مبدل های حرارتی تجهیزاتی هستند که جریان انرژی گرما یی را بین دو یا
چند سیا ل که در دماهای مختلف هستند، فراهم می کنند. انتقا ل گرما در یک مبدل
حرارتی معمولا به صورت انتقال گرمای جابجایی در هر سیا ل و هدایت از طریق دیواره
جداکننده است.
مبدل های حرارتی بر اساس معیار های مختلفی از
قبیل فرایند انتقا ل، هندسه ساختار، آرایش و . . . طبقه بندی می شوند. یکی از
انواع مبد ل های حرارتی مبدل هوایی است که در آن هوا نقش خنک کنندگی را دارد. هر
چند هوا رسانای ضعیفی برای حرارت است ولی حجم زیاد، ارزان در دسترس بودن آن و
همچنین رسوب بسیار کم آن و دیگر عوامل موجب شده است تا امروزه شاهد کاربرد بیشتر
مبد ل های هوایی در صنعت باشیم
.
1- مبدل های حرارتی نوع
Tubular
از جمله این مبدل ها می توان به انواع پوسته و
لوله، Heat pipe, Double
pipe-Air cooler اشاره نمود. مبدل حرارتی پوسته – لوله (shell-and-tube) متداولترین مبدل در صنعت می باشد.
مبدل های حرارتی پوسته ولوله ای، از لوله های
با مقطع دایره ای که در پوسته های استوانه ای بزرگ نصب شده اند، ساخته می شوند به
طوری که محور لوله ها موازی با محور پوسته است. این مبدل های حرارتی به صورت وسیعی
به عنوان خنک کن های روغن، چگالنده ها و پیش گرمکن ها در نیروگاهها، و به عنوان
مولدهای بخار در نیروگاههای هسته ای و در کاربردهای صنایع فرایندی و شیمیایی
استفاده می شوند. یک سیال، از داخل لوله ها و سیال دیگر، در سمت پوسته به صورت
متقاطع با لوله ها و یا در طول آنها جریان می یابد.
در مبدل های حرارتی پوسته و لوله ای دارای
دیوارک(صفحات هدایت کننده جریان) . جریان سمت پوسته به صورت متقاطع با لوله ها در
بین دو دیوارک مجاور جهت داده می شود و در حالی که از
فاصله مابین دو دیوارک به فاصله بعدی منتقل می
شود، موازی با لوله ها، جهت می یابد. بسته به کاربرد مبدل های حرارتی پوسته ولوله
ای، تفاوت زیادی در شکل و ساختمان آنها وجود دارد.
2- کولر های هوایی
کولر های هوایی، مبدل هایی هستند که در آنها
سیال فرآیندی با جریان هوا خنک می‌شود. در این مبدل ها بخارات گرم درون مجموعه ای
از لوله ها که به صورت افقی کنار هم قرار گرفته اند توزیع می شود. جداره خارجی
لوله ها به پره مجهز شده است تا سطح انتقال حرارت بین سیال داخل لوله ها با هوای
خنک افزایش یابد. این مبدل ها از نظر شکل جریان، از نوع متقاطع می باشند که جریان
هوای لازم برای خنک کردن سیال داخل لوله ها به وسیله یک فن تامین می شود . اگر این
فن بالای لوله ها قرار گیرد به آن مکشی و اگر پایین لوله ها قرار گیرد به آن دمشی
گویند . نوع مکشی به علت ایجاد توزیع یکنواخت جریان هوا بازدهی بیشتری دارد. در
نوع مکشی اگر موتور گرداننده نیز به همراه فن در بالای لوله ها قرار گیرد به علت
قرار گرفتن در معرض هوای گرم زودتر مستهلک می شود. برای رفع این مشکل می توان نیرو
را با استفاده از شفت به فن تبدیل نمود و موتور را در محل مناسب تری قرار داد.
