مبدل حرارتی یک وسیله صرفه جویی در انرژی است که گرما را بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف انتقال می دهد. برای گرمایش منطقه بزرگ، وجود مبدل حرارتی ضروری است.
با توجه به روش انتقال حرارت مبدل حرارتی، مبدل حرارتی را می توان به سه دسته تقسیم کرد:
مبدل حرارتی تماس مستقیم که مبدل حرارتی هیبریدی نیز نامیده می شود، وسیله ای است که در آن سیالات سرد و گرم در تماس مستقیم بوده و حرارت را مبادله می کنند. معمولاً دو سیال در تماس مستقیم گاز و مایع با فشار تبخیر کمتر هستند.
اصل کار مبدل حرارتی ذخیره انرژی استفاده از هدایت حرارتی مواد جامد است. به طور خاص، محیط گرما ابتدا ماده جامد را تا دمای معینی گرم می کند و محیط سرد سپس از ماده جامد گرما می گیرد. از طریق این فرآیند، انتقال حرارت می تواند محقق شود. ;
مبدل حرارتی دیوار پارتیشن همچنین از رسانش حرارت واسطه استفاده می کند و رسانه های سرد و گرم توسط یک دیوار جداکننده جامد از هم جدا می شوند و گرما را از طریق دیوار پارتیشن تبادل می کنند. برای شرکت های گرمایشی، مبدل های حرارتی دیوار پارتیشن بیشترین استفاده را دارند. با توجه به ساختارهای مختلف، می توان آن را به مبدل های حرارتی لوله، مبدل های حرارتی صفحه ای و مبدل های حرارتی لوله های حرارتی نیز تقسیم کرد.
1
مبدل حرارتی پوسته و لوله
به مبدل های حرارتی پوسته و لوله، مبدل های حرارتی پوسته و لوله نیز گفته می شود. این یک مبدل حرارتی دیواری پارتیشنی است که از دیواره دسته لوله محصور در پوسته به عنوان سطح انتقال حرارت استفاده می کند. این نوع مبدل حرارتی ساختار نسبتاً ساده و عملکرد قابل اعتمادی دارد. این می تواند از مواد ساختاری مختلف (عمدتا مواد فلزی) ساخته شود و در دمای بالا و فشار بالا قابل استفاده است. در حال حاضر پرکاربردترین نوع آن است.
مبدل حرارتی پوسته و لوله
با توجه به اقدامات جبرانی اتخاذ شده، مبدل های حرارتی پوسته و لوله را می توان به چهار نوع تقسیم کرد: مبدل های حرارتی لوله ثابت، مبدل های حرارتی سر شناور، مبدل های حرارتی لوله U و مبدل های حرارتی جعبه پرکننده.
2
مبدل حرارتی ورق لوله ثابت
مبدل حرارتی لوله ورق ثابت نوعی مبدل حرارتی پوسته و لوله است. ورق های لوله در دو سر مبدل حرارتی ورق لوله ثابت با جوشکاری به پوسته متصل می شوند و عمدتاً از پوسته، ورق لوله، دسته لوله، پوشش بالایی (سر) و سایر اجزا تشکیل شده اند.
مبدل حرارتی ورق لوله ثابت
مزایای مبدل های حرارتی لوله ورق ثابت عبارتند از:
◆ساختار ساده.
◆در همان قطر پوسته، تعداد لوله ها بزرگترین و دور زدن کمترین است.
◆هر لوله تبادل حرارتی قابل تعویض است و داخل لوله به راحتی تمیز می شود.
معایب مبدل های حرارتی لوله-ورق ثابت عبارتند از:
◆ سمت پوسته را نمی توان به صورت مکانیکی تمیز کرد.
◆ هنگامی که اختلاف دما بین لوله تبادل حرارتی و پوسته بزرگ باشد (بیشتر از 50 درجه)، تنش اختلاف دما ایجاد می شود. راه حل این است که یک اتصال انبساط بر روی پوسته نصب کنید، بنابراین فشار روی پوسته به دلیل محدودیت استحکام درز انبساط نمی تواند خیلی زیاد باشد.
