مبدل حرارتی 

مبدل حرارتی

مبدل حرارتی (Heat Exchanger) وسیله ای است که برای انتقال بهینه حرارت از یک سیال به سیال دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. ساختار مبدل ها به گونه ای است که هر دو سیال به آن وراد شده و بدون مخلوط شدن با یکدیگر، تبادل دمایی بین دو سیال صورت می گیرد. هر دو سیال می تواند مایع، یا هر دو گاز و یا یک سایل مایع و سیال دیگر گاز باشد. مبدل های حرارتی بر اساس ساختار و شکل ظاهری به دو دسته مبدل های حرارتی صفحه ای (Plate Heat Exchanger) و مبدل های حرارتی لوله ای (Pipe and Tube Heat Exchanger) تقسیم می شوند. مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای ظاهری استوانه ای شکل بوده و مبدله های حرارتی صفحه ای دارای ظاهری به شکل مکعب مستطیل می باشند. از دیگر تفاوت های مبدل های حرارتی صفحه ای و مبدل های حرارتی پوسته و لوله، می توان به دامنه تحمل فشار و دما اشاره کرد. مبدل های حرارتی صفحه ای معمولا برای فشار کاری کمتر از 25 Bar و سیالات با دمای کمتر از 200 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار می گیرند؛ ولی مبدل حرارتی پوسته و لوله ، دما و فشار بالاتر از این رانیز تحمل می کند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله (pipe and shell heat exchanger)

مبدل های حرارتی پوسته و لوله متشکل از تعدادی لوله های خم خورده ( U شکل) از جنس مس یا استیل می باشد که درون یه محفظه (تیوب) قرار دارد. سیال دارای دمای مورد نظر، به داخل لوله ها وارد شده و سیالی که باید آن دما را کسب کند، به درون تیوب وارد شده و اطراف لوله ها را پر می کند. دمای از طریق بدنه لوله هاف بین دو سیال انتقال پیدا می کند.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله براساس کاربردهای مختلف دارای ظرفیت های مختلفی می باشد. ظرفیت مبدل های حرارتی پوسته و لوله یا با واحد کیلووات و یا با واحد فوت مکعب در ساعت بیان می شود.

کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل های حرارتی پوسته و لوله برای مصارف صنعتی گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از مبدل های حرارتی پوسته و لوله می توان در تاسیسات ساختمانی نیز استفاده نمود. یکی از کاربردهای مبدل حرارتی پوسته و لوله، گرمایش آب و استخرها می باشد. چنانچه برای گرمایش استخر از دیگ های گالوانیزه و یا استیل استفاده شود، نیازی به استفاده از مبدل حرارتی نمی باشد. ولی در صورت استفاده از دیگ های چدنی و یا فولادی، بدلیل تغییراتی که این نوع دیگ ها در رنگ و کیفیت آب ایجاد می کنند، آب استخر نباید مستقیم وارد دیگ شود و نیاز هست تا از مبدل حرارتی استفاده شود. بدین منظور، در لوله کشی سیکل تصفیه استخرها، بعد از پمپ سیرکولاتور و فیلتر شنی، مبدل حرارتی پوسته و لوله نصب می شود.

مبدل حرارتی صفحه ای (Plate heat exchanger) 

مبدل های حرارتی صفحه ای از تعدادی صفحات نازک مستطیل شکل چین دار از جنس مس یا استیل ساخته شده است که به موازات هم و در فواصل نزدیک به هم قرار می گیرند. این صفحات به صورت یک در میان برای گذر سیال با دمای بالاتر و سیال با دمای پایین تر، آب بندی می شوند و از طریق بدنه صفحات با یکدیگر تبادل دمایی انجام می دهند. راندمان این منوع از مبدل ها بسیار بالا بوده بنابراین مبدلهای حرارتی صفحه ای دارای ابعاد کوچکتری نسبت به سایر انواع مبدل می باشد.

مبدل های حرارتی صفحه ای دارای انواع مختلفی می باشند که هریک کاربردها و ویژگی های خاص خود را دارد. ولی به طور کلی دو نوع از رایج ترین انواع مبدل های حرارتی صفحه ای عبارتند از مبدل حرارتی صفحه ای واشر دار (Gasketed Plate Heat Exchenger) و مبدل حرارتی صفحه ای یکپارچه جوشی (Brazed Plate Heat Exchenger). 

بدل حرارتی صفحه ای واشر دار (Gasketed Plate Heat Exchenger): در این مدل از مبدل ها، صفحات دارای واشرهای آب بندی بوده و با استفاده از فریم و توسط پیچ و مهره به یکدیگر متصل می شوند. واشرها مانع از نشت سیال به بیرون می شود. این از مبدل ها را می توان باز کرد و مجدد سرهم بندی نمود و بیشتر برای مصارف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

مبدل حرارتی صفحه ای یکپارچه جوشی (Brazed Plate Heat Exchenger): در این مدل از مبدل ها، صفحات به یکدیگر لحیم شده اند. بنابراین نیازی به واشر جهت آب بندی و همچنین نیازی به فریم ندارند. این مدل از مبدل های قابلیت باز و بسته شدن صفحات را ندارد و بیشتر برای مصارف خانگی مورد استفاده قرار می گیرد.

