مبدل حرارتی چیست؟

مبدل های حرارتی (heat exchanger) از جمله تجهیزات بسیار مهم و کاربردی در صنایع گوناگون هستند که نقش بسزایی در انتقال حرارت ایفا می کنند. در ادامه به بررسی جزییات بیشتری پیرامون مبدل های حرارتی خواهیم پرداخت:

مبدل های حرارتی وسایلی هستند که قادرند انرژی حرارتی را از یک سیال به سیال دیگر منتقل کنند بدون آنکه دو سیال با هم ترکیب شوند. به بیان دقیق تر، مبدل های حرارتی ابزارهایی برای انتقال گرما از یک ماده به ماده دیگر از طریق یک دیواره جداکننده هستند. طراحی این تجهیزات به گونه ای است که با به حداقل رساندن افت فشار، بیشترین انتقال حرارت صورت گیرد.

کاربرد مبدل های حرارتی در صنایع مختلف از جمله نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها، پتروشیمی، صنایع غذایی، داروسازی، شیمیایی و حتی ساختمان سازی بسیار گسترده است. به عنوان مثال در نیروگاه‌ها از این مبدل‌ها برای تبدیل آب به بخار و سپس تبدیل بخار به آب استفاده می‌شود. همچنین در پالایشگاه‌ها و صنایع پتروشیمی، مبدل‌های حرارتی نقش مهمی در فرایند تقطیر دارند.

تقسیم بندی مبدل های حرارتی بر اساس نوع جریان

از نظر نوع جریان، مبدل‌های حرارتی می‌توانند به سه نوع تقسیم شوند:

1.جریان همسو (Co-Current flow): در این نوع مبدل حرارتی، سیالات گرم و سرد از یک سمت وارد مبدل می‌شوند و به صورت هم جهت به سمت خروجی حرکت می‌کنند.

2.جریان ناهمسو (Counter-Current flow): در این نوع مبدل حرارتی، سیالات از سمت‌های مخالف وارد مبدل می‌شوند، در جهات مخالف به سمت خروجی حرکت می‌کنند.

3.جریان متقاطع (cross-flow): در این نوع مبدل حرارتی، سیالات تقریبا عمود بر هم از مبدل عبور می‌کنند.

انواع مبدل های حرارتی

در ادامه به بررسی برخی از انواع مبدل‌های حرارتی پرکاربرد می‌پردازیم.

مبدل حرارتی صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger)

در این نوع مبدل حرارتی، سیالات گرم و سرد از بین ورق‌های موازی عبور می‌کنند. ورق‌ها معمولا از فولاد ضد زنگ ساخته شده و با یک الگوی شیاردار یا موج‌دار شکل داده شده‌اند تا افزایش سطح تماس و توربولانس را ایجاد کنند. صفحات با استفاده از گسکت‌ها یا جوشکاری به هم متصل می‌شوند و در یک قاب فشرده می‌شوند. مزیت این نوع مبدل این است که کارایی بالا، نگهداری آسان و امکان تغییر ظرفیت دارد. اما عیب آن این است که برای فشارها و دماهای بالا مناسب نیست و خطر نشت سیال وجود دارد.

مبدل حرارتی پوسته و لوله‌ (Shell-and-Tube Heat Exchanger)

در این نوع مبدل حرارتی، یک سیال از درون مجموعه لوله‌هایی عبور می‌کند که در یک پوسته قرار دارند و دو سیال دیگر از بین لوله‌ها و پوسته جریان دارند. لوله‌ها می‌توانند به صورت موازی یا مارپیچی باشند و با استفاده از تیوب‌شیت یا بفل‌ها تقسیم شوند. لوله‌ها با استفاده از تیوب‌شیت به هم متصل می‌شوند و در دو سر مبدل دو هدر وجود دارد که ورودی و خروجی سیالات را مشخص می‌کنند. مزیت این نوع مبدل این است که برای فشارها و دماهای بالا مناسب است و تنوع زیادی در طراحی و انتخاب مواد دارد. اما عیب آن این است که کارایی پایین‌تر، نگهداری سخت‌تر و هزینه بیشتری نسبت به مبدل‌های صفحه‌ای دارد.

مبدل حرارتی بازیابی (Regenerative Heat Exchanger)

در این نوع مبدل حرارتی، یک ماده جامد یا سیال به عنوان یک ذخیره‌کننده حرارت عمل می‌کند و به صورت دوره‌ای بین دو سیال داغ و سرد جابجا می‌شود. این مبدل حرارتی برای بازیابی حرارت از جریان‌های گازی که دارای ذرات جامد هستند مناسب است. مزیت این نوع مبدل این است که کارایی بالا، ساختار ساده و هزینه کم دارد. اما عیب آن این است که نیاز به یک مکانیزم جابجایی دارد و خطر آلودگی و سایش وجود دارد.

اجزا مبدل حرارتی

حال که می‌دانید مبدل حرارتی چیست، لارم است با اجزاء آن آشنا شویم؛ چرا که این مبدل‌ها در سیستم‌های تهویه مختلفی مانند چیلر مورد استفاده قرار می‌گیرند و آشنایی با سیستم آنها به انتخاب و خرید بهتر کمک می‌کند.

مبدل حرارتی اگر از نوع پوسته و لوله باشند، اجزای آن عبارت است از:

لوله یا باندل‌ها
پوسته
مجرای سمت لوله
مجرای سمت پوسته
کانال سمت لوله
بافل
میله نگهدارنده
تیوب شیت ثابت و شناور
کلگی ثابت جلو (کانال)
کلگی ثابت جلو (درپوش)
فلنج پوسته در کلگی ثابت جلو
فلنج پوسته در کلگی عقب
فلنج کلگی ثابت جلو
نازل کلگی ثابت
نازل پوسته
درز انبساطی
پایه گونیایی
اسپیسر
زین نگهدارنده
قلاب حمل و نقل
رینگ فانوسی
فلنج اسلیپان
دنبالگر آب‌بندی
مجرای تخلیه
و …