हीट एक्सचेंजर्स में कॉपर: Difference between revisions

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ऊष्मा विनियमक ऐसे उपकरण हैं जो वांछित ऊष्मीय प्रभाव या शीतलन प्राप्त करने के लिए ऊष्मा स्थानांतरण करते हैं। ऊष्मा विनियमक प्रौद्योगिकी का एक महत्वपूर्ण डिजाइन स्वरूप ऊष्मा को अति शीघ्र और कुशलता से संचालित करने और स्थानांतरित करने के लिए उपयुक्त सामग्रियों का चयन है।

तापीय रूप से प्रभावशाली और टिकाऊ ताप विनिमायकों के लिए ताँबे में कई वांछनीय गुण हैं। सबसे पहले और सबसे महत्वपूर्ण, तांबा ऊष्मा का एक उत्कृष्ट संवाहक है। इसका तात्पर्य यह है कि तांबे की उच्च तापीय चालकता ऊष्मा को इसके माध्यम से जल्दी से पारित करने की अनुमति देती है। ऊष्मा विनिमायकों में तांबे के अन्य वांछनीय गुणों में इसका संक्षारण प्रतिरोध, जैव अवरोध प्रतिरोध, उच्चतम स्वीकार्य तनाव और आंतरिक दबाव, विसर्पण अंत्रवृद्धि सामर्थ्य , श्रांति सामर्थ्य, कठोरता, तापीय प्रसार, विशिष्ट ऊष्मा, रोगाणुरोधी गुण, तनन सामर्थ्य, उपज सामर्थ्य, उच्च गलनांक , मिश्र धातु, निर्माण में सरलता, और जुड़ने में सरलता सम्मिलित हैं।

इन गुणों का संयोजन तांबे को औद्योगिक सुविधाओं, एचवीएसी प्रणाली, वाहनों के शीतलक और विकिरक में ऊष्मा विनिमायकों के लिए विशिष्ट करने में, और कूल कंप्यूटर, डिस्क ड्राइव, टीवी, कंप्यूटर मॉनिटर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए ऊष्माशोषी के रूप में सक्षम बनाता है।[1] कॉपर को उच्च-गुणवत्ता वाले भोजन पकाने के बर्तन कॉपर के तल में भी सम्मिलित किया जाता है क्योंकि धातु जल्दी से ऊष्मा का संचालन करती है और इसे समान रूप से वितरित करती है।

गैर-कॉपर ताप विनिमायक भी उपलब्ध हैं। कुछ वैकल्पिक सामग्रियों में एल्यूमीनियम, कार्बन स्टील, जंगरोधी स्टील, मिश्र धातुओं की सूची और टाइटेनियम सम्मिलित हैं।

यह लेख ताप विनिमायकों में तांबे के लाभकारी गुणों और सामान्य अनुप्रयोगों पर केंद्रित है। विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए नई कॉपर ऊष्मा विनियमक प्रौद्योगिकियां भी प्रस्तुत की गई हैं।

इतिहास

तांबे और इसकी मिश्र धातुओं का उपयोग करने वाले ऊष्मा विनिमायकों पिछले कई सौ वर्षों में ऊष्मा स्थानांतरण तकनीकों के साथ विकसित हुए हैं। कॉपर संधारित्र नलिका का पहली बार प्रयोग 1769 में भाप का इंजन के लिए किया गया था। प्रारंभ में, नलिकाओं को शुद्ध तांबे से बनाया गया था। 1870 तक, मंटज़ धातु, एक 60% Cu-40% Zn पीतल मिश्र धातु, का उपयोग समुद्री जल शीतलन में संधारित्र के लिए किया गया था। समुद्री जल सेवा के लिए 1890 में नौवाहनविभाग धातु, एक 70% Cu-30% Zn पीला पीतल मिश्र धातु, 1% टिन के साथ जंग प्रतिरोध में सुधार करने के लिए जोड़ा गया था।[2] 1920 के दशक तक, नौसैनिक संघनित्रों के लिए 70% Cu-30% निकिल मिश्र धातु विकसित की गई थी। इसके तुरंत बाद, बेहतर कटाव प्रतिरोध के लिए 2% मैंगनीज और 2% लौह तांबा मिश्र धातु प्रस्तुत किया गया। शुरुआत में समुद्री जल पाइपिंग के लिए, 90% Cu-10% निकिल मिश्र धातु पहली बार 1950 के दशक में उपलब्ध हुई। यह मिश्र धातु अब समुद्री ताप विनिमायकों में सबसे व्यापक रूप से प्रयोग किया जाने वाला तांबा-निकल मिश्र धातु है।

