مبدل حرارتی یا  گرمایی با عملکرد حرارتی بهتر مانند مبدل حرارتی  باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش تأثیرات کلی بر محیط زیست می‌شود. کاربرد مبدل‌های گرمایی در خودروسازی، صنایع غذایی، پالایشگاه‌ها، تبرید، برودت، برج‌های خنک‌کننده، بخار ساز‌های هسته‌ای، تهویه مطبوع، نفت و گاز استفاده می‌شوند. در این مقاله قصد داریم شما را با مبدل و انواع آن آشنا کنیم

مبدل حرارتی یا گرمایی چیست؟

مبدل حرارتی یا مبدل گرمایی دستگاهی است که انرژی یا حرارت را بین دو سیال مانند گاز یا مایع در دماهای متفاوت انتقال می‌دهد. به عبارتی این دستگاه کار انتقال گرما را بین دو یا چند سیال مانند آب، گاز، روغن، هوا برعهده دارد. از این مبدل‌ها برای گرم کردن سیال سرد یا سرد کردن سیال گرم به کار می‌رود. مزیت این مبدل این است که انرژی سیستم که از گزاست تلف می‌شود را به بخش دیگر فرآیند منتقل می‌کند تا مورد استفاده قرارگیرد. بنابراین مبدل‌های گرمایی باعث افزایش بهره‌وری انرژی می‌شوند.  

کاربرد مبدل حرارتی چیست؟

این مبدل‌ها در صنایع و حوزه‌های مختلف و همچنین در دستگاه‌های دیگر به کار می‌رود. از جمله صنایعی که این مبدل درآن‌ها استفاده می‌شود، شامل پالایشگاه ها، نیروگاه ها، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید، صنایع غذا و دارو، صنایع ذوب فلز، گرمایش، تهویه مطبوع ، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی است. استفاده مبدل حرارتی در دستگاه‌های دیگری مثل دیگ بخار، مولد بخار، کندانسور، پیش گرم کن فن کویل، خنک کن و گرم کن روغن، اواپراتور، تبخیر کننده، کوره ها و رادیو تورها متداول است.  

انواع مبدل‌های حرارتی کدامند؟

مبدل‌های حرارتی از لحاظ فشار کاری به دو دسته کم فشار و پرفشار تقسیم می‌شوند. همچنین از لحاظ ساختاری دارای تنوع بیشتری است.

دسته بندی انواع مبدل‌های حرارتی از جنبه های گوناگونی به شرح ذیل است:

  • بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم
  • بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم
  • بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین دو سیال سرد و گرم
  • بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل‌ها
  • بر اساس فشار کاری
  • براساس جنس صفحات مبدل

چهاردسته کلی مبدل‌های حرارتی

  • مبدل‌های لوله‌ای tube heat exchangers))
  • مبدل حرارتی صفحه ای  (Plate heat Exchanger)
  • مبدل حرارتی پوسته و لوله  (shell & tube heat exchangers)
  • مبدل حرارتی هوا خنک یا پره ای  (Fin Heat Exchanger)

هر کدام از مبدل‌های حرارتی که از لحاظ ساختاری دسته بندی می‌شوند، می‌توانند به انواع مبدل‌های حرارتی از لحاظ نوع جریان هم تقسیم بندی شوند.

انواع مبدل گرمایی از لحاظ نوع جریان به شرح ذیل هستند:

  • مبدل حرارتی با جریان هم‌سو
  • مبدل حرارتی با جریان نا‌هم‌سو
  • مبدل حرارتی با جریان متقاطع

 

نکات قابل توجه در انتخاب مبدل حرارتی

انتخاب مبدل حرارتی معمولا بوسیله سیستم کامپیوتر و یا یک کارشناس یا مهندس طراح این کار را انجام می‌دهد. برای انتخاب مبدل حرارتی مناسب باید هزینه و محدودیت‌های طراحی هر نوع مبدل را مدنظر داشت.

  • نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله یا صفحه ای
  • تعیین نمودن فاز دو سیال
  • تعیین وضعیت هر دو سیال از نظر دمای رفت و برگشت
  • تعیین دبی دو طرف مبدل حرارتی  و ظرفیت حرارتی
  • فشارودمای کاری
  • خورندگی سیال
  • قابل شستشو بودن
  • جنس مبدل (مس، آلومینیوم، کربن، استیل، نیکل، یا تیتانیوم)
  • ترکیب محصول (مایع با مایع، مایع ذره‌دار یا دارای جامد زیاد)
  • فرآیند ساخت و تولید
  • توانایی و سادگی توسعه آن در آینده
  • هزینه‌های نصب، بهره‌برداری، نگهداری و بهینه‌سازی

 

مبدل حرارتی صفحه ای چیست؟

در ساختار مبدل حرارتی صفحه ای تعدادی صفحه نازک و دو لوله وجود دارد. صفحات نازک در این مبدل به صورت در یک ردیف قرار گرفته اند و  بین آن ها فضایی خالی وجود دارد. دو لوله در ساختمان این مبدل برای جریان سیال داغ و جریان سیال سرد کاربرد دارند. این لوله های گرم و سرد به شکل یک در میان در بین صفحات نازک این مبدل قرار گرفته اند. با به جریان افتادن حرارت از طریق مسیر صفحات نازک مبدل  کار خود را آغاز می کند.

مبدل حرارتی آب به گاز

در این مبدل حرارتی گاز از طریق آب به سمت بالا می رود و مایعات قبل اینکه سرد شوند در جای دیگری قرار می گیرند. کاربرد مبدل حرارتی آب به گاز به منظور سرد کردن گازها و حذف ناخالصی ها می باشد؛ بنابراین می تواند دو مشکل را حل کند. از مبدل حرارتی مایع یا مبدل حرارتی آب به گاز برای ماشین های اسپرسو به طور وسیعی استفاده می شود. این مبدل حرارتی برای خنک سازی آب فوق العاده گرم به منظور صرفه جویی در انرژی به کار می رود.

ایندکسر