Kaloryfer

Chłodnica konwekcyjno-powietrzna, wykonana z aluminium, pochodzi z samochodu XXI wieku.

Grzejniki to wymienniki ciepła służące do przenoszenia energii cieplnej z jednego medium do drugiego w celu chłodzenia i ogrzewania. Większość grzejników jest skonstruowana do pracy w samochodach , budynkach i elektronice .

Chłodnica jest zawsze źródłem ciepła dla swojego otoczenia, chociaż może to służyć albo do ogrzewania tego środowiska, albo do chłodzenia dostarczanego do niego płynu lub chłodziwa , jak w przypadku chłodzenia silników samochodowych i suchych wież chłodniczych HVAC . Pomimo nazwy, większość grzejników przenosi większość swojego ciepła poprzez konwekcję zamiast promieniowania cieplnego . ^{[ potrzebne źródło ]}

Historia

Rzymski hypocaust to wczesny przykład grzejnika do ogrzewania pomieszczeń w budynkach. Franz San Galli , urodzony w Prusach rosyjski biznesmen mieszkający w Petersburgu , jest uznawany za wynalazcę grzejnika około 1855 roku, który otrzymał patent na grzejnik w 1857 roku, ale Amerykanin Joseph Nason opracował prymitywny grzejnik w 1841 roku i otrzymał szereg amerykańskich patenty na gorącą wodę i ogrzewanie parowe.

Promieniowanie i konwekcja

Żeliwny grzejnik konwektorowy z 1904 roku

Przenoszenie ciepła z grzejnika odbywa się za pomocą dwóch mechanizmów: promieniowania cieplnego i konwekcji w przepływającym powietrzu lub cieczy. Przewodnictwo zwykle nie jest głównym źródłem wymiany ciepła w grzejnikach. Grzejnik może nawet przenosić ciepło poprzez zmianę fazy , na przykład podczas suszenia pary skarpet. W praktyce termin „grzejnik” odnosi się do dowolnego z wielu urządzeń, w których ciecz krąży przez odsłonięte rury (często z żeberkami lub innymi środkami zwiększającymi powierzchnię). Termin „ konwektor „ odnosi się do klasy urządzeń, w których źródło ciepła nie jest bezpośrednio narażone.

Aby zwiększyć powierzchnię dostępną do wymiany ciepła z otoczeniem, grzejnik będzie miał wiele żeberek, stykających się z rurką przenoszącą ciecz pompowaną przez grzejnik. Powietrze (lub inny płyn zewnętrzny) w kontakcie z żebrami przenosi ciepło. Jeśli przepływ powietrza jest zablokowany przez brud lub uszkodzenie żeberek, ta część chłodnicy nie będzie skutecznie przenosić ciepła.

Ogrzewanie

Panelowy grzejnik konwektorowy, typowy dla standardowego systemu centralnego ogrzewania w Wielkiej Brytanii

Grzejniki są powszechnie stosowane do ogrzewania budynków na kontynencie europejskim. W radiacyjnym systemie centralnego ogrzewania ciepła woda lub czasami para wodna jest wytwarzana w centralnym kotle i rozprowadzana pompami przez grzejniki w budynku, gdzie ciepło to jest przekazywane do otoczenia.

W Izraelu przenośne grzejniki są powszechne do ogrzewania pojedynczego pomieszczenia, jako bezpieczniejsza alternatywa dla grzejnika i termowentylatora .

Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja

Grzejniki są stosowane w suchych wieżach chłodniczych i wieżach chłodniczych z obiegiem zamkniętym do chłodzenia budynków przy użyciu chłodzonych cieczą agregatów chłodniczych do ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC), jednocześnie utrzymując chłodziwo agregatu chłodniczego w izolacji od otoczenia.

Chłodzenie silnika

Wnęka silnika samochodu, z chłodnicą z przodu

Chłodnice samochodowe z podwójnymi siatkami rur: kratki ułożone schodkowo po lewej stronie, kratki równoległe po prawej

Chłodnice stosowane są do chłodzenia silników spalinowych , głównie w samochodach, ale także w samolotach z silnikami tłokowymi , lokomotywach kolejowych , motocyklach , stacjonarnych elektrowniach i innych miejscach, w których stosowane są silniki cieplne ( jednostki pływające , posiadające nieograniczony dopływ stosunkowo chłodnej wody na zewnątrz, zwykle zamiast nich stosuje się wymienniki ciepła typu ciecz-ciecz ).

Aby schłodzić silnik cieplny, płyn chłodzący przepływa przez blok silnika , gdzie pochłania ciepło z silnika. Gorący płyn chłodzący jest następnie podawany do zbiornika wlotowego chłodnicy (umieszczonego na górze chłodnicy lub wzdłuż jednej strony), skąd jest rozprowadzany przez rdzeń chłodnicy rurami do innego zbiornika na przeciwległym końcu chłodnicy . Gdy płyn chłodzący przepływa przez rurki chłodnicy w drodze do przeciwległego zbiornika, przenosi większość swojego ciepła do rurek, które z kolei przekazują ciepło do żeber które utknęły między każdym rzędem rurek. Następnie żebra oddają ciepło do otaczającego powietrza. Płetwy służą do znacznego zwiększenia powierzchni styku rur z powietrzem, zwiększając w ten sposób efektywność wymiany. Schłodzony płyn jest doprowadzany z powrotem do silnika i cykl się powtarza. Zwykle chłodnica nie obniża temperatury płynu chłodzącego z powrotem do temperatury otoczenia, ale nadal jest wystarczająco schłodzona, aby zapobiec przegrzaniu silnika.

Ten płyn chłodzący jest zwykle na bazie wody, z dodatkiem glikoli zapobiegających zamarzaniu i innych dodatków ograniczających korozję , erozję i kawitację . Jednak chłodziwem może być również olej. Pierwsze silniki wykorzystywały termosyfony do cyrkulacji chłodziwa; jednak obecnie wszystkie silniki, z wyjątkiem najmniejszych, wykorzystują pompy .

Do lat 80. XX wieku rdzenie chłodnic były często wykonane z miedzi (żeberka) i mosiądzu (do rur, kolektorów i płyt bocznych, podczas gdy zbiorniki mogły być również wykonane z mosiądzu lub tworzywa sztucznego , często poliamidu ). Począwszy od lat 70. XX wieku wzrosło wykorzystanie aluminium , ostatecznie przejmując zdecydowaną większość zastosowań chłodnic samochodowych. Głównymi zachętami dla aluminium są zmniejszona waga i koszt. ^{[ potrzebne źródło ]}

Ponieważ powietrze ma niższą pojemność cieplną i gęstość niż płyny chłodzące, dość duże objętościowe natężenie przepływu (w stosunku do płynu chłodzącego) musi zostać przedmuchane przez rdzeń chłodnicy, aby uchwycić ciepło z płynu chłodzącego. Grzejniki często mają jeden lub więcej wentylatorów , które przedmuchują powietrze przez chłodnicę. Aby zmniejszyć zużycie energii przez wentylatory w pojazdach, chłodnice często znajdują się za kratką w przedniej części pojazdu. Powietrze ramowe może zapewnić część lub całość niezbędnego przepływu powietrza chłodzącego, gdy temperatura płynu chłodzącego pozostaje poniżej projektowanej maksymalnej temperatury układu, a wentylator pozostaje wyłączony. ^{[ potrzebne źródło ]}

Elektronika i komputery

Pasywny radiator na płycie głównej

Ponieważ urządzenia elektroniczne stają się coraz mniejsze, problem rozpraszania ciepła odpadowego staje się coraz trudniejszy. Maleńkie grzejniki zwane radiatorami służą do przenoszenia ciepła z elementów elektronicznych do strumienia chłodzącego powietrza. Radiatory nie wykorzystują wody, a raczej przewodzą ciepło ze źródła. Wysokowydajne radiatory mają miedź, która lepiej przewodzi. Ciepło jest przekazywane do powietrza przez przewodzenie i konwekcję; stosunkowo niewielka część ciepła jest przenoszona przez promieniowanie ze względu na niską temperaturę urządzeń półprzewodnikowych w porównaniu z ich otoczeniem.

Grzejniki są również używane w pętlach chłodzenia cieczą do odrzucania ciepła.

Statek kosmiczny

Grzejniki znajdują się jako elementy niektórych statków kosmicznych. Promienniki te działają poprzez wypromieniowywanie energii cieplnej w postaci światła (zwykle w podczerwieni, biorąc pod uwagę temperatury, w których statki kosmiczne próbują działać), ponieważ w próżni kosmicznej ani konwekcja, ani przewodzenie nie mogą działać, aby odprowadzać ciepło. Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej widać je wyraźnie jako duże białe panele przymocowane do głównej kratownicy . Można je znaleźć zarówno na statkach z załogą, jak i bez załogi.

Zobacz też

Radiatori – mały, przysadzisty makaron w kształcie kaloryferów