مبدل حرارتی چیست؟ کاربرد مبدل حرارتی


مبدل حرارتی یک سیستم انتقال گرما بین دو یا چند سیال است. این سیستم انواع مختلفی دارد که برای کاربردهای خاصی ساخته شده‌اند. به‌طورکلی مبدل حرارتی در صنایع تبرید، تهویه مطبوع، نیروگاه برق، پتروشیمی و… کاربرد دارد و استفاده می‌شود. در ادامه به بررسی انواع مبدل های حرارتی و کاربرد آنها می‌پردازیم.

مبدل حرارتی چیست؟

مبدل حرارتی تجهیزی است که در اثر اختلاف دمای به وجود آمده بین دو یا چند سیال (گاز یا مایع) گرما را از یکی به دیگری منتقل می‌کند. سیال‌های جاری در مبدل حرارتی معمولاً توسط دیواره‌ای از هم جدا می‌شوند تا از ادغام آنها جلوگیری شود ولی ممکن است در انواع خاص مبدل این جداسازی صورت نگیرد و سیال‌ها در تماس مستقیم با هم باشند.

از مبدل‌های حرارتی پرکاربرد می‌توان به رادیاتور شوفاژ و رادیاتور خودرو اشاره کرد. این سیستم در صنایع مختلفی مانند نفت، گاز، پتروشیمی، خودرو، نیروگاه برق، تهویه مطبوع و… مورد استفاده قرار می‌گیرد و انواع مختلفی دارد.

انواع مبدل حرارتی

مبدل‌های حرارتی از نظر فشار به سه دسته فشار پایین، فشار متوسط و فشار بالا تقسیم می‌شوند و از نظر ساختار در ۴ دسته لوله‌ای، شل اند تیوب، درای کولر و مبدل‌های صفحه‌ای قرار می‌گیرند. البته مبدل‌های حرارتی با ساختار دیگری هم تولید می‌شوند که در مصارف خاصی کاربرد دارند.

  • مبدل حرارتی لوله‌ای (Double Pipe)

این دستگاه ساده‌ترین نوع مبدل حرارتی است که از دو لوله تشکیل شده است. این دو لوله با قطرهای متفاوت به‌صورت هم مرکز قرار می‌گیرند و لوله‌ی با قطر کوچک‌تر دیواره انتقال گرما بین دو سیال است.

این مبدل حرارتی برای انتقال گرمای کم طراحی شده است و بیشتر در مواقعی کاربرد دارد که یکی از سیال‌ها یا هر دو آنها فشار بالایی داشته باشند. این مبدل ظرفیت کمی دارد و از مزایای آن می‌توان به هزینه ساخت پایین و پاک‌سازی آسان در آن اشاره کرد همچنین جریان سیال‌ها به‌راحتی قابل کنترل است.

در این مبدل حرارتی الگوی جریان می‌تواند به‌صورت جریان موازی و جریان مخالف باشد که جریان مخالف بیشترین ضریب انتقال گرما را دارد.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

  • مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube)

این دستگاه پرکاربردترین نوع مبدل حرارتی است که می‌تواند گرمای زیادی را منتقل کند. این سیستم از تعداد زیادی لوله، یک پوسته بزرگ، بافل، تیوب شیت و پلنیوم تشکیل شده است.

این پوسته لوله‌ها را احاطه می‌کند و لوله‌ها از طریق تیوب شیت به پلنیوم متصل می‌شوند که برای ورود و خروج سیال درون لوله‌ها هستند. سیال مایع یا جامد می‌تواند درون لوله‌ها یا پوسته جریان یابد و در مواردی که هر دو سیال از یک فاز باشند به آن مبدل تک‌فازی می‌گویند. دو سیال با اختلاف دما، یکی وارد لوله‌ها می‌شود و دیگری وارد پوسته استوانه‌ای شکل.

گرما از طریق دیواره لوله‌ها منتقل می‌شود و به علت تعداد بالای لوله‌ها برای انتقال گرمای زیاد مناسب است. بافل‌ها نیز در درون پوسته برای هدایت جریان سیال‌ها هستند و با ایجاد تلاطم باعث افزایش ضریب انتقال می‌شود.

