کوره

کوره ابزاری است که برای گرمایش بکار میرود.نام آن از کلمه لاتین fornax مشتق شده است که به معنای اجاق است.اولین کوره ها در Balakot محلی از تمدن Indus Valley حفر شده اند، که تاریخ آن به1900 -2500 سال قبل از میلاد بر می گردد.

از کوره ها عموما برای ساخت اشیای سرامیکی استفاده می شد.


در انگلیسی آمریکایی و کانادایی واژه کوره به تنهایی عموما برای توصیف سیستمهای گرمایش خانگی بر مبنای یک کوره مرکزی بکار میرود (همچنین بعنوان دیگ بخار یا گرمکن نیز در انگلیسی بریتانیایی شناخته میشود)، و گاهی اوقات بعنوان مترادف Kiln ، ابزاری برای تولید سرامیک، بکار می رود.

در انگلیسی بریتانیایی،لفظ کوره (Furnace) منحصرا برای تعریف کوره های صنعتی بکار میرود که برای خیلی از موارد کاربرد دارند،مانند استخراج فلز از سنگ معدن(گداختن) یا در پالایشگاههای روغن و واحدهای صنعتی شیمایی دیگر،برای مثال بعنوان منبع گرما در ستونهای تقطیر جز به جز.
لفظ کوره همچنین میتواند به گرمکن های حرارت مستقیم ، که در صنایع شیمیایی برای دیگهای بخار یا تامین کننده های گرما برای واکنش های شیمیایی فرآیندهایی همچون کراکینگ، و همچنین بخشی از نامهای انگلیسی استاندارد برای بسیاری ازکوره های متالوژی (ذوب فلزات) در سراسر دنیا،نسبت داده شود.
انرژی گرمایی برای تغذیه کوره ممکن است مستقیما بوسیله احتراق سوخت ،توسط الکتریسیته همانند کوره قوس الکتریکی یا توسط گرمای القا شده در کوره های القایی فراهم شود.
کوره های خانگی
یک کوره خانگی یکی از ابزارهای اصلی است که به صورت دائمی، برای تامین گرما دریک فضای داخلی بوسیله حرکت سیال واسطه که ممکن است هوا،بخار یا آب داغ باشد، نصب می شود. منبع سوخت بسیار رایج برای کوره های مدرن در ایالت متحده گاز طبیعی است. منابع سوخت متداول دیگر شامل LPG(گاز مایع شده نفت خام)،نفت کوره-مازوت-،ذغال سنگ یا چوب است.در برخی موارد گرمای مقاومت الکتریکی بعنوان منبع گرما بکار برده می شود،مخصوصا مکان هایی که بهای الکتریسیته پایین است.
کوره های احتراق همیشه به دریچه خروجی نیاز دارند،عموما این کار بواسطه یک دودکش که منجر به خروج گرما به همراه گازهای خروجی می شود، صورت می گیرد.کوره های مدرن با راندمان بالا می توانند راندمان %98 داشته باشند و بدون دودکش عمل کنند. مقدار کم گاز و گرمای هدر رفته بصورت خودکار از طریق لوله های کوچکی در دیواره ها و سقف خانه تهویه میشوند.
راندمان بالا در این جمله ممکن است گمراه کننده باشد بدلیل اینکه راندمان کوره معمولا با استفاده از راندمان قانون اول بیان می شود،در حالیکه راندمان انرژی کوره معمولی خیلی کمتر از راندمان دمایی قانون اول است.برای مقایسه تولید انرژی الکتریکی و گرما با استفاده از سیستم ترکیبی راندمان انرژی بیشتری نسبت به انرژی حاصل از سوختن سوخت ،برای تولید حرارت مستقیم در دمای متوسط دارد.گرچه گستره وسیعی از مشتریان (همانند بسیاری از ناظران دولتی)با راندمان اگزرژی، راندمان کارنو و قانون دوم ترمودینامیک، نا آشنا هستند، استفاده از راندمان قانون اول برای درجه بندی کوره ها بسیار معمول شده است.


کوره های خانگی مدرن به دو دسته چگالنده و غیر چگالنده بر اساس راندمان آنها در حرارت صادر شده از گازهای خروجی دسته بندی شده اند.کوره ها با بازده تقریبا بیشتر از %89 حرارت بیشتری را از گازهای خروجی می گیرند که آب بخار شده در خروجی چگالیده میشود; از آنها با نام کوره های چگالنده یاد می کنند. این کوره ها باید مقاوم در برابر خوردگی طراحی شوند،که عامل آن همین بخار چگالیده شده است وشاید نیاز به پمپ چگالنده برای خارج کردن آب جمع آوری شده داشته باشند. کوره های چگالنده عموما میتوانند %35-%20 گرمای ذخیره شده را آزاد کنند با فرض اینکه کوره قدیمی در محدوده راندمان مصرف سالیانه سوخت (AFUE) ، به میزان 60 درصد باشد.

