Eşanjör Nedir? Ne İşe Yarar? Çalışma Prensibi, Çeşitleri, Eşanjör Hesabı

Eşanjör nedir: Eşanjör veya ısı değiştiricileri. Bu ısı cihazı herhangi bir fiziksel temas olmaksızın aralarında sıcaklık farkı olan – sıvı veya gaz – iki akışkan arasında (birbirine karışmadan) birinden diğerine ısı transferini sağlayan devre elemanıdır. Bir akışkandan diğer akışkana ısıyı transfer etmek için kullanılırlar. Sıcak ve soğuk akışkan olarak adlandırılan akışkanlar arasında ısı transferi doğrudan veya dolaylı olarak sağlanabilir.

Farklı eşanjör tiplerinin çalışma prensibi temelde aynıdır. Önce sıcaklığı yüksek olan sıvının sahip olduğu ısıyı öncelikle ısı transfer yüzeyinde toplar (plaka/boru). Sonra bu ısıyı aynı plaka veya borunun diğer yüzeyi ile temas etmekte olan düşük sıcaklıktaki diğer sıvıya aktarır.

Böylece sıvılardan birisi ısı kazanırken sıcaklığı artarken, diğeri ısı kaybına uğradığı için sıcaklığı düşmektedir. Isı eşanjörlerinde ısı transferi, kondüksiyon (iletim) ve konveksiyonla (taşınım) olur. Bazı yerlerde ışınım (radyasyon) da etkili olmaktadır. Kanatçık uygulamaları da ısı eşanjörlerinde önemlidir.

esanjor nedir

Eşanjör Ne İşe Yarar?

Eşanjör veya ısı değiştiricide akışkanların birbirine temas etmemesi gereken durumda akışkanlar katı bir duvarla ayrılırlar. Isı değiştirici ana bileşenlerinden birisi olan contalardır. Bu sayede, ısı transferinin gerçekleştiği yüzeyin iki farklı yüzü ile temas etmekte olan sıvıların birbiri ile karışması önlenir. Akışkanların direkt olarak temas ettiği tipler de vardır.

Eşanjör Çalışma Prensibi

Eşanjör Nasıl Çalışır? Plakalı eşanjör sistemi; plaka, conta, eşanjör gövdesi, taşıyıcı barlar ve bağlantı ekipmanlarından meydana gelir. Plakalı eşanjörler, aralarında sıcaklık farkı bulunan iki farklı akışkan arasında ısı transferi yapma prensibine göre çalışırlar. Isıtacak akışkan ve ısınacak akışkan plakalar ile tamamen birbirinden ayrılmıştır.

Standart plakalı eşanjörlerde toplam olarak dört adet giriş – çıkış portu (veri kanalı) bulunur. Bu portlardan ikisi ısıtıcı akışkanın, diğer ikisi de ısınacak akışkanın giriş ve çıkışlarıdır. Özel üretimle birden fazla ısıtıcı veya ısınacak akışkan bulunan ısı değiştiricileri de üretilebilmektedir.

Eşanjör gövdesindeki bağlantı noktalarında, plakaların yer aldığı bölüme doğru hareket eden akışkanlar, contalar ile yönlendirilir. Her bir akış plakasının yan tarafında 2 plaka vardır. Sıvılar contalar ile, yan taraftaki plakaların arasına yönlendirilir.

Aynı plakanın ön yüzeyi A sıvısı ile temas ederken, diğer yüzeyi B sıvısı ile temas durumundadır. A ve B sıvıları hiçbir zaman birbirine karışmaz, kesinlikle aynı plaka boşluğuna yönlendirilmezler. Bu ayrım plaka contaları ile sağlanır.

Resimde görüldüğü gibi, kırmızı renk ile gösterilen ve sıcaklığı daha yüksek olan sıvı hareket halindedir. Sahip olduğu ısı enerjisini plaka yüzeyine aktarmaktadır. Daha düşük bir sıcaklık değeri ile, yine contaların yönlendirmesi ile eşanjör çıkışına doğru yönlendirilmektedir. eşanjör nedir

Aynı plakanın diğer yüzüyle temas içinde olan akışkan ilk başta daha düşük bir sıcaklığa sahiptir. Bu akışkan diğer sıvı tarafından plakaya aktarılmış olan ısı enerjisini, plakanın diğer yüzeyi ile temas içinde olduğu için absorbe eder. Böylece sıcaklığını artırır. Daha yüksek bir sıcaklık değerine geldikten sonra contalar aracılığı ile eşanjör çıkışına doğru yönlendirilmektedir.

