מחליף חום הוא מכשיר שמעביר אנרגית חום ממדיה אחת לשנייה. החלפת החום יכולה להיות מנוזל או גז לנוזל או גז אחר, מבלי שהם יתערבבו זה בזה. מחליפי חום משמשים לצרכים שונים ומגוונים בתעשייה, מיזוג אוויר, קירור, חימום, מסחר, מוסדות גדולים, מעבדות ועוד. ישנם מגוון סוגים של מחליפי חום, וכל אחד מתאים לתנאים שונים ובעל מאפיינים שונים כמו עמידות לטמפרטורה ולחצים, גודל, חוזק, עמידות ללכלוך ומשקעים, יעילות, וכמובן גם עלות. גור טכנולוגיות מתמחים בטיפול מקצועי בשטחי החלפת חום במערכות תרמיות, במאמר זה נעשה לכם סדר, ונציג את מחליפי החום העיקריים המשמשים כיום, עם היתרונות והחסרונות של כל אחד, ולאילו שימושים הם הכי מתאימים.
מחליף חום תרמיל וצינורות Shell & Tubes Heat Exchanger
זהו מחליף חום שבנוי מעשרות, מאות ולפעמים אלפים של צינורות בקטרים משתנים שנמצאים בתוך "תרמיל" שהוא למעשה מעין צינור גדול. נוזל אחד, לרוב מים חמים או קיטור, זורם בתרמיל, ונוזל שני קר זורם בצינורות הקטנים. הנוזלים לא מתערבבים אבל יש השקה ביניהם דרך דפנות הצינורות, וכך חום עובר מהמים החמים לקרים. מדובר במערכת שהעלות הראשונית שלה יחסית גבוהה, אבל היא מאוד חזקה ועמידה וזה היתרון המרכזי שלה. יתרון נוסף שלה טמון בתחזוקה וזה, מהניסיון שלנו, ממש חשוב. בגלל מבנה המערכת, יש אפשרות לפתוח את התרמיל ולטפל בתקלות בצורה יחסית קלה. למחליף חום תרמיל וצינורות יש שימושים רבים, מחליף חום מסוג זה הוא הנפוץ ביותר לשימוש במערכות מיזוג אוויר מרכזיות (צילרים) ואפשר למצוא אותו במוסדות רבים למשל, בבתי חולים, בתעשיות כבדות, בתחנות כוח ועוד.
מחליף חום לוחות/פלטות ומסגרת Plates & Frame Heat Exchanger
מחליף חום זה בנוי מלוחות מתכת דקים שמופרדים זה מזה בעזרת גומיות. בין הלוחות זורם נוזל חם או קר לסירוגין, והחום עובר בין המדיות (נוזל או גז) דרך הלוחות, מבלי שהנוזלים מתערבבים. היעילות של השיטה גבוהה מאוד, אבל היא מוגבלת מבחינת יכולת לעבוד בלחץ גבוה או לחץ משתנה, כי האטמים (גומיות) המפרידים בים הלוחות והנוזלים יכולות להיקרע. לכן אנחנו פחות ממליצים עליה למקומות שעובדים עם לחצים משתנים כמו מפעלים או בתי חולים (שצריכים לא פעם שהמערכת תעבוד קשה בבת אחת, כשמפעילים מכשירים שזקוקים לקירור מאסיבי כמו MRI, או כשצריך להזרים אוויר מבוקר לחדרי בידוד באופן פתאומי ועוד). יתרון בולט של מחליף חום לוחות הוא הקומפקטיות שלו. אנחנו פוגשים אותו לא פעם במערכות מיזוג מרכזיות, למשל, בבתי מלון או בקניונים, וכן במפעלי מזון ושתיה שבהם צריך לקרר מזון או לחמם נוזלים כמו חלב או מיץ באופן יעיל וחסכוני מבחינת צריכת אנרגיה ומקום.
