در این متن به بررسی مبدل حرارتی خواهیم پرداخت. مبدل های حرارتی در کاربردهای مختلفی از جمله نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع شیمیایی، تهویه مطبوع و گرمایش و سرمایش منازل استفاده می شوند.
مبدل حرارتی چیست؟
اگر برای شما سوال پیش آمده است که مبدل حرارتی و یا همان هیت اکسچنجر چیست باید بگوییم که دستگاهی است که برای انتقال حرارت بین دو سیال مختلف بدون مخلوط شدن آنها استفاده می شود. این سیالات می توانند مایعات، گازها یا هر دو باشند.
انواع مبدل حرارتی
مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت بین دو سیال مختلف بدون مخلوط شدن آنها استفاده می شود. مبدل های حرارتی در کاربردهای مختلفی از جمله نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع شیمیایی، تهویه مطبوع و گرمایش و سرمایش منازل استفاده می شوند. انواع مختلفی از مبدل های حرارتی بر اساس طراحی و نحوه عملکرد آنها وجود دارد. برخی از رایج ترین انواع عبارتند از:
- مبدل حرارتی پوسته و لوله:
این نوع مبدل حرارتی از تعدادی لوله که در یک پوسته قرار گرفته اند تشکیل شده است. سیال گرم از داخل لوله ها و سیال سرد از فضای بین لوله ها و پوسته عبور می کند.مبدل های حرارتی پوسته و لوله رایج ترین نوع مبدل حرارتی هستند و در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شوند. آنها برای انتقال حرارت بین سیالات با ویسکوزیته های مختلف مناسب هستند. مبدل های حرارتی پوسته و لوله می توانند برای انتقال مقادیر زیادی گرما استفاده شوند. با این حال، آنها می توانند حجیم و سنگین باشند و همچنین تمیز کردن آنها دشوار باشد.
- مبدل حرارتی صفحه ای:
این نوع هیت اکسچنجر از دو صفحه نازک که به هم جوش داده شده اند تشکیل شده است. دو سیال از کانال های باریکی که بین صفحات ایجاد شده عبور می کنند. مبدل های حرارتی صفحه ای به طور کلی کوچکتر و سبک تر از مبدل های حرارتی پوسته و لوله هستند. آنها همچنین تمیز کردن آنها آسان تر است. با این حال، آنها برای انتقال مقادیر کمتری از گرما نسبت به مبدل های حرارتی پوسته و لوله مناسب هستند. مبدل های حرارتی صفحه ای برای انتقال حرارت بین سیالات با ویسکوزیته کم مناسب هستند.
- مبدل حرارتی دوار:
این نوع مبدل حرارتی از یک درام چرخان که دارای کانال هایی برای عبور سیال است تشکیل شده است. دو سیال از کانال های درام در جهت های مخالف عبور می کنند. مبدل های حرارتی دوار برای انتقال حرارت بین سیالات با ویسکوزیته بالا مناسب هستند. آنها همچنین می توانند برای انتقال مقادیر زیادی گرما در فضای نسبتاً کوچک استفاده شوند. با این حال، مبدل های حرارتی دوار می توانند گران تر از سایر انواع مبدل های حرارتی باشند.
- مبدل حرارتی هوایی:
این نوع هیت اکسچنجر برای انتقال حرارت بین یک سیال و هوا استفاده می شود. آنها از تعدادی پره یا لوله که هوا از بین آنها عبور می کند تشکیل شده اند. مبدل های حرارتی هوایی به طور کلی برای خنک کردن سیالات استفاده می شوند. آنها برای کاربردهایی که فضای محدودی دارند مناسب هستند. با این حال، مبدل های حرارتی هوایی نمی توانند به اندازه سایر انواع مبدل های حرارتی گرما را به طور موثر انتقال دهند.
