بخار چیست؟
آب می‌تواند به شکل‌های جامد (یخ)، مایع (آب)، گاز (بخار) وجود داشته باشد. اگر انرژی حرارتی به آب افزوده شود، دمای آن به نقطه‌ای افزایش می‌یابد که دیگر نمی‌تواند به شکل مایع وجود داشته باشد. به این دما نقطه‌ی اشباع می‌گویند و هرگونه افزودن بیش‌تر انرژی منجر به جوشیدن مقداری از آب به صورت بخار می‌شود. تبخیر آب به بخار نیاز به مقدار بزرگی از انرژی دارد، و تا زمانی که این انرژی افزوده می‌شود، آب و بخاری که آزاد می‌شود در دمای یکسانی هستند.
اگر بخار را وادار کنیم تا انرژی که ابتدا به آن داده شد که تبخیر شود را آزاد کند، در دمای یکسان بخار دوباره به آب چگال می‌شود. با استفاده از مبدل حرارتی این آزادسازی انرژی امکان‌پذیر می‌باشد.
چرا از بخار استفاده می‌شود؟
بخار از زمان انقلاب صنعتی به عنوان یک حامل حرارت استفاده می‌شده است و همچنان به عنوان یک ابزار مدرن، انعطاف‌پذیر و چندمنظوره در هر جایی که به گرمایش نیاز است، مطرح می‌باشد.
• بخار از تبخیر آب حاصل می‌شود؛ که کالایی نسبتاً غیرگران و فراوان و هم‌چنین دوستار محیط‌زیست است.
• با کنترل فشار آن می‌توان دمایش را بسیار دقیق تنظیم کرد.
• حامل مقدار بزرگی از انرژی در جرمی کوچک است.
انواع گرمایش
پیش از این‌که انتخاب شیر کنترل بخار با اندازه‌ی صحیح، شاه‌لوله‌ی تأمین، یا حتی دیگ بخار ممکن باشد، دانستن این‌که به چه مقدار بخار نیاز است، ضروری می‌باشد. تقریباً تمامی بارهای گرمایشی در یکی از دو دسته‌ی زیر قرار می‌گیرند:
• افزایش دما: گرمایش یک ماده از دمایی پایین‌تر به دمایی بالاتر
• نگه‌داری دما: جبران تلفات حرارتی برای نگه داشتن دمایی ثابت
معمولاً در مورد کاربرد تبادل حرارتی بخار مورد دوم اهمیت دارد، با یک محصول که به سمت دوم مبدل در دمایی پایین‌تر وارد می‌شود و در دمایی بالاتر خارج می‌شود.
بار بخار در مبدل‌های حرارتی
هنگام درنظرگرفتن بار بخار حقیقی در یک مبدل حرارتی، نیاز به فراهم کردن بخار کافی در سمت اولیه‌ی مبدل می‌باشد تا افزایش دمای الزامی در مایع یا گاز عبوری در سمت ثانویه‌ی مبدل فراهم شود. معمولاً آهنگ جریان برای سیال دوم و افزایش دمای الزامی در اختیار قرار می‌گیرد. گاهی اوقات الزام حرارتی در یک کاربرد تبادل حرارتی به صورت یک الزام آهنگ انرژی داده شده به کیلوات (kW) یا مگاوات (MW) بیان می‌شود. وات آهنگ انرژی یک ژول بر ثانیه (J/s) می‌باشد، که ژول یکای پایه‌ی انرژی است. اگر الزامات حرارتی با این یکاها بیان شده باشد، می‌توان آن را به آهنگ جریان بخار تبدیل کرد.
باید همیشه به یاد داشت که حتی اگر مقدار صحیح بخار فراهم شده باشد، در بهترین شرایط ممکن، اگر خود مبدل خیلی کوچک باشد شرایط ثانویه‌ی الزامی به دست نخواهد آمد. اگر سطح انتقال حرارت و ضریب انتقال حرارت معلوم باشد، توانایی یک مبدل در حصول شرایط داده شده می‌تواند بررسی شود.
سیستم‌های بخار
یک سیستم بخار معمولاً از چهار مولفه‌ی اصلی تشکیل شده است، که همگی می‌توانند بر عملکرد بهینه‌ی هر قسمت منفرد تجهیز که از بخار استفاده می‌کند، تأثیر بگذارد.
• تولید بخار
• توزیع بخار
• تجهیز مصرف‌کننده‌ی بخار
• بازیابی و بازگشت میعانات
هدف سیستم تولید و توزیع بخار فراهم ساختن بخار در فشار صحیح، به مقدار کافی و در بهترین شرایط ممکن برای تجهیز می‌باشد.
تجهیز کنترل بخار و جداسازی میعانات که به کاربرها امکان کارکرد بهینه می‌دهد، باید در اختیار آن‌ها قرار بگیرد. سیستم بازیابی و بازگشت میعانات باید آن را به طور موثر از تجهیز جدا کند و از بازگشت آن به موتورخانه برای استفاده‌ی مجدد در جوشاننده اطمینان حاصل کند.
برخی مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای به طور ویژه برای گرمایش آب با استفاده از بخار صنعتی طراحی شده‌اند. هندسه و استحکام منحصر به فرد صفحات فولاد زنگ‌نزن، گسکت‌های ویژه که دماهای تا 180°C را تحمل می‌کند، و فریم مبدل حرارتی مستحکم از ویژگی‌های این مبدل‌ها هستند. این ویژگی‌ها اجرای اقتصادی و عملکردی را فراهم می‌کند که با مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله یا مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای معمولی به دست نمی‌آید.
صنایع بخار رایج
بخار در اغلب انواع صنایع به کار می‌رود و بسیاری از ماشین‌آلات از مزایای بخار بهره می‌برند.
• ساخت عمومی
• فراوری شیمیایی
• تأسیسات برای گرمایش
• خطوط پرکننده بطری و ظروف و استریلیزه کردن غذا و نوشیدنی
• داروسازی (مانند اتوکلاوها)