مبدل حرارتی

سیستم های گرمایشی و موتور خانه ای، اکثرا مجموعه از دستگاه ها، قطعات و ابزار هایی هستند که توانایی تولید دمای بالا برای محصولات را دارند. اما این مجموعه بسیار بزرگ به قطعه ای نیاز دارد که بتواند حرارت تولید شده را میان دو سال جابجا کند که ما این قطعه را با نام مبدل حرارتی میشناسیم.

خرید مبدل حرارتی

مبدل حرارتی یکی از اصلی ترین سیستم هایی است که امروز در میان سیستم های گرمایش و موتورخانه ای بسیار مطرح شده است. این محصول اصطلاحا به سیستم اطلاق می شود، که حرارت ایجاد شده در اثر اختلاف دما در میان دو سیال را از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل خواهد کرد.

اگر بخواهیم مثالی از این محصول بزنیم، می توان به مبدل حرارتی روغنی اشاره کرد که با استفاده از روغنی داغ شده، حرارت ایجاد شده را به آب و هوا منتقل می کند. این محصول به دسته بندی های مختلفی تقسیم بندی خواهد شد.

اما می توان اصلی ترین و پر کاربرد ترین این نمونه از محصولات را مبدل حرارتی پوسته و لوله از نوع هوا خنک و همچنین نوع صفحه ای این محصول اشاره کرد. تمامی این دستگاه ها به عنوان یکی از اصلی ترین ابزار ها برای انتقال دمای ایجاد شده از یک نقطه به نقطه دیگر هستند.

شیوه کار مبدل حرارتی پوسته و لوله

شیوه عملکرد این محصول به این صورت است که یک سیال از داخل دسته ای که از لوله های بسیار زیادی ساخته شده اند و به یک ورودی و خروجی متصل هستند عبور می کند. از طرف دیگر، سیال دمای متفاوت درون پوسته ای که از لوله ها را محاصره کرده اند به حرکت در خواهد آمد.

به همین ترتیب، به علت تاثیر اختلاف دما در میان دو سیال، دما از میان دیواره های لوله ها از سیال گرم به سرد انتقال خواهد یافت. همین موضوع مهمترین نکته برای این محصولات است که موجب می شود تا بدون تماس مستقیم دما میان تو سیال جابجا خواهد بود. با توجه به شیوه کار این مبدل ها می توان اینطور گفت که از این محصول برای صنایع مختلف استفاده خواهد شد.

همانطور که توضیح داده شد، در این محصولات یکی از سیالات گرم یا سرد وارد یکی از ردیف لوله ها خواهد شد و با چرخشی 180 درجه ای مجددا وارد شده و تا انتهای مسیرپیش خواهد رفت. همزمان با این محصول، سیال دیگری به صورت همزمان وارد شده و در میان لوله ها شروع به حرکت خواهد کرد. اما در میان مسیر حرکت محصول، بافل هایی جا سازی شده است که حرکت سیال را مغشوش خواهد کرد.

همین کندی ایجاد شده در مسیر حرکت سیال، موجب می شود تادمای بیشتری در میان دو سیال انتقال یابد. سر و ته لوله ها با قطعه ای به نام تیوب شیت نگه داشته می شود که تیوب شیت ها علاوه بر نگه داشتن لوله ها، عمل آبندی را هم انجام می دهند تا دو سیال با هم تماس فیزیکی نداشته باشند.

از مهم ترین ویژگی های این محصول که موجب شده است تا از آن در صنعت بسیار استفاده شود، این است که توانایی بسیار زیادی در تحمل فشار و دمای بالا دارند. این محصول به صورتی طراحی شده است که به سادگی بتوان از آن بهره برد. این محصولات نسبت به دیگر مبدل ها کاربرد های بسیار بیشتری دارد.

مبدل حرارتی صفحه ای

یکی از انواع پرکاربرد مبدل های حرارتی، مبدل حرارتی صفحه ای می باشد. در این مبدل ها تبادل حرارت بین سیال سرد و گرم از طریق سطوح نازک فلزی صورت می پذیرد. الگوی خاص صفحات در مبدل های حرارتی صفحه ای منجر به ایجاد آشفتگی جریان و در نتیجه افزایش ضریب انتقال حرارت می گردد. این موضوع سبب گردیده است که سایز مبدل های حرارتی صفحه ای حدود 3-5 برابر کوچکتر از مبدل های پوسته لوله سنتی باشد.

مبدل های صفحه ای دارای انواع متنوعی از جمله: واشردار، بلاک، صفحه-پوسته و لحیمی می باشند که بسته به نیاز صنایع مانند دما، فشار، نوع سیال کاری، قیمت و مباحث مربوط به تعمیر و نگهداری طراحی و ساخته می شوند.