आज, भाप, बाष्पीकरण करने वाला यन्त्र और संधारित्र कुंडली तांबे और तांबे की मिश्र धातुओं से बनाए जाते हैं।[3] इन ऊष्मा विनिमायकों का उपयोग वातानुकूलन और प्रशीतन प्रणाली, औद्योगिक और केंद्रीय तापक और शीतलन प्रणाली , विकिरक, गर्म पानी के जलाशय और अंडर-फ्लोर तापक प्रणाली में किया जाता है।

कॉपर-आधारित ऊष्मा विनिमायकों को कॉपर नालिका/एल्यूमीनियम फिन, कप्रो-निकल, या ऑल-कॉपर संरचना के साथ निर्मित किया जा सकता है। नलिकाओं और पंखों के संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए विभिन्न विलेपन को लागू किया जा सकता है।[3][4]


कॉपर ऊष्मा विनिमायकों के लाभकारी गुण

तापीय चालकता

ऊष्मीय चालकता (k, जिसे λ या κ के रूप में भी जाना जाता है) किसी पदार्थ की ऊष्मा संचालन की क्षमता का माप है। उच्च तापीय चालकता वाली सामग्रियों में ऊष्मा का स्थानांतरण कम तापीय चालकता वाली सामग्रियों की तुलना में उच्च दर पर होता है। इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई) में, तापीय चालकता को वाट प्रति मीटर केल्विन(W/(m•K)) में मापा जाता है। मापन की शाही प्रणाली(ब्रिटिश इंपीरियल, या शाही इकाइयां) में, तापीय चालकता को बीटीयू/(एचआर·एफटी⋅एफ) में मापा जाता है।

तांबे की तापीय चालकता 231 Btu/(hr-ft-F) होती है। यह कीमती धातु चांदी को छोड़कर अन्य सभी धातुओं से अधिक है। कॉपर में एल्यूमीनियम की तुलना में 60% बेहतर तापीय चालकता अनुमतांकन है और जंगरोधी स्टील की तुलना में लगभग 30 गुना अधिक तापीय चालकता है।[5]

कुछ सामान्य धातुओं की तापीय चालकता[6]
धातु ऊष्मीय चालकता
(Btu/(hr-ft-F)) (W/(m•K))
चाँदी 247.87 429
ताँबा 231 399
सोना 183 316
अल्युमीनियम 136 235
पीला पीतल 69.33 120
कच्चा लोहा 46.33 80.1
जंगरोधी स्टील 8.1 14.0

चयनित धातुओं की तापीय चालकता के बारे में अधिक जानकारी उपलब्ध है।[7]


संक्षारण प्रतिरोध

जंग प्रतिरोध ऊष्मा स्थानान्तरण, जहां तरल पदार्थ सम्मिलित होते हैं, जैसे कि गर्म पानी के टैंक, विकिरक आदि अनुप्रयोगों में आवश्यक है। तांबे के समान संक्षारण प्रतिरोध वाली एकमात्र वहनयोग्य सामग्री जंगरोधी स्टील है। हालाँकि, जंगरोधी स्टील की तापीय चालकता तांबे की तुलना में 1/30 गुना अधिक है। एल्यूमीनियम नलिका पीने योग्य या अनुपचारित पानी के अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं हैं क्योंकि यह पीएच <7.0 पर निष्क्रिय हो जाता है और इसलिए यह हाइड्रोजन गैस स्रावित करता है।[8][9][10]

संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए तांबे मिश्र धातु नलिकाओं की आंतरिक सतह पर सुरक्षात्मक आवरण(पतली झिल्ली) को लागू किया जा सकता है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए, आवरण लोहे से बनी होती है। बिजलीघर संधारित्र में, बाहरी तांबे-निकल मिश्र धातुओं के साथ एक आंतरिक टाइटेनियम परत वाली द्विपथी नलिका कार्यरत हैं। यह टाइटेनियम के उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध के साथ-साथ तांबे के लाभकारी यांत्रिक और रासायनिक गुणों (जैसे, तनाव जंग दरार, अमोनिया अटैक) के उपयोग को सक्षम बनाता है। तेल शोधन और पेट्रो रसायन उद्योगों में शीतलन करने के लिए आंतरिक एल्यूमीनियम पीतल या तांबा-निकल और बाहरी जंगरोधी या हल्के स्टील के साथ एक द्वैध संचरण नलिका का उपयोग किया जा सकता है।[11]


