Isı Eşanjörü Nasıl Çalışır?

Bir akışkan (sıvı veya gaz halinde) ile başka bir akışkan (başka bir sıvı veya gaz) arasında, iki akışkanın birbiriyle doğrudan temas etmesine izin vermeden ısıyı aktarmak için kullanılan ısı eşanjörleri, hem ısıtma hem de soğutma işlemlerinde kullanılır.

Isı eşanjörleriklima, kimya tesisleri, petrokimya tesisleri, petrol rafinerileri, elektrik santralleri, doğal gaz işleme, soğutma, kanalizasyon arıtma ve alan ısıtma gibi çeşitli uygulamalarda kullanılır. Bu aynı zamanda içten yanmalı motorlarda da bulunabilir; burada motor soğutma sıvısının radyatör bobinlerinden hava geçerken soğutma sıvısını soğutmasına ve havayı ısıtmasına izin verirler.

Bir ısı eşanjörü, bir akışkandan gelen ısının başka bir akışkana, daha soğuk olan akışkana, karışmadan veya doğrudan temas etmeden geçmesine izin vererek çalışır.

Örneğin, etrafında başka bir boru olan bir boru hayal edin. İç boru sıcak bir akışkanın içinden geçmesine izin verirken, daha soğuk bir akışkan da dış borudan eş zamanlı olarak geçirilebilir. Bu, daha sıcak akışkan aynı anda daha soğuk olanın ısısını arttırdığından, daha soğuk akışkanın daha sıcak olanın sıcaklığını azaltmasına izin verecektir. Elbette bu, ısı değişiminin çok temel bir örneğidir ve ısı değiştiricileri incelerken göz önünde bulundurulması gereken bir dizi başka faktör vardır:

1. Geçişler

Boruları örneğin 'S' şeklinde kıvırarak, akışkanların ısı eşanjöründen ayrılmadan önce birden fazla 'geçiş' yapmasına izin verebilirsiniz. Tek geçiş, akışkanın ısı eşanjörünün bir ucundan girip diğer ucundan oldukça hızlı bir şekilde çıktığı düz bir borudur. Çift geçişte U- şekli kullanılır, böylece akışkan ısı eşanjörüne aynı uçtan girip çıkar, böylece akışkanların ısı eşanjöründe birbirini-geçtiği süre uzatılır. Üçlü geçiş, akışkanın çıkmadan önce ısı eşanjörünün uzunluğu boyunca üç kez hareket etmesine olanak tanıyan 'S' şekilli bir formasyon kullanır. Geçiş sayısı ne kadar fazla olursa, ısı transferi miktarı da o kadar fazla olur - bunun nedeni, akışkanların sistemde daha uzun süre bir arada kalmasıdır - ancak bu aynı zamanda basınç düşüşlerine ve hız kaybına da yol açabilir.

2. Sıcaklık Arası-Aşırı

Sıcaklık geçişi-soğuk akışkanın ısısı, ısı eşanjöründeki sıcak akışkanın sıcaklığı ile geçmeye başladığında meydana gelir. Örneğin, 30⁰C sıcaklıktaki suyla birlikte 80⁰C sıcaklıktaki bir ısı eşanjörüne giren yağ, su 51⁰C'ye ulaştığında yağın 50⁰C'ye düşmesi durumunda sıcaklıklarının kesiştiğini görebilir. Bu noktada soğutucu akışkan (su) yağdan daha sıcak hale gelmiştir. Sıcaklık geçişi-özellikle soğutma sırasında ısı eşanjörünün verimliliğini önemli ölçüde azaltabilir. Bu, soğutma sıvısının akış hızını artırarak (aşağıdaki 'Akış Hızı' konusuna bakın) önlenebilir, böylece sistemde daha fazla soğutma sıvısı bulunur. Sıcaklık geçişinin kaçınılmaz olduğu durumlarda plakalı ısı eşanjörü kullanmak (aşağıdaki 'Isı Eşanjörü Tipleri'ne bakın) en iyi çözümdür.

