Isı Değiştirici Nedir? Isı Değiştirici Tipleri

Birçok farklı sektörde kullanılan ısı değiştiricileri, iklimlendirme uygulamalarında, buharlaştırıcı ve yoğuşturucularda, kimya endüstrisindeki damıtıcılarda, otomobil radyatörlerinde, buhar jeneratörleri gibi daha birçok yerde karşımıza çıkmaktadır. Bu kadar yaygın olan bu cihazları daha yakından tanımak ister misiniz?

A- A+

07.06.2021 tarihli yazı 8788 kez okunmuştur.

Isı değiştiricileri, farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkan arasında ısı transferi yapılmasını sağlar. Isı değiştiricinin türüne göre ısı transferi; sıvıdan sıvıya, sıvıdan gaza veya gazdan gaza şeklinde olabilir. Sistem hem soğutma hem de ısıtma işlemlerinde kullanılabilir. Değiştiricinin tipine göre içerisindeki akışkanlar, doğrudan temas halinde olabilir veya arasında ayırıcı katı ile temassız bir biçimde olabilir. Değiştirici tipleri temelde aynı çalışma prensibine sahiptir.

Ayırıcı katman bulunan değiştiricide, daha yüksek sıcaklığa sahip olan akışkanın ısısı, ısı transfer yüzeyinde toplanır. Bu ısı, transfer yüzeyinin diğer tarafı ile temas halinde olan daha düşük sıcaklıktaki diğer akışkana transfer olur. Ayırıcı katman olmayan değiştiricide ise akışkanlar birbirine karışır. Bu şekilde akışkanlar arasında ısı transferi gerçekleşmiş olur.

Şekil 1: Bir ısı değiştiricinin temel çalışma şeması örneği

► İlginizi çekebilir: Transformatörlerde Soğutma Nasıl Yapılır?

Yapısal Özelliğine Göre Değiştirici Tipleri

Borulu Tip Isı Değiştiricileri

Şekil 2: Gövde borulu tip ısı değiştirici şeması

Isı değiştiricileri ihtiyaca göre farklı biçimlerde sınıflandırılabiliyor olsalar da, genellikle yapısal olarak sınıflandırılırlar. Temelde borulu, levhalı, kanatlı ve rejeneratif olmak üzere dört farklı yapı olarak karşımıza çıkarlar.

Gövde borulu, çift borulu ve spiral borulu olmak üzere 3 farklı tipte borulu ısı değiştirici vardır. Gövde borulu değiştiricilerin ana bileşenleri Şekil 2' de görüldüğü gibidir. Engelleyici paneller, boruları desteklemek ve akışkanı dolaştırmak için bulunur. Isı transferi hesaplamalarına göre panellerde aralıklar ve sıklıklar bulunabilir.

Şekil 2.1: Çift borulu tip ısı değiştirici şeması

Çift borulu ısı değiştiricilerde, Şekil 2.1' de görüldüğü üzere gövde ve boru iç içedir. Bu tip değiştiricide borular kanatçıklı veya düz yapılı olabilir. Bir akışkan gövdede diğer akışkan boruda hareket eder. Çift borulu ısı değiştiricilerin kullanım alanları sınırlıdır. Birim maliyetinin fazla olması sebebi ile daha çok büyük kapasiteli olmayan uygulamalarda kullanılır.

Şekil 2.2: Spiral borulu tip ısı değiştirici şeması

Spiral borulu ısı değiştiricilerinde sarmal şeklinde borular bulunur ve akışkanlar birbirlerine paralel biçimde akarlar. Bu tip değiştiricilerin ana avantajı alanı verimli kullanmasıdır ve değiştiricide performans iyileştirmeye olanak tanır. Daha az pompalama enerjisi ile sahip olduğu sarmal yapı ile daha az basınç düşüşü yaşanır ve bu sayede enerji maliyetleri azalırken termal verimliliği artar. Ayrıca kompakt, hafif ve kurulumları kolaydır.

Levhalı Tip Isı Değiştiricileri

Şekil 3: Conta levhalı tip ısı değiştirici şeması

Levhalı ısı değiştiriciler, ince plakalar halinde birbirlerine boru geçitler ile olup, levhalar geniş yüzey alanına sahiptir. Bu tip değiştiriciler yüksek basınç, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç&sıcaklık farkına dayanıksızdır. Levhaların yüzeyleri düz, çukurlu, kanatçıklı, yivli, şevron veya başka desenler ile basılmış olabilir. Şekil 3' de görüldüğü gibi levhalar istiflenebildiği için düşük hacim ve maliyete sahiptir. Spiral, contalı ve lamel olmak üzere üç farklı levhalı ısı değiştirici tipi vardır. Daha çok temizlenebilirliği nedeniyle "açık döngülerde" contalı tip kullanılır.

