Heat Exchanger เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน คือ หลักการทำงาน หน้าที่ มีกี่แบบ

Heat Exchanger (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) คืออะไร

Heat Exchanger(เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) คือ อุปกรณ์หลักที่มีความสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อนำมาใช้เป็นเครื่องมือหรือตัวกลางในการถ่ายเทความร้อน สำหรับของไหลชนิดหนึ่งไปยังของไหลอีกชนิดหนึ่ง


โดยที่ของเหลวทั้ง 2 ชนิดจะมีอุณหภูมิต่างกัน ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากของไหลที่ร้อนกว่าไปสู่ของไหลที่เย็นกว่า ซึ่งการถ่ายเทความร้อนลักษณะนี้ จะต้องผ่านตัวกลางหรือ Heat Exchanger มาช่วยทำให้ของไหลทั้ง 2 ชนิด ไม่สัมผัสและผสม


อุตสาหกรรมส่วนใหญ่จะนำอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนมาใช้เพื่อการพาสเจอร์ไรซ์,การแปรรูปด้วยระบบ ยูเอชที (UHT) ,อุตสาหกรรมปุ๋ย,เส้นใย,อาหารกระป๋อง หรือตามโรงงานต่างๆก็มี เช่น ระบบทำความร้อน,ระบบทำความเย็น ,โรงไฟฟ้า ,โรงงานยา ,อุตสาหกรรมน้ำมัน ,อุตสาหกรรมเคมี ,อุตสาหกรรมเรือ

หรือแม้กระทั่งการระบายความร้อนของหม้อน้ำในรถยนต์การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างคอยล์เย็นกับอากาศเพื่อกระจายอากาศเย็นไปยังห้องปรับอากาศ heat exchanger ก็เข้ามามีส่วนสำคัญอีกด้วย หากคุณสนใจเรื่องราวเกี่ยวกับ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน heat exchanger เราได้รวบรวมมาให้คุณแล้ว


Heat Exchanger ทำหน้าที่อะไร หลักการทํางาน
ปัจจุบันอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับพลังงานความร้อนส่วนใหญ่ จะต้องมีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นองค์ประกอบหนึ่งอยู่ด้วย กระบวนการทำงานของ Heat Exchanger ทำหน้าที่เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลวสองชนิด โดยที่ของไหลไม่จำเป็นต้องผสมกัน
ตัวอย่างกระบวนการอุตสาหกรรมที่นำ heat exchangers มาใช้ในการทำงานด้วยก็มี เช่น อุตสาหกรรมน้ำมัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจะถูกใช้ เพื่อการเพิ่มอุณหภูมิให้กับน้ำมันดิบ เปลี่ยนสภาวะของไอที่ออกมาจากหอกลั่นให้เป็นของเหลว
กลไกในการทำงานของการถ่ายเทความร้อน ในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ได้แก่ การพาความร้อน (Convection) ผ่านของไหล และการนำความร้อน (Conduction) ผ่านตัวกลาง เป็นต้น

โดยหลักการทํางานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน หรือ Heat Exchanger จะเริ่มต้นที่กระบวนการไหลในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหลขนานของเหลวทั้งสองจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนที่ปลายด้านเดียวกันและเคลื่อนที่ขนานกันไปยังอีกด้านหนึ่ง
ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหลย้อนของเหลวจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนจากปลายอีกด้านหนึ่ง จากความร้อนปานกลางต่อหน่วยมวลที่สูงขึ้น แลกเปลี่ยนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหลข้ามของเหลวจะเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากซึ่งกันและกันผ่านตัวแลกเปลี่ยน
หากมีการออกแบบให้ลักษณะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพิ่มพื้นที่ผิวของผนังระหว่างของเหลวทั้งสองให้มากที่สุด จะเป็นการช่วยเพิ่มความสามารถในการถ่ายโอนความร้อนได้มากขึ้นด้วย นอกจากนี้หากนำเอาพลังงานความร้อนมาใช้อย่างถูกหลักการ จะช่วยเพิ่มให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นอีกด้วย