3- مبدل های حرارتی دو
لوله ای
مبدل دو لوله ای ساده ترین نوع مبدل حرارتی می
باشد. این مبدل از دو لوله تشکیل شده که یکی در درون دیگری قرار گرفته است . یک
سیال در درون لوله کوچکتر و و سیال دیگر در پیرامون آن حرکت می کند. بدین ترتیب
انتقال حرارت بین دو سیال صورت می گیرد. در این مبدل می توان جریان ها را در خلاف
جهت یکدیگر به حرکت درآورد و حالت کاملا" غیر همسو را که ایده آل ترین نوع
جریان است بوجود آورد. میزان انتقال حرارت در این مبدل نسبت به مبدل های دیگر
پایین است و در صورتیکه شار بالایی از انتقال حرارت مورد نیاز باشد باید از تعداد
زیادی از این مبدل ها به طور موازی استفاده کرد که این موضوع از لحاظ اقتصادی
مقرون به صرفه نمی باشد. اما در شرایطی که سطح انتقال حرارت کمی مورد نیاز باشد و
یا مواد شدیدا" رسوب زا باشند می توان از این مبدل با آرایش های خاص استفاده
کرد زیرا تمیز کردن و تعویض کردن قطعات این مبدل در واحد های تولید پلی اتیلن و
پلی پرو پیلن برای خنک کردن پلیمر خروجی از راکتورها بکار می رود.
4- مبدل های حرارتی
حلزونی
مبدل حلزونی از دو صفحه فلزی تشکیل شده که به
صورت مارپیچ دور هم قرار گرفته اند. سیالات در فضای بین این صفحات حرکت می کنند و
عملیات انتقال حرارت از طریق این صفحات انجام می گیرد. در مقایسه با انواع دیگر
مبدل، این مبدل به خاطر شکل خاص صفحات، حجم کمتری را اشغال می کند و انحنای مسیر
حرکت سیال علاوه بر افت فشار پایین، ضریب انتقال حرارت بالایی را فراهم می سازد.
همچنین در هر دو مسیر امکان تشکیل رسوب کمتر شده و در نتیجه دارای دوره تعمیراتی
طولانی تری می باشد. با توجه به شکل خاص مبدل، باز و بسته کردن مبدل برای تمیز
کردن نیاز به زمان و انرژی زیادی دارد. از این مبدل در واحد PVC بندرامام استفاده می شود.
5- مبدل حرارتی فشرده
نوع خاصی از مبدل های حرارتی وجود دارند که
نسبت سطح تبادل حرارت بر واحد حجم آنها زیاد است (بزرگتر از 700m2/m3). این نوع مبدل ها که به مبدل های حرارتی فشرده معروفند شامل مجموعه
فشرده ای از لوله ها یا سطوح تخت پره دار هستند. این نوع مبدل ها معمولا"
وقتی بکار می روند که حداقل یکی از دو سیال، گاز باشد. در نتیجه ضریب انتقال حرارت
آن کوچک است. لوله ها ممکن است تخت یا دایره ای باشند. مبدل های حرارتی با صفحات
موازی ممکن است پره دار و یا با ورقه های کرکره ای باشند. سطح مقطع جریان در مبدل
های حرارتی فشرده معمولا" کوچک بوده و جریان غالبا" آرام است.
6- مبدل های حرارتی صفحه ای
مبدل صفحه ای از صفحات نازک فلزی تشکیل شده که
با فاصله نزدیک به هم در حدود 3 تا 6 میلی متر به یکدیگر متصل شده اند و در سیال
مبادله کننده حرارت به صورت یک در میان در فواصل صفحات جریان پیدا می کنند. برای
اتصال صفحات می توان آنها را به هم پیچ کرده و یا از اتصال لحیمی استفاده نمود. در
صورتی که از اتصال پیچی استفاده شود باید بین این صفحات gasket هایی قرار داد تا از نشت سیالات
جلوگیری به عمل آید. اگر از اتصال لحیمی استفاده شود حجم مبدل کاهش می یابد، اما
در عوض مقاومت آن در برابر فشار و خوردگی نیز کاهش می یابد. دو سیال از سوراخ هایی
که در در گوشه صفحات قرار گرفته از صفحه ای به صفحه دیگر منتقل می شوند. روی صفحات
خطوط برجسته ای قرار دارد که در میزان انتقال حرارت تاثیر بسزایی دارد.
مزایا و معایب مبدل های صفحه ای نسبت به مبدل های حرارتی پوسته و لوله ای چیست؟