چرا مبدل حرارتی عملکرد آبگرمکن را تعیین می کند؟
در یک آبگرمکن گازی یا متراکمی، مبدل حرارتی قطعه ای است که انرژی آزاد شده از احتراق را به گرمای مفید در مدار آب تبدیل می کند. هر کیلووات تحویل داده شده به منبع آب گرم خانگی از دیواره لوله عبور می کند، بنابراین انتخاب مواد تعیین می کند که چگونه گرما از شعله و گاز دودکش به داخل آب منتقل می شود، چه مقدار انرژی سوخت بازیافت می شود و چقدر دستگاه دوام می آورد. مهندسان اغلب مبدل را به عنوان سیستم تنفسی دستگاه توصیف می کنند: این مبدل باید به طور موثر انرژی را انتقال دهد، محیط دودکش را در خارج و شیمی آب را در داخل تحمل کند، و در طول هزاران چرخه گرمایش و سرمایش از نظر ابعادی ثابت بماند. لوله مسی بدون درز به طور همزمان این الزامات را برآورده می کند، به همین دلیل است که ماده مرجع برای مبدل های-با کیفیت بالا باقی می ماند.
خواص حرارتی و فیزیکی که به نفع مس است
رسانایی حرارتی ویژگی تعیین کننده در این کاربرد است. مس خالص تجاری گرما را در حدود 385 تا 400 وات/(m·K) در دمای اتاق هدایت می کند، در حالی که فولاد زنگ نزن آستنیتی درجه 304 در حدود 16 W/(m·K) هدایت می کند. از آنجایی که سرعت انتقال حرارت از طریق دیوار متناسب با رسانایی آن دیوار است، مس با سطح بسیار کوچکتر، سیم پیچ کوتاهتر و دمای خروجی گاز دودکش به همان وظیفه می رسد. نتایج عملی عبارتند از تحویل سریعتر آب گرم، راندمان حرارتی بالاتر و از دست رفتن انرژی کمتر در دودکش.
| ملک در 20 درجه | لوله مسی C12200 | فولاد ضد زنگ آستنیتی 304 |
|---|---|---|
| هدایت حرارتی | تقریباً. 390 W/(m·K) | تقریباً. 16 W/(m·K) |
| تراکم | 8.94 گرم بر سانتی متر مکعب | 7.90 گرم بر سانتی متر مکعب |
| ظرفیت حرارتی خاص | 385 J/(kg·K) | 500 J/(kg·K) |
| هدایت الکتریکی | تقریباً . 100 % IACS | تقریباً . 2 % IACS |
| مدول الاستیسیته | تقریباً. 117 GPa | تقریباً. 193 GPa |
خواص دیگر نیز به نفع مس است. چگالی آن برای سیم پیچ های فشرده و سبک به اندازه کافی کم است. بسیار انعطاف پذیر است، بنابراین می توان آن را به داخل لوله نازک-دیواره با برجستگی های داخلی کشیده یا بدون ترک بر روی باله های خارجی پیچید. و کاملاً قابل بازیافت بدون از دست دادن خواص است که از اهداف پایداری طراحی‌های مدرن لوازم خانگی پشتیبانی می‌کند.
رفتار خوردگی در داخل مدار و در مسیر دودکش
خوردگی مبدل معمولاً از دو جهت شروع می شود. در سمت دودکش، دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن حاصل از احتراق می توانند به سطح لوله حمله کنند. از لحاظ تاریخی، زمانی که گاز تولیدی با محتوای گوگرد بالا رایج بود، این حمله شدید بود. در حال حاضر با گاز طبیعی، غلظت اصلی سوخت، گوگرد و اکسید نیتروژن به مراتب کمتر است و خوردگی جانبی{2}}دیگر حالت خرابی غالب در وسایلی که به درستی تنظیم شده اند نیست.
در سمت آب، مس یک لایه اکسید نازک و چسبنده تشکیل می دهد که از فلز زیر محافظت می کند. فلز در اثر ضدعفونی{1}}بر پایه کلر که در تصفیه آب شهری استفاده می‌شود خورده نمی‌شود، و هنگامی که سطح کلرید بالا می‌رود یا زمانی که آب برای مدت طولانی در مدار راکد می‌ماند، بهتر از فولاد ضد زنگ رفتار می‌کند. مس محدودیت هایی دارد: نباید در معرض آمونیاک یا ترکیبات آمونیوم قرار گیرد، و سرعت جریان و شیمی آب باید در داخل پوششی که توسط استاندارد قابل اجرا تعریف شده است، باقی بماند. در جایی که آب محلی تهاجمی است، درجه لوله باید با آنالیز آب مطابقت داده شود تا اینکه فقط بر اساس قیمت انتخاب شود.
