Heat Exchanger အေၾကာင္း ၁

Heat Exchanger- အပုိင္း-၁

Heat Exchanger မ်ားကို fluid တစ္မ်ိဳးမွ အပူမ်ား(heat)ကို တစ္ၿခားေသာ fluid တစ္မ်ိဳးသို့ (ထုိ fluid တုိ့ တစ္ခုႏွင့္တစ္ခုထိေတြ ့ၿခင္းမရွိ)transfer လုပ္ရန္ အသံုးၿပဳသည္။

အပူခ်ိန္ၿမင့္မားသည့္ fluid ကို Hot fluid သုိ့ hot medium ဟုေခၚၿပီး အပူခ်ိန္နိမ့္သည့္ fluid ကို cold fluid သုိ့ hot medium ဟုေခၚသည္။ heat exchanger အတြင္းတြင္ အခ်ိဳ ့ေသာ fluid မ်ားသည္ အပူကို စုပ္ယူရင္း (Heat Gain) အရည္အၿဖစ္မွ အေငြ ့အၿဖစ္သုိ့ အသြင္ေၿပာင္းလဲၿခင္း (phase change) ၿဖစ္သည္။ ဥပမာ Refrigerant သည္ evaporator အတြင္းတြင္ Chilled Water မွ အပူကို စုပ္ယူ (Heat Gain)ကာ liquid to a vapor အၿဖစ္သုိ့ေၿပာင္းသြားသည္။

အခ်ိဳ ့ေသာ fluid မ်ားသည္ အပူကို စြန္ထုပ္ရင္း (Heat Loss) အေငြ ့အၿဖစ္မွ အရည္အၿဖစ္သုိ့ အသြင္ေၿပာင္းလဲၿခင္း (phase change) ၿဖစ္သည္။ ဥပမာ Refrigerant သည္ condenser အတြင္းတြင္ Condenser Water အတြင္းသုိ့  အပူကိုစြန့္ထုပ္ (Heat Loss )ကာ vapor to a liquid အၿဖစ္သုိ့ေၿပာင္းသြားသည္။

ဤကဲ့သုိ့ fluid တစ္ခုမွ အၿခား fluid တစ္ခုသို့ အပူစြမ္းအင္ (Heat Energy) မ်ား transfer ၿဖစ္ၿခင္းသည္ fluid ႏွစ္ခု၏ အပူခ်ိန္ကြာဟ မွဳေၾကာင့္ၿဖစ္သည္။ heat exchangers မ်ားသည္ sensible heat ႏွင့္ latent heat ႏွစ္မ်ိဳးလံုးကို transfer လုပ္နုိင္ၾကသည္။

Sensible heat မ်ား transfer ၿဖစ္ရန္ အသြင္ေၿပာင္းလဲၿခင္း (phase change) ၿဖစ္ေပၚရန္မလုိအပ္ေပ။ Latent heat မ်ား transfer ၿဖစ္ရန္ heat exchanger အတြင္းတြင္
အသြင္ေၿပာင္းလဲၿခင္း (phase change) ၿဖစ္ေပၚရသည္။ Saturated Steam အၿဖစ္မွ condensing steam  ၿဖစ္ကာ Latent heat မ်ား transfer ၿဖစ္သြားသည္။

Heat Exchanger မ်ား၏ အေၿခခံသေဘာတရားမ်ား (fundamentals), အမ်ိဳးအစားမ်ား(types), အစိတ္အပိုင္းမ်ား(components), အသံုးၿပဳပံုမ်ား(applications), ေရႊးခ်ယ္ရန္ အခ်က္အလက္မ်ား (selection criteria), ႏွင့္ တပ္ဆင္နည္း (installation) ကို ေဖာ္ၿပထားသည္။

FUNDAMENTALS
Hot fluid မွ cold fluid သို့ အပူစြမ္းအင္ (Heat Energy) မ်ား transfer ၿဖစ္သည့္ႏွဳန္း (rate of heat transferred) ေအာက္ပါ ေဖာ္ၿမဴလာအတုိင္းတြက္ခ်က္နုိင္ပါသည္။

Q သည္ ကူးေၿပာင္းသြားသည့္ အပူပမာဏၿဖစ္သည္။
A သည္ Heat Transfer ၿဖစ္သည့္ ဧရိယာ အက်ယ္အဝန္းၿဖစ္သည္။
U သည္ Heat Exchanger တစ္ခုလံုး၏ overall coefficient of heat transfer ၿဖစ္သည္။
LMTD သည္ log mean temperature difference ၿဖစ္သည္။ logarithmic mean temperature
difference method ကုိ အေၿခခံ၍တြက္ၿခင္းၿဖစ္သည္။
LMTD တြင္ Cf သည္ correction factor ၿဖစ္သည္။ counterflow design မၿဖစ္သည့္ Heat Exchanger မ်ား အတြက္ ၁ ထက္ အၿမဲတမ္းငယ္ေလ့ရွိသည္။ (less than 1.0)

ပံု ၁ (အထက္ပါ) တြင္ အပူခ်ိန္ကြာၿခားခ်က္ (temperature cross) ေဖာ္ၿပထားသည္။ Hot fluid ကို Heating  fluid ဟုေခၚသည္။
hot fluid ၏ အထြက္ အပူခ်ိန္သည္ cold fluid ၏ အထြက္ အပူခ်ိန္ထက္နည္းရမည္။ တနည္း (T2 < t2).
100% true counterflow arrangement ရွိသည့္ heat exchanger မ်ားသာ အပူခ်ိန္ကြာၿခားခ်က္ (temperature cross) ရရွိနုိင္သည္။
The overall coefficient U သည္  Heat Exchanger the surface area A ၏ physical arrangement ေပၚတြင္မူတည္သည္။ သတ္မွတ္ထားေသာ load တစ္ခုအတြက္ တူညီေသာ surface area ရွိသည့္ Heat Exchanger မ်ားအားလံုးသည္ တူညီေသာ performance ကို ေပးနုိင္မည္မဟုတ္ေပ။ အဘယ္ေၾကာင့္ဆုိေသာ္ physical arrangement မတူေသာေၾကာင့္ၿဖစ္သည္။ ထုိေၾကာင့္ heat exchanger ကို ေရြးခ်ယ္သည့္အခါတြင္ မိမိလုိအပ္သည့္ application အတြက္ load conditions ကို ေဖာ္ၿပေပးရမည္ၿဖစ္သည္။

Fluid ႏွစ္ခုလံုး၏ load ကို ေအာက္ပါ ေဖာ္ၿမဴလာၿဖင့္တြက္ယူနုိင္သည္။  

LMTD ၏ တန္ဘိုးသည္ heat exchanger selection အတြက္ အလြန္ အေရးၾကီးေသာ အရာၿဖစ္သည္။ သတ္မွတ္ထားေသာ load အတြက္ LMTD ၏ တန္ဘိုးၿမင့္လွ်င္ ေသးငယ္ေသာ surface area ရွိသည့္  heat exchange သာ လုိအပ္သည္။

တနည္း the approach temperature (the difference between T2 and t1) အလြန္နည္းလွ်င္ LMTD ၏ တန္ဘိုးလည္းနိမ့္သည္။ ထုိေၾကာင့္ Heat Transfer Surface ဧရိယာ (A) က်ယ္က်ယ္လုိအပ္သည္။

TYPES OF HEAT EXCHANGERS

Air con သုိ့ Refrigeration တြင္ အသံုးၿပဳေသာ heat exchanger မ်ားမွာ
က) Counterflow shell-and-tube heat exchanger အမ်ိဳးအစားမ်ား
ခ) Counterflow Plate heat exchanger အမ်ိဳးအစားမ်ားၿဖစ္ၾကသည္။
ႏွစ္မ်ိဳးစလံုးသည္ fluid မ်ားကို တစ္ခုႏွင္ ့တစ္ခုမထိေအာင္သီးၿခားခြဲထားၾကသည္။

  

Shell-and-Tube Heat Exchangers
shell-and-tube heat exchanger အမ်ိဳးအစားသည္ tube bundle assembly ကို
tubular shell အတြင္းတြင္ welded လုပ္ထား၍ေသာ္လည္းေကာင္း၊ ဘုိ့ (bolts) နွင့္တြဲ၍ေသာ္လည္းေကာင္းတပ္ဆင္ထားသည္။

tube bundle မ်ားသည္  rolled သုိ့မဟုတ္ welded လုပ္ထားသည့္ (U-tube) မ်ားေသာ္လည္းေကာင္း၊ both
ends (straight-tube) မ်ားေသာ္လည္းေကာင္း၊ tubesheet(s) မ်ားေသာ္လည္းေကာင္းၿဖစ္ၾကသည္။

shell ဆုိသည္မွာ ပိုက္အၾကီးစားကုိ ၿဖတ္ထားၿပီး longitudinal centerlines တြင္ inlet and outlet connections ၿပဳလုပ္ထားသည္။ shell တြင္ ပံုစံမ်ား၊ အမ်ိဳးအစား မ်ားစြာ မကြာၿခားေပ။ သုိ့ေသာ္

Tube ပံုစံမ်ားတြင္

၁) U-Tube.

၂) Straight-Tube.

၃) Shell-and-Coil.

ေကာင္းထက္ညြန့္