مبدل حرارتی
یکی از اجزای پرکاربرد که برای کارکرد صحیح سیستم‌های تهویه هوا صنعتی مانند چیلر اساسی محسوب می‌شود، مبدل حرارتی (به انگلیسی: Heat Exchanger) است. این بخش در واقع سیستمی است که حرارت را بین دو یا چند سیال انتقال می‌دهد و در واقع تکمیل کننده سیکل گرمایش یا سرمایش در یک سیستم تهویه مطبوع به حساب می‌آید.
همان‌طور که گفته شد مبدل‌های حرارتی در فرایندهای سرمایش و گرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرند و در اکثر مدل‌ها، سیال‌ها با کمک یک دیواره فیزیکی از یکدیگر جدا می‌شوند تا با اختلاط خواص آنها دچار تغییر نشود. اما نوع ویژه‌ای از مبدل‌های حرارتی نیز وجود دارد که در آنها دو یا چند سیال به صورت مستقیم با یکدیگر در تماس هستند و مشکلی ایجاد نمی‌شود.
انواع مبدل حرارتی
اگر بخواهیم مبدل‌های حرارتی را از نظر فشار کاری تقسیم‌بندی کنیم باید به سه دسته کم فشار، فشار متوسط و پر فشار اشاره کنیم. اما این اجزای کاربردی در سیستم‌های تهویه مطبوع از نظر ساختاری نیز تفاوت‌های اساسی با یکدیگر دارند و از این نظر به چهار دسته مبدل لوله‌ای، مبدل هوا خنک، مبدل پوسته و لوله و مبدل صفحه‌ای قابل تقسیم هستند.
مبدل حرارتی لوله‌ای با طراحی دوبل
این مبدل‌های حرارتی را می‌توان ساده‌ترین و رایج‌ترین انواعی هستند که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. مبدل‌های حرارتی لوله‌ای دوبل را بیشتر با نام مبدل لوله‌ای یا تیوبلار می‌شناسند. قیمت ارزان این مبدل‌های حرارتی چه از نظر هزینه اولیه و چه هزینه تعمیر و نگهداری باعث شده است تا صنایع کوچک از این نوع مبدل‌های حرارتی استقبال کنند.
از سوی دیگر راندمان پایین و فضای زیادی که در پیکربندی‌های بزرگ اشغال می‌کنند باعث شده تا در صنایع مدرن کمتر شاهد استفاده از این نوع مبدل‌های حرارتی باشیم. از نظر راندمان، مبدل‌های پوسته و لوله و مبدل‌های صفحه‌ای وضعیت به مراتب بهتری دارند.
در ساده‌ترین حالت، یک مبدل حرارتی لوله‌ای دارای دو لوله با قطرهای متفاوت است که لوله کوچک‌تر به صورت هم‌مرکز درون لوله با قطر بزرگ‌تر قرار می‌گیرد. بدین ترتیب، یک سیال درون لوله کوچک و سیال دیگر در فضای بین لوله کوچک و بزرگ به جریان می‌افتد و انتقال حرارت برای تکمیل سیکل گرمایش یا سرمایش صورت می‌گیرد. در برخی از مبدل‌ها به منظور افزایش سطح انتقال حرارت، دیواره داخلی لوله‌ها دارای فین یا پره‌های مخصوصی است.
مبدل حرارتی پوسته و لوله
یکی دیگر از رایج‌ترین انواع مبدل‌های حرارتی که به وفور در صنایع مختلف استفاده می‌شود مبدل حرارتی پوسته و لوله است. این نوع مبدل‌ها دارای تعدادی لوله هستند که درون یک پوسته استوانه‌ای شکل تعبیه شده‌اند. دو سیال با دماهای اولیه متفاوت درون مبدل به جریان می‌افتد به طوری که یکی از سیال‌ها از درون لوله‌ها و سیال دیگر نیز از درون پوسته یا فضای خارجی لوله‌ها در جریان است.
بدین ترتیب، حرارت از طریق دیواره لوله‌ها بین دو سیال انتقال می‌یابد و بسته به نوع فرایند، حرارت گاهی از سیال درون لوله به سیال درون پوسته و یا برعکس منتقل می‌شود. هر کدام از این سیال‌ها می‌تواند به حالت مایع یا گاز باشد و می‌تواند درون لوله یا پوسته به جریان بیفتد. مبدل حرارتی پوسته و لوله‌ای که در آن فقط از سیال مایع یا گاز در لوله و پوسته استفاده شده باشد، اصطلاحا مبدل تک فاز نامیده می‌شود.
