Eşanjör İç Yapısı

Eşanjörler, evlerde bulunan ısıtma ve havalandırma sistemlerinden gelişmiş fabrikalardaki kimyasal işlemler ve güç üretimine kadar çok çeşitli uygulama alanlarında kendilerine yer edinmişlerdir . Eşanjörleri akışkanların temas biçimine göre başlıca yüzeyli eşanjörler, karışımlı eşanjörler ve regeneratörler olmak üzere üç ana grupta değerlendirilir. Akış şekillerine göre ise paralel akış, zıt akış ve çapraz akış olarak gruplandırılır.

Eşanjörün Yapısı

Eşanjörler yapılarında her biri farklı göreve sahip elemanları ve bunlar üzerine açılmış şekilleri bulundururlar. Bu elemanlar şu şekilde sıralanabilir;

• Ekstra sıcaklık kontrol arayüzü
• Plakalar: Metal malzemeden yapılan plakalar, ısı transferinin arttırılması amacı ile oluklandırma işlemine tabi tutulurlar.
• Akış kanalları: İki ardışık plaka arasında aynı tipte ya da kombine bir şekilde kullanılırlar.
• Su giriş çıkışları
• Soğutucu
• Bağlantı vidaları
• Ön gövde plakası
• Kafa parça
• Köşe delikleri
• Su kanalları
• Soğutma kanalları
• Arka gövde plakası
• Arka parça

Plakalı Eşanjör Yapısı (Şematik)

Isı Transferi

Çoğu uygulamada ısının, sıcak bir akışkandan soğuk bir akışkana transfer edilmesine ihtiyaç duyulur. Isı değiştiricileri (eşanjörler) bu amaç için geliştirilmiş ısıl cihazlardır. Her ne zaman bir sıcaklık farkı olursa ısı transferi gerçekleştirilir ve ısı transferinin iyi bilinen üç şekli olan iletim, taşınım ve yayılım ilkeleri ayrı-ayrı veya bir arada meydana gelebilir.

Toplam Isı Transfer Katsayısı

Tipik bir eşanjörde, bir duvar boyunca ayrılmış halde bulunan sıcak akışkandan soğuk akışkana ısı transferi gerçekleştirilir. Isı, Th-Tc sıcaklık farkı nedeniyle üç direnç boyunca (1 / ????hhh + x  /  Amk + 1 / Achc) şeklinde transfer edilir. Seri dirençler için Q ısı transfer oranı şu şekildedir;

• Q = Th-Tc / ∑R
• Q = Th-Tc / (1 / Ahhh + x / Amk + 1 / Achc)

Eşanjörde duvar kalınlığı yani iç borunun et kalınlığı genellikle ince olduğundan, bütün alanlar(İçten dışa borunun çevre uzunluğu sabit olarak kabul edilir.)eşit kabul edilebilir. Bu takdirde yukarıdaki ifade aşağıdaki gibi yazılabilir;

• Q = Am.U.(Th−Tc)

Burada Am: Ortalama ısı transfer alanıdır.

• 1 / U = 1 / hh + x / k + 1 / hc

U, toplam ısı transfer katsayısı olarak isimlendirilir. x / k iletim direnci diğerlerine oranla genellikle küçük bir değere sahiptir. Bunun yanı sıra, çeperlerde kirlenme olabilir. Yani çeperlerde kireç ya da karbon gibi maddelerin tabaka oluşturdukları görülebilir. Bu durum eşanjörün tasarım aşamasında göz önünde bulundurulmalıdır. Yüzey ısı transfer katsayılarının yani ℎℎ veℎ????'nin uygun bir şekilde hesaplanması büyük önem arz etmektedir.

Eşanjörlerde Ortalama Sıcaklık

Çoğu ısı transfer denkleminde, özgül ısı kapasitesi ve su yoğunluğu hesaplamaları için eşanjör içerisinde bulunan sıcak ve soğuk devrelerin ortalama sıcaklık değerlerinin bulunması gerekir. Bu değer, devrenin giriş ve çıkış kısımları arasındaki orta noktanın hesaplanmış sıcaklık değeridir.

• Soğuk devrenin ortalama sıcaklığı: TC =  ( TC1 + TC2 ) / 2
• Sıcak devrenin ortalama sıcaklığı: TH = ( TH1+TH2 ) / 2

Isı Kapasitesi (C)

Kütlesi verilen bir malzemenin sıcaklığını 1 Kelvin ya da 1 Santigrat derece artırmak için gerekli ısının bir ölçüsüdür. Malzemenin kütlesi ile özgül ısı kapasitesinin (c) çarpımına eşit değerdedir.

• C = m.x.c

Kullanılan malzeme ve kullanım alanına göre değişen eşanjör çeşitleri farklı yapılarda olup ısıtma-soğutma sistemlerinin en önemli elemanlarıdır.