آشنایی با نحوه کار مبدل حرارتی

مبدل حرارتی چیست؟

مبدل حرارتی به دستگاهی گفته می شود که تحت تاثیر اختلاف دمای به وجود آمده بین دو سیال، حرارت را از یک سیال (مایع یا گاز) به سیال دیگر انتقال می دهد. برای اینکه کاملا متوجه موضوع شوید مثال را ذکر خواهیم کرد. به عنوان مثال یک مبدل حرارتی روغن، کار انتقال حرارت روغن داغ به هوا یا آب را انجام می دهد و یا مبدل حرارتی استخر، می تواند کار انتقال گرمای آب داغ بویلر به درون آب استخر (بدون تماس مستقیم دو سیال با هم) را انجام دهد. از جمله مهم ترین و پراستفاده ترین مبدل های حرارتی موجود می توان به نوع هوا خنک ، نوع پوسته و لوله و همچنین نوع صفحه ای اشاره داشته باشیم.

مبدل حرارتی از جمله مهم ترین عناصر موتورخانه و به طور کلی تاسیسات گرمایشی ساختمان محسوب می شود که به طور پیوسته وظیفه تامین آب گرم مصرفی داخل ساختمان را بر عهده دارد. مبدل های حرارتی دارای انواع مختلفی هستند که در ادامه مطلب قصد داریم تا نحوه کار مبدل حرارتی را در انواع مختلف آن مورد بررسی قرار دهیم.

نحوه کار مبدل حرارتی چگونه است؟

همانطور که گفته شد مبدل حرارتی دارای انواع مختلفی است که نحوه کار هر کدام به گونه ای می باشد. در ادامه قصد داریم تا در مورد نحوه کار مبدل حرارتی در دو نوع مختلف آن صحبت کنیم.

نحوه کار مبدل حرارتی صفحه ای

نحوه کار مبدل حرارتی صفحه ای بدین گونه می باشد که یک تعداد plate یا همان صفحه که دارای ضخامت کمی هستند به صورت متوالی قرار گرفته اند و یک فضای خالی میان آنها به وجود می آید. در این سیستم یک لوله مربوط به جریان سیال سرد بوده و لوله دیگر برای سیال گرم در نظر گرفته شده که به صورت یکی در میان به صفحه های مذکور اتصال پیدا می کنند. بدین صورت است که سطح انتقال حرارت بالا رفته و در نتیجه فرآیند انتقال حرارت از طریق دیواره صفحه های میان سیالات انجام می شود. در حال حاضر این نوع مبدل های حرارتی به واسطه نحوه عملکردشان به صورت گسترده ای در صنایع استفاده می شوند.

مزایا و معایب مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل های حرارتی صفحه ای دارای مزایا و معایبی هستند که در ادامه ذکر خواهند شد:

• نحوه کار مبدل حرارتی صفحه ای به گونه ای است که باعث می شود تا سرعت تبادل گرما در این نوع مبدل حرارتی بیشتر از انواع دیگر باشد.
• مبدل های حرارتی صفحه ای به علت اینکه ابعاد کوچک تری را نسبت به مبدل های دیگر دارند و فضای کمتری را اشغال می کنند در نتیجه به زمان کمتری هم جهت تبادل حرارت نیاز خواهند داشت.
• از دیگر مزایایی که استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای دارد می توان به امکان باز کردن و شست و شوی راحت آن اشاره داشت.
• در صورت استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای هیچ ذخیره ای از آب گرم به وسیله مبدل وجود نخواهد داشت و به همین دلیل نیاز به تعبیه یک منبع ذخیره ای برای آنها خواهد بود که این یکی از معایب این نوع مبدل حرارتی می باشد.
• از دیگر معایب این نوع مبدل حرارتی باید به افزایش نسبی هزینه خرید اولیه اشاره داشته باشیم.

نحوه کار مبدل حرارتی پوسته و لوله

نحوه کار مبدل حرارتی پوسته و لوله بدین صورت است که یک سیال از داخل گروهی از لوله ها که همه آنها به یک ورودی و خروجی مشترک متصل هستند عبور کرده و سیال دیگر که دمای آن متفاوت است داخل پوسته ای که لوله ها را احاطه نموده جاری خواهد شد. بدین شکل است که گرما بر اثر اختلاف دمای موجود بین دو سیال و به وسیله دیواره لوله ها، از سمت سیال گرم به سمت سیال سرد انتقال پیدا می کند. بدین صورت بدون هر گونه تماس مستقیم، عمل انتقال گرما میان دو سیال انجام خواهد گرفت. در مسیر حرکت سیال داخل پوسته موانعی به اسم بافل جاسازی می گردد تا حرکتی آشفته به سیال داخل پوسته بدهد تا در نتیجه حرارت بیشتری میان دو سیال منتقل گردد. ضمن اینکه سر و ته لوله ها با استفاده از قطعه ای به اسم تیوب شیت نگه داشته می شود. این نوع سیال به طور گسترده در صنایع گوناگون و برای سیال های مختلف استفاده می شود.

نحوه کار مبدل حرارتی هوا خنک

اگر بخواهیم یک مثال را برای مبدل حرارتی هوا خنک بیاوریم می توانیم رادیاتور خودرو را مثال بزنیم. همانطور که می دانید آب داغ در داخل رادیاتور خودرو جریان دارد که به وسیله هوای دمیده شده توسط فن ماشین خنک می شود. نحوه کار مبدل حرارتی هوا خنک بدین ترتیب است که هوا با سرعت خیلی زیاد از اطراف لوله های پره دار یا فین دار عبور می کند و سیالی که در لوله ها جریان دارد گرمای خود را به هوای محیط خواهد داد. دلیل استفاده کردن از فین یا پره در اطراف لوله ها مربوط به افزایش سطح انتقال حرارت می شود. به طور کلی به مجموعه فین ها و لوله ها کویل گفته می شود. لازم به ذکر است که این نوع مبدل حرارتی در سه نوع افقی، عمودی و V شکل طراحی و تولید می شوند که نحوه کار تمامی آنها شبیه به یکدیگر می باشد.