مبدل‌های دو فازی نیز وجود دارند که با استفاده از تغییر فاز ایجاد شده درون پوسته، برای انتقال حرارت و تبخیر مایع (بویلر) و خنک کردن بخار برای چگالش (کندانسور) به‌کار می‌روند.
مبدل حرارتی صفحه‌ای
در این نوع از مبدل‌های حرارتی از صفحات نازکی برای انتقال حرارت بین دو سیال با دمای سرد و گرم استفاده می‌شود. این صفحات می‌توانند داری سطوح صاف یا موج‌دار باشند و علاوه بر اینکه کانال‌هایی را برای به جریان افتادن سیال‌ها ایجاد می‌کنند، نقش جداسازی آنها از یکدیگر را نیز برعهده دارند.
مزیتی که این نوع از مبدل‌های حرارتی دارند این است که جریان سیال برای تبادل گرما در تماس با سطح بزرگ‌تری قرار دارد. سیال‌های سرد و گرم بر روی صفحات فلزی کاملا پخش شده و انتقال حرارت به شکل بهتری انجام می‌شود. در نتیجه تغییرات دمایی دلخواه در زمان کمتری به وقوع می‌پیوندد.
این مزیت باعث شده است تا نزدیکی دما در یک مبدل حرارتی صفحه‌ای به اندازه ۱ درجه سانتی‌گراد باشد، در حالی که این مقدار در مبدل‌های پوسته و لوله در حدود ۵ درجه سانتی‌گراد است. بنابراین اگر نرخ یکسانی از انتقال حرارت را در نظر بگیریم، ابعاد یک مبدل حرارتی صفحه‌ای نسبت به مبدل‌های پوسته و لوله به مراتب کوچک‌تر خواهد بود، چرا که سطوح انتقال حرارت در نوع صفحه‌ای بزرگ‌تر بوده و از همین رو، این نوع از مبدل‌ها به شکل فراگیری در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مبدل حرارتی هوا خنک
نوع دیگری از مبدل‌های حرارتی وجود دارد که به آنها مبدل حرارتی هوا خنک، فن‌دار یا Dry Cooler نیز گفته می‌شود. در این مبدل‌ها تعدادی کویل یا لوله رفت و برگشتی وجود دارد که سیال با درجه حرارت بالا درون آنها به جریان در می‌آید. تعدادی فن در ساختار این نوع از مبدل‌ها وجود دارد که با ایجاد جریان هوا در سطوح خارجی کویل و برخورد ذرات هوا با سطح داغ لوله‌ها و پره‌ها یا فین‌های مخصوصی که در سطح خارجی کویل وجود دارد، انتقال حرارت صورت می‌گیرد. بدین ترتیب، سیال حرارت بالای خود را از دست می‌دهد و برای تکمیل سیکل مورد نظر در دمای پایین‌تری قرار می‌گیرد. مبدل‌های حرارتی هوا خنک در انواع عمودی، افقی و به شکل V طراحی می‌شوند.
کاربرد مبدل حرارتی
کاربرد مبدل لوله‌ای دوبل
مبدل‌های حرارتی لوله‌ای دوبل در شرایطی که نرخ جریان سیال‌ها پایین است و تغییرات دمای زیادی مورد نیاز می‌باشد گزینه‌های بسیار خوبی هستند. البته در حالت عکس یعنی زمانی که تغییرات دمایی کم برای جریان زیاد سیال مورد نیاز باشد نیز می‌توان از مبدل‌های حرارتی لوله‌ای استفاده کرد. برای اینکه به ظرفیت‌های بالاتری دست پیدا کنیم می‌توان چند واحد را به صورت سری یا موازی نصب کرد.
معمولا در چینش‌های چندتایی، مبدل‌های حرارتی لوله‌ای به صورت عمودی بر روی یکدیگر نصب می‌شوند و کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارند که از جمله می‌توان به کاربرد آنها در سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی به عنوان بویلر، کندانسور یا اواپراتور اشاره کرد.
