Kinetik Püskürtme
Rusya, kanatlı yüzeylerin performansını artırmak için gelişmiş bir -kinetik püskürtme- tekniği önerdi. Bu yöntemin özü, toz parçacıklarını kanatçık yüzeyine biriktirmek için soğuk veya hafif ısıtılmış parçacık- yüklü sıvının yüksek-hızlı akışının kullanılmasında yatmaktadır. Bu teknik, yalnızca metallerin değil aynı zamanda alaşımların ve seramiklerin (veya sermetlerin) biriktirilmesine de olanak tanır ve böylece çok çeşitli özelliklere sahip yüzeyler elde edilir. Uygulamada, kanatçık tabanındaki temas direnci, kanatçıkların ısı eşanjör borularına takılması sırasında genellikle sınırlayıcı faktörlerden biridir. Kanatlı-borulu ısı eşanjörü bileşenlerinin performansını değerlendirmek için deneysel bir çalışma yürütüldü. Deneyler, 24A beyaz erimiş alümina ilavesiyle kanat yüzeylerine Al{10}}bazlı bir kaplamanın kinetik olarak püskürtülmesini içeriyordu. Ortaya çıkan deneysel verilerin işlenmesi ve analiz edilmesiyle kanat tabanındaki temas direnci değerlendirilebilir. Ölçülen kanat verimliliğinin hesaplanan teorik değerlerle karşılaştırılması, kinetik olarak püskürtülen kanatçıkların tabanındaki temas direncinin genel verimlilik üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı sonucuna varmıştır. Bu bulguyu doğrulamak için alt tabaka (tüp) ile kaplama (yüzgeç) arasındaki geçiş bölgesinde metalografik bir analiz yapıldı. Bu geçiş bölgesinden alınan örneklerin analizi, bağlanma arayüzünün tüm uzunluğu boyunca mikro çatlakların veya süreksizliklerin bulunmadığını ortaya çıkardı. Sonuç olarak kinetik püskürtme yöntemi, güçlü yüzey{18}}alt tabaka etkileşimi ile karakterize edilen dallanmış bir arayüzün oluşumunu kolaylaştırır; toz parçacıklarının alt tabakaya nüfuz etmesini teşvik eder, böylece gözlemlenen yüksek yapışma mukavemetini, fiziksel temasın kurulmasını ve metalik bağların oluşumunu açıklar. Böylece, kinetik püskürtme yöntemi yalnızca kanatçıkların doğrudan imalatı için değil, aynı zamanda geleneksel yöntemlerle üretilen kanatçıkların- ısı eşanjörü borularının yüzeylerine sabitlenmesinin yanı sıra standart kanatçıkların tabanlarının güçlendirilmesi için de kullanılabilir. Kinetik püskürtme yönteminin, kompakt ve yüksek verimli ısı eşanjörlerinin üretiminde yaygın uygulama alanı bulacağı öngörülmektedir.
Helisel Bölmeler
Kabuk-ve-borulu ısı eşanjörlerinde, kabuk-yan akışı genellikle kritik bir performans darboğazını temsil eder. Tipik olarak, geleneksel bölümlü saptırma plakaları dolambaçlı bir akış yolu ("zikzak" deseni) oluşturur, bu da önemli ölü bölgelerin oluşmasına ve nispeten yüksek seviyelerde geri-karışıma yol açar. Bu ölü bölgeler, kabuk tarafındaki kirlenmeyi şiddetlendirerek ısı transfer verimliliğini olumsuz yönde etkiler. Ayrıca, geri-karıştırma etkili ortalama sıcaklık farkını bozabilir ve azaltabilir. Sonuç olarak, ideal bir tapa-akış rejimiyle karşılaştırıldığında, bölümlü saptırma plakalarının kullanımı net ısı transferi performansında bir azalmaya yol açmaktadır. Segmentli saptırma plakaları kullanan geleneksel kabuk-ve-borulu ısı eşanjörleri genellikle yüksek termal verimlilik taleplerini karşılamakta zorlanır; sonuç olarak, bunların yerini sıklıkla diğer tipteki ısı değiştiriciler (kompakt plakalı ısı değiştiriciler gibi) alır. Standart saptırma plakalarının geometrisinin iyileştirilmesi, kabuk tarafı performansını optimize etmedeki ilk adımı temsil eder. Sızdırmazlık şeritlerinin eklenmesi, saptırma plakalarının eklenmesi ve diğer modifikasyonlar gibi önlemler ısı eşanjörü performansını arttırmak için uygulanmış olmasına rağmen, standart saptırma plakası tasarımlarının doğasında bulunan temel dezavantajlar devam etmektedir. Bu zorluğa yanıt olarak Amerika Birleşik Devletleri'nde yeni bir çözüm önerildi: sarmal saptırma plakalarının benimsenmesi. Bu tasarımın teknik üstünlüğü hem akışkanlar dinamiği çalışmaları hem de ısı transferi deney sonuçlarıyla kanıtlanmış ve tasarım daha sonra patent korumasına alınmıştır. Bu yapısal konfigürasyon, geleneksel saptırma plakalarıyla ilişkili ana sınırlamaların etkili bir şekilde üstesinden gelir. Helisel saptırma plakalarının ardındaki tasarım ilkesi basittir: Dairesel kesitli özel olarak üretilmiş plakalar-bir "yarı-sarmal saptırma sistemi" içine yerleştirilir. Her bir saptırma plakası, ısı eşanjörünün kabuk tarafındaki kesit alanının-dörtte birini-kaplar ve ısı eşanjörünün merkezi eksenine doğru açılıdır-yani, eksene göre belirli bir eğimi korur. Bitişik bölme plakaları çevrelerinde buluşarak dış çevre boyunca sürekli bir sarmal desen oluşturur. Yönlendirme plakalarını eksenel olarak üst üste bindirerek-tüplerin desteklenmeyen açıklığını azaltmaya da yarayan bir teknik-"çift-sarmal" tasarım konfigürasyonu elde edilebilir. Helisel saptırma yapısı, nispeten geniş bir yelpazedeki proses koşullarına uyum sağlama kapasitesine sahiptir. Bu tasarım, belirli çalışma koşullarına göre uyarlanmış optimum sarmal açının seçilmesine olanak tanıyan önemli bir esneklik sunar; ayrıca, belirli uygulamaya bağlı olarak, üst üste binen bir saptırma plakası konfigürasyonu veya bir çift sarmal saptırma plakası yapısı arasında seçim yapılabilir.
Bükülmüş Borular
Bu, genellikle "bükülmüş-borulu ısı değiştirici" olarak bilinen bir tür düz-borulu ısı değiştiriciyi ifade eder. Bu sarmal düz boruların üretim süreci iki farklı aşamayı içerir: "düzleştirme" ve "sıcak bükme". Geliştirilmiş bükümlü-borulu ısı eşanjörü, geleneksel kabuk-ve{-borulu eşanjörlerin yapısal basitliğini korurken, bir dizi ilgi çekici gelişme sunar. Şu teknik ve ekonomik faydaları sağlar: gelişmiş ısı transferi verimliliği, azaltılmış kirlenme potansiyeli, gerçek ters-akım akışı, daha düşük üretim maliyetleri, titreşimsiz-çalışma, yerden tasarruf ve dahili bölme bileşenlerinin ortadan kaldırılması. Tüplerin benzersiz geometrisi sayesinde, hem tüp-yanındaki hem de kabuk-yanındaki sıvılar aynı anda sarmal bir akış düzenine yönlendirilir, böylece sıvı türbülansını önemli ölçüde artırır. Sonuç olarak, bu eşanjörün genel ısı transfer katsayısı, geleneksel ısı eşanjörlerininkinden yaklaşık %40 daha yüksek olurken, ilgili basınç düşüşü neredeyse eşdeğer kalır. Isı eşanjörünü monte ederken, hem spiral düz boruları hem de düz boruları kullanan hibrit bir konfigürasyon kullanılabilir. Bu ısı eşanjörü ASME standartlarına sıkı sıkıya uygun olarak üretilmiştir. Bu tür ekipmanların şu anda kullanıldığı hemen hemen her uygulamada, geleneksel kabuk ve borulu ısı eşanjörleri ve geleneksel ısı transfer aparatları için uygun bir yedek görevi görür. Standart kabuk-ve-borulu eşanjörler ve plakalı-ve-çerçeveli ısı transfer ekipmanlarının elde edebileceği en iyi değerlere eşit veya bunları aşan performans metriklerini-özellikle optimum ısı transfer katsayılarını- elde etme kapasitesine sahiptir. Sonuç olarak, kimya ve petrokimya endüstrilerinde geniş ve ümit verici uygulama olanaklarına sahip olacağı öngörülmektedir.
