آشنایی بیشتر با انواع پکینگ برج خنک کننده

مبدل حرارتی یا مبدل گرمایی چیست؟

مبدل گرمایی وسیله ای که برای تبادل گرما بین یک یا چند سیال استفاده می شود. سیال ها را می توان با لوله ها یا صفحات از یک دیگر جدا کرد تا از اختلاط یا تماس مستقیم بین سیال ها جلوگیری شود.

به بیانی دیگر، مبدل گرمایی یا همان مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال موثر گرما از یک قسمت به قسمت دیگر استفاده می شود. رسانه های انتقال حرارت را می توان با یک دیوار جامد جدا کرد تا با هم مخلوط نشوند.

مبدل گرمایی نقش مهمی در کارخانه های تولیدی دارند.

کاربرد مبدل گرمایی

مبدل گرمایی به عنوان یک تجهیز مهم، به طور گسترده در زمینه های مختلف استفاده می شود.

مبدل های حرارتی به طور گسترده ای در کارخانه ها و کارگاه ها استفاده می شود. مبدل گرمایی در اصل وسیله ای است که تبادل حرارت را بین سیال های حرارتی همان طور که از نامش پیداست انجام می دهد. به عنوان مثال، شما یک ماده به شکل مایع دارید (معمولاً آب، مواد شیمیایی، محلول ها .... یا بخار) که نیاز به گرم کردن یا کاهش دما دارد تا نیاز های تولید را برآورده کند، مبدل گرمایی راه حل بسیار خوبی است. در اصل، همه مبدل های حرارتی معمولاً دارای یک هدف هستند، می توان برای کاهش دما استفاده کرد.

انواع مبدل گرمایی

از نظر جنبه های فنی مبدل های حرارتی، هر نوع دارای نقاط قوت و ضعف متفاوتی هستند. بنابراین، شرکت ها، صنایع مختلف، کارخانه ها و ... بسته به فناوری تولید، یک نوع از مبدل های حرارتی را انتخاب می کنند.

مبدل گرمایی لوله ای دوبل

ساده ترین مبدل هایی که در صنعت استفاده می شوند، مبدل های حرارتی لوله ای دوبل (دو لوله ای) می باشند که به اختصار آن ها را مبدل های لوله ای نیز می نامند. از یک سو، ارزان بودن این مبدل ها، چه در طراحی و چه از نظر تعمیر و نگهداری، آن ها را به انتخاب مناسبی برای صنایع کوچک تبدیل کرده است و از سوی دیگر، راندمان پایین آن ها و همچنین اشغال فضای زیاد در مقیاس های بزرگ، سبب شده است که در صنایع مدرن امروزی کم تر استفاده شوند و مبدل هایی با راندمان بیشتر نظیر مبدل های پوسته و لوله و مبدل های صفحه ای به کار گرفته شوند. ساختار یک مبدل گرمایی لوله ای، در ساده ترین شکل خود شامل دو لوله با قطر متفاوت می باشد که لوله کوچک تر به صورت هم مرکز درون لوله دیگر قرار می گیرد. چنان که یکی از سیال ها درون لوله کوچک تر و سیال دیگر در فضای حلقوی بین دو لوله جریان می یابد. در واقع، این دیواره لوله داخلی است که سطح انتقال حرارت را تشکیل می دهد و اغلب جهت دستیابی به سطح بیشتر، فین گذاری می شود.

مبدل گرمایی U_tube

در مبدل گرمایی لوله ای U شکل لوله ها به شکل حرف یو انگلیسی خمکاری شده اند و تنها در یک طرف آن از تیوب شیت استفاده می شود. در این نوع مبدل گرمایی نحوه کار به این صورت است که یکی از دو سیال وارد لوله ها شده و سیال دیگر نیز وارد پوسته خواهد شد و در نهایت حرارات از طریق جداره لوله ها میان دو سیال تبادل می شود. در این نوع طرح به علت U شکل بودن لوله ها، نمی توان لوله ها را به صورت مکانیکی تمیز کرد اما مزیت این نوع مبدل این است که در آن فقط از یک تیوب شیت استفاده شده است. در مبدل گرمایی U شکل سیال ورودی به لوله ها بعد از رسیدن به آخر مسیر، با خمی ۱۸۰ درجه ای رو به رو می شود و مجددا از همان طرفی که وارد شده خارج می شود. به این حرکت رفت و برگشتی سیال در اصطلاح طرح دو پاس گفته می شود.