- کویل حرارتی:
کویل حرارتی نوعی مبدل حرارتی است که برای انتقال گرما از یک سیال به سیال دیگر استفاده می‌شود. آنها معمولاً در سیستم‌های تهویه مطبوع برای گرم کردن هوا استفاده می‌شوند. کویل‌های حرارتی از لوله‌های فلزی ساخته شده‌اند که سیال گرم، مانند آب گرم یا بخار، از داخل آنها عبور می‌کند. پره‌های فلزی در اطراف لوله‌ها قرار دارند که هوا از بین آنها عبور می‌کند. گرما از سیال گرم به پره‌ها و سپس به هوا منتقل می‌شود.
علاوه بر انواع ذکر شده در بالا، انواع دیگری از مبدل های حرارتی نیز وجود دارد، مانند:
- مبدل های حرارتی مارپیچی: برای انتقال حرارت بین سیالات با ویسکوزیته بالا استفاده می شوند.
- مبدل های حرارتی بلوکی: برای انتقال حرارت بین سیالات با دماهای بالا استفاده می شوند.
- مبدل های حرارتی دوبل لوله: برای کاربردهایی که نشت سیال می تواند خطرناک باشد استفاده می شوند.
نوع مبدل حرارتی مورد استفاده در هر کاربرد خاص به عوامل مختلفی از جمله:
- سیالاتی که باید گرم یا سرد شوند.
- میزان حرارتی که باید منتقل شود.
- شرایط عملیاتی مانند فشار و دما.
- محدودیت های فضایی و وزنی.
- ملاحظات اقتصادی.
انتخاب مبدل حرارتی مناسب برای یک کاربرد خاص می تواند یک فرآیند پیچیده باشد. عوامل مختلفی را باید در نظر گرفت و اغلب مشورت با یک متخصص توصیه می شود.
کاربرد مبدل حرارتی
هیت اکسچنجر دستگاهی است که برای انتقال حرارت بین دو سیال مختلف بدون مخلوط شدن آنها استفاده می شود. مبدل های حرارتی در کاربردهای مختلفی از جمله موارد زیر استفاده می شوند:
- نیروگاه ها برای خنک کردن ژنراتورها، توربین ها و سایر تجهیزات، برای پیش گرم کردن آب ورودی به بویلرها و برای تولید بخار برای مصارف مختلف. برج خنک کننده هم سازه‌ای است که از آن برای خنک کردن آب یا مایعات دیگر با تبخیر قسمتی از آن استفاده می‌شود. آنها معمولاً در نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها و سایر تأسیسات صنعتی که حجم زیادی آب گرم تولید می‌کنند، یافت می‌شوند.
- پالایشگاه ها برای خنک کردن محصولات و فرآیندهای پالایش، برای بازیابی بخارات و گازهای قابل اشتعال و برای پیش گرم کردن نفت خام قبل از پالایش.
- صنایع شیمیایی برای گرمایش و خنک کردن مواد شیمیایی در فرآیندهای مختلف، برای تغلیظ و تبخیر محلول ها و برای تولید بخار برای مصارف مختلف.
- تهویه مطبوع برای گرم کردن یا خنک کردن هوا در ساختمان ها، برای کنترل رطوبت هوا و برای تامین آب گرم.
- گرمایش و سرمایش منازل برای گرم کردن آب و تامین آب گرم، برای گرمایش فضایی و برای خنک کردن خانه ها در تابستان.
- کاربردهای دیگر مثلا در موتورهای احتراق داخلی برای خنک کردن موتور، در یخچال ها و فریزرها برای تولید سرما، در ماشین های ظرفشویی و لباسشویی برای گرم کردن آب، در تجهیزات پزشکی برای گرم کردن یا خنک کردن مایعات و در صنایع غذایی برای فرآوری و بسته بندی مواد غذایی.
مزایای مبدل های حرارتی
مبدل های حرارتی دستگاه هایی هستند که برای انتقال حرارت بین دو سیال مختلف بدون مخلوط شدن آنها استفاده می شوند. مبدل های حرارتی در کاربردهای مختلفی از جمله نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع شیمیایی، تهویه مطبوع و گرمایش و سرمایش منازل استفاده می شوند. مزایای استفاده از مبدل های حرارتی عبارتند از:
- افزایش راندمان: مبدل های حرارتی می توانند راندمان فرآیندهای مختلف را با بازیابی حرارت اتلافی و استفاده از آن برای گرم کردن سیال دیگر افزایش دهند. این امر می تواند منجر به صرفه جویی در مصرف انرژی و هزینه ها شود.
