Bộ trao đổi nhiệt là các thiết bị được thiết kế để chuyển nhiệt từ một nơi sang nơi khác. Chức năng của chúng là lấy nhiệt từ một chất lỏng như nước nóng hoặc hơi nước và hướng nó tới một chất khác như nước lạnh hoặc không khí. Quá trình mà nhiệt được truyền từ chất lỏng này sang chất lỏng khác được gọi là Truyền Nhiệt. Vì bộ trao đổi nhiệt được áp dụng ở nhiều nơi như nhà máy, nhà máy điện hoặc thậm chí trong chính ngôi nhà của chúng ta, nên chúng trở nên rất quan trọng. Nếu không có chúng, chúng ta sẽ quản lý nhiệt trong các hệ thống này như thế nào?
Để có cái nhìn rõ ràng về cơ chế hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt, một số điều về cách truyền nhiệt hoạt động sẽ được giải thích. Nhiệt là một dạng năng lượng di chuyển từ vật thể nóng sang vật thể lạnh. Khi bạn chạm vào một chiếc bếp nóng, ví dụ, nhiệt được truyền từ bếp đến tay bạn, khiến nó cảm thấy ấm lên. Đây là lý do tốt để cẩn thận với các bề mặt nóng. Có ba cơ chế cho sự di chuyển của nhiệt - dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.
Đối lưu xảy ra khi nhiệt được mang đi bởi các chất lỏng di động như không khí và nước. Đây là một cơ chế truyền nhiệt rất quan trọng trong trường hợp của nhiều loại thiết bị khác nhau như bộ trao đổi nhiệt. Ví dụ, nước nóng chảy qua bộ trao đổi nhiệt và bằng đối lưu, nó truyền nhiệt cho nước lạnh cũng đang chảy qua bộ trao đổi đó.
Đó là quá trình truyền nhiệt gọi là bức xạ, xảy ra mà không cần tiếp xúc trực tiếp giữa các vật thể. Ví dụ, hãy nghĩ đến cách Trái đất được làm ấm bởi mặt trời theo cách đơn giản. Điều này là vì nhiệt từ mặt trời đi qua không gian - nhưng vì không có phân tử nào trong chân không, nó làm ấm hành tinh của chúng ta mà không cần chạm vào chúng.
Máy trao đổi nhiệt thật tuyệt vời vì chúng có thể giúp tiết kiệm năng lượng. Chúng lấy nhiệt từ chất lỏng nóng và sau đó chuyển nó sang dòng chất lỏng lạnh, làm như vậy mà không mất đi bất kỳ năng lượng nào. Trong lò quy trình - Điều này rất rõ ràng và được sử dụng rộng rãi, nhưng với việc sử dụng máy trao đổi nhiệt, chúng ta có thể tiết kiệm khoảng 25 đến 35% năng lượng; ví dụ, một nhà máy làm nóng nước đi qua nhiều bước/cấp độ trong cùng một nhà máy, bây giờ vì bước đầu tiên đã nóng nên bước thứ tư có thể là lạnh, do đó có thể tránh được một nhiệm vụ của máy làm nóng khác. Cách này thì không có năng lượng nhiệt nào bị lãng phí, dẫn đến tiết kiệm đáng kể trên hóa đơn hàng tháng của bạn.
Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai chất lỏng đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền nhiệt. Nhiều nhiệt hơn sẽ được truyền đi khi sự chênh lệch nhiệt độ lớn hơn. Đây là lý do tại sao việc thiết kế máy trao đổi nhiệt với sự chênh lệch nhiệt độ phù hợp là rất quan trọng. Đây là một yếu tố quan trọng mà các kỹ sư cần cân nhắc để đảm bảo rằng máy trao đổi nhiệt hoạt động hiệu quả.
Một thiết kế đặc biệt thú vị là bộ trao đổi nhiệt microchannel. Một cách khác để mô tả các bộ trao đổi nhiệt này là chúng trông giống như những kênh nhỏ bé, chỉ vài milimét rộng. Những kênh nhỏ bé này có khả năng cung cấp hiệu suất nhiệt tốt trong một thể tích rất nhỏ nhờ tỷ lệ diện tích trên thể tích cao. Điều đó khiến chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho loại trao đổi nhiệt này.