เราแต่ละคนเคยเจอเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ง่ายที่สุด ตัวอย่างที่โดดเด่นของสิ่งนี้คือการออกแบบ "pipe in pipe" หรืออะไรทำนองนั้น คงเป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงชีวิตของเราหากไม่ได้ประดิษฐ์เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน วันนี้มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจำนวนมาก พวกเขาแตกต่างกันไม่เพียง แต่ในลักษณะทางเทคนิค แต่ยังอยู่ในขอบเขต การออกแบบ ฯลฯ มาพูดคุยในรายละเอียดเพิ่มเติมในหัวข้อนี้และจัดการกับประเด็นที่น่าสนใจ
ข้อมูลทั่วไปบางส่วน
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ถ่ายเทความร้อนจากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน คุณต้องเข้าใจว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเองที่ไม่มีอุปกรณ์ทำความร้อนนั้นไร้ประโยชน์อย่างสมบูรณ์ แต่ในคอมเพล็กซ์คุณจะได้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมและให้ความร้อนได้สำเร็จแม้ในห้องขนาดใหญ่และเย็นมาก นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามอย่างต่อเนื่องเพื่อลดการสูญเสียความร้อนเมื่อถูกถ่ายโอนไปยังสภาพแวดล้อมอื่น วันนี้มันเป็นไปไม่ได้โม้ประสิทธิภาพ 100% แต่เราสามารถพูดถึงประสิทธิภาพได้อย่างปลอดภัย 90-95% การใช้งานตลอดจนคุณสมบัติทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นจากการใช้วัสดุที่เตรียมไว้เป็นพิเศษรวมถึงสารหล่อเย็น แน่นอนว่าทั้งหมดนี้ทำให้ราคาอุปกรณ์เพิ่มขึ้นบ้าง แต่ก็คุ้มค่า
เมื่อออกแบบ วิศวกรต้องเผชิญกับข้อกำหนดที่ขัดแย้งกันอยู่ตลอดเวลาซึ่งจำเป็นต้องรวมไว้ในขวดเดียว ตัวอย่างเช่น จำเป็นต้องลดความต้านทานไฮดรอลิกและในขณะเดียวกันก็เพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนต้องทนต่อการกัดกร่อน แต่ไม่ยากที่จะรักษา ทั้งหมดนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่ามีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลายประเภทปรากฏขึ้น ใช้อันที่เหมาะสมกับสถานการณ์ที่สุด
การจำแนกประเภทของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ขณะนี้มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจำนวนมาก ก่อนอื่นต้องแยกตามวิธีการถ่ายเทความร้อนไปยังตัวกลาง ที่นี่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบ่งออกเป็นกลุ่มต่อไปนี้:
- พักฟื้น;
- ปฏิรูป;
- ผสม;
- อุ่นด้วยไฟฟ้า
มาดูเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพักฟื้นกันดีกว่า การออกแบบผลิตภัณฑ์แสดงถึงการมีผนังชั้นเดียวหรือหลายชั้นที่มีการถ่ายเทความร้อน โดยปกติสิ่งนี้จะเกิดขึ้นในการเคลื่อนไหวที่มั่นคง เป็นที่น่าสนใจว่าในอุปกรณ์ดังกล่าวการถ่ายเทความร้อนจะดำเนินการด้วยการเคลื่อนไหวแบบบังคับโดยไม่เปลี่ยนเฟสรัฐ แต่สิ่งนี้ใช้ได้เฉพาะกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทำงานอย่างถาวรเท่านั้น หากเราพูดถึงหน่วยที่มีโหมดการทำงานเป็นระยะ ๆ ในช่วงเวลาหนึ่งจะมีการให้ความร้อนการระเหยและการทำความเย็นและทั้งหมดนี้อยู่ในโหมดต่อเนื่อง อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนไม่คงที่ เนื่องจากอุณหภูมิของสารหล่อเย็นที่ทางเข้าและทางออกแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ มักพบมวลรวมดังกล่าวในรูปของขดลวดและเป็นแผ่น ซี่โครง และรูปแบบอื่นๆ ต่อมาเราจะดูหลายประเภท แต่การจำแนกประเภทของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนไม่ได้จบเพียงแค่นั้น
