مبدل‌های حرارتی یا  گرمایی با عملکرد حرارتی بهتر مانند مبدل حرارتی صفحه‌ای باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش تأثیرات کلی بر محیط زیست می‌شود. کاربرد مبدل‌های گرمایی در خودروسازی، صنایع غذایی، پالایشگاه‌ها، تبرید، برودت، برج‌های خنک‌کننده، بخار ساز‌های هسته‌ای، تهویه مطبوع، نفت و گاز استفاده می‌شوند. در این مقاله قصد داریم شما را با مبدل و انواع آن آشنا کنیم

مبدل حرارتی یا گرمایی چیست؟

مبدل حرارتی یا مبدل گرمایی دستگاهی است که انرژی یا حرارت را بین دو سیال مانند گاز یا مایع در دماهای متفاوت انتقال می‌دهد. به عبارتی این دستگاه کار انتقال گرما را بین دو یا چند سیال مانند آب، گاز، روغن، هوا برعهده دارد. از این مبدل‌ها برای گرم کردن سیال سرد یا سرد کردن سیال گرم به کار می‌رود. مزیت این مبدل این است که انرژی سیستم که از گزاست تلف می‌شود را به بخش دیگر فرآیند منتقل می‌کند تا مورد استفاده قرارگیرد. بنابراین مبدل‌های گرمایی باعث افزایش بهره‌وری انرژی می‌شوند.

کاربرد مبدل حرارتی چیست؟

این مبدل‌ها در صنایع و حوزه‌های مختلف و همچنین در دستگاه‌های دیگر به کار می‌رود. از جمله صنایعی که این مبدل درآن‌ها استفاده می‌شود، شامل پالایشگاه ها، نیروگاه ها، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید، صنایع غذا و دارو، صنایع ذوب فلز، گرمایش، تهویه مطبوع ، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی است.

استفاده مبدل حرارتی در دستگاه‌های دیگری مثل دیگ بخار، مولد بخار، کندانسور، پیش گرم کن فن کویل، خنک کن و گرم کن روغن، اواپراتور، تبخیر کننده، کوره ها و رادیو تورها متداول است.

مبدل حرارتی

انواع مبدل‌های حرارتی کدامند؟

مبدل‌های حرارتی از لحاظ فشار کاری به دو دسته کم فشار و پرفشار تقسیم می‌شوند. همچنین از لحاظ ساختاری دارای تنوع بیشتری است.

دسته بندی انواع مبدل‌های حرارتی از جنبه های گوناگونی به شرح ذیل است:

  • بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم
  • بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم  
  • بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین دو سیال سرد و گرم
  • بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل‌ها
  • بر اساس فشار کاری
  • براساس جنس صفحات مبدل

چهاردسته کلی مبدل‌های حرارتی

  • مبدل‌های لوله‌ایtube heat exchangers))
  • مبدل حرارتی صفحه ای  (Plate heat Exchanger)
  • مبدل حرارتی پوسته و لوله  (shell & tube heat exchangers)
  • مبدل حرارتی هوا خنک یا پره ای  (Fin Heat Exchanger)

هر کدام از مبدل‌های حرارتی که از لحاظ ساختاری دسته بندی می‌شوند، می‌توانند به انواع مبدل‌های حرارتی از لحاظ نوع جریان هم تقسیم بندی شوند.

انواع مبدل گرمایی از لحاظ نوع جریان به شرح ذیل هستند:

  • مبدل حرارتی با جریان هم‌سو
  • مبدل حرارتی با جریان نا‌هم‌سو
  • مبدل حرارتی با جریان متقاطع

در ادامه به بررسی اجمالی هریک از مبدل‌های گرمایی در چهار دسته بندی‌ کلی می‌پردازیم.

۱.مبدل‌های لوله‌ای

مبدل لوله‌ای از جمله ساده‌ترین مبدل‌های حرارتی به شمار می‌رود؛ که به آن‌ها مبدل دولوله‌ای هم گفته می‌شود. به دلیل اینکه طراحی ساده‌ای دارند، هزینه ساخت آن‌ها کم است. کاری که مبلد لوله‌ای یا مبدل دولوله‌ای انجام می‌دهند به این شکل است که، درون یک لوله بزرگ یک لوله کوچک بصورت هم مرکز قرار می‌گیرد.

انتقال حرارت در آن از طریق دیواره لوله کوچک بین دو سیال انجام می‌شود. این مبدل‌ها برای صنایعی که در شرایط با فشار بالا هستند کاربرد دارد.

به دلیل اینکه در این مبدل‌ها سطح تبادل حرارتی کم است، نسبت به سایر مبدل‌های گرمایی دارای توان انتقال گرمایی کمتری هستند. این مبدل برای مبدل‌های با ظرفیت کم و کوچک مناسب است و پاک‌سازی و تمیزکاری راحتی دارد.

از مبدل لوله‌ای در دو شرایط زمانی استفاده می‌شود، یکی در زمانی که تبادل حرارت بین سیال‌های گازی اتفاق می‌افتد و دیگری زمانی که فشار یکی از دو سیال و یا هر دوی آن‌ها بالا باشد.