مزایای استفاده از مبدل گرمایی لوله ای U شکل

استفاده از مبدل های حرارتی پوسته و لوله و به ویژه مبدل حرارتی U شکل دارای مزایایی می باشد که در ادامه به ذکر مهم ترین آن ها خواهیم پرداخت:

• طراحی مکانیکی مناسب
• امکان تجهیز راحت و ساده
• روش طراحی و ساخت تثبیت شده مناسب
• قابلیت استفاده برای دامنه گسترده ای از مواد گوناگون
• ایجاد سطح بزرگ برای انتقال حرارت حتی در حجم کم
• امکان شناسایی راحت محل نشت و ترمیم آن در صورت بروز نشتی در تیوب ها
• امکان رسوب زدایی در دوره های زمانی بلند مدت و کوتاه مدت به شکل شیمیایی و فیزیکی
• قابلیت تحمل کردن دما های بالا و فشار های سیالاتی به دلیل ساختار مستحکم این نوع مبدل
• قیمت اولیه پایین تر نسبت به انواع دیگر مبدل گرمایی از جمله مبدل گرمایی هوا خنک و مبدل گرمایی صفحه ای
• قابلیت رساندن سطح انتقال حرارات به بیشترین حد در یک فضای محدود با استفاده از لوله هایی که با فاصله اندکی در کنار یک دیگر قرار گرفته اند.
• امکان طراحی و تولید با استفاده از متریال اولیه خاص نظیر استیل که در کاربرد های خاصی که سیال ها خاصیت خورندگی باشند بسیار مفید خواهد بود.

مبدل گرمایی صفحه ای

مبدل گرمایی صفحه ای یکی از تجهیزات خنک کننده در صنعت است. مبدل های حرارتی صفحه ای از صفحات فلزی نازک زیادی تشکیل شده اند که توسط واشر های لاستیکی به هم متصل شده اند تا مانعی بین دو سیال سرد و گرم ایجاد کنند. این دو سیال سرد و گرم به طور متناوب بین صفحات جریان می یابند که به آن ها مبدل گرمایی صفحه ای می گویند.

از آن جایی که هر صفحه مبدل گرمایی دارای سطح وسیعی است، سطح تبادل حرارت بزرگی را بین رسانه ها ایجاد می کند. در مقایسه با مبدل گرمایی لوله ای با همان ظرفیت، مبدل گرمایی صفحه ای راندمان تبادل حرارت بهتری خواهد داشت. علاوه بر این، در مبدل های حرارتی صفحه ای عملیات تمیز کاری، نگهداری و سرویس نیز آسان تر می باشد.

مبدل گرمایی پوسته و لوله

مبدل گرمایی پوسته و لوله یکی از پر کاربرد ترین انواع مبدل در صنعت می باشد. وسیله ای است که برای انتقال حرارت مؤثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می‌ شود. فرق كوره و مبدل گرمایی در منبع گرمايشی است، يعنی اين كه منبع گرمايشی در كوره سوخت های مايع و گازی است. در حالي كه در مبدل گرمایی منبع گرمايشی سيال گرم است.

در كوره با توجه به نوع منبع گرمايشی، مکانیزم انتقال حرارت به صورت جا به جایی و تشعشعی به همراه هم می باشد، حال آن كه مكانيزم انتقال حرارت در مبدل گرمایی فقط جا به جایی است.

هدف در مبدل گرمایی مجاورت يك سيال گرم با يك سيال سرد است به طوري كه انتقال حرارت به طريقه جا به جايی باعث گرم شدم سيال سرد گردد.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله عموما به دو دسته ی با تغییر فاز و بدون تغییر فاز تقسیم بندی می شوند.

برای افزایش تعداد گذر های لوله از صفحات جدا کننده استفاده می کنند این صفحات باعث می گردند که سیال مسیر لوله ها را طی کند و دو بار از طول پوسته عبور کند (در صورتی که تعداد گذر های لوله دو تا باشد)

هر چه تعداد صفحات جدا کننده بیشتر باشد تعداد گذر ها افزایش می یابد.

این مبدل تنها مبدلی است که در دمای بیشتر از ۳۶۰ درجه سانتی گراد هم کاربرد دارد و فشار های بالای ۳۰ بار را تحمل می کند.

