थर्मल व्हील

थर्मल व्हील का आरेखीय संचालन

स्वीडिश इंजीनियर फ्रेड्रिक लजंगस्ट्रॉम द्वारा लजंगस्ट्रॉम वायु प्रीहीटर (1875-1964)

एक थर्मल व्हील, जिसे रोटरी हीट एक्सचेंजर या रोटरी एयर-टू-वायु तापीय धारिता व्हील एनर्जी रिकवरी व्हील या हीट रिकवरी व्हील के रूप में भी जाना जाता है और यह एक प्रकार का एनर्जी रिकवरी हीट एक्सचेंजर है, जो वायु हैंडलिंग इकाइयों की आपूर्ति और निकास वायु धाराओं के भीतर स्थित होता है। इस प्रकार एयर-हैंडलिंग इकाइयाँ या छत इकाइयाँ किसी औद्योगिक प्रक्रिया की निकास गैसों में, ऊष्मा ऊर्जा को पुनः प्राप्त करने के लिए होती है। अन्य प्रकारों में तापीय धारिता पहिये और डिसिकैंट पहिये के रूप में सम्मिलित हैं। शीतलन-विशिष्ट थर्मल व्हील को कभी-कभी क्योटो व्हील के रूप में जाना जाता है।

विवरण

थर्मल व्हील में गर्मी-अवशोषित सामग्री का एक गोलाकार शहद का छत्ते के रूप में मैट्रिक्स होता है, जो वायु प्रबंधन प्रणाली की आपूर्ति और निकास वायु धाराओं के भीतर धीरे-धीरे घूमता है। जैसे ही थर्मल व्हील घूमता है रोटेशन के एक आधे भाग में निकास वायु धारा से गर्मी को पकड़ लिया जाता है और रोटेशन के दूसरे आधे भाग में ताजी हवा की धारा में छोड़ दिया जाता है। इस प्रकार निकास वायु धारा से अपशिष्ट ताप ऊर्जा को मैट्रिक्स सामग्री में स्थानांतरित किया जाता है और फिर मैट्रिक्स सामग्री से ताजी हवा की धारा में स्थानांतरित किया जाता है। इससे आपूर्ति वायु धारा का तापमान वायु धाराओं या थर्मल ग्रेडिएंट के बीच तापमान अंतर के आनुपातिक और डिवाइस की दक्षता के आधार पर बढ़ जाता है। जब धाराएँ विपरीत दिशाओं में प्रवाहित होती हैं, तो हीट एक्सचेंज सबसे कुशल होता है, क्योंकि इससे पहिये की मोटाई में अनुकूल तापमान प्रवणता उत्पन्न होती है और इस प्रकार सिद्धांत विपरीत विधियों से काम करता है और यदि वांछित हो तो तापमान अंतर अनुमति देता है, तो शीतलन ऊर्जा को आपूर्ति वायु धारा में पुनर्प्राप्त किया जा सकता है।

हीट एक्सचेंज मैट्रिक्स एल्यूमीनियम, प्लास्टिक या सिंथेटिक फाइबर के रूप में हो सकता है। हीट एक्सचेंजर को एक छोटी इलेक्ट्रिक मोटर और बेल्ट ड्राइव प्रणाली द्वारा घुमाया जाता है। इस प्रकार बाहर निकलने वाली हवा के तापमान के अच्छे नियंत्रण के लिए मोटरों को अधिकांशतः इन्वर्टर गति से नियंत्रित किया जाता है। यदि किसी ताप विनिमय की आवश्यकता नहीं होती है, तो मोटर को पूरी तरह से बंद किया जा सकता है।

क्योंकि ऊष्मा को किसी विनिमय माध्यम से सीधे गुजरे बिना निकास वायु धारा से आपूर्ति वायु धारा में स्थानांतरित किया जाता है, इसलिए सकल क्षमताएं सामान्यतः किसी भी अन्य वायु पक्ष ताप पुनर्प्राप्ति प्रणाली की तुलना में अधिक होती हैं और इस प्रकार प्लेट हीट एक्सचेंजर की तुलना में हीट एक्सचेंज मैट्रिक्स की कम गहराई का अर्थ है कि डिवाइस के माध्यम से दबाव ड्रॉप सामान्य रूप से तुलना में कम है। इस प्रकार सामान्यतः , 1.5 और 3.0 मीटर प्रति सेकंड 4.9 और 9.8 फीट/सेकेंड के बीच फेस के वेग के लिए एक थर्मल व्हील का चयन किया जाता है और समान वायु मात्रा प्रवाह दर के साथ, 85% की सकल प्रत्यक्ष दक्षता की उम्मीद की जा सकती है। चूंकि पहिये को घुमाने के लिए थोड़ी ऊर्जा की आवश्यकता होती है इस प्रकार मोटर ऊर्जा की क्षय सामान्यतः कम होती है और डिवाइस की समयानुकूल दक्षता पर इसका बहुत कम प्रभाव पड़ता है। इस प्रकार गुप्त ऊष्मा को पुनर्प्राप्त करने की क्षमता सकल दक्षता में 10-15% तक सुधार कर सकती है।

