انواع مبدل های حرارتی
مبدل حرارتی ، دستگاهی است که برای انتقال حرارت میان دو سیال متفاوت به کار می رود. درحقیقت مبدل حرارتی ابزاری است که به وسیله آن می توان یک سیال گرم یا سرد نمود که این کار از طریق تماس غیرمستقیم دو سیال اتفاق می افتد. با توجه به تنوع و گستردگی این ابزار قصد داریم تا در ادامه انواع مبدل های حرارتی را مورد بررسی قرار دهیم.
انواع مبدل های حرارتی جزو حیاتی ترین تجهیزات هر صنعت محسوب می شوند، زیرا بسیاری از فرآیندهای صنعتی به واسطه انتقال حرارتی این مبدل ها صورت می گیرند. سیالاتی که باید انتقال حرارت بین آن ها انجام شود در مبدل های حرارتی، از یکدیگر مجزا هستند و در دو فضای جداگانه جریان دارند اما در برخی از مبدل های حرارتی، دو سیال با هم در تماس هستند.
آشنایی با انواع مبدل های حرارتی
انواع مبدل های حرارتی بر اساس معیارهای مختلفی از جمله آرایش جریان، نوع و سطح تماس سیال ها و همچنین ساختار دسته بندی می شوند که در ادامه مهم ترین آنها را بررسی خواهیم کرد.
به طور کلی انواع مبدل حرارتی در فرآیندهای تهویه مطبوع، خنک سازی یا گرم نمودن سیالات در فرآیندهای پالایشگاهی، کارخانه های تولید مواد شیمیایی، پروژه های پتروشیمی، فرآیند تولید گاز طبیعی و سیستم های پیش تصفیه و تصفیه فاضلاب ها و پساب های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. یک مثال ساده و رایج برای آشنایی با نحوه عملکرد انواع مبدل های حرارتی، سیستم خنک سازی رادیاتور موتورهای احتراقی است. مبدل های حرارتی در انواع مختلف ساخته می شوند و هر یک برای استفاده در یک شرایط خاص طراحی شده اند. در این مطلب قصد داریم انواع مبدل های حرارتی را به اختصار توضیح دهیم.
انواع مبدل های حرارتی
آشنایی با انواع مبدل های حرارتی در صنایع
مبدل های حرارتی با دو لوله، رایج ترین و ساده ترین نوع مبدل حرارتی هستند که در صنایع کوچک استفاده می شود. ساختار این مبدل ها بسیار ساده هستند به همین دلیل از این مبدل ها برای کاربردهای آموزشی دانشجویان و کارآموزان صنعتی برای تدریس اصول مبدل حرارتی استفاده می شود. اساس کار این نوع مبدل دقیقاً اصول مورد استفاده در تمام انواع مبدل های حرارتی می باشد.
مبدل حرارتی پوسته لوله (Shell and tube heat exchanger)
مبدل حرارتی پوسته لوله، نوعی از مبدل های حرارتی است که تعداد بالایی از لوله ها تشکیل شده است و داخل یک استوانه قرار گرفته اند. این لوله ها در دو حالت تیوب باندل یا تیوب استک در کنار هم قرار می گیرند و میله ها در هر دو صورت در محل خود ثابت می باشند. یک پوسته خارجی، تمام لوله های مبدل را احاطه کرده است. دسته ای لوله های داخل این مبدل شامل سیالی است که باید عملیات خنک سازی یا گرم کردن بر روی آن ها انجام شود و پوسته مبدل حاوی سیالی است که در هنگام عبور از روی لوله های داخل مبدل، انتقال حرارت را انجام می دهد. در این نوع مبدل یکی از سیال ها از داخل لوله ها عبور نموده و سیال دوم در داخل مبدل به شکل عمود بر سیال اول حرکت خواهد کرد. مبدل حرارتی پوسته لوله عموماً برای استفاده در فرآیندهای تحت فشار مناسب هستند.