หน่วยฟื้นฟูและทำความร้อนไฟฟ้า
ในกรณีนี้ เช่นเดียวกับก่อนหน้านี้ พื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนถูกใช้เพื่อถ่ายเทพลังงานความร้อน อย่างไรก็ตามพื้นผิวนี้เป็นหัวฉีดชนิดหนึ่ง มันทำหน้าที่เป็นสื่อกลางที่สะสมความร้อน โดยทั่วไปแล้ว กระบวนการทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นหลายขั้นตอน ในระยะแรก หัวฉีดจะรับรู้ความร้อนจำนวนหนึ่ง จากนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงไปยังขั้นตอนที่สองและสารหล่อเย็นจะถูกส่งไปยังพื้นผิวของหัวฉีด สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อเปลี่ยนการไหลของสารหล่อเย็น ในขั้นตอนนี้ หัวฉีดจะค่อยๆ เย็นลง และความร้อนที่สะสมจะถูกปล่อยออกสู่สภาพแวดล้อมที่ร้อน ซึ่งอาจเป็นห้องของคุณ
รีเจนเนอเรเตอร์เป็นยูนิตที่ไม่อยู่กับที่ หัวฉีดมักจะไม่มีการเคลื่อนไหว และกระบวนการทางความร้อนจะถูกทำซ้ำแบบซิงโครนัส อุปกรณ์ประเภทนี้มักเรียกว่าเครื่องขัดพื้นหรือคูลลิ่งทาวเวอร์
สาระสำคัญของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบใช้ความร้อนคือไฟฟ้าใช้เป็นแหล่งความร้อนหลัก การติดตั้งอาร์คไฟฟ้าใช้เพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อน พวกเขาสามารถเป็นได้ทั้งความร้อนโดยตรงและโดยอ้อม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่พบมากที่สุดในอุตสาหกรรมคือเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำและแบบต้านทาน อย่างที่คุณเห็น อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนอาจแตกต่างกัน ตอนนี้เราจะมาดูแต่ละประเภท ขอบเขต และคุณสมบัติการออกแบบอย่างละเอียดยิ่งขึ้น
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเกลียว
ตัวเครื่องเป็นแบบเกลียวคู่ พวกเขามักจะหมุนรอบพาร์ทิชันกลาง เมื่อต้องการทำเช่นนี้พวกเขาจะทำจากวัสดุรีด เป็นที่น่าสังเกตว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเกลียวเหมาะอย่างยิ่งสำหรับของเหลวที่ให้ความร้อนและความเย็นที่มีความหนืดสูง
โดยทั่วไปแล้ว พื้นผิวที่ให้ความร้อนนั้นประกอบขึ้นจากโลหะสองแผ่น ซึ่งยึดติดกับแกนด้วยการเชื่อม ตัวเครื่องประกอบด้วยช่องสัญญาณเพียง 2 ช่อง ซึ่งปกติจะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ทำเป็นเกลียว ปลายเกลียว (ภายใน) มีผนังกั้นและยึดด้วยหมุด เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถทำได้ทั้งแนวตั้งและแนวนอน หากไม่สามารถติดตั้งประเภทใดประเภทหนึ่งได้เนื่องจากพื้นที่ไม่เพียงพอหรือการกำหนดค่าห้องที่ซับซ้อน ระบบจะใช้ประเภทที่สองที่ดีกว่า เป็นที่น่าสนใจที่ผู้บริโภคสามารถเลือกเกลียวได้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีความกว้างของเกลียวต่างกันตั้งแต่ 20 ถึง 150 เซนติเมตร ในเวลาเดียวกัน พื้นผิวทำความร้อนสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 3.2 ถึง 100 ตารางเมตร ด้วยแรงดันของระบบสูงสุด 1 MPa