◆ فقط برای مواقع کاری مناسب است که سیال تمیز است و به راحتی قابل مقیاس نیست و اختلاف دما بین دو سیال کم است یا اختلاف دما زیاد است اما فشار سمت پوسته زیاد نیست.
3
مبدل حرارتی سر شناور
مبدل حرارتی سر شناور نوعی مبدل حرارتی پوسته و لوله است. دارای یک انتهای صفحه لوله است که به پوسته متصل نیست و می تواند آزادانه در جهت محوری شناور شود. به آن سر شناور نیز می گویند. سر شناور از یک صفحه لوله شناور، یک حلقه قلاب و یک پوشش انتهایی سر شناور تشکیل شده است که یک اتصال جداشدنی است و بسته نرم افزاری لوله را می توان از پوسته بیرون کشید.
مبدل حرارتی سر شناور
مزایای مبدل های حرارتی سر شناور عبارتند از:
◆اگر اختلاف دما بین لوله تبادل حرارتی و پوسته وجود داشته باشد، یعنی زمانی که پوسته یا لوله تبادل حرارتی منبسط شود، تنش اختلاف دما وجود نخواهد داشت.
◆ بسته نرم افزاری لوله را می توان از بدنه بیرون کشید، که برای تمیز کردن داخل و بین لوله ها راحت است.
معایب مبدل های حرارتی سر شناور عبارتند از:
◆ ساختار پیچیده، مقدار زیادی از مواد و هزینه بالا.
◆اگر مهر و موم بین پوشش سر شناور و ورق لوله شناور محکم نباشد، نشتی داخلی رخ می دهد و در نتیجه این دو رسانه با هم مخلوط می شوند.
4
مبدل حرارتی لوله U
مبدل حرارتی لوله U شکل نوعی مبدل حرارتی پوسته و لوله است که از صفحات لوله، پوسته ها، دسته های لوله و سایر اجزا تشکیل شده است. هر لوله مبدل حرارتی U-tube به شکل U خم می شود و ورودی و خروجی به ترتیب در دو طرف ورق لوله مشابه نصب می شوند. سر توسط یک پارتیشن به دو محفظه تقسیم می شود، به طوری که هر لوله می تواند آزادانه منبسط و منقبض شود. ، بدون توجه به سایر لوله ها و محفظه ها.
مبدل حرارتی لوله U
مزایای مبدل های حرارتی U-tube عبارتند از:
◆ بسته نرم افزاری لوله می تواند آزادانه بدون در نظر گرفتن تنش اختلاف دما شناور شود و می تواند در مواردی با اختلاف دما زیاد استفاده شود.
◆ فقط یک صفحه لوله، فلنج های کمتر، نقاط نشتی کمتر و ساختار ساده دارد.
◆ مبدل حرارتی لوله U شکل در عملکرد قابل اعتماد و کم هزینه است.
معایب مبدل های حرارتی U-tube عبارتند از:
◆تمیز کردن داخل لوله مشکل است. از آنجایی که لوله باید شعاع خمشی خاصی داشته باشد، میزان استفاده از ورق لوله کم است.
◆فاصله بین لولهها در درونیترین لایه بستهبندی لوله بزرگ است و طرف پوسته اتصال کوتاه آسان است. هنگامی که سرعت جریان در لوله بیش از حد بالا باشد، باعث فرسایش جدی در بخش خم لوله U شکل می شود و عمر مفید آن را تحت تأثیر قرار می دهد.
◆اگر لوله داخلی آسیب دیده باشد، نمی توان آن را تعویض کرد، بنابراین میزان ضایعات بالاست.
