प्लेट हीट एक्सचेंजर क्या है?
प्लेट हीट एक्सचेंजर आज के समय में उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य प्रकार के हीट एक्सचेंजर में से एक हैं; अन्य सामान्य प्रकार के हीट एक्सचेंजर हैं शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर. स्पाइरल हीट एक्सचेंजर भी औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग अन्य दो प्रकार के हीट एक्सचेंजर की तुलना में कम है.
प्लेट हीट एक्सचेंजर ने इंजीनियरिंग दुनिया में व्यापक अनुप्रयोग प्राप्त किया है क्योंकि वे कुशल, मजबूत, और रखरखाव में अपेक्षाकृत आसान हैं.
असेंबल्ड प्लेट हीट एक्सचेंजर
प्लेट हीट एक्सचेंजर (PHE) के घटक
प्लेट हीट एक्सचेंजर में अपेक्षाकृत कम भाग होते हैं। क्योंकि प्लेट हीट एक्सचेंजर का उपयोग हीट ट्रांसफर के लिए किया जाता है, उन्हें इनलेट और आउटलेट की आवश्यकता होती है जहाँ से प्रवाहित माध्यम - या तरल - हीट एक्सचेंजर में प्रवेश और निकास कर सकते हैं। एक तरल एक द्रव या गैस हो सकता है। चूंकि तरल अक्सर केवल द्रव माना जाता है, हम भ्रम से बचने के लिए प्रवाहित माध्यम शब्द का उपयोग करेंगे।
प्लेट हीट एक्सचेंजर (विस्फोटित दृश्य)
गैस्केट और प्लेट्स का उपयोग प्रवाहित माध्यमों को अलग करने और उन्हें मिश्रण से रोकने के लिए किया जाता है; गैस्केट्स को प्रत्येक प्लेट के केवल एक तरफ चिपकाया जाता है। प्लेट्स एक कैरी बार पर लटकती हैं और क्लैम्पिंग बोल्ट्स का उपयोग करके एक साथ दबाई जाती हैं। जब प्लेट्स को एक साथ दबाया जाता है, तो उन्हें 'प्लेट स्टैक' कहा जाता है। एक गाइड बार यह सुनिश्चित करता है कि प्लेट्स सही ढंग से संरेखित हों जब प्लेट स्टैक खोला और बंद किया जाता है।
प्लेट हीट एक्सचेंजर घटक
अंतिम रुचिकर घटक प्लेट स्टैक के विपरीत सिरों पर दो कवर होते हैं। एक कवर चलायमान होता है जबकि दूसरा स्थिर होता है। चलायमान कवर और स्थिर कवर को कभी-कभी फ्रेम प्लेट और प्रेशर प्लेट भी कहा जाता है। ध्यान दें कि इनलेट्स और आउटलेट्स केवल स्थिर कवर पर लगे होते हैं।
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प्लेट हीट एक्सचेंजर्स कैसे काम करते हैं
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इस लेख के दौरान, हम मान लेंगे कि एक काल्पनिक प्लेट हीट एक्सचेंजर में दो प्रवाहित माध्यम हैं, एक ठंडा है और दूसरा गर्म। गर्म माध्यम को ठंडे माध्यम द्वारा ठंडा किया जाना चाहिए, और यह प्लेट हीट एक्सचेंजर में होगा।
गर्म माध्यम हीट एक्सचेंजर में गर्म माध्यम इनलेट के माध्यम से प्रवेश करता है। गैस्केट्स गर्म माध्यम को हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रवाहित करते समय निर्देशित करते हैं। प्रत्येक प्लेट में एक वैकल्पिक गैस्केट पैटर्न होता है। गर्म माध्यम प्लेटों की एक जोड़ी के बीच की जगह में प्रवाहित होता है, लेकिन गैस्केट्स के कारण अगली प्लेटों की जोड़ी के बीच की जगह में प्रवाहित नहीं होता। प्रक्रिया जारी रहती है ताकि प्रत्येक दूसरी प्लेटों का सेट गर्म प्रवाहित माध्यम से भरा हो।
प्लेट हीट एक्सचेंजर प्लेट गैस्केट्स
उसी समय, ठंडा माध्यम ठंडे माध्यम इनलेट के माध्यम से हीट एक्सचेंजर में प्रवेश करता है, लेकिन इस बार, गैस्केट्स को इस तरह से रखा गया है कि ठंडा माध्यम उस जगह में प्रवाहित हो सके जहाँ कोई गर्म माध्यम नहीं है। हीट एक्सचेंजर अब गर्म और ठंडे दोनों प्रवाहित माध्यमों से भरा हुआ है। प्रत्येक माध्यम अपने संबंधित आउटलेट से बाहर निकलता है और प्रक्रिया निरंतर होती है।
ध्यान दें कि दो प्रवाहित माध्यम हमेशा हीट एक्सचेंजर के माध्यम से एक-दूसरे के बगल में होते हैं। प्रवाहित माध्यमों का एक गर्म, ठंडा, गर्म, ठंडा प्रवाह पैटर्न होता है, क्योंकि वे हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रवाहित होते हैं। दोनों प्रवाहित माध्यम गैस्केट्स और प्लेट्स द्वारा पूरी तरह से एक-दूसरे से अलग होते हैं, वे मिश्रित नहीं होते।
वैकल्पिक ठंडा/गर्म पैटर्न
प्रवाहित माध्यमों की निकटता के कारण, उनके बीच हीट का आदान-प्रदान होता है। गर्म माध्यम प्लेट को गर्म करता है और प्लेट इस गर्मी का कुछ हिस्सा ठंडे प्रवाहित माध्यम को पास करती है; इस प्रकार गर्म माध्यम का तापमान घटता है जबकि ठंडे माध्यम का तापमान बढ़ता है।
प्लेट हीट एक्सचेंजर डिज़ाइन
प्लेट्स मुख्य कारण हैं कि प्लेट हीट एक्सचेंजर इतने कुशल होते हैं।
प्लेट हीट एक्सचेंजर पर प्लेट्स का डिज़ाइन सरल लग सकता है, लेकिन प्रत्येक प्लेट में दिलचस्प इंजीनियरिंग डिज़ाइन विशेषताएँ होती हैं। उदाहरण के लिए:
- जब प्लेट्स को एक साथ दबाकर एक प्लेट स्टैक बनाया जाता है, प्रत्येक प्लेट के बीच का अंतराल बहुत छोटा होता है, जो दो प्रवाहित माध्यमों के बीच अच्छा थर्मल संपर्क सुनिश्चित करता है। प्लेट्स के बीच का अंतराल 'क्लियरेंस' के रूप में भी जाना जाता है।
- प्लेट्स पतली होती हैं और बड़ी संपर्क सतह क्षेत्र होती हैं, जो प्रत्येक प्लेट को उच्च हीट ट्रांसफर दर देती हैं।
- प्लेट्स उच्च थर्मल कंडक्टिविटी वाले सामग्री से निर्मित होती हैं, जो हीट ट्रांसफर दर को और बढ़ाती हैं।
- प्लेट सतहों पर क्रीज़ लैमिनर प्रवाह को रोकती हैं और अशांत प्रवाह को बढ़ावा देती हैं, जो हीट ट्रांसफर दर को बढ़ाती हैं और प्लेट सतहों पर जमा होने की संभावना को कम करती हैं।
- क्रीज़ प्लेट संरचना को मजबूत करती हैं, जो एक पतली प्लेट के उपयोग की अनुमति देती हैं बिना क्रीज़ के प्लेट की तुलना में। ध्यान दें कि प्लेट क्रीज़ को कभी-कभी 'हेरिंगबोन' पैटर्न के रूप में संदर्भित किया जाता है।
क्रीज़ हेरिंगबोन पैटर्न
प्लेट्स ही प्लेट हीट एक्सचेंजर का एकमात्र हिस्सा नहीं हैं जिनमें व्यापक डिज़ाइन विशेषताएँ होती हैं, गैस्केट्स में भी दिलचस्प डिज़ाइन विशेषताएँ होती हैं:
- गैस्केट्स प्लेट्स के बीच सील बनाए रखने में सक्षम होते हैं, भले ही सिस्टम का दबाव और तापमान बदलता हो।
- प्रत्येक गैस्केट में छेद - जिन्हें टेलटेल्स कहा जाता है - का उपयोग लीक गैस्केट्स की पहचान करने के लिए किया जाता है। यह विशेषता ऑपरेटरों को प्रभावित प्लेट को बदलने की अनुमति देती है इससे पहले कि लीकिंग माध्यम अगले गैस्केट के माध्यम से लीक हो और अन्य प्रवाहित माध्यम को दूषित करे।
प्लेट हीट एक्सचेंजर टेलटेल
- क्योंकि गैस्केट्स हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रवाह को निर्देशित करते हैं, यह आवश्यक है कि उन्हें सही क्रम में स्थापित किया जाए। इस कारण से, गैस्केट्स अक्सर मार्किंग्स के साथ फिट किए जाते हैं ताकि ऑपरेटर यह सुनिश्चित कर सकें कि प्रत्येक प्लेट पूरे प्लेट स्टैक में सही क्रम में स्थापित है। प्लेट स्टैक के क्रम को सुनिश्चित करने का एक और तरीका यह है कि जब इसे असेंबल किया जाता है तो पूरे प्लेट स्टैक पर एक विकर्ण रेखा स्प्रे पेंट की जाए।
विकर्ण रेखा के साथ प्लेट स्टैक
- हालांकि हमने इस लेख में अब तक केवल दो गैस्केट डिज़ाइन दिखाए हैं, लेकिन वास्तव में तीन हैं! गैस्केट्स पूरे हीट एक्सचेंजर में वैकल्पिक होते हैं सिवाय प्लेट स्टैक के पहले और अंतिम प्लेट्स के, जो स्थिर और चलायमान कवर के खिलाफ दबती हैं। प्लेट्स जो स्थिर और चलायमान कवर के खिलाफ दबती हैं, उन्हें स्टार्ट और एंड प्लेट्स कहा जाता है, क्योंकि उनकी स्थिति प्लेट स्टैक के भीतर होती है। स्टार्ट और एंड प्लेट्स का उद्देश्य स्थिर कवर और स्टार्ट प्लेट के बीच की जगह में प्रवाह को रोकना है, और चलायमान कवर और एंड प्लेट के बीच की जगह में प्रवाह को रोकना है। इस तरह, कवर सक्रिय रूप से हीट का आदान-प्रदान करने के लिए उपयोग नहीं किए जाते हैं; यह समझ में आता है क्योंकि कवर काफी मोटे होते हैं, उनमें क्रीज़ नहीं होती और वे हीट का आदान-प्रदान करने के लिए खराब रूप से उपयुक्त होते हैं।
प्लेट गैस्केट्स (एंड प्लेट गैस्केट दाईं ओर दिखाया गया है)
कूलिंग क्षमता को बदलना
प्लेट हीट एक्सचेंजर की कूलिंग क्षमता को बदलने के कई तरीके हैं:
- आउटलेट वाल्व्स को नियंत्रित करें ताकि प्रवाह को बढ़ाया या घटाया जा सके; यह विधि उपयोगी है क्योंकि हीट एक्सचेंजर को अलग नहीं किया जाता है। इनलेट वाल्व्स को थ्रॉटल/नियंत्रित न करें क्योंकि इससे हीट एक्सचेंजर को भूखा कर सकता है और स्थानीयकृत ओवरहीटिंग का कारण बन सकता है।
- प्लेट स्टैक में प्लेट्स की संख्या बढ़ाएँ या घटाएँ। प्लेट स्टैक में प्लेट्स की संख्या बढ़ाने से कूलिंग क्षमता में एक समान वृद्धि होती है। प्लेट स्टैक में प्लेट्स की संख्या घटाने से कूलिंग क्षमता में एक समान कमी होती है। संक्षेप में, अधिक प्लेट्स का मतलब अधिक कूलिंग क्षमता और कम प्लेट्स का मतलब कम कूलिंग क्षमता।
- सिंगल पास या मल्टी-पास डिज़ाइन का उपयोग करें। सिंगल पास हीट एक्सचेंजर्स दो प्रवाहित माध्यमों को केवल एक बार एक-दूसरे के पास प्रवाहित होने की अनुमति देते हैं। मल्टी-पास हीट एक्सचेंजर्स प्रवाहित माध्यमों को कई बार एक-दूसरे के पास प्रवाहित होने की अनुमति देते हैं। अधिकांश प्लेट हीट एक्सचेंजर्स सिंगल पास डिज़ाइन का उपयोग करते हैं।
सिंगल और मल्टी-पास डिज़ाइन
प्रवाह प्रकार
प्लेट हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रवाह समानांतर, क्रॉस या काउंटर हो सकता है। प्लेट हीट एक्सचेंजर्स आमतौर पर काउंटर फ्लो का उपयोग करते हैं क्योंकि यह हीट ट्रांसफर के लिए सबसे कुशल प्रकार का प्रवाह है। काउंटर फ्लो को कभी-कभी कॉन्ट्रा फ्लो के रूप में जाना जाता है।
समानांतर, काउंटर और क्रॉस फ्लो
प्लेट्स के लिए डिज़ाइन विचार