ควรสังเกตว่าอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนนี้มีข้อดีที่สำคัญหลายประการ ประการแรกมันเป็นความต้านทานไฮดรอลิกที่ลดลง ประการที่สองความกะทัดรัดและประสิทธิภาพสูงและความเข้มการถ่ายเทความร้อน แต่ทั้งหมดนี้มีส่วนทำให้มีข้อเสียในรูปแบบของการออกแบบและการซ่อมแซมที่ซับซ้อน
เกี่ยวกับแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน
ปัจจุบันผลิตแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพับและแยกไม่ได้ โดยปกติประเภทแรกจะดีกว่าเนื่องจากสาเหตุหลายประการ ประการแรกคือความง่ายในการบำรุงรักษา อุปกรณ์ดังกล่าวถูกถอดประกอบและประกอบอย่างรวดเร็ว ดังนั้นการสลายใด ๆ จะถูกลบออกในเวลาอันสั้น โมเดลที่ไม่สามารถแยกออกได้มักจะไม่ได้รับการซ่อมแซม และหากเป็นเช่นนั้นก็จะนานกว่านั้นมาก
จริงๆแล้วชื่อบ่งบอกว่าอุปกรณ์นี้ประกอบด้วยแพ็คเกจเพลทสำเร็จรูป พวกเขาสามารถทำจากวัสดุต่าง ๆ เช่นทองแดง ไททาเนียม กราไฟท์ ฯลฯ เกือบตลอดเวลา เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพ เพลตทำมาจากกระดาษลูกฟูก ในแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน การไหลของน้ำหล่อเย็นเย็นและร้อนจะไหลผ่านเป็นชั้นๆ
ตัวอุปกรณ์เองนั้นดีเพราะมีเลย์เอาต์ที่มีความสามารถ ทำให้สามารถเพิ่มพื้นที่ของพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อนและปรับให้เข้ากับขนาดที่ค่อนข้างเล็กได้ไม่ว่าในกรณีใดก่อนที่จะซื้อจะมีการคำนวณเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งช่วยให้คุณได้รับข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานที่อุปกรณ์ต้องการในกรณีเฉพาะ ต้องเข้าใจว่าเพลตทั้งหมดที่ถูกดึงเข้าด้วยกันในแพ็คเกจทำให้เกิดช่องระหว่างกันเนื่องจากมีรูปร่างเหมือนกัน ของเหลวไหลผ่านพวกมัน ตอนนี้เราจะมาดูรายละเอียดที่น่าสนใจเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์นี้กัน
ใช้ประเก็น
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น องค์ประกอบหลักของการถ่ายเทความร้อนคือจาน พวกเขาประทับตราเย็น ด้วยเหตุนี้จึงใช้โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนซึ่งสามารถเพิ่มความทนทานและประสิทธิภาพของตัวเครื่องได้อย่างมาก ความหนาของเพลต ขึ้นอยู่กับรุ่น สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 0.4 ถึง 1.0 มม. ในตำแหน่งการทำงาน เพลตจะถูกกดทับกันอย่างแน่นหนา ในกรณีนี้จะมีการสร้างช่องแบบ slotted ขนาดเล็ก ด้านหน้ามีร่องพิเศษติดตั้งปะเก็นยาง (ซีล) นอกจากนี้ปะเก็นยังมีรูที่จำเป็นสำหรับการจ่ายและการกำจัดของเหลว ในกรณีที่รูใดรูหนึ่งทะลุ จะมีระบบร่องระบายน้ำเพื่อป้องกันการผสมของสื่อเย็นและร้อน
