مبدل حرارتی:
به کلیه دستگاههایی که حرارت را از یک سیال به سیال دیگر منتقل می کنند مبدلهای حرارتی گفته می شود. بنابراین ، می توان از آنها برای گرم کردن ، خنک سازی و یا تبدیل فاز روغنهای مختلف ، اسیدها ، آب و گازها استفاده کرد.
انواع مبدل های حرارتی
انواع مبدل های حرارتی نظر ساختار به انواع زیر تقسیم می شوند:
مبدل های پوسته و لوله (شل اند تیوب)
مبدل های هوا خنک یا همان فن دار (درای کولر)
مبدل های صفحه ای
مبدل حرارتی پوسته و لوله (shell & tube)
یکی از رایج ترین انواع مبدل در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع و برودت صنعتی، مبدل حرارتی پوسته و لوله است. همان طور که از نامش پیداست، این مبدل ها از تعدادی لوله تشکیل شده اند که درون پوسته ای استوانه ای قرار می گیرند. دو جریان سیال با دماهای اولیه متفاوت وارد مبدل می شوند. یکی از درون لوله ها و دیگری از درون پوسته (بیرون لوله ها) عبور می کند. حرارت از طریق دیواره لوله ها، بین دو سیال منتقل می شود، گاهی از سیال داخل لوله به سیال جاری در پوسته و گاهی بالعکس.
هریک از سیال ها می توانند از مایعات و یا از گازها باشند و این امکان نیز وجود دارد که هرکدام از درون لوله یا پوسته جریان بیابند. مبدلی که فقط سیال مایع و یا صرفاً سیال گاز در دو طرف آن (درون پوسته و لوله) جریان دارد را مبدل تک فازی می نامند. مبدل های دو فازی می توانند برای انتقال حرارت به مایع جهت جوشاندن و تبخیر آن و یا به منظور خنک کردن بخار برای چگالش آن (کندانسور) با تغییر فازی که عمدتاً در سمت پوسته اتفاق می افتد، بکار روند.
مهمترین قطعات مبدل پوسته و لوله
بفل
در داخل پوسته ، صفحاتی به نام بفل به عنوان صفحات هدایت جریان سیال تعبیه شده است تا جریان آشفته ای در سیال جاری در داخل پوسته ایجاد کرده و بازده انتقال حرارت را به حداکثر برساند.
تیوب شیت
انتهای تمام تیوب ها به تیوب شیت متصل است و در واقع وظیفه آن مهار و آب بندی لوله ها نسبت به یکدیگر است. از نظر نوع تیوب شیت ها ، دو نوع مبدل شل اند تیوب (مبدل پوسته و لوله) وجود دارد. در نوع اول ، هر دو تیوب شیت در ابتدا و انتهای مبدل با یک پوسته محکم می شوند. در نوع دوم ، یکی از تیوب شیت ها توسط پوسته مهار می شود و تیوب شیت در طرف دیگر می تواند آزادانه شناور شود تا از مشکلات ناشی از اختلاف در انبساط حرارتی جلوگیری کند. این لوله ها برای تمیز کردن و نگهداری مکانیکی نیز قابل دسترسی خواهند بود.
تیوب های مسی
برای دستیابی به حداکثر کارایی ، باید سطح انتقال گرما بین دو سیال که همان لوله ها هستند را تا حد ممکن افزایش داد و بنابراین تعداد زیادی لوله ساخته شده از مس ، فولاد و … استفاده می شود. لوله ها ممکن است مستقیم یا منحنی (U) باشند. بیشتر مبدلهای حرارتی پوسته و لوله در طرحهای 1 ، 2 یا 4 پاس ساخته می شوند. تعداد پاس به تعداد مسیرهای برگشتی گفته می شود که مایع از داخل لوله ها به سمت خروج می رود. به عنوان مثال ، در طراحی پاس ، مایع از یک طرف به لوله ها وارد می شود و مستقیماً از طرف دیگر خارج می شود. در طرح 2 پاس ، سیال پس از ورود به لوله ها و رسیدن به انتهای آن ، 180 درجه تغییر جهت داده و از همان سمت ورودی خارج می شود.
هریک از سیال ها می توانند از مایعات و یا از گازها باشند و این امکان نیز وجود دارد که هرکدام از درون لوله یا پوسته جریان بیابند. مبدلی که فقط سیال مایع و یا صرفاً سیال گاز در دو طرف آن (درون پوسته و لوله) جریان دارد را مبدل تک فازی می نامند. مبدل های دو فازی می توانند برای انتقال حرارت به مایع جهت جوشاندن و تبخیر آن و یا به منظور خنک کردن بخار برای چگالش آن (کندانسور) با تغییر فازی که عمدتاً در سمت پوسته اتفاق می افتد، بکار روند.
کاربرد مبدل های حرارتی پوسته و لوله
مبدل های حرارتی پوسته و لوله را حتی می توان رایج ترین نوع مبدل حرارتی دانست که عمدتاً جهت سرمایش و یا گرمایش مایعات و گازها مورد استفاده قرار می گیرند. انعطاف پذیری طراحی آن ها، امکان استفاده از مبدل را در دما و فشارهای مختلف و با سیال های متفاوت، فراهم کرده است. مبدل های حرارتی پوسته و لوله به طور گسترده در فرایندهایی که به سرمایش و یا گرمایش حجم زیادی از جریان مایع و یا گاز نیاز است، به کار گرفته می شوند. برخی از کاربردهای معمول مبدل های حرارتی پوسته و لوله عبارتند از: نیروگاه تولید برق، HVAC، تبرید، تولید کاغذ، داروسازی، پتروشیمی و پالایشگاه، تولید اسید سولفوریک، معادن و …
مزایا :
1. قابلیت تحمل بالاترین دماها و فشارهای سیالاتی با توجه به ساختار مستحکم آن
2. به حداکثر رساندن سطح انتقال حرارت در یک فضای محدود با به کار بردن دسته ای از لوله های با فاصله کم در کنار یکدیگر
3. قیمت اولیه کمتر (نسبت به انواع مبدل هوا خنک ، صفحه ای و …)
4. قابلیت رسوب زدایی در بازه های زمانی کوتاه مدت و بلند مدت به صورت فیزیکی و شیمیایی (طراحی به نحوی که به راحتی مونتاژ و دمونتاژ گردد)
5. قابلیت طراحی و ساخت با مواد اولیه مخصوص (مانند استیل) در کاربردهای خاص که سیالات خاصیت خورندگی داشته باشند.
6. در صورت بروز نشتی در تیوب ها به راحتی می توان محل نشت را شناسایی و آن را ترمیم کرد.
مبدل حرارتی صفحه ای (پلیتی)
مبدل حرارتی صفحه ای یا همان پلیتی از تعداد زیادی صفحه فلزی که با فاصله اندکی کنار یکدیگر قرار می گیرند و با الگوی یکی در میان نسبت به هم آب بندی می شوند، تشکیل می شود. این صفحات به صورت متقارن پشت سرهم قرار می گیرند و سیال گرم و سرد مابین این صفحات در گردش می باشند، آرایش سطح صفحات باعث ایجاد امواجی در سیال شده و به این ترتیب انتقال حرارت و برودت دما بین دو سیال به سرعت صورت می گیرد .در مبدل های حرارتی صفحه ای، به جای عبور لوله از درون یک محفظه (مانند مبدل های لوله ای و مبدل های پوسته و لوله) در عوض محفظه هایی به صورت متوالی وجود داشته که معمولاً عمق کمی دارند و توسط صفحات فلزی موج دار از یکدیگر جدا می شوند. این صفحات فلزی بکار رفته در مبدل های صفحه ای، ورق های نازک فلزی پرس شده ای هستند که غالباً از جنس فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) می باشند؛ چراکه استحکام مناسبی داشته و توانایی تحمل دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی را خواهند داشت. صفحات این مبدل ها به گونه ای پرس می شوند که فرورفتگی هایی (کانال) با زاویه مستقیم، جهت هدایت جریان سیالی که وارد مبدل شده است، ایجاد شوند.
اساساً دو نوع طراحی عمده برای مبدل های حرارتی صفحه ای تعریف می گردد.
کاربرد مبدل های حرارتی صفحه ای
با توجه به طراحی های مختلفی که برای مبدل های حرارتی صفحه ای وجود دارد، طیف گسترده ای از کاربردهای موجود را می توان برای این مبدل ها در نظر گرفت.
کاربرد مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار: سیستم های سرمایش و گرمایش بین ساختمان -صنایع گوناگونی از جمله مواد غذایی
کاربرد مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده: هیت پمپ، چیلر، سیستم سرمایش و گرمایش منطقه ای به عنوان واحد رابط حرارتی و …
کاربرد مبدل های حرارتی صفحه ای جوشکاری شده: نیروگاه های تولید برق، پالایشگاه های نفتی و …