เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนปั๊มความร้อนแบบช่องทางคู่ทำงานอย่างไร

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทางเป็นส่วนประกอบหลักของปั๊มความร้อนสองช่องทาง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทางมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในระบบทำความร้อนสำหรับอุตสาหกรรม ระบบปรับอากาศเชิงพาณิชย์ (HVAC) และระบบควบคุมอุณหภูมิภายในอาคารเพื่อความสะดวกสบาย Liatem เป็นผู้ให้บริการด้านการควบคุมอุณหภูมิที่มีความเชี่ยวชาญ โดยบริษัทฯ ตอบสนองความต้องการของระบบนี้ด้วยการออกแบบขั้นสูงที่พัฒนามาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการออกแบบอินเตอร์เฟซการไหลสองทาง เพื่อให้การถ่ายเทความร้อนระหว่างระบบของเหลวสองระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสองช่องทางนี้ถือเป็นการพัฒนาจากรุ่นช่องทางเดียว ซึ่งสามารถทำงานได้กับแหล่งความร้อนเพียงแหล่งเดียว เท่านั้น นอกเหนือจากระบบดั้งเดิมที่ใช้แหล่งความร้อนเดียวในการดูดซับและปล่อยความร้อน ระบบที่มีสองช่องทางสามารถสร้างความซับซ้อนที่จำเป็นสำหรับระบบปั๊มความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งเป็นไปได้โดยโครงสร้างการทำงานที่ได้รับการปรับแต่งให้รองรับการดูดซับและการปล่อยความร้อนพร้อมกัน กายวิภาคภายในของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นตัวกำหนดฟังก์ชันการทำงานของมัน ความเข้าใจนี้เกิดจากการแยกวิเคราะห์ระบบต่างๆ ที่ประกอบกันเป็นโครงสร้างหลัก วงจรสองรอบ การถ่ายเทความร้อนพร้อมการปรับแต่ง ระบบแกนกลาง และการควบคุม

ปั๊มความร้อนแบบสองช่องทางของ Liatem ใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่อาศัยหน่วยงานภายในที่แบ่งตามความยาวเพื่อแยกตัวกลางทำความเย็นและของเหลวเป้าหมาย โดยมีตัวกลางทำความเย็นสำหรับคอมเพรสเซอร์ปั๊มความร้อน และของเหลวเป้าหมาย (เช่น น้ำ หรืออากาศ) ช่องทางหนึ่งคือช่องทางตัวกลางทำความเย็น ซึ่งตัวกลางทำความเย็นที่มีอุณหภูมิและความดันต่ำจะกลายเป็นไอเพื่อดูดซับความร้อนที่มีอยู่ อีกช่องทางหนึ่งคือช่องทางของของเหลวเป้าหมาย ซึ่งของเหลวที่ต้องการให้ร้อนขึ้นหรือเย็นลงจะไหลผ่านเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนกับตัวกลางทำความเย็น ตัวอย่างเช่น ระบบปั๊มความร้อนสำหรับบ้านพักอาศัย ที่ช่องทางตัวกลางทำความเย็นทำหน้าที่ขนส่งและหมุนเวียนตัวกลางทำความเย็น ในขณะที่ช่องทางของของเหลวเป้าหมายทำหน้าที่ขนส่งน้ำสำหรับการใช้งานในครัวเรือน ส่วนแบ่งกั้นระหว่างสองช่องทางนี้สร้างจากวัสดุที่นำความร้อนได้ดีมาก (ตัวอย่างเช่น โลหะผสมของทองแดงและอลูมิเนียม) เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อน และป้องกันการรั่วซึม การออกแบบสองช่องทางที่แยกจากกันนี้ทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสองช่องทางสามารถทำหน้าที่ถ่ายโอนความร้อนสองประการพร้อมกันได้อย่างอิสระ

**เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครอสโฟลที่ปรับปรุงใหม่** ปั๊มความร้อนที่ในที่สุดสามารถทำให้อุณหภูมิทางเข้าและทางออกของน้ำและสารทำความเย็นใกล้เคียงกันได้นั้น มีส่วนที่ทำให้น้ำไหลผ่านไปยังด้านปลายน้ำในลักษณะที่เป็นปฏิสัมพันธ์กัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนยังช่วยให้การถ่ายเทความร้อนจากน้ำไปยังสารทำความเย็นเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อแบ่งปันความร้อนให้กับสารทำความเย็น ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครอสโฟลอื่นๆ ทั้งหมด ความร้อนจะถูกดูดซับและส่งผ่านไปยังพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนมากกว่าหนึ่งพื้นผิว

