مبدل حرارتی چیست؟

مبدل حرارتی یکی از پرکاربردترین تجهیزات در صنایع گوناگون است که باعث تبادل حرارت بین دو سیال با دمای متفاوت می‌گردد تا یکی از آن‌ها به دمای پایینتر یا بالاتر برسد.

تعریف مبدل حرارتی

مبدل حرارتی (Heat Exchanger) وسیله است که گرما را بین سیال‌هایی که در دستگاه و سیستم‌های گوناگون وجود دارند، منتقل می‌کند و جهت انتقال حرارت بهینه و مؤثر بین دو یا چند سیال مورداستفاده قرار می‌گیرد. این سیال‌ها ممکن است مایع و یا گاز باشند مانند آب، گاز، روغن، هوا و بسیاری از مایعات و گازهای دیگر.

مبدل حرارتی یا مبدل گرمایی وسیله گرمایشی است که در صنایع مختلف ازجمله خودروسازی، پالایشگاه‌ها، صنایع غذایی، برج‌های خنک‌کننده، بخار سازهای هسته‌ای، سیستم‌های برودتی و تهویه مطبوع، صنایع نفت و گاز و غیره کاربرد دارد.

انواع مبدل حرارتی

مبدل‌های حرارتی ازلحاظ فشار کاری به دودسته تقسیم می‌شوند:

•  کم‌فشار
•  پرفشار

مبدل‌های حرارتی در انواع گوناگون برای کاربردهای مختلف تولید می‌شوند و دارای تنوع ساختاری بالایی هستند. پرکاربردترین آنها شامل موارد زیر است:

۱- مبدل حرارتی لوله‌ای

مبدل‌های حرارتی لوله‌ای دارای مقطعی دایره شکل هستند که یک سیال در داخل و یک سیال خارج از لوله آن‌ها تعبیه‌شده است.

مبدل‌های حرارتی لوله‌ای به سه گروه تقسیم می‌شوند:

• مبدل دو لوله‌ای (Double-Pipe H.Ex)

مبدل‌های حرارتی دو لوله‌ای شامل دو لوله می‌باشند که لوله کوچک‌تر در داخل لوله‌ای با قطر بزرگ‌تر قرار می‌گیرد و معمولاً به‌صورت U شکل طراحی می‌شوند. این نوع مبدل برای انتقال حرارت در سطوح کوچک مثلاً تا ۵۰ مترمربع مورداستفاده قرار می‌گیرد. مبدل‌های حرارتی دو لوله‌ای برای انتقال جریان در سیال‌های گرم و سرد در فشارهای بالا مناسب می‌باشند.

• مبدل پوسته و لوله (Shell & Tube H.Ex)

این گروه از مبدل‌های حرارتی شبیه به مبدل حرارتی دو لوله‌ای هستند که به‌جای یک لوله، دسته‌ای از لوله‌ها در یک پوسته قرارگرفته‌اند. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله تمیز شدن آسان آن و کم‌هزینه بودن ساخت و تهیه آن نسبت به مبدل‌های دیگر است.

• مبدل حلزونی یا مارپیچ (Spiral-Tube H.Ex)

مبدل‌های حرارتی حلزونی یا مارپیچ دارای کویل هایی هستند که به شکل حلزونی به دورهم پیچیده شده و در یک پوسته قرارگرفته‌اند. بیشترین کاربرد مبدل‌های حلزونی در سیستم‌های تبریدی است.

۲- مبدل حرارتی صفحه‌ای

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای نیز مانند مبدل‌های حرارتی لوله‌ای دارای انواع گوناگون می‌باشند که در ادامه مهم‌ترین مدل‌های این نوع مبدل را بررسی می‌کنیم:

• مبدل صفحه‌ای واشر دار

در این نوع مبدل صفحات نازکی با سطوح موج‌دار وجود دارد که سیال‌های گرم و سرد را از یکدیگر جدا می‌سازند. در ساختار این مبدل حرارتی قطعاتی تعبیه‌شده است که جریان‌های سرد و گرم را برای انتقال گرما به‌صورت یک‌درمیان در بین صفحات منتقل می‌کنند.

از مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای واشر دار بیشتر در فرایندهای کنداس و تبخیر استفاده می‌شود. محدوده کارکرد این نوع مبدل دمای بین ۳۵ تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد و تحمل فشار آن‌ها تا ۲۵ بار (bar) است.

همچنین بخوانید : آشنایی با انواع پمپ ‌های دنده ای به همراه ویژگی هایشان

• مبدل صفحه‌ای حلزونی

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای حلزونی از دو صفحه بلند و موازی تشکیل‌شده‌اند که به‌صورت حلزونی دور یک میله پیچیده می‌شوند. این مبدل‌ها می‌توانند حرارت را از ۰.۵ تا ۵۰۰ مترمربع منتقل کنند. حداکثر فشار کارکرد آن‌ها تا ۱۵ بار (bar) است و می‌توانند دمایی تا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد را انتقال دهند.

• مبدل لاملا

این نوع مبدل درواقع شکل اصلاح‌شده‌ای از مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله با صفحه شناور است. در این مبدل‌ها لوله‌های تخت‌شده‌ای وجود دارد که لاملا نام دارند. این نوع مبدل حرارتی از دو صفحه باریک که به یکدیگر جوش‌خورده‌اند تشکیل‌شده است. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های مبدل‌های حرارتی لاملا این است که رسوب نمی‌گیرند و تحمل فشار در این نوع مبدل حرارتی ۳۵ بار (bar) است.

۳- مبدل حرارتی با سطوح پره دار

این گروه از مبدل‌های حرارتی از سطوحی تشکیل‌شده‌اند که شامل پره می‌باشند و بیشتر در فرایندهای گاز- گاز و مایع – گاز مورداستفاده قرار می‌گیرند.

• مبدل حرارتی لوله‌ای پره دار

از این مبدل‌ها در فرایندهای گاز- مایع استفاده می‌شود که سیال گاز در سمت پره دار مبدل جریان میابد.

• مبدل حرارتی پوسته و لوله پره دار

این نوع مبدل حرارتی یکی از پرکاربردترین مبدل‌ها در صنایع گوناگون است که بر اساس نوع جریان به سه دسته تقسیم می‌شوند:

1. جریان همسو (Co Current Flow)
2. جریان ناهم‌سو (Counter Current Flow)
3. جریان متقاطع (Cross Flow)

این مبدل‌ها از پرکاربردترین نوع مبدل‌های حرارتی هستند و ساختار آن‌ها معمولاً به‌صورت چند پاس و چند گذر طراحی می‌شود.

همان‌طور که گفتیم مبدل‌های حرارتی در انواع گوناگون با ساختارهای متفاوت وجود دارند. می‌توان گفت مبدل حرارتی از مهم‌ترین و پرکاربردترین تجهیزات در انواع صنایع است. از مبدل حرارتی در صنعت خودروسازی، صنایع نفتی، صنایع غذایی، تولید و ساخت سیستم‌های تهویه مطبوع، صنعت خودروسازی و … استفاده می‌شود.