מחלף חום

מחליף חום הינו מתקן שייעודו העברת אנרגיה מזורם אחד לזורם אחר. מפל הטמפרטורות בין הזורמים הוא הכוח הדוחף למעבר החום. ללא מפל חום לא מתאפשרת העברת אנרגיה בין הזורמים.

ניתן לחלק את מחליפי החום לשלושה סוגים עיקריים:

מחליפי חום סגורים- מתקנים בהם אין מגע בין הזורמים. לכל אחד מהזורמים מסלול זרימה משלו והוא אינו מופרע על ידי הנוזל השני. החום מועבר בהסעה מהזורם החם אל התווך המוצק (צינור או פלטה). דרך תווך מוצק, בעל מקדם מעבר חום גבוה, עובר החום בהולכה אל הזורם הקר ומתפזר בהסעה בזורם. מעבר החום איננו מקסימלי כי על החום לעבור דרך תווך בין הנוזלים. 

סוגי מחליפי חום סגורים:

מחליף חום פלטות המורכב מפלטות המקבילות אחת לשנייה . הפלטות מופרדות האחת מהשנייה בעזרת אטמים. האטמים קיימים בכדי למנוע דליפות של הזורמים החוצה ממחליף החום אל הסביבה או כניסה של חומרים מהסביבה פנימה ויצירת מסלולי זרימה נפרדים לזורמים העוברים במחליף החום ומניעת ערבוב בינהם. הזורם החם מעביר את החום אל הפלטות המעבירות את החום היישר אל הזורם הקר.יתרונות מחליף החום:

1.שטח מעבר חום גדול מאוד, ליחידת נפח מחליף חום. 2.קל לתחזוקה וניתן לשינוי. ניתן לשנות את מספר הפלטות ובכך להגדיל או להקטין את קצב מעבר החום בהתאם לרצוי.

חסרונותיו של מחליף חום פלטות: 1.האטמים מגבילים את עמידות המערכת. האטמים עמידים פחות מאשר הפלטות לטמפרטורה גבוה ולחץ והם יכולים להישחק ולגרום לנזילות. 2.במערכת הפסדי עומד גבוהים עקב מאמצי הגזירה. שטח המגע בין הזורמים לפלטות גדול מאוד מה שגורם לעלייה במאמצי הגזירה. 3.גודל החלקיקים בתוך הזורמים מוגבל למרווח בין הפלטות. חלקיק גדול מדי יגרום לחסימה ולירידה ביעילות מחליף החום.

מחליף חום קליפה וצינורות בנוי מצינור בעל קוטר גדול ובתוכו מספר צינורות בעלי קוטר קטן יותר כך שזורם אחד זורם בצינורות הפנימיים, ואילו הזורם השני זורם בצינור הגדול המכונה קליפה. מעבר החום מתבצע דרך דפנות הצינורות הפנימיים כאשר הבחירה באיזה חלק של מחליף החום יזרום כל נוזל תלויה בתכונות החומרים ובמטרות מחליף החום. בצינורות הקטנים נזרים לרוב זורמים בעלי תכונות קורוזיביות אשר ייתכן ויצרו בלאי בצינור. הצינורות הקטנים ניתנים להחלפה.ניתן להוסיף מחיצות בקליפה ובכך לגרום להגדלת מסלול הזרימה של הזורם החיצוני. על ידי מחיצות אלו גדל מעבר החום. יתרונותיו של מחליף החום קליפה וצינורות: 1.המערכת פשוטה והתחזוקה שלה פשוטה יחסית. 2.מחליף החום עמיד בטמפרטורות גבוהות ולחצים גבוהים. 3.הפסדי העומד במערכת קטנים ביחס למחליף החום פלטות. 4.ניתן על ידי שינוי מספר הצינורות והמעברים לשלוט בקצב מעבר החום מזורם אחד לשני.

חסרונותיו של מחליף החום קליפה וצינורות: 1.מקדם פאולינג גבוה בצינורות. הצטברות המשקעים גורמת לירידה ביעילות מחליף החום. 2.מעבר החום תלוי בזמן השהייה של הזורמים בצינורות וזמן השהייה תלוי אורך הצינורות. אורך הצינור יוצר מגבלה על כמות מעבר החום המקסימלית שניתן להעביר.

מחליפי חום פתוחים במתקן זה יש מגע ישיר בין הזורמים. הזורמים מתערבבים האחד בשני ובמהלך העירבוב מעבירים חום מן האחד לשני בהסעה. מעבר החום במחליף מסוג זה הוא מקסימלי מכיוון שאין התנגדות למעבר חום של תווך החוצץ בין הזורמים (כמו במחליף חום סגור). יתרון נוסף הוא שאין משקעים הגורמים לחוסר יעילות של מחליף החום . רצוי להשתמש במחליף חום זה בעיקר ששני הזורמים הם מאותו חומר כמו למשל קיטור ומים. אם הזורמים אינם מאותו החומר המעבר במחליף גורם לדילול הזורם ונדרשת הפרדה בסוף התהליך דבר שלא תמיד אפשרי ודורש מתקנים מיוחדים. 

מחליף חום COX -מחליף חום פתוח המשמש ליצירת מים חמים על ידי ערבוב ישיר של קיטור ומים קרים. בתוך המיכל בנוסף לזורמים יש כדורי זכוכית המגדילים את שטח המגע בין הזורמים על יד הארכת מסלולי הזרימה שלהם וגרימת טורבולנציה. בעקבות הכדוריות מעבר החום בהסעה בין הזורמים גדל. יתרונות מחליף החום: 1.ניצול החום הכמוס על ידי מעבר הפאזה. 2.יעילות גבוהה של מחליף החום עקב המגע בין הזורמים. חסרונות מחליף החום: 1.מוגבל לחומרים הניתנים לערבוב במעבר פאזה. 2.משמש רק לחימום.

מחליפי חום רגנרטורים- במתקנים אלה קיימת יחידה מיוחדת האוגרת את החום מן הזורם החם ולאחר מכן מעבירה אותו אל הזורם הקר. הזורם החם נכנס למערכת ומעביר חום ליחדה האוגרת, לאחר יציאת הזורם החם נכנס הזורם הקר והפעם החום מועבר מיחידת האגירה אל הזורם הקר. כמות האנרגיה המועברת במתקן זה תלויה בתכונות הזורמים השונים ובתכונות הפיסיקליות והגיאומטריות של יחידת הזרימה.