Từ lâu, người ta đã nghĩ rằng thiết kế vây xoắn ốc là lựa chọn duy nhất để sử dụng trong môi trường đòi hỏi vật liệu nặng, tuổi thọ cao và độ bền tổng thể. Cuộn dây dạng tấm được cho là quá mỏng manh trước sự khắc nghiệt của nhiều ứng dụng công nghiệp. Nhưng trong vài thập kỷ qua, việc thấy các bộ trao đổi nhiệt kiểu vây dạng tấm được sử dụng cho nhiều ứng dụng công nghiệp đã trở nên phổ biến hơn.
Điều đó không có nghĩa là cuộn vây dạng tấm đã thay thế vây xoắn ốc. Vẫn còn vô số ứng dụng trong đó cuộn vây xoắn ốc là lựa chọn tốt nhất, nhưng các quy trình mới cho phép thực hiện những thứ như thước đo vây nặng hơn có nghĩa là các tùy chọn vây dạng tấm đã trở nên phổ biến hơn đối với các ứng dụng mà trước đây chỉ có cấu trúc vây xoắn ốc mới được xem xét.
Trong bài đăng này, chúng ta sẽ thảo luận về cả hai loại bộ trao đổi nhiệt - một số chi tiết về cách chúng được chế tạo và ưu điểm của từng loại.
Vây tấm
Trong bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, các ống được đưa vào thông qua một loạt “vây” kim loại. Những cánh tản nhiệt này được chế tạo bằng cách sử dụng một cuộn kim loại liên tục (0,004” đến 0,032”) – chẳng hạn như đồng hoặc nhôm – được đưa qua máy ép đục lỗ cho ống và cắt tấm theo kích thước. Để thực hiện điều này, máy ép sử dụng một số loại khuôn khác nhau, cho phép cấu hình các vây trên mỗi inch (FPI), khoảng cách giữa các ống và đường kính ống có thể thay đổi.
Sau đó, các ống được đưa vào qua các vây. Tiếp theo, các ống được mở rộng để tạo thành một liên kết an toàn trong gói vây nhằm tối đa hóa khả năng truyền nhiệt giữa các ống và vây. Điều này có thể được thực hiện thông qua quy trình cơ học hoặc bằng cách sử dụng nước có áp suất.
Thuận lợi
1. Tùy chọn vật liệu đa dạng: Trong cuộn vây dạng tấm, vây có thể được làm từ bất kỳ số lượng vật liệu nào. Một số ví dụ phổ biến là đồng, nhôm, thép carbon và thép không gỉ, với các vật liệu như đồng-niken ít phổ biến hơn nhưng không phải là chưa từng thấy.
2. Khả năng cấu hình bề mặt vây đa dạng: Các vây có thể được tạo ra bằng nhiều kiểu mẫu và cải tiến khác nhau nhằm thực hiện những việc như tăng nhiễu loạn không khí hoặc làm cho cuộn dây dễ làm sạch hơn, cùng các chức năng khác. Một số bề mặt vây phổ biến là:
Vây phẳng
Vây sóng
Vây sóng hình sin
Vây thương nâng lên
Vây có mái che
3. Hiệu suất truyền nhiệt: Cuộn dây dạng tấm có thể cung cấp hệ số truyền nhiệt ở phía không khí tốt hơn so với hệ số truyền nhiệt được cung cấp bởi các vây bọc xoắn ốc do diện tích bề mặt thứ cấp lớn hơn, nghĩa là năng lượng được truyền qua cuộn dây hiệu quả hơn.
4. Sự thay đổi mật độ cánh tản nhiệt: Thiết kế của bộ trao đổi nhiệt dạng cánh tản nhiệt cho phép tạo ra nhiều mật độ cánh tản nhiệt, với phạm vi điển hình từ 1 đến 25 FPI. Các cuộn dây có vây quấn xoắn ốc tiêu chuẩn có xu hướng hạn chế hơn ở khu vực này, với phạm vi điển hình là 4 đến 13 FPI, nhưng một số vây quấn xoắn ốc có chiều cao vây rất thấp có thể đạt được FPI lớn hơn nhiều.
Vây xoắn ốc
Còn được gọi là thiết kế vây xoắn ốc, vây bọc xoắn ốc về cơ bản chỉ có vậy - một vây hình xoắn ốc quấn quanh một cái ống. Không giống như thiết kế vây dạng tấm, bao gồm nhiều ống đi qua một vây chung, vây bọc xoắn ốc liên quan đến việc mỗi ống được bao quanh bởi các vây xoắn ốc trong toàn bộ chiều dài của nó.
Thuận lợi
1. Khả năng thay thế dễ dàng: Không giống như các thiết kế dạng tấm, trong đó việc tháo và thay thế các bộ phận riêng lẻ có thể kém tiết kiệm hơn so với thay thế toàn bộ cuộn dây, một số thiết kế bọc xoắn ốc nhất định cho phép dễ dàng thay thế các ống nếu ống bị hỏng.
2. Tiếp xúc và liên kết giữa vây với ống rất tốt (đặc biệt khi sử dụng phương pháp vây nhúng): Có một số phương pháp khác nhau được sử dụng để tạo ra ống có vây bọc xoắn ốc. Phương pháp vây nhúng tạo ra liên kết giữa vây với ống tốt nhất và có thể được sử dụng ở nhiệt độ cao hơn, trong khi các tùy chọn quấn mép và chân chữ L phù hợp hơn cho các ứng dụng nhiệt độ thấp hơn.
• Vết thương ở cạnh – một dải vật liệu vây được quấn vào ống theo hướng vuông góc, tạo ra một vây xoắn ốc liên tục dọc theo chiều dài của ống. Vây và ống được liên kết bằng lực căng.
• Quấn hoặc có chân “L” – một dải vật liệu vây được đặt vào ống sao cho một phần của dải vây uốn cong 90° nằm song song với ống, tạo thành một “chân”. Chân này làm tăng diện tích tiếp xúc của vây với ống, cung cấp thêm khả năng truyền nhiệt. Phương pháp này cũng dựa vào liên kết căng thẳng.
• Nhúng: Đối với phương pháp này, một rãnh được cày trên bề mặt ống và dải vây được quấn vào rãnh. Các cạnh của rãnh được đẩy lùi xuống mép của vây để khóa vây vào đúng vị trí. Phương pháp này làm cho vật liệu ống tự liên kết với vây, liên kết được duy trì ngay cả trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
3. Nhiều lựa chọn vật liệu hơn ở nhiệt độ cao: Đối với ứng dụng liên quan đến nhiệt độ không khí từ 400 đến 700° F, vây bọc xoắn ốc làm từ nhôm và thép là khả thi, trong khi cuộn vây dạng tấm phải được chế tạo bằng vây và ống thép khi hoạt động ở nhiệt độ như vậy.