जैव अवरोध प्रतिरोध

वैकल्पिक सामग्री की तुलना में कॉपर और कॉपर-निकल मिश्र धातुओं में जैव-दूषण के प्रति उच्च प्राकृतिक प्रतिरोध होता है। ऊष्मा विनिमायकों में प्रयोग होने वाली अन्य धातुएं, जैसे स्टील, टाइटेनियम और एल्यूमीनियम, सरलता से निष्क्रिय हो जाती हैं। विशेष रूप से समुद्री संरचनाओं में जैव-ईंधन के खिलाफ सुरक्षा तांबे की धातुओं के साथ लंबे समय तक उपलबद्ध की जा सकती है।

समुद्री जल पाइपवर्क और अन्य समुद्री अनुप्रयोगों में कॉपर-निकल मिश्र कई वर्षों से सिद्ध हुए हैं। ये मिश्रधातुएँ खुले समुद्र में जैव-दूषण का विरोध करती हैं जहाँ वे रोगाण्वीय अवपंक फफूंदी को बनने नहीं देती हैं और मैक्रो-दूषण का समर्थन करती हैं।[12]

शोधकर्ता समशीतोष्ण जल में भी, दो संभावित तंत्रों के लिए जैव-दूषण के लिए तांबे के प्रतिरोध का श्रेय देते हैं: 1) संक्षारण प्रक्रिया के समय तांबे के आयनों की धीमी गति से उत्सर्जन के माध्यम से उपनिवेशण का एक मंदता क्रम, जिससे समुद्री सतहों पर रोगाण्वीय परतों के लगाव को रोकता है;[13] और/या, 2) उन परतों को अलग करना जिनमें संक्षारक उत्पाद और स्थूल-संकुचित जीवों के लार्वा होते हैं।[14] इसके बाद वाला तंत्र जीवों को मारने के अतिरिक्त धातु की सतह पर पेलजिक लार्वा चरणों के निपटान को रोकता है।

रोगाणुरोधी गुण

कॉपर के मजबूत रोगाणुरोधी गुणों के कारण, कॉपर फिन बैक्टीरिया, फंगल और वायरल विकास को रोक सकते हैं जो सामान्यतः वातानुकूलन प्रणाली में बनते हैं। इसलिए, अन्य धातुओं से बने ऊष्मा विनिमायकों की तुलना में कॉपर-आधारित ऊष्मा विनिमायकों की सतहें अधिक समय तक साफ रहती हैं। यह लाभ ऊष्मा विनियमक सेवा जीवन को बहुत विस्तारित करता है और बेहतर वायु गुणवत्ता में योगदान देता है।

एक पूर्ण-स्तरीय एचवीएसी प्रणाली में प्रतिसूक्ष्मजीवी कॉपर और एल्यूमीनियम से अलग से निर्मित ऊष्मा विनिमायकों का मूल्यांकन बाहरी हवा के सिंगल-पास का उपयोग करके सामान्य प्रवाह दर की स्थितियों के तहत रोगाण्वीय विकास को सीमित करने की उनकी क्षमता के लिए किया गया है। आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले एल्यूमीनियम घटकों ने संचालन के चार सप्ताह के अंदर बैक्टीरिया और कवक के स्थिर बायोफिल्म विकसित किए। इसी समय अवधि के समय, प्रतिसूक्ष्मजीवी कॉपर कॉपर ऊष्मा विनियमक फिन्स से जुड़े बैक्टीरिया भार को 99.99% और कवक भार को 99.74% तक सीमित करने में सक्षम था।[15][16][17]

