انواع مبدل حرارتي

مبدل حرارتي (Heat Exchanger) سيستمي جهت انتقال حرارت بين دو يا بيش از دو سيال (مايع / گاز) مي باشد. در واقع مبدل هاي حرارتي در هر دو فرايند سرمايش و گرمايش به كار گرفته مي شوند. سيال هاي جاري در مبدل ها، عمدتاً به منظور جلوگيري از اختلاط، توسط ديواره جامدي از يكديگر جدا مي شوند و البته در انواع بخصوصي از مبدل هاي حرارتي اين امكان نيز وجود دارد كه جريان هاي سيال مستقيماً با هم در تماس باشند.

شركت ناب زيست توليد كننده انواع مبدل حرارتي در ادامه، اين سيستم ها را به طور كامل بررسي و مطالعه مي كند.

انواع مبدل حرارتي

1- مبدل حرارتي لوله اي دوبل

ساده ترين مبدل هايي كه در صنعت استفاده مي شوند، مبدل هاي حرارتي لوله اي دوبل (دو لوله اي) مي باشند كه به اختصار آن ها را مبدل هاي لوله اي (Tubular) نيز مي نامند. از يك سو، ارزان بودن اين مبدل ها، چه در طراحي و چه از نظر تعمير و نگهداري، آن ها را به انتخاب مناسبي براي صنايع كوچك تبديل كرده است و از سوي ديگر، راندمان پايين آن ها و همچنين اشغال فضاي زياد در مقياس هاي بزرگ، سبب شده است كه در صنايع مدرن امروزي كمتر استفاده شوند و مبدل هايي با راندمان بيشتر نظير مبدل هاي پوسته و لوله و مبدل هاي صفحه اي به كار گرفته شوند. ساختار يك مبدل حرارتي لوله اي، در ساده ترين شكل خود شامل دو لوله با قطر متفاوت مي باشد كه لوله كوچكتر به صورت هم مركز درون لوله ديگر قرار مي گيرد. چنانكه يكي از سيال ها درون لوله كوچكتر و سيال ديگر در فضاي حلقوي بين دو لوله جريان مي يابد. در واقع، اين ديواره لوله داخلي است كه سطح انتقال حرارت را تشكيل مي دهد واغلب جهت دستيابي به سطح بيشتر، فين گذاري مي شود.

2- مبدل حرارتي پوسته و لوله

يكي از رايج ترين انواع مبدل در صنايع مختلف از جمله تهويه مطبوع و برودت صنعتي، مبدل حرارتي پوسته و لوله مي باشد. همان طور كه از نامش پيداست، اين مبدل ها از تعدادي لوله تشكيل شده اند كه درون پوسته اي استوانه اي قرار مي گيرند. دو جريان سيال با دماهاي اوليه متفاوت وارد مبدل مي شوند. يكي از درون لوله ها و ديگري از درون پوسته (بيرون لوله ها) عبور مي كند. حرارت از طريق ديواره لوله ها، بين دو سيال منتقل مي شود، گاهي از سيال داخل لوله به سيال جاري در پوسته و گاهي بالعكس.

هريك از سيال ها مي توانند از مايعات و يا از گازها باشند و اين امكان نيز وجود دارد كه هركدام از درون لوله يا پوسته جريان بيابند. مبدلي كه فقط سيال مايع و يا صرفاً سيال گاز در دو طرف آن (درون پوسته و لوله) جريان دارد را مبدل تك فازي مي نامند. مبدل هاي دو فازي مي توانند براي انتقال حرارت به مايع جهت جوشاندن و تبخير آن (بويلر) و يا به منظور خنك كردن بخار براي چگالش آن (كندانسور) با تغيير فازي كه عمدتاً در سمت پوسته اتفاق مي افتد، بكار روند.

