ما هو السخان الأنبوبي بزعانف (المتعرج) وأين يُستخدم؟

ما هو السخان المتعرج؟

يُصنع السخان المتعرج بثني أنبوب معدني محشو بـ MgO ويحتوي على سلك مقاومة إلى شكل متعرج، بهدف استيعاب طول تسخين أكبر في مساحة محدودة. وعندما يُلف على سطح الأنبوب شريط معدني (زعنفة) على شكل حلزوني تزداد المساحة الملامسة للهواء؛ ويُعرف هذا النوع بالسخان المتعرج ذي الزعانف.

البنية الداخلية للعنصر مماثلة لـالسخان الأنبوبي: سلك مقاومة، وحشو MgO مضغوط، وغلاف معدني. والفرق في الشكل والسطح. وتجد الخيارات المتاحة في صفحة السخانات الأنبوبية بزعانف.

معانٍ أخرى لكلمة «سربنتين»

تصف كلمة «سربنتين» (serpentine) عمومًا الشكل المتعرج الملتوي كالأفعى، ولذلك قد تختلط في نتائج البحث مجالات مختلفة. ففي تمديدات التدفئة والتبريد يُطلق الاسم أيضًا على حزمة الأنابيب المتعرجة التي يمر فيها الماء أو وسيط التبريد؛ والملفات المبادلة للحرارة في سخانات المياه (البويلر) ووحدات الملف والمروحة (fan-coil) تحمل هذا المعنى. أما في الجيولوجيا فالسربنتين اسم لمجموعة من المعادن ذات لون مخضرّ.

يتناول هذا الدليل معنى عنصر التسخين الكهربائي فقط. فالسخان المتعرج الكهربائي لا يستمد الحرارة من مائع، بل يولّدها بنفسه في سلك المقاومة الذي بداخله.

ما وظيفة الزعانف؟

ينقل الهواء الحرارة بدرجة أضعف بكثير من السوائل. ولكي يعطي عنصر أنبوبي أملس القدرة نفسها في الهواء يضطر إلى بلوغ درجة حرارة سطحية أعلى. وتحل الزعانف هذه المشكلة بمضاعفة سطح انتقال الحرارة عدة مرات:

• تنخفض درجة حرارة سطح العنصر عند القدرة نفسها، ويقل الإجهاد على سلك المقاومة.
• يمكن الحصول على قدرة أكبر بالمقاس نفسه، فيصبح السخان أكثر إحكامًا وأصغر حجمًا.
• تتوزع درجة حرارة الهواء الخارج بشكل أكثر توازنًا.

تُصنع الزعانف عادةً من شريط فولاذي أو من الفولاذ المقاوم للصدأ، وتُلف على الأنبوب بتلامس محكم. وتُختار خطوة الزعانف وارتفاعها حسب سرعة الهواء ودرجة تلوثه. فالبنية كثيفة الزعانف توفر سطحًا أكبر، لكنها تتسخ بسرعة أكبر في الهواء المحمّل بالغبار أو الزيوت.

مادة الغلاف والزعانف

تُختار مادة غلاف السخان المتعرج وزعانفه وفق درجة حرارة الهواء ومحتواه. وتشيع البنى ذات الزعانف الفولاذية في السخانات العامة التي تعمل في هواء جاف ونظيف. أما في التطبيقات التي تتضمن رطوبة أو تكاثفًا أو أبخرة كيميائية أو تلامسًا مع الأغذية، فإن اختيار الغلاف والزعانف من الفولاذ المقاوم للصدأ يمنع التآكل.

في تطبيقات الأفران التي تتطلب درجة حرارة خروج عالية ترتفع درجة حرارة الغلاف أيضًا؛ وفي هذه الحالة تُدرس درجات الفولاذ المقاوم للصدأ المتحملة للحرارة العالية (مثل AISI 321) أو غلاف Alloy 800. كما أن جودة تلامس الزعنفة مع الأنبوب مهمة: فالزعنفة غير المحكمة لا تستقبل الحرارة جيدًا، وقد تُصدر صوتًا مع الاهتزاز وتتزحزح من مكانها مع الوقت.

إذا كانت درجة الحرارة عالية جدًا وتدفق الهواء منخفضًا فقد يُفضَّل عنصر بلا زعانف؛ وفي هذه الحالة توزَّع القدرة المطلوبة على طول إجمالي أكبر. ويختلف الحل المناسب حسب التطبيق.