نحوه عملکرد مبدل گرمایی پوسته و لوله به این شکل است که یک سیال از درون دسته ای از لوله ها که همگی به یک ورودی و خروجی متصل هستند، عبور می کند و سیال دیگر با دمای متفاوت درون پوسته ای که لوله ها را احاطه کرده، جاری می شود. به این صورت گرما در اثر اختلاف دمای بین دو سیال و از طریق دیواره لوله ها، از سیال گرم به سیال سرد منتقل می شود. به این ترتیب بدون تماس مستقیم، بین دو سیال عمل انتقال گرما صورت می گیرد. از این نوع مبدل در صنایع مختلف و برای سیالات گوناگون به طور گسترده استفاده می شود.

همان طور که می دانید، یکی از سیالات گرم یا سرد وارد دسته یا ردیفی از لوله ها شده و تا انتهای مبدل پیش می رود و با چرخشی ۱۸۰ درجه ای مجددا وارد ردیفی دیگر از لوله ها می شود. هم زمان با آن، سیال دیگری که دمای متفاوتی دارد، از مجرایی وارد پوسته می شود و در پیرامون لوله ها شروع به حرکت می کند. موانعی به اسم بافل در سر راه حرکت سیال درون پوسته جاسازی می شود تا به سیال درون پوسته حرکتی آشفته (مغشوش) بدهد تا حرارت بیشتری بین دو سیال منتقل شود. 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.

انواع مبدل گرمایی بر اساس آرایش جریان

به طور کلی می توان گفت مبدل گرمایی سیستمی جهت انتقال حرارت بین دو یا بیش از دو سیال می باشد .

• مبدل گرمایی با جریان هم سو

در این نوع مبدل ها جریان سرد و گرم موازی یک دیگر و جهت جریان سیال گرم و سرد آن ها موافق یک دیگر می باشد.

• مبدل گرمایی با جریان غیر هم سو

در این نوع مبدل ها جریان سرد و گرم موازی یک دیگر و در خلاف جهت هم می باشند.

• مبدل گرمایی با جریان عمود بر هم

در این نوع مبدل ها جهت جریان های سرد و گرم عمود بر هم می باشند.

مبدل حرارتی یا مبدل گرمایی چیست؟

مبدل گرمایی وسیله ای که برای تبادل گرما بین یک یا چند سیال استفاده می شود. سیال ها را می توان با لوله ها یا صفحات از یک دیگر جدا کرد تا از اختلاط یا تماس مستقیم بین سیال ها جلوگیری شود.

به بیانی دیگر، مبدل گرمایی یا همان مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال موثر گرما از یک قسمت به قسمت دیگر استفاده می شود. رسانه های انتقال حرارت را می توان با یک دیوار جامد جدا کرد تا با هم مخلوط نشوند.

مبدل گرمایی نقش مهمی در کارخانه های تولیدی دارند.

کاربرد مبدل گرمایی

مبدل گرمایی به عنوان یک تجهیز مهم، به طور گسترده در زمینه های مختلف استفاده می شود.

مبدل های حرارتی به طور گسترده ای در کارخانه ها و کارگاه ها استفاده می شود. مبدل گرمایی در اصل وسیله ای است که تبادل حرارت را بین سیال های حرارتی همان طور که از نامش پیداست انجام می دهد. به عنوان مثال، شما یک ماده به شکل مایع دارید (معمولاً آب، مواد شیمیایی، محلول ها .... یا بخار) که نیاز به گرم کردن یا کاهش دما دارد تا نیاز های تولید را برآورده کند، مبدل گرمایی راه حل بسیار خوبی است. در اصل، همه مبدل های حرارتی معمولاً دارای یک هدف هستند، می توان برای کاهش دما استفاده کرد.

انواع مبدل گرمایی

از نظر جنبه های فنی مبدل های حرارتی، هر نوع دارای نقاط قوت و ضعف متفاوتی هستند. بنابراین، شرکت ها، صنایع مختلف، کارخانه ها و ... بسته به فناوری تولید، یک نوع از مبدل های حرارتی را انتخاب می کنند.

