مبدل حرارتی چیست و طرز کار آن چگونه است ؟
در پاسخ به سوال مبدل حرارتی چیست به طور ساده می توان گفت که مبدل حرارتی دستگاهی است که حرارت را در اثر اختلاف دمای ایجاد شده بین دو سیال ، از یک سیال (گاز یا مایع) به سیال دیگر منتقل می کند. برای مثال یک مبدل حرارتی روغن ، حرارت روغن داغ را به آب یا هوا منتقل می کند و یا مبدل حرارتی استخر ، گرمای آب داغ بویلر را به آب استخر منتقل می کند (بدون تماس مستقیم دو سیال با یکدیگر).
از جمله مهمترین و پر کاربردترین مبدل های حرارتی می توان به نوع پوسته و لوله ، نوع هوا خنک (درای کولر) و نوع صفحه ای اشاره کرد که در تصویر زیر این سه نوع نشان داده شده است و همگی یک نوع دستگاه کاهنده دمای سیال (مایعات و گازها) محسوب می شوند.
نحوه عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله
مطابق شکل زیر نحوه عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله (شل اند تیوب shell and tube) به این شکل است که یک سیال از درون دسته ای از لوله ها که همگی به یک ورودی و خروجی متصل هستند، عبور می کند و سیال دیگر با دمای متفاوت درون پوسته ای که لوله ها را احاطه کرده، جاری می شود. بدین ترتیب گرما در اثر اختلاف دمای بین دو سیال و از طریق دیواره لوله ها، از سیال گرم به سیال سرد منتقل می شود.
بدین ترتیب بدون تماس مستقیم، بین دو سیال عمل انتقال گرما صورت می گیرد. از این نوع مبدل در صنایع مختلف و برای سیالات گوناگون به طور گسترده استفاده می شود.
در شکل زیر نمای دو بعدی و سه بعدی از یک مبدل پوسته و لوله به همراه اجزای اصلی آن نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می کنید، یکی از سیالات گرم یا سرد وارد دسته یا ردیفی از لوله ها (تیوب ها tube) شده و تا انتهای مبدل پیش می رود و با چرخشی ۱۸۰ درجه ای مجددا وارد ردیفی دیگر از لوله ها می شود.
همزمان با آن، سیال دیگری که دمای متفاوتی دارد، از مجرایی وارد پوسته (شل shell) می شود و در پیرامون لوله ها شروع به حرکت می کند. موانعی به اسم بافل در سر راه حرکت سیال درون پوسته جاسازی می شود تا به سیال درون پوسته حرکتی آشفته (مغشوش) بدهد تا حرارت بیشتری بین دو سیال منتقل شود.
سر و ته لوله ها با قطعه ای به نام تیوب شیت نگه داشته می شود که تیوب شیت ها علاوه بر نگه داشتن لوله ها، عمل آبندی را هم انجام می دهند تا دو سیال با هم تماس فیزیکی نداشته باشند.
از جمله ویژگی های این نوع از مبدل ها این است که فشار و دمای بالایی را تحمل می کنند و ساختار آنها به گونه ای است که طراحی و ساخت آنها آسان است و به همین دلیل کاربرد وسیعی در صنعت دارند. به طوری که این مبدل، نسبت به تمامی مبدل های دیگر، کاربرد بیشتری دارد.
طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای
مطابق شکل زیر طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای به این شکل است که تعداد زیادی صفحه (پلیت plate) با ضخامت کم و به صورت پشت سر هم قرار گرفته و بین آنها فضای خالی ایجاد می شود (صفحات نسبت به هم آبند هستند).
یک لوله جریان سیال گرم و یک لوله جریان سیال سرد به صورت یکی در میان به صفحات متصل می شود، طوری که یکی در میان در فضای خالی بین صفحات، سیال سرد و گرم جاری می شود. بدین ترتیب سطح انتقال حرارت افزایش و انتقال حرارت از دیواره صفحات بین سیالات صورت می پذیرد.
این مبدل ها همانند نوع پوسته و لوله قادر به تحمل دما و فشارهای بالا نیستند ولی چون سطوح انتقال دهنده حرارت در آنها زیاد است، ابعاد جمع و جورتر و کوچکتری دارند و امروزه از این نوع نیز به طور گسترده در صنعت استفاده می شود.