เนื่องจากการสร้างกระแสทวนกลับระหว่างสื่อทั้งสอง จึงไม่เพียงแต่จะทำให้ชุดอุณหภูมิดีขึ้นเท่านั้น แต่ยังทำให้การถ่ายเทความร้อนเร็วขึ้นด้วยความต้านทานไฮดรอลิกที่ค่อนข้างน้อย มันจะไม่ฟุ่มเฟือยที่จะบอกว่าหลักการพื้นฐานของการทำงานนั้นขึ้นอยู่กับกระแสทวนนั่นคือการเคลื่อนที่ของความร้อนและของเหลวทำความร้อนในทิศทางต่างๆ เพื่อป้องกันการผสมจึงติดตั้งซีลยางสองชั้นหรือแผ่นโลหะ จำนวนเพลตและช่องสัญญาณอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในการทำงานของอุปกรณ์ ก่อนการสร้างจะมีการคำนวณความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งทำให้สามารถกำหนดโหมดการทำงานที่เหมาะสมที่สุดได้ บางครั้งใช้โลหะผสมราคาแพงซึ่งไม่กลัวการทำงานในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครีบจาน
PRT ใช้เพื่อถ่ายเทความร้อนในตัวกลางที่ไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาและก๊าซในช่วงอุณหภูมิกว้าง ตั้งแต่ -270 ถึง +200 องศาเซลเซียส ในกรณีนี้ ความดันในระบบสามารถสูงถึง 100 บรรยากาศและเริ่มจากสุญญากาศ การออกแบบมีพื้นฐานมาจากแนวคิดในการลงพื้นผิวยางบนแผ่นทั้งสองด้าน ตัวผลิตภัณฑ์ประกอบด้วยซี่โครงหลายซี่ซึ่งเกิดจากการถ่ายเทความร้อนระหว่างสื่อ เป็นที่น่าสังเกตว่ามันคือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นครีบที่มีรูปทรงครีบที่หลากหลาย สิ่งนี้ทำให้คุณสามารถเปลี่ยนลักษณะการทำงานและลักษณะทางเทคนิคได้เล็กน้อย ส่วนใหญ่คุณจะเห็นซี่โครงต่อเนื่องและเป็นคลื่น แต่นอกเหนือจากนี้แล้ว ยังมีของแปลก ๆ อีก เช่น แบบเจาะรูและแบบมีเกล็ด มักใช้แผ่นโลหะเป็นวัสดุ สามารถปรับความหนาได้ตามแรงดันในระบบและของไหลที่ใช้
บ่อยครั้งที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้ถูกสร้างขึ้นด้วยการไหลประเภทต่างๆ ส่วนใหญ่มักใช้ทวนกระแส แต่ก็มีทางตรงและทางตัดวงจร หากเราพูดสั้น ๆ เกี่ยวกับจุดแข็งของอุปกรณ์ดังกล่าวแสดงว่ามีมากมาย ประการแรก คุณสมบัติเหล่านี้เป็นคุณสมบัติในการทำงาน เช่น การถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็วและเข้มข้น ประการที่สองมีขนาดเล็ก วันนี้หลายคนบอกว่าเป็นครีบแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทันสมัยที่สุด ส่วนใหญ่มักใช้ PRT ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมพลังงาน การกลั่นน้ำมัน เคมีและการบิน ทั้งหมดนี้เกิดจากข้อได้เปรียบจำนวนมาก เช่นเดียวกับของเหลวและแรงดันต่างๆ ที่ใช้ในระบบ
ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ: การออกแบบและคุณสมบัติ
อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบพื้นผิวซึ่งเราได้ตรวจสอบแล้วไม่เป็นที่นิยมเท่าชุดเปลือกและท่อ นี่เป็นเพียงอุปกรณ์ที่กล่าวถึงในตอนเริ่มต้น ในเวอร์ชันที่ง่ายที่สุด นี่คือระบบ "pipe in pipe" เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้เป็นระบบ (มัด) ของท่อที่วางอยู่ในปลอก ท่อถูกรีดและเชื่อมเข้ากับตัวผลิตภัณฑ์ ในบางกรณีพวกเขาจะถูกลวกเพิ่มเติม สิ่งนี้ทำเพื่อให้แน่ใจว่ามีความรัดกุม 100% ตัวเครื่องมาพร้อมกับหัวฉีดเพิ่มเติม บางส่วนจำเป็นสำหรับการจ่ายไอน้ำ และบางส่วนสำหรับการกำจัดคอนเดนเสท นอกจากนี้ยังมีตะแกรงขวางในตัวเครื่อง ซึ่งใช้เพื่อรองรับท่อแลกเปลี่ยนความร้อนตลอดความยาวของตัวเครื่อง ที่น่าสนใจคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อใช้ที่อุณหภูมิตั้งแต่ 190 องศาเซลเซียสหรือแรงดันไอน้ำอิ่มตัวเกิน 15 บาร์
ระบบใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของของไหลสามารถถูกค้อนน้ำได้ ปรากฏการณ์นี้สามารถปิดใช้งานอุปกรณ์บางส่วนหรือทั้งหมดได้ เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น จึงมีการนำองค์ประกอบการจัดเก็บประเภทต่างๆ มาใช้ ซึ่งเรียกว่าถังขยาย แต่ในกรณีของเรา สิ่งนี้ไม่จำเป็น เนื่องจากตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อมีความทนทานต่อพวกมันมาก นอกจากนี้ ไม่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับความสะอาดของสิ่งแวดล้อม ข้อเสียที่สำคัญของอุปกรณ์ดังกล่าวคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทุกประเภทมีความเข้มข้นของโลหะมาก ซึ่งส่งผลต่อต้นทุนและขนาดขั้นสุดท้าย
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับอุปกรณ์แก๊ส
ไม่เป็นความลับที่เชื้อเพลิงแข็งหรือหม้อต้มก๊าซจะมีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนอยู่ในการออกแบบ เรียกอีกอย่างว่าเครื่องทำความร้อน เราได้พิจารณาประเภทหลักแล้ว อย่างที่คุณอาจสังเกตเห็น ประเภทเหล่านี้หรือเหล่านั้นถูกใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ อุปกรณ์บางตัวมีการใช้งานที่กว้างขึ้น ส่วนบางตัวใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภทและไม่เหมาะกับอุปกรณ์อื่นๆ ในกรณีของเรา มีการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อและแบบแผ่น ในกรณีแรก เรากำลังจัดการกับระบบท่อ ในกรณีที่สอง - กับเพลต โดยหลักการแล้ว ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับกีย์เซอร์จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดจำนวนหนึ่งโดยไม่คำนึงถึงประเภท ประการแรก มีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูง และประการที่สอง ให้มีความทนทานและทนต่ออุณหภูมิสูง วัสดุที่นิยมใช้ ได้แก่ ทองแดง อะลูมิเนียม และเหล็ก. ตัวเลือกหลังเป็นที่นิยมน้อยกว่าเนื่องจากโลหะดังกล่าวมีน้ำหนักมากซึ่งลดประสิทธิภาพลง ในกรณีใด ๆ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับน้ำพุร้อนจะต้องให้บริการอย่างน้อย 5 ปี
สรุป
เราจึงทบทวนประเภทหลักของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน สายพันธุ์เช่นเปลือกหอยและจานถูกทิ้งไว้โดยไม่สนใจ โดยหลักการแล้วพวกมันแตกต่างจากแผ่นลามิเนตหรือซี่โครงแบบคลาสสิกเล็กน้อย แต่คุณมักจะพบเตาอาบน้ำที่มีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนพร้อมปลอกหุ้ม อย่างไรก็ตาม คุณลักษณะสำคัญคืออุปกรณ์สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและแรงดันใช้งาน ตัวเรือนสามารถทำจากวัสดุต่างๆ เช่น ไททาเนียม สแตนเลส หรือเหล็กกล้าคาร์บอน เป็นที่น่าสนใจว่าเตาอาบน้ำที่มีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแผ่นได้รับการควบคุมอย่างดีสำหรับไอน้ำหรือคอนเดนเสท ซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญ โดยหลักการแล้ว เรื่องนี้สามารถจบเรื่องได้ เนื่องจากตอนนี้คุณรู้ทุกสิ่งที่คุณต้องการเกี่ยวกับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแล้ว