מחליף חום ספירלה
מדובר במתקן שיש בו שני לוחות מתכת שמלופפים יחד בצורה של ספירלה, וכך הוא יוצר למעשה שני ערוצי זרימה. באחד זורמים המים החמים ובשני המים הקרים (או כל נוזל אחר), והחום עובר מהנוזל החם לנוזל הקר דרך דופן משותפת לשניהם. המבנה הייחודי של מחליף חום ספירלה, שהוא מבנה זורם ומעוגל, עוזר לכך שלא יווצרו סתימות בזרימה, ולכן הוא מתאים במיוחד לצרכים שכוללים נוזלים בעייתיים כמו נוזלים כימיים, שפכים, או נוזלים צמיגיים. מצד שני, אנחנו יודעים שהיתרון של תחזוקה שוטפת קלה יחסית בשל המבנה הייחודי שמונע סתימות, יוצר לעתים בעיית תחזוקה כשרוצים לתקן או לנקות באופן יסודי את המערכת, כי אין גישה נוחה אל הצינורות בשל המבנה הייחודי. שלא כמו במחליף חום פלטות, שבו אפשר לפרק את הפלטות ולנקות אחת אחת, או מחליף חום תרמיל וצינורות שאפשר לפתוח יחסית בנוחות, במחליף חום ספירלה האפשרות העיקרית לניקוי יסודי היא באמצעות שטיפת לחץ. בכל מקרה, העמידות של המערכת לנוזלים עם לכלוך או מרקם צמיגי הופכת אותה למתאימה לתעשיות מזון, טיפול בשפכים ותעשיות כימיות שונות, ועם הניקוי של מערכת מחליף החום אנחנו יודעים להתמודד.
מחליף חום קואקסיאלי (צינור בתוך צינור)
מדובר במערכת שיחסית לאחרות שהזכרנו למעלה, היעילות שלה פחות גבוהה, אבל היתרון המרכזי שלה הוא בתפוסת המקום הקומפקטית, ובעלות הראשונית הנמוכה. המערכת, כשמה כן היא, מורכבת מצינור בתוך צינור, כאשר בצינור הפנימי זורם נוזל אחד ובחיצוני אחר, והחלפת החום מתבצעת באמצעות הדופן של הצינור הפנימי, מבלי שהנוזלים מתערבבים. הוא מתאים בעיקר למערכות קטנות ובינוניות שצריכות פתרון קומפקטי, כמו למשל, מערכות מיזוג אוויר מיני-מרכזי, מכונות תעשייתיות קטנות כמו צ'ילר נייד, מערכות קירור במעבדה ועוד.
מחליף חום אוויר-נוזל Fin Fan Heat Exchanger
כאן מדובר במחליף חום שונה מכל מה שהזכרנו עד כה, כי הוא לא מעביר את החום לנוזל אחר, אלא לאוויר, וכך מקרר את המערכת. הוא בנוי לרוב מצינורות דקים שבהם נוזל, ומסביבם יש "סנפירים" / דסקיות, שהם למעשה לוחות מתכת דקות מאוד, בעלות שטח פנים גדול יחסית. הסנפירים נמצאים במגע עם האוויר וכך הנוזל שזורם בצינורות מעביר את החום ללוחות ומשם הוא עובר לאוויר. מחליף חום מסוג זה משמש גם במערכות קירור קטנות כמו מזגנים, צ'ילרים, ומערכות קירור של מחשבים. למעשה, גם הרדיאטור באוטו עובד בדרך זו, ובנוסף נפוץ מאוד לשימוש בתעשייה הפטרוכימית (בתי זיקוק, מפעלים כימיים וכיו"ב) כאשר נדרש קירור של נוזלים מטמפ' גבוהה של כ- 150 מ.צ. לטמפ' גבוה פחות של כ 70-90 מ.צ. היעילות של מחליפי חום אילו היא לקירור בטמפ' גבוהות על ידי שימוש באוויר חיצוני ובעלות אנרגטית נמוכה יחסית.
בסופו של דבר, כמו שבטח הבנתם עד כה, לכל צורך יש את מחליף החום המתאים לו ומאוד חשוב להתאים את מחליף החום באופן מדויק לצרכי התהליך הספציפי הנדרש.
