כיצד פועל מחליף חום?

משמשים להעברת חום בין נוזל אחד (נוזל או כגז) לנוזל אחר (נוזל או גז אחר) מבלי לאפשר לשני הנוזלים לבוא במגע ישיר זה עם זה, מחליפי חום משמשים בתהליכי חימום וקירור.

מחליפי חוםמשמשים במגוון יישומים כולל מיזוג אוויר, מפעלים כימיים, מפעלים פטרוכימיים, בתי זיקוק לנפט, תחנות כוח, עיבוד גז טבעי, קירור, טיפול בשפכים וחימום חלל. ניתן למצוא את זה גם במנועי בעירה פנימית, שם הם מאפשרים לנוזל קירור מנוע לזרום דרך סלילי הרדיאטור כאשר האוויר זורם על פניהם, ולקרר את נוזל הקירור תוך כדי חימום האוויר.

מחליף חום פועל בכך שהוא מאפשר לחום מנוזל אחד לעבור נוזל אחר, קריר יותר, מבלי שהם יתערבבו או יבואו במגע ישיר.

לדוגמה, דמיינו צינור עם צינור נוסף סביבו. הצינור הפנימי יכול לאפשר לנוזל חם לעבור דרכו בעוד נוזל קריר מועבר בו זמנית דרך הצינור החיצוני. זה יאפשר לנוזל הקריר להפחית את הטמפרטורה של החם יותר, שכן הנוזל החם יותר הגביר בו זמנית את החום של הקריר יותר. כמובן, זוהי דוגמה בסיסית מאוד לחילופי חום, ויש עוד מספר גורמים שיש לקחת בחשבון בעת ​​חקירת מחליפי חום:

1. עוברים

על ידי עיקול הצינורות, למשל לצורת 'S', אתה יכול לאפשר לנוזלים לעבור יותר מ'מעבר' אחד לפני היציאה ממחליף החום. מעבר בודד הוא צינור ישר, שבו הנוזל נכנס בקצה אחד ויוצא בקצה השני של מחליף החום די מהר. מעבר כפול משתמש בצורת U-, כך שהנוזל נכנס ויוצא ממחליף החום באותו קצה, ומאריך את הזמן שבו הנוזלים עוברים אחד את השני במחליף החום. מעבר משולש משתמש במבנה בצורת 'S' המאפשר לנוזל לנוע לאורך מחליף החום שלוש פעמים לפני היציאה. ככל שמספר המעברים גדול יותר, כך כמות העברת החום זמינה גדולה יותר - פשוט בגלל שהנוזלים נמצאים יחד במערכת זמן רב יותר - אם כי זה יכול להוביל גם לירידות לחץ ואובדן מהירות.

2. מעבר טמפרטורה-

מעבר טמפרטורה-מתרחש כאשר החום של הנוזל הקריר מתחיל לחצות את הטמפרטורה של הנוזל החם במחליף החום. לדוגמה, שמן שנכנס למחליף חום ב-80⁰C לצד מים בטמפרטורה של 30⁰C, יכול לראות את הטמפרטורות שלהם מצטלבות-אם השמן יורד ל-50⁰C כשהמים יגיעו ל-51⁰C. בשלב זה הנוזל הקריר (מים) נעשה חם יותר מהשמן. מעבר טמפרטורה- יכול להפחית משמעותית את היעילות של מחליף חום, במיוחד בעת קירור. ניתן להימנע מכך על ידי הגדלת קצב הזרימה של נוזל הקירור (ראה, 'קצב זרימה' להלן), כך שיש יותר נוזל קירור במערכת. היכן שמעבר{12}}הטמפרטורה בלתי נמנעת, שימוש במחליף חום צלחות (ראה 'סוגי מחליף חום, להלן) הוא הפתרון הטוב ביותר.

