عموماً در مواردی که مقدار ضریب انتقال حرارت جابجایی یک سمت مبدل حرارتی کم باشد، با نصب یکسری صفحات فلزی که آنها را “پره ” ویا “فین ” (Fine) می نامند، مساحت سطح تبادل حرارات آن سمت را افزایش می دهند.
به عنوان مثال درموتورسیکلت ها، از آنجایی که جداره سیلندر موتور توسط هوا خنک می شود، لذا یکسری فین بر روی سطح خارجی جداره سیلندر تعبیه می نمایند تا مساحت سطح تبادل حرارت افزایش یافته وجریان هوا در اطراف سیلندر متلاطم تر صورت گیرد.
ولیکن از آنجائیکه جداره سیلندر موتور اتومبیلها توسط آب خنک می شود ضرورتی برای استفاده از فین دراین قبیل موارد وجود ندارد
.زیرا ضریب انتقال حرارت لایه آب موجود درمجاری خنک کننده موتور، نسبتاً بالا می باشد. به همین صورت دراواپراتور ها نیز، فینها بعنوان سطوح خارجی ضریب انتقال حرارت اواپراتورهای هوا خنک کننده را افزایش می دهند.
دربعضی موارد برای مغشوش تر شدن جریان هوا، فین ها به صورت صفحات غیر مسطح (زیگزاگ)می باشند. بدین ترتیب راندمان این اواپراتورها برای خنک کردن هوا ویا گازهای دیگر افزایش خواهد یافت.
دراواپراتورهای لوله ای مقدار زیادی از هوا، از فضاهای باز میان لوله ها عبور کرده ونمی تواندبا سطح کویل تماس داشته باشد. با اضافه کردن فین به کویل، صفحات فلزی موجود درفضاهای باز میان لوله ها به عنوان جمع کننده گرما عمل می نمایند.
این کویل های مجهز به پره را کویلهای فین دار ( Finned coils) می نامند.
پره ها گرمای آن قسمتی از هوا را که نمی تواند مستقیماً با سطح اولیه انتقال حرارت (سطوح کویل) درتماس باشد، دفع می نمایند. بدیهی است که اتصال فین به لوله بایستی طوری باشد که یک تماس حرارتی خوب میان آن دو ایجاد گردد.
دربعضی حالات فین را مستقیماً به لوله، لحیم ویا جوشمی کنند. گاهی این اتصال همانند آنچه که درجداره سیلندر موتور سیکلت ها وجود دارد بصورت یکپارچه می باشد.
گاهی فینها را برروی لوله قرار می دهند، وسپس لوله را بوسیله فشار و یا روشهای دیگر منبسط می نمایند بطوریکه فینها به سطح لوله محکم چسبیده ویک تماس حرارتی خوب ایجاد می نمایند ویا اینکه می توان توسط شعله سوراخ فین را حرارت داد وسپس با اندک فشار آنرا برروی لوله ودر جای مورد نظر قرارداد وبعد از آنکه فین بر روی لوله نصب شد، فین محکم به لوله قفل خواهد شد.
اندازه فینها وفاصله بین آنها بستگی به نوع کاربرد کویل اواپراتور خواهد داشت. اندازه فین تقریباً با افزایش اندازه قطر لوله افزایش می یابد. فاصله بین فینها بسته به اینکه دمای عملکرد کویل چقدر باشد از یک تا ۱۴فین درهر اینچ طول لوله تغییر می کند. دراواپراتورهای خنک کننده هوا که در دماهای پائین کار می کنند، احتمال ایجاد برفک( Frost) برروی کویلها زیاد بوده و با کاهش دمای نقطه عملکرد (تبخیر) این اواپراتورها، مقدار تجمع برفک بیشتر خواهد شد.
تجمع برفک دراینگونه اواپراتورها باعث محدود وکند شدن جریان هوای عبوری ازمیان فینها خواهد شد. لذا دراین موارد بایستی برای به حداقل رساندن مشکل انسداد گردش هوا، فاصله بین فین ها بزرگتر باشد که معمولاً دو تا چهارفین درهراینچ طول لوله می باشد.
ازطرفی درکویل های تأسیسات تهویه مطبوع ویا موارد دیگری که دمای عملکرد آنها به حدی بالامی باشد که احتمال ایجاد برفک برروی آنها خیلی کم است، می توان تعداد فینها را به ۱۶ فین در هر اینچ طول لوله افزایش داد.
دربعضی موارد جریان هوا برروی کویلهای فین دار دراثر تغییر دانسیته هوا روی می دهد. از آنجائیکه دانسیته هوای سرد بیشتر از دانسیته هوای گرم می باشد، لذا هوای سرد همیشه میل به پائین آمدن داشته درحالیکه هوای گرم میل به بالا رفتن وبه روی هوای سرد قرارگرفتن را خواهد داشت. جریان بوجود آمده دراین حالت را جابجایی آزاد (FreeConvection) می نامند که دراثر تغییر دانسیته سیال رخ می دهد.
دراین موارد بایستی تا حد امکان مقاومت کویلها درمقابل جریان هوا کم باشد.
لذا بطور کلی فاصله بین فینها درکویلهای بدون فن بیشتر از کویلهای فن دار خواهد بود. درکویلهای فن دار جریان هوا بصورت اجباری ( Forced convection) صورت می گیرد.
فین گذاری سطح خارجی لوله ها، مقدار مساحت سطح خارجی آنها را افزایش می دهد. مقدار افزایش این سطح محدود بوده ویکی از عوامل محدود کننده آن سطح داخلی کویلهای اواپراتور می باشد.
اگر فین گذاری بصورت نامطلوب ویا بیش ازحد لزوم صورت گیرد، نه تنها نمی تواند باعث افزایش ظرفیت اواپراتورشود بلکه می تواند دربعضی موارد باعث کاهش ظرفیت گردد.
زیرا دراینصورت محدودیت گردش هوا روی کویلها بیشتر خواهد شد. قابل ذکراست که اواپراتورهای خنک کننده هوا را اصطلاحا “Air cooler” نیز می نامند.
از آنجائیکه ظرفیت اواپراتورهای فین دار با تجمع برفک تحت تاثیر قرار می گیرد لذا کویلهای فین دار برای خنک کردن هوا وقتیکه دما بالاتراز ۳۴ (oF) است، مناسبترمی باشند. کویلهای فین داری که دردماهای پائینتر مورداستفاده قرار می گیرند، به یکسری وسایل ذوب برفک مجهز می گردند.
عمل ذوب برفک را می توان بهروشهای مختلف وبصورت اتوماتیک انجام داد.
کویلهای فین دار نسبت به کویلهای بدون فین درواحد طول وعمق دارای سطح بیشتری بوده وبدین علت می توانند بصورت فشرده تری ساخته شوند. بطور کلی یک کویل فین دار، فضای کمتری را نسبت به اواپراتورهای صفحه ای ویا لوله ای هم ظرفیت، اشغال خواهد کرد.
بدین ترتیب فضای اشغال شده توسط اواپراتورهای صفحه ای ویا لوله ای فین دار بطور قابل ملاحظهای کاهش خواهد یافت. کویلهای فین دار وقتی که همراه با فین ها به عنوان اواپراتور های جریان اجباری عمل می نمایند بسیار مفیدتر واقع می گردند.
در بعضی تأسیسات خنک کننده مایع، که در آنها ازمبردهای فلورکربن استفاده می شود ممکن است نرخ انتقال حرارت سمت سیال خنک شونده خارج لوله ها، بیش از نرخ انتقال حرارت سمت مبرد داخل لوله ها باشد.
دراین موارد می توان با فین دار کردن سطح داخل لوله ها، عملکرد اواپراتوررا بهبود بخشید.
چند روش مختلف فین گذاری درشکل زیر نشان داده شده است.
اگر مبرد خارج لوله ها باشد استفاده از لوله هایی که برروی سطح خارجی آنها یکسری فینهای کوتاه ( low- finned tubes) قرار دارد ، بسیار مفید و مؤثر خواهد بود .
ساختمان این نوع فینها می تواند مشابه قسمت حدیده شده یک پیچ معمولی باشد .
