انواع مبدل حرارتی

نکات مهم انتخاب و خرید انواع مبدل حرارتی استخر :

مبدل های حرارتی وظیفه تبادل حرارت بین دو سیال را به عهده دارند. سیالات تبادل کننده حرارت می توانند آب، گاز، روغن، هوا و … باشند.

انواع مبدل حرارتی :

• مبدل حرارتی پوسته و لوله (shell & tube heat exchangers)
• مبدل حرارتی صفحه ای (Plate heat Exchanger)
• مبدل حرارتی هوا خنک یا پره ای (Fin Heat Exchanger)
• مبدل حرارتی دو لوله ای (Double pipe heat exchanger)

هر کدام از مبدل های حرارتی فوق، خود به انواع ذیل تقسیم بندی می شوند:

• مبدل حرارتی با جریان همسو
• مبدل با جریان نا همسو
• مبدل حرارتی  با جریان متقاطع

مبدل حرارتی پوسته و لوله (SHELL & TUBE HEAT EXCHANGER):

مبدل حرارتی پوسته و لوله کاربرد وسیعی در صنعت تاسیسات و تهویه مطبوع و استخر و حتی صنایع شیمیایی دارند.این مبدل ها از یک مخزن استوانه‌ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است. مایع در داخل لوله‌ها حرکت می‌کند و آبگرم یا بخار بر روی لوله‌ها و درون پوسته جریان دارد. به علت تعداد زیاد این لوله‌ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می‌کند، حرارت به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را گرم می کند.

نوع مرسوم مبدل های گرمایی، مبدل های حرارتی پوسته و لوله ای است که بر حسب تعداد پاس های پوسته و لوله این مبدل ها خود دارای انواع مختلفی می باشند و ساده ترین آنها، دارای یک پاس پوسته و یک پاس لوله است. در این مبدل ها معمولا لبه هایی نصب می شوند تا با ایجاد تلاطم و ایجاد مؤلفه سرعت عرضی در جریان، ضریب جا به جایی سیال در قسمت پوسته افزایش یابد که به این لبه ها یا دیوارک ها بافل (Baffle) می گویند.

مبدل های حرارتی دیوارک دار (Baffle) معمولا با یک پاس پوسته و دو پاس لوله و یا با دو پاس پوسته و چهار پاس لوله تولید می شوند. در مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای بافل (صفحات هدایت کننده جریان)، جریان سیال سمت پوسته به صورت متقاطع با لوله ها در بین دو بافل مجاور جهت داده می شود.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله ای U شکل دارای کم هزینه ترین ساختار هستند، زیرا تنها به یک صفحه لوله نیاز است. سطح داخلی لوله ها به دلیل خم U شکل تند، نمی توانند با وسایل مکانیکی تمیز شوند. در این مبدل ها تعداد زوجی از گذرهای لوله به کار می رود ولی محدودیتی از نظر انبساط گرمایی وجود ندارد.

لوله ها وظیفه تبادل حرارت را در مبدل حرارتی پوسته و لوله به عهده دارند، به گونه ای که در دو طرف جداره لوله در تماس با سیالات با دماهای متفاوت قرار دارند. در واقع لوله ها که سایز آن ها با هم متفاوت است، در مبدل پوسته و لوله نقش جدا کننده را بر عهده دارند. لوله ها معمولاً از جنس مس می باشند، البته بنا به کاربرد می توانند از فولاد ضد زنگ (استیل)، نیکل، آلومینیوم، برنج و تیتانیوم نیز باشند. اما با توجه به ضریب انتقال حرارت سیال درون یا بیرون لوله در هر سمت که این ضریب کم‌ تر باشد، می توان از لوله های پره دار از داخل یا پره دار از خارج استفاده نمود که به طبع هزینه ساخت آن بالاتر است.

پوسته مبدل حرارتی پوسته و لوله که به همراه تیوپ شیت ها وظیفه نگهدارنده لوله‌ها، اتصال ورودی و خروجی ها و … را بر عهده دارد. عمل انتقال حرارت نیز داخل پوسته انجام می‌گیرد که ضخامت پوسته به فشار کار و قطر پوسته بستگی دارد. در ساخت پوسته مبدل حرارتی پوسته و لوله معمولاً از فولاد یا فولاد ضد زنگ استفاده می‌گردد.