ऊर्जा स्थानांतरण प्रक्रिया

सामान्यतः डिवाइस द्वारा प्रदान की गई वायु धाराओं के बीच गर्मी हस्तांतरण को संवेदनशील गर्मी कहा जाता है, जो ऊर्जा या तापीय धारिता का आदान-प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप इसमें मध्यम हवा के तापमान में बदलाव होता है, लेकिन नमी की मात्रा में कोई बदलाव नहीं होता है। चूंकि, यदि रिटर्न वायु स्ट्रीम में नमी या सापेक्ष आर्द्रता का स्तर डिवाइस में संघनन की अनुमति देने के लिए पर्याप्त होता है, तो इससे "गुप्त ऊष्मा निकल जाती है और गर्मी हस्तांतरण सामग्री पानी की एक फिल्म के साथ कवर किया जाता है। इस प्रकार गुप्त ऊष्मा के कोरेसपोंडिंग अवशोषण के अतिरिक्त पानी की कुछ फिल्म विपरीत वायु धारा में वाष्पित हो जाती है और पानी हीट एक्सचेंजर सामग्री की सीमा परत के थर्मल प्रतिरोध को कम कर देता है और इस प्रकार डिवाइस के गर्मी हस्तांतरण गुणांक में सुधार करता है और इसलिए दक्षता बढ़ाएँ जाती है। ऐसे उपकरणों के ऊर्जा विनिमय में अब प्रत्यक्ष और गुप्त ताप हस्तांतरण के रूप में दोनों में सम्मिलित हैं; इस प्रकार तापमान में बदलाव के अतिरिक्त वायु धाराओं में नमी की मात्रा में भी बदलाव होता है।

चूंकि, संघनन की फिल्म डिवाइस के माध्यम से दबाव ड्रॉप को थोड़ा बढ़ा देते है और मैट्रिक्स सामग्री की दूरी के आधार पर यह प्रतिरोध को 30% तक बढ़ा सकती है। इससे पंखे की ऊर्जा क्षय बढ़ जाती है और डिवाइस की मौसमी दक्षता कम हो जाती है।

एल्यूमिनियम मैट्रिसेस एक प्रयुक्त हीड्रोस्कोपिक कोटिंग के साथ भी उपलब्ध हैं और इसका उपयोग छिद्रपूर्ण सिंथेटिक फाइबर मैट्रिसेस के रूप में होता है, इस प्रकार संघनन और गुप्त उष्मा हस्तांतरण के लिए सामान्य रूप से आवश्यक नमी के स्तर से बहुत कम स्तर पर जल वाष्प के सोखने और छोड़ने की अनुमति देता है। इसका लाभ और भी अधिक ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता है, लेकिन इसके परिणामस्वरूप वायु धाराओं का सूखना या आर्द्रीकरण भी होता है, जो आपूर्ति वायु द्वारा प्रदान की जाने वाली विशेष प्रक्रिया के लिए भी वांछित हो सकता है।

इस कारण से इन उपकरणों को सामान्यतः तापीय धारिता व्हील के रूप में भी जाना जाता है।

गैस टर्बाइन में उपयोग

Main article: क्रिसलर टर्बाइन कार

1965 के आसपास वाहन प्रणोदन के लिए गैस टर्बाइनों में ऑटोमोटिव उद्योग की रुचि के समय क्रिसलर ने एक अद्वितीय प्रकार के रोटरी हीट एक्सचेंजर का आविष्कार किया था, जिसमें कोरुगेटेड कार्डबोर्ड के समान कोरुगेटेड धातु से निर्मित एक रोटरी ड्रम सम्मिलित है। यह ड्रम टरबाइन द्वारा संचालित रिडक्शन गियर द्वारा लगातार घुमाया जाता है। इस प्रकार गर्म निकास गैसों को उपकरण के एक भाग के माध्यम से निर्देशित किया जाता है, जो फिर उस खंड में घूमता है जो प्रेरण हवा का संचालन करता है, जहां इस अंतर्ग्रहण हवा को गर्म किया जाता है। दहन की गर्मी की इस प्राप्ति से टरबाइन इंजन की दक्षता में बहुत वृदि होती है । यह इंजन अपने खराब आरपीएम टॉर्क के कारण ऑटोमोटिव अनुप्रयोग के लिए अव्यावहारिक साबित हुआ है। यहां तक ​​कि इतना कुशल इंजन यदि उचित प्रदर्शन देने के लिए पर्याप्त रूप में बड़ा है। तो उसकी औसत ईंधन दक्षता कम होती है। ऐसा इंजन भविष्य में किसी समय आकर्षक रूप में होता है जब इसे हाइब्रिड वाहन में इलेक्ट्रिक मोटर के साथ जोड़ा जाता है, क्योंकि इसकी प्रबल दीर्घायु और विभिन्न प्रकार के तरल ईंधन को जलाने की क्षमता होती है।

