معرفی انواع مبدل‌های حرارتی و کاربردهای آن

به طور قطع تا کنون نام مبدل‌های حرارتی را شنیده‌اید و یا درباره آن اطلاعاتی دارید. مبدل‌های حرارتی یکی از وسایل بسیار مهم در صنایع مختلف به شمار می‌آید که وظایف خاصی را به همراه خواهد داشت. در واقع مبدل‌های حرارتی یک وسیله‌ای بسیار خاص هستند که می‌تواند گرما را از محیط جذب کرده و به محیطی دیگر انتقال دهند. این ساز و کار برای بسیاری از صنایع از اهمیت بسزایی برخوردار بوده و در واقع بدون در اختیار داشتن مبدل‌های حرارتی، بسیاری از فرآیندهای صنعتی امکان پذیر نخواهد بود. انتخاب مبدل‌های حرارتی برای یک محیط از اهمیت بسزایی برخوردار است. به همین دلیل، در این مقاله قصد داریم تا به بررسی انواع مبدل‌های حرارتی و کاربردهای آن بپردازیم و اطلاعاتی را در این خصوص در اختیار شما عزیزان قرار دهیم. بنابراین برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید.

مبدل حرارتی چیست؟

اگر بخواهیم یک تعریف مناسب از مبدل‌های حرارتی را خدمت شما عزیزان ارائه دهیم، باید اشاره کنیم که مبدل‌های حرارتی یک دستگاه بسیار مهم محسوب می‌شوند که در اثر اختلاف دمای به وجود آمده میان دو سیال (سیال گاز یا مایع)، دما را از یک سیال به سیالی دیگر انتقال می‌دهد. به عنوان مثال می‌توان اذعان داشت که یک مبدل حرارتی روغن، می‌تواند حرارت را از یک روغن داغ به سیالی دیگر مانند آب و هوا منتقل نماید و سبب گرم کردن سیالی دیگر بشود. بعلاوه مبدل حرارتی که در استخرها مورد استفاده قرار می‌گیرند، گرمای آب داغ درون دستگاه‌های موتور خانه (بویلر) را به آب استخر انتقال می‌دهند، بدون آنکه دو سیال موجود با یک دیگر در تماس باشند. بنا به عبارتی دیگر مبدل‌های حرارتی یک تجهیز بسیار ضروری برای تبادل و انتقال حرارت میان دو یا چند سیال دیگر است. در واقع این تجهیزات خاص و بسیار مهم در فرآیندهای سرمایش و گرمایش می‌توانند مورد استفاده قرار گرفته و کارایی بی‌شماری داشته باشند. از جمله کاربردهای بسیار مهم مبدل‌های حرارتی می‌توان به موارد مهم زیر اشاره داشت:

• تاسیسات و تهویه مطبوع
• صنایع تبرید
• نفت و گاز و پتروشیمی
• نیروگاه‌های تولید برق و…

انواع مبدل‌های حرارتی:

به صورت کلی مبدل‌های حرارتی انواع و اقسام بسیار مختلفی دارند اما به لحاظ فشار کاری، به دو دسته کم فشار و پر فشار تقسیم بندی می‌شوند. از لحاظ ساختار نیز مبدل‌های حرارتی شامل موارد زیر خواهند بود:

1)مبدل‌های لوله‌ای

مبدل‌های حرارتی لوله‌ای جزء ساده‌ترین انواع مبدل‌های موجود هستند که به نام مبدل دو لوله نیز مشهور می‌باشند. در این نوع از مبدل‌ها، لوله‌ای با قطر کوچک درون لوله‌ای دیگر با قطر بزرگتر به صورت کاملا هم مرکز قرار خواهند گرفت. ساز و کار این نوع مبدل به این صورت است که انتقال حرارت از طریق جداره لوله کوچک‌تر میان دو سیال انجام می‌شود. بزرگترین ایراد مبدل حرارتی لوله‌ای، توان انتقال حرارت کمتر نسبت به سایر مبدل‌ها می‌باشد. به دلیل آنکه سطح تبادل حرارت آن کم است. از این نوع بیشتر برای تبادل حرارت بین سیالات گازی شکل مورد استفاده قرار خواهد گرفت. از جمله مزیت‌های بسیار مهم مبدل‌های لوله‌ای می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:

• طراحی بسیار ساده
• هزینه ساخت مقرون به صرفه
• کنترل ساده جریان
• پاک سازی آسان
• استفاده در فشارهای بالا

2)مبدل‌های پوسته و لوله

از جمله پر کاربردترین انواع مبدل‌های حرارتی، مبدل پوست و لوله می‌باشد که از تعدادی لوله و یک پوسته بزرگ که می‌تواند لوله‌ها را احاطه کند، به وجود امده است. ساز و کار یا عملکرد مبدل پوسته و لوله به این صورت است که از درون لوله‌ها یک سیال مایع با دمای کم و در اطراف لوله‌ها یک سیال گازی با دمای بالا، جریا پیدا می‌کند. لازم ذکر است که تبادل حرارتی در این نوع از مبدل‌ها مناسب می‌باشد. به دلیل آن که تعداد زیادی لوله در این مبدل‌ها وجود دارد. جنس لوله ها معمولا از مس و در برخی موارد با توجه به نوع کاربری می تواند از برنج، آلومینیوم، استیل، نیکل و … نیز باشد.

3)مبدل‌های هوا خنک یا مبدل‌های فن دار

یکی دیگر از انواع مدل‌های پر کاربر مبدل‌های حرارتی، مبدل‌های هوا خنک می‌باشد. این نوع از مبدل‌ها ساز و کار جالبی دارند! بدین صورت که در مبدل‌های هوا خنک یا فن دار، سیال گرم درون لوله‌ها و یا کانال‌هایی با سطوح فین دار حرکت خواهد کرد. بعلاوه می‌توان اذعان داشت که معمولا سیال محیز مورد نظر، سیال گازی است و توسط یک فن مخصوص از روی لوله‌های مورد نظر عبور خواهد کرد. دمای هوای عبوری از روی لوله‌ها در اثر تبادل حرارت با سیال گرم افزایش پیدا می‌کند و به صورت مجدد به محیط مورد نظر تخلیه خواهد شد. مبدل‌های هوا خنک یا فن دار معمولا برای مکان‌هایی کاربرد دارد که امکان استفاده از  آب و یا سایر سیالات خنک کننده وجود نداشته باشد.

4)مبدل‌های صفحه‌ای

یکی دیگر از انواع مبدل‌های حرارتی که طراحی و ساخت آن‌ها بسیار خاص است، مبدل‌های صفحه‌ای می‌باشد. این نوع از مبدل‌ها تشکیل شده از یک سری صفحات دارای اعوجاج است! این صفحات از جنس استنلس استیل بوده و به وسیله واشرهای لاستیکی مخصوص، یک سری کانال‌های آب بندی شده را به وجد می‌آورند. این صفحات ذکر شده به صورت الگویی خاص در کنار یک دیگر قرار گرفته‌اند و همین الگوی خاص سبب آشفته شدن جریان حتی در اعداد رینولدز بسیار پایین خواهد شد! بدین صورت است که ضریب انتقال حرارت نسبت به کانال صاف و لوله به صورت کاملا بسیاری افزایش خواهد یافت. زمانی که انتقال حرارت افزایش پیدا می‌کند، افت فشار نیز در حد بسیار بالایی قرار می‌گیرد. دو نکته بسیار مهمی که در خصوص این نوع از مبدل‌های حرارتی باید بدانید، به شرح زیر است:

• افزایش ضریب انتقال حرارت منجر به کاهش قابل توجه اندازه مبدل حرارتی نسبت به مبدل‌های پوسته و لوله سنتی خواهد شد.
• افزایش نیروی برشی روی صفحات نیز باعث می‌شود که نرخ تشکیل رسوبات کاهش پیدا نماید.

پر کاربردترین انواع مبدل‌های حرارتی و انتخاب آن‌ها:

در میان تمامی مبدل‌های حرارتی که در بازار وجود دارد، برخی از مبدل‌های حرارتی بسیار پرکاربرد هستند که از آن‌ها می‌توان به مبدل‌های حرارتی صفحه ای، مبدل‌های حرارتی لوله‌ای و مبدل‌های هوا خنک اشاره داشت.

از طرف دیگر ممکن است این سوال برای شما عزیزان وجود بیاید که چگونه مبدل‌های حرارتی را انتخاب کنیم؟! برای پاسخ به این سوال باید اشاره داشت که انتخاب نوع خاصی از مبدل‌های حرارتی به ماهیت سیال کاری، فشار، دما، نرخ انتقال حرارت مورد نیاز بستگی خواهد داشت. بنابراین بسیار مهم است که در ابتدا با ساز و کار و عملکرد مبدل‌های حرارتی آشنایی داشته باشید و بدین صورت بتوانید با توجه به نوع نیاز و فعالیتی که از مبدل انتظار دارید،؛ ان را انتخاب نمایید.

سخن پایانی:

در این مطلب سعی شد تا به بررسی انواع مبدل‌های حرارتی و کاربردهای ان بپردازیم. شما نیز می‌توانید برای کسب اطلاعات بیشتر به وب سایت ما مراجعه فرمایید.

سوالات متداول:

بیشترین کاربرد مبدل‌های حرارتی در چه صنایعی است؟

صنایع فولاد، تاسیسات و تهویه مطبوع، سیستم‌های تولید همزمان  برق و حرارت، صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، صنایع غذایی، نیروگاه‌های تولید برق

ساز و کار مبدل حرارتی صفحه‌ای به چه صورت است؟

سیال دما بالا و دما پایین با الگوی یکی در میان بین صفحات حرکت کرده و حرارت از جداره این صفحات بین دو سیال منتقل می‌شود.

انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله به چه صورت است؟

نوع U شکل، نوع مستقیم یک پاس،  نوع مستقیم دو پاس