เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทำงานอย่างไร?

ใช้ในการถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลวหนึ่ง (ของเหลวหรือเป็นก๊าซ) และของเหลวอื่น (ของเหลวหรือก๊าซอื่น) โดยไม่ยอมให้ของเหลวทั้งสองสัมผัสกันโดยตรง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจะใช้ทั้งในกระบวนการทำความร้อนและความเย็น

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย เช่น เครื่องปรับอากาศ โรงงานเคมี โรงงานปิโตรเคมี โรงกลั่นปิโตรเลียม โรงไฟฟ้า การแปรรูปก๊าซธรรมชาติ เครื่องทำความเย็น การบำบัดน้ำเสีย และการทำความร้อนในพื้นที่ นอกจากนี้ยังสามารถพบได้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน โดยปล่อยให้สารหล่อเย็นของเครื่องยนต์ไหลผ่านคอยล์หม้อน้ำในขณะที่อากาศไหลผ่าน ทำให้สารหล่อเย็นเย็นลงในขณะที่ทำให้อากาศร้อนขึ้น

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทำงานโดยปล่อยให้ความร้อนจากของไหลหนึ่งผ่านไปอีกตัวหนึ่ง ตัวทำความเย็นของของไหลโดยไม่ผสมหรือสัมผัสกันโดยตรง

ตัวอย่างเช่น ลองจินตนาการถึงท่อที่มีท่ออื่นอยู่รอบๆ ท่อด้านในอาจทำให้ของเหลวร้อนไหลผ่านได้ในขณะที่ของเหลวที่เย็นกว่าจะถูกส่งผ่านท่อด้านนอกพร้อมกัน สิ่งนี้จะช่วยให้ของเหลวทำความเย็นสามารถลดอุณหภูมิของของเหลวที่อุ่นกว่าได้ เนื่องจากของเหลวที่อุ่นกว่าจะเพิ่มความร้อนของของเหลวที่ทำความเย็นไปพร้อม ๆ กัน แน่นอนว่า นี่เป็นตัวอย่างพื้นฐานของการแลกเปลี่ยนความร้อน และมีปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการที่ต้องพิจารณาเมื่อตรวจสอบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน:

1. ผ่าน

ด้วยการโค้งงอท่อ เช่น เป็นรูปตัว 'S' คุณสามารถปล่อยให้ของเหลว 'ผ่าน' ได้มากกว่าหนึ่งครั้งก่อนที่จะออกจากตัวแลกเปลี่ยนความร้อน การผ่านครั้งเดียวคือท่อตรง ซึ่งของไหลเข้ามาที่ปลายด้านหนึ่งและออกที่ปลายอีกด้านหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนค่อนข้างเร็ว การผ่านสองครั้งใช้รูปทรงตัว U- เพื่อให้ของไหลเข้าและออกจากตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ปลายด้านเดียวกัน ซึ่งจะทำให้เวลาที่ของไหลไหลผ่านตัวหนึ่ง-ตัวหนึ่งในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนยาวนานขึ้น การผ่านสามครั้งใช้รูปแบบรูปตัว 'S' ซึ่งช่วยให้ของไหลเคลื่อนที่ไปตามความยาวของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสามครั้งก่อนที่จะออก ยิ่งจำนวนรอบการผ่านมากเท่าใด ปริมาณการถ่ายเทความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เพียงเพราะของเหลวอยู่ด้วยกันในระบบเป็นเวลานาน แม้ว่าสิ่งนี้อาจทำให้แรงดันลดลงและสูญเสียความเร็วก็ตาม

2. การข้ามอุณหภูมิ-เกิน

การข้ามอุณหภูมิ-เกิดขึ้นเมื่อความร้อนของของเหลวทำความเย็นเริ่มข้ามกับอุณหภูมิของของเหลวร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ตัวอย่างเช่น น้ำมันที่เข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่อุณหภูมิ 80⁰C ควบคู่ไปกับน้ำที่อุณหภูมิ 30⁰C อาจเห็นอุณหภูมิข้าม-หากน้ำมันลดลงเหลือ 50⁰C เมื่อน้ำมีอุณหภูมิถึง 51⁰C ณ จุดนี้ของเหลวที่ทำความเย็น (น้ำ) จะร้อนกว่าน้ำมัน การข้ามอุณหภูมิ-สามารถลดประสิทธิภาพของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อระบายความร้อน สิ่งนี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการเพิ่มอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็น (ดู 'อัตราการไหล' ด้านล่าง) เพื่อให้มีน้ำหล่อเย็นในระบบมากขึ้น ในกรณีที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงการข้ามอุณหภูมิ-สูงเกินไป การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น (ดู 'ประเภทของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้านล่าง) เป็นทางออกที่ดีที่สุด

3. ความแตกต่างของอุณหภูมิ

นี่หมายถึงความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสารหล่อเย็นและของเหลวร้อน ซึ่งมีความสำคัญในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ดังที่แสดงโดย 'การข้ามอุณหภูมิ-ด้านบน' (ด้านบน) ควรเก็บสารหล่อเย็นไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าของเหลวร้อน และยิ่งสารหล่อเย็นเย็นลง การนำความร้อนออกจากของเหลวร้อนก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น

4. อัตราการไหล

นี่คือปริมาณของของไหลที่ไหลผ่านหน้าตัด-ของท่อในช่วงเวลาที่กำหนด โดยคำนวณจากปริมาตรของของไหลต่อเวลาที่ของไหลไหล - โดยมีอัตราการไหลที่มากขึ้นซึ่งอาจเพิ่มความสามารถของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในการถ่ายเทความร้อน อย่างไรก็ตาม ของเหลวที่มากขึ้นยังหมายถึงมวลที่ขนส่งได้มากขึ้น เช่นเดียวกับการสูญเสียแรงดันและความเร็วที่เพิ่มขึ้น

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถจำแนกตามการจัดการไหลหรือตามการออกแบบตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเอง

การจำแนกประเภทหลักสามประเภทของการจัดเรียงการไหลที่พบในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนคือการไหลแบบขนาน-การไหลสวนทาง และการไหลข้าม-:

• การไหลแบบขนาน:ของเหลวทั้งสองจะเข้ามาที่ปลายด้านเดียวกันของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเคลื่อนที่ขนานกันก่อนที่จะออกไปพร้อมกัน
• การไหลสวนทาง:ของเหลวจะเข้าสู่ด้านตรงข้ามของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเดินทางผ่านระบบในทิศทางตรงกันข้าม นี่คือการจัดเรียงการไหลที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยระหว่างของไหลยังคงสูงกว่าทั่วทั้งระบบ
• ครอส-โฟลว์:ในรูปแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนี้ ของไหลจะเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉาก (ที่มุมฉาก) ซึ่งกันและกัน

เช่นเดียวกับการจัดกระแส เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถแบ่งตามประเภท ตามการออกแบบทางกายภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน:

• ท่อคู่:นี่คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดตรงไปตรงมาที่สุดที่ใช้โดยอุตสาหกรรม ตามชื่อบอกไว้ ท่อเหล่านี้ประกอบด้วยท่อสองท่อที่ของเหลวสามารถไหลผ่านได้ การกำหนดค่าการไหลอาจเป็นแบบขนานหรือไหลสวนทาง โดยการไหลสวนทางจะมีประสิทธิภาพมากกว่า ในขณะที่การไหลแบบขนานจะดีกว่าหากต้องใช้ของไหลทั้งสองชนิดที่อุณหภูมิเดียวกัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้ออกแบบและบำรุงรักษาได้ง่ายและราคาถูก แต่มีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับการออกแบบอื่นๆ
• เปลือกและท่อ:เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อใช้ชุดของท่อโลหะที่ของเหลวตัวหนึ่งไหลผ่าน ล้อมรอบด้วยเปลือกปิดผนึกซึ่งของเหลวตัวที่สองไหลผ่าน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้ใช้งานได้กับการไหลทุกประเภท ทั้งการไหลแบบขนาน การไหลสวนทาง และการไหลข้าม- และสามารถพบได้ในหัวรถจักรไอน้ำ แผ่นกั้นถูกใช้เพื่อควบคุมการไหลของของไหล ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนในของไหลและรองรับท่อ ในขณะที่ครีบยังสามารถใช้กับเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยอากาศ-ได้ (เช่น เครื่องทำความเย็นระหว่างเครื่องยนต์สันดาป-) เพื่อเพิ่มพื้นที่การถ่ายเทความร้อน
• จาน/ครีบ:เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้ใช้แผ่นโลหะบาง ๆ ซ้อนกันซึ่งแยกจากกันด้วยครีบเพื่อสร้างระดับ เหมือนกับพื้นของอาคาร อย่างไรก็ตาม 'พื้น' แต่ละอันจะมี-ในตัวและแยกออกจากด้านบนหรือด้านล่าง ทำให้เกิดชุดท่อที่ปิดสนิทซึ่งของเหลวสามารถไหลผ่านได้ สิ่งนี้สร้างพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ที่สามารถแลกเปลี่ยนความร้อนได้อย่างรวดเร็วในขณะเดียวกันก็รับประกันการไหลของของเหลวทั่วทั้งพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนทั้งหมด ป้องกันการซบเซาและการสะสมของของเหลว แผ่นสามารถสร้างได้ในขนาด ความลึก และรูปร่างที่แตกต่างกัน รวมถึงแผ่นลูกฟูก แผ่นและกรอบ แผ่นและเปลือก หรือแผ่นเกลียว ความปั่นป่วนของการไหลสูงระหว่างแผ่นทำให้เกิดการถ่ายเทความร้อนได้มากขึ้นและความดันลดลง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดนี้ใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น เตาแก๊สและหม้อไอน้ำ
• ระบายความร้อนด้วยอากาศ:เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้มักพบในยานพาหนะและการใช้งานเคลื่อนที่อื่นๆ ที่ไม่มีน้ำเย็น แทนที่จะใช้ของเหลวสองชนิด ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศจะใช้อากาศเย็นจากพัดลมหรือการไหลของอากาศที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของตัวรถ
• คอนเดนเซอร์ หม้อไอน้ำ และเครื่องระเหย:การแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้สมควรได้รับการกล่าวถึงเป็นพิเศษ เนื่องจากการทำงานในลักษณะที่แตกต่างไปจากที่อธิบายไว้แล้วเล็กน้อย แทนที่จะใส่ของเหลวสองตัว (ร้อนและเย็น) สิ่งเหล่านี้จะใช้การทำความเย็นและการควบแน่นของก๊าซร้อนให้กลายเป็นของเหลว (และในทางกลับกัน) เพื่อสร้างวงจรการถ่ายเทความร้อน นี่คือกระบวนการที่ใช้โดยกังหันไอน้ำและเครื่องกำเนิดไอน้ำ ซึ่งใช้วัฏจักรของการทำให้น้ำกลายเป็นไอเป็นไอน้ำ และต่อมาทำให้เย็นลงเป็นของเหลว
• ผู้พักฟื้น:เครื่องพักฟื้นคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ออกแบบมาเพื่อดักจับความร้อนที่อาจสูญเสียไป เช่น ความร้อนที่ระบายออกจากอาคาร อากาศอุ่นจะถูกส่งออกไปผ่านช่องทางควบคู่ไปกับช่องทางแยกของของเหลวเย็นที่เข้ามาเพื่อสร้างกระแสสวนทาง นี่คือวิธีการทำงานของระบบระบายอากาศเพื่อคืนความร้อน- ซึ่งช่วยให้อาคารสามารถระบายอากาศด้วยอากาศบริสุทธิ์ได้โดยไม่สูญเสียความร้อนทั้งหมดจากอากาศอุ่นที่ออกไป
• เครื่องกำเนิดใหม่:เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดนี้ช่วยให้ของเหลวทั้งขาเข้าและขาออกเคลื่อนที่ผ่านช่องเดียวกันในทิศทางตรงกันข้ามในเวลาที่ต่างกัน เมื่อของเหลวอุ่นไหลออกมา มันจะปล่อยความร้อนบางส่วน จากนั้นเมื่อของเหลวเย็นไหลเข้ามา ก็จะรับความร้อนที่ตกค้างบางส่วนที่หลงเหลืออยู่ การแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้ใช้ในเครื่องยนต์สเตอร์ลิง ซึ่งใช้ลูกสูบเพื่อดันก๊าซที่ติดอยู่ไปมาระหว่างแหล่งความร้อน (เช่น ไฟ) กับบริเวณที่เย็นกว่า หรือ 'อ่างล้างจาน' ซึ่งสูญเสียความร้อนไป เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้จะช่วยลดการสูญเสียความร้อนในระบบโดยการ 'สร้าง' ความร้อนใหม่

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใช้สำหรับการใช้งานที่หลากหลายทั้งในด้านอุตสาหกรรมและการใช้งานในชีวิตประจำวัน

แม้ว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะมีการออกแบบและระบบการไหลที่แตกต่างกันไป แต่ทั้งหมดก็ทำงานในลักษณะเดียวกัน ปล่อยให้ความร้อนสัมผัสกันระหว่างของเหลวที่ร้อนกว่าและเย็นกว่า (โดยไม่ต้องผสมกันจริงๆ) เพื่อให้ของเหลวทั้งสองร้อนหรือเย็นลงอีก-ตามลำดับ

สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของยานพาหนะและหน่วยอื่นๆ รวมถึงการประหยัดต้นทุนและลดการใช้พลังงาน (และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้อง)

เข้าถึงแผน HX

สถานการณ์การใช้งานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของคุณ (เช่น การแปรรูปอาหาร อุตสาหกรรมปิโตรเคมี การทำความเย็นด้วยพลังงาน) และคุณลักษณะปานกลาง (การกัดกร่อน/ความหนืด/อุณหภูมิ) จะแตกต่างกันไป ดังนั้นแผนข้อกำหนดจะได้รับการปรับเปลี่ยนโดยเฉพาะ-โปรดแจ้งให้เราทราบความต้องการของคุณ แล้วเราจะแจ้งพารามิเตอร์และใบเสนอราคาที่ตรงเป้าหมายให้กับคุณ

อีเมล:global@gneesteels.com