## مبدل حرارتی (Heat Exchanger) چیست؟
آرا تجهیزات09195306763
بیایید کارمان را با پاسخ به یک سوال مهم و کلیدی شروع کنیم: مبدل حرارتی چیست و چه کاربردی دارد؟ مبدل‌های حرارتی، سیستم‌های خاصی هستند که می‌توانند برای انتقال حرارت میان دو یا چند سیال ( مایع یا گازمورداستفاده قرار گیرند. این مبدل‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند تا فرایند سرمایش و گرمایش را تحت‌تاثیر خود قرار دهند. با استفاده از این مبدل‌های خاص شما می‌توانید یک سیال را به‌صورت غیرمستقیم گرم یا سرد نمایید.
مبدل‌های حرارتی بر اساس ساختار خود می‌توانند در دسته‌بندی‌ها و مدل‌های مختلفی روانه بازار شوند. طبیعتاً خرید بر اساس نیازها و شرایط پروژه، می‌تواند بازدهی کسب شده شما را چندبرابر نماید. در ضمن، مبدل‌های حرارتی باکیفیت موجود در بازار همواره روی پروسه انتقال دما مؤثر هستند.
بیایید یک مثال را در این زمینه مورد بررسی قرار دهیم. یک مبدل حرارتی که با استفاده از روغن‌کار می‌کند، حرارت ایجاد شده در روغن‌های داغ را به‌صورت مستقیم به آب یا هوا منتقل می‌نماید. این مسئله می‌تواند منجر به کاهش دمای روغن و افزایش دمای سیال مجاور شود. پس استفاده از این کالا در شرایط مختلف، مسئله‌ای مهم به‌حساب می‌آید که شما باید آن را جدی بگیرید.
## انواع مبدل های حرارتی
مبدل های حرارتی را می توان به لحاظ فشار کاری سیال در سه گروه فشار پایین، فشار متوسط و فشار بالا نیز دسته بندی نمود. اما غالباً بررسی انواع مبدل های حرارتی بر مبنای ساختار طراحی آن ها انجام می شود که عبارتند از:
### 1- مبدل حرارتی لوله ای دوبل (Double Pipe):
ساده ترین مبدل هایی که در صنعت استفاده می شوند، مبدل های حرارتی لوله ای دوبل (دو لوله ای) می باشند که به اختصار آن ها را مبدل های لوله ای (Tubular) نیز می نامند. از یک سو، ارزان بودن این مبدل ها، چه در طراحی و چه از نظر تعمیر و نگهداری، آن ها را به انتخاب مناسبی برای صنایع کوچک تبدیل کرده است و از سوی دیگر، راندمان پایین آن ها و همچنین اشغال فضای زیاد در مقیاس های بزرگ، سبب شده است که در صنایع مدرن امروزی کمتر استفاده شوند و مبدل هایی با راندمان بیشتر نظیر مبدل های پوسته و لوله و مبدل های صفحه ای به کار گرفته شوند. ساختار یک مبدل حرارتی لوله ای، در ساده ترین شکل خود شامل دو لوله با قطر متفاوت می باشد که لوله کوچکتر به صورت هم مرکز درون لوله دیگر قرار می گیرد. چنانکه یکی از سیال ها درون لوله کوچکتر و سیال دیگر در فضای حلقوی بین دو لوله جریان می یابد. در واقع، این دیواره لوله داخلی است که سطح انتقال حرارت را تشکیل می دهد واغلب جهت دستیابی به سطح بیشتر، فین گذاری می شود.
اطلاعات بیشتر در https://www.aratajhizat.ir/
طراحی مبدل های حرارتی لوله ای
در طراحی این مبدل ها، یکی از فاکتورهای مهم، نوع الگوی جریان در مبدل می باشد. یک مبدل حرارتی لوله ای، معمولاً می تواند برای هر دو الگوی جریان مخالف (Counter Flow) و جریان موازی (Parallel Flow) طراحی شود، اما الگوی جریان متعامد (Cross Flow) در چنین مبدلی کارایی ندارد.
**الگوی جریان موازی در مبدل حرارتی لوله ای**
یکی از مزایای مبدل های حرارتی لوله ای، عملکرد درست آن ها تحت شرایط الگوی جریان مخالف می باشد. الگویی که بیشترین راندمان را داشته و بالاترین ضریب انتقال حرارت (U Factor) را در طراحی مبدل های لوله ای به دنبال دارد.
