مبدل حرارتی

اشتراک :

مبدل حرارتی Heat Exchanger

مبدل حرارتی یکی از پرکاربردترین تجهیزات مکانیکی موتورخانه می باشد که برای تبادل حرارت بین دو یا چند سیال استفاده می شود. معمولا در این شرایط سیالات دارای دمایی متفاوت نسبت به یکدیگر هستند. در مبدل ها می تواند هر دو سیال مایع باشد یا مایع با سیال دیگری تبادل دمایی داشته باشد. برای مثال در سیستم های چیلر از دو مبدل حرارتی بصورت همزمان استفاده می شود که یکی برای کاهش دمای گاز مبرد بکار می رود و کندانسور نام دارد و دیگری برای کاهش دمای آب در گردش در فن کویل ها مورد استفاده قرار می گیرد که اواپراتور نام دارد. در مبدل های حرارتی هم می توان بین دو سیال، جداره ای وجود داشته باشد و هم می تواند همانند تبادل حرارت آب در برج های خنک کننده با هوای محیط بصورت مستقیم در تماس باشد. مبدل های حرارتی مورد استفاده در موتورخانه ها، سیستم های برودتی، تهویه مطبوع، گرمایشی و صنایع غذایی و غیره عمدتا در مدل های پوسته و لوله، صفحه ای و دو لوله ای و هواخنک طراحی و ساخته می شوند. این مبدل ها معمولا دارای دو ورودی و دو خروجی می باشند که می توانند با توجه به دبی ورودی و خروجی هم سایز و یا متناسب با دبی ورودی و خروجی هر سیال، دارای سایزهای متفاوتی باشند.

مبدل حرارتی

کاربرد مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی در زمینه های مختلف دارای کاربردهای فراوانی هستند که برخی از آنها به شرح زیر می باشند:

  1. تولید برق در نیروگاه ها
  2. صنایع غذایی و کارخانه های تولید نوشیدنی
  3. پالایشگاه های نفت و گاز و پتروشیمی ها
  4. صنایع داروسازی و پزشکی
  5. تاسیسات گرمایشی، تهویه مطبوع و سردخانه
  6. استخرهای شنا، سونا و جکوزی

انواع مبدل های حرارتی

  • مبدل های دو لوله ای (Double Pipe Heat Exchanger)

این مبدل ها از دو لوله هم مرکز با مقطع دایره که درون هم قرار گرفته اند، ساخته شده است. در مبدل های دولوله ای یکی از سیالات در لوله خارجی و سیال دیگر در لوله داخلی جریان دارد. پارامتر های مهم در این مبدل ها شامل طول، قطر و جنس لوله ها می باشد که قابل تغییر است. در ظرفیت های زیاد مبدل های دولوله ای می توانند بصورت موازی یا سری بسته شوند تا به افت فشار یا دمای مورد نیاز برسند. عمدتا از این مبدل ها در مواردی که سطح تبادل حرارتی کمی نیاز باشد استفاده می شود و از مزایای آنها قیمت مناسب و کاهش ریسک گرفتگی در مبدل می باشد. در این مبدل ها برای دستیابی به سطح تبادل بیشتر، کاهش سرعت جریان و در نتیجه افزایش راندمان، سطح لوله داخلی را بصورت آج دار ساخته می شود. معمولا در مبدل های دو لوله ای جهت جریان دو سیال خلاف جهت یکدیگر می باشد که در شکل نشان داده شده است.

مبدل دو لوله ای

  • مبدل های پوسته و لوله (Shell & Tube Heat Exchanger)

این مبدل ها از پرکاربردترین نوع مبدل های حرارتی می باشند و از دو قسمت اصلی پوسته و لوله های باریک با مقطع دایره تشکیل شده اند. پوسته از جنس آهن یا استیل و لوله ها یا همان تیوب ها از جنس مس ساخته می شوند. معمولا سیال با ویسکوزیته بالاتر یا حاوی مواد جامد در درون پوسته می باشد و سیالات رقیق تر درون لوله ها حرکت می کند. با توجه به تبادل حرارت در مبدل های پوسته و لوله و افزایش تشکیل رسوبات استفاده از سیستم های کاهش سختی در ورودی ها توصیه می گردد. برخی از کاربردهای مبدل های پوسته و لوله شامل کاهش دمای روغن، مولدهای بخار در نیروگاهها، پیش گرمکن ها در پالایشگاهها، مبدل ها در صنایع غذایی و نوشیدنی، تبادل حرارت در سیستم های سرمایشی و گرمایشی می باشد.

مبدل های پوسته و لوله

  • مبدل های صفحه ای (Plate Heat Exchanger)

مبدل های صفحه ای دارای تعدادی پلیت می باشند که بهم متصل شده اند. این مبدل ها در دو نوع جوشی و واشردار طراحی و ساخته می شوند. از مبدل های صفحه ای جوشی معمولا در ظرفیت های پایین و از مبدل های صفحه ای واشردار در ظرفیت های بالا استفاده می شود. پلیت ها در این مبدل ها معمولا از جنس استنلس استیل کی باشند که دارای کانال هایی برای عبور سیال هستند. از مزایای استفاده از متریال استیل می توان به قابلیت تبادل حرارتی خوب و مقاومت بالا در مقابل خورندگی و رسوب پذیری پایین اشاره کرد.
در مبدل های صفحه ای واشردار بین پلیت ها، واشرهایی از جنس لاستیک طبیعی یا EPDM قرار دارد که عملیات آب بندی توسط آنها صورت می گیرد. اتصالات ورودی و خروجی مبدل های صفحه ای می تواند از نوع فلنجی، رزوه ای یا جوشی باشد. معمولا سایز ورودی و خروجی سیال گرم تر به دلیل انبساط از سایز ورودی و خروجی سیال سردتر بزرگ تر است. از مبدل های صفحه ای برای تبادل حرارت بین سیالات بصورت مایع، گاز یا دو فازی استفاده می شود. طراحی مبدل های صفحه ای به گونه ای است که سیال گرم و سرد در صفحات بصورت یک در میان حرکت می کنند.

ساختمان مبدل های صفحه ای

اجزای مبدل های صفحه ای به همراه مسیر حرکت سیال در تصویر نمایش داده شده است.

مسیر حرکت سیال در مبدل صفحه ای

  1. صفحه انتهایی
  2. میله راهنمای پایینی
  3. مهره
  4. واشر
  5. فاصله انداز
  6. پیچ ها
  7. صفحه ها
  8. بلبرینگ
  9. میله راهنمای بالایی
  10. بوش گلویی
  11. صفحه ابتدایی

ساختمان مبدل صفحه ای