فهرست موضوعات
مقدمه
مبدل های حرارتی بر پایه ی تبادل گرما بین دو سیال کار میکنند و یکی از تجهیزات مهم و پرکاربرد در موتورخانه ها به شمار می آیند. در این سیستم دو سیال با دمای متفاوت (که میتوانند هر دو مایع و یا مایع و گاز باشند) از کنار هم عبور داده میشوند و انتقال حرارت بین آنها صورت میگیرد. برای مثال در چیلرها از یک مبدل حرارتی برای خنک کردن گاز مبرد، و از یک مبدل دیگر برای کاهش دمای آب گردشی در فن کویل ها استفاده میشود. مبدل های حرارتی متداول در انواع پوسته و لوله، دو لوله ای، صفحه ای و یا بصورت هوا خنک ساخته میشوند. در سه نوع اول، بین دو سیال یک جداره فلزی معمولا از جنس ورق استیل و به طور خاص ورق استیل 321 وجود دارد که مقاومت بالایی در برابر خوردگی در مقابل سیالات خورنده دارد. با توجه به وجود عناصر آلیاژی نیکل و کروم در این فولاد، قیمت ورق استیل 321 از سایر گرید های استیل بالاتر میباشد. در مقابل، در مبدل های حرارتی هوا خنک، دو سیال در تماس مستقیم با یکدیگر قرار داشته و از این رو راندمان بالایی دارند. در این نوع مبدل ها دو سیالی که در تماس باهم قرار میگیرند غیر قابل اختلاط در هم میباشند.
اکثر مبدل های حرارتی مورد استفاده در صنعت دارای جداره¬ای بین دو سیال هستند. بسته به ماهیت سیال، فشار، دما، ضریب هدایت حرارتی مورد نیاز و سایر پارامترهای فرایند، مبدل های حرارتی از مواد مختلفی مانند ورق استیل 321، تیتانیوم، اینکونل، هستلوی، مونل و کاپرونیکل ساخته میشوند. از میان مواد ذکر شده در بالا، قیمت ورق استیل 321 کمتر بوده و از این رو برای کاربردهای معمول، مبدل های حرارتی از ورق استیل ساخته می شوند. از ویژگی های مبدل های حرارتی استیل میتوان به پایداری در دماهای بالا، عدم ایجاد رسوب و آلاینده ها در اثر خوردگی، پایداری ضریب هدایت حرارتی در دماهای بالا و همچنین در دسترس بودن آنها اشاره کرد.
انواع مبدل های حرارتی رایج در صنعت
1- مبدل های حرارتی پوسته و لوله
این مبدل ها از پرکاربردترین نوع مبدل های حرارتی در صنایع مختلف می باشند و متشکل از لوله های باریکی هستند که داخل یک پوسته ی اصلی قرار گرفته اند.زمانیکه دو سیال مختلف وارد مبدل حرارتی می¬شوند تبادل حرارتی بین سیال عبوری از داخل لوله ها و سیال عبوری از پوسته صورت میگیرد. معمولا سیالات رقیق تر، با ویسکوزیته ی کمتر و فاقد ذرات جامد از درون لوله ها، که دارای سطع مقطع کوچکی هستند، عبور داده میشود تا از تشکیل رسوب داخل آنها جلوگیری شود. از این نوع مبدل ها برای تیبادل حرارت در سیستم های گرمایشی و سرمایشی، مولدهای بخار در نیروگاه ها و در صنایع غذایی استفاده میشود.
2- مبدل های لوله ای
این مبدل ها بصورت دو لوله با سطح مقطع دایره ای هم مرکر ساخته میشوند. قطر یک لوله کوچکتر بوده و درون لوله ی دوم قرار میگیرد. دو سیال با عبور از لوله ی داخلی و خارجی با یکدیگر تبادل حرارتی انجلم میدهند. از پارامترهای مهم در طراحی این مبدل ها طول، قطر و همچنین جنس لوله ها است. تبادل حرارتی در این نوع مبدل ها نسبتا پایین است و به دلیل طراحی ساده تر امکان گرفتگی لوله ها نیز پایین تر میباشد. برای افزایش راندمان، جهت حرکت دو سیال در لوله داخلی و بیرونی را مخالف هم قرار میدهند. علاوه بر این، با آجدار کردن سطح لوله داخلی، سرعت حرکت سیال کاهش یافته و انتقال حرارت بیشتری انجام میشود که منجر به راندمان بالاتر مبدل میشود.
3- مبدل های صفحه ای
مبدل های صفحه ای از تعدادی پلیت متصل به هم ساخته میشوند که معمولا برای راندمان بالاتر صفحات بصورت موجدار ساخته میشوند. در بین صفحات بصورت یکی در میان سیال گرم و سرد جریان دارد. کانال های جرین در این مبدل ها بسیار کوچک هستند و به همین دلیل افت فشار و انتقال حرارت در این سیستم ها بالا میباشد. از مبدل های صفحه ای برای فشارهای کمتر از 25 بار استفاده میشود و همانند مبدل های لوله ای دوسیال در جهت مخالف هم حرکت میکنند و معمولا سایز ورودی و خروجی سیال گرم بزرگتر از سیال سرد است.
مبدل های صفحه ای برای خنک کاری هوا و گازهای دیگر و همچنین سیالاتی با ویسکوزیته بالا مناسب نیستند. زیرا فاصله باریک بین صفحات، توربولانس و افت فشار قابل ملاحظه ای ایجاد میکند. از این رو این سیستم ها برای کندانس یا تبخیر نیز ناکارامد به شمار می آیند. کاربرد این مبدل ها به دلیل تعمیرات و نگهداری و تمیزکاری آسان بسیار گسترده میباشد. یکی از مزایای مهم این مبدل ها قابلیت استفاده از انواع مواد برای ساخت آنهاست. برای مثال در مواردی که سیال خورندگی بالایی داشته باشد، میتوان از موادی مثل تیتانیوم برای ساخت صفحات استفاده کرد.
4- مبدل های هوا خنک
در این مبدل ها سیال فرایندی به کمک جریان هوا خنک می شود. مبدل در ارتفاع بالاتری از سطح زمین نصب میشود که امکان انتقال هوا وجود داشته باشد. هوای لازم از طریق فن که میتواند از نوع مکشی یا دمشی در مسیر سیال قرارگرفته باشد تامین و انتقال حرارت لازم را انجام میدهد.