مبدل های حرارتی صفحه ای بر اساس کاربردهای مختلف دارای ظرفیت های مختلفی می باشند. ظرفیت های مختلف مبدل های حرارتی صفحه ای یا بر اساس دبی مصرفی (معمولا با واحد لیتر در ساعت) و یا بر اساس توان حرارتی (معمولا با واحد کیلو کالری در ساعت) بیان می شوند.

کاربرد مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل های حرارتی صفحه ای دارای کاربردهای وسیعی در تاسیسات و صنایع مختلف می باشد. یکی از عمده ترین کاربردهای مبدل های حرارتی صفحه ای، استفاده در موتورخانه های گرمایش مرکزی ساختمان جهت تامین مصارف آبگرم بهداشتی می باشد.

مزایای استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای به جای منابع آبگرم دو جداره و کوئل دار

همانطور که در بالا اشاره شد، از مبدل های گرمایشی صفحه ای می توان به جای منابع دو جداره و منابع کوئل دار جهت تامین آبگرم بهداشتی استفاده نمود. استفاده از مبدل های گرمایشی صفحه ای به جای منابع ذخیره آبگرم دارای مزایایی می باشد که در ذیل به برخی از مهمترین آن ها اشاره می کنیم:

• تامین لحظه ای آبگرم و بهینه شدن مصرف انرژی به دلیل عدم نیاز به ذخیره سازی آبگرم (آبگرم ذخیره شده در معرض پرت حرارتی قرار دارد و دائم باید با سیرکوله آبگرم در دیگ، دمای آن حفظ شود.
• ابعاد بسیار کوچک تر در قیاس با منابع و اشغال فضای کمتری از موتورخانه
• هزینه اولیه کمتر و همچنین هزینه های نگهداری پایین تر

محاسبات مبدل های حرارتی

فرمول های بسیاری برای محاسبه مبدل حرارتی مورد نیاز وجود دارد. بسته به این که چه مبدلی و برای چه کاربردی نیاز داریم، روش محاسباتی تفاوت خواهد داشت. فرمول های مهندسی در مورد محاسبات مبدل حرارتی دارای پارمترهای زیاد بوده و نیاز به محسابات پیچیده و زمانبر دارد. از این رو بیشتر فروشندگان تاسیساتی از فرمول های سرانگشتی برای محاسبه مبدل های حرارتی استفاده می کنند. در زیر به دو نمونه از محاسبات سرانگشتی برای مبدل گرمایشی استخر و مبدل گرمایشی آپارتمان اشاره می کنیم.

محاسبه سر انگشتی مبدل حرارتی پوسته و لوله برای استخر

جهت محاسبه سرانگشتی مبدل های حرارتی پوسته و لوله برای استخر، کافیست تا به ازای هر متر مکعب از آب استخر، 1100 کیلوکالری گرمایش در نظر بگیریم؛ سپس با تقسیم عدد فوق در 860 ، مقدار گرمایش مورد نیاز برحسب کیلووات را بدست میاوریم. در همین مرحله با مراجعه به کاتالوگ، می توانیم مبدل با نزدیک توان حرارتی بر حسب کیلووات به عدد محاسبه شده را انتخاب نماییم. اما چنانچه بخواهیم ظرفیت مبدل برحسب فوت را نیز داشته باشیم، کافیست تا کیلووات محاسبه شده را بر عدد 2 تقسیم نماییم و سپس از روی جدول از بین مبدل های 9 تا 90 فوت، نزدیک ترین مبدل به عدد محاسبه شده را پیدا کنیم.

محاسبه سر انگشتی مبدل حرارتی صفحه ای برای موتورخانه ساختمان

برای محاسبه مبدل حرارتی صفحه ای جهت تامین آبگرم بهداشتی آپارتمان ها، به ازای هر واحد مسکونی و با فرض دارا بودن یک سرویس حمام - آشپزخانه و توالت، 400 لیتر آب در نظر گرفته می شود. پس کافیست تا تعداد واحدهای ساختمان را در عدد 400 ضرب نماییم تا لیتراژ مورد نیاز بدست آید. سپس با مراجعه به کاتالوگ و مشاهده دبی مبدل ها، نزدیکترین مبدل حرارتی صفحه به عدد محاسبه شده را انتخاب می کنیم. مبدل های حرارتی صفحه ای جوشی مورد استفاده در موتورخانه آپارتمان ها، معمولا دارای دبی های 400 الی 18000 لیتر در ساعت می باشند. 

شما می توانید در این صفحه تصاویر، مشخصات فنی و قیمت به روز رسانی شده انواع مبدل های حرارتی را در برندها، مدل ها و ظرفیت های مختلف مشاهده نمایید، آن ها را با یکدیگر مقایسه کنید و پس از کسب اطلاعات کامل نسبت به کالایی که به دنبال آن هستید، اقدام به خرید نمایید.