مبدل حرارتی چیست؟

مبدل حرارتی تجهیزی است که برای تبادل حرارت بین دو یا چند سیال مورد استفاده قرار می‌گیرد. مبدل‌های حرارتی در فرآیندهای سرمایش و گرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تجهیز بطور گسترده در تاسیسات و تهویه مطبوع، صنایع تبرید، نفت و گاز و پتروشیمی، نیروگاه‌های تولید برق و… کاربرد دارند. برخی از انواع پرکاربرد آن عبارتند از: مبدل‌های حرارتی صفحه ای، مبدل‌های حرارتی لوله ای و مبدل‌های هوا خنک.

مبدل حرارتی چگونه کار می کند؟

همانطور که از نامش پیدا است، مبدل حرارتی وسیله ای است که گرما را از یک محیط جذب کرده و گرمای جذب شده را به محیط دیگر منتقل می‌کند. بدون مبدل های حرارتی ، بسیاری از فرآیندهای صنعتی امکان پذیر نیست. از آنجایی که انتخاب نوع خاصی از آن به ماهیت سیال کاری ، فشار ، دما ، نرخ انتقال حرارت مورد نیاز بستگی دارد مهم است که اصول کار اساسی یک مبدل حرارتی را درک کنید تا بتوانید با توجه به نوع فعالیتتان انتخاب آگاهانه تری داشته باشید.

مبدل حرارتی پوسته-لوله:

مبدل حرارتی پوسته-لوله از تعداد زیادی لوله های با سایز کوچک تشکیل شده است که بصورت یک تیوب باندل درون یک پوسته استوانه ای شکل قرار گرفته اند. یکی از جریان های سرد یا گرم از طریق اتصالات مبدل وارد مجموعه لوله ها شده و سیال دیگر وارد پوسته مبدل می شود. انتقال حرارت از طریق مکانیزم های کانوکشن و کانداکشن بین دو سیال انجام می گیرد. مبدل های پوسته لوله اغلب برای دما و فشارهای بالا مناسب می باشند.

مبدل هواخنک:

در این مبدل ها سیال گرم درون لوله ها و یا کانال هایی با سطوح فین دار حرکت می کند. در طرف دیگر سیال گاز که معمولا هوای محیط می باشد توسط یک فن از روی لوله ها عبور می کند. دمای هوای عبوری از روی لوله ها در اثر تبادل حرارت با سیال گرم افزایش یافته و مجددا به محیط تخلیه می شود. از این مبدل در کاربردهایی استفاده می گردد که امکان استفاده از آب و یا سایر سیالات خنک کننده وجود نداشته باشد.

مبدل حرارتی صفحه ای:

یک مبدل حرارتی صفحه ای از مجموعه ای از صفحات اعوجاج دار ساخته می شود. صفحات که معمولا از جنس استنلس استیل هستند توسط واشرهای لاستیکی مخصوص، کانال های آب بندی شده ای را تشکیل می دهند. الگوی خاص صفحات باعث آشفته شدن جریان حتی در اعداد رینولدز بسیار پایین می گردد. در نتیجه، ضریب انتقال حرارت نسبت به کانال صاف و لوله به طور قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت. در مقابل این افزایش انتقال حرارت، افت فشار نیز افزایش پیدا می کند. افزایش ضریب انتقال حرارت منجر به کاهش قابل توجه اندازه مبدل حرارتی نسبت به مبدل های پوسته و لوله سنتی می گردد. همچنین، افزایش نیروی برشی روی صفحات نیز سبب می گردد که نرخ تشکیل رسوبات کاهش پیدا نماید.

انواع مبدل‌های حرارتی

مبدل‌های حرارتی به دو دسته تماس مستقیم و تماس غیرمستقیم تقسیم می شوند.

مبدل های تماس غیر مستقیم:
1.مبدل های حرارتی صفحه ای (واشردار، جوشی، لحیمی، نیمه جوشی)

2.مبدل های حرارتی لوله ای (پوسته لوله، دو لوله ای، Hairpin، Coil wound)

3.مبدل های اسپیرال

4.مبدل های هواخنک

از جمله مبدل های تماس مستقیم می توان به برج های خنک کن، دی سوپرهیترها و … اشاره نمود.

کاربرد مبدل حرارتی در صنعت

با توجه به افزایش جهانی قیمت سوخت، استفاده بهینه از انرژی موجود الزامی انکار ناپذیر برای رقابت در دنیای امروز می باشد. یکی از تجهیزات کلیدی به منظور صرفه جویی در مصرف انرژی، مبدل‌های حرارتی با کارایی بالا می باشد. این تجهیزات با استفاده حداکثری از انرژی موجود باعث کاهش مصرف سوخت در خنک کننده ها و گرم کننده ها نظیر چیلر و بویلر می شوند. در این میان، مبدل حرارتی صفحه ای یک راه حل نوین با کارایی به مراتب بهتر از مبدل های سنتی پوسته-لوله می باشد. برخی از صنایعی که دارای کاربرد گسترده مبدل حرارتی می باشند عبارتند از:

1.صنایع فولاد
2.تاسیسات و تهویه مطبوع
3.سیستم های تولید همزمان برق و حرارت
4.صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
5.صنایع غذایی
6.نیروگاه های تولید برق