3. Sıcaklık farkı

Bu, 'sıcaklık çaprazı-aşırı' (yukarıda) ile gösterildiği gibi, bir ısı eşanjöründe önemli olan, soğutucu ve sıcak akışkan arasındaki sıcaklık farkını ifade eder. Soğutma sıvısı, sıcak sıvıdan daha düşük bir sıcaklıkta tutulmalıdır ve soğutucu ne kadar soğuksa, sıcak sıvıdan ısının alınmasında o kadar etkili olacaktır.

4. Akış Hızı

Bu, belirli bir süre içinde bir borunun-bir kesitinden geçen sıvı miktarıdır. Bu, ısı eşanjörünün ısı aktarma kapasitesini potansiyel olarak artıran daha büyük bir akış hızıyla sıvının aktığı zaman başına sıvı hacmi - olarak hesaplanır. Bununla birlikte, daha fazla sıvı aynı zamanda taşınacak daha büyük bir kütlenin yanı sıra artan basınç kaybı ve hız anlamına da gelir.

Isı eşanjörleri akış düzenine veya ısı eşanjörünün tasarımına göre sınıflandırılabilir.

Isı eşanjörlerinde bulunan akış düzenlemesinin üç ana sınıflandırması paralel-akış, karşı akış ve çapraz-akıştır:

• Paralel Akış:İki akışkan, ısı değiştiricinin aynı ucundan girer ve birlikte çıkmadan önce paralel olarak hareket eder.
• Sayaç Akışı:Akışkanlar ısı değiştiricinin karşıt taraflarından girer ve sistem içerisinde zıt yönlerde hareket eder. Akışkanlar arasındaki ortalama sıcaklık farkı sistem genelinde daha yüksek kaldığından bu en verimli akış düzenlemesidir.
• Çapraz-Akış:Bu ısı değiştirici biçiminde, akışkanlar birbirine dik (dik açılarda) hareket eder.

Akış düzenlemesinin yanı sıra, ısı eşanjörleri, ısı eşanjörünün fiziksel tasarımına göre türe göre de kategorize edilebilir:

• Çift Boru:Bu, endüstri tarafından kullanılan en basit ısı değiştirici türüdür. Adından da anlaşılacağı gibi bunlar, içinden sıvıların akabileceği iki tüpten oluşur. Akış konfigürasyonu paralel veya karşı akışlı olabilir; karşı akış daha verimli olurken, iki akışkanın aynı sıcaklığa alınması gerekiyorsa paralel akış daha iyidir. Bu ısı eşanjörlerinin tasarımı ve bakımı kolay ve ucuzdur ancak diğer tasarımlarla karşılaştırıldığında nispeten düşük bir verimlilik düzeyine sahiptirler.
• Kabuk ve Tüp:Kabuk ve borulu ısı eşanjörleri, içinden ikinci akışkanın aktığı kapalı bir kabuk ile çevrelenmiş, içinden bir akışkanın aktığı bir dizi metal boru kullanır. Bu tür ısı eşanjörü tüm akış türleriyle (paralel, ters ve çapraz akış-) çalışır ve buharlı lokomotiflerde bulunabilir. Bölmeler sıvı akışını yönlendirmek, sıvıda titreşimleri tetiklemek ve boruları desteklemek için kullanılırken kanatçıklar aynı zamanda ısı transfer alanını artırmak için hava-soğutmalı teknolojilerle (yanmalı motor ara{-soğutucuları gibi) da kullanılabilir.
• Plaka/Yüzgeç:Bu tip ısı eşanjörü, bir binanın zeminlerine benzer şekilde seviyeler oluşturmak için kanatçıklar tarafından ayrı tutulan ince metal plaka yığınlarını kullanır. Bununla birlikte, bu 'katların' her biri bağımsızdır ve-üstteki veya alttaki kattan ayrılmıştır; bu da içinden sıvıların akabileceği kapalı bir dizi tüp oluşturur. Bu, hızlı bir şekilde ısı alışverişi yapabilen geniş bir yüzey alanı oluştururken aynı zamanda tüm ısı transfer yüzeyi boyunca sıvı akışını garanti ederek sıvının durgunluğunu ve birikmesini önler. Plakalar, oluklu levhalar, levha ve çerçeve, levha ve kabuk veya spiral levhalar dahil olmak üzere farklı boyutlarda, derinliklerde ve şekillerde oluşturulabilir. Plakalar arasındaki yüksek akış türbülansı, daha fazla ısı transferi ve basınçta bir azalma yaratır. Bu tip ısı değiştiriciler gaz fırınları ve kazanlar gibi uygulamalarda kullanılır.
• Hava Soğutmalı:Bu tip ısı değiştiriciler genellikle araçlarda ve soğuk suyun bulunmadığı diğer hareketli uygulamalarda bulunur. Hava soğutmalı sistemlerde iki sıvı yerine fandan gelen soğuk hava veya aracın hareketinden kaynaklanan hava akışı kullanılır.
• Kondenserler, Kazanlar ve Evaporatörler:Bu tip ısı değişimi, daha önce anlatılanlardan biraz farklı bir şekilde çalıştığı için özel olarak anılmayı hak ediyor. İki akışkanın (sıcak ve soğuk) yerleştirilmesi yerine, bir ısı transfer döngüsü oluşturmak için sıcak gazın soğutularak sıvı forma dönüştürülmesi (ve tam tersi) kullanılır. Bu, suyun buhara dönüştürülmesi ve ardından tekrar sıvıya soğutulması döngüsünü kullanan buhar türbinleri ve buhar jeneratörleri tarafından kullanılan işlemdir.
• İyileştiriciler:Reküperatör, bir binadan dışarı atılan ısı gibi, normalde kaybedilecek olan ısıyı yakalamak için tasarlanmış bir ısı eşanjörüdür. Sıcak hava, bir karşı akış oluşturmak için soğuk akışkanın ayrı bir gelen kanalının yanındaki bir kanaldan dışarı yönlendirilir. Isı-geri kazanımlı havalandırma sistemi bu şekilde çalışır; dışarı çıkan daha sıcak havadan gelen ısının tamamını kaybetmeden bir binanın temiz havayla havalandırılmasına olanak tanır
• Rejeneratörler:Bu tip ısı değiştiriciler hem gelen hem de giden akışkanların aynı kanaldan farklı zamanlarda zıt yönlerde hareket etmesine olanak sağlar. Sıcak akışkan dışarı akarken ısısının bir kısmını verir, soğuk akışkan içeri akarken orada kalan artık ısının bir kısmını alır. Bu tür ısı değişimi, sıkışan gazı bir ısı kaynağı (ateş gibi) ile daha soğuk bir alan veya ısının kaybolduğu 'lavabo' arasında ileri geri itmek için bir piston kullanan bir Stirling motorunda kullanılır. Bu tip ısı eşanjörü, ısıyı 'yenileyerek' sistemdeki ısı kaybını azaltır.

Isı eşanjörleri hem endüstriyel hem de günlük kullanımlarda çok çeşitli uygulamalar için kullanılır.

Isı eşanjörleri farklı tasarım ve akış sistemlerine sahip olsa da hepsi benzer şekilde çalışır; daha sıcak ve daha soğuk bir akışkan arasında termal temasa izin vererek (gerçekte karışmadan), böylece iki akışkanın birbirini buna göre-soğumasını veya ısıtmasını sağlar.

Bu, araçların ve diğer birimlerin verimliliğini artırmanın yanı sıra maliyetlerden tasarruf sağlar ve enerji tüketimini (ve ilgili çevresel etkileri) azaltır.

HX Planlarına Ulaşın

Isı eşanjörü uygulama senaryolarınız (gıda işleme, petrokimya endüstrisi, elektrikli soğutma gibi) ve ortam özellikleri (aşındırıcılık/viskozite/sıcaklık) farklılık gösterdiğinden, spesifikasyon planı da özel olarak uyarlanacaktır-lütfen ihtiyaçlarınızı bize bildirin, biz de size hedeflenen parametreler ve teklifler sunalım.

E-posta:global@gneesteels.com