**สรุป** การปรับปรุงปั๊มความร้อนแบบช่องทางคู่ใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครอสโฟลเพื่อสร้างช่องทางคู่ โดยช่องทางด้านบนจะรับน้ำจากปั๊มที่ได้รับการปรับแต่ง จากนั้นน้ำจะถูกแยกออกเป็นสองสาย ส่วนในอีกช่องทางหนึ่ง สารทำความเย็นตัวเดียวจะผ่านช่องทางครอสโฟลคู่ ซึ่งสามารถทำงานในลักษณะครอสโฟลสวนทางสำหรับช่องทางคู่ได้

เอกสารอ้างอิง เครื่องแลกเปลี่ยนน้ำและพลังงานความร้อน Liatem, ตุลาคม 2023

ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทางของ liatem ช่องทางสารทำความเย็นจะมีสารทำความเย็นไหลจากด้านล่างของช่องทางขึ้นไปด้านบน โดยเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนซึ่งขณะที่สารทำความเย็นเคลื่อนที่ขึ้นจะเกิดการกลายเป็นไอ และดูดซับความร้อน ในขณะที่ช่องทางของของเหลวเป้าหมาย ของเหลวเป้าหมายจะไหลจากด้านบนลงด้านล่าง ปล่อยพลังงานในรูปของความร้อน หากอยู่ในโหมดทำความเย็น หรือดูดซับพลังงานในรูปของความร้อนหากอยู่ในโหมดให้ความร้อน การไหลที่สวนทางกันนี้ทำให้เกิด 'วงจรสั้นทางความร้อน' ตามความยาวของช่องทางคู่ เนื่องจากของเหลวทั้งสองชนิดไหลในทิศทางตรงกันข้ามกันตามช่องทางและในช่องทางของของเหลวเป้าหมาย ตัวอย่างเช่น ในโหมดให้ความร้อนของปั๊ม ส่วนด้านล่างของช่องทางสารทำความเย็น ซึ่งเป็น 'สารทำความเย็นอุณหภูมิต่ำ' ที่ 5°C จะดูดซับความร้อนจากของเหลวเป้าหมายที่อยู่ในบริเวณที่มีอุณหภูมิ 20°C และกำลังไหลลงด้านล่าง บริเวณที่สารทำความเย็นเคลื่อนที่ขึ้นและกลายเป็นไอ สารทำความเย็น อุณหภูมิของของเหลวเป้าหมาย และอุณหภูมิที่ 15°C, 10°C ตามลำดับ จะรักษาระดับผลต่างอุณหภูมิไว้ที่ 5°C ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน และคงเสถียรภายในช่วงอุณหภูมิของของเหลวแต่ละชนิด เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทางมีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อใช้การไหลสวนทาง (countercurrent flow) ซึ่งของเหลวทั้งสองชนิดไหลในทิศทางตรงกันข้าม กว่าการไหลขนานกัน (concurrent flow) การไหลสวนทางนี้จะเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทางได้ 30-40% ซึ่งช่วยสนับสนุนสมรรถนะการทำงานที่รวดเร็วของระบบปั๊มความร้อน

การเปลี่ยนเฟสของสารทำความเย็นทำให้สามารถถ่ายเทความร้อนแบบสองทิศทางในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้

โหมดทำความร้อนและระบายความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนปั๊มความร้อนแบบช่องคู่ ควบคุมผ่านการเปลี่ยนเฟสที่เกิดขึ้นในสารทำความเย็นภายในช่องทั้งสองของช่องคู่

