به طور کلی مبدل های حرارتی یکی از پرکاربردترین تجهیزات گرمایشی و سرمایشی به شمار می روند که در مصارف خانگی و پروژه های صنعتی ، در بخش موتورخانه به وفور مورد استفاده قرار می گیرند . برهمین اساس از لحاظ کاربرد می توان مبدل های حرارتی را به دو دسته ی مبدل حرارتی موتورخانه ای خانگی و مبدل حرارتی موتوخانه ای صنعتی تقسیم بندی کرد . که در ادامه به طور مفصل از این نظر مبدل حرارتی موتورخانه ای را مورد پردازش قرار می دهیم . از آن جایی که این دستگاه مربوط به بخش موتورخانه می باشد ابتدا بهتر است با این بخش بسیار مهم آشنا شوید .
همان طور که می دانید در تمامی محیط ها چه مسکونی ، تجاری و صنعتی ، به منظور تأمین گرمایش ، سرمایش ، تهویه مطبوع و ... به یک سری تجهیزات و دستگاه نیاز است . بر همین اساس در جهت نگهداری از این تجهیزات ، در محیط مورد نظر ، که یک ساختمان مسکونی یا تجاری و یا صنعتی است ؛ بخش جداگانه و مجزایی را در نظر می گیرند . این بخش با توجه به تعداد دستگاه ها و ابعاد آن ها ، می تواند شامل یک اتاق یا چند اتاق با متراژ های مختلف باشد . به طور مثال در مصارف بزرگی چون ، بیمارستان ها ، کارخانجات و ... چند اتاق را برای بخش موتورخانه در نظر می گیرند . در حالی که در یک محیط کوچکتر چون ساختمان مسکونی ، استفاده از یک اتاق کافی خواهد بود . در واقع با توجه به این کارایی ، موتورخانه را قلب تپنده ی یک محیط یا پروژه می دانند . از نظر محل قرار گیری ، از آن جایی که در موتورخانه دستگاه ها و تجهیزات زیادی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز است تا در طول شبانه روز در حال کارکردن باشند و از طرفی وزن برخی دستگاه ها بالا بوده و تولید سر و صدا دارند ، اتاقی را که در پایین ترین قسمت یک ساختمان قرار دارد را برای بخش موتورخانه در نظر می گیرند . البته در صورتی که چنین فضایی در دسترس نباشد ، در خارج از ساختمان و در فاصله ی دورتر از آن ، فضای مجزایی را برای موتورخانه مهیا می سازند . فاکتور دور بودن و یا قرار گرفتن درپایین ترین قسمت ساختمان که عمدتاً زیرزمین و یا پارکینگ خواهد بود ، در محیط های مسکونی بسیار حائزاهمیت است . از سری دستگاه های موتورخانه ای می توان به ، دیگ آب گرم ، منبع های گرمایشی ، پمپ ، مبدل حرارتی و ... اشاره کرد .
از آن جایی که در این مقاله قصد داریم تا شما را با مبدل حرارتی موتورخانه ای آشنا کنیم پس در ادامه این دستگاه بسیار مهم و کاربردی را از جهات مختلف مورد بررسی قرار می دهیم .
به طور کلی ، مبدل حرارتی دستگاهی است که از آن به منظور انتقال حرارت از سیالی به سیال دیگر استفاده می کنند . آن هم به شکلی که دو سیال نه با هم ترکیب شده و نه هیچگونه تماسی در حین انجام فرایند تبادل حرارتی ، با هم خواهند داشت . بر همین اساس با توجه به این کارایی ، مبدل های حرارتی یکی از مهم ترین تجهیزات در انجام فرایند سرمایش و گرمایش در بخش موتورخانه به شمار می روند .
به طور کلی انواع مختلف مبدل حرارتی موتورخانه ای وجود دارد اما از پرکاربرد ترین آن ها می توان به مبدل حرارتی پوسته لوله و مبدل حرارتی صفحه ای اشاره کرد . که در ادامه به طور مفصل و مجزا آن ها را بررسی کرده ایم .
