Co je protiproudová výměna?

Protiproudá výměna je vysoce účinný, přirozeně se vyskytující jev tepelného nebo chemického přenosu mezi tekutinami. Tento proces se provádí vodivým povrchem v případě tepla nebo částečně propustnou membránou v případě chemické výměny. V protiproudých burzách proudí dárcovská a přijímací tekutina vždy opačným směrem, což je charakteristika, která propůjčuje procesu jak jeho účinnost, tak jméno. Protiproudá výměna se vyskytuje v mnoha biologických systémech, jako jsou savčí ledviny, ptačí plíce a rybí žábry, a je běžně používaným průmyslovým chemickým a tepelným přenosovým systémem. Podobným systémem je proces souběžné výměny, který je méně účinný a vyznačuje se přenosem mezi tekutinami proudícími stejným směrem.

Výměna tepelné energie nebo suspendovaných látek mezi tekoucími tekutinami je běžným jevem v přírodě i v průmyslu. Tyto výměny proudu lze rozdělit do dvou skupin: souběžný a protiproud. Oba zahrnují výměnu tepla nebo suspendovaných chemikálií mezi tekutinami tekoucími v sousedních nádobách buď prostřednictvím vodivých povrchů, nebo polopropustných membrán. Jak tekutiny proudí přes jejich sdílené oblasti, teplo a chemikálie přirozeně proudí z oblastí s vysokou až nízkou koncentrací, dokud není dosaženo rovnováhy. Právě tato charakteristika elementárního přenosu zefektivňuje metodu protiproudové výměny.

Proces přenosu kyslíku v žábrách ryb je dobrým příkladem výhod protiproudé výměny. Jak krev chudá na kyslík narazí na protichůdný tok vody bohaté na kyslík, kyslík se začíná rozptylovat z vody do krevního oběhu. To způsobí pokles koncentrace kyslíku ve vodě a zvýšení hladiny krve v krvi. Vzhledem k tomu, že směry proudění jsou protichůdné, bude krev vždy protékat vodou s vyšší koncentrací kyslíku a výměna bude pokračovat, dokud se toky neodchylují. Při současných proudech však obě tekutiny proudí stejným směrem a vztah mezi koncentracemi rychle dosáhne rovnováhy, čímž účinně zastaví výměnu.

To znamená, že na rozdíl od současné varianty, protiproudové výměnné systémy nadále přenášejí příslušný prvek přes celou oblast výměny pro větší účinnost. Tato účinnost obvykle umožňuje přenosové hodnoty 100% s proudem příjemce opouštějícím systém se stejnou koncentrací tepla nebo chemikálií jako je tok dárce. Totéž však nelze říci o souběžných burzách s průměrnými převáděcími hodnotami v oblasti 50%. Díky tomu je metoda protiproudé výměny vhodná pro průmyslové procesy, jako je regenerativní výměna tepla a metody biologického přenosu, včetně renálních a plicních funkcí.