کوره چگالنده

اجزای کوره مدرن
اجزای کوره را میتوان به 3 دسته تقسیم نمود:
1.مشعلها،مبدل حرارتی، هواکش و دریچه
2.ابزارهای کنترلی و ایمنی
3.دمنده و جابجاکننده هوا
شعله در مشعل شروع می شود و بوسیله فشار منفی ایجاد شده توسط هواکش، به مبدل حرارتی کشانده می شود.گاز داغ ایجاد شده بوسیله احتراق شعله ،با عبور از محفظه مبدل حرارتی، دیوار فلزی مبدل را گرم می کند. گاز همچنان که گرما را به مبدل حرارتی منتقل میکند،سرد میشود و دمای آن در انتهای کوره ی راندمان بالا، به حدود 120 درجه میرسد.گاز سرد شده سپس وارد دمنده هواکش می شود و به سمت لوله های خروجی فشار داده میشود. سپس گازهای خروجی بوسیله لوله های خروجی به خارج از خانه هدایت می شوند.
کنترل کننده ها شامل شیر گاز،کنترل جرقه زن، شمعک ، سنسورشعله، مبدل، کنترل مقدار،مدار کنترل دمنده و تغییر گستره شعله هستند. مبدل برق 24ولت را برای راه اندازی کنترل کننده ها فراهم می کند.24 ولت به ترموستاتی که در فضای زندگی نصب شده، اعمال می شود. اساسا ترموستات یک کلید اتوماتیک است، زمانیکه دمای اتاق به مقدار کمتر از تنظیمات حرارتی افت می کند مدار الکتریکی را بسته و راه اندازی میکند.این عمل به برد مدار 24 ولت برق می دهد تا مراحل گرم کردن را آغاز نماید. برد مدار یک رله دارد که برای راه اندازی دمنده های هواکش راه اندازی می شود.
سپس رله مشتعل کننده برد مدار تحریک می شود که 120 ولت را به سطح داغ مشتعل کننده بفرستد و آن را برافروخته و بسیار داغ نماید. سپس رله شیر گاز در برد مدار تحریک گشته. این عمل ولتاژ را به شیر گاز میرساند و سیم پیچ بوبین را در شیر گازی تحریک میکند که شیررا باز کند و اجازه جریان یافتن گاز به مشعل را می دهد. گاز به داخل مشعلها جریان میابد و توسط سطح داغ شمعک،مشتعل می شود. برد مدار کنترل جرقه ،جریان متناوب را به سنسور شعله که میله فولادی ضد زنگ است اعمال می کند. پدیده جالبی در شعله سوزان به نام یونیزاسیون اتفاق می افتد. این الکترونهای آزادی هستند که تولید میشوند و می توانند رسانای الکتریسیته در شعله باشند. الکترونها به طور معمول از سنسورهای شعله در سراسرشعله هنگامی که ایجاد شده است، جریان میابند و از طریق مشعلهای زمینی به زمین باز می گردند. سیستم افروزش باید ایجاد شعله را برای ادامه جریان گاز تایید کند یا در صورت نداشتن شعله این جریان را توسط شیرهای گازی قطع نموده تا از وقوع انفجارهای احتمالی جلوگیری نماید. همچنین این فکر اشتباه نیست که شعله ای توسط سنسور شعله ایجاد میشود که با زمین از طریق شکستن یا خم شدن تماس دارد.
روشی که منجر به این مسئله می شود توسط تاثیر یک دیود است جاییکه مساحت سطح سنسور کمتر از %10 مساحت سطح زمین است.این مسئله یک نیم موج جریان الکتریکی را خارج از هر موج کامل تولید می کند. مدار کنترل افروزش اگر سنسور فقط با زمین تماس داشته باشد، نصف موج را برای اندازه گیری نمایش می دهد. اگر کنترل افروزش سیگنال این نیم موج را از سنسور شعله دریافت کند،احتراق ادامه خواهد یافت.حال تایمر برد مدار، مقدار زمان مشخص شده را می شمارد و رله دمنده را تحریک میکند. این رله قدرت موتور دمنده را افزایش می دهد و هوا به اجبار به داخل مبدل حرارتی جاییکه حرارت را از فلز داغ می گیرد برده شده و وارد کانال برای رفتن به اتاقهای مختلف در خانه می شود.کنترل مقدار، ابزاری امنیتی است که مدار الکتریکی را برای کنترل افروزش باز خواهد کرد و اگر کوره بیش از حد داغ شود جریان گاز را متوقف می سازد. تغییردهنده های گستره شعله همان ابزاری هستند که سبب پخش شعله بر روی مبدل ها میشوند به جای اینکه کاملا به درون آنها توسط هواکش ها کشیده شوند