कॉपर फिनवातानुकूलन को शंघाई में बसों पर बैक्टीरिया, वायरस और कवक को अति शीघ्र और पूरी तरह से मारने के लिए तैनात किया गया है जो पहले गैर-कॉपर फिन पर पनप रहे थे और प्रणाली के चारों ओर घूमने की अनुमति देते थे। समुद्री जल पाइपवर्क और अन्य समुद्री अनुप्रयोगों में कॉपर-निकल मिश्र कई वर्षों से सिद्ध हुए हैं। 2010 से 2012 तक शंघाई म्युनिसिपल सेंटर फॉर डिजीज कंट्रोल एंड प्रिवेंशन (एससीडीसी) द्वारा एल्यूमीनियम को तांबे से बदलने का निर्णय रोगाणुरोधी परीक्षणों के बाद लिया गया। अध्ययन में पाया गया कि कॉपर फिन सतहों पर रोगाण्वीय का स्तर एल्यूमीनियम की तुलना में काफी कम था, जिससे रक्षा करने में बस यात्रियों के स्वास्थ्य में मदद मिली [17][18]

एचवीएसी प्रणाली में प्रतिसूक्ष्मजीवी कॉपर के लाभों के बारे में अधिक जानकारी उपलब्ध है।[19][20][21]


आंतरिक खांचन में सरलता

छोटे व्यास की आंतरिक रूप से घुमावदार तांबे की नलिका अधिक तापीय रूप से कुशल, भौतिक रूप से कुशल और मोड़ने और भड़काने में आसान होती है और अन्यथा काम करती है। सामान्यतः तांबे से आंतरिक खांचे वाली नलियों को बनाना आसान होता है, जो एक बहुत ही नरम धातु है।

कॉपर ऊष्मा विनिमायकों के लिए सामान्य अनुप्रयोग

औद्योगिक सुविधाएं और बिजली संयंत्र

कॉपर मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से जीवाश्म और परमाणु भाप पैदा करने वाले विद्युत ऊर्जा संयंत्रों, रासायनिक और पेट्रो रसायन संयंत्रों, समुद्री सेवाओं और अलवणीकरण संयंत्रों में ऊष्मा विनियमक नलिका के रूप में उपयोग किया जाता है।

उपयोगिता बिजली संयंत्रों में प्रति यूनिट आधार पर कॉपर मिश्र धातु ऊष्मा विनियमक नलिका का सबसे बड़ा उपयोग होता है। इन पौधों में सतह संधारित्र , हीटर और शीतलक होते हैं, जिनमें से सभी में कॉपर नलिका होती है। टर्बाइन-स्टीम डिस्चार्ज को स्वीकार करने वाला मुख्य सतह संधारित्र सबसे अधिक तांबे का उपयोग करता है।[2]

cupronickel मिश्र धातुओं का समूह है जो सामान्यतः अलवणीकरण संयंत्रों, प्रक्रिया उद्योग संयंत्रों, ताप पावर प्लांटों के एयर शीतलन ज़ोन, उच्च दबाव वाले फीड वॉटर हीटर और जहाजों में समुद्री जल पाइपिंग के बाष्पीकरणकर्ताओं में ऊष्मा विनियमक या संधारित्र नलिकाओं में निर्दिष्ट होते हैं।[11]मिश्र धातुओं की संरचना 90% Cu-10% Ni से 70% Cu-30% Ni तक भिन्न हो सकती है।

आर्सेनिक एडमिरल्टी ब्रास (Cu-Zn-Sn-As) के संधारित्र और ऊष्मा विनियमक नलिका एक बार औद्योगिक सुविधा बाजार पर हावी हो गए। एल्युमीनियम ब्रास बाद में अपने संवर्धित संक्षारण प्रतिरोध के कारण लोकप्रियता में बढ़ा।[22] आज, एल्यूमीनियम-पीतल, 90% Cu-10% Ni, और अन्य तांबे मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से ट्यूबलर ऊष्मा विनिमायकों और समुद्री जल, खारे पानी और ताजे पानी में पाइपिंग प्रणाली में उपयोग किया जाता है। एल्युमीनियम-पीतल, 90% Cu-10% Ni और 70% Cu-30% Ni मिश्रधातु गर्म डी-एरेटेड समुद्री जल और बहु-स्तरीय फ्लैश विलवणीकरण संयंत्रों में नमकीन में अच्छा संक्षारण प्रतिरोध दिखाते हैं।[23][24]