- کنترل دما: مبدل های حرارتی می توانند برای کنترل دقیق دمای سیالات در فرآیندهای مختلف استفاده شوند. این امر برای بسیاری از کاربردهای صنعتی از جمله تولید مواد شیمیایی، فرآوری مواد غذایی و دارویی و تولید برق ضروری است.
- جداسازی سیالات: مبدل های حرارتی به شما این امکان را می دهند که حرارت را بین دو سیال بدون مخلوط شدن آنها تبادل کنید. این امر برای کاربردهایی که در آنها مخلوط شدن سیالات می تواند خطرناک یا نامطلوب باشد، مانند انتقال حرارت بین مواد شیمیایی خورنده یا بین آب آشامیدنی و بخار، بسیار مهم است.
- تنوع کاربرد: مبدل های حرارتی در طیف گسترده ای از اندازه ها، مواد و طرح ها موجود هستند که آنها را برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب می کند.
- نگهداری کم: مبدل های حرارتی به طور کلی دستگاه های قابل اعتمادی هستند که به تعمیر و نگهداری کمی نیاز دارند.
- عمر طولانی: مبدل های حرارتی می توانند با مراقبت و نگهداری مناسب سال ها عمر کنند.
- سازگاری با محیط زیست: مبدل های حرارتی می توانند به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای با افزایش راندمان و کاهش مصرف انرژی کمک کنند.
- ایمنی: مبدل های حرارتی می توانند به جداسازی مواد خطرناک و جلوگیری از نشت آنها به محیط زیست کمک کنند.
- قابلیت اطمینان: مبدل های حرارتی به طور کلی دستگاه های قابل اعتمادی هستند که در شرایط سخت کار می کنند.
- هزینه کم: مبدل های حرارتی در مقایسه با سایر روش های انتقال حرارت مانند گرمایش مستقیم یا سرمایش، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند.
اجزای تشکیل دهنده مبدل حرارتی
مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت بین دو سیال مختلف بدون مخلوط شدن آنها استفاده می شود. مبدل های حرارتی در کاربردهای مختلفی از جمله نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع شیمیایی، تهویه مطبوع و گرمایش و سرمایش منازل استفاده می شوند. نوع و تعداد اجزای یک مبدل حرارتی به نوع مبدل، سیال های مورد استفاده و کاربرد آن بستگی دارد. اجزای اصلی یک هیت اکسچنجر عبارتند از:
- پوسته: پوسته بیرونی مبدل را تشکیل می دهد و از دو سیال جداگانه محافظت می کند. پوسته معمولاً از فلزات مقاوم در برابر خوردگی مانند فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم ساخته می شود.
- لوله ها: لوله ها مسیری را برای عبور سیال گرم یا سرد فراهم می کنند. لوله ها می توانند از جنس های مختلفی از جمله مس، فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم باشند. ضخامت و جنس لوله ها بر میزان انتقال حرارت تاثیر می گذارد.
- صفحات: در برخی از مبدل های حرارتی از صفحات به جای لوله ها برای انتقال حرارت استفاده می شود. صفحات معمولاً از فلزاتی با ضریب هدایت حرارتی بالا مانند مس یا آلومینیوم ساخته می شوند.
- پره ها: پره ها در برخی از مبدل های حرارتی برای افزایش سطح تماس بین دو سیال و افزایش انتقال حرارت استفاده می شوند. پره ها می توانند از جنس های مختلفی از جمله فلز، پلاستیک یا سرامیک باشند.
- کانال ها: کانال ها مسیری را برای عبور سیال بین صفحات یا پره ها فراهم می کنند. کانال ها معمولاً از همان جنس صفحات یا پره ها هستند.