مبدل گرمایی لوله ای دوبل

ساده ترین مبدل هایی که در صنعت استفاده می شوند، مبدل های حرارتی لوله ای دوبل (دو لوله ای) می باشند که به اختصار آن ها را مبدل های لوله ای نیز می نامند. از یک سو، ارزان بودن این مبدل ها، چه در طراحی و چه از نظر تعمیر و نگهداری، آن ها را به انتخاب مناسبی برای صنایع کوچک تبدیل کرده است و از سوی دیگر، راندمان پایین آن ها و همچنین اشغال فضای زیاد در مقیاس های بزرگ، سبب شده است که در صنایع مدرن امروزی کم تر استفاده شوند و مبدل هایی با راندمان بیشتر نظیر مبدل های پوسته و لوله و مبدل های صفحه ای به کار گرفته شوند. ساختار یک مبدل گرمایی لوله ای، در ساده ترین شکل خود شامل دو لوله با قطر متفاوت می باشد که لوله کوچک تر به صورت هم مرکز درون لوله دیگر قرار می گیرد. چنان که یکی از سیال ها درون لوله کوچک تر و سیال دیگر در فضای حلقوی بین دو لوله جریان می یابد. در واقع، این دیواره لوله داخلی است که سطح انتقال حرارت را تشکیل می دهد و اغلب جهت دستیابی به سطح بیشتر، فین گذاری می شود.

مبدل گرمایی U_tube

در مبدل گرمایی لوله ای U شکل لوله ها به شکل حرف یو انگلیسی خمکاری شده اند و تنها در یک طرف آن از تیوب شیت استفاده می شود. در این نوع مبدل گرمایی نحوه کار به این صورت است که یکی از دو سیال وارد لوله ها شده و سیال دیگر نیز وارد پوسته خواهد شد و در نهایت حرارات از طریق جداره لوله ها میان دو سیال تبادل می شود. در این نوع طرح به علت U شکل بودن لوله ها، نمی توان لوله ها را به صورت مکانیکی تمیز کرد اما مزیت این نوع مبدل این است که در آن فقط از یک تیوب شیت استفاده شده است. در مبدل گرمایی U شکل سیال ورودی به لوله ها بعد از رسیدن به آخر مسیر، با خمی ۱۸۰ درجه ای رو به رو می شود و مجددا از همان طرفی که وارد شده خارج می شود. به این حرکت رفت و برگشتی سیال در اصطلاح طرح دو پاس گفته می شود.

مزایای استفاده از مبدل گرمایی لوله ای U شکل

استفاده از مبدل های حرارتی پوسته و لوله و به ویژه مبدل حرارتی U شکل دارای مزایایی می باشد که در ادامه به ذکر مهم ترین آن ها خواهیم پرداخت:

• طراحی مکانیکی مناسب
• امکان تجهیز راحت و ساده
• روش طراحی و ساخت تثبیت شده مناسب
• قابلیت استفاده برای دامنه گسترده ای از مواد گوناگون
• ایجاد سطح بزرگ برای انتقال حرارت حتی در حجم کم
• امکان شناسایی راحت محل نشت و ترمیم آن در صورت بروز نشتی در تیوب ها
• امکان رسوب زدایی در دوره های زمانی بلند مدت و کوتاه مدت به شکل شیمیایی و فیزیکی
• قابلیت تحمل کردن دما های بالا و فشار های سیالاتی به دلیل ساختار مستحکم این نوع مبدل
• قیمت اولیه پایین تر نسبت به انواع دیگر مبدل گرمایی از جمله مبدل گرمایی هوا خنک و مبدل گرمایی صفحه ای
• قابلیت رساندن سطح انتقال حرارات به بیشترین حد در یک فضای محدود با استفاده از لوله هایی که با فاصله اندکی در کنار یک دیگر قرار گرفته اند.
• امکان طراحی و تولید با استفاده از متریال اولیه خاص نظیر استیل که در کاربرد های خاصی که سیال ها خاصیت خورندگی باشند بسیار مفید خواهد بود.

مبدل گرمایی صفحه ای

مبدل گرمایی صفحه ای یکی از تجهیزات خنک کننده در صنعت است. مبدل های حرارتی صفحه ای از صفحات فلزی نازک زیادی تشکیل شده اند که توسط واشر های لاستیکی به هم متصل شده اند تا مانعی بین دو سیال سرد و گرم ایجاد کنند. این دو سیال سرد و گرم به طور متناوب بین صفحات جریان می یابند که به آن ها مبدل گرمایی صفحه ای می گویند.