विशेष रूप से समुद्री और कठोर अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त फिक्स्ड नलिका लिक्विड-कूल्ड ऊष्मा विनिमायकों को पीतल के गोले, तांबे के नालिका , पीतल के बैफल्स और जाली पीतल के इंटीग्रल एंड हब के साथ इकट्ठा किया जा सकता है।[25]

कॉपर मिश्र धातु नलिकाओं को एक चमकदार धातु की सतह (CuNiO) या एक पतली, मजबूती से जुड़ी ऑक्साइड परत (एल्यूमीनियम पीतल) के साथ आपूर्ति की जा सकती है। ये खत्म प्रकार एक सुरक्षात्मक परत के गठन की अनुमति देते हैं।[24] टर्बाइन-स्टीम डिस्चार्ज को स्वीकार करने वाला मुख्य सतह संधारित्र सबसे अधिक तांबे का उपयोग करता है। सुरक्षात्मक ऑक्साइड सतह सबसे अच्छा तब प्राप्त होती है जब प्रणाली को स्वच्छ, ऑक्सीजन युक्त शीतलन पानी के साथ कई हफ्तों तक संचालित किया जाता है। जबकि सुरक्षात्मक परत बनती है, प्रक्रिया को बढ़ाने के लिए सहायक उपाय किए जा सकते हैं, जैसे कि आयरन सल्फेट या आंतरायिक नलिका की सफाई। वातित समुद्री जल में Cu-Ni मिश्र धातुओं पर बनने वाली सुरक्षात्मक आवरण लगभग तीन महीने में 60 °F पर परिपक्व हो जाती है और समय के साथ अति शीघ्र सुरक्षात्मक हो जाती है। आवरण प्रदूषित पानी, अनियमित वेग और अन्य कठोर परिस्थितियों के लिए प्रतिरोधी है। और विवरण उपलब्ध हैं।[26]

Cu-Ni मिश्रधातुओं का जैव-दूषण प्रतिरोध ऊष्मा विनिमय इकाइयों को यांत्रिक सफाई के बीच कई महीनों तक संचालित करने में सक्षम बनाता है। मूल ताप स्थानान्तरण क्षमताओं को बहाल करने के लिए फिर भी सफाई की आवश्यकता है। क्लोरीन इंजेक्शन Cu-Ni मिश्र धातुओं पर हानिकारक प्रभावों के बिना यांत्रिक सफाई अंतराल को एक वर्ष या उससे अधिक तक बढ़ा सकता है।

औद्योगिक सुविधाओं के लिए ताम्र मिश्रधातु ताप विनिमायकों के बारे में अधिक जानकारी उपलब्ध है।[27][28][29][30]


सौर तापीय जल प्रणाली

सौर वॉटर हीटर दुनिया के कई क्षेत्रों में घरों के लिए गर्म पानी उत्पन्न करने का एक किफायती तरीका हो सकता है। तांबे की उच्च तापीय चालकता, वायुमंडलीय और पानी के क्षरण के प्रतिरोध, टांका लगाने और टांका लगाने और यांत्रिक सामर्थ्य के कारण तांबे के ताप विनिमायक सौर तापीय ताप और शीतलन प्रणालियों में महत्वपूर्ण हैं। कॉपर का उपयोग सौर तापीय जल प्रणालियों के रिसीवर और प्राथमिक सर्किट (पानी की टंकियों के लिए पाइप और ऊष्मा एक्सचेंजर्स) दोनों में किया जाता है।[31]

आवासीय अनुप्रयोगों के लिए विभिन्न प्रकार के सौर संग्राहक या तो प्रत्यक्ष संचलन के साथ उपलब्ध हैं (यानी, पानी को गर्म करता है और इसे सीधे उपयोग के लिए घर में लाता है) या अप्रत्यक्ष संचलन (यानी, ऊष्मा विनियमक के माध्यम से ऊष्मा स्थानान्तरण द्रव को पंप करता है, जो तब पानी को गर्म करता है। घर में बहती है) प्रणाली ।[32] अप्रत्यक्ष संचलन प्रणाली के साथ एक खाली नलिका सौर गर्म पानी के हीटर में, खाली नलिकाओं में एक ग्लास बाहरी नलिका और धातु अवशोषक नलिका एक पंख से जुड़ी होती है। सौर तापीय ऊर्जा खाली नलिकाओं के अंदर अवशोषित हो जाती है और प्रयोग करने योग्य केंद्रित ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। खाली कांच की नलियों में दोहरी परत होती है। ग्लास नलिका के अंदर कॉपर ऊष्मा पाइप होता है। यह एक सीलबंद खोखली तांबे की नलिका होती है जिसमें थोड़ी मात्रा में ताप स्थानांतरण फ्लुइड (पानी या ग्लाइकोल मिश्रण) होता है जो कम दबाव में बहुत कम तापमान पर उबलता है। कॉपर ऊष्मा पाइप ताप एनर्जी को सोलर नलिका के अंदर से कॉपर हेडर में स्थानांतरण करता है। जैसे ही विलयन कॉपर हैडर के माध्यम से परिचालित होता है, तापमान बढ़ जाता है।

