مبدل حرارتی دستگاهی است که از آن می توان در فرایند های سرمایشی و گرمایشی به منظور تبادل حرارتی میان دو یا چند سیال استفاده کرد . انجام فرایند تبادل حرارتی به گونه ای صورت می پذیرد که دو سیال به هیچ وجه با یکدیگر تماسی نداشته و ترکیب نمی شوند. یکی از دلایل پرکاربرد بودن مبدل حرارتی در پروژه های مختلف صنعتی و خانگی ، به همین دلیل است . دلیل دیگر قیمت مبدل حرارتی است که این محصولات بسیار مقرون به صرفه میباشند .
1. نیروگاه تولید برق
2. سیستم تهویه مطبوع
3. صنعت داروسازی
4. صنایع ذوب فلزات
5. صنایع غذایی
6. صنعت پتروشیمی
7. و ... .
مبدل های حرارتی را از جهات مختلف ، به دسته های گوناگون دسته بندی می کنند که در ادامه برخی از فاکتور های بسیار مهم که در تقسیم بندی مبدل های حرارتی نقش دارند را به طور مفصل بررسی می کنیم .
همان طورکه تا به الان متوجه شدید مبدل های حرارتی دارای انواع مختلفی هستند که با توجه به تنوعی که از آن برخوردار هستند می توان با توجه به نیاز و شرایط حاکم بر پروژه ی مورد نظر ، مبدل حرارتی مناسب خود را انتخاب و خریداری کنید به همین جهت برای آشنایی بیشتر با این دستگاه بسیار کاربردی در ادامه به بررسی سه مدل از پرکاربردترین مبدل های حرارتی چون نوع پوسته لوله ، صفحه ای و هوا خنک می پردازیم .
این نوع مبدل حرارتی ، همان طور که از عنوان آن مشخص است به صورت کلی از تعدادی لوله و یک پوسته استوانه ای شکل تشکیل شده است به این صورت که دسته ای از لوله ها در درون یک پوسته قرار گرفته و به این شکل مبدل حرارتی پوسته لوله ساخته می شود .
· و ... .
در این جا با فرض به این که در این مبدل حرارتی قرار است تبادل حرارتی میان دو سیال صورت بپذیرد نحوه ی عملکرد دستگاه را توضیح می دهیم . همان طور که گفته شد در این مبدل حرارتی دسته ای لوله در داخل یک پوسته ی استوانه ای شکل تعبیه شده اند بر همین اساس دو فضا به وجود می آید به این صورت که یک سیال در داخل پوسته و در پیرامون لوله ها در جریان قرار می گیرد و سیال دیگر در داخل لوله ها ، در این جا بر اثر وجود اختلاف دما میان دو سیال ، حرارت از طریق دیواره ی لوله ها ، از سیال دارای دمای بالا تر به سمت سیال دارای حرارت کمتر منتقل می شود بدون این که این دو سیال با هم ترکیب شده و یا تماسی داشته باشند .
مبدل های حرارتی پوسته لوله براساس تعداد تیوب های موجود در مبدل حرارتی و همچنین چگونگی ورود و خروج سیال ، به سه گروه تقسیم بندی می شوند که شامل :
نکته : به هر دور رفت و برگشت جریان سیال موجود در لوله ها را پاس می گویند .
مبدل حرارتی صفحه ای از تعدادی صفحات که به صورت موازی در کنار هم قرار گرفته اند تشکیل شده است . این نوع مبدل حرارتی به دلیل برخورداری از ابعاد جمع و جور ، در پروژه هایی که از نظر فضا دارای محدودیت می باشند بسیار پرکاربرد می باشد .
نحوه عملکرد مبدل حرارتی صفحه ای با توجه به شکل ساختاری که از آن برخوردار است ، متفاوت از دیگر مبدل های حرارتی می باشد . بر همین اساس با توجه و تشریح شکل ساختاری این نوع مبدل حرارتی ، نحوه عملکرد آن را برایتان توضیح می دهیم .
تمامی مبدل های حرارتی صفحه ای از چند صفحه که به شکل چین دار هستند تشکیل شده اند . نحوه قرار گیری این صفحات به صورت موازی و پشت سرهم می باشد ؛ به گونه ای که در بین هر دو صفحه فضای خالی وجود خواهد داشت . این فضای خالی به دلیل استفاده از واشر های پلیمری است و در آخر در جهت نصب و محکم نمودن صفحه ها با استفاده از پیچ و مهره و یا به شکل جوشی یا لحیمی فرایند نصب آن ها انجام می شود . به همین دلیل با توجه به نحوه چیدمان صفحه ها و نوع قرار گرفتن واشر ها ، به هیچ عنوان دو سیال گرم و سرد با هم ترکیب و مخلوط نمی شوند و در نهایت به منظور محافظت و نگهداری یکپارچه صفحات و اتصالات در کنار هم از یک قاب که عمدتاً از جنس فولادی است استفاده می کنند .
به منظور ورود و خروج دو سیال گرم و سرد در چهار لبه ی صفحات حفره هایی را تعبیه کرده اند . با توجه به این توضیح زمانی که از یک مبدل حرارتی صفحه ای استفاده می شود . سیال گرم از بخش ورودی به صفحه ی اول وارد شده و بر روی سطح آن پخش می شود و سپس با توجه به مسدودی در قسمت ورودی به صفحه ی بعد ، سیال گرم به صفحه ی سوم منتقل می گردد .