مبدل های صفحه ای، نوعی از مبدل های حرارتی می باشندکه سطح تبادلی بین دو سیال سرد و گرم، توسط صفحات ایجاد می‌گردد. جنس صفحات بسته به نوع سیال، بسیار متنوع بوده که شامل انواع اسنیل-تیتانیوم-نیکل و … می‌باشد.

شیوه کار مبدل حرارتی صفحه ای

همانطور که از نام این محصولات پیداست، تعداد بسیار زیادی صفحه با ضخامت بسیار کم و پشت سر هم قرار میگیرند و فضای میان این صفحات خالی است. اما این صفحه ها نسبت به یکدیگر آب بند هستند. اما به طور کلی یک لوله با سیال گرم و یک سیال سرد در میان این صفحات وجود دارند که به طور یکی در میان به صفحه ها متصل شده اند.

همین موضوع سبب شده است که سیال سرد و گرم حاری در میان این صفحات موجب انتقال حرارت در میان دیواره ما بین صفحات خواهد بود. این مبدل ها همانند نوع پوسته و لوله قادر به تحمل دما و فشارهای بالا نیستند ولی چون سطوح انتقال دهنده حرارت در آنها زیاد است، ابعاد جمع و جورتر و کوچکتری دارند و امروزه از این نوع نیز به طور گسترده در صنعت استفاده می شود.

مزایای مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای در مقایسه با سایر مبدل های حرارتی مزایا و محاسن متعددی دارد از جمله مهم ترین آن ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• ابعاد و اندازه مبدل

به سبب داشتن بازدهی انتقال حرارت بالا، مبدل­ حرارتی صفحه ای نیاز به فضای کمتری دارد و حدود ۲۰ تا ۵۰ درصد نسبت به مبدل­ های پوسته و لوله ­ای فضای کمتری را اشغال می کنند. در نتیجه در مواردی که محدودیت فضا وجود دارد گزینه ی مناسبی محسوب می شود.

• زمان سرویس

به دلیل جریان گردابی بالا، تشکیل رسوب در سطوح مبدل بسیار پایین بوده و زمان سرویس و طول عمر مفید مبدل نسیت به انواع دیگر بسیار یالا می باشد.همچنین به دلیل مکانیزم ساده و وزن کم سرویس و تعمیرات دوره ای با حداقل هزینه قابل انجام است.

• نرخ تبادل حرارتی مبدل های صفحه ای

به سبب آشفتگی بالای جریان سیال در مبدل حرارتی صفحه ­ای، تبادل حرارت با بازدهی بیشتری انجام می گردد. ضرایب انتقال حرارت در مبدل های حرارتی صفحه ای حدود ۳ تا ۶ برابر مبدل های لوله­ ای می باشد.

• رسیدن به اختلاف دماهای پایین توسط مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای این قابلیت را دارد که اختلاف دمای بین ورودی یک سیال و خروجی سیال دیگر را به کمتر از ۱ درجه سانتیگراد برساند. این ویژگی به طور خاص در کاربردهایی بهبود و بازیابی حرارتی قابل توجه می باشد.

• وزن پایین مبدل های حرارتی صفحه ای

این مبدل­ ها در مجموع نسبت به انواع دیگر سبک­تر هستند. به دلیل اینکه فاصله­ ی بین صفحات کم است، مقدار کمتری از سیال عامل در این مبدل­ ها به کار می رود. همچنین با توجه به داشتن سطح کوچک­تر، وزن کمتری دارند.

• رسوب گیری اندک در مبدل های حرارتی صفحه ای

به دلیل آشفتگی بالای جریان، رسوبات کمتری در مجاری باقی می ماند در نتیجه این مبدل ها نیاز کمتری به باز شدن و تمیز شدن دارند.

• سادگی بازرسی در مبدل حرارتی صفحه ای

با توجه به نحوه طراحی مبدل حرارتی صفحه ای، باز کردن آن برای تمیز کردن یا بازبینی آن­ها به سادگی انجام می پذیرد.

• عدم اختلاط سیالات در این مبدل های حرارتی

از آنجایی که هر سیال به طور جداگانه واشربندی می شود و فضای بین واشرها به اتمسفر راه دارد، اختلاط بین دو سیال به وجود نمی آید.

• انعطاف پذیری در افزایش و کاهش ظرفیت

یکی از ویژگی های برجسته ی مبدل حرارتی صفحه ای این است که به سادگی می توان با افزایش تعداد صفحات یا کاهش آن، به نرخ تبادل حرارت مطلوب دست یافت. این قابلیت به ویژه در مواردی که مقدار دقیق بار حرارتی در دست نیست کارایی دارد و می تواند باعث صرفه جویی در زمان و هزینه گردد.

• تبادل حرارت همزمان بین چند نوع سیال مختلف در یک مبدل حرارتی

یکی از ویژگی­ های منحصر به فرد مبدل های حرارتی صفحه ای، امکان استفاده از صفحات و اتصالات برای سیالات دیگر است تا به ازای یک منبع سرمایش یا گرمایش، چندین سیال تبادل حرارت داشته باشند.

• امکان بکارگیری مبدل حرارتی صفحه ای در تبادل حرارت بین سیالات با لزجت بالا

از آنجا که در این مبدل­ های حرارتی سیال دارای آشفتگی جریان بالا در سرعت­ های پایین می ­باشد، در مواردی که سیال مورد نظر دارای لزجت بالا باشد کاربرد دارد.فرآیند کنترل در مبدل حرارتی صفحه ای سریع تر انجام می شود. با توجه به اینکه فاصله­ ی کمی بین صفحات وجود دارد و مقدار سیال به کار رفته در مبدل کمتر است، سریع­تر نسبت به تغییرات شرایط کارکرد پاسخ می دهد و در نتیجه کنترل آن راحت­تر و سریع­تر انجام پذیر است.

• هزینه تعمیرات و نگهداری کمتر در مبدل های حرارتی صفحه ای

به سبب داشتن بازدهی بالای حرارتی، دبی های جریان در این مبدل ها کمتر بوده و به سبب اشغال فضای کمتر، هزینه­ های نگهداری کمتری دارند.

طراحی مبدل صفحه ای

مهمترین و اصلی‌ترین دلیل کارآمدی مبدل حرارتی صفحه ای، صفحه‌های آن می‌باشد. صفحات در مبدل صفحه ای دارای ویژگی های مختلف می باشد نظیر:

• موجدار بودن سطح صفحه سبب می‌شود که انتقال حرارت به کمک مکانیزم‌های بسیاری که عبارت‌اند از جریان‌های گردابه‌ای یا چرخشی، شکستن و دوباره به هم پیوستن لایه‌های مرزی، مسیرهای عبور جریان با قطر هیدرولیکی کوچک و افزایش سطح انتقال حرارت مؤثر، افزایش یابد.

به‌طور کلی موج دهی صفحات دارای مزایای زیر است:

• استحکام مکانیکی: موج دهی روی صفحات سبب می‌شود که به هنگام فشرده‌سازی مبدل‌ها در داخل قاب در چندین نقطه صفحات مجاور با یکدیگر تماس حاصل نماید، این کار موجب می‌شود مجموعه صفحات واشر بندی شده بتوانند فشار متوسط سیال عبوری از مبدل را تحمل کند، چنان‌که صفحات خیلی نازک (تا 5/0 میلی‌متر) برای فشارهای تا 5/1 مگاپاسکال مورداستفاده قرار می‌گیرند.
• افزایش تلاطم: وجود این فرورفتگی و برآمدگی‌های روی صفحات باعث می‌شود که جریان چندین بار از مسیر منحرف شده و چندین بار آمیخته شود، این عمل باعث افزایش تلاطم جریان می‌شود.
• کاهش رسوب گرفتگی: موج دهی روی صفحات باعث ایجاد جریان مغشوش سیال و افزایش تنش برشی روی صفحات می‌شود، بنابراین در این نوع مبدل‌ها رسوب گرفتگی به‌شدت کاهش می‌یابد و این موضوع به نوبه خود انتقال حرارت را افزایش می‌دهد.
• افزایش سطح تماس: موج دهی روی صفحات باعث افزایش سطح تماس بین سیال و صفحه می‌شود و در نتیجه انتقال حرارت افزایش می‌یابد.
• تنوع در طراحی: موج دهی صفحات را با شکل‌دهی‌های مختلف می‌توان ساخت بنابراین انتقال حرارت‌های متفاوت و همچنین استحکام مکانیکی متفاوت را در مبدل‌های صفحه‌ای می‌توان ایجاد کرد، با توجه‌به این ملاحظات دست طراح در پروسه طراحی بسیار باز می‌باشد.
• جرم مصرفی کمتری در صفحات به کار می‌رود و در نتیجه حجم و وزن مبدل‌ها کاهش می‌یابد.
• ضریب انتقال حرارت مبدل‌های صفحه‌ای نسبت به سایر مبدل‌ها برای شرایط سیال یکسان بزرگ‌تر هستند.