सौर तापीय जल प्रणालियों में अन्य घटक जिनमें तांबा होता है, उनमें पंप और नियंत्रकों के साथ सौर ताप विनिमायक टैंक और सौर पम्पिंग स्टेशन सम्मिलित हैं।[33][34][35][36][37]


एचवीएसी प्रणाली

इमारतों और मोटर वाहनमें वातानुकूलन और तापक ऊष्मा विनिमायकों के दो सबसे बड़े अनुप्रयोग हैं। जबकि अधिकांश वातानुकूलन और रेफ्रिजरेशन प्रणाली में कॉपर नलिका का उपयोग किया जाता है, विशिष्ट वातानुकूलन इकाइयाँ वर्तमान में एल्यूमीनियम फिन्स का उपयोग करती हैं। ये प्रणालियाँ बैक्टीरिया और मोल्ड को आश्रय दे सकती हैं और गंध और दूषण विकसित कर सकती हैं जो उन्हें निष्क्रिय कार्य कर सकती हैं।[38] बढ़ी हुई परिचालन क्षमता की मांगों और हानिकारक उत्सर्जन में कमी या उन्मूलन सहित कठोर नई आवश्यकताएं आधुनिक एचवीएसी प्रणालियों में तांबे की भूमिका को बढ़ा रही हैं।[39]

कॉपर के रोगाणुरोधी गुण एचवीएसी प्रणाली और संबंधित इनडोर वायु गुणवत्ता के प्रदर्शन को बढ़ा सकते हैं। व्यापक परीक्षण के बाद, बैक्टीरिया, ढालना (कवक) और फफूंदी के खिलाफ तापक और वातानुकूलन उपकरण सतहों की सुरक्षा के लिए तांबा अमेरिका में एक पंजीकृत सामग्री बन गया।सौर तापीय ऊर्जा खाली नलिकाओं के अंदर अवशोषित हो जाती है और प्रयोग करने योग्य केंद्रित ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। इसके अतिरिक्त, अमेरिकी रक्षा विभाग द्वारा वित्त पोषित परीक्षण यह प्रदर्शित कर रहा है कि ऑल-कॉपरवातानुकूलन बैक्टीरिया, मोल्ड और फफूंदी के विकास को दबाते हैं जो गंध पैदा करते हैं और प्रणाली ऊर्जा दक्षता को कम करते हैं। एल्यूमीनियम से बनी इकाइयां इस लाभ का प्रदर्शन नहीं कर रही हैं।[40][41]

कॉपर अन्य मिश्र धातुओं की उपस्थिति में गैल्वेनिक प्रतिक्रिया पैदा कर सकता है, जिससे जंग लग सकता है।[42]


गैस वॉटर हीटर

जल तापन घर में ऊर्जा का दूसरा सबसे बड़ा उपयोग है। गैस-वाटर ऊष्मा विनिमायकों जो 3 और 300 किलोवाट ताप के बीच गैसीय ईंधन से पानी में ऊष्मा स्थानांतरित करते हैं, पानी के तापक और तापक बॉयलर उपकरण अनुप्रयोगों में व्यापक आवासीय और व्यावसायिक उपयोग करते हैं।

ऊर्जा-कुशल कॉम्पैक्ट वॉटर तापक प्रणाली की मांग बढ़ रही है। टैंक रहित गैस वॉटर हीटर जरूरत पड़ने पर गर्म पानी का उत्पादन करते हैं। कॉपर ऊष्मा विनिमायकों इन इकाइयों में उनकी उच्च तापीय चालकता और निर्माण में सरलता के कारण पसंदीदा सामग्री हैं। वातावरण में इन इकाइयों की सुरक्षा के लिए, टिकाऊ विलेपन या अन्य सतही उपचार उपलब्ध हैं। अम्ल -प्रतिरोधी विलेपन 1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान का सामना करने में सक्षम हैं।[43][44]