کاربرد مبدل پوسته و لوله
شاید بتوان این نوع از مبدل‌های حرارتی را پرکاربردترین در صنعت دانست که عموما برای سرمایش و گرمایش مایعات یا گازها به‌کار گرفته می‌شوند. طراحی آنها انعطاف‌پذیری بالایی را ارائه می‌دهد و امکان استفاده از مبدل حرارتی در دماها و فشارهای مختلف میسر است. از این مبدل‌های حرارتی به طور گسترده‌ای در فرایندهایی که به سرمایش یا گرمایش در حجم زیادی از سیال مایع یا گاز نیاز است، استفاده می‌شود.
نیروگاه‌های تولید برق، صنایع تولید کاغذ، پتروشیمی و پالایشگاه‌ها، معادن و سیستم‌های HVAC از جمله زمینه‌هایی هستند که این نوع مبدل‌های حرارتی به طور رایجی به‌کار می‌رود.
کاربرد مبدل صفحه‌ای
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای یا پلیت با طراحی‌های مختلفی شامل واشردار، لحیم‌کاری شده و جوشکاری شده تولید می‌شود و مکان و نحوه کاربرد این نوع از مبدل‌های حرارتی نیز با توجه به نوع طراحی متفاوت خواهد بود. برای مثال از مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای واشردار در سیستم‌های سرمایش و گرمایش منطقه‌ای، سیستم‌های HVAC، صنایع مواد غذایی و بسیاری دیگر استفاده می‌شود.
از مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای با طراحی لحیم‌کاری شده نیز می‌توان در سیستم‌های سرمایش و گرمایش منطقه‌ای، هیت پمپ و در چیلرها استفاده کرد. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای با طراحی جوشکاری شده نیز در صنایع سنگین مانند پتروشیمی، پالایشگاه‌های نفتی و نیروگاه‌های برق کاربردهای فراوانی دارند.
کاربرد مبدل حرارتی هوا خنک
این نوع از مبدل‌های حرارتی با نام برج خنک کننده خشک یا درای کولر نیز شناخته می‌شود و در صنایع مختلف نظیر نفت و گاز، صنایع هیدرولیکی، صنایع شیمیایی و صنایع سنگین کاربردهای گسترده‌ای دارد. در مکان‌هایی که شرایط آب‌وهوایی یا محیطی که امکان استفاده از سیستم‌های خنک کننده رایج مانند برج‌های خنک کننده میسر نیست، مبدل‌های حرارتی هوا خنک یک انتخاب ایده‌آل است.
قیمت مبدل حرارتی
با توجه به نوع کاربرد و محلی که قصد استفاده از مبدل حرارتی را دارید، باید یکی از چهار نوع اصلی مبدل‌های حرارتی را انتخاب کنید. قیمت مبدل حرارتی با توجه به نوع آن و کاربردی که دارد متفاوت است. برای دریافت مشاوره و انتخاب بهترین گزینه با توجه به نیازمندی‌های خود می‌توانید از کارشناسان خبره بتا تهویه راهنمایی بگیرید.
خرید مبدل حرارتی
پس از دریافت مشاوره و انتخاب مدل مناسب، می‌توانید برای خرید مبدل حرارتی موردنظرتان از طریق وب‌سایت بتا تهویه اقدام کنید. بتا تهویه انواع مبدل‌های حرارتی شامل انواع پوسته و لوله و هوا خنک را عرضه می‌کند و با قیمت مناسب و خدمات پس از فروش معتبر می‌توانید آنها را خریداری کنید.
سوالات متداول مبدل حرارتی
از مشکلات رایج در مبدل های حرارتی می توان به فرسایش فلزی، انبساط حرارتی، رسوب گیری، نشتی و یخ زدگی اشاره کرد.
توجه به مواردی از قبیل کاربری مبدل حرارتی، فشار کاری، ظرفیت حرارتی، نوع سیال های واسطه انتقال حرارت و دمای کاری، در انتخاب مبدل حرارتی مناسب لازم است.
هدر جلویی، هدر پشتی، تیوب باندل و پوسته از اصلی ترین اجزای مبدل حرارتی هستند.
مبدل حرارتی دوبل، میدل حرارتی پوسته و لوله، و مبدل حرارتی صفحه ای از انواع مبدل های حرارتی می باشند.
مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت بین دو یا چند سیال مورد استفاده قرار می گیرد.
مبدل حرارتی در صنایع مختلفی مانند نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع ساخت و تولید، صنایع غذا و دارو و… جهت تامین گرمایش و تهویه مطبوع استفاده می شوند و کاربرد دارند.
