معرفی انواع مبدل حرارتی (Heat Exchanger)

 

انواع مبدل حرارتی:

انواع مبدل حرارتی : مبدل حرارتی یک عنصر ضروری در سیستم های گرمایش، تهویه مطبوع و تبرید است. انتقال حرارت بین دو سیال را بدون اختلاط سیال تضمین می کند. این انتقال از طریق دیواری با ظرفیت رسانایی بالا صورت می گیرد. مبدل های حرارتی انواع مختلفی دارند که در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

 

 

نقش مبدل حرارتی

نقش مبدل حرارتی انتقال انرژی گرمایی از یک سیال به سیال دیگر بدون اختلاط آنهاست. در مورد سیستم گرمایش یا تولید آب گرم، برای گرم کردن سیال ثانویه از اولین سیال به اصطلاح “گرم” که به عنوان سیال اولیه در نظر گرفته می شود، استفاده می شود. برای تبادل خوب، دو سیال باید دمای متفاوتی داشته باشند، به همین دلیل یکی گرم و دیگری سرد است.

 

 

برای انجام انتقال حرارت، مبدل حرارتی به ماده ای نیاز دارد که به اندازه کافی رسانا باشد تا تبادل را بهینه کند و در عین حال اتلاف حرارت را تا حد امکان محدود کند . به محض اینکه انتقال حرارت بین دو سیال انجام شود، مبدل حرارتی به طور کامل ماموریت خود را انجام داده است.

 

اصل فونکیشن

همچنین باید توجه داشت که مبدل حرارتی تنها برای گرم کردن سیال استفاده نمی شود. بسته به سیستمی که برای آن استفاده می شود، نقش آن اطمینان از تبرید سیال است، این مورد در مورد تهویه مطبوع یا حتی یخچال است.

 

 

اصل عملکرد آن

برای کارکرد، مبدل حرارتی دارای شبکه های موازی است که سیالات در دماهای مختلف از طریق آنها به گردش در می آیند. اینها توسط دیواری با ظرفیت رسانایی مطلوب از هم جدا می شوند. این اختلاف دما بین دو سیال است که امکان تبادل گرما را فراهم می کند. در واقع، گرمتر به طور طبیعی به سمت سردتر حرکت می کند و بلافاصله آن را گرم می کند و در عین حال کالری از دست می دهد. بنابراین، هنگامی که به صورت گرم وارد مبدل حرارتی می شود، سیال اولیه سیال ثانویه را که سرد است گرم می کند. سپس سرد شده بیرون می آید، در حالی که سیال دوم گرم می شود.

 

 

ماهیت و تکامل سیالات

بسته به مبدل حرارتی مورد استفاده، سیالات می توانند ماهیت متفاوتی داشته باشند. بنابراین مبدل های حرارتی وجود دارند که سیالات آنها عبارتند از:

 

کمی آب

مایع انتقال حرارت

هوا

روغن

بخار آب

 

این سیالات می توانند از یک مبدل حرارتی به مبدل حرارتی دیگر تکامل یابند. بنابراین، آنها می توانند گردش کنند:

 

جریان متقابل، زمانی که در جهت مخالف نسبت به یکدیگر حرکت می کنند

با جریان های موازی یا همزمان، زمانی که هر دو در یک جهت حرکت می کنند

جریان متقاطع، به محض اینکه هم جریان متقابل و هم جریان متقابل حرکت کنند

 

تکامل همزمان محبوب نیست، زیرا دو احتمال دیگر کارآمدتر هستند. در نتیجه، مبدل های حرارتی زیادی وجود دارند که سیالات آنها در جریان متقابل یا در جریان متقابل تکامل می یابند.

 

 

پر مصرف ترین مواد

برای اینکه مبدل حرارتی به خوبی کار کند، ظرفیت رسانایی یک ماده بسیار مهم است. در واقع، هر چه ماده رساناتر باشد، تبادل حرارتی بهینه و کارآمدتر خواهد بود. در میان مواد مورد استفاده، ما به طور خاص پیدا می کنیم:

 

مس

فولاد ضد زنگ

آلومینیوم

فولاد

 

این مواد هستند که در اکثر رادیاتورهای اینرسی سیال، بویلرها یا حتی آبگرمکن ها یافت می شوند . آنها همچنین در رادیاتور خودرو یا در سیستم های تهویه یافت می شوند.