अत्यावश्यक हवा का ताप और शीतलन

कई वर्षों से आवासीय और वाणिज्यिक ताप और शीतलन के लिए वायु-स्रोत ऊष्मा पम्पों का उपयोग किया जाता रहा है। ये इकाइयां बाष्पीकरण इकाइयों के माध्यम से एयर-टू-एयर ऊष्मा विनिमय पर निर्भर करती हैं, जोवातानुकूलन के लिए उपयोग की जाती हैं। फ़िन्ड वाटर टू एयर ऊष्मा विनिमायकों का उपयोग सामान्यतः मजबूर वायु ताप और शीतलन प्रणालियों के लिए किया जाता है, जैसे कि इनडोर और आउटडोर लकड़ी की भट्टियों, बॉयलरों और स्टोव के साथ। वे तरल शीतलन अनुप्रयोगों के लिए भी उपयुक्त हो सकते हैं। कॉपर आपूर्ति और रिटर्न मैनिफोल्ड्स और नलिका कॉइल्स में निर्दिष्ट है।[8]


प्रत्यक्ष विनिमय (डीएक्स) भूतापीय हीटिंग/कूलिंग

भू-तापीय ऊष्मा पम्प प्रौद्योगिकी, जिसे भू-स्रोत, भू-युग्मित, या प्रत्यक्ष विनिमय के रूप में जाना जाता है, ऊष्मा विनिमय के लिए दबे हुए तांबे के नलिका के माध्यम से एक रेफ्रिजरेंट को प्रसारित करने पर निर्भर करती है। ये इकाइयां, जो अपने वायु-स्रोत समकक्षों की तुलना में काफी अधिक कुशल हैं, ऊष्मा स्थानान्तरण के लिए ठंढ क्षेत्र के नीचे जमीन के तापमान की निरंतरता पर निर्भर करती हैं।

सबसे कुशल ग्राउंड सोर्स ऊष्मा पंप एसीआर, टाइप एल या विशेष आकार के कॉपर नलिका का उपयोग करते हैं, जो वातानुकूलित स्थान से या ऊष्मा को स्थानांतरित करने के लिए जमीन में दबे होते हैं। लचीली तांबे की नलिका (सामान्यतः 1/4-इंच से 5/8-इंच) गहरे ऊर्ध्वाधर छिद्रों में, अपेक्षाकृत उथले ग्रिड पैटर्न में क्षैतिज रूप से, मध्यम-गहराई वाली खाइयों में एक ऊर्ध्वाधर बाड़ जैसी व्यवस्था में, या कस्टम विन्यास के रूप में निष्क्रिय की जा सकती है।


इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली

कॉपर और एल्युमीनियम का उपयोग इलेक्ट्रानिक्स शीतलन अनुप्रयोग में ऊष्मा सिंक्स और ऊष्मा पाइप के रूप में किया जाता है। ऊष्मा सिंक एक निष्क्रिय घटक है जो आसपास की हवा में ऊष्मा को नष्ट करके अर्धचालक और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को शीतलन करता है। ऊष्मा सिंक में उनके आसपास के वातावरण की तुलना में तापमान अधिक होता है ताकि संवहन, विकिरण और चालन (ऊष्मा) द्वारा ऊष्मा को हवा में स्थानांतरित किया जा सके।

कम लागत के कारण एल्युमिनियम सबसे प्रमुख रूप से प्रयोग की जाने वाली ऊष्मा सिंक सामग्री है।[45] तापीय चालकता के उच्च स्तर की आवश्यकता होने पर कॉपर ऊष्मा सिंक एक आवश्यकता है। ऑल-कॉपर या ऑल-एल्युमिनियम ऊष्मा सिंक का एक विकल्प एल्युमीनियम फिन्स को कॉपर बेस से जोड़ना है।[46]

कॉपर ऊष्मा सिंक डाई-कास्ट होते हैं और प्लेटों में एक साथ बंधे होते हैं। वे ऊष्मा स्रोत से ताँबे या एल्युमिनियम के पंखों और आसपास की हवा में तेज़ी से ऊष्मा प्रसारित करते हैं।

