مبدل حرارتی صفحه ای به عنوان یکی از اصولی‌ترین و کارآمدترین ابزارهای انتقال حرارت در صنایع مختلف به شمار می‌آیند. این ابزارهای تکنولوژیک با استفاده از ساختاری نسبتاً ساده، امکان انتقال گرما و سرمای بین دو سیال را فراهم می‌کنند؛ در حالی که از نظر کارایی و کاربرد، با مزایای قابل‌توجهی همراه هستند.
این مطلب نیز به بررسی اجزای مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای، مزایا و عیوب آنها و کاربردهای گسترده‌ای که در صنایع مختلف دارند می‌پردازد. به عنوان یکی از پیشروهای فناوری حرارتی، مبدل حرارتی صفحه ای به عنوان یک ابزار حیاتی در انتقال حرارت و افزایش کارایی سیستم‌های صنعتی و روزمره شناخته می‌شوند.
مبدل حرارتی صفحه ای چیست؟
مبدل صفحه‌ای برخلاف برج خنک کننده یا کولینگ تاور یک ساختار حرارتی است که از صفحات موازی و مجعد تشکیل شده است و به عنوان یک واحد به شکل لایه‌های متمایز در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. این صفحات، کانال‌هایی را برای عبور سیال شکل می‌دهند. با استفاده از واشرهای لاستیکی، صفحات به هم متصل می‌شوند و کانال‌های آب‌بندی شده را ایجاد می‌کنند.
مبدل‌های صفحه‌ای به عنوان یکی از انواع مبدل‌های حرارتی فشرده محسوب می‌شوند و به دلیل این ویژگی، در صنایع مختلف مانند صنایع غذایی و بهداشتی به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مبدل حرارتی صفحه ای چگونه کار می‌کند؟
روش عملکرد مبدل حرارتی صفحه‌ای به این صورت است که تعدادی صفحه نسبتاً نازک کنار هم قرار می‌گیرند و به ایجاد یک فضای خالی میان آنها کمک می‌کنند. در این ساختار، یک لوله برای جریان سیال سرد و یک لوله دیگر برای سیال گرم در نظر گرفته می‌شود که به صورت متوالی به صفحه‌ها متصل می‌شوند.
در این فرایند، انتقال حرارت از طریق دیواره‌های صفحات میانی و از طریق سیالات انجام می‌شود. با توجه به عملکرد بهینه و کارایی بالای آنها، مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف استفاده می‌شوند.
بیشتر بخوانید | پروفیل آلومینیومی و انواع آن
اجزای مبدل حرارتی صفحه‌ای (PHE)
مبدل حرارتی صفحه ای از اجزای کمی تشکیل شده است. این مبدل‌ها برای انتقال حرارت استفاده می‌شوند؛ بنابراین دریچه‌های ورودی و خروجی نیاز دارند تا سیال‌ها به درستی وارد و خارج شوند. ماده سیال می‌تواند مایع یا گاز باشد. برای جدا کردن و جلوگیری از مخلوط شدن سیالات، از واشرها (گسکت) و صفحات استفاده می‌شود. واشرها تنها به یک طرف از هر صفحه چسبانده می‌شوند و صفحات از یک میله حمل‌کننده آویزان می‌شوند و با استفاده از پیچ‌های محکم به هم بسته می‌شوند.
زمانی که صفحات به هم فشرده می‌شوند، آنها را “پشته صفحه” می‌نامند و میله هدایت‌کننده تضمین می‌کند که صفحات به درستی هم‌تراز می‌شوند. در نهایت، دو پوشش در انتهای پشتة صفحه قرار می‌گیرند؛ یکی قابل جابه‌جایی و دیگری ثابت است. این پوشش‌های متحرک و ثابت به ترتیب صفحه فریم ثابت و صفحة فشار متحرک نامیده می‌شوند و دریچه‌های ورودی و خروجی فقط روی پوشش ثابت نصب می‌شوند.
در ادامه، مبدل حرارتی صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger – PHE) از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقش خاصی در عملکرد و کارایی این نوع مبدل حرارتی ایفا می‌کنند. این اجزا عبارتند از:
صفحات (Plates):
صفحات نازک فلزی که نقش اصلی را در انتقال حرارت بین دو سیال دارند. این صفحات معمولاً دارای طرح‌های موج‌دار یا بافت‌های مختلف هستند تا سطح تماس را افزایش داده و جریان سیال را بهبود بخشند.
واشرها (Gaskets):
واشرها برای جلوگیری از نشت سیالات و جداسازی مسیرهای جریان سیالات مختلف استفاده می‌شوند. این واشرها بین صفحات قرار می‌گیرند و تنها به یک طرف از هر صفحه چسبانده می‌شوند.
میله‌های حمل‌کننده (Carrying Bars):
صفحات مبدل حرارتی به وسیله میله‌های حمل‌کننده آویزان می‌شوند. این میله‌ها نقش مهمی در نگهداری و تثبیت صفحات در مکان‌های صحیح خود دارند.
میله‌های هدایت‌کننده (Guide Bars):
این میله‌ها برای تراز دقیق صفحات و اطمینان از قرارگیری صحیح آنها در پشته صفحه استفاده می‌شوند.
پوشش‌های انتهایی (End Covers):
این پوشش‌ها در دو انتهای پشته صفحه قرار می‌گیرند. یکی از آنها ثابت و دیگری متحرک است. پوشش ثابت را “صفحة فریم ثابت” (Fixed Frame Plate) و پوشش متحرک را “صفحه فشار متحرک” (Movable Pressure Plate) می‌نامند.
دریچه‌های ورودی و خروجی (Inlet and Outlet Ports):
این دریچه‌ها روی پوشش ثابت نصب می‌شوند و برای ورود و خروج سیالات به و از مبدل حرارتی استفاده می‌شوند.