الأشكال وأنواع التركيب

تُثنى السخانات المتعرجة بأشكال مختلفة حسب الحجم المراد تسخينه ومكان التركيب:

• شكل U: الشكل الأكثر شيوعًا، يخرج طرفاه من الجهة نفسها، ويُثبَّت على جدار المجرى أو على لوح تركيب.
• شكل W والانحناءات المتعددة (زيكزاك): يُستخدم لتغطية مقطع مجرى واسع بعنصر واحد.
• الشكل المستقيم وشكل L: مناسبان للمساحات الضيقة والأجسام الخاصة.
• سخانات الحزمة (البلوك): مجموعات جاهزة تُجمَّع فيها عدة عناصر على إطار أو شفة، مثل سخان مجاري الهواء.

تُثبَّت أطراف التوصيل بوصلة ملولبة أو صامولة أو لوح ملحوم. ويجري التوصيل الكهربائي في صندوق توصيل يبقى خارج المجرى، وتُختار درجة حماية الصندوق من الغبار والرطوبة حسب التطبيق.

أين يُستخدم السخان المتعرج؟

• أفران التجفيف وغرف التجفيف: خطوط تجفيف الطلاء والطلاءات الواقية والنسيج والخشب والأغذية.
• مجاري الهواء ووحدات مناولة الهواء: تسخين الهواء النقي، والتسخين النهائي، وتطبيقات إزالة الرطوبة.
• هواء العمليات: أنفاق التغليف والتغليف الانكماشي، واللصق والتشكيل بالهواء الساخن.
• تدفئة الأماكن: السخانات الكهربائية بمروحة المستخدمة في الورش والمستودعات والكبائن.
• تطبيقات الهواء الساكن: التسخين داخل اللوحات الكهربائية والكبائن، ومنع التكاثف.

تُستخدم الأشكال المتعرجة بلا زعانف أيضًا في أوساط غير الهواء: كسخانات غاطسة في الخزانات والأحواض، أو بوضعها في القنوات المحفورة في ألواح القوالب.

كيف تُحسب قدرة سخان الهواء؟

تُحسب القدرة اللازمة لسخان الهواء من تدفق الهواء والارتفاع المطلوب في درجة الحرارة. وبالنسبة للهواء في الظروف المحيطة يكون الحساب التقريبي كالتالي:

القدرة المطلوبة (kW) ≈ تدفق الهواء (m³/h) × الارتفاع في درجة الحرارة (°C) ÷ 3000

فعلى سبيل المثال، يلزم لتسخين 1500 m³ من الهواء في الساعة من 20 °C إلى 50 °C نحو 1500 × 30 ÷ 3000 = 15 kW. ويُترك هامش في التصميم لمفاقيد المجرى والجسم، وللارتفاع الكبير عن سطح البحر، ولظروف الهواء الخارجي، ولهدف زمن التسخين.

بعد تحديد القدرة يُوزَّع عدد العناصر وطولها وكثافة الواط مع مراعاة مقطع المجرى وسرعة الهواء. وكلما انخفضت سرعة الهواء انخفضت كثافة الواط المسموح بها؛ وتختلف القيمة الدقيقة حسب التطبيق.

ما يجب مراعاته في الاختيار والاستخدام

• لا تشغّل السخان دون تدفق هواء: عند توقف المروحة يسخن العنصر ذو الزعانف بإفراط خلال وقت قصير. ويُوصى بمفتاح تدفق الهواء وبتعشيق كهربائي بين المروحة والسخان.
• أوقف المروحة بتأخير: استمرار المروحة في العمل فترة بعد فصل السخان يسمح بتصريف الحرارة المتراكمة في العنصر والجسم.
• استخدم حماية من ارتفاع الحرارة: الثرموستات أو محدد درجة الحرارة المركّب في المجرى يفصل الدائرة عند عطل التحكم. ولهذا يُصمَّم النظام مع الثرموستات وأجهزة التحكم في درجة الحرارة.
• اختر المادة وفق الوسط: يُفضَّل غلاف وزعانف من الفولاذ المقاوم للصدأ في الهواء الرطب أو المحمّل بأبخرة كيميائية أو الملامس للأغذية.
• خطّط للتنظيف: تنسد الفراغات بين الزعانف في الهواء المغبر والمحمّل بالزيوت. واستخدام المرشحات والتركيب في موضع يسهل الوصول إليه يطيلان العمر.

الأسئلة الشائعة