انواع مبدل حرارتی راهنمای جامع

انواع مبدل حرارتی چیستند و چرا به آنها نیاز است؟ فرایند انتقال حرارت را تبادل حرارت می‌گویند. دستگاه‌هایی که فرایند در آنها انجام می‌شود مبدل‌های حرارتی هستند. یا اینطور میشود تعریف کرد که مبدل حرارتی در واقع دستگاهی است که برای انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر به کار می ‌رود.

اگر فرایند شامل دو عامل باشد که توسط یک پارتیشن از هم جدا شده‌اند، اینها دستگاه‌های بازیابی سطح هستند. فرایند اختلاط جریان‌های گرم و سرد از طریق تماس اتفاق می‌افتد. با ما همراه باشید تا به معرفی و بررسی انواع مبدل حرارتی بپردازیم.

مبدل‌های حرارتی

همانطور که در مقدمه گفتیم مبدل حرارتی دستگاهی است که حرارت را از یک محیط به محیط دیگر منتقل می‌کند، معمولاً برای انتقال گرما یا سردی بین مایعات یا گازها استفاده می‌شود. استفاده از مبدل‌های حرارتی اجازه می‌دهد تا مزایای زیر را تجربه کنید.

• از گرمای باقیمانده برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کنید.
• فرایندهای شیمیایی را در حالت دقیق انجام دهید و دما را با مبدل‌های حرارتی حفظ کنید.
• از گرمای ثانویه حامل‌های انرژی برای نیازهای خانگی استفاده کنید.
• دمای مایع خنک‌کننده را برای سیستم‌های گرمایش خانگی در پارامترهایی که با استاندارد مطابقت دارد حفظ کنید.

عملکرد مبدل حرارتی چگونه است؟

در ابتدا مبدل حرارتی، انرژی حرارتی را از یک محیط جذب می کند. این انرژی حرارتی به محیط دیگر منتقل می‌ شود و در نهایت، انرژی حرارتی در محیط برای کاربرد های مختل مصرف می ‌شود.

اصل کار مبدل‌های حرارتی سطحی بسیار ساده است. خنک‌کننده و مصرف‌کننده گرما که از یکدیگر جدا شده‌اند، گرما را از طریق ماده‌ای که بین آنها قرار دارد به یکدیگر منتقل می‌کنند. بسته به طرحی که مبدل حرارتی دارد، اینها ممکن است لوله یا صفحات باشند.

برای این اهداف، از مواد رسانای حرارتی به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ، آلیاژها و مواد دیگر استفاده می‌شود؛ در نتیجه، محیطی که از مبدل حرارتی عبور می‌کند، گرما را بدون تماس با مبرد به آن منتقل می‌کند. اصل کار مبدل‌های حرارتی سطحی این است که رسانه‌ها با هم تماس نداشته باشند.

انواع مبدل های حرارتی و کاربرد های آن

مبدل حرارتی مدل لوله ای

ساده‌ترین نوع مبدل حرارتی مدل لوله ای است که دارای طراحی به شکل یک لوله در یک لوله است. یک لوله سرد حاوی آب از یک لوله بزرگ‌تر پر از یک عامل داغ عبور می‌کند. در این حالت سطح لوله داخلی گرم شده و گرما را به آب منتقل می‌کند.

دیگ‌ها به این صورت کار می‌کنند. اگر لوله‌های زیادی وجود داشته باشد و آنها در یک بسته جمع آوری شوند، یک مبدل حرارتی پوسته و لوله به دست می‌آید. دستگاه‌هایی با دسته لوله‌ای که در انتها با توری محکم شده‌اند در صنعت رایج هستند و برای تصفیه آب خانگی استفاده می‌شوند.

یکی از معمول ترین مبدل های حرارتی در صنعت، مبدل های حرارتی لوله ای بوده که برای کاربرد های مختلفی استفاده می شود. در صنعت نفت و گاز برای خنک کردن یا گرم کردن سیالات در فرآیند های حفاری، تصفیه نفت، یا تبدیل گاز های مختلف به محصولات نفتی استفاده می شود.

همچنین در صنایع شیمیایی برای فرآیند های تولید، تبدیل، و پالایش مواد شیمیایی استفاده می شود. در پالایشگاه ها نیز برای خنک کردن آب یا سیالات حاوی حرارت در ژنراتورها و سایر تجهیزات استفاده می شود.

مبدل‌های حرارتی مدل صفحه ‌ای

یکی دیگر از انواع مبدل حرارتی، مبدل حرارتی صفحه ‌ای است که از صفحات نازک فلزی جهت انتقال حرارت بین دو سیال سرد و گرم استفاده می شود. این مبدل دارای صفحاتی با سطوح صاف و یا موج دار است. در این مبدل کانال هایی برای جریان های سیال ایجاد می شود که صفحات را از همدیگر جدا می سازد.

مبدل حرارتی صفحه ای، از مجموعه ای از صفحات تشکیل شده است که توسط صفحات جدا کننده به هم متصل شده اند. سیال گرم از یک طرف صفحات جریان می یابد و سیال سرد از طرف دیگر صفحات جریان می یابد.

کارایی فرایند به نمودار اتصال بستگی دارد. زمانی که جریان‌ها به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند، انتقال حرارت در یک دستگاه جریان مخالف کامل‌تر است. هرچه پارتیشن نازک‌تر باشد، روند بهتری دارد؛ اما برای مخازن تحت فشار، ضخامت دیوار به توانایی تحمل بار روی دیوارها بستگی دارد. اگر نازک کردن دیواره لوله‌ها غیرممکن باشد، باید سطح گرمایش را افزایش داد و دستگاه را طولانی‌تر کرد.

مبدل های حرارتی صفحه ای دارای مزایای زیر هستند:

1. راندمان بالا: مبدل های حرارتی صفحه ای دارای راندمان بالایی هستند.
2. تمیز کردن آسان: مبدل های حرارتی صفحه ای به راحتی تمیز می شوند.
3. وزن سبک: مبدل های حرارتی صفحه ای وزن سبکی دارند.

مبدل های حرارتی صفحه ای دارای معایب زیر هستند:

1. هزینه بالا: مبدل های حرارتی صفحه ای نسبتاً گران هستند.
2. ظرفیت کم: مبدل های حرارتی صفحه ای ظرفیت کمی دارند.

این مبدل بیشتر در فرآیند های پردازش مواد غذایی، تولید لبنیات، و سایر فرآیندهای غذایی استفاده می شود. همچنین به عنوان تهویه، گرمایش، و تهویه مطبوع جهت تبادل حرارت در سیستم ‌های گرمایش و خنک‌کننده ساختمان ‌ها نیز کاربرد دارد. در میان کاربرد های غیر صنعتی نیز می تواند در فرآیند های تولید و پردازش صنعتی برای تبادل حرارت میان سیالات استفاده شود. برای اطلاعات بیشتر در مورد جزئیات مبدل حرارتی صفحه ای به مجموعه آروین تاو مراجعه نمایید.

مبدل حرارتی صفحه ای مارپیچی

مبدل‌های حرارتی مارپیچی یا پیچ‌خورده سیم پیچ‌هایی هستند که در یک محفظه پیچیده می‌شوند. فضای بین لوله با جریان دیگری پر می‌شود. از تجهیزات زمانی استفاده می‌شود که فشار یکی از عوامل بالا باشد. سیال گرم از طریق صفحات جریان می یابد و سیال سرد از داخل مارپیچ ها جریان می یابد.
مبدل های حرارتی صفحه ای مارپیچی ترکیبی از مزایای مبدل های حرارتی صفحه ای و مبدل های حرارتی پوسته و لوله هستند. آنها دارای راندمان بالایی هستند و به راحتی تمیز می شوند.

مبدل های حرارتی صفحه ای مارپیچی دارای معایب زیر هستند:

هزینه بالا: مبدل های حرارتی صفحه ای مارپیچی نسبتاً گران هستند.
ظرفیت کم: مبدل های حرارتی صفحه ای مارپیچی ظرفیت کمی دارند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

این مبدل یکی از انواع مبدل‌ حرارتی پرکاربردی بوده که از دو قسمت پوسته و لوله تشکیل شده است. پوسته مبدل دارای یک لوله بزرگ به شکل استوانه ‌ای بوده که معمولاً دارای دو سر ورودی و خروجی برای یک سیال است. در داخل پوسته لوله ‌های کوچک تر هستند. سیال دیگر از داخل این لوله عبور کرده و حرارت را از سیال حاوی حرارت در پوسته جذب می‌ کند.

این نوع مبدل حرارتی از یک پوسته و یک سری لوله تشکیل شده است. سیال گرم از طریق لوله ها جریان می یابد و سیال سرد از اطراف لوله ها جریان می یابد.
مبدل های حرارتی پوسته و لوله یکی از رایج ترین انواع مبدل های حرارتی هستند. آنها در طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله تهویه مطبوع، تولید برق، صنایع غذایی و دارویی استفاده می شوند.

انتقال حرارت سطحی همیشه از طریق دیوار انجام می‌شود. در این حالت از دست دادن گرما رخ می‌دهد. هرچه پارتیشن نازک‌تر باشد، ضرر کمتری دارد. مبدل حرارتی پوسته و لوله جدید دارای راندمان 75 درصد است؛ اما با رشد بیش از حد سطوح داخلی و بالایی با رسوب، راندمان دستگاه کاهش می‌یابد. نمی‌تواند دما را حفظ کند؛ بنابراین دستگاه‌ها دارای یک پرتو متحرک هستند که تحت فشار بالا با تفنگ مخصوص تمیز می‌شوند.

دستگاه‌های صفحه دارای راندمان 90 درصدی هستند؛ اما شکاف‌های بین صفحات مسدود شده و نیاز به تمیز کردن دارند. تجهیزات برای تمیز کردن جدا می‌شوند. نصب فیلتر مشبک مغناطیسی در محل بسیار مهم است که از تشکیل رسوب جلوگیری می‌کند. مبدل‌های حرارتی صفحه ای را می‌توان به کنترل خودکار متصل کرد.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای مزایای زیر هستند:

• مقاومت بالا: مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای ساختاری محکم و بادوام هستند.
• هزینه کم: مبدل های حرارتی پوسته و لوله نسبتاً ارزان هستند.
• تنوع کاربرد: مبدل های حرارتی پوسته و لوله می توانند برای طیف گسترده ای از کاربردها استفاده شوند.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای معایب زیر هستند:

• راندمان پایین: راندمان مبدل های حرارتی پوسته و لوله در مقایسه با سایر انواع مبدل های حرارتی پایین تر است.
• تمیز کردن دشوار: مبدل های حرارتی پوسته و لوله دشوار است.

این مبدل بیشتر در صنایع نفت و گار برای خنک کردن یا گرم کردن سیالات در فرآیند های حفاری و تصفیه نفتی استفاده می شود. در صنایع شیمیایی و پتروشیمی برای فرآیند های تولید، تبدیل، و پالایش مواد شیمیایی استفاده می شود. در نیروگاه‌ ها برای خنک کردن آب یا سایر سیالات حاوی حرارت. و در فرآیندهای پردازش مواد غذایی و تولید لبنیات کاربرد فراوانی دارد.

مبدل‌های حرارتی مدل حلزونی یا مارپیچ

مبدل‌های حرارتی مارپیچی بشکه‌ای را نشان می‌دهند که در آن یک هزارتوی مسطح با یک حفره داخلی مانند یک نوار مارپیچی قرار دارد. یک عامل داغ به صورت مارپیچی حرکت می‌کند که توسط آب سرد شسته می‌شود. طراحی آن دشوار است؛ اما این تنها نوع دستگاه برای تبادل حرارت یک عامل حاوی سوسپانسیون، خمیر است. درب‌های لولایی در هر دو طرف به راحتی شکاف‌ها را تمیز می‌کنند.

مبدل حرارتی صفحه‌ای، طرح ویژه‌ای از لوله‌های گرمایشی است که به صورت یک عنصر صاف از لوله‌های پره ‌دار آنها و حرکت آب چند پاسی مونتاژ شده است. بشقاب‌ها شبیه آکاردئون هستند. عیب آنها این است که به دلیل تصفیه نامناسب آب با رسوب مسدود می‌شوند.

این مبدل در صنایع شیمیایی و پتروشیمی برای انجام فرآیندهای تبدیل و پالایش مواد شیمیایی کاربرد دارد. در صنایع نفت و گاز برای برای تبادل حرارت در فرآیندهای حفاری و پالایش نفت استفاده می شود. در صنعت الکترونیک، صنایع غذایی، تولید برق و برای خنک کردن قطعات الکترونیکی در تجهیزات الکترونیکی استفاده می شود.

مبدل حرارتی لوله در لوله یا دو لوله‌ای

این نوع مبدل حرارتی از دو لوله تشکیل شده است که در داخل یکدیگر قرار گرفته اند. سیال گرم از داخل لوله داخلی جریان می یابد و سیال سرد از اطراف لوله داخلی جریان می یابد.

مبدل‌های حرارتی دو لوله‌ای برای انتقال حرارت در فازهای گاز مایع استفاده می‌شود. دستگاه‌ها می‌توانند تحت فشار با انتقال حرارت بالا کار کنند.

مبدل حرارتی صفحه ای مدور

این نوع مبدل حرارتی از یک سری صفحات مدور تشکیل شده است که توسط صفحات جدا کننده به هم متصل شده اند. سیال گرم از یک طرف صفحات جریان می یابد و سیال سرد از طرف دیگر صفحات جریان می یابد.

مبدل حرارتی هسته ای

این نوع مبدل حرارتی برای انتقال حرارت بین آب و مایع کندانسور استفاده می شود.

مبدل حرارتی هوا-آب

این نوع مبدل حرارتی برای انتقال حرارت بین هوا و آب استفاده می شود.

مبدل حرارتی هوا-هوا

این نوع مبدل حرارتی برای انتقال حرارت بین هوا و هوا است.

نحوه انتخاب مبدل حرارتی مناسب

واضح است که چرا یک مبدل حرارتی در سیستم گرمایش خانگی مورد نیاز است. اینکه کدام دستگاه برای یک مدار خاص مناسب است بستگی به شرایط نصب دارد. می‌توانید یک سیستم گرمایش پوسته و لوله نصب کنید؛ زیرا این مدل بی‌دردسر است و می‌تواند 10 سال بدون تمیز کردن بماند. برای راهنمایی‌های بیشتر با کارشناسان ما در تماس باشید.

کاربردهای مبدل حرارتی

چرا به مبدل حرارتی نیاز دارید؟ وظیفه اصلی مبدل حرارتی حذف گرما، خنک کردن و محافظت از موتور تجهیزات از گرمای بیش از حد است. این وسیله دمای صحیح را در حین کار موتور احتراق داخلی حفظ می‌کند و در نتیجه از عناصر دستگاه در برابر گرمای بیش از حد محافظت می‌کند که منجر به سایش و پارگی قطعات و همچنین کاهش قدرت موتور می‌شود.

مبدل حرارتی با چندین نوع خنک‌کننده که آب و روغن هستند کار می‌کند. وجود مبدل حرارتی قابل اعتماد در سیستم خنک‌کننده مخصوصاً برای تجهیزات ویژه‌ای که در شرایط سخت کار می‌کنند مهم است؛ زیرا این دستگاه 24 ساعت شبانه روز، در دمای -50 تا +55 درجه سانتیگراد، رطوبت بالا و غیره کار می‌کند. مبدل حرارتی بخش کلیدی برج خنک ‌کننده موتور است.

سخن پایانی

مبدل‌های حرارتی یکی از اصلی‌ترین وسایل مورد استفاده در صنایع مختلف می‌باشند که برای انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر استفاده می‌شوند. این مبدل‌ها در انواع مختلفی عمل می‌کنند. این دستگاه‌ها در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، تولید برق و صنایع غذایی به کار می‌روند و در فرآیندهایی مانند خنک کردن، گرم کردن، تبادل حرارت و کنترل دما استفاده می‌شوند.

بیشتر بخوانیم: تقسیم بندی انواع مبدل‌های حرارتی

در این بحث سعی کردیم توضیحات متخصری در مورد انواع مبدل حرارتی ارائه کنیم. برای جزئیات بیشتر و اطلاع از هزینه های خرید و راه اندازی مبدل های حرارتی در صنایع مختلف به مجموعه آروین تاو مراجعه نمایید. امیدواریم این بحث مورد توجه شما قرار گرفته باشد.

محصول مرتبط: فین تیوب