فرم لوله‌ها در این مبدل حرارتی می‌تواند به شکل مستقیم یا U شکل باشد. مبدل‌هایی که لوله‌های مستقیم دارند می‌توانند به‌صورت یک پاس، دو پاس یا چهار پاس باشند. تعداد پاس‌ها، تعداد دفعات عبور سیال در طول مبدل از داخل لوله‌ها است. در مبدل‌های یک پاس، سیال از یک طرف وارد لوله‌ها و از طرف دیگر خارج می‌شود. در واقع با این تعریف مبدل‌های حرارتی با لوله‌های U شکل نمی‌توانند مبدل یک پاس باشند.

  • مبدل حرارتی صفحه‌ای (Plate)

در این نوع از مبدل‌ها، سیال‌ها وارد صفحات فلزی نازک و فلزی می‌شوند که به‌صورت یک‌درمیان و با فاصله‌ی کم در کنار هم قرار گرفته‌اند. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای عمدتاً در سه نوع واشردار، لحیم‌کاری شده و جوشکاری شده تولید می‌شوند.

در مدل واشردار برای آب‌بندی از واشرهایی استفاده می‌شود که میان صفحات فلزی قرار می‌گیرند و از نشت و ادغام سیال‌ها جلوگیری می‌کند در این مدل می‌توان ظرفیت انتقال گرما را به‌راحتی با افزودن یا برداشتن صفحات تغییر داد همچنین مدل واشردار برای جریان‌های سیالی با حجم بالا و فشار کم یا متوسط مناسب هستند.

در مدل لحیم‌کاری شده صفحات فلزی با کانال‌های پیچیده درون بسته‌ای قرار می‌گیرند و میان صفحات موادی وجود دارد. این مدل برای سیال‌های پرفشار مناسب هستند. در مدل جوشکاری شده نیز صفحات فلزی در درون یک بلوک جوشکاری شده‌اند که امکان تغییر ظرفیت انتقال گرما وجود ندارد ولی برای سیال‌های با فشار بالا و دمای زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

  • مبدل حرارتی فن دار (Dry Cooler)

در این مبدل حرارتی تعدادی لوله‌های رفت و برگشتی قرار گرفته‌اند و پره‎هایی در اطراف آنها وجود دارد که با برقراری جریان هوای خنک حرارت اضافی سیال جاری در داخل لوله‌ها را می‌گیرد.

این مبدل‌ها در سه مدل عمودی، افقی و V شکل هستند. مبدل حرارتی هوا خنک بیشتر در مواقعی مورد استفاده قرار می‌گیرد که شرایط آب‌وهوایی اجازه استفاده از سایر سیستم‌های خنک‌کننده را نمی‌دهد. مثل شرایطی که آلودگی آب بر محیط کار تاثیرگذار باشد یا آب کافی برای استفاده از سیستم‌های آبی وجود نداشته باشد.

کاربرد مبدل‌ حرارتی

انواع مبدل‌های حرارتی از نظر تماس سیال‌ها

مبدل‌های حرارتی از نظر تماس سیال‌ها به دو دسته تماس مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می‌شوند؛

مبدل‌های حرارتی که در آنها سیال‌ها با هم تماس مستقیم ندارند و نباید با هم ادغام شوند شامل؛ مبدل حرارتی لوله‌ای، مبدل حرارتی صفحه‌ای، مبدل حرارتی پوسته و لوله، مبدل حرارتی هوا خنک و مبدل‌های اسپیرال هستند. مبدل‌های حرارتی که در آنها سیال‌ها تماس مستقیم با هم دارند شامل؛ برج‌های خنک‌کن، دی سوپر هیترها و… هستند.

کاربرد مبدل‌های حرارتی

مبدل‌های حرارتی بر اساس قابلیت‌ها و ویژگی‌هایی که دارند، کاربردهای متفاوتی نیز دارند و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه به بررسی کاربرد این مبدل‌ها می‌پردازیم.

  • کاربرد مبدل حرارتی لوله‌ای

این مبدل‌های حرارتی باتوجه‌به طراحی که دارند برای انتقال ظرفیت بالای گرما و حجم کم سیال‌ها یا انتقال ظرفیت کم گرما با حجم بالای سیال‌ها مناسب هستند. برای حجم بالای سیال‌ها باید فضای کافی نیز وجود داشته باشد. این مبدل‌ها در صنایع غذایی و تهویه مطبوع کاربرد زیادی دارند.

  • کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله

این مبدل‌ها جهت سرمایش و گرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرند و به علت انعطاف‌پذیری که در ساختار آنها وجود دارد برای حجم و فشار مختلف سیال‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مبدل‌های حرارتی در صنایع مختلفی مانند کاغذسازی، پتروشیمی، نیروگاه برق، معادن، تبرید و… به کار گرفته می‌شوند.