چرا که باید انتقال حرارت آن در پایین ترین حد و تحمل فشار آن در بالا ترین حد ممکن باشد، روی پوسته مبدل حرارتی پوسته و لوله باید مسیر ورود و خروج آب – قلاب ‌آویز- اتصال تخلیه – محل نصب شیر اطمینان سنسور و… در نظر گرفته شود.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای آرایش های مختلف از نظر جریان سیال در سمت پوسته و سمت لوله می باشند و براساس سطح انتقال حرارت، فشار کار، افت فشارکویل، شیوه های ساخت و هزینه کنترل خوردگی و مسائل تمیز کاری، مورد انتخاب و استفاده قرار می گیرند.

بافل ها در مبدل های پوسته و لوله برای افزایش ضریب انتقال گرما در سمت پوسته و همچنین برای مستقر نگه داشتن بهتر لوله ها استفاده می گردند.

مزایای مبدل های پوسته و لوله را میتوان به شرح زیر نام برد:

• در حجم کم ایجاد سطح بزرگی برای انتقال حرارت می کنند.
• قابلیت استفاده برای دامنه وسیعی از مواد را دارند.
• به راحتی تمیز می شوند.

مبدل حرارتی صفحه ای (Plate heat Exchanger) و انواع آن:

مبدل حرارتی صفحه ای که بیش از صد سال است در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد، از نظر ساختار عمدتا شامل دو مدل واشری (Gasket) و جوشی (bruzzed) می باشد. مبدل های حرارتی صفحه ای واشری عمدتا در صنایعی مانند صنعت تاسیسات و تهویه مطبوع، صنایع غذایی، صنایع پتروشیمی، خط رنگ صنایع خودروسازی، صنایع نفت و… مورد استفاده قرار می گیرند، که به دلیل دارا بودن هزینه فریم نسبت به مبدل های حرارتی جوشی، حتی در سایز و ظرفیت مشابه دارای قیمت های بالاتری می باشند.

البته مزیت مبدل های حرارتی صفحه ای واشری (Gasket) نسبت به جوشی قابلیت افزایش ظرفیت، تعمیر و سرویس و شستشوی راحت آنها می باشد.

مبدل صفحه ای واشر دار

مبدل حرارتی صفحه ای به دلیل دارا بودن ضریب کلی انتقال حرارت بسیار بالا، ابعاد بسیار کوچکتر و راندمان بالاتری نسبت به مبدل های حرارتی رایج پوسته و لوله دارند، به خصوص در صورت نصب سختی گیر در مسیر آب سرد ورودی آنها قادر هست به صورت لحظه ای آب گرم مصرفی مورد نیاز را بدون نیاز به ذخیره سازی، به صورت کاملا بهداشتی به مصرف کننده عرضه نمایند.

مبدل صفحه ای جوشی

مبدل حرارتی جوشی عمدتا برای تامین آب گرم مصرفی در ساختمان ها، گرمایش آب استخرها، سیستم های گرمایش از کف، خنک کاری روغن، به عنوان اواپراتور و کندانسور در چیلرها و … مورد استفاده قرار می گیرند، که به جز مورد آبگرم مصرفی باید در بقیه موارد بصورت موردی دقیقا محاسبه گردد.

مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشکاری شده

این نوع مبدل صفحه ای نیمه جوشکاری شده با ساخت صفحات دوقلو یا جفت به این صورت است که در یک مجموعه قاب و صفحه به همراه واشر هایی که تنها در کانال های صفحه بوده و جریان فرعی سیال را کنترل می کند، این مبدل برای کنترل و هدایت سیالاتی که نسبتا خورنده هستند مناسب می باشند.

مبدل های حرارتی صفحه ای با شکاف عریض

مبدل های صفحه ای شکاف عریض دارای کانال های بزرگ با سطح جریان آزاد جهت کنترل سیالات حاوی ذرات درشت و با ویسکوزیته بالا برای گرم کردن شیره خام، آهک دار و مخلوط در کارخانه شکر سازی، رنگ زدایی، کاغذ سازی و بهداشتی کردن محصولات غذایی فیبری است.

مبدل های حرارتی صفحه ای دو جداره ای

این نوع مبدل صفحه ای برای جلوگیری از آلودگی محصول میان دو جریان سیال می باشد و در کل کاربرد آن برای مواد واکنش پذیر بسیار مناسب است، این مبدل دو جداره را در سرمایش و گرمایش آب آشامیدنی، مواد غذایی، روغن مبدل استفاده می کنند.

مبدل حرارتی دولوله ای (double tube heat exchanger) :

از مبدل های حرارتی دو لوله ای ، میتوان به عنوان ساده ترین شکل مبدل ها نام برد.
ساختار و روش کار این مبدل ها به این شکل است که: دو لوله هم مرکز (تو در تو) وجود دارد که سیالی از درون لوله داخلی عبور کرده و سیال دوم در فضای بین دو لوله جریان می یابد. دیواره لوله داخلی وظیفه تبادل حرارت بین دو سیال را بر عهده دارد.

سیالات می توانند هم جهت و یا خلاف جهت حرکت همدیگر درون لوله ها روان باشند، به اصطلاح  همسو یا ناهمسو باشند.میزان تبادل حرارت در جریان ناهمسو در مبدل های حرارتی دولوله ای و سایر مبدل های حرارتی بیش از میزان این تبادل در جریان های همسو می باشد.

با وجود معایبی همچون میزان و سطح انتقال حرارت پایین،نیاز به فضای بیشتر و اینکه نوع جریان عمود بر هم در این مبدل ها امکان پذیر نیست.

از مبدل های حرارتی دو لوله ای همچنان در صنایع مختلفی استفاده می شود، زیرا می توانند وقتی که شدت جریان سیال درون لوله ها کم، یا جایی که بین دو سیال اختلاف دما و فشار زیاد وجود دارد بهتر از مبدل های دیگر عمل کرده و عملیات انتقال حرارت را حتی وقتی سیالات به شدت رسوبی هستند انجام دهند. مانند موادی که در راکتور ها استفاده می شوند.

 مبدل های حرارتی هوا خنک یا پره ای:

نوع مبدل های حرارتی پره دار عمدتا برای کاربرد های  “گازـ گاز”  یا  ” مایع ـ گاز”  استفاده می شود که به صورت وسیعی در صنایع مختلف از جمله در تبرید با دمای خیلی کم مانند کندانسور و اواپراتور سیستم های سردخانه، بازیابی انرژی، صنایع فرآیندی، تبرید و سیستم های تهویه مطبوع مانند کویل آب سرد.

آب گرم هواسازها، فن کویل ها، کویل آب گرم یونیت هیترها  و … استفاده می گردند. مبدل های صفحه ای پره دار برای استفاده در توربین گازی، نیروگاه های هسته ای و مهندسی پیشرانه و تبرید و گرمایش و تهویه سیستم های بازیابی گرمای اضافه و صنایع شیمیایی و سرمایش کاربرد دارند.

با توجه به خاصیت رسوب گذاری آب در کلیه فرآیندهای تبادل حرارت که منجر به انباشت رسوب (املاح کلسیم و منیزیم و روی) روی سطوح تبادل حرارتی انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله و خصوصاً مبدل های حرارتی صفحه ای می گردد و تاثیر منفی آن در کاهش شدید تبادل حرارت، لازم است جهت حفظ کارایی انواع مبدل حرارتی، در مسیر آب ورودی آنها حتما از سختی گیر یا رسوب زدا استفاده نمائیم.

مبدل های حرارتی همچنین در سیستم های گرمایشی استخر، سونا و جکوزی نیز مورد استفاده قرار می گیرند. در تصویری که در ادامه مشاهده می فرمائید، محل قرارگیری مبدل های حرارتی به عنوان سیستم گرمایش استخر در کنار دیگر تجهیزات استخر به طور دقیق تعیین شده است. از مبدل های حرارتی صفحه ای بدلیل جنس بدنه استیل به سادگی برای گرمایش آب استخر استفاده می کنند، اما باید دقت کرد که مبدل حرارتی بعد از فیلتر استخر و قبل از تجهیزات ضدعفونی کننده مانند کلر زن قرار گیرد.

توجه: در هنگام انتخاب مبدل حرارتی مورد نیاز پروژه، علاوه بر محاسبه  و تعیین ظرفیت و سطح حرارتی، نوع مبدل حرارتی، ابعاد و همچنین جنس و فشارکار مبدل حرارتی، باید موضوع مهم میزان افت فشارآب عبوری از درون کویل یا صفحات مبدل حرارتی (و هوای عبوری از میان کویل های انتقال حرارت) جهت محاسبه هد پمپ سیرکولاتور و یا فشار استاتیکی فن هوادهی تعیین گردد.

همچنین محاسبه صحیح قطر لوله های آب رفت و برگشت به انواع مبدل های حرارتی که سیال ناقل انرژی آنها آب می باشد، سبب رسیدن حجم کافی سیال ناقل انرژی جهت امکان انجام تبادل حرارت مورد نیاز در مبدل حرارتی می گردد. به منظور محاسبه قطر لوله های فولادی سیستم های گرمایش و سرمایش می توانید از دیاگرام زیر استفاده نمایید.

نکات اجرایی نصب مبدل حرارتی صفحه ای:

مبدل حرارتی صفحه ای را میتوان به صورت افقی و عمودی نصب کرد، اما در هر دو وضعیت باید توجه داشت مبدل به گونه ای نصب شود که هوا به سادگی از آن خارج شود. در حالت افقی بهتر است سر لوله های ورودی و خروجی به سمت بالا و در حالت عمودی سر این لوله ها کمی شیب به سمت بالا داشته باشند.

برای نصب مبدل های حرارتی صفحه ای بزرگ بهتر است شاسی در نظر گرفته شود تا بدون تحمیل وزن اضافه به لوله ها در محل خود محکم گردیده و یا به صورت مستقیم در کف موتورخانه روی زمبن نباشد. مهمترین نکته در نصب مبدل صفحه ای نحوه اتصال لوله های ورودی و خروجی می باشد.

در اکثر مبدل های صفحه ای محل ورود و خروج تفاوت نداشته و فقط همینکه لوله های آب ورودی و خروجی خلاف جهت هم باشند، مهم است. اما در برخی مبدل ها به دلیل وجود پره های هدایتی داخل صفحات، رعایت جهت صحیح و محل ورود و خروج، در راندمان مبدل موثر است.

نکته: در زمان نصب مبدل صفحه ای حتما از شیر یکطرفه در مسیر آب ورودی به مبدل حرارتی استفاده کنید و همواره توجه داشته باشید که مسیر حرکت آب گرم کننده و گرم شونده باید خلاف یکدیگر باشد. همچنین قبل از نصب مبدل صفحه ای حتما کاتالوگ شرکت سازنده را مطالعه نمایید. امروزه استفاده و نصب مبدل صفحه ای در موتورخانه های منازل و کارگاه های صنعتی بسار رواج پیدا کرده که با به کارگیری صحیح این تجهیزات میتوان از مزایای فراوان آن سود جست و معایب آنها ار نیز تا حد مطلوبی کاهش داد.

توجه: علاوه بر لزوم نصب سختی گیر در مسیر آب  مبدل های حرارتی که قبلا به آن اشاره شده است، نصب مهره ماسوره و شیر فلکه روی کلیه لوله های آب ورودی و خروجی از مبدل های حرارتی جهت امکان انجام سرویس های دوره ای و اسید شویی الزامی است.

با توجه به لزوم استفاده از یک عدد شیر یکطرفه + دو عدد صافی (فیلتر) و همچنین سختی گیر خطی (مغناطیسی، الکترونیکی و …) در هنگام نصب و بهره برداری از انواع مبدل های حرارتی صفحه ای، در صورت عدم وجود ملزومات فوق در پروژه، همزمان با خرید مبدل حرارتی، نسبت به سفارش خرید این تجهیزات جانبی، متناسب با سایز لوله های ورودی و خروجی نیز اقدام نمائید.

انواع مبدل حرارتی استخر را ازلوکس پول بخواهید.