انواع مبدل های حرارتی و کاربرد آنها

 انواع مبدل های حرارتی

اگر شما یکی از افرادی هستید که در صنعت مشغول به کار بوده یا به واسطه تحصیلات خود با صنعت در ارتباط هستید. قطعا می‌دانید از تجهیزات مکانیکی کاربردی در صنعت به انواع مبدل‌های حرارتی باید اشاره کرد. مبدل‌های حرارتی یا Heat Exchenger از تجهیزاتی به حساب می‌آید که یک مهندس در راستای سیالات باید با آن آشنا باشد. در انواع صنایع چون پتروشیمی‌ها، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها، صنایع ذوب فلز، صنایع غذایی و دارویی و… مبدل‌های حرارتی از جمله ادوات مهم و کاربردی هستند. چند نوع مبدل‌ حرارتی وجود دارد؟ کاربرد مبدل‌های حرارتی چیست؟ برای یافتن پاسخ سوالات خود در ادامه با ما همراه باشید.

مبدل حرارتی چیست؟

از مبدل‌های حرارتی به عنوان یک سیستم در جهت انتقال حرارت در بین دو الی چند سیال استفاده می‌کنند. باید گفت مبدل‌های حرارتی در هر دو فرایند گرمایش و سرمایش کارایی دارند. سیال‌های موجود در مبدل‌ها برای پیشگیری از اختلاط به واسطه دیواره جامد از همدیگر جدا می‌شوند و در برخی از مبدل‌ها امکان ارتباط مستقیم جریان سیال‌ها باشد.

چند نوع مبدل حرارتی وجود دارد؟

مبادل‌های حرارتی یا Heat Exchenger از لحاظ ساختار طراحی به چهار دسته زیر تقسیم می‌شوند؛ اما باید گفت که از نظر فشار کار سیال نیز به سه دسته فشار پایین، فشار متوسط و فشار بالا دسته بندی می‌گردند.

• مبدل حرارتی لوله ای یا همان دو لوله ای (double pipe heat exchanger)
• مبدل حرارتی پوسته یا لوله شل اند تیوب (Shell & Tube)
• مبدل حرارتی صفحه ای ( Plate Heat Exchanger )
• مبدل های هوا خنک یا همان فن دار (درای کولر)

که هر کدام از انواع زیر نیز به دسته بندی‌های مختلفی تقسیم می‌شود.

مبدل حرارتی لوله ای(double pipe heat exchanger)

یکی از ساده‌ترین نوع مبدل‌های حرارتی که در صنعت بسیار کارایی دارد مبدل حرارتی لوله‌ای است. از این‌ مبدل‌ها با نام مبدل‌های دوبل نیز یاد می‌کنند. بیشتر صنایع کوچک از این نوع مبدل‌ها استفاده می‌کنند زیرا از نظر هزینه نگهداری و تعمیر بسیار صرفه اقتصادی داشته و راندمان پایین در کنار اشتغال فضای بالا در مقیاس‌های بزرگ باعث می‌شود در صنایع مدرن امروزی کارایی کمتری داشته باشند و مبدل‌هایی با راندمان بالاتر مورد توجه قرار گیرند. از نظر ظاهر مبدل‌های حرارتی لوله‌ای از دو لوله با قطرهای متفاوت که لوله با قطر کوچک درون لوله بزرگ‌تر قرار می‌گیرد و سیال درون لوله کوچک‌تر و دیگر سیال داخل فضای حلقوی در بین دو لوله جریان پیدا می‌کند. دیواره لوله داخلی ایجادکننده سطح انتقال حرارت بوده که بیشتر برای دستیابی به سطوح بالاتر فین‌گذاری می‌گردد.کوتاه کردن بوسیله هوش مصنوعی

کاربرد مبدل های حرارتی دو لوله ای

از مبدل‌های حرارتی برای زمانی‌ که نرخ جریان سیال عبوری بسیار کم و تغییرات دما زیاد مورد نظر است. همچنین هنگامی که انتقال حرارت کم برای نرخ جریان زیاد نیاز بوده از این نوع مبدل استفاده می‌کنند. ناگفته نماند براساس ابعاد مبدل‌ها باید مکان مورد استفاده دارای فضای کافی باشد. برای اتصال لوله مبدل‌ها از روش اتصال به صورت سری یا موازی می‌توان استفاده کرد. بیشترین کابرد مبدل‌های لوله‌ای در تهویه مطبوع( به عنوان اواپراتور، بویلر، کندانسور و…) و همچنین در صنایع غذایی کارایی دارد.