از آن جایی که هر صفحه مبدل گرمایی دارای سطح وسیعی است، سطح تبادل حرارت بزرگی را بین رسانه ها ایجاد می کند. در مقایسه با مبدل گرمایی لوله ای با همان ظرفیت، مبدل گرمایی صفحه ای راندمان تبادل حرارت بهتری خواهد داشت. علاوه بر این، در مبدل های حرارتی صفحه ای عملیات تمیز کاری، نگهداری و سرویس نیز آسان تر می باشد.

مبدل گرمایی پوسته و لوله

مبدل گرمایی پوسته و لوله یکی از پر کاربرد ترین انواع مبدل در صنعت می باشد. وسیله ای است که برای انتقال حرارت مؤثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می‌ شود. فرق كوره و مبدل گرمایی در منبع گرمايشی است، يعنی اين كه منبع گرمايشی در كوره سوخت های مايع و گازی است. در حالي كه در مبدل گرمایی منبع گرمايشی سيال گرم است.

در كوره با توجه به نوع منبع گرمايشی، مکانیزم انتقال حرارت به صورت جا به جایی و تشعشعی به همراه هم می باشد، حال آن كه مكانيزم انتقال حرارت در مبدل گرمایی فقط جا به جایی است.

هدف در مبدل گرمایی مجاورت يك سيال گرم با يك سيال سرد است به طوري كه انتقال حرارت به طريقه جا به جايی باعث گرم شدم سيال سرد گردد.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله عموما به دو دسته ی با تغییر فاز و بدون تغییر فاز تقسیم بندی می شوند.

برای افزایش تعداد گذر های لوله از صفحات جدا کننده استفاده می کنند این صفحات باعث می گردند که سیال مسیر لوله ها را طی کند و دو بار از طول پوسته عبور کند (در صورتی که تعداد گذر های لوله دو تا باشد)

هر چه تعداد صفحات جدا کننده بیشتر باشد تعداد گذر ها افزایش می یابد.

این مبدل تنها مبدلی است که در دمای بیشتر از ۳۶۰ درجه سانتی گراد هم کاربرد دارد و فشار های بالای ۳۰ بار را تحمل می کند.

نحوه عملکرد مبدل گرمایی پوسته و لوله به این شکل است که یک سیال از درون دسته ای از لوله ها که همگی به یک ورودی و خروجی متصل هستند، عبور می کند و سیال دیگر با دمای متفاوت درون پوسته ای که لوله ها را احاطه کرده، جاری می شود. به این صورت گرما در اثر اختلاف دمای بین دو سیال و از طریق دیواره لوله ها، از سیال گرم به سیال سرد منتقل می شود. به این ترتیب بدون تماس مستقیم، بین دو سیال عمل انتقال گرما صورت می گیرد. از این نوع مبدل در صنایع مختلف و برای سیالات گوناگون به طور گسترده استفاده می شود.

همان طور که می دانید، یکی از سیالات گرم یا سرد وارد دسته یا ردیفی از لوله ها شده و تا انتهای مبدل پیش می رود و با چرخشی ۱۸۰ درجه ای مجددا وارد ردیفی دیگر از لوله ها می شود. هم زمان با آن، سیال دیگری که دمای متفاوتی دارد، از مجرایی وارد پوسته می شود و در پیرامون لوله ها شروع به حرکت می کند. موانعی به اسم بافل در سر راه حرکت سیال درون پوسته جاسازی می شود تا به سیال درون پوسته حرکتی آشفته (مغشوش) بدهد تا حرارت بیشتری بین دو سیال منتقل شود. 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.

انواع مبدل گرمایی بر اساس آرایش جریان

به طور کلی می توان گفت مبدل گرمایی سیستمی جهت انتقال حرارت بین دو یا بیش از دو سیال می باشد .

• مبدل گرمایی با جریان هم سو

در این نوع مبدل ها جریان سرد و گرم موازی یک دیگر و جهت جریان سیال گرم و سرد آن ها موافق یک دیگر می باشد.

• مبدل گرمایی با جریان غیر هم سو

در این نوع مبدل ها جریان سرد و گرم موازی یک دیگر و در خلاف جهت هم می باشند.

• مبدل گرمایی با جریان عمود بر هم

در این نوع مبدل ها جهت جریان های سرد و گرم عمود بر هم می باشند.