Akışkanların giriş sıcaklıkları belirlenir. Sonra, istenilen sıcaklık artışları veya azalmalarına bakılarak, istenilen akış hızına uygun bir ısı transfer yüzeyi belirlenir. Böylece sıcaklık değişim değerine erişmek için gereken plaka adeti ve ebatları belirlenir.

Eşanjör Çeşitleri

Eşanjör tipleri üçe ayrılır;

Boru tipi eşanjör
Plakalı ısı eşanjörü (Sökülebilir tip, Kaynaklı tip, Yarı kaynaklı tip, Lehimli tip)
Özel uygulama eşanjörleri (Platecoil Eşanjörler, Econocoil Eşanjörler, Spiral Eşanjörler)

Plakalı eşanjör, borulu eşanjöre göre daha çok tercih edilir. Farklı tipte imalatı yapılan eşanjör fiyatları da değişkendir.

Plakalı Eşanjörün Tercih Edilmesinin Sebepleri Nelerdir?

Plakalı eşanjör kolay temizlenirler,
Verimlilikleri yüksektir,
Kapasiteleri artırılabilir,
Plakalı eşanjör de ısı kaybı yoktur,
Onarım ve bakımı kolaydır,
Akışkanların birbirine karışması mümkün değildir,
İzolasyon gerekmez
Onarım ve bakım maliyeti düşüktür,
Kompakt tasarımı sayesinde düşük ağırlık ve küçük montaj hacmi vardır.

Eşanjör Hesabı

Eşanjör hesabı yapılırken, her firma kendi ARGE bölümlerinin geliştirdiği bir programı kullanır. Eşanjörler bu program sonucunda boyutlandırılır. Farklı markalarda aynı ısıl değerlerde ve kapasitedeki eşanjörlerde, ısı transfer m²’ leri arasındaki fark % 3-5 arasında olmalıdır.

Eğer bu fark çok yüksek ise bunun neden kaynaklandığı iyice araştırılmalıdır. Eşanjörün maksimum çalışma basıncına uygun, mukavemet hesaplamaları yapılarak en uygun gövde kalınlığı hesap edilir.

Eşanjörlerin Kullanım Alanları

Kullanım alanları geniştir. Eşanjörler; farklı yoğunluk ve viskozitelerdeki sıvıların ısıtılması veya soğutulması amacı ile bir çok sektörde kullanılmaktadır. Isı eşanjörleri yaygın olarak;

Termik santraller,
Nükleer santraller,
Kimya işlemler ve proses endüstrisi,
Demir çelik endüstrisi,
HVAC uygulamaları (atık ısının geri kazanımı)
Otomotiv endüstrisi,
Gıda endüstrisi,
İlaç sanayi,
Petrokimya endüstrisi,
Metal imalat endüstrisi,
Tekstil sektörü uygulamaları,
Kağıt sanayi,
İlaç endüstrisi,
Enerji santralleri uygulamaları,
Denizcilik sektörü uygulamaları,
Gemi inşaatı,
Bina ısıtma soğutma,
İklimlendirme (klima santralleri),
Soğutma kuleleri,
Güç üretimi,
Atık su uygulamalarında.

Isı değiştiriciler endüstriyel sektörlerde de kullanılmaktadır. Hava ısıtıcıları, yağ soğutucuları, araba radyatörleri, split klima serpantinleri gibi. Kombilerdeki kullanma suyu ısıtıcıları sıcak su eşanjörü ve kombi eşanjörü olarak günlük hayatımızda da yerlerini almaktadırlar. Kombi eşanjörü, yanma ile elde edilen ısının, tesisat suyu ve kullanım suyuna iletilerek ısıtılması için kullanılan elemandır.

Yaygın olarak karşılaşılan eşanjör kullanımı araçlardaki radyatör sistemidir. Sıcak radyatörün bir yüzeyine temas eden motor soğutma suyu, diğer yüzeyine temas ederek geçen havayla ile soğutulur. Araç motorunda oluşan ısı, su ve etil alkolden oluşan sıvıya aktarılarak motorun aşırı ısınması önlenmiş olur. Sıvının sıcaklığı ise havaya aktarılır. Bu durumda motorun aşırı ısınarak hasar görmesinin önüne geçilmiş olur.

Eşanjör Bakımı

Eşanjör bakımı yapılırken, eşanjörün gövde ve tüp demeti farklı malzemelerden imal edilmiş olabilir. Bundan dolayı sıcaklığa karşı farklı tepki verebilir. Bir ısınma hâlinde iki malzemenin genişleme ve uzama hızları farklı farklı olabilir.

