เครื่อง แลกเปลี่ยนความร้อน แบบรีคูเพอ เรเตอร์ (Recuperator)เป็นเครื่อง แลกเปลี่ยนความร้อน แบบไหลสวนทาง ที่ใช้ดึงความร้อนเหลือทิ้งจากกระแสอากาศขาเข้าและขาออกของระบบปรับอากาศ หรือจากก๊าซไอเสียของกระบวนการทางอุตสาหกรรม โดยทั่วไปแล้ว เครื่องรีคูเพอเรเตอร์จะดึงความร้อนจากไอเสียและนำไปใช้ในการอุ่นอากาศก่อนเข้าสู่ระบบเผาไหม้ ซึ่งจะช่วยลดปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้และเพิ่ม ประสิทธิภาพ การ ใช้พลังงาน ของระบบ

ในกระบวนการหลายประเภทการเผาไหม้ถูกใช้เพื่อสร้างความร้อน และอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบรีคูเพอเรเตอร์ทำหน้าที่ดึงความร้อนกลับคืนมา หรือนำความร้อนนั้นกลับมาใช้ใหม่หรือรีไซเคิล คำว่ารีคูเพอเรเตอร์ยังหมายถึงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหลสวนทางระหว่างของเหลวสองชนิดที่ใช้สำหรับการกู้คืนความร้อนในอุตสาหกรรมเคมีและโรงกลั่น และในกระบวนการแบบปิด เช่น วงจรทำความเย็นแบบดูดซับแอมโมเนีย-น้ำ หรือลิเธียมโบรไมด์-น้ำ

ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบรีคูเพอเรเตอร์มักใช้ร่วมกับส่วนเผาไหม้ของเครื่องยนต์ความร้อนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม ตัวอย่างเช่น ใน เครื่องยนต์ กังหันแก๊สอากาศจะถูกอัด ผสมกับเชื้อเพลิง จากนั้นจึงเผาไหม้และใช้ขับเคลื่อนกังหัน ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบรีคูเพอเรเตอร์จะถ่ายเทความร้อนเหลือทิ้งบางส่วนในไอเสียไปยังอากาศอัด จึงเป็นการอุ่นอากาศก่อนเข้าสู่ขั้นตอนการเผาไหม้เชื้อเพลิง เนื่องจากแก๊สได้รับการอุ่นล่วงหน้าแล้ว จึงใช้เชื้อเพลิงน้อยลงในการทำให้แก๊สร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิทางเข้าของกังหัน การกู้คืนพลังงานบางส่วนที่ปกติสูญเสียไปในรูปของความร้อนเหลือทิ้ง ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบรีคูเพอเรเตอร์สามารถทำให้เครื่องยนต์ความร้อนหรือกังหันแก๊สมีประสิทธิภาพมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

โดยปกติแล้ว การถ่ายเทความร้อนระหว่างกระแสอากาศที่เกิดขึ้นจากอุปกรณ์จะเรียกว่า " ความร้อนสัมผัส " ซึ่งเป็นการแลกเปลี่ยนพลังงานหรือเอนทาลปีส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของตัวกลาง (ในกรณีนี้คืออากาศ) แต่ปริมาณความชื้นไม่เปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม หากระดับความชื้นหรือความชื้นสัมพัทธ์ในกระแสอากาศไหลกลับสูงพอที่จะทำให้เกิดการควบแน่นในอุปกรณ์ได้ ก็จะทำให้เกิด " ความร้อนแฝง " ขึ้น และวัสดุถ่ายเทความร้อนจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มน้ำ แม้ว่าจะมีการดูดซับความร้อนแฝงไปบ้าง แต่เมื่อฟิล์มน้ำบางส่วนระเหยไปในกระแสอากาศตรงข้าม น้ำจะช่วยลดความต้านทานความร้อนของชั้นขอบของวัสดุแลกเปลี่ยนความร้อน จึงช่วยปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของอุปกรณ์ และเพิ่มประสิทธิภาพ ดังนั้น การแลกเปลี่ยนพลังงานของอุปกรณ์ดังกล่าวจึงประกอบด้วยทั้งการถ่ายเทความร้อนสัมผัสและความร้อนแฝง นอกจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแล้ว ยังมีการเปลี่ยนแปลงปริมาณความชื้นในกระแสอากาศเสียด้วย

อย่างไรก็ตาม ฟิล์มหยดน้ำที่ควบแน่นจะทำให้แรงดันตกคร่อมอุปกรณ์เพิ่มขึ้นเล็กน้อย และขึ้นอยู่กับระยะห่างของวัสดุเมทริกซ์ อาจทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้นได้ถึง 30% หากไม่ได้วางเครื่องให้ลาดเอียง และไม่ปล่อยให้หยดน้ำที่ควบแน่นระบายออกอย่างเหมาะสม จะทำให้พัดลมใช้พลังงานมากขึ้นและลดประสิทธิภาพตามฤดูกาลของอุปกรณ์ลง

ในระบบทำความร้อน การระบายอากาศ และการปรับอากาศ(HVAC)อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบรี คูเพอเรเตอร์ (Recuperator) มักใช้เพื่อนำความร้อนเหลือทิ้งจากอากาศเสียที่ปกติจะถูกปล่อยสู่ บรรยากาศกลับมาใช้ใหม่ โดย ทั่วไปอุปกรณ์เหล่านี้ประกอบด้วยแผ่น อลูมิเนียมพลาสติกสแตนเลสหรือเส้นใยสังเคราะห์ สลับกับแผ่นทองแดงเป็นคู่ขนานกัน โดยมีผนังกั้นสองด้านเพื่อสร้างท่อคู่ที่ตั้งฉากกัน ซึ่งบรรจุอากาศขาเข้าและขาออก ด้วยวิธีนี้ ความร้อนจากอากาศเสียจะถูกถ่ายเทผ่านแผ่นกั้นและเข้าสู่อากาศขาเข้า ผู้ผลิตอ้างว่ามีประสิทธิภาพโดยรวมสูงถึง 95% ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอุปกรณ์