دمنده، فشاری منفی را در مجرای ورودی ایجاد میکند که هوا را به داخل مجرای سیستم هوای بازگشتی میکشد و هوا را به خارج با گذر از یک مبدل حرارتی می دمد و سپس به داخل کانال هوای تحویل داده شده برای توزیع در سرتاسر خانه.
توزیع حرارت
کوره حرارت را به فضای زندگی ساختمان از طریق یک سیستم واسطه توزیع منتقل میکند. اگر توزیع از طریق آب گرم (و یا سیال دیگر)یا از طریق بخار باشد،آنگاه کوره را عموما یک دیگ بخار نامند. یکی از مزایای دیگ بخار این است که کوره میتواند آب گرم را برای نظافت و شستشوی ظروف،بدون نیاز به آب گرمکن جداگانه فراهم آورد.یکی از معایب اینگونه استفاده این است که هنگامیکه دیگ بخار خراب میشود هر دوی سیستم گرمایش و آب گرم داخلی نمیتوانند مورد استفاده قرار بگیرند.
سیستمهای گرمایشی همرفتی هوا، بیش از یک قرن است که مورد استفاده قرار میگیرند،اما سیستمهای قدیمی تر متکی بر سیستم گردش هوای منفعل بودند،که چگالی بیشتر هوای سرد باعث پایین رفتن آن در کوره می شد و چگالی کمتر هوای گرم باعث بالا آمدن آن در کانال می گشت، دو نیرو بر هم اعمال شده و سبب گردش هوای جابجا شده در سیستمی که به اصطلاح “تغذیه-جاذبه” نامیده شده می شوند.خروجی از مجراها و کوره برای مجراهای کوتاه،بلند بهینه می شد و باعث شد از کوره به کوره “هشت پا” یاد شود.
در مقایسه،بیشتر کوره های هوای گرم مدرن، عموما هواکشی را برای گردش هوا در اتاقهای خانه و بازکشیدن هوای سرد به داخل کوره برای دوباره گرم شدن بکار میبرند، که این را گرم کردن اجباری هوا می نامند.
بدلیل اینکه فن بسادگی بر مقاومت کانال غلبه می کند،آرایش کانالها میتواند بسیار متنوع تر از هشت پاهای قدیمی باشد.در شیوه آمریکایی،کانالهای جداگانه ای هوای سرد را برای بازگشت به کوره جمع آوری می کنند. در کوره،هوای سرد با عبور از فیلتر هوا ، دمنده،سپس از میان مبدل حرارتی کوره،وارد کوره شده و از آنجا به داخل ساختمان دمیده می شود. یکی از مزایای این سیستم این است که همچنین میتوان بسادگی تهویه مطبوع مرکزی را با با اضافه کردن کویل خنک کننده در خروجی کوره نصب کرد.
هوا در داخل کانال که ممکن است از ورقه های فلزی یا پلاستیکی “Flex” و با پوشش عایق یا غیر عایق ساخته شده باشد، در گردش است.اگر کانالها توسط ماستیک(نوعی بتونه یا چسب) یا نوار فویلی آبندی نشده باشند ، در اینصورت مجاری تمایل زیادی به نشت هوای مطبوع شده به داخل هوای غیر مطبوع دارند. یکی دیگر از دلایل اتلاف انرژی نصب کانالها در محیط هایی است که مورد گرمایش قرار نمی گیرند همانند شیروانی ها و زیرزمین ها، یا مجاری سیستم های تهویه مطبوع در شیروانی هایی با آب و هوای گرم.
خرابی های زیر گرچه ممکن است بندرت اتفاق بیفتد اما تشخیص آنها سخت است.
اگر دمای داخل کوره از مقدار ماکزیمم آن بیشتر شود،ساختار امنیتی ترموستات کوره را خاموش میکند. علت این خرابی این است که کوره مکررا قبل ازاینکه خانه به دمای طرح برسد خاموش میشود.عموما در این موارد گفته می شود که کوره “تغییر عملکرد حد بالا” شده است.
این شرایط معمولا زمانی اتفاق میفتد که دمای محدوده بالای ترموستات بسیار نزدیک به دمای معمولی عملیات کوره تنظیم شده باشد. وضعیت دیگری که ممکن است اتفاق بیفتد این است که رطوبت دهنده به صورت نادرست بر کوره نصب شده باشد و کانالی که بخشی از هوای مرطوب را به کوره باز می گرداند بسیار بزرگ است. راه حل کاهش قطر لوله پخش رطوبت یا نصب تیغه ای که حجم هوای بازگشتی را کاهش دهد.