همه چیز در مورد مبدل حرارتی صفحه ای
یکی از مبدل های حرارتی پرکاربرد در تاسیسات حرارت مرکزی، مبدل حرارتی صفحه ای میباشد که با استفاده از تعداد زیادی صفحات فلزی نازک، باعث تبادل حرارت بالا بین سیال گرم و سرد می‌گردد. در مبدل های حرارتی صفحه ای، تعداد زیادی صفحه چیندار از جنس فولاد ضد زنگ وجود دارد که این صفحات توسط واشرهای پلیمری از هم جدا گشته و درون یک قاب فولادی قرار گرفته اند. عملکرد این مبدل حرارتی بدین گونه است که از دو جهت مخالف سیال سرد و گرم وارد مبدل شده و سپس به صورت یکی در میان بین صفحات فلزی جریان می‌یابند و با یکدیگر به تبادل گرما می‌پردازند. الگوی خاص صفحات در مبدل های حرارتی صفحه ای، منجر به ایجاد آشفتگی جریان و در نتیجه افزایش ضریب انتقال حرارت می گردد. به همین جهت میتوان گفت که مبدل حرارتی صفحه ای، یکی از مهم ترین و اصلی ترین تجهیزات مورد استفاده در سیستم های سرمایشی و گرمایشی، با کمترین هزینه و بدون اتلاف انرژی میباشد.
قاب، صفحات و واشرها از اجزای اصلی تشکیل دهنده مبدل های حرارتی صفحه ای می باشند. همچنین، دو نوع دیگر نیز وجود دارند که شامل مبدل های صفحه ای لحیم کاری شده و مبدل های صفحه ای جوشکاری شده می باشد و جزئیات هر یک از آنها به شرح زیر است:
- صفحات: این قسمت سطح تبادل حرارت را تشکیل داده و توسط پیچ و مهره بین دو صفحه ی فولادی محکم شده اند. ساختار این مبدل های حرارتی به گونه ای است که امکان باز کردن صفحات برای بازرسی و تمیز کردن آنها را فراهم آورد.
- واشر: هر مبدل حرارتی صفحه ای قابدار دارای یک واشر میباشد که وظیفه ی آن آب بندی صفحه و تامین شبکه انتقال سیال در مجموعه ی صفحات است. مبدل های حرارتی واشردار توانایی تحمل فشار تا ۲۵ بار را داشته و محدوده دمایی کارکرد آنها بین ۳۵- تا ۲۲۰ درجه ی سانتیگراد میباشد.
- لحیم: در مبدل صفحه ای لحیم کاری شده که از لحیم کاری برای اتصال صفحات به هم به جای واشر استفاده شود، مبدل می تواند در فشار های ۳۰ بار نیز کار کند و محدوده ی دمای آن بین ۱۹۵- تا ۲۰۰ درجه ی سانتیگراد است.
- جوشکاری: در صورت استفاده از جوشکاری برای اتصال صفحات در مبدل حرارتی جوشکاری شده، فشار تا حدود ۶۰ بار ارتقا یافته و محدوده ی دما توسط ماده ی به کار رفته تعیین می شود.
- وزن کمتر نسبت به سایر انواع مبدل های صفحهای و در نتیجه اشتغال به فضای کمتر
- راندمان بسیار بالا به دلیل آشفتگی زیاد در جریان سیال های سرد و گرم
- رسوب گیری اندک در مبدل های حرارتی صفحه ای
- کارآمدتر نسبت به دیگر طرح‌های مبدل حرارتی
- انتقال و تبادل حرارت در مدت زمان کوتاه به دلیل فاصله کم اختصاص داده شده بین صفحات
- عدم ورود ذرات به درون دستگاه به دلیل گرفتن صافی در ورودی مبدل حرارتی صفحه ای
- وزن سبک مبدل ها به دلیل فضای کم بین صفحات و مقدار کم سیال سرد و گرم بین آنها
- تعمیر و تعویض آسان صفحات و واشرهای دارای اشکال و خرابی و عدم نیاز به فضای اضافی برای جداسازی
- نصب راحت و ارزان و طول عمر بسیار زیاد
- صرفه جویی در مصرف انرژی تا 40 درصد بدلیل عدم نیاز به ذخیره سازی آبگرم مصرفی
مبدل های حرارتی صفحه ای، در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار میگیرند که مهم ترین کاربردهای این تجهیزات عبارتند از:
- مورد استفاده در ساختمانهایی که امکان جابجایی منابع با حجم بالا و یا امکان ساختن منبع ذخیره آب گرم مصرفی در محل را ندارند.
- در سیستم های سرمایشی و گرمایشی ساختمان های مسکونی (مصارف بهداشتی و مسکونی)
- استفاده در سیستم های تبرید و چیلرها
- استفاده به عنوان سیستم خنک کننده در کندانسور و تبخیر کننده ها
- انتقال حرارت در موتورخانه ها
علاوه بر ویژگی ها و کاربردهای ذکر شده، مبدل های حرارتی صفحه ای دارای معایبی نیز میباشند. بعنوان مثال اگر یک واشر دارای نشتی باشد، موجب ترکیب یک سیال با سیال دیگر خواهد شد و در نتیجه پیداکردن صفحه‌ی نشت‌دار اغلب مشکل است. همچنین، برخی از واشرهای صفحه باید برای تعویض به تولید کننده بازگردانده شوند که هم زمان و هزینه‌ی زیادی را لازم دارد. لازم به ذکر است که مبدل‌های حرارتی صفحه ای برای کاربردهای با فشار بالا مناسب نیستند، زیرا ممکن است واشرها به دلیل فشار سیستم از جای خود خارج شوند. البته با استفاده از طرح‌های بدون گسکت یا واشر، میتوان از این مشکل جلوگیری نمود.