همان طور که از اسم آن مشخص است این نوع مبدل حرارتی از دو قسمت اصلی ، پوسته و لوله تشکیل شده است . به گونه ای که یکی از دو سیال در درون پوسته در جریان قرار می گیرد و سیال دیگر در بخش لوله ها . این نوع مبدل از نظر ظرفیت ، از ظرفیت های کم تا بسیار زیاد قابل طراحی و تولید می باشد . بر همین اساس در بخش موتورخانه ی صنایع به خصوص صنعت پتروشیمی و نفت ، این نوع مبدل ، نسبت به دیگر مدل ها ، بسیار پرکاربرد و رایج است .
به طور کلی از نظر ساختاری ، مبدل حرارتی پوسته لوله از اجزای اصلی چون ، پوسته ، لوله ، بافل ، تیوب شیت ، هدر جلویی و هدر پشتی تشکیل شده است . با توجه به این قطعات ، شکل ساختاری آن به این صورت است که بخش پوسته به شکل لوله ای استوانه ای بوده که علاوه بر در برگیرنده بودن تمام اجزا ، یکی از دو سیال را هم در خود جای می دهد . بر همین اساس به منظور بالا بردن مقاومت و استحکام آن از آلیاژ های بسیار با کیفیت چون ، استنلس استیل ، کربن استیل و برنج در ساخت آن استفاده می شود . از سوی دیگر برای افزایش سطح انتقال حرارت در جهت بالا بردن راندمان ، در این قسمت از یک سری صفحات تحت عنوان بافل استفاده می کنند تا به این شکل هم جریان سیال در پوسته به درستی هدایت شود و هم از بروز خمیدگی در لوله های نصب شده در پوسته ، جلوگیری شود . در واقع بافل صفحه ای است فلزی که بر روی آن روزنه هایی در اندازه ی قطر لوله ها ایجاد شده است . به گونه ای که از هر روزنه تنها یک لوله عبور داده می شود . دیگر بخش اصلی این دستگاه ، تیوب شیت است که به سه صورت می تواند در مبدل حرارتی پوسته لوله مورد استفاده قرار بگیرد . وظیفه ی این قطعه ، آب بندی لوله ها و مهار سازی آن ها بوده و محل قرار گیری آن در داخل پوسته ، در سمت ورودی یا در دو سمت ورود و خروجی است و در آخر ، ورود سیال به درون لوله ها و پوسته از طریق هدر جلویی انجام شده و پس از تغییر دما در دو سیال ، از بخش هدر پشتی ، دو سیال از مبدل حرارتی خارج و به بخش مورد نظر هدایت می شوند . با توجه به این توضیحات ، نحوه ی عملکرد مبدل حرارتی پوسته لوله بسیار ساده خواهد بود . با ورود دو سیال ، به دو بخش پوسته و لوله ها ، به دلیل وجود اختلاف دمایی میان آن ها ، از طریق دیواره ی لوله ها ، حرارت از سمت سیال دارای دمای بالا به سمت سیال دارای دمای پایین منتقل می شود . که عمدتاً سیال اصلی و مورد نظر در بخش لوله ها در جریان قرار خواهد گرفت . این دو سیال در طی مسیر ، بین دو بخش هدر جلویی و هدر پشتی ، فرایند تبادل حرارتی انجام می دهند به صورتی که با رسیدن به قسمت خروجی ، سیال اصلی به دمای مورد نظر رسیده و ضمن خروج از دستگاه ، به بخش مربوطه منتقل می شود .
در مدل مبدل صفحه ای حرارتی ، همان طور که از اسم آن مشخص است ، صفحات تشکیل دهنده آن ، مهم ترین و اصلی ترین عضو این دستگاه به شمار می روند . در واقع در نگاهی دقیق تر به ساختار مبدل حرارتی صفحه ای ، می توان این گونه توضیح داد ؛ مجموعه ای از صفحات فلزی که معمولاً از جنس استنلس استیل هستند ، با قرار گیری به صورت موازی و پشت سرهم و سپس اتصال یافتن به یکدیگر ، تشکیل مبدل حرارتی صفحه ای می دهند . آن هم به شکلی که در دو طرف صفحه ی ابتدایی و انتهایی ، از قاب یا فریم استفاده شده است ؛ که در این جا یکی از فریم ها ثابت بوده و دیگری متحرک خواهد بود . البته این موارد تنها بخشی از اجزای تشکیل دهنده به شمار می روند . با توجه به این ساختار ، در این مبدل حرارتی ، چهار بخش ورودی و خروجی برای دو سیال سرد و گرم لحاظ شده است ؛ به گونه ای که دو بخش ورود و خروج مربوط به سیال سرد بوده و دو بخش دیگر ، مربوط به سیال گرم می باشد . بر همین اساس نحوه عملکرد این دستگاه به شکلی خواهد بود که دو سیال به صورت یکی در میان ، وارد صفحه ی مخصوص خود شده و پس از در گردش قرار گرفتن بر روی سطح صفحه و تبادل دمایی ، با رسیدن به انتهای مبدل حرارتی ، همراه با تغییر دما ، از دستگاه خارج و به بخش مربوطه انتقال می یابند .
به طور کلی مبدل حرارتی صفحه ای یکی از پرکاربردترین مبدل های حرارتی به شمار می رود که در مصارف مختلف خانگی و پروژ های صنعتی ، از جمله ، صنایع دریایی ، سیستم های سرمایشی و گرمایشی محیط های خانگی ، سیستم های خنک کننده مانند کندانسور ، به عنوان انتقال دهنده حرارت در بخش موتورخانه ، صنایع غذایی ، صنعت داروسازی و ... به وفور مورد استفاده قرار می گیرد .
دلیل این امر وجود مزایایی است که این نوع مبدل حرارتی با خود به همراه دارد که از مهم ترین آن ها می توان به مواردی چون ، در ظرفیت برابر با دیگر مدل های مبدل حرارتی از وزن و ابعاد کمتری برخوردار است و در همین اندازه و ابعاد کم ، راندمان و بازدهی بسیار بالایی را از خود نشان می دهد ، از طرف دیگر به دلیل وجود فضای کم ، در بین صفحات و برخورداری از ابعاد جمع و جور فضای کمی را اشغال کرده و بر همین اساس ، برخلاف دیگر مدل های مبدل حرارتی ، به منظور جداسازی قطعات ، نیازی به فضای اضافی ندارند و از آن جایی که آشفتگی بالایی در دو جریان سرد و گرم وجود دارد رسوب گیری کمی در این دستگاه به وقوع می پیوند و ... اشاره کرد .
از نظر تنوع ، بر اساس نحوه نصب ، مبدل های حرارتی صفحه ای در سه دسته جوشی ، نیمه جوشی و واشردار تقسیم بندی می شوند ؛ که هر کدام به نوبه ی خود دارای یک سری معایب و مزایا می باشند .
به طور مثال در نوع واشردار مزیت مهمی که وجود دارد این است که در صورت بروز خرابی در یکی از صفحات ، به سهولت می توان با جداسازی صفحه خراب از دیگر صفحات ، تا زمان تعمیر یا تعویض آن ، مابقی صفحات را به یکدیگر متصل کرده و از دستگاه استفاده نمود و یا نوع جوشی آن ، به دلیل استحکام بالا در اتصال بین صفحات ، قابلیت تحمل فشار های بسیار بالا در مبدل حرارتی به وجود می آید . به همین دلیل از این نوع مبدل حرارتی صفحه ای می توان در پروژه های صنعتی دارای فشار بالا استفاده کرد .