क्योंकि प्लेट हीट एक्सचेंजर्स का उपयोग व्यापक अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, उन्हें उन प्रक्रिया स्थितियों का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए जिनमें वे काम करते हैं, इसमें संक्षारक और अपघर्षक वातावरण शामिल हो सकते हैं। प्लेट हीट एक्सचेंजर्स को विभिन्न सामग्रियों से निर्मित करना संभव है, जिसमें धातु, मिश्र धातु और प्लास्टिक शामिल हैं। विभिन्न सामग्रियाँ प्लेट हीट एक्सचेंजर को विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त बनाती हैं। उदाहरण के लिए, यदि कोई विशेष प्रवाहित माध्यम कुछ धातुओं के संपर्क में आने पर आक्रामक रूप से प्रतिक्रिया करता है, तो टेफ्लॉन जैसे पॉलिमर-आधारित सामग्री का उपयोग किया जा सकता है।
प्लेट हीट एक्सचेंजर के लाभ
प्लेट हीट एक्सचेंजर्स से जुड़े कई लाभ हैं:
- प्लेट हीट एक्सचेंजर्स कम वजन वाले, कम स्थान की आवश्यकता वाले और अधिक कुशल होते हैं अन्य हीट एक्सचेंजर डिज़ाइनों की तुलना में समान आकार के।
- प्लेट्स को बदलना और साफ करना एक सरल कार्य है क्योंकि प्लेट स्टैक को आसानी से खोला जा सकता है।
- और शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स के विपरीत, प्लेट हीट एक्सचेंजर्स को अलग करने के लिए अतिरिक्त स्थान की आवश्यकता नहीं होती।
प्लेट हीट एक्सचेंजर के नुकसान
लेकिन प्लेट हीट एक्सचेंजर्स से जुड़े कुछ नुकसान भी हैं:
- प्लेट हीट एक्सचेंजर्स अन्य हीट एक्सचेंजर डिज़ाइनों की तुलना में अधिक महंगे होते हैं।
- यदि कोई लीक गैस्केट एक प्रवाहित माध्यम को दूसरे के साथ मिलाने का कारण बनता है, तो लीकिंग प्लेट का पता लगाना अक्सर कठिन होता है।
- प्लेट गैस्केट्स का इन-सिटू प्रतिस्थापन कठिन या असंभव हो सकता है। कुछ प्लेट गैस्केट्स को प्रतिस्थापन के लिए निर्माता के पास लौटाना पड़ता है, जो समय और पैसे दोनों की लागत होती है।
- जब प्लेट्स को एक साथ दबाकर एक प्लेट स्टैक बनाया जाता है, तो प्रत्येक प्लेट के बीच की क्लियरेंस छोटी होती है, यह फाउलिंग की संभावना को बढ़ाती है जिसके साथ हीट ट्रांसफर में कमी होती है।
- जब प्लेट स्टैक को फिर से असेंबल किया जाता है, तो क्लैम्पिंग बोल्ट्स को अधिक कसने से प्लेट्स का क्रशिंग हो सकता है, जो प्लेट क्रीज़ को नुकसान पहुँचाता है और गैस्केट्स को बाहर निकाल देता है। यदि गैस्केट्स बाहर निकल जाते हैं, तो प्लेट सही ढंग से सील नहीं करेगी।
- प्लेट हीट एक्सचेंजर्स उच्च दबाव अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं क्योंकि गैस्केट्स सिस्टम दबाव द्वारा बाहर निकाल दिए जाएंगे; इस स्थिति को 'गैस्केट ब्लो-आउट' कहा जाता है। हालांकि, इस समस्या से निपटने के लिए गैस्केट-लेस डिज़ाइन का उपयोग करना संभव है; ये डिज़ाइन आमतौर पर ब्राज़्ड या वेल्डेड प्लेट्स का उपयोग करते हैं। ब्राज़्ड और वेल्डेड प्लेट हीट एक्सचेंजर्स उच्च तापमान और उच्च दबाव अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं, लेकिन उन अनुप्रयोगों के लिए भी जहाँ लीक होना खतरनाक/विनाशकारी होगा जैसे कि विषाक्त या जहरीले प्रवाहित माध्यम।
संबंधित ऑनलाइन इंजीनियरिंग कोर्स
प्लेट हीट एक्सचेंजर फंडामेंटल्स
अतिरिक्त संसाधन
https://en.wikipedia.org/wiki/Plate_heat_exchanger
https://www.alfalaval.com/microsites/gphe/tools/how-gphes-work