- هدرها: هدرها نقاطی هستند که سیال ها به داخل و خارج از مبدل حرارتی هدایت می شوند. هدرها معمولاً از فلزات مقاوم در برابر خوردگی مانند فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم ساخته می شوند.
- اتصالات: اتصالات برای اتصال مبدل حرارتی به لوله ها یا سایر تجهیزات استفاده می شوند. اتصالات باید از موادی باشند که در برابر فشار و دما بالا مقاوم باشند.
- عایق: عایق برای جلوگیری از اتلاف گرما از مبدل حرارتی استفاده می شود. عایق می تواند از جنس های مختلفی مانند پشم شیشه، فوم یا مواد عایق دیگر باشد.
- شیرها و ابزار دقیق: شیرها و ابزار دقیق برای کنترل جریان سیال، دما و فشار در مبدل حرارتی استفاده می شوند.
- فیلترها: برای جلوگیری از ورود ذرات معلق به داخل مبدل حرارتی استفاده می شوند.
- سوراخ های تخلیه: برای تخلیه هوا یا مایعات از مبدل حرارتی استفاده می شوند.
- منافذ بازدید: برای مشاهده داخل مبدل حرارتی و بررسی وضعیت آن استفاده می شوند.
طرز کار مبدل حرارتی
در اینجا خلاصه ای از نحوه عملکرد مبدل حرارتی می کنیم. مبدل حرارتی دارای دو سیال است که باید گرما بین آنها تبادل شود. این سیالات می توانند مایعات، گازها یا هر دو باشند. یک سیال را سیال “گرم” و سیال دیگر را سیال “سرد” می نامند. مبدل از لوله ها، صفحات یا پره هایی تشکیل شده است که دو سیال را از هم جدا می کند. جنس مبدل باید از موادی باشد که بتواند در برابر دمای و فشار بالا و همچنین خوردگی مقاوم باشد. گرما از سیال گرم به سیال سرد از طریق دیواره مبدل منتقل می شود. میزان انتقال حرارت به عوامل مختلفی از جمله ضخامت دیواره، مساحت سطح مبدل، سرعت سیال و اختلاف دما بین دو سیال بستگی دارد. در یک مبدل حرارتی، دو سیال بدون مخلوط شدن با یکدیگر گرما را تبادل می کنند. این امر به دلیل وجود دیواره مبدل است که دو سیال را از هم جدا می کند.
جدول مبدل حرارتی
انتخاب جدول مبدل حرارتی مناسب به عوامل مختلفی از جمله نوع مبدل، سیال ورودی و خروجی، ظرفیت حرارتی مورد نیاز و شرایط عملیاتی بستگی دارد. در اینجا چند نمونه از جداول مبدل حرارتی برای انواع مختلف مبدل ها آورده شده است:
- مبدل های پوسته و لوله:
| نوع سیال | ضریب انتقال حرارت (W/m²K) |
| آب به آب | ۱۰۰۰-۵۰۰۰ |
| روغن به آب | ۲۰۰-۱۰۰۰ |
| هوا به آب | ۲۵-۱۰۰ |
- مبدل های صفحه ای:
| نوع سیال | ضریب انتقال حرارت (W/m²K) |
| آب به آب | ۲۰۰۰-۱۰۰۰۰ |
| روغن به آب | ۵۰۰-۲۰۰۰ |
| هوا به آب | ۱۰۰-۲۵۰ |
- مبدل های دوار:
| نوع سیال | ضریب انتقال حرارت (W/m²K) |
| آب به آب | ۵۰۰۰-۲۰۰۰۰ |
| روغن به آب | ۲۰۰۰-۵۰۰۰ |
| هوا به آب | ۲۵۰-۱۰۰۰ |
- مبدل های هوایی:
| نوع سیال | ضریب انتقال حرارت (W/m²K) |
| آب به هوا | ۲۵-۱۰۰ |
| روغن به هوا | ۱۰-۲۵ |
| بخار به هوا | ۵۰-۲۰۰ |
بدون دیدگاه