คุณลักษณะของอุปกรณ์นี้เกิดจากความสัมพันธ์ระหว่างขนาดทางกายภาพของตัวเครื่อง โดยเฉพาะระยะทางของทางเดินอากาศ และระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะ สำหรับการลดลงของความดันอากาศที่เท่ากันภายในอุปกรณ์ ตัวเครื่องขนาดเล็กจะมีระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะแคบกว่าและมีความเร็วลมต่ำกว่าตัวเครื่องขนาดใหญ่ แต่ตัวเครื่องทั้งสองอาจมีประสิทธิภาพเท่ากัน เนื่องจากเป็นการออกแบบแบบไหลข้าม ขนาดทางกายภาพของตัวเครื่องจะเป็นตัวกำหนดความยาวของทางเดินอากาศ และเมื่อความยาวนี้เพิ่มขึ้น การถ่ายเทความร้อนก็จะเพิ่มขึ้น แต่การลดลงของความดันก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้นจึงต้องเพิ่มระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะเพื่อลดการลดลงของความดัน แต่ในทางกลับกันก็จะลดการถ่ายเทความร้อนลง

โดยทั่วไปแล้ว ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เลือกใช้สำหรับการลดแรงดันระหว่าง 150–250 ปาสคาล (0.022–0.036 psi) จะมีประสิทธิภาพที่ดี ในขณะที่มีผลกระทบต่อการใช้พลังงานของพัดลมน้อย แต่จะมีประสิทธิภาพตามฤดูกาลสูงกว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีขนาดเล็กกว่าแต่มีการลดแรงดันสูงกว่า

เมื่อไม่จำเป็นต้องมีการดึงความร้อนกลับมาใช้ใหม่ โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ดังกล่าวจะถูกบายพาสโดยใช้แดมเปอร์ที่ติดตั้งอยู่ภายในระบบกระจายอากาศ สมมติว่าพัดลมติดตั้งระบบควบคุมความเร็วแบบอินเวอร์เตอร์ ซึ่งตั้งค่าไว้เพื่อรักษาระดับความดันคงที่ในระบบระบายอากาศ การลดแรงดันตกคร่อมจะทำให้มอเตอร์พัดลมหมุนช้าลง จึงลดการใช้พลังงาน และส่งผลให้ประสิทธิภาพของระบบในแต่ละฤดูกาลดีขึ้น

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ รีคูเพอเรเตอร์ถูกนำมาใช้เพื่อดึงความร้อนจากก๊าซเสียมาอุ่นอากาศและเชื้อเพลิงสำหรับการเผาไหม้มานานหลายปีแล้ว โดยใช้รีคูเพอเรเตอร์โลหะเพื่อลดต้นทุนด้านพลังงานและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการดำเนินงาน เมื่อเทียบกับทางเลือกอื่น ๆ เช่น เตาเผาแบบหมุนเวียน ต้นทุนเริ่มต้นจะต่ำกว่า ไม่ต้องสลับวาล์วไปมา ไม่ต้องใช้พัดลมดูดอากาศ และไม่จำเป็นต้องมีท่อส่งก๊าซกระจายอยู่ทั่วเตาเผา

ในอดีต อัตราการกู้คืนความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบรีคูเพอเรเตอร์เมื่อเทียบกับเครื่องเผาไหม้แบบรีเจนเนอเรทีฟนั้นต่ำ อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเทคโนโลยีในปัจจุบันทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบรีคูเพอเรเตอร์สามารถกู้คืนความร้อนเหลือทิ้งได้ถึง 70-80% และสามารถอุ่นอากาศล่วงหน้าได้ถึง 850–900 °C (1,560–1,650 °F)

ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกังหันก๊าซสำหรับการผลิตไฟฟ้าได้ หากก๊าซไอเสียมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิขาออกของคอมเพรสเซอร์ ความร้อนจากไอเสียของกังหันจะถูกนำมาใช้เพื่ออุ่นอากาศจากคอมเพรสเซอร์ก่อนที่จะให้ความร้อนเพิ่มเติมในห้องเผาไหม้ ซึ่งจะช่วยลดปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องการ ยิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างขาออกของกังหันและขาออกของคอมเพรสเซอร์มากเท่าใด ประโยชน์จากตัวแลกเปลี่ยนความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น^{[ 1 ]}ดังนั้นไมโครเทอร์ไบน์ (<1 MW) ซึ่งโดยทั่วไปมีอัตราส่วนความดันต่ำ จึงได้รับประโยชน์มากที่สุดจากการใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ในทางปฏิบัติ การเพิ่มประสิทธิภาพเป็นสองเท่าเป็นไปได้โดยการใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน^{[ 2 ]}ความท้าทายหลักในทางปฏิบัติสำหรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในการใช้งานไมโครเทอร์ไบน์คือการรับมือกับอุณหภูมิของก๊าซไอเสีย ซึ่งอาจสูงเกิน 750 °C (1,380 °F)

• ท่อความร้อน
• คอยล์วิ่งวน
• ล้อความร้อนหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบหมุน (รวมถึงล้อเอนทาลปีและล้อดูดความชื้น)
• เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพาความร้อน
• เครื่องฟื้นฟูรังสี