۲.مبدل‌های پوسته و لوله(شل اند تیوب)

مبدل حرارتی پوسته و لوله اصطلاحا شل اند تیوب (Shell And Tube) نام دارد؛ که از تعدادی لوله و یک پوسته بزرگ که لوله‌ها را احاطه کرده تشکیل ‌شده است. معمولا یک سیال مایع با دمای کم از درون لوله‌ها عبور می‌کند و اطراف لوله‌ها سیال گازی با دمای بالا جریان می‌یابد.

این نوع مبدل دارای تعداد زیادی لوله است و به همین خاطر تبادل حرارتی زیادی دارد و یک مبدل پرکاربرد در صنعت می‌باشد.

بسته به کاربردی که دارند از جنس‌های مختلفی ساخته شده‌اند؛ همچنین در کاربردهای مختلف نیز نوع و حالت سیال‌ها متفاوت است. با توجه به نوع کاربری‌ مبدل می‌تواند از جنس نیکل، برنج، آلومینیوم و یا استیل باشد.

مبدل حرارتی

مبدل پوسته و لوله، به لحاظ ساختار و نوع طراحی به سه دسته تقسیم می‌شود:
  • نوع U شکل: فرم لوله‌ها یو شکل(U) بوده و قابلیت تمیز کردن ندارند. در این مدل یک سیال وارد لوله‌ها و سیال دیگر وارد پوسته می‌شود و از دیواره لوله‌ها گرما بین دو سیال حرکت می‌کند.
  • نوع مستقیم یک‌پاس: در این نوع سیال بطور مستقیم وارد لوله‌ها می‌شود و از سمت دیگر بیرون می‌رود. دراین مدل امکان تمیزکاری مبدل وجود دارد.
  • نوع مستقیم دوپاس: این نوع مبدل پوسته و لوله از ترکیب دو مدل U شکل و مستقیم یک‌پاس ساخته شده است. سیال از لوله وارد می‌شود و با یک چرخش۱۸۰ درجه از طرف دیگر لوله وارد لوله دیگری شده و از طرفی که وارد شده، خارج می‌شود.

۳.مبدل‌های هوا خنک(فن دار)

به مبل هوای خنک اصطلاحا مبدل حرارتی فن دار و یا دارای کولر هم گفته می‌شود. مبدل کولر دار در سه نوع عمودی، افقی، و هفت شکل وجود دارد. در ساختمان این مبدل یک یا چند کویل و یک یا چند فن به کار رفته است. عملکرد آن به این شکل است که سیال با دمای بالا درداخل کویل جریان پیدا می‌کند. از سطح بیرونی کویل در اثر وزش هوا ازفن، ذرات هوا به سطح داغ لوله‌ها و پره‌ها برخورد می‌کند و سیال داغ  حرارت اضافی خود را از دست می‌دهد.

مبدل حرارتی هوا خنک در صنایع غذایی، داروسازی، صنایع تولیدی، انواع سیستم‌های تهویه مطبوع، نیروگاه برق، صنایع شیمیایی، پالایشگاه نفت، گاز، و صنایع پتروشیمی کاربرد دارد.

۴.مبدل‌های صفحه‌ای(پلیتی)

در ساخت این مبدل صفحات فلزی زیادی با فاصله خیلی کم از هم قرار گرفته‌اند که یکی در میان نسبت به هم آب‌بندی می‌شوند. دو سیال با دمای بالا و دمای پایین وارد مبدل شده و بوسیله این صفحات فلزی با یکدیگر تبادل گرمایی می‌کنند.

از ویژگی‌های این مبدل می‌توان به کوچک و فشرده بودن آن و تحمل فشار کم اشاره کرد. کوچک و فشرده بودن این مبدل به دلیل سطح انتقال حرارت بالایی آن است. به علت تحمل پایین این مبدل برای کاربردهای پر فشار استفاده نمی‌شود.

نکات قابل توجه در انتخاب مبدل حرارتی

انتخاب مبدل حرارتی معمولا بوسیله سیستم کامپیوتر و یا یک کارشناس یا مهندس طراح این کار را انجام می‌دهد. برای انتخاب مبدل حرارتی مناسب باید هزینه و محدودیت‌های طراحی هر نوع مبدل را مدنظر داشت.

  • نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله یا صفحه ای
  • تعیین نمودن فاز دو سیال
  • تعیین وضعیت هر دو سیال از نظر دمای رفت و برگشت
  • تعیین دبی دو طرف مبدل حرارتی  و ظرفیت حرارتی
  • فشارودمای کاری
  • خورندگی سیال
  • قابل شستشو بودن
  • جنس مبدل (مس، آلومینیوم، کربن، استیل، نیکل، یا تیتانیوم)
  • ترکیب محصول (مایع با مایع، مایع ذره‌دار یا دارای جامد زیاد)
  • فرآیند ساخت و تولید
  • توانایی و سادگی توسعه آن در آینده
  • هزینه‌های نصب، بهره‌برداری، نگهداری و بهینه‌سازی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *