हीट एक्सचेंजर्स के प्रकार: फायदे, अनुप्रयोग और डिजाइन

औद्योगिक हीट एक्सचेंजर्स को उनके संरचनात्मक डिजाइन, प्रवाह विन्यास और गर्मी हस्तांतरण तंत्र द्वारा वर्गीकृत किया जाता है।इष्टतम हीट एक्सचेंजर का चयन करने के लिए थर्मोडायनामिक दक्षता को संतुलित करना आवश्यक हैचार प्राथमिक औद्योगिक प्रकार शेल और ट्यूब, प्लेट और फ्रेम, एयर-कूल्ड और डबल पाइप सिस्टम हैं।

थर्मल दक्षता और यांत्रिक विश्वसनीयता सीधे हीट ट्रांसफर सतहों के ज्यामितीय विन्यास पर निर्भर करती है।

शेल और ट्यूब कॉन्फ़िगरेशन उच्च दबाव वाले भारी उद्योगों में सबसे मजबूत और व्यापक रूप से तैनात डिजाइन है।इसमें एक बाहरी बेलनाकार खोल होती है जिसमें आंतरिक ट्यूबों का एक सटीक रूप से दूरी वाला बंडल होता है.

• डिजाइन भिन्नताः थर्मल विस्तार को समायोजित करने के लिए फिक्स्ड ट्यूब शीट, यू-ट्यूब और फ्लोटिंग हेड डिजाइन में उपलब्ध है।

• प्रवाह अनुकूलन: आंतरिक खंड बैफल्स को खोल के भीतर क्रॉस-फ्लो टर्बुलेंस को प्रेरित करने के लिए इंजीनियर किया गया है, जिससे ट्यूब कंपन को रोकते हुए खोल-साइड हीट ट्रांसफर गुणांक को अधिकतम किया जाता है।

प्लेट हीट एक्सचेंजर एक मॉड्यूलर फ्रेमवर्क का उपयोग करते हैं जिसमें पतली धातु की प्लेटों की एक श्रृंखला को एक साथ संपीड़ित किया जाता है।गर्म और ठंडे तरल पदार्थ इलास्टोमेरिक गास्केट द्वारा गठित वैकल्पिक चैनलों के माध्यम से बहते हैं.

• डिजाइन भिन्नताएँ: गस्केट प्लेट और फ्रेम (आसान रखरखाव), ब्राज प्लेट (संकुचित, उच्च दबाव), और वेल्डेड प्लेट (उच्च तापमान) ।

• प्रवाह अनुकूलन: प्लेटों पर घुमावदार "हेरिंगबोन" या "शेवरॉन" पैटर्न उच्च कतरनी तनाव और स्थानीय अस्थिरता पैदा करते हैं, यहां तक कि कम रेनॉल्ड्स संख्याओं पर भी,सीमा परत प्रतिरोध को काफी कम करना.

जब जल संसाधन सीमित हों या पर्यावरण ताप प्रदूषण के नियम सख्त हों, तो हवा से ठंडा होने वाली प्रणालियों को निर्दिष्ट किया जाता है।तरल पदार्थ ट्यूबों के बैंकों से होकर गुजरते हैं जबकि स्वचालित पंखे वायुमंडलीय हवा को उन पर चलाते हैं.

• डिजाइन भिन्नताः जबरदस्ती ड्राफ्ट (ट्यूब बंडल के नीचे स्थित प्रशंसक) और प्रेरित ड्राफ्ट (हवा खींचने के ऊपर स्थित प्रशंसक) ।

• प्रवाह अनुकूलन: हेलिकल रूप से घुमाया उच्च घनत्व वाले एल्यूमीनियम पंखों को यांत्रिक रूप से ट्यूबों के बाहरी हिस्से में बंधा जाता है ताकि हवा के किनारे की सतह का क्षेत्रफल तेजी से बढ़ सके।हवा की कम थर्मल चालकता की भरपाई.

सबसे सरल डिजाइन, जिसमें दो समकक्ष पाइप (एक दूसरे के अंदर) होते हैं। वे आमतौर पर "यू-आकार" हेयर-पिन व्यवस्था में कॉन्फ़िगर किए जाते हैं।

• डिजाइन भिन्नताः सादा आंतरिक ट्यूब या अनुदैर्ध्य रूप से पंख वाले आंतरिक ट्यूब।

• प्रवाह अनुकूलन: कम क्षमता वाले संचालन में अधिकतम थर्मल प्रभावकारिता प्राप्त करने के लिए शुद्ध प्रति-वर्तमान प्रवाह सेटअप के लिए सख्ती से उपयोग किया जाता है।

हीट एक्सचेंजर का इंजीनियरिंग आकार और रेटिंग मौलिक ऊष्मागतिकीय संबंधों पर निर्भर करता है।

समय की इकाई ($Q$) के अनुसार स्थानांतरित कुल ताप ऊर्जा को गर्म तरल पदार्थ द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा और इसे अवशोषित करने वाले ठंडे तरल पदार्थ के बीच संतुलन बनाना चाहिए:

आवश्यक भौतिक सतह क्षेत्रफल ($A$) की गणना करने के लिए, डिजाइन इंजीनियर LMTD विधि का उपयोग करते हैंः

इष्टतम थर्मल प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए द्रव गतिशीलता, संरचनात्मक धातु विज्ञान और थर्मोडायनामिक बाधाओं को संतुलित करना आवश्यक है। अत्यधिक उच्च दबाव प्रोफाइल वाले कठोर वातावरण के लिए,शेल एंड ट्यूब उद्योग मानक बना हुआ हैउच्च शुद्धता, परिवर्तनीय भार या अंतरिक्ष-प्रतिबंधित संचालन के लिए, प्लेट और फ्रेम प्रौद्योगिकी बेहतर आयतनगत ताप हस्तांतरण दर प्रदान करती है।