Heat Exchanger มีกี่แบบ

Shell and tube heat exchangers
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์และท่อ หรือ shell and tube heat exchanger เครื่องมือที่ใช้ในระบบต่าง ๆ ทางด้านวิศวกรรมอย่างกว้างขวางที่นิยมมากในปัจจุบัน เพราะมีความสามารถในการถ่ายโอนความร้อนโดยผ่านผนังท่อโดยของไหลทั้งสองชนิดไม่ให้เกิดการผสมกัน และการไหลนั้นสามารถออกแบบให้อยู่ในลักษณะไหลสวนทางหรือไหลขนานก็ได้ หรือทั้งสองอย่างในเครื่องเดียวกันก็ได้ นอกจากนี้อาจออกแบบให้ของไหลมีทิศทางตั้งฉากกับท่อก็ได้อีกด้วย

Double pipe heat exchangers
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อสองชั้น หรือ Double pipe heat exchangers เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดนี้จะมีลักษณะเป็นแบบสองท่อและสวมเข้าด้วยกัน โดยทิศทางการไหลของของเหลวนั้น อาจไหลสวนทางกัน เรียกว่า Counter flow หรือไหลขนานกันก็ได้ โดยเรียกว่า Parallel flow

Plate heat exchangers
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น หรือ Plate Heat Exchanger การทำงานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดนี้จะใช้แผ่นโลหะเพื่อถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลวสองชนิด
ข้อดีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น คือ การถ่ายเทความร้อนจะดีกว่าชนิดอื่น เนื่องจากของเหลวจะถูกสัมผัสกับพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่ามาก และกระจายได้ทั่วแผ่น ทำให้สามารถเพิ่มความเร็วของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างมาก
นอกจากนี้ Plate Heat Exchanger เป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมอาหาร เพื่อเพิ่มหรือลดอุณหภูมิในระบ การแปรรูปอาหารด้วยความร้อนในระบบการพาสเจอไรซ์อย่างต่อเนื่องการทำให้เข้มข้น และ ระบบ ยู เอช ที


ส่วนประกอบของ Heat Exchanger


Tubes : เป็นผิวผนังของท่อและเป็นตัวกลางในการถ่ายโอนความร้อนระหว่างของไหลทั้งสองชนิดให้ไหลผ่านในจุดนี้
Tube Sheet : แผ่นสวมท่อทางเป็นส่วนที่ยึด Tube bundle เพื่อสำหรับการติดตั้งตัวท่อตามลักษณะการจัดวางท่อตามที่ได้รับการออกแบบ เพื่อให้เข้ากับส่วนของฝาครอบ

Tie Rods : เหล็กยึดบันได หรือลูกนอน มีความสำคัญในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นตัวยึดในการติดตั้งให้อย่างแน่นหนา ระหว่างแผ่นกั้นส่วนท้ายที่ปลายด้านหนึ่งและแผ่นท่อที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

Front Headers : ส่วนหัวด้านหน้า อาจจะแตกต่างกันไปตามการจัดเรียงของแรงดันการไหลที่ใช้ ราคา ความสะดวกในการทำความสะอาด และการซ่อมแซม

Rear headers : ส่วนหัวด้านหลังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน หากมีการขยายตัวทางความร้อนสูงมาก ส่วนหัวด้านหลังจะถูกนำมาใช้งานด้วย

Cooling System : ระบบทำความเย็นในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ทำหน้าที่ของคอนเดนเซอร์ คือการทำให้วัตถุเย็นลงจนกว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงเฟสจากแก๊สเป็นของเหลว เครื่องทำความเย็นใช้น้ำเป็นสารหล่อเย็น และรักษาอุณหภูมิของน้ำให้ต่ำ เพื่อทำให้อุปกรณ์เย็นลงโดยไม่ทำให้น้ำเย็นลง

Heat Exchanger Shell : เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์และท่อ เป็นส่วนประกอบที่แพงที่สุดในบรรดาชิ้นส่วนแลกเปลี่ยนความร้อน เพราะของเหลวหนึ่งไหลภายในท่อ และของไหลอื่นไหลภายในเปลือกนี้ เป็นภาชนะรองรับของเหลวและความดันขนาดใหญ่นั้นเอง

Heat Exchanger Baffle : ทำหน้าที่บังคับให้ของไหลในตัวเปลือกเกิดการไหลวนเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพที่ดีในการถ่ายโอนความร้อน คอยบังคับให้มีอัตราการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้น ส่งผลให้เกิดกระแสความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นนอกจากนี้ ชิ้นส่วนแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้ยังช่วยรองรับท่อและลดปัญหาที่เกิดจากการสั่นสะเทือน