نمرات، استانداردها و ساخت لوله مبدل حرارتی مسی
مبدل‌های آبگرمکن معمولاً از مس{0} فسفر زدایی شده مانند C12200، از مس الکترولیتی سخت مانند C11000 یا از آلیاژ مس که در آن استحکام یا مقاومت بالاتری در برابر آب دریا لازم است ساخته می‌شوند. مشخصات مربوطه شامل ASTM B111 برای کندانسور و لوله مبدل حرارتی بدون درز مس و آلیاژ مس، ASTM B280 برای تهویه مطبوع و لوله تبرید، ASTM B68 برای لوله مسی بدون درز، EN 12451 برای لوله‌های مسی برای مبدل‌های حرارتی، JIS H3301 و طراحی GB7T می‌باشد. به‌صورت ساده، با برآمدگی‌های مارپیچ داخلی که جریان آشفته را تقویت می‌کنند، یا با باله‌های خارجی که ناحیه جانبی گاز را افزایش می‌دهند، عرضه شود.
ضخامت دیوار از فشار طراحی، میزان خوردگی و استاندارد انتخاب شده ناشی می شود، نه تنها از قطر اسمی.
لوله‌ای که به‌صورت سرد کشیده شده و به‌طور داخلی بهبود یافته است، انتقال گرمای جانبی آب{0}} را بدون بزرگ‌کردن سیم‌پیچ بهبود می‌بخشد.
از تمپر کاملا آنیل شده در جایی استفاده می شود که سیم پیچ باید پس از شکل گیری تا شعاع محکم خم شود.
هر لات تولیدی باید با یک عدد حرارتی و سوابق آزمایش مکانیکی و جریان گردابی آن قابل ردیابی باشد.
نقاط انتخاب و بازرسی که از شکست های میدانی جلوگیری می کند
بیشتر خرابی های گزارش شده در این زمینه به جای اینکه از فلز معیوب باشد، ناشی از اشتباهات مشخصات است. هنگامی که مشخصات مبدل حرارتی نوشته می شود، چهار نکته قابل توجه است:
تجزیه و تحلیل آب شامل کلرید، pH و سختی را تأیید کنید و درجه را با نتیجه مطابقت دهید.
نقطه شبنم گازهای دودکش را در نظر داشته باشید. طراحی متراکم به ماده ای نیاز دارد که میعانات اسیدی را تحمل کند.
تحمل ابعادی و بیضی بودن را بررسی کنید، زیرا تناسب ضعیف در محل اتصال هدر، مسیر نشتی ایجاد می کند که هیچ کمک هزینه خوردگی نمی تواند آن را جبران کند.
نیاز به تست هیدرواستاتیک و جریان گردابی در مشخصات خرید و بررسی سوابق در رسید کالا.
سوالات متداول
س: چرا مس در مبدل های حرارتی آبگرمکن بر فولاد ضد زنگ ترجیح داده می شود؟
مس حدود بیست برابر سریعتر گرما را هدایت می کند، بنابراین همان انرژی از سطح بسیار کوچکتری عبور می کند. همچنین انعطاف پذیرتر است، لحیم کاری آسان تر و کاملاً قابل بازیافت است.
س: آیا پتینه روی مس قدیمی به این معنی است که لوله در حال خوردگی است؟
خیر. پتینه سبز-قهوه ای یک لایه اکسید و کربنات پایدار است که از فلز زیر محافظت می کند. این نشانه از بین رفتن دیواره نیست و عمر لوله را کوتاه نمی کند.
س: کدام استانداردها لوله مبدل حرارتی آبگرمکن را پوشش می دهد؟
مواردی که اغلب ذکر شده عبارتند از ASTM B111، ASTM B280 و ASTM B68، همراه با EN 12451، JIS H3300 و GB/T 1527. سفارش خرید باید هم استاندارد و هم حالت را ذکر کند.
س: آیا می توان از لوله مسی با آب شهری کلردار استفاده کرد؟
بله. مس با غلظت کلر مورد استفاده برای گندزدایی آب مورد حمله قرار نمی گیرد و بهتر از فولاد ضد زنگ در آب غنی از کلرید{1}} رفتار می کند. آمونیاک و ترکیبات آمونیوم باید اجتناب شود.
س: چگونه باید ضخامت دیوار انتخاب شود؟
ضخامت دیوار از فشار طراحی، میزان خوردگی و استاندارد انتخاب شده ناشی می شود. نباید صرفاً برای کاهش هزینه کاهش یابد، زیرا دیوار تنها مانع بین گاز دودکش و آب آشامیدنی است.
س: لوله های مبدل قبل از تحویل چگونه آزمایش می شوند؟
الزامات معمول عبارتند از: آزمایش ضد هیدرواستاتیک یا پنوماتیک، بررسی جریان گردابی، بررسی ابعاد و گواهی تجزیه و تحلیل شیمیایی برای قالب یا قطعه.