Bu yüzden ani bir sıcaklık değişimi etkisi ile bağlantılarda büyük zorlanmalar ve kopmalar ile karşılaşılabilir. Sıcak bir eşanjöre soğuk akışkan asla aniden verilmemelidir. Aynı şekilde soğuk bir eşanjöre sıcak akışkan yavaş yavaş sevk edilmelidir. Devreden çıkarma ve devreye alma sırasında sıcaklık değişikliklerinin çok yavaş olması gerekir.

Eşanjörü devreye alma sırasında önce soğutma suyu açılır. Daha sonra sıcak akışkan devresi yavaş yavaş açılarak çalışma sıcaklığına ulaşılır. Devreden çıkarma sırasında ise önce sıcak akışkan kesilir. Bu şekilde eşanjör zamanla soğur. Daha sonra soğutma suyu devresi kapatılır.

Eşanjör sıvı ile dolu iken vanalar kesinlikle kapatılmamalıdır. Isınan sıvıda meydana gelecek genişleme eşanjörün patlayıp hasar görmesine neden olabilir. Vanalar kapatılmadan önce eşanjör boşaltılır. Dış sıcaklık çok düşük ise eşanjörün tüplerinde kalan su donabilir. Donan su genişler ve tüpleri patlatır. Bu nedenle hava sıcaklığı sıfırın altında ise çalışmayan eşanjördeki suyun boşaltılması gerekir.

Bazı eşanjörler devreden çıkarıldıktan sonra kalan hidrokarbonların buhar veya bir inert gaz püskürtülerek eşanjör temizliği yapılır. Çünkü eşanjör içindeki patlayıcı, yanıcı karışım bir tehlike kaynağı olabilir.

Endüstriyel Tip Eşanjörlerin Sınıflandırılması

Konstrüksiyona göre eşanjör çeşitleri
Isı transfer prosesine göre eşanjör çeşitleri
Yüzey yoğunluğuna göre eşanjör çeşitleri
Geçiş çeşitliliğine göre eşanjör çeşitleri
Akışkan sayısına göre eşanjör çeşitleri
Isı transfer düzeneğine göre eşanjör çeşitleri

1 – Konstrüksiyona Göre Eşanjör Sınıflandırılması

Boru Tipi Eşanjör (Borulu ısı değiştiriciler)

Çift borulu eşanjör (double pipe)
Gövde borulu eşanşör

Gövde Borulu Eşanjör

Plaka tipi yönlendirici eşanjör
Rod tipi yönlendiricili eşanjör

Burgulu borulu eşanjör

Plakalı Eşanjörler (Plakalı ısı değiştirici)

Contalı plakalı eşanjör
Kaynaklı plakalı eşanjör
Spiral eşanjör
Lamelli eşanjör

Genişletilmiş Yüzeye Sahip Eşanjör

Finli borulu eşanjör
Finli plakalı eşanjör

Regenaratörler

Sabit matris eşanjör
Döner tip eşanjör(Rotary).

2 – Isı Transfer Prosesine Göre Eşanjör Sınıflandırılması

Doğrudan Temas Halindeki Eşanjör Tipleri
Dolaylı Temas Halindeki Eşanjör Tipleri

Dolaylı Temas Halindeki Eşanjör Tipleri

Doğrudan Isı Transferi
Depolama ile Isı Transferi

3 – Yüzey Yoğunluğuna Göre Eşanjör Sınıflandırılması

Kompakt eşanjörler (yüzey alanı yoğunluğu >=700 m²/m³ )
Kompakt olmayan eşanjörler (yüzey alanı yoğunluğu <=700 m²/m³ )

4 – Geçiş Çeşitliliğine Göre Eşanjör Sınıflandırılması

Tek Geçişli Eşanjör

Paralel akışlı eşanjör
Ters akışlı eşanjör
Kesişen akışlı eşanjör (crossflow)

Çok Geçişli Eşanjör

Genişletilmiş yüzeye sahip eşanjör

Kesişen ters akışlı eşanjör
Kesişen paralel akışlı eşanjör

Paralel ters akışlı genişletilmiş yüzeye sahip eşanjör (gövde ve boru karışık dizayn).
Ayrılan akışlı genişletilmiş yüzeye sahip eşanjör
Bölünen akışlı genişletilmiş yüzeye sahip eşanjör

5 – Akışkan Sayısına Göre Eşanjör Sınıflandırılması