همه چیز در مورد مبدل حرارتی

در بسیاری از فرآیندها و سیستم ها نیاز است تبادل حرارت بین دو ماده انجام شود. اما مهم است که در زمان انتقال حرارت ماده ها با هم ترکیب نشده و با هم واکنش ندهند. اینجاست که نقش کلیدی مبدل حرارتی مشخص می شود.

به دلیل کاربرد زیاد این سیستم سعی داریم در این مطلب شما را با انواع مبدل حرارتی آشنا کنیم. آشنایی با این سیستم به شما در نگهداری پکیج کمک می­کند که در نتیجه باعث افزایش طول عمر پکیج می­شود، بنابراین تا انتها با ماه همراه باشید تا در این مطلب اطلاعاتی در رابطه با مبدل حرارتی پکیج در اختیار شما قرار دهیم.

 

مبدل پکیج چیست؟

پکیج دستگاهی متشکل از قطعات مختلف و سنسورهای حرارتی متنوع است که با همکاری یکدیگر آب مصرفی و رادیاتورها را همیشه گرم نگه می دارد. مبدل پکیج یکی از مهمترین قطعات این سیستم است که از لوله های مارپیچ ساخته شده و بر روی شعله قرار می گیرد. آب سرد از طریق لوله به داخل آن وارد می­ شود و در تماس با حرارت شعله گرم می شود.

لوله های مارپیچ مبدل حرارتی پکیج توسط تیغه هایی به نام فین به یکدیگر وصل شده اند، هر چه تعداد فین ها بیشتر باشد، مبدل گرمای بیشتری دریافت می کند و البته به همان اندازه احتمال مسدود شدن مسیر عبور جریان آب بیشتر می شود.

البته باید دانست، تعریف فوق فقط در مورد مبدل اصلی این سیستم بود، در حالی که روش کار مبدل حرارتی در پکیج های دو مبدل کمی متفاوت است. به این صورت که آب گرم در داخل مبدل اصلی در حال جریان است و آب سرد موجود در مبدل ثانویه به دلیل مجاورت با آب گرم مبدل اصلی گرم می شود. بنابراین مبدل پکیج به انواع مدل مبدل اولیه یا اصلی و مبدل ثانویه تقسیم می شود.

گرم شدن سیال سرد در اثر همجواری با سیال گرم اساس کار مبدل های حرارتی است که در ادامه این مطلب بیشتر به بررسی این موضوع خواهیم پرداخت.

انواع پکیج دیواری از نظر مبدل

پکیج های دیواری را بر اساس پارامترهای مختلف تقسیم بندی می کنند که یکی از رایج ترین این دسته بندی ها از لحاظ تعداد مبدل های حرارتی است. بر همین اساس انواع پکیج دیواری از نظر مبدل در یکی از زیرمجموعه های زیر قرار می گیرند:

1. تک مبدل یا بی ترمیک

در پکیج های تک مبدل یا بی ترمیک تنها یک عدد مبدل در ساختمان پکیج به کار رفته است که همانند مبدل دوبل عمل می کند، به عبارتی دیگر همان تک مبدل برای گرم کردن آب مصرفی و همچنین گرم کردن آب مورد نیاز در سیستم گرمایش ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد.

عده ای به پکیج بی ترمیک یا Bithermic لقب آبگرمکن فوری نیز می دهند، چون روش کار این نوع مبدل به این صورت است که هم آب گرم مصرفی و هم گرمایش را در تماس مستقیم با شعله مشعل در کمترین زمان ممکن تامین می کند.

روش کار پکیج تک مبدل به این صورت است که وقتی مصرف کننده درخواست آب گرم را از طریق باز کردن شیرهای آب داخل ساختمان به دستگاه اعلام می کند، آب سرد به مبدل پکیج وارد می شود تا در معرض شعله مستقیم مشعل گرم شود و سپس از طریق لوله­های آب گرم مصرفی به سمت شیرها هدایت شود.

گرم کردن آب مورد نیاز برای چرخش در مدار گرمایش نیز از طریق همین مبدل صورت می گیرد، به این صورت که پمپ دستگاه فعال شده و یر سه طرفه آب گرم را به سمت رادیاتورها هدایت می