ऊष्मा पाइप का उपयोग केंद्रीय प्रसंस्करण इकाइयां (सीपीयू) और ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीयू) से ऊष्मा को दूर करने और ऊष्मा सिंक की ओर ले जाने के लिए किया जाता है, जहां ताप ऊर्जा पर्यावरण में प्रसारित हो जाती है। कॉपर और एल्युमीनियम ऊष्मा पाइप का उपयोग आधुनिक कंप्यूटर प्रणाली में बड़े पैमाने पर किया जाता है, जहां बिजली की बढ़ती जरूरतों और संबंधित ऊष्मा उत्सर्जन के परिणामस्वरूप शीतलन प्रणाली पर अधिक मांग होती है।

एक ऊष्मा पाइप में सामान्यतः गर्म और ठंडे दोनों सिरों पर एक सीलबंद पाइप या नलिका होता है। ताप पाइप एक कार्यशील तरल पदार्थ या शीतलक के वाष्पीकरण और संघनन द्वारा तापीय ऊर्जा को एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर स्थानांतरित करने के लिए बाष्पीकरणीय शीतलन का उपयोग करते हैं। वे ऊष्मा सिंक की तुलना में बड़ी दूरी पर ऊष्मा चालन में विशेष रूप से बेहतर होते हैं क्योंकि उनकी प्रभावी तापीय चालकता समतुल्य ठोस कंडक्टर की तुलना में अधिक परिमाण के कई क्रम होते हैं।[47]

जब जंक्शन तापमान को 125–150 डिग्री सेल्सियस से नीचे बनाए रखना वांछनीय होता है, तो सामान्यतः तांबे/पानी के ताप पाइप का उपयोग किया जाता है। कॉपर/मेथनॉल ऊष्मा पाइप का उपयोग किया जाता है यदि अनुप्रयोग को 0 डिग्री सेल्सियस से नीचे ऊष्मा पाइप संचालन की आवश्यकता होती है।[48]


नई प्रौद्योगिकियां

आंतरिक रूप से ग्रूव्ड

ऊष्मा स्थानान्तरण के लिए आंतरिक रूप से खांचे वाली तांबे की नलिका के छोटे-व्यास के लाभों को अच्छी तरह से प्रलेखित किया गया है।[49][50]

छोटे व्यास के कुंडली में पारंपरिक आकार के कुंडली की तुलना में ऊष्मा स्थानान्तरण की बेहतर दर होती है ताकि वे पर्यावरण के अनुकूल रेफ्रिजरेंट की नई पीढ़ी द्वारा आवश्यक उच्च दबावों का सामना कर सकें। वे ऊष्मा स्रोत से ताँबे या एल्युमिनियम के पंखों और आसपास की हवा में तेज़ी से ऊष्मा प्रसारित करते हैं। छोटे व्यास के कुंडली की सामग्री लागत भी कम होती है क्योंकि उन्हें कम रेफ्रिजरेंट, फिन और कुंडली सामग्री की आवश्यकता होती है; और वे छोटे और हल्के उच्च दक्षता वालेवातानुकूलन और रेफ्रिजरेटर के डिजाइन को सक्षम करते हैं क्योंकि बाष्पीकरण करने वाले और संधारित्र कुंडली छोटे और हल्के होते हैं। माइक्रोग्रूव नलिका की सतह से आयतन के अनुपात को बढ़ाने के लिए नलिका की एक खांचेदार आंतरिक सतह का उपयोग करता है और रेफ्रिजरेंट को मिलाने के लिए अशांति को बढ़ाता है और पूरे नलिका में तापमान को समरूप बनाता है।[51][52][53]


3 डी प्रिंटिग

ऊष्मा विनिमायकों बनाने की एक नई तकनीक 3डी प्रिंटिंग है। 3डी प्रिंटिंग के साथ, आप जटिल रूप और आंतरिक चैनल बना सकते हैं। इसके परिणामस्वरूप ऊष्मा विनिमायकों का उच्च प्रदर्शन होता है।[54] मुद्रित ऊष्मा विनियमक मुख्य रूप से उद्योग के लिए है। ताप विनिमायकों को शुद्ध तांबे, CuCrZr, और CuNi2SiCr मिश्रधातु में मुद्रित किया जा सकता है।

संदर्भ

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