Kanatlı Tip Isı Değiştiricileri

Şekil 4: Kanatlı levhalı tip ısı değiştirici

Kanatlı levhalı ve kanatlı borulu olmak üzere iki tipi vardır. Kanatlı ısı değiştiricilerinde kanatlar, ısı transfer yüzeyini önemli ölçüde arttırır ve bu da ısı iletimini arttırarak alınan verimi önemli ölçüde yükseltir. Kanatlar, ısı iletiminde verim artması amaçlandığından boru veya levha boyunca bulunurlar ve bu yüzden alüminyum veya bakırdan yapılırlar.

Kanat tasarımları delikli, tırtıklı, balıksırtı ve düz olmak üzere temelde 4 tip vardır. Düz kanat tasarımı temel tiptir. Delikli tasarım, düze göre az miktarda performans artışı gösterir ancak alan kaybı nedeniyle akışkanın kanat kanalları boyunca geçirildiği işlemlerde kullanılır. Tırtıklı tasarım ise, her 3,2 mm'de bir kanatçıklar kesilip, kesilen kanatçığı önceki kanatçıkla olan mesafesinin yarısı kadar önceki kanatçığa yaklaştırılarak uygulanır. Bu tasarım önemli ölçüde ısı transferi verimini arttırır. Balıksırtı tasarımda, kanatçıklar her 9,5 mm'de bir yana kaydırılarak zikzak bir yol verilir. Tasarımın performansı düz ve tırtıklı tasarım arasındadır ancak yüksek hızlı ve basınçlı işlemlerde verimi arttırır.

Rejeneratif Isı Değiştiricileri

Şekil 5: Rejeneratif ısı değiştirici şeması

► İlginizi çekebilir: Rejeneratif Frenleme Nasıl Çalışır?

Rejeneratif ısı değiştiricilerinin sabit yataklı ve dönen olmak üzere iki farklı çeşidi vardır. Isı transferi diğer değiştiricilerin aksine doğrudan değildir. Değiştirici, ısıyı geçici olarak depolayıp sonrasında geçirilen akışkana aktarılır. Depolama sahası ile geçit yataklarının arasında dolgu malzemesi bulunduğundan akışkanlar birbirine temas etmezler. Değiştiricinin her iki tarafındaki akışkan aynı olabilir. Akışkan başka bir işlem adımından geçerek sonrasında başka işleme tabi tutulmak maksadıyla ters yönde geri akabilir. Amacına göre bu işlemler döngüsel olarak uygulanır.

Sanayi devrimi sırasında geliştirilerek dönemin önemli teknolojilerinden olmuştur. Günümüzde yüksek basınçlı kazanlarda ve bazı kimyasal uygulamalarda kullanılmaktadır.

Akış Düzeni Tipleri

Şekil 6: Tek geçişli, gövde borulu, paralel akışlı değiştirici

Isı değiştiricileri akış düzenlerine göre paralel, ters ve çapraz olarak üç ana sınıfa ayrılır. Paralel akışlı değiştiricide, aynı uçtan iki akışkan birlikte girerek aynı uçtan terk ederler. Bu tip değiştiriciler yüksek sıcaklık verimi gerektiren uygulamalarda kullanılmazlar.

Şekil 6.1: Tek geçişli, gövde borulu, ters akışlı değiştirici

Ters akışlı ısı değiştiricide, akışkanlar değiştiriciye ters uçlardan girerler. Bu tip değiştiricide uzunluk fark etmeksizin, mesafe boyunca ortalama sıcaklık farkı daha yüksektir. Bu sebepten birim kütle başına ısı transferi konusunda en verimli olan değiştirici tipidir.

Şekil 6.2: Gövde borulu, çapraz akışlı değiştirici

Çapraz akışlı ısı değiştiricide, akışkanlar değiştirici boyunca birbirine dik olarak hareket eder. Ters akışlı ve paralel akışlı değiştiriciye göre verimlilikleri orta seviyededir.

Kaynak:

► explainthatstuff.com
► pipingengineer.org
► mmo.org
► thomasnet.com
► wikipedia
► goochthermal.com
► thermopedia.com