کاربرد مبدل های حرارتی لوله ای
مبدل های لوله ای برای کاربردهایی مناسب هستند که یا نرخ جریان سیال های عبوری کم بوده و تغییرات دمایی زیادی مد نظر می باشد یا انتقال حرارت کمی برای نرخ جریان زیادی مورد نیاز است. البته این در حالی است که با توجه به ابعاد مبدل های لوله ای، استفاده از آن ها در شرایطی که فضای کافی وجود داشته باشد، منطقی خواهد بود. شایان ذکر است که می توان جهت ایجاد ظرفیت های بیشتر، چندین واحد مبدل لوله ای را به صورت سری یا موازی با یکدیگر، به شکل عمودی نصب نمود. مبدل های حرارتی لوله ای در صنایع غذایی و همچنین تهویه مطبوع (به عنوان بویلر، اواپراتور و یا کندانسور) بیشترین کاربرد را دارند.
### 2- مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube):
یکی از رایج ترین انواع مبدل در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع و برودت صنعتی، مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد. همان طور که از نامش پیداست، این مبدل ها از تعدادی لوله تشکیل شده اند که درون پوسته ای استوانه ای قرار می گیرند. دو جریان سیال با دماهای اولیه متفاوت وارد مبدل می شوند. یکی از درون لوله ها و دیگری از درون پوسته (بیرون لوله ها) عبور می کند. حرارت از طریق دیواره لوله ها، بین دو سیال منتقل می شود، گاهی از سیال داخل لوله به سیال جاری در پوسته و گاهی بالعکس.
هریک از سیال ها می توانند از مایعات و یا از گازها باشند و این امکان نیز وجود دارد که هرکدام از درون لوله یا پوسته جریان بیابند. مبدلی که فقط سیال مایع و یا صرفاً سیال گاز در دو طرف آن (درون پوسته و لوله) جریان دارد را مبدل تک فازی می نامند. مبدل های دو فازی می توانند برای انتقال حرارت به مایع جهت جوشاندن و تبخیر آن (بویلر) و یا به منظور خنک کردن بخار برای چگالش آن (کندانسور) با تغییر فازی که عمدتاً در سمت پوسته اتفاق می افتد، بکار روند.
## طراحی مبدل های حرارتی پوسته و لوله:
در طراحی مبدل های پوسته و لوله تنوع قابل توجهی وجود دارد. معمولاً، ابتدا و انتهای لوله ها از طریق سوراخ های تعبیه شده در تیوب شیت (Tube Sheet) به پلنیوم (Plenum)، فضایی که در ابتدا و یا انتهای مبدل وجود دارد، متصل می شوند.
### تیوب شیت در مبدل پوسته و لوله
غالباً، بافل هایی در داخل پوسته برای هدایت جریان سیال ورودی لحاظ می شوند. در واقع، به کمک این بافل ها، ضمن ایجاد تلاطم در جریان سیال که باعث افزایش ضریب انتقال حرارت آن می شود، تماس با تمامی لوله ها اتفاق افتاده و زمان بیشتری برای تبادل حرارت بین جریان سیال و لوله ها ایجاد می گردد.
صفحات بافل در مبدل پوسته و لوله
استفاده از صفحات بافل در مبدل های حرارتی پوسته و لوله
در مبدل های حرارتی پوسته و لوله، ممکن است لوله ها به فُرم مستقیم (Straight) یا خم شده (Bent) به شکل U استفاده شوند. طراحی این مبدل ها با لوله های مستقیم به صورت یک، دو یا چهار پاس (Pass) انجام می گیرد. منظور از تعداد پاس، تعداد دفعاتی است که جریان سیال داخل لوله ها از میان سیال جاری درون پوسته، طول مبدل را طی می کند. بنابراین در مبدلی که یک پاس می باشد، جریان سیال از یک سمت لوله ها وارد و از سمت دیگر خارج می گردد. ضمن آنکه با چنین تعریفی، آن دسته از مبدل هایی که دارای لوله های خم شده هستند را می توان نوعی مبدل دو پاس قلمداد نمود.
مبدل حرارتی پوسته و لوله با لوله های خم شده
بسیاری از تولیدکننده ها، ترجیحاً از مبدل های حرارتی دو پاس با لوله های خم شده، استفاده نمی کنند؛ چراکه مقاومت جداره لوله ها در قسمت خمیده تضعیف شده و امکان شکست آن افزایش می یابد، بعلاوه هزینه ساخت آن ها نیز بیشتر خواهد بود. از این رو غالباً، این نوع مبدل ها در ظرفیت های پایین به کار گرفته می شوند.
تهران
