek, K., Trimis, D., Pritzkow, W.E.C., Müller, C., et al. (1999). Инновационные керамические материалы для горелок с пористой средой I. Интеркерами 48, 424–434.

Академия Google

Плото, Дж. П., Глоуаннек, П., Николя, В., и Магересс, А. (2015). Экспериментальное исследование выпечки французского хлеба в обычных условиях или с использованием коротких инфракрасных излучателей. Заяв. Терм. англ. 75, 461–467. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2014.09.034

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рааб, Ф., Збогар-Расич, А., Йовичич, В., и Дельгадо, А. (2015). «Характеристика теплопередачи внутри хлебопекарной печи на основе технологии объемной керамической горелки (VCB)», в материалах 29-й Международной конференции EFFoST (Афины).

Академия Google

Паспорт безопасности (2010 г.). Диск для выпечки . Эссен: TechnoPhysik Engineering GmbH.

Академия Google

Ширмер М., Хусейн В. Б., Джекле М., Хусейн М.А. и Бекерет Т. (2011). Влияние влажности воздуха в процессах промышленного нагрева на отдельные качественные показатели булочек. Дж. Фуд Инж. 105, 647–655. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2011.03.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шульц, Дж. (2014). Energieeffizienz in Bäckereien — Energieeinsparungen in Backstube und Filialen (Leitfaden) . Бремерхафен: EnEff Bäkerei.

Академия Google

Шюнеманн, К., и Треу, Г.(2002). Technologie der Backwarenherstellung: fachkundliches Lehrbuch für Bäcker und Bäckerinnen . Альфельд: Gildebuchverlag.

Академия Google

Шибукава С., Сугияма К. и Яно Т. (1989). Влияние теплообмена излучением и конвекцией на подрумянивание печенья при выпечке. J. Food Sci. 54:621. doi: 10.1111/j.1365-2621.1989.tb04666.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Скьёльдебранд, К. (2002). «Инфракрасная обработка», в The Nutrition Handbook for Food Processors , eds C.Дж. К. Генри и К. Чепмен (Abington: Woodhead Publishing), 423–432.

Скьёльдебранд, К. , и Андерссон, К. (1989). Сравнение инфракрасной выпечки хлеба и обычной выпечки. J. Микроволновая мощность EE 24, 91–101. дои: 10.1080/08327823.1989.11688080

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Смит, П.Г. (2003). Введение в технологию производства пищевых продуктов . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Kluwer Academic/Plenum Publishers. дои: 10.1007/978-1-4615-0201-2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шпеер, К.и Джон, П. (2006). Здоровая выпечка с STIR. Выпечка Bisc. 66–69.

Standing, CN (1974). Индивидуальные режимы теплообмена при выпечке бисквитов в ленточных печах. J. Food Sci. 39, 267–271. doi: 10.1111/j.1365-2621.1974.tb02872.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сумну Г., Шахин С. и Севимли М. (2005). Микроволновая, инфракрасная и инфракрасно-микроволновая комбинированная выпечка тортов. Дж. Фуд Инж. 71, 150–155. doi: 10. 1016/j.jfoodeng.2004.10.027

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Такач Р., Гейер Д., Беккер Т., Йовичич В., Збогар-Расич А. и Дельгадо А. (2017). Mehr Effizienz: Volumetrische keramische Brenner — самая инновационная, энергоэффективная технология для обратного процесса. Backtechnik J. 4, 32–35.

Академия Google

Тримис, Д., и Дерст, Ф. (1996). Горение в пористой среде – достижения и применение. Горение.науч. Технол. 121, 153–168. дои: 10.1080/00102209608935592

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тримис, Д., Пикенекер, О., и Вавзинек, К. (2005). «Пористые горелки», в Cellular Ceramics , под ред. М. Шеффлера и П. Коломбо (Weinheim: Wiley), 484–506. дои: 10.1002/3527606696.ch5e

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тримис Д., Вавзинек К., Кригер Р. и Шнайдер Х. (2002). «Высокоэффективная пористая излучающая горелка для промышленного применения», в материалах 6-й Европейской конференции по промышленным печам и котлам (INFUB-6) , Эшторил, Португалия.

VDI-Wärmeatlas (2013 г.). 11. Aufgabe, VDI-Buch . Берлин: Springer Vieweg.