پیچ‌ها و بست‌ها (Bolts and Clamps):
این اجزا برای فشرده‌سازی و محکم کردن صفحات به همدیگر استفاده می‌شوند. با استفاده از پیچ‌ها و بست‌ها، صفحات و واشرها به طور محکم و بدون نشتی به هم فشرده می‌شوند تا پشتة صفحه‌ای تشکیل شود.
این اجزا با همکاری یکدیگر باعث می‌شوند که مبدل حرارتی صفحه‌ای بتواند با کارایی بالا و به صورت مطمئن انتقال حرارت بین دو سیال را انجام دهد.
مزیت‌های مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل‌های حرارتی دارای انواع مختلفی هستند که اکنون ما در مورد نوع صفحه‌ای آن صحبت می‌کنیم و می‌خواهیم مزایای آن را مورد بررسی قرار دهیم. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای دارای مزایای بسیاری هستند که عبارت‌اند از:
- این مبدل‌ها برعکس مبدل هوا خنک وزن کمتری داشته و نیاز به فضای کمتری دارند. علاوه بر این، از نظر کارآمدی نیز بهتر از سایر طرح‌های مبدل حرارتی در ابعاد مشابه عمل می‌کنند.
- تعویض و تمیزکردن صفحات این مبدل‌ها کاری ساده است؛ زیرا پشتة صفحه را می‌توان به راحتی باز کرد.
- برخلاف مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای نیاز به فضای اضافی برای جداسازی ندارند.
معایب مبدل حرارتی صفحه ای
اما مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای نیز دارای عیوبی هستند و بهتر است توجه به مزیت‌هایی که ارائه می‌کنند شما را از این ویژگی‌های منفی غافل نکند.
- این مبدل‌ها در مقایسه با سایر طرح‌های مبدل حرارتی، گران‌تر هستند.
- در صورت وجود یک واشر نشت دار که باعث مخلوط شدن دو سیال می‌شود، پیدا کردن و رفع نشت بسیار مشکل است.
- جایگزینی و تعویض واشرهای صفحه ممکن است دشوار یا غیرممکن باشد و نیاز به ارسال آنها به تولیدکننده دارد که زمان و هزینه را افزایش می‌دهد.
- فاصله کم بین صفحات در پشتة صفحه می‌تواند منجر به اشتباهات و مشکلات در انتقال حرارت شود.
- محکم کردن بیش از حد پیچ‌ها هنگام سوار کردن دوبارة پشتة صفحه ممکن است به شیارهای صفحه آسیب برساند و واشرها را تحت فشار قرار دهد.
- مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای برای کاربردهای با فشار بالا مناسب نیستند و ممکن است واشرها به دلیل فشار سیستم از جای خود خارج شوند.
- با این حال، با استفاده از طرح‌های بدون گسکت یا واشر، می‌توان از این مشکل جلوگیری کرد. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای جوشی نیز برای کاربردهای با دما و فشار بالا مناسب نیستند؛ مگر اینکه از صفحه‌های جوشی استفاده شود که این مسائل را حل می‌کند.
بیشتر بخوانید | فین تیوب
سؤالات متداول
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای چیستند؟
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای ابزاری هستند که برای انتقال حرارت بین دو سیال مختلف استفاده می‌شوند.
چه مزایایی در استفاده از مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای وجود دارد؟
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای وزن کمتری دارند، جایگزینی صفحات آنها آسان است و کارایی بالا و انتقال حرارت بهتری دارند.
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای چه کاربردهایی دارند؟
این مبدل‌ها در صنایع مختلف شامل صنایع شیمیایی، مواد غذایی، نفت و گاز و صنایع دیگر برای انتقال حرارت به کار می‌روند.
آیا مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای دارای عیوبی هستند؟
بله عیوبی مانند هزینه بالا، پیدا کردن و رفع نشت‌ها و مشکلات در جایگزینی و تعویض صفحات وجود دارد.
آیا مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای مناسب برای کاربردهای با فشار بالا هستند؟
بسته به طراحی و استفاده صحیح، مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای ممکن است برای کاربردهای با فشار بالا مناسب باشند؛ اما باید از طراحی‌های بدون گسکت یا واشر استفاده کرد تا از نشت جلوگیری شود.
سخن پایانی
مبدل حرارتی صفحه ای به عنوان یکی از ابزارهای حیاتی و کارآمد در انتقال حرارت در صنایع مختلف شناخته می‌شوند. این مبدل‌ها با ساختار ساده و کارایی بالا، قابلیت انتقال گرما و سرما را بین دو سیال دارند. با ویژگی‌هایی همچون وزن کمتر، نیاز کمتر به فضا و جایگزینی آسان صفحات، مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای به انتخابی مناسب برای کاربردهای گوناگون در صنایع مختلف تبدیل شده‌اند.
اما علی‌رغم مزایا، باید به عیوبی همچون هزینة بالا، پیدا کردن و رفع نشت‌ها و مشکلاتی که ممکن است در جایگزینی و تعویض صفحات به وجود آید، توجه داشت. در کل، با در نظر گرفتن مزایا و معایب، مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای به عنوان یکی از ابزارهای کاربردی و اساسی در انتقال حرارت، مورد استفاده‌های گسترده‌ای قرار گرفته‌اند.
هم اکنون می‌توانید بهترین لوله‌های فین دار یا انواع پروفیل را با کیفیت بسیار مطلوب و با قیمت استثنایی از مجموعه آروین تاو تهیه کنید. جهت کسب اطلاعات بیشتر با کادر متخصص و توانمند این مجموعه در تماس باشید.