ऊष्मा विनिमयक ऐसे उपकरण हैं जो एक स्थान से दूसरे स्थान तक ऊष्मा स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। उनका कार्य गर्म पानी या भाप जैसे तरल से ऊष्मा निकालना होता है और उसे ठंडे पानी या हवा जैसे दूसरे तरल की ओर निर्देशित करना है। यह प्रक्रिया, जिससे ऊष्मा एक तरल से दूसरे तक स्थानांतरित होती है, ऊष्मा विनिमय कहलाती है। चूंकि ऊष्मा विनिमयक कई जगहों पर लागू होते हैं, जैसे कारखानों, बिजली की प्लांट या फिर हमारे घरों में, वे बहुत महत्वपूर्ण हो जाते हैं। निचे इन सिस्टम में ऊष्मा का प्रबंधन कैसे करेंगे?
गर्मी एक्सचेंजर के पीछे कार्य मेकेनिज़्म को स्पष्ट रूप से समझने के लिए, ऊष्मा ट्रांसफर के कार्य के बारे में कुछ चीजें समझाई गई हैं। गर्मी एक प्रकार की ऊर्जा है जो गर्म से ठंडे वस्तुओं में प्रवाहित होती है। जब आप एक गर्म चूल्हे को छूते हैं, तो गर्मी चूल्हे से आपके हाथ में स्थानांतरित होती है जिससे यह गर्म लगता है। यह गर्म सतहों से सावधान रहने का अच्छा कारण है। गर्मी के आंदोलन के तीन मेकेनिज़्म हैं - चालन (conduction), संवहन (convection) और विकिरण (radiation).
संवहन तब होता है जब गर्मी वायु और पानी जैसे चलनशील द्रव्यों द्वारा ले जाई जाती है। यह कई प्रकार के उपकरणों जैसे हीट एक्सचेंजर्स के मामले में बहुत महत्वपूर्ण गर्मी ट्रांसफर मेकेनिज़्म है। उदाहरण के लिए, गर्म पानी हीट एक्सचेंजर के माध्यम से बहता है और संवहन द्वारा अपनी गर्मी को ठंडे पानी को सौंप देता है, जो भी एक्सचेंजर के माध्यम से बह रहा है।
यह एक गर्मी ट्रांसफर प्रक्रिया है जिसे प्रकाशन कहा जाता है, जो ऑब्जेक्ट्स के बीच किसी भी सीधे संपर्क के बिना होती है। उदाहरण के लिए, पृथ्वी को सूरज से कैसे गर्म किया जाता है इसे सरल ढंग से समझिए। यह इसलिए है क्योंकि सूरज की गर्मी अंतरिक्ष के माध्यम से यात्रा करती है — लेकिन चूंकि खाली जगह में कोई परमाणु नहीं होते हैं, इसलिए यह हमारे ग्रह को गर्म करती है बिना हमसे स्पर्श किए।
हीट एक्सचेंजर बहुत अद्भुत होते हैं क्योंकि वे ऊर्जा बचाने में मदद कर सकते हैं। वे एक गर्म तरल पदार्थ से गर्मी निकालते हैं और फिर उसे किसी ठंडे तरल में बहाते हैं, इसमें कोई ऊर्जा का नुकसान नहीं होता। एक प्रक्रिया ओवन में - यह बहुत स्पष्ट और व्यापक रूप से उपयोग में है, लेकिन हीट एक्सचेंजर के उपयोग से हम 25 से 35% ऊर्जा बचा सकते हैं; उदाहरण के लिए, एक कारखाना जो पानी को कई चरणों/स्तरों से गुजारता है, अब चूंकि पहला चरण गर्म है और चौथा स्तर ठंडा है, इसलिए एक और हीटर की आवश्यकता बच सकती है। इस तरह कोई भी गर्मी ऊर्जा बर्बाद नहीं होती, जिससे आपके मासिक बिलों में महत्वपूर्ण बचत होती है।
दोनों तरलों के बीच तापमान का अंतर हीट ट्रांसफर में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। अधिक तापमान अंतर के साथ अधिक गर्मी स्थानांतरित होती है। यही कारण है कि हीट एक्सचेंजर को ध्यान में रखकर उचित तापमान अंतर के साथ डिज़ाइन करना महत्वपूर्ण है। यह इंजीनियरों के लिए एक महत्वपूर्ण बात है ताकि हीट एक्सचेंजर कुशलतापूर्वक काम कर सके।
एक विशेष रूप से दिलचस्प डिजाइन माइक्रोचैनल हीट एक्सचेंजर है। इन हीट एक्सचेंजर का एक अन्य तरीका यह है कि वे छोटे पासगुजर, केवल कुछ मिलीमीटर चौड़े दिखते हैं। ये छोटे पासगुजर उच्च क्षेत्र-आयतन अनुपात के कारण बहुत कम आयतन में अच्छी ऊष्मीय प्रदर्शन करने में सक्षम हैं। यह उन्हें इस तरह के ऊष्मा विनिमय के लिए आदर्श उम्मीदवार बनाता है।
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