ในฐานะสารทำความเย็น เอนทิตีในโหมดทำความร้อน เมื่ออยู่ในสภาวะความดันต่ำและเป็นของเหลว จะไหลเข้าสู่ช่องทางสารทำความเย็นของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสองช่องทาง (dual channel heat pump exchanger) และในอีกช่องทางหนึ่ง ซึ่งมีของเหลวเป้าหมาย เช่น อากาศภายนอกหรือน้ำใต้ดิน จะดูดซับความร้อน ทำให้สารทำความเย็นกลายเป็นไอความดันต่ำ จากนั้นจึงเคลื่อนที่ไปยังคอมเพรสเซอร์ โดยถูกแปลงให้กลายเป็นแก๊สอุณหภูมิสูงเพื่อใช้ในการทำความร้อน สมมติว่าสารทำความเย็นหลังจากออกจากคอมเพรสเซอร์เป็นแก๊สที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูง มันจะเคลื่อนที่ไปยังช่องทางสารทำความเย็นโดยตรง ปล่อยความร้อนให้กับของเหลวเป้าหมาย เช่น น้ำหล่อเย็น จากนั้นควบแน่นกลายเป็นของเหลวความดันสูง ซึ่งต่อมาจะผ่านวาล์วขยายเพื่อเปลี่ยนเป็นของเหลวอุณหภูมิต่ำสำหรับการทำความเย็น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสองช่องทางของ liatem ได้ปรับปรุงรูปทรงเรขาคณิตของครีบภายในช่องทางเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวให้มากที่สุด ซึ่งช่วยเร่งกระบวนการเปลี่ยนสถานะ โดยสามารถทำให้มีสารทำความเย็นควบแน่นมากขึ้นในระบบทำความเย็นอุตสาหกรรม ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว สามารถเคลื่อนย้ายสารทำความเย็นที่ควบแน่นได้ 50 กิโลกรัมต่อชั่วโมง ในขณะที่ถ่ายเทความร้อน 120 กิโลวัตต์ไปยังน้ำหล่อเย็น ซึ่งในกรณีนี้สามารถลดอุณหภูมิของอุปกรณ์อุตสาหกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในกรณีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทาง สามารถปรับอัตราการไหลสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทางให้ลดลงตามความต้องการใช้ความร้อนที่เพิ่มขึ้น อัตราการไหลจะถูกปรับแบบเรียลไทม์เพื่อรักษานิ่งของการทำงานภายใต้ภาระที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เพื่อให้มั่นใจว่าเงื่อนไขการทำงานอยู่ในสภาวะที่เหมาะสมที่สุด

ปั๊มความร้อนแบบสองช่องทางของ Liatems มาพร้อมกับวาล์วควบคุมอัจฉริยะติดตั้งอยู่ทั้งสองช่องทาง วาล์วเหล่านี้จะควบคุมอัตราการไหลของสารทำความเย็นและของเหลวเป้าหมายตามความต้องการอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ ตัวอย่างเช่น เมื่อความต้องการความร้อนเพิ่มขึ้น (เช่น โรงงานต้องการน้ำร้อนเพื่อรักษากระบวนการผลิตให้ดำเนินต่อไป) ระบบควบคุมสามารถเพิ่มอัตราการไหลของสารทำความเย็นในช่องทางสารทำความเย็นและช่องทางของเหลวเป้าหมาย ซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อน ในทางกลับกัน เมื่อความต้องการลดลง อัตราการไหลจะถูกลดลงเพื่อประหยัดพลังงาน ตัวอย่างเช่น ในระบบปรับอากาศของอาคารพาณิชย์ หากอุณหภูมิภายในอาคารถึงค่าที่ตั้งไว้และมีแนวโน้มลดลง ระบบแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสองช่องทางสามารถลดตำแหน่งของวาล์วควบคุมลงเหลือ 50% เพื่อไม่ให้สิ้นเปลืองพลังงาน แต่ยังคงรักษาระดับอุณหภูมิที่ต้องการได้ การปรับตัวแบบนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบ และยืดอายุการใช้งานของระบบควบคุมปั๊ม เนื่องจากช่วยหลีกเลี่ยงการทำงานที่หนักเกินจำเป็น

สรุป

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทางทำงานโดยอาศัยช่องทางการไหลสองช่องทางที่แยกจากกัน เพื่อจัดการของเหลวอย่างอิสระ โดยใช้การไหลสวนทางเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน การไหลแบบสองทิศทางผ่านการเปลี่ยนเฟสของสารทำความเย็น และการปรับอัตราการไหลแบบไดนามิกโดยระบบควบคุมที่ปรับตัวได้

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทาง Liatem ได้ปรับปรุงทุกส่วนประกอบของหลักการทำงาน เพื่อรักษาระดับประสิทธิภาพ สเถียรภาพ และความหลากหลายในการใช้งาน การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปั๊มความร้อนสองช่องทาง Liatem ในงานให้ความร้อนหรือทำความเย็นในอุตสาหกรรม ระบบทำความเย็นเชิงพาณิชย์ หรือการควบคุมอุณหภูมิในอาคารที่พักอาศัย เป็นสิ่งที่สมเหตุสมผลเฉพาะเมื่อเข้าใจรายละเอียดปลีกย่อยของระบบเป็นอย่างดี ขณะที่ยังคงเน้นการประหยัดพลังงานและการจัดการอุณหภูมิอย่างมีประสิทธิภาพ