مبدل حرارتی پوسته یا لوله شل اند تیوب (Shell & Tube)

مبدل‌های حرارتی شل اند تیوب که همان مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله گفته می‌شود از تعدادی لوله و یک پوسته بزرگ که لوله درون آن قرار می‌گیرد، تشکیل شده است. معمولا از درون لوله‌ها یک یک سیال مایع با داشتن دمای کم و اطراف لوله یک سیال گازی با دمای بالا جریان دارد که به دلیل تعداد لوله‌های زیاد تبادل حرارتی انجام می‌شود. باید گفت مبدل‌های پوسته و لوله از پر کاربردترین نوع مبدل‌های کاربردی در صنعت به حساب می‌آیند که در صنایع مختلف کارایی دارند. لوله‌ها معمولا از جنس مس بوده اما برخی از آنها از جنس برنج، آلومینیوم، نیکل، استیل و… هستند.

مبدل حرارتی شامل اجزائی چون تیوب شیپ، بافل و … است. تیوب شیت‌ها وظیفه آبندی و مهار لوله‌ها در مقابل پوسته را انجام می‌دهند. یک ورودی و خروجی برای سیال به لوله‌ها به واسطه تیوب شیت صورت می‌گیرد. بافل نیز صفحاتی بوده که جهت جریان سیال داخل پوسته را به شکل متناوب تغییر می‌دهد و جریان مغشوش در سیال ایجاد کرده که باعث افزایش نرخ انتقال حرارت است. از بافل‌ها به عنوان تیغه‌هایی که داخل پوسته جداسازی شده قرار دارند و منجر به افزایش انتقال حرارت و سیال اطراف لوله از یک مسیر با پیچ و خمر زیاد عبور کند.

انواع مبدل های حرارتی شل اند تیوب

انواع مختلفی از مبدل‌های حرارتی از نوع شل اند تیوب وجود دارد که شامل موارد زیر است:

نوع U شکل

لوله‌ها به شکل U طراحی می‌گردند و فقط در یک قسمت آن تیوب شیت به کار می‌رود. یک سیال وارد لوله و دیگری وارد پوسته می‌گردد و حرارت از طریق جداره لوله‌ها تبادل می‌گردد.

نوع مستقیم یک پاس

منظور از یک پاس به این معنا است که سیال وارد لوله‌ها شده و به شکل مستقيم از قسمت دیگر خارج می‌گردد. برای تمیزکاری این نوع لوله‌ها به شکل فیزیکی می‌توان اقدام کرد.

نوع مستقیم دو پاس

منظور از مبدل‌های دو پاس این بوده که سیال از یک طرف به لوله‌ها وارد شده و طی حرکت برگشت و ایجاد چرخش ۱۸۰ درجه‌ای به سایر لوله‌ها وارد می‌شود و از همان سمت خارج می‌گردد.

کاربرد مبدل های حرارتی پوسته و لوله

از رایج‌ترین نوع مبدل‌های حرارتی می‌توانیم به مبدل‌های پوسته و لوله اشاره کرد. این مبدل‌ها برای سرمایش و گرما دادن گازها و مایعات مورد استفاده قرار می‌گیرند. از مبدل‌های پوسته و لوله در فشار و دماهای مختلف به دلیل انعطاف‌پذیری بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. در نیروگاه‌های برق، تولید کاغذ، تبرید، تولید کاغذ، پتروشیمی و پالایشگاه، داروسازی و… به کار گرفته می‌شود.