در نتیجه در این جا می بینید که صفحه ی دوم خالی است . در این زمان سیال سرد از قسمت ورودی به صفحه ی دوم انتقال یافته و به این شکل به صورت یکی در میان تا انتهای صفحات ، در یک صفحه سیال سرد در جریان بوده و در صفحه ی بعد از آن سیال گرم جریان خواهد داشت . از آن جایی که اساس کار مبدل های حرارتی بر مبنای اختلاف دمای بین دو سیال است ؛ در این جا نیز به دلیل وجود اختلاف دمایی ، حرارت از طریق دیواره ی صفحات ، از بخش دارای دمای بالا به سمت سیال دارای دمای پایین منتقل می شود .
در آخر ، دو سیال تغییر دما یافته پس از طی تمامی صفحات ، از بخش خروجی مخصوص خود از دستگاه خارج و از طریق اتصالات به قسمت مورد نظر منتقل می شوند . با توجه به این ساختار و نحوه عملکرد ، عمدتاً مبدل های حرارتی صفحه ای را یکی از پربازده ترین مبدل حرارتی می دانند ، زیرا نه تنها به دلیل وجود فاصله ی کم بین صفحات ، در مدت زمان کوتاه ، تبادل حرارتی صورت می پذیرد ، بلکه به خاطر وجود آشفتگی زیاد ، حداکثر مقدار دو سیال سرد و گرم با هم تبادل حرارتی انجام می دهند که نتیجه ی آن راندمان بالا و حداکثر بازدهی خواهد بود .
همان طورکه از اسم آن مشخص است این نوع مبدل در تمامی استخر ها چون ، استخر های درمانی ، استخرهای واترپلو ، استخر تفریحی ، استخر مسابقات شنا ، استخر های کلردار ، جکوزی ها و ... به منظور گرم نمودن و تنظیم و کنترل دمای آب استخر کاربرد دارد . در واقع مبدل های حرارتی دارای انواع مختلفی هستند اما رایج ترین نوع آن که برای استخر ها بسیار کاربرد دارد و دارای بازدهی بالایی می باشد نوع پوسته لوله است. دلیل این امر وجود مزایای زیادی چون ، بازدهی و راندمان بالا ، شستشوی راحت ، طول عمر بالا و ... است .
به طور کلی هر استخری با توجه به کاربری که دارد نیاز به یک محدوده ی دمایی در آن احساس می شود . به طور مثال در یک استخر مخصوص کودکان نمی توان دمایی را ایجاد کرد که با دمای استخر بزرگسالان برابر باشد یا دمای استخر مخصوص درمان نمی تواند با یک استخر مخصوص مسابقات شنا برابری کند . بر همین اساس در چنین موقعیت هایی به دلیل اهمیت میزان دما در یک محدوده ی مخصوص، استفاده از یک مبدل حرارتی که از بازدهی مناسب برخوردار باشد تا بتواند دما را در یک محدوده مناسب حفظ کند بسیار الزامی است . از طرف دیگر اهمیت کاربرد مبدل حرارتی استخری در کنار این موارد زمانی بسیار به چشم می خورد که شاهد بر هم خوردن بالانس حرارتی هستیم . به خصوص در شرایطی چون ، وجود تبخیر سطحی آب ، سر ریز شدن آب استخر ، ورود و خروج مدام و مکرر شناگران و ... در چنین شرایطی ، دمای آب ، مدام در حال تغییر است در حالی که با استفاده از دستگاهی چون مبدل حرارتی استخری دیگر شاهد بر هم خوردن دمای آب استخر نخواهیم بود .
در رابطه با توضیح مفصل در خصوص کاربرد مبدل حرارتی استخری می توان اینگونه توضیح داد ؛ با توجه به کاربرد استخر نیاز است تا آب استخر گرم شده و در یک دمای مطلوب ثابت نگه داشته شود که در این جا مبدل حرارتی استخری که دارای نقش رابط و تنظیم کنندگی را بر عهده دارد ؛ با استفاده کردن از آب گرم شده از طریق بویلر یا دیگ و یا هر منبع گرمایشی دیگر ، بدون آن که تماسی بین آب استخر و آب گرم منبع گرمایشی ایجاد کند ، گرمای مورد نیاز آب استخر را تأمین می کند . در واقع به این شکل بدون تغییر در ساختار آب استخر به راحتی دمای آن تنظیم و کنترل می شود . این فاکتور تنها یکی از مزیت های استفاده از مبدل حرارتی استخری است که برای شما به ارمغان می آید . از سری مزایای دیگر آن می توان به مواردی چون ، انجام فرایند گرمایش آب استخر در سریعترین زمان ممکن به نوعی سرعتی سه برابری ، تمیزکاری و شستشوی راحت دستگاه به خصوص در زمان داشتن رسوب ، سهولت در نصب و راه اندازی ، کیفیت عالی آب به دلیل آن که مبدل حرارتی استخری را به شکلی خاص تنها برای استخر های شنا طراحی و تولید می کنند و دیگر موارد اشاره نمود .
این نوع مبدل حرارتی از آن جایی که از نوع هوا خنک می باشد از تعدادی لوله به جهت در جریان قرار گرفتن سیال و فن تشکیل شده است تا به این صورت سیال در درون لوله ها در جریان قرار بگیرد و از طرف دیگر از طریق فن ، هوا در پیرامون لوله ها به گردش در بیاید تا به این شکل فرایند تبادل حرارتی انجام شود .