शुष्कक पहिया

एक शुष्कक पहिया एक थर्मल व्हील के समान होता है, लेकिन हवा की धारा को निरार्द्रीकृत करने या सुखाने के एकमात्र उद्देश्य के लिए एक कोटिंग लगाई जाती है। इस प्रकार शुष्कक सामान्यतः सिलिका जेल के रूप में होता है। जैसे ही पहिया घूमता है शुष्कक आने वाली हवा के माध्यम से बारी-बारी से गुजरता है, जहां नमी का अवशोषण होता है और "पुनर्जीवित" क्षेत्र के माध्यम से जहां शुष्कक सूख जाता है और नमी बाहर निकल जाती है और इस प्रकार पहिया घूमता रहता है और अधिशोषक प्रक्रिया दोहराई जाती है। पुनर्जनन सामान्यतः हीटिंग कॉइल के उपयोग से किया जाता है, जैसे कि पानी या भाप कॉइल या सीधे-फायर गैस बर्नर के रूप में होते है।

थर्मल व्हील और जलशुष्कक व्हील का उपयोग अधिकांशतः श्रृंखला कॉन्फ़िगरेशन में आवश्यक निरार्द्रीकरण प्रदान करने के साथ-साथ पुनर्जनन चक्र से गर्मी को पुनर्प्राप्त करने के लिए थर्मल व्हील बहाली प्रदान करने के लिए उपयोग किया जाता है.

नुकसान

थर्मल पहिये उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं हैं जहां आपूर्ति और निकास वायु धाराओं के पूर्ण पृथक्करण की आवश्यकता होती है, क्योंकि हवा हीट एक्सचेंजर सीमा पर वायु धाराओं के बीच इंटरफेस पर और उस बिंदु पर बाईपास करेगी जहां पहिया एक वायु धारा से गुजरता है अन्य अपने सामान्य घूर्णन के दौरान। पूर्व को ब्रश सील द्वारा कम किया जाता है, और बाद को एक छोटे पर्ज सेक्शन द्वारा कम किया जाता है, जो सामान्यतः निकास वायु धारा में, पहिये के एक छोटे खंड को चढ़ाकर बनाया जाता है।

गुप्त ऊष्मा के हस्तांतरण के लिए रेशेदार सामग्री से या हाइग्रोस्कोपिक कोटिंग के साथ बने मैट्रिसेस, सादे धातु या प्लास्टिक सामग्री की तुलना में गंदगी से क्षति और गिरावट के लिए कहीं अधिक संवेदनशील होते हैं, और गंदे होने पर प्रभावी ढंग से साफ करना मुश्किल या असंभव होता है। पहिये के निकास और ताजी हवा दोनों तरफ हवा की धाराओं को ठीक से फ़िल्टर करने का ध्यान रखा जाना चाहिए। दोनों ओर की वायु धारा में चिपकी कोई भी गंदगी निश्चित रूप से दूसरी ओर की वायु धारा में प्रवाहित हो जाएगी।

अन्य प्रकार के हवा से हवा में चलने वाले हीट एक्सचेंजर्स

• कुंडली के चारों ओर दौड़ें
• ऋण संग्राहक, या क्रॉस प्लेट हीट एक्सचेंजर
• वेग पाइप

यह भी देखें

• एचवीएसी
• ऊर्जा पुनर्प्राप्ति वेंटिलेशन
• हीट रिकवरी वेंटिलेशन
• पुनर्योजी ताप एक्सचेंजर
• एयर प्रीहीटर#रोटेटिंग-प्लेट रीजनरेटिव एयर प्रीहीटर|रोटेटिंग-प्लेट रीजेनरेटिव एयर प्रीहीटर
• हवा का संचालक
• उष्ण आराम
• घर के अंदर हवा की गुणवत्ता
• सीसीएसआई

संदर्भ

• Heat Transfer Enhancement of Heat Exchangers.

बाहरी संबंध

• Enthalpy wheels at the Apogee energy library
• Study on using Enthalpy wheels at airports from San Jose State University
• Enthalpy wheel data from the Live Building at Queen's University