در این مقاله به مبحث مبدل حرارتی و انواع آن خواهیم پرداخت. پس با ما همراه باشید.
مبدل حرارتی یا Heat Exchange به دستگاهی گفته می‌شود که حرارت را بین دو یا چند سیال که اختلاف دما دارند، انتقال می‌دهد. سیال می‌تواند گاز یا مایع یا ترکیبی از هر دو باشد که در فضایی به وسیله دیوار جامدی از هم جدا شده‌اند یا مستقیم با یکدیگر در تماس باشد.
مبدل‌های حرارتی می‌تواند گرما را از بخشی از سیستم که نیازی به آن ندارد را به بخش دیگر سیستم که نیاز می‌شود، انتقال دهد و با این عمل بهره‌وری انرژی کل سیستم را افزایش دهد. مبدل‌های گرمایی در صنایع مختلفی مثل یخچال، سیستم‌های گرمایش و تهویه مطبوع، نیروگاه‌ها، سیستم‌های فرآوری غذا و واحدهای بازاریابی حرارت‌های از دست رفته مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مبدل‌های حرارتی سه نوع متفاوت دارند که هر کدام برای سیال خاصی بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد و ویژگی‌های خاص خود را دارد.
مبدل حرارتی هوا خنک به این منظور استفاده می‌شود تا سیال با دمای بالا را به وسیله فن‌های مشخص خنک کند و در نهایت به هوا منتقل سازد. به این نوع مبدل، کولر هوایی نیز می‌گویند. از مزیت‌های اصلی مبدل حرارتی هوا خنک این است که نیاز به آب برای انتقال حرارت ندارد.
این مبدل می‌تواند در نقش کولر هوایی باشد که فقط خنک‌کننده است و برای شرکت‌هایی که نیاز به خنک‌سازی دارند ولی آب دردسترس کمی دارند، بسیار کاربردی است. کولر هوایی بیشتر مناسب تبدیل گاز به مایع می‌باشد.
در کولر هوایی، سطح سیال با هوا در تماس نیست بلکه سیال با درجه حرارت بالا وارد لوله‌های پرپیچ و خمی می‌شود و به دلیل فن موجود در لوله‌ها، سیال خنک می‌شود. اجزای اصلی تشکیل دهنده کولر هوایی شامل صفحه لوله، بدنه مبدل، لوله‌های انتقال حرارت و محفظه توزیع جریان هوا می‌باشد.
این نوع مبدل از مجموعه‌ای از صفحه‌های کم ضخامت تشکیل شده که در کنار یگدیگر قرار گرفته‌اند. در این مبدل دو لوله قرار گرفته که یکی از آن‌ها حاوی سیال سرد و دیگری حاوی سیال گرم است که به صورت یک در میان در کنار هم قرار دارند. به علت کم ضخامت بودن دیواره‌ها، انتقال حرارت می‌تواند بین آن‌ها صورت بگیرد.
اجزای اصلی تشکیل‌دهنده این مبدل شامل دریچه ورودی و خروجی برای جریان سیال، لوله‌ها و صفحه‌ها می‌باشند. مبدل گرمایی صفحه‌ای بیشتر مناسب انتقال سیال مایع به مایع و نیز مایع به بخار استفاده می‌گردد. این مبدل انواع مختلفی دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم:
در این مبدل برای اتصال صفحه‌ها از واشر استفاده شده‌است. مزیت استفاده از واشر این است که تعویض و جابه‌جایی صفحات راحت‌تر صورت میگیرد. مبدل واشردار، بسیار محبوب و پر استفاده است.
در این نوع مبدل، صفحه‌ها با فاصله بسیار کم به یکدیگر جوشکاری شده‌اند. به دلیل جوشکاری بین صفحه‌ها، جابه‌جایی صفحه‌ها بسیار دشوار است و بیشتر کاربرد صنعتی دارد.
استفاده از صفحه‌های دوجداره در این نوع مبدل می‌تواند از انتقال آلودگی میان دو سیال و نیز ایجاد واکنش بین آن‌ها جلوگیری نماید. از این مبدل برای مواد غذایی و روغن استفاده می‌شود.
در این نوع از مبدل، صفحه‌ها با فاصله بسیار کمی به شکل حلزونی به یکدیگر جوش داده شده‌اند. در هر سمت از کانال حلزونی جریان دیگری منتقل می‌شود که باعث افزایش گرما و نیز کاهش رسوب سیال می‌شود. به همین دلیل می‌تواند برای سیال آلوده و لجنی کاربردی باشد. صفحه‌ها در این مبدل فشرده‌تر هستند و به نسبت دیگر صفحه‌ها گران‌تر می‌باشند.
در این نوع از مبدل، بر روی صفحه‌ها برجستگی‌هایی قرار میگیرد تا سطح صفحه‌ها بیشتر شود. با طولانی‌تر شدن تماس با صفحه‌ها، سطح برای انتقال انرژی بین سیال‌ها بیشتر می‌شود.
این مبدل از مجموعه‌ای از لوله‌هایی تشکیل شده که درون یک لوله بزرگتر قرار گرفته‌اند. به لوله بزرگتر پوسته می‌گویند. در این مبدل، یک سیال درون لوله‌ها جریان پیدا می‌کند و سیال بعدی در فضای پوسته در جریان است. اختلاف دمایی که بین دو سیال وجود دارد باعث می‌شود که گرما به سیال خنک‌تر منتقل شود و دما را تغییر دهد.
در مبدل حرارتی پوسته و لوله دو نوع جریان موازی و متقابل وجود دارد. جریان موازی زمانی صورت میگیرد که هر دو سیال از یک سمت مبدل وارد آن شوند و در جریان متقابل، سیال سرد و گرم از سمت مخالف یکدیگر وارد مبدل شده و انتقال انرژی به صورت متقابل صورت میگیرد. مبدل پوسته و لوله بیشتر برای انتقال انرژی از مایع به مایع یا از مایع به گاز کاربرد دارد.