مبدل حرارتی صفحه ای ( Plate Heat Exchanger )

این نوع مبدل حرارتی از تعداد زیادی صفحه با فاصله بسیار کم در کنار یکدیگر قرار دارند و با الگو یک در میان در مقایسه باهم آب بندی می‌شوند. یک سیالی با عنوان سیال دما بالا و سیال دیگر با عنوان سیال دما پایین به این مبدل وارد شده و به واسطه سطح فلزی با همدیگر تبادل گرما دارند. در نزدیکی دما درون یک مبدل حرارتی از نوع صفحه‌ای دما می‌تواند ۱ درجه سانتیگراد باشد در صورتی که همین دما در مبدل‌های پوسته و لوله نزدیک به ۵ درجه سانتیگراد است. به عبارتی برای یک نرخ یکسان انتقال حرارت یک مبدل حرارتی صفحه‌ای کوچک‌تر از ابعاد مبدل حرارتی از جنس پوسته و لوله است.

کاربرد مبدل های حرارتی صفحه ای

مبدل‌های حرارتی صفحه‌‌ای براساس طراحی‌های مختلفی انجام می‌شوند به همین دلیل کاربردهای زیادی به دنبال دارند:

کاربرد مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای از نوع واشردار:

سیستم‌های گرمایش و سرمایش منطقه‌ای برای ایجاد ارتباط بین شبکه و ساختمان ، HVAC، بازیابی حرارت و صنایع مختلف از جمله مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاربرد مبدل‌‌های حرارتی صفحه‌ای جوشکاری شده: پالایشگاه های نفتی، نیروگاه‌های تولید برق  و …

کاربرد مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای لحیم کاری شده:

چیلر، هیت پمپ، سیستم گرمایش و سرمایش منطقه‌ای به عنوان واحد رابط حرارتی و …

مبدل های هوا خنک یا همان فن دار (درای کولر)

این نوع مبدل‌های حرارتی به عنوان مبدل‌های حرارتی هوا خنک که دارای فن و کولر بوده مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع مبدل‌ها دارای تعدادی لوله‌های متعدد به صورت رفت و برگشتی با داشتن پره اطراف آن هستند که از تعدادی فن تشکیل گردیده‌اند؛ سیالی که درجه حرارت بالا دارد باید از داخل این لوله‌ها عبور کند و به واسطه وزش هوا توسط فن‌ها از قسمت سطح بیرونی کویل و برخورد ذره‌های هوا با قسمت داغ لوله حرارت اضافی سیال را گرفته است.

کاربرد مبدل های هوا خنک

مبدل‌های حرارتی از نوع هواخنک، در مکان‌هایی که امکان استفاده از آب وجود ندارد، به خصوص در مناطق بیابانی بیشترین استفاده را خواهد داشت؛ همچنین در مناطقی که احتمال دارد آب مورد نیاز و پساب آن دچار آلودگی بوده و باعث آسیب به محیط زیست آسیب شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد. از مبدل حرارتی هوا خنک به شکل گسترده در صنایع مختلف از جمله

تروشیمی، نفت، گاز، نیروگاه، کارخانجات و صنایع سنگین استفاده می‌گردد. انجاک کار خنک کاری روغن هیدرولیک داغ از کاربردهای بسیار مهم مبدل‌های حرارتی از نوع هوا خنک است.

کلام پایانی

همانطور که تا به اینجا بیان گردید مبدل‌های حرارتی یکی از تجهیزات بسیار کاربردی در صنعت به حساب می‌آید که در اکثریت قسمت‌های صنعت کاربرد دارد. براساس موارد بیان گردیده مبدل‌های حرارتی از نظر ساخت به ۴ دسته تقسیم‌بندی می‌شوند که هر کدام کارایی مختص به خود را دارند در کنار آن مبدل‌های حرارتی براساس فشار به سه دسته تقسیم می‌شوند که براساس نوع فشار باید از آنها در مکان‌های مناسب استفاده کرد.