3. הפרש טמפרטורה

זה מתייחס להבדל הטמפרטורה בין נוזל הקירור לנוזל החם, שהוא חשוב במחליף חום, כפי שמוצג על ידי 'הצלבת טמפרטורה- (למעלה). יש לשמור על נוזל הקירור בטמפרטורה נמוכה יותר מהנוזל החם, וככל שנוזל הקירור קר יותר, כך הוא יהיה יעיל יותר בהוצאת חום מהנוזל החם.

4. קצב זרימה

זוהי כמות הנוזל שעוברת בחתך -של צינור בפרק זמן מסוים. זה מעובד כנפח הנוזל לזמן שהנוזל זרם - עם קצב זרימה גדול יותר שעלול להגדיל את יכולתו של מחליף החום להעביר חום. עם זאת, יותר נוזל פירושו גם מסה גדולה יותר להובלה, כמו גם הגדלת אובדן הלחץ והמהירות.

ניתן לסווג מחליפי חום לפי סידור הזרימה או לפי התכנון של מחליף החום עצמו.

שלושת הסיווגים העיקריים של סידור זרימה המצויים במחלפי חום הם זרימה מקבילה-, זרימה נגדית וזרימה צולבת-:

• זרימה מקבילה:שני הנוזלים נכנסים באותו קצה של מחליף החום ועוברים במקביל לפני שהם יוצאים יחד
• זרימה נגדית:הנוזלים נכנסים בצדדים מנוגדים של מחליף החום ועוברים דרך המערכת בכיוונים מנוגדים. זהו סידור הזרימה היעיל ביותר, מכיוון שהפרש הטמפרטורה הממוצע בין הנוזלים נותר גבוה יותר בכל המערכת
• צולב-זרימה:בצורה זו של מחליף חום, הנוזלים נעים בניצב (בזוויות ישרות) זה לזה

כמו גם סידור הזרימה, ניתן לסווג מחליפי חום לפי סוג, בהתאם לתכנון הפיזי של מחליף החום:

• צינור כפול:זהו הסוג הפשוט ביותר של מחליף חום המשמש את התעשייה. כפי שהשם מרמז, אלה מורכבים משני צינורות שדרכם יכולים לזרום נוזלים. תצורת הזרימה יכולה להיות זרימה מקבילה או נגדית, כאשר זרימה נגדית יעילה יותר בעוד שזרימה מקבילה טובה יותר אם צריך לקחת את שני הנוזלים לאותה טמפרטורה. מחליפי חום אלו קלים וזולים לתכנון ותחזוקה אך בעלי רמת יעילות נמוכה יחסית לעיצובים אחרים
• מעטפת וצינור:מחליפי חום של מעטפת וצינורות משתמשים בסט של צינורות מתכת שדרכם זורם נוזל אחד, מוקפים במעטפת אטומה שדרכה זורם הנוזל השני. סוג זה של מחליף חום עובד עם כל סוגי הזרימה - זרימה מקבילה, נגדית וצולבת- וניתן למצוא אותו בקטרי קיטור. מבצרים משמשים לכוון זרימת נוזלים, לעורר רעידות בנוזל ולתמוך בצינורות, בעוד שסנפירים יכולים לשמש גם עם טכנולוגיות מקוררות אוויר (כגון מצננים בין-מנועי בעירה) כדי להגדיל את שטח העברת החום
• צלחת/סנפיר:סוג זה של מחליף חום משתמש בערימות של לוחות מתכת דקים המוחזקים בנפרד על ידי סנפירים כדי ליצור מפלסים, בדומה לרצפות של בניין. עם זאת, כל אחת מה'רצפות' הללו היא-עצמאית ומופרדת מזו שלמעלה או מתחת, ויוצרת סדרה אטומה של צינורות שדרכם יכולים לזרום נוזלים. זה יוצר שטח פנים גדול המסוגל להחליף חום במהירות תוך הבטחת זרימת נוזלים על פני כל משטח העברת החום, ומונעת סטגנציה והצטברות נוזלים. ניתן ליצור את הלוחות בגדלים, עומקים וצורות שונות, לרבות צלחות גליות, צלחת ומסגרת, צלחת וקונכייה או צלחות ספירלות. מערבולת זרימה גבוהה בין הלוחות יוצרת העברת חום גדולה יותר וירידה בלחץ. סוג זה של מחליף חום משמש ביישומים כגון תנורי גז ודוודים.
• מקורר אוויר:סוג זה של מחליף חום נמצא בדרך כלל בכלי רכב ויישומים נעים אחרים שבהם מים קרירים אינם זמינים. במקום שני נוזלים, מערכות מקוררות אוויר משתמשות באוויר קריר ממאוורר או זרימת אוויר הנגרמת מתנועת הרכב עצמו.
• מעבים, דוודים ומאיידים:סוג זה של חילופי חום ראוי לציון מיוחד מכיוון שהוא פועל בצורה מעט שונה מאלה שתוארו כבר. במקום להכניס שני נוזלים (חמים וקרים), אלה משתמשים בקירור ובעיבוי של גז חם לצורת נוזל (ולהיפך) כדי ליצור מחזור העברת חום. זהו התהליך המשמש את טורבינות הקיטור ומחוללי הקיטור, המשתמשים במחזור האידוי של המים לקיטור ובהמשך הקירור שלהם חזרה לנוזל.
• מחלימים:מחזיר חום הוא מחליף חום שנועד ללכוד חום שאחרת היה הולך לאיבוד, כגון חום שיוצא מבניין. האוויר החם מופנה החוצה דרך תעלה לצד ערוץ נפרד ונכנס של נוזל קריר כדי ליצור זרימה נגדית. כך פועלת מערכת אוורור-להתאוששות חום, המאפשרת לאוורר בניין באוויר צח מבלי לאבד את כל החום שלו מהאוויר החם היוצא
• מחדשים:סוגים אלה של מחליף חום מאפשרים לנוזלים הנכנסים והיוצאים לנוע דרך אותה ערוץ בכיוונים מנוגדים בזמנים שונים. כשהנוזל החם זורם החוצה הוא מוותר על חלק מהחום שלו אז, כשהנוזל הקריר זורם פנימה, הוא קולט חלק מהחום השיורי שנשאר שם. סוג זה של חילופי חום משמש במנוע סטירלינג, שמשתמש בבוכנה כדי לדחוף גז כלוא קדימה ואחורה בין מקור חום (כמו אש) לאזור קריר יותר, או 'כיור', שבו החום הולך לאיבוד. סוג זה של מחליף חום מפחית את איבוד החום במערכת על ידי 'חידוש' החום.

מחליפי חום משמשים למגוון רחב של יישומים בשימושים תעשייתיים ויומיומיים כאחד.

בעוד שמחליפי חום מגיעים במגוון של עיצובים ומערכות זרימה שונות, כולם פועלים בצורה דומה; המאפשר מגע תרמי בין נוזל חם יותר לנוזל קריר יותר (מבלי לערבב בפועל), כך ששני הנוזלים מחממים או מקררים זה את זה- בהתאם.

זה משפר את היעילות של כלי רכב ויחידות אחרות, כמו גם חיסכון בעלויות והורדת צריכת האנרגיה (וכל השפעה סביבתית הקשורה).

הגע לתוכניות HX

תרחישי היישום של מחליפי החום שלך (כגון עיבוד מזון, תעשייה פטרוכימית, קירור חשמל) ומאפיינים בינוניים (קורוזיות/צמיגות/טמפרטורה) משתנים, אז גם תוכנית המפרט תהיה מותאמת באופן בלעדי-אנא הודע לנו על הצרכים שלך, ואנו נספק לך פרמטרים ממוקדים והצעות מחיר.

אֶלֶקטרוֹנִי:global@gneesteels.com