3- مبدل حرارتي صفحه اي

نوعي مبدل حرارتي است كه از صفحات نازك فلزي جهت انتقال حرارت بين دو سيال سرد و گرم استفاده مي كند. صفحاتي با سطوح صاف و يا موج دار كه ضمن ايجاد كانال هايي براي جريان هاي سيال، آن ها را از هم جدا مي سازند. مزيت عمده مبدل هاي حرارتي صفحه اي در مقايسه با ساير مبدل هاي رايج، اين است كه جريان سيال در معرض سطح بزرگتري براي تبادل گرما قرار مي گيرد. چراكه سيال هاي سرد و گرم روي صفحات فلزي كاملاً پخش مي شوند؛ در نتيجه انتقال حرارت بهتري صورت گرفته و تغيير دما با سرعت بيشتري اتفاق مي افتد. چنانكه نزديكي دما (Temperature Approach) در يك مبدل حرارتي صفحه اي مي تواند به اندازه 1 درجه سانتي گراد باشد، در حالي كه در مبدل هاي پوسته و لوله، حدود 5 درجه سانتي گراد است. بنابراين براي نرخ يكساني از انتقال حرارت، اندازه يك مبدل حرارتي صفحه اي به مراتب كوچكتر از ابعاد يك مبدل پوسته و لوله خواهد بود؛ زيراكه سطوح انتقال حرارت بزرگي، به صورت فشرده توسط صفحات مبدل ايجاد مي شود. لذا، امروزه بكارگيري مبدل هاي حرارتي صفحه اي در صنايع مختلف فراگير شده است.

اجزاي ساختار مبدل هاي حرارتي

مبدل هاي حرارتي دستگاه هايي هستند كه براي انتقال حرارت بين دو يا چند سيال (مايع يا گاز) با دماهاي متفاوت استفاده مي شوند. اين دستگاه ها در صنايع مختلف مانند نفت و گاز، نيروگاه ها، سيستم هاي تهويه مطبوع و صنايع غذايي كاربرد گسترده اي دارند. ساختار كلي و اجزاي تشكيل دهنده مبدل هاي حرارتي به شرح زير است:

۱. لوله ها

لوله ها يكي از اصلي ترين اجزاي مبدل هاي حرارتي هستند كه سيال داخل آن ها جريان مي يابد. اين لوله ها معمولاً از مواد مقاوم در برابر خوردگي و دماهاي بالا مانند فولاد ضدزنگ، مس يا تيتانيوم ساخته مي شوند. طراحي لوله ها مي تواند به صورت مستقيم يا مارپيچ باشد.

۲. پوسته

پوسته محفظه اي است كه لوله ها درون آن قرار مي گيرند و سيال ديگر در اطراف لوله ها جريان مي يابد. پوسته معمولاً از فولاد ساخته مي شود و بايد بتواند فشار و دماي بالاي سيال را تحمل كند.

۳. صفحات جداكننده

صفحات جداكننده در داخل پوسته قرار مي گيرند و وظيفه شان هدايت جريان سيال در اطراف لوله ها و افزايش تلاطم جريان است. اين صفحات كارايي انتقال حرارت را افزايش مي دهند و از لرزش لوله ها جلوگيري مي كنند.

۴. هدرها

هدرها در دو انتهاي مبدل قرار مي گيرند و وظيفه شان توزيع و جمع آوري سيال در لوله ها است. هدرها مي توانند به صورت ثابت يا شناور طراحي شوند تا انبساط حرارتي لوله ها را جبران كنند.

۵. ورودي و خروجي سيال

اين بخش ها محل ورود و خروج سيال ها به مبدل هستند. طراحي آن ها بايد به گونه اي باشد كه از افت فشار بيش از حد جلوگيري كند.

۶. مهره موم ها

مهره موم ها براي آب بندي اتصالات بين اجزاي مبدل استفاده مي شوند تا از نشت سيال جلوگيري شود.

۷. پره ها

در برخي مبدل ها، پره ها به سطح خارجي لوله ها اضافه مي شوند تا سطح انتقال حرارت را افزايش دهند. اين پره ها معمولاً در مبدل هاي هوا خنك استفاده مي شوند.

۸. پايه و قاب

اين بخش ها براي نگهداري و ثابت نگه داشتن مبدل در محل نصب استفاده مي شوند.

مبدل هاي حرارتي در انواع مختلفي مانند مبدل هاي پوسته و لوله، صفحه اي و هواخنك ساخته مي شوند و هر كدام براي كاربردهاي خاصي مناسب هستند. طراحي و انتخاب مبدل به عواملي مانند نوع سيال، دما، فشار و ميزان انتقال حرارت مورد نياز بستگي دارد.