با مقالات جامع و معتبر تهویه مطبوع لوگرانو همراه باشید:

  1. چیلر
  2. داکت اسپلیت
  3. فن کویل
  4. سیستم VRF
  5. دستگاه هواساز
  6. کولر گازی
  • کاربرد مبدل حرارتی صفحه‌ای

هرکدام از مدل‌های این مبدل حرارتی در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مدل واشردار این مبدل حرارتی در صنایعی مانند موادغذایی همچنین در بازیابی حرارت، HVAC (فناوری‌های مرتبط با گرمایش و تهویه)، ایجاد ارتباز بین ساختمان و شبکه و… مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مدل لحیم‌کاری شده مبدل حرارتی صفحه‌ای نیز برای سیستم سرمایش و گرمایش منطقه‌ای، چیلر، هیت پمپ و… به کار گرفته می‌شود. مدل جوشکاری شده هم در صنایع بزرگی همچون نیروگاه برق، پالایشگاه نفتی و… استفاده می‌شود.

  • کاربرد مبدل حرارتی فن‌دار

این مبدل حرارتی که با نام برج خنک‌کننده مداربسته نیز شناخته می‌شود و برای گرفتن گرما مورد استفاده قرار می‌گیرد در صنایعی مانند صنایع شیمیایی، نفت، گاز، نیروگاه‌های تولید توان، صنایع هیدرولیکی، تبرید، کارخانه‌های مختلف و… به کار گرفته می‌شود.

مبدل حرارتی در صنعت

برای کاهش هزینه‌های مصرف سوخت و صرفه‌جویی در مصرف سوخت از مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود. مبدل‌های حرارتی باعث استفاده حداکثری از انرژی می‌شوند و به همین علت در اکثر صنایع و کارخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

امروزه استفاده بهینه از انرژی تا حدی حائز اهمیت است که بدون استفاده از مبدل‌های حرارتی ادامه کار صنایع امکان‌پذیر نخواهد بود. به‌طورکلی از مبدل حرارتی در صنایع فولاد، تاسیسات و تهویه مطبوع، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، صنایع غذایی، نیروگاه‌های برق و… استفاده می‌شود.

مزایای استفاده از مبدل‌های حرارتی

مبدل‌های حرارتی سیستم‌هایی برای انتقال گرما هستند و از نظر ساختاری به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. این دستگاه‌ها باعث استفاده بهینه از انرژی می‌شوند و میزان مصرف سوخت و انرژی را کاهش می‌دهند و از این جهت مورد استقبال اکثر صنایع قرار گرفته‌اند و تقریباً در همه‌ی صنایع و کارخانه‌ها به کار گرفته می‌شوند.

از مهم‌ترین مزایای مبدل‌های حرارتی می‌توان به صرفه‌جویی در مصرف سوخت و استفاده حداکثری از انرژی اشاره کرد.

مبدل‌های حرارتی راهی برای کاهش مصرف انرژی

در صنایع مختلف یکی از مواردی که اهمیت بالایی دارند، کاهش هزینه‌ها و کاهش مصرف سوخت است. هر صنعتی باتوجه‌به نوع نیاز خود می‌تواند از انواع مبدل‌های حرارتی استفاده کند که بیشترین بازده را داشته باشد و باعث کاهش هزینه‌ها شود.

مبدل‌های حرارتی می‌توانند باعث کاهش مصرف سوخت و انرژی شوند که این موضوع هم از نظر زیست‌محیطی حائز اهمیت است و هم باعث کاهش مصرف انرژی می‌شود. لذا مبدل‌های حرارتی راهی برای کاهش مصرف انرژی هستند.

نتیجه گیری

مبدل‌های حرارتی سیستم‌های انتقال گرما میان دو یا چند سیال هستند و انواع مختلفی دارند. ساده‌ترین نوع مبدل‌های حرارتی از نظر ساختار مبدل‌های حرارتی لوله‌ای هستند.

مبدل‌ها بر اساس ظرفیت انتقال گرما و قابلیت تحمل میزان حجم و فشار سیال‌ها کاربردهای متفاوتی دارند و در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. باتوجه‌به انواع مبدل های حرارتی و کاربرد آنها می‌توان آنها را برای صنایع گوناگون به کار گرفت.

امتیاز دهی به این post

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

13 + نه =