مبدل حرارتی دو لوله ای (Two-Pipe heat exchanger)
مبدل حرارتی لوله ای نیز همچون مبدل حرارتی پوسته و لوله در دسته مبدل های لوله ای قرار می گیرد. این مبدل ساده که اصطلاحا مبدل سنجاق سری نیز نامیده می شود از دو لوله به شکل حرف U تشکیل یافته که هم محور نیز می باشند. در این نوع مبدل یکی از سیال ها از مجاری میان دو لوله و سیال دوم از داخل لوله حرکت می کنند و عمل انتقال گرما بدین صورت انجام می شود.
مبدل حرارتی صفحه ای (Plate heat exchanger)
یکی دیگر از انواع مبدل های حرارتی، مبدل حرارتی صفحه ای نام دارد؛ این نوع مبدل ها از لحاظ عملکردی دارای شباهت زیادی به مبدل های پوسته و لوله هستند اما در مبدل های حرارتی صفحه ای به جای استفاده از لوله از تعداد زیادی صفحه به منظور تبادل حرارت بهره گرفته می شود. این مبدل ها از یک سری صفحات نازک تشکیل شده اند که در فاصله های معین به صورت مجزا از هم قرار گرفته اند. صفحات این مبدل ها دارای سطح تماس وسیع هستند و حجم کمی از سیال از آن ها عبور می کند. . این صفحات به طور معمول بر مبنای نوع کاربرد و سیالی که میان آنها جریان دارد به دو گونه واشردار و جوشی تقسیم می شوند. افزایش سطح تماس برای انتقال حرارت در سیالات و بازدهی بالا، مهم ترین مزیت مبدل حرارتی صفحه است. این نوع مبدل ها در صنایع مختلف از جمله صنایع مواد غذایی دارای کاربردهای زیادی می باشند.
مبدل حرارتی صفحه پوسته (Plate and shell heat exchanger)
مبدل حرارتی صفحه پوسته متشکل از صفحاتی برای انتقال حرارت در سیالات است؛ این نوع مبدل بر اساس فناوری مبدل های حرارتی پوسته لوله ساخته می شوند. در این مبدل، صفحات دایره ای به پوسته اصلی جوش داده می شوند؛ مرکز انتقال حرارت داخل پوسته از این صفحات تشکیل میشود.
مبدل حرارتی با چرخه آدیاباتیک (Adiabatic wheel heat exchanger)
مبدل حرارتی با چرخه آدیاباتیک اغلب برای موارد استفاده می شود که نگهداری حرارت در سیال، مورد نظر باشد؛ در این صورت حرارت سیال هدر نمی رود اما در هنگام خروج سیال از انتهای مبدل، این حرارت آزاد می شود. چرخه حرارتی بدون اتلاف گرما، اساس کار انتقال حرارت آدیاباتیک در مبدل است.
مبدل حرارتی صفحه ای پره دار (Plate fin heat exchanger)
یکی از انواع مبدل های حرارتی، مبدل حرارتی صفحه ای پره دار است. در ساخت این نوع مبدل ها از یک سری صفحات با ابعاد معین به شکل پره استفاده می شود که به صورت در هم پیچیده نصب می شوند؛ این نوع آرایش در مبدل های پره دار باعث افزایش راندمان و بازدهی انتقال حرارت می شود.
مبدل حرارتی صفحه بالش (Pillow plate heat exchanger)
مبدل حرارتی صفحه بالش، رایج ترین مبدل حرارتی برای صنایع لبنی است. از این مبدل برای خنک سازی شیر در تانک های استنلس استیل استفاده می شود. این مبدل، تماس سطح مخزن حاوی شیر را خنک می کند.
مبدل حرارتی پره ای یا هوا خنک(Blade heat exchanger or cool air)
مبدل حرارتی پره ای یا هوا خنک از دیگر انواع مبدل های حرارتی می باشد که به طور معمول در مناطقی که تامین آب جهت سرمایش پرهزینه بوده و یا امکان پذیر نباشد مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع مبدل حرارتی بر مبنای انتقال گرما بین هوا و سیال کار می کند. در واقع در این نوع مبدل، گرما از یک سیال گرفته شده و سپس به هوا داده می شود.
ترجمه از ویکی پدیا