[تجهیزات انتقال حرارت] - ریکوپراتور - recuperator

[P O U R I A]

ریکوپراتور (recuperator) نوع خاصی از مبدل حرارتی (heat exchanger) بازیاب حرارت (heat recovery) جریان متقابل (counter flow) است که درون جریان‌های هوای تغذیه (supply) و اگزاست (exhaust) سیستم هواساز (air handling system) و یا هوای اگزاست فرآیندهای صنعتی قرار می‌گیرد و هدف آن بازیافت حرارت تلف شده (waste heat) می‌باشد.


در بسیاری از فرآیندها از احتراق برای تولید حرارت استفاده می‌شود و ریکوپراتور برای جلوگیری از به هدر رفتن این حرارت و استفاده مجدد آن به کار می‌رود. عبارت ریکوپراتور همچنین به مبدل های حرارتی با جریان متقابل (counterflow heat exchangers) مایع به مایع اشاره دارد که برای بازیابی حرارت در صنایع شیمیایی و پالایشگاه و فرآیندهای بسته مانند سیکل تبرید جذبی آمونیاک- آب و یا لیتیوم برماید-آب استفاده می‌شود.



ریکوپراتورها اغلب برای افزایش راندمان کلی، در بخش احتراق موتور حرارتی (heat engine) استفاده می‌شوند. به عنوان مثال در یک موتور توربین گاز، هوای فشرده و با سوخت مخلوط می‌شود و سپس می‌سوزد و برای رانش توربین مورد استفاده قرار می‌گیرد. ریکوپراتور بخشی از انرژی حرارتی تلف شده در اگزوز را به هوای فشرده انتقال می‌دهد و در نتیجه آن را قبل از ورود به مرحله مشعل پیش گرم می‌کند. از آن‌جا که گاز پیش گرم شده است، سوخت کم‌تری برای گرم شدن تا دمای ورودی توربین نیاز دارد. با بازیافت بخشی از انرژی که معمولا به صورت انرژی حرارتی تلف می‌شود، ریکوپراتور می‌تواند کارایی یک موتور و یا توربین گاز را افزایش قابل توجهی دهد.

 

[P O U R I A]

کاربرد ریکوپراتور در سیستم های تهویه مطبوع


در سیستم‌های HVAC، معمولا از ریکوپراتورها برای استفاده مجدد از انرژی حرارتی تلف شده در هوای خروجی استفاده می‌شود که به طور معمول به اتمسفر فرستاده می‌شود. این دستگاه‌ها به طور معمول شامل مجموعه‌ای از صفحات موازی از جنس آلومینیوم، پلاستیک، فولاد ضد زنگ، و یا الیاف مصنوعی هستند که جفت‌های یک در میان آن‌ها از دو طرف محصور شده و مجموعه‌ای از کانال‌های دوقلو با زاویه عمود بر یک‌دیگر را تشکیل می‌دهند که جریان‌های هوای تامین و خروجی را در خود جای می‌دهند. در این روش، حرارت از راه صفحات جدا کننده بین جریان هوای خروجی و جریان هوای ورودی منتقل می‌شود. تولید‌کنندگان ادعا می‌کنند که بر حسب مشخصات واحد، راندمان ناخالص تا 80 درصد می‌رسد.

---

کاربرد ریکوپراتور در کوره ذوب فلزات


ریکوپراتورها از سال‌های گذشته برای بازیابی حرارت گازها و پیش گرم کردن هوای احتراق و سوخت برای کاهش هزینه انرژی و انتشار کربن استفاده می‌شدند. در مقایسه با جایگزین‌هایی از قبیل کوره‌های ری‌ژنراتوری (regenerative furnaces)، هزینه‌های اولیه ریکوپراتورها کم‌تر است، نیاز به هیچ ولوی برای سویچ به عقب و جلو ندارند، هیچ فن درافت القایی (induced-draft fan) وجود ندارد و نیازی به شبکه‌ای از کانال‌کشی گاز در اطراف کوره نمی‌باشد.

از نظر تاریخی، نسبت بازیافت در ریکوپراتورها در مقایسه با کوره‌های ریژنراتوری کم بوده است. با این حال پیشرفت‌های اخیر فن‌آوری اجازه داده‌اند که ریکوپراتورها امکان بازیافت 70 تا 80 درصد از انرژی حرارتی تلف شده و هوای پیش‌گرم تا 850 تا 900 درجه سانتی‌گراد را فراهم کنند.

---

کاربرد ریکوپراتور در میکروتوربین‌ها


ریکوپراتورها می‌توانند برای افزایش راندمان توربین‌های گازی نیروگاهی به کار روند، به شرطی که گاز خروجی داغ‌تر از دمای خروجی کمپرسور باشد. حرارت خروجی از توربین برای پیش‌گرم کردن هوای کمپرسور قبل از گرم شدن بیش‌تر در محفظه احتراق به کار می‌رود و سوخت ورودی مورد نیاز را کاهش می‌دهد. هر چه اختلاف دمای بین خروجی توربین و ورودی کمپرسور بیش‌تر باشد، مزیت ریکوپراتور بیش‌تر خواهد بود. بنابراین میکروتوربین‌های (microturbines) کوچک‌تر از 1 مگاوات که به طور معمول دارای نسبت فشار کم هستند، بیش‌ترین امکان را برای استفاده از ریکوپراتور دارند. در عمل، با استفاده از ریکوپراتور امکان دو برابر کردن راندمان فراهم است. چالش عملی عمده برای ریکوپراتور در کاربردهای میکروتوربین، دمای بالای گاز خروجی است که می‌تواند از 750 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند.