Co je to protiproudová výměna?

Protiploudová výměna je vysoce účinný, přirozeně se vyskytující jev tepelného nebo chemického přenosu mezi těly tekutin. K tomuto procesu probíhá vodivý povrch v případě tepla nebo částečně propustné membrány v případě chemické výměny. Na protiproudových výměnách tekutina dárce a příjemce vždy proudí v opačných směrech, což je charakteristika, která propůjčuje proces jeho účinností i jeho název. Protiproudová výměna se nachází v mnoha biologických systémech, jako jsou savčí ledviny, plice ptáků a rybí žábry a je běžně používaným průmyslovými chemickými a tepelnými přenosovými systémy. Podobným systémem je proces souběžného výměny, který je méně účinný a má přenosy mezi tekutinami proudícími stejným směrem.

Výměna tepelné energie nebo suspendovaných látek mezi tekujícími tekutinami je běžným jevem v přírodě i průmyslu. Tyto současné výměny toku lze rozdělit do dvou skupin: souběžné a protiopatřenínájemné. Oba zahrnují výměnu tepla nebo suspendovaných chemikálií mezi tekutinami tekoucími v sousedních cévách buď prostřednictvím vodivých povrchů nebo polopropustných membrán. Jak tekutiny proudí přes jejich sdílené oblasti, teplé a chemikálie přirozeně teče z vysokých do nízko koncentračních oblastí, dokud není dosaženo rovnováhy. Je to charakteristika přenosu elementárního přenosu, díky které je metoda protiproudové výměny efektivnější z těchto dvou.

Proces přenosu kyslíku v žábkách ryby je dobrým příkladem výhod kontrasturdní výměny. Protože krev chudá na kyslík splňuje protichůdný tok vody bohaté na kyslík, kyslík začíná rozptylovat z vody a do krevního oběhu. To způsobuje, že koncentrace kyslíku ve vodě klesá a v krvi vzroste. Vzhledem k tomu, že jsou směry toku proti tomu, bude krev vždy proudit po vodě s vyššíKoncentrace kyslíku a výměny bude pokračovat, dokud se toky nerozlišují. Při souběžných tocích však obě tekutiny proudí ve stejném směru a vztah mezi koncentracemi rychle dosahuje rovnováhy, čímž účinně zastaví výměnu.

To znamená, že na rozdíl od souběžné varianty, protiproudové směnné systémy nadále přenášejí příslušný prvek na plnou výměnnou oblast za větší účinnost. Tato účinnost obvykle umožňuje přenosové hodnoty 100%, přičemž tok příjemce opouští systém se stejnou koncentrací tepla nebo chemikálií, jako je tok dárce. Totéž však nelze říci o souběžných burzách, s průměrnými přenosovými hodnotami běžícími v oblasti 50%. Díky tomu je metoda pro protiproudové výměny vhodné pro průmyslové procesy, jako jsou regenerační výměnu tepla a metody biologického přenosu, včetně renálních a plicních funkcí.