Spiral-Tüp Türü
Spiral-borulu ısı eşanjörlerinde ("TA" olarak adlandırılır), genellikle kanatçık (kanatçık) görevi görecek şekilde tüplerin etrafına sarılan metal teller bulunur. Geleneksel olarak bu metal teller kaynak teknikleri kullanılarak borulara tutturulur. Ancak bu yöntem, ekipmanın genel kalitesi ve performansı üzerinde bir dizi olumsuz etki yaratır; lehimleme işlemi kaçınılmaz olarak hem tüplerin hem de tellerin yüzey alanının önemli bir bölümünü "düşürür"-veya etkisiz hale getirir{-, böylece etkili ısı değişim alanını azaltır. Daha da önemlisi, lehim malzemesinin hızlı eskimesi ve ardından parçalanması, makine ve ekipman içinde tıkanmalara yol açarak erken arızaya ve erken değiştirme ihtiyacına neden olabilir.
Değişken-Sonik-Hız Basınçlandırması
İki-fazlı akış jeti-tipi ısı değiştirici- olarak da bilinen Değişken-Sonik-Hızlı Basınçlandırmalı Isı Eşanjörü-, buhar-sudan-suya ısı değişimi içeren çeşitli alanlarda yaygın olarak uygulanabilir. Buharı itici güç olarak kullanan cihaz, buhar-suyu sıkıştırarak karıştırma işlemi yoluyla su sıcaklığında anında bir artış elde eder. Basınç şok dalgası teknolojisinden yararlanarak, harici mekanik güce ihtiyaç duymadan basınçlandırma etkisi elde eder. Dikkat çekici enerji-tasarrufu ve basınç-artırma yetenekleri, kullanıcılar için işletme maliyetlerini önemli ölçüde azaltarak onu geleneksel ısı eşanjörlerinin ideal bir alternatifi haline getirir. Değişken-Sonik-Hızlı Basınçlandırmalı Isı Eşanjörü, hibrit-tipte buhar-sudan-suya ısı değişim cihazı olarak işlev görür. Buhar, adyabatik genleşmeye uğrar ve yüksek-hızlı bir jet olarak bir karıştırma odasına gönderilir; burada ısıtılan suyla (önceden bir film{24}}oluşturma işlemine tabi tutulmuş olan)-buhar jetinin kuvvetiyle hareket ettirilerek-eşit biçimde karışır. Bu işlem, belirli, hesaplanmış bir hacim oranıyla karakterize edilen bir buhar-su basınçlı karışımı üretir. Bu karışımın anlık basınç yoğunluğu kritik bir eşiğe ulaştığında, farklı bir iki{28}}fazlı akışkan alan olgusu oluşur. Bu akışkan alanın yoğunlaştırılmış dinamiği altında, karışımın sonik hızı, "sonik bariyer" eşiğini aşarak geçişli bir değişime uğrar; aynı anda çok sayıda basınç şok dalgası üretilir. Bu basınç şok dalgalarının tek yönlü yayılma özelliği, ısıtılmış suyun-anında tasarım sıcaklığına ulaşması-sabit kesitli borularda herhangi bir geri akış göstermeden basınçta bir artış yaşamasını sağlar. Temel olarak, Değişken-Sonik-Hızlı Basınçlandırmalı Isı Değişimi teknolojisi, iki fazlı akışkan alan dinamiğinin kontrollü yoğunlaştırılmasını düzenleyerek çift etkili-eşzamanlı "anlık ısı değişimi artı harici-güç-serbest basınçlandırma"-sağlar.