5
مبدل حرارتی اسپری
مبدل حرارتی اسپری نوعی مبدل حرارتی لوله ای است که لوله های تبادل حرارتی را به صورت ردیفی بر روی قاب فولادی ثابت می کند، سیال داغ در لوله ها جریان می یابد و آب خنک کننده به طور یکنواخت از دستگاه اسپری بالایی به پایین ریخته می شود، بنابراین کولر اسپری نیز نامیده می شود. قسمت بیرونی لوله مبدل حرارتی اسپری لایه ای از فیلم مایع با درجه تلاطم بالا است و ضریب انتقال حرارت در خارج از لوله بسیار بزرگتر از مبدل حرارتی غوطه ور است. علاوه بر این مبدل حرارتی اسپری بیشتر در محل گردش هوا قرار می گیرد و تبخیر آب خنک کننده نیز بخشی از گرما را می گیرد که می تواند دمای آب خنک کننده را کاهش داده و نیروی محرکه انتقال حرارت را افزایش دهد. . در مقایسه با مبدل حرارتی غوطه وری، اثر انتقال حرارت مبدل حرارتی اسپری بسیار بهبود یافته است.
مبدل حرارتی اسپری
مزایای مبدل های حرارتی اسپری عبارتند از:
◆ ساختار ساده و کم هزینه.
◆ می تواند دمای آب خنک کننده را کاهش دهد و نیروی محرکه انتقال حرارت را افزایش دهد.
◆ می تواند فشار بالا را تحمل کند.
◆ آسان برای نگهداری و تمیز کردن، الزامات کیفیت آب پایین.
معایب مبدل های حرارتی اسپری عبارتند از:
◆ پاشش ناهموار آب خنک کننده بر اثر انتقال حرارت تأثیر می گذارد.
◆ فقط در فضای باز قابل نصب است.
6
مبدل حرارتی لوله
مبدل حرارتی پوششی نوعی مبدل حرارتی لوله ای است که یک پوشش دایره ای متحدالمرکز است که توسط دو لوله استاندارد با اندازه های مختلف به هم متصل می شود. قسمت بیرونی سمت پوسته و قسمت داخلی آن سمت لوله نامیده می شود. دو رسانه مختلف می توانند در جهت معکوس (یا در یک جهت) در سمت پوسته و سمت لوله برای رسیدن به اثر تبادل گرما جریان داشته باشند. مبدل های حرارتی لوله و لوله معمولاً از یک پوسته (شامل یک پوسته داخلی و یک پوسته بیرونی)، یک زانویی U شکل، یک جعبه پرکننده و موارد مشابه تشکیل شده است.
مبدل حرارتی لوله
مزایای مبدل های حرارتی پوششی عبارتند از:
◆ ساختار ساده، قادر به مقاومت در برابر فشار بالا.
◆منطقه انتقال حرارت را می توان با توجه به نیازها افزایش یا کاهش داد که برای استفاده راحت است.
معایب مبدل های حرارتی پوششی عبارتند از:
◆ اتصالات زیادی بین لوله ها وجود دارد که به راحتی نشت می کنند.
◆ مساحت کف بزرگ و مصرف فلز زیاد در واحد سطح انتقال حرارت.
7
مبدل حرارتی روکش دار
مبدل حرارتی ژاکت دار نوعی مبدل حرارتی صفحه ای است که با نصب ژاکت بر روی دیواره بیرونی ظرف ساخته می شود و ساختاری ساده دارد. اما سطح گرمایش آن توسط دیواره ظرف محدود شده است و ضریب انتقال حرارت بالا نیست. به منظور بهبود ضریب انتقال حرارت و گرم شدن یکنواخت مایع درون کتری، می توان یک همزن را در کتری نصب کرد. هنگامی که آب خنک کننده یا عامل گرمایش بدون تغییر فاز به داخل ژاکت وارد می شود، می توان بافل های مارپیچی یا سایر اقدامات برای افزایش تلاطم را نیز در ژاکت تنظیم کرد تا ضریب انتقال حرارت در یک طرف ژاکت افزایش یابد. به منظور جبران کمبود سطح انتقال حرارت، می توان کویل هایی را نیز در داخل کتری نصب کرد. مبدل های حرارتی روکش دار به طور گسترده برای گرم کردن و خنک کردن فرآیندهای واکنش استفاده می شوند.
مبدل حرارتی روکش دار
مزایای مبدل های حرارتی روکش دار عبارتند از:
◆ساختار ساده.
◆ آسان برای پردازش.
معایب مبدل های حرارتی روکش دار عبارتند از:
◆ منطقه انتقال حرارت کوچک و راندمان انتقال حرارت کم.
8
مبدل حرارتی صفحه مارپیچ
مبدل حرارتی صفحه مارپیچی نوعی مبدل حرارتی صفحه ای است که از دو صفحه فلزی موازی ساخته شده است که دو کانال مارپیچی متحدالمرکز را در داخل تشکیل می دهد. یک پارتیشن در مرکز مبدل حرارتی برای جدا کردن کانالهای مارپیچی تنظیم میشود و یک ستون فاصله بین دو صفحه جوش داده میشود تا فاصله کانالها حفظ شود.
مبدل حرارتی صفحه مارپیچ
مزایای مبدل های حرارتی صفحه مارپیچی عبارتند از:
◆ضریب انتقال حرارت بالا.
◆ مقیاس و مسدود کردن آسان نیست.
◆قابلیت استفاده از منبع گرما با دمای پایین تر.
◆ ساختار فشرده.
معایب مبدل های حرارتی صفحه مارپیچی عبارتند از:
◆فشار و دمای عملیاتی نباید خیلی زیاد باشد.
◆تعمیر اساسی آسان نیست.
9
مبدل حرارتی لوله حرارتی
لوله حرارتی با پر کردن مقدار مشخصی از مایع کاری خاص در یک لوله فلزی مهر و موم شده تشکیل می شود که گاز غیر قابل تراکم را حذف می کند. مایع کار گرما را در انتهای داغ جذب می کند و می جوشد و تبخیر می شود. بخار تولید شده به سمت انتهای سرد جریان می یابد تا متراکم شود و گرمای نهان آزاد شود. میعانات به انتهای داغ باز می گردد و دوباره می جوشد و بخار می شود. این چرخه تکرار می شود و گرما به طور مداوم از انتهای گرم به انتهای سرد منتقل می شود.
مبدل حرارتی لوله حرارتی
مزایای مبدل های حرارتی لوله های حرارتی عبارتند از:
◆ ساختار ساده، عمر طولانی و عملکرد قابل اعتماد؛
◆ هدایت حرارتی بسیار بالا و خاصیت همدما خوب.
◆منطقه انتقال حرارت در دو طرف طرف سرد و گرم را می توان خودسرانه تغییر داد، می تواند گرما را در فاصله طولانی منتقل کند و دما را کنترل کند.
معایب آن عبارتند از:
◆ مقاومت در برابر اکسیداسیون ضعیف و مقاومت در برابر درجه حرارت بالا.
اقدامات احتیاطی برای استفاده از مبدل حرارتی:
◆شبکه لوله را تمیز نگه دارید. چه قبل از کار باشد و چه پس از اتمام کار، شبکه لوله باید تمیز شود تا مبدل حرارتی مسدود نشود. علاوه بر این باید به نظافت دستگاه و فیلتر ضد عفونی کننده توجه شود تا کل کار تبادل حرارت به آرامی انجام شود.
◆آب نرم شده را به شدت کنترل کنید. قبل از پردازش محیط گرمایش، کیفیت آب را در سیستم و مخزن نرم کننده بررسی کنید و پس از تایید کیفیت آب، آن را تزریق کنید.
◆ سیستم جدید را تست کنید. برای سیستم جدید، نمی توان آن را به طور متناوب با مبدل حرارتی بلافاصله مورد استفاده قرار داد، اما سیستم جدید باید در یک بازه زمانی مشخص راه اندازی شود و مبدل حرارتی تنها پس از اتمام آزمایش عملکرد می تواند در سیستم گنجانده شود. هدف از این کار جلوگیری از آسیب ناخالصی های موجود در شبکه لوله به تجهیزات داخلی مبدل حرارتی است