Zareifard, M.R., Boissonneault, V., and Marcotte, M. (2009). Характеристики хлебобулочных изделий под влиянием конвекционного теплового потока. Пищевой рез. Междунар. 42 , 856–864. doi: 10.1016/j.foodres.2009.03.008

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Уникальный домашний теплообменник – Maine Wood Heat Co. Inc.

В Америке первыми устройствами для обогрева на дровах в историческую эпоху были большие открытые камины.К этому были добавлены дровяные печи, некоторые на задней стенке камина, а некоторые сбоку от камина. В середине-конце восемнадцатого века были изобретены чугунные кухонные плиты. У классической кухонной плиты с шестью крышками можно было снять одну или обе крышки, а также разделитель над топкой, а ступенчатые чугунные кастрюли и сковороды можно было поставить плотно, но прямо над огнем. До сих пор можно найти некоторые из этих старых ступенчатых горшков, в том числе большие чугунные чайники.

В конце концов, к одной стороне кухонной плиты был добавлен медный резервуар с оловянным покрытием для нагрева горячей воды для бытовых нужд.Вода наливалась в резервуар ведрами, и ее можно было набирать из резервуара с помощью кастрюли с длинной ручкой или через небольшой латунный кран в передней части печи, проходящий через резервуар и отливки.

Наш фермерский дом в Норриджуоке, штат Мэн, построенный в 1830-х годах, может похвастаться первой в этом районе круглогодичной системой водоснабжения. Родник на берегу рядом с домом был соединен с трубой, которая шла вниз по холму к гидроцилиндру, и повышение давления внутри колоколообразного плунжера позволило направить воду обратно вверх по трубе меньшего диаметра в дубовую бочку в кухня.Переливная труба выходила из верхней части бочки обратно в безопасную зону сброса на открытом воздухе. При правильном освещении вы все еще можете видеть небольшие деревянные бруски в широкой дощатой обшивке, где старые трубы пришли и ушли. Двадцать с лишним лет назад однажды к двери подошла женщина лет шестидесяти или семидесяти, которая жила в этом доме в детстве, и она смогла подробно описать, где именно стояла бочка, что подтвердило всю нашу детективную работу.

Эта система означала, что в доме круглый год была свежая вода на кухне нескончаемым потоком, но эта система только приносила воду в дом.Он не нагревал воду и не перемещал ее на плиту. Следующий прорыв в конструкции горячего водоснабжения произошел с изобретением латунного водяного змеевика для внутренней части топки кухонной плиты, соединенного с баком горячей воды на тридцать галлонов на подставке рядом с кухонной плитой, и проточной водой, поддерживающей бак и водяную рубашку. . Медные баки без изоляции почти никогда не перегревались, так как могли излучать все больше и больше тепла со своей поверхности по мере того, как жар топки в печи увеличивался по интенсивности или продолжительности.Эти системы очень эффективно доставляли горячую воду без предохранительных клапанов в любую часть дома, где был водопровод.

Раньше я ходил в хозяйственный магазин в Скоухегане, штат Мэн, где до сих пор продаются латунные колена с резьбой под углом 180 градусов, предназначенные для изготовления латунных водяных рубашек. Фото водяных рубашек, которые мы использовали, показано ниже.

Когда мы экспериментировали с различными более «современными» кухонными плитами, в том числе Waterford, Stanley из Ирландии, Stanley включала в себя бытовую жаркую рубашку, которая располагалась в задней части топки, и многие покупатели решили включить эту опцию в свои покупки Stanley. .В течение многих лет компания Maine Wood Heat была североамериканским импортером кухонных плит австрийского производства с очень большой водяной рубашкой, которая полностью окружала огонь. У австрийской Tirolia были изолированные боковые, задние и верхние стороны, а также изолированная крышка, поэтому ее можно было использовать даже летом для коротких ожогов. За один час мы могли нагреть резервуар горячей воды для бытовых нужд на восемьдесят галлонов с помощью гравитационного термосифонного контура, идущего к резервуару наверху. У нас был аквастат (термостат воды) в баке, который позволял баку достигать желаемого «высокого предела», который мы установили, а затем он автоматически заставлял включать циркуляционный насос радиатора дома.Всякий раз, когда в бытовом баке становилось мало тепла, следующая партия горячей воды всегда шла сначала в бак, а затем в радиаторы дома. Мы готовили, пекли, нагревали горячую воду и дом в течение многих лет, используя эту кухонную плиту центрального отопления. У нас все еще есть люди, звонящие нам, которые используют свои Tirolia в течение двадцати или более лет.

Австрийская компания в конечном итоге прекратила свою деятельность, и мы также решили прекратить их продажу, когда поняли, что нам нужно сделать выбор между системой с низким уровнем выбросов, такой как каменный нагреватель, и системой с более высоким уровнем выбросов, такой как водяная топка Tirolia. .Как только мы полностью переключили свое внимание на каменные обогреватели, интерес общественности к нагреву горячей воды для бытовых нужд или радиаторам из систем, которые мы строили, не угас. В самом начале каменных обогревателей в штате Мэн в конце 1970-х годов, я помню обогреватель, построенный недалеко от Капитолия штата Огаста, где кто-то проложил трубы горячей воды большого диаметра по всей системе, думая, что если немного сработает, то чем больше, тем лучше. лучше. В первый год эксплуатации утечка где-то в системе разрушила все.Пар, конечно же, обладает взрывной силой и очень опасен, поэтому любое попадание воды в систему каменной кладки должно быть тщательно спроектировано, понято и выполнено. Со временем мы обнаружили, что можем построить теплообменники из нержавеющей стали скромных размеров и поместить их прямо в огонь кирпичной деревянной кухонной плиты и получить хорошие результаты, хотя и с более грязным горением, чем топка без водяной рубашки. Мы также обнаружили, что, если мы поместим водяную рубашку из нержавеющей стали в непрямом или «удаленном» месте за слоем огнеупорного кирпича в области горловины наших нагревателей, мы можем получить дополнительный прирост заряда при производстве горячей воды для бытовых нужд без снижения уровня горения. эффективность.Другие люди разработали другие системы, которые выполняли аналогичную работу по скромному производству горячей воды для бытовых нужд. В одном или нескольких случаях мы разработали водяные рубашки, которые были сделаны из медных трубок поверх внутренних перекрывающих плит. Мы спроектировали, но не реализовали идею такого массива внутри лотка из нержавеющей стали поверх укупорочных плит с трубкой, окруженной стеклянными шариками, шариками, нержавеющей сталью или стальной дробью, и для улучшения проводимости медной трубки. Все такие конструкции требовали установки большого резервуара для горячей воды для бытовых нужд на уровне следующего этажа непосредственно над обогревателем и/или плитой, гарантирующей термосифонную неэлектрическую передачу тепла в резервуар.

В случае отключения электроэнергии такая установка гарантирует отсутствие перегрева змеевика или бака горячей воды из-за его большой емкости. Мы всегда не одобряли использование какой-либо бытовой системы с водяной рубашкой, соединенной с баком, расположенным под нагревателем и требующим наличия насоса для его безопасной работы. В Новой Зеландии Алби стало совершенно ясно, что новозеландцы хотят нагревать горячую воду от любого дровяного прибора, который они используют. В доме, где Альби останавливался с Крисом и Дебби Нейлор, на кухне была синяя эмалированная плита с топкой, облицованной огнеупором, и горизонтальной перегородкой над топкой.В горловине перегородки находилась трубка вторичного воздуха из нержавеющей стали для более полного сгорания, а в задней части вторичной камеры топки находилась рубашка для горячей воды для бытовых нужд, которую в Новой Зеландии называют «мокрой спиной».

Сампса планирует иметь несколько солнечных панелей для горячего водоснабжения в своем доме, но он также хотел нагреть немного горячей воды от своего каменного нагревателя, и он хотел, чтобы он не только нагревал горячую воду для бытовых нужд, но и отдавал тепло в большую комнату. на уровне ниже обогревателя и в ванную две перегородки за обогревателем.Вот почему обогреватель строится в гостиной, которую вы можете видеть на плане дома выше. В Германии очень распространены котлы центрального отопления из чугуна и огнеупорного кирпича, встроенные в керамическую плитку Kachelofens. Это помещает традиционный излучающий массовый обогреватель в центральную гостиную дома, но также направляет тепло в ряд удаленных комнат и также, вероятно, может производить горячую воду для бытовых нужд. Маловероятно, что такое центральное отопление Kachelofen будет гореть с эффективностью или чистотой стандартного «Grundofen» без водяной рубашки.

В Финляндии компания Sampsa нашла компанию, которая изготовила чугунный теплообменник, полностью исключающий присутствие горячей воды в самом нагревателе. Вместо этого система, которую он нашел, заменила верхние облицовочные плиты из литого огнеупора двумя «игольчатыми» пластинами из перекрывающегося чугуна, которые в конце пути пламени около верхней части нагревателя преобразовывали перегретые газы в горячий воздух в камере нагнетания. над пластинами и отправлял горячий воздух в удаленную коробку, которая монтировалась на стене в соседней комнате с собственным воздухо-водяным теплообменником. Это полная противоположность той системы, которую можно увидеть в местном гараже быстрой замены масла Prompto. Там масляный или газовый котел в подсобном помещении греет горячую воду. Вода подается к радиаторным блокам под потолком, оснащенным вентиляторами. Вентиляторы преобразуют водяное тепло в ребристых радиаторах в тепло горячего воздуха. Это, в сочетании с потолочными газовыми излучающими панелями, сохраняет тепло в гараже, не требуя каких-либо «мешающих» радиаторов на границе пола.

Чугунная «игольчатая» конструкция (или вверх и вниз в виде «гвоздя») позволяет поддерживать очень высокую эффективность сгорания и устранять опасность паровых взрывов в нагревателе, при этом всегда затрудняя передачу тепла в удаленные помещения. возможный.Вы можете увидеть еще одну фотографию этого «игольного дизайна» в предыдущей статье блога о серии конструкций панорамных дверей. Сампса нанимает инженера-теплотехника для помощи в размещении и подключении внешней системы теплообмена. Он уже проложил излучающий пол для своей удаленной спальни внизу и удаленной ванной, а на прошлой неделе был установлен земляной пол в жилой зоне, где мы установили обогреватель, что добавило почти фут высоты к уровню, с которого мы работали. Партнер по проектированию дома Свен (из Sven and Sarah Johnston), который также отвечает за штукатурку и земляные полы, теперь уложил большую часть земляных полов и отметил, что обогреватель выглядит намного короче, а пол теперь почти полностью уложен.Сампса тоже недавно написал и прислал фотографию своей мамы Сейи, которая, сидя на скамейке из мыльного камня в углу обогревателя, оформляла все мои билеты и бронирование отелей. Вы можете увидеть новую высоту пола под ее ногами.

Пройдет некоторое время, прежде чем нагреватель будет оштукатурен, а теплообменник подключен. После установки дымохода и подключения теплообменника, скорее всего, нагреватель будет немного прогрет, чтобы «осадить» агрегат и вызвать какое-либо движение и усадку перед нанесением штукатурки или штукатурки.Мы отправили информацию о традиционной шведской лепнине Kachelugn ребятам из Клайда. Эту информацию нам предоставил наш старый друг и коллега в Монреале Маркус Флинн, который один в Pyromasse строит одни из самых красивых кирпичных обогревателей в мире. Мы будем держать всех в курсе по мере того, как производительность теплообменника раскрывается и документируется. Планируется, что эффективность нагревателя и выбросы будут проверены после завершения соединения теплообменника и дымохода. Если система работает хорошо, мы связались с финской фирмой и готовы сделать ее доступной для клиентов здесь, в Штатах.Пожалуйста, дайте нам время, чтобы протестировать систему и уточнить всю информацию. Мы будем сообщать о прогрессе и доступности системы в будущих блогах.

Ближе к концу семинара у нас состоялась долгая дискуссия со всеми присутствующими участниками о том, как спроектировать самодельные эффективные системы горячего водоснабжения в каменный нагреватель после того, как они ясно дали понять, что хотят производить чистое тепло и горячую воду для бытовых нужд с помощью одного огня. , а не два. Следите за новостями о будущих событиях.

Тем временем мы скоро сообщим об удивительной добыче большого количества мыльного камня для проекта Сампсы и превращении этого мыльного камня всего за четыре или пять дней в подогнанные полированные плиты для полок, скамеек, плинтуса и отделки колпака для его обогревателя. Это произошло только благодаря феноменальному сотрудничеству и усилиям всех членов команды мастерской. В то время как двое каменщиков выполняли работу йоменов по укладке кирпичей, а еще один или двое занимались обслуживанием и смешиванием, каждая другая свободная рука была задействована в закреплении мыльного камня, поиске портативной рельсопилы, закреплении тяжелой бетонной плиты, размещении плит для большой бетонной плиты. портативной пилой, а затем разрезали плиту за плитой в течение двух дней, а затем перерабатывали каждую плиту в готовые детали.Вы можете увидеть отделку из мыльного камня позади Сейи, мамы Сампсы, на фотографии выше.

Дальше читайте историю о том, как все это было сфабриковано.

Кожухотрубные теплообменники

Уникальные запатентованные системы рекуперации тепла Epcon и наше стремление к инновациям позволяют нам оставаться на переднем крае технологий. Epcon — одна из немногих компаний, располагающих собственным современным предприятием по производству теплообменников.

Наши кожухотрубчатые теплообменники предназначены для эффективной и действенной передачи тепла при одновременном снижении расхода топлива.Теплообменник можно комбинировать с любой из наших других систем или в качестве модернизации. Кроме того, у Epcon есть несколько конструкций, в которых печи без горелок сочетаются с термическими окислителями для создания полностью интегрированной комбинированной системы печь/окислитель.

Стоимость топлива, необходимого для работы огневого оборудования (печей, окислителей и т. д.), может быть непомерной. Для снижения эксплуатационных расходов можно использовать теплообменник. Теплообменники используются для передачи тепла от одной жидкости (например, воздуха) с более высокой температурой к другой жидкости с более низкой температурой, таким образом используя тепло, которое в противном случае было бы потрачено впустую.В различных системах, производимых компанией Epcon, теплообменники используются для следующих целей:

Предварительный нагрев технологического газа на входе в установку термического окисления (также называемую первичным теплообменником). Тепло передается от горячего газа, выходящего из процесса горения, к входящему в него холодному воздуху. Двумя основными методами являются регенеративный и рекуперативный.
Использование газа для систем вторичного теплоснабжения, например для технологического отопления производственных помещений и отопительных котлов.

Регенеративные и рекуперативные теплообменники

Двумя основными типами первичной рекуперации тепла являются рекуперативные и регенеративные системы теплообменников.

В рекуперативных системах обычно используются кожухотрубчатые теплообменники. В этих теплообменниках поток холодного технологического газа проходит через ряд труб и нагревается другим потоком газа, который проходит по трубам со стороны межтрубного пространства. Эти типы систем обычно используются для термических окислителей с низкой и средней производительностью процесса и, как правило, могут обеспечить эффективность рекуперации тепловой энергии до 80%.

Теплообменники регенеративного типа используют среду для поглощения тепла, выделяемого одной более горячей жидкостью, и передачи его другой, более холодной жидкости. Типичные используемые среды представляют собой насадочные колонны из керамического материала с необходимыми зазорами для прохождения через них газов. Работа регенеративных теплообменников циклична. В первом цикле горячие газы/жидкости проходят через среду для ее нагрева. В следующем цикле холодные газы проходят через среду и нагреваются уже горячей средой.Регенеративные системы могут работать с расходом технологического процесса в низком или высоком диапазоне и могут обеспечивать эффективность рекуперации тепловой энергии до 95%+.

Экономайзеры

Экономайзер представляет собой тип теплообменника, который утилизирует отработанное тепло дымовых газов для предварительного нагрева жидкостей или использует его в другой части производственного процесса. Доступно несколько различных типов экономайзеров для различных применений, таких как ребристые трубы, змеевики, неконденсационные и конденсационные экономайзеры, но все они выполняют одну и ту же функцию. Конденсационные и неконденсационные типы в основном используются для повышения эффективности котельных систем, тогда как другие типы обычно используются на тепловых электростанциях и крупных технологических установках для рекуперации отработанного тепла дымовых газов.

Экономайзеры или теплообменники с ребристыми трубами утилизируют отходящее тепло от низкого до среднего и в основном используются для нагрева жидкостей. Система состоит из трубок, покрытых металлическими ребрами, чтобы максимизировать площадь поглощения тепла и скорость теплопередачи.Жидкость проходит по трубкам и улавливает тепло; затем горячая жидкость возвращается в систему, максимизируя и улучшая тепловой КПД.

Конденсационный экономайзер с непрямым или прямым контактом рекуперирует остаточное тепло продуктов сгорания, экономя расход топлива и затраты, а также снижая выбросы CO2.

Эффективность теплообменника

В компании Epcon эти теплообменники используются для передачи тепла от горячих газов с температурой 1500°F к холодным газам с температурой от -10°F до 500°F. Эффективность является мерой производительности теплообменника и определяется как отношение скорости теплопередачи к максимально возможной теплопередаче. Математическое выражение эффективности теплообменника выражается следующим уравнением.

E = (Скорость теплопередачи в теплообменнике)
(Максимально возможная скорость теплопередачи)
E = mc Cpc (Tce – Tci) / (m Cp)s (Thi-Tci)

Когда тепло от горячие газы используются для предварительного подогрева газов, поступающих в камеру сгорания, при этом массовые расходы и удельная теплоемкость входящих и выходящих газов остаются прежними.Мы используем следующее выражение для определения эффективности теплообменника, применимо приведенное ниже уравнение.

E = (Thi-The) / (Thi-Tci)
Где E = КПД
Thi = Температура сжигания
The = Температура на выходе из теплообменника
Tci = Температура холодного входа в теплообменник

Как эффективность теплообменника, увеличивается и утилизация тепла от данного потока горячих газов. Как правило, регенеративная рекуперация тепла предлагает более широкие возможности рекуперации тепла, где рекуперативная рекуперация стабилизировалась на уровне 80%, регенеративная рекуперация тепла может иметь эффективность почти 95%, а в некоторых ситуациях даже больше.

В рекуперативной системе площадь поверхности труб теплообменника представляет собой площадь поверхности, доступную для передачи тепла. Для большей эффективности эту площадь необходимо увеличить. Другими словами, необходимо увеличить количество трубок в теплообменнике. Очевидно, что более длинный теплообменник требует больших первоначальных затрат, но они быстро окупаются за счет топливной экономичности.

Теплообменники предназначены для достижения заданной эффективности. Количество воздушного потока на кожухотрубной стороне теплообменника известно.Также известен температурный диапазон, в котором предполагается работать теплообменник. Важными конструктивными параметрами являются длина труб теплообменника и количество трубок.

Благодаря многолетнему опыту и экспериментам компания Epcon создала базу данных конструкций теплообменников, основанную на сотнях применений, что ускоряет разработку концепции и обеспечивает успешный выбор системы. Epcon использует передовое программное обеспечение для компьютерного моделирования, поддерживаемое нашей базой данных установок, для анализа и определения количества труб, необходимых для проектирования теплообменника.Epcon всегда учитывает достаточный запас прочности и обеспечивает большую площадь теплопередачи, чем требуется. Таким образом, мы всегда уделяем первостепенное внимание надежности и отказоустойчивости системы, чтобы гарантировать удовлетворенность клиентов на протяжении всего срока службы системы.

Пример преимущества использования теплообменника:

Сравните массовый расход природного газа, необходимый для нагрева 10 000 кубических футов в минуту выхлопного технологического газа с 70°F до 1400°F, для системы без теплообменника и система с 70% эффективным теплообменником. Предположим, что доступная теплота природного газа составляет 950 БТЕ/стандартный кубический фут и потери тепла отсутствуют. Можно предположить, что средняя теплоемкость в этом диапазоне составляет 7,5 БТЕ/фунт-моль.

Молярный расход технологического газа:

E = (Thi-The) / (Thi-Tci)
Где E = Эффективность
Thi = Температура сжигания
The = Температура на выходе из теплообменника
Tci = Температура холодный теплообменник на входе

Тепло, необходимое для сжигания:

E = (Thi-The) / (Thi-Tci)
Где E = Эффективность
Thi = Температура сжигания
The = Температура на выходе из теплообменника
Tci = Температура холодного теплообмена на входе

Что изменяет общее количество необходимого тепла на:

Q = (26.4) (7,5) (1400-1001) = 0,79 x 105 БТЕ/мин

Получение всего необходимого природного газа:

NG = Q/HA = (0,79 x 105 / 950) = 83,15 станд.

Это экономия природного газа почти на 300%!

От теоретического к практическому, понимание тепловых нагрузок, воздействующих на теплообменник, а также факторов, влияющих на эффективность теплообмена и перепад давления в блоке и системе в целом, имеет решающее значение для проектирования работоспособной системы.

Проектирование и изготовление теплообменников — это работа, требующая специализированных инструментов/программного обеспечения, базы знаний по практическому применению, высококвалифицированных инженеров, опытных мастеров, обладающих опытом и стремлением производить продукцию мирового класса. Epcon доказала свои возможности и преуспела во всех этих категориях.

Вопросы производства

Изготовление кожухотрубчатых теплообменников включает резку труб и боковых листов, пробивку отверстий в боковых листах, сварку труб, компенсатор и боковые листы.Процессы и процедуры, разработанные в Epcon для ответственных сварных швов, являются одним из ключей к производству высококачественных и высокопроизводительных теплообменников, используемых во всех наших системах контроля загрязнения воздуха, печах и системах финишной обработки.

Теплообменник в печь для отопления: для чего нужен и как работает теплообменник

для чего нужен и как работает теплообменник

Уникальность фирменного теплообменника с торговой маркой «Ермак» подчеркивают следующие отличительные свойства:

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Возможные варианты использования теплообменника изображены на рисунке 3 (банная печь) и 4 (отопительная печь)

ВАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКА В ПЕЧАХ-КАМЕНКАХ И ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКА В БАННОЙ ПЕЧИ — ЕРМАК-16 (2012)

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКА С ОТОПИТЕЛЬНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ — ПЕЧЬ-КАМИН «САДОВЫЙ» ОВ/ЧП/С

в кирпичную печь своими руками, на трубу дымохода банной печки, к водяному котлу

Что такое теплообменник для отопления частного дома?

Установка в котле

Виды в зависимости от материала

Чугунные

Стальные

Разновидности по конструкции

Внешние

Внутренние

Установка в кирпичную печь

Преимущества

Правила изготовления и монтажа своими руками

Особенности использования на трубе дымохода

Банная печка с теплообменником

Общие рекомендации по монтажу

Полезное видео

Недостатки самодельных устройств

Теплообменник для печи

Как работает теплообменник?

Виды теплообменников для печи

Материалы для теплообменника

Монтаж печи с внутренним теплообменником

Простая схема наружного теплообменника

Особенности конструкции теплообменника

Теплообменник для кирпичной печи своими руками

Разновидности

Материалы

Конструкции

Змеевик как золотой стандарт

Бак для внутреннего монтажа

Водяная рубашка

Принцип работы

Как сделать своими руками теплообменник для печи из кирпича?

Как правильно использовать печь с теплообменником?

Описание и разновидности теплообменников, основные преимущества и особенности

Виды теплообменников

Внутренние

Внешние

Принцип работы

Варианты

Для кирпичной печи

Для печи на дровах

На банную печь

Основные преимущества

Сооружение теплообменника своими руками

Рекомендации по эксплуатации

Рекомендации пользователей

Из чего сделать теплообменник в печь или котел | Строительный журнал САМаСТРОЙКА

Что такое теплообменник (змеевик)

Из чего сделать теплообменник своими руками

Читайте также:

Сервис объявлений OLX: сайт объявлений в Украине

Нагревательные печи — Pirobloc

Эффективный теплообменник для газовой печи Для верхнего контроля нагрева Местное послепродажное обслуживание

Энергия пара: непрерывный тепловой нагрев в спиральных печах

Теплообмен в хлебопекарных печах

Abstract

Ключевые слова

Предварительный просмотр

Ссылка

Frontiers | Роль отдельных механизмов теплообмена в модельной хлебопекарной печи, обогреваемой пористыми объемными керамическими горелками

Введение

Пористая объемная керамическая горелка (VCB)

Инфракрасная печь для выпечки

Добавление воды во время выпечки

Новая концепция хлебопекарной печи на основе пористого VCB

Цель

Материалы и методы

Измерение теплопередачи в литературе

Измерение и контроль

Процедура измерения

Расчет теплопередачи

Leave A Reply
Отменить ответ