عملکرد یک مبدل حرارتی به لطف دو دستگاه اصلی انجام می شود:

 

پلاک ها

لوله ها

 

موارد دیگری مانند مبدل های حرارتی پره دار، بلوکی یا مارپیچی وجود دارد. با این حال، برای سیستم‌های گرمایش یا آب گرم در خانه‌ها، بیش از همه آن‌هایی که صفحه دارند و لوله‌هایی که عمدتاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، هستند.

 

علاوه بر این، مبدل های حرارتی همه با یک نوع سیال کار نمی کنند. بنابراین آنها می توانند از این نوع باشند :

 

آب/آب

بخار آب/آب

روغن/آب

آب/هوا

روغن / هوا

هوا/هوا

 

مبدل حرارتی صفحه ای

در مورد مبدل حرارتی صفحه ای، سیالات در دو طرف صفحات که عموما موجدار هستند حرکت می کنند. این نوع مبدل حرارتی به دلیل کارایی بسیار زیاد مورد استفاده قرار می گیرد. در تهویه مطبوع، یخچال و فریزر یا حتی دیگ های بخار برای تولید آب گرم خانگی یافت می شود

 

 

صفحات به کار رفته در این دستگاه می توانند عبارتند از

 

با مهر و موم

جوش داده شده

لحیم شده

مونتاژ شده توسط فیوژن

 

برای هر نوع، ضروری است که سفتی بین هر صفحه حداکثر باشد تا سیالات با دماهای مختلف مخلوط نشوند. در اینجا، این صفحات هستند که به عنوان رسانای گرما عمل می کنند، آنها از یکی از مواد ذکر شده در بالا ساخته شده اند

 

 

بنابراین مبدل حرارتی صفحه ای می تواند یک سیستم آب/آب و همچنین یک سیستم هوا/هوا داشته باشد، همانطور که در مورد سیستم های تهویه مکانیکی کنترل شده خاص (VMC) وجود دارد. در این مثال، تبادل حرارت در جریان های متقاطع صورت می گیرد

 

 

مبدل حرارتی لوله ای

مبدل حرارتی لوله ای یا چند لوله ای از لوله های زیادی تشکیل شده است که در یک پوسته قرار می گیرند. در برابر فشار بسیار مقاوم است، اما کاملاً حجیم است و لزوماً برای تأسیسات خانگی مناسب نیست

 

 

به همین دلایل است که از آن در تاسیسات قدرتمند استفاده می شود. به عنوان مثال، به طور کلی این نوع مبدل حرارتی است که در برج های خنک کننده نیروگاه های هسته ای در فرانسه استفاده می شود

 

 

مبدل حرارتی سیم پیچ شکل

مبدل حرارتی سیم پیچ شکل از لوله ای استفاده می کند که در آب غوطه ور است. سیال اولیه در سیم پیچ به گردش در می آید و سیال ثانویه ای را که لوله در آن غوطه ور است گرم می کند

 

 

به عنوان مثال در مخازن بافر مجهز به مبدل یا حتی در دستگاه های تهویه مطبوع یافت می شود

 

 

انواع دیگر مبدل های حرارتی

انواع مبدل های حرارتی ارائه شده در بالا تنها موارد موجود نیستند. در واقع، موارد دیگری نیز وجود دارند که برای مصارف بسیار خاص در نظر گرفته شده‌اند، که اغلب به وسط صنعت اختصاص دارند. می توانیم استناد کنیم

 

بلوک یا مبدل میکروکانالی که در واحدهای خارجی پمپ های حرارتی استفاده می شود

مبدل حرارتی پره دار، موجود در رادیاتور خودرو

راندمان مبدل حرارتی

بازده

هر چه تلفات حرارتی بیشتر به حداقل برسد، کارایی مبدل حرارتی بیشتر می شود. به همین دلیل، بسیار مهم است که مواد مورد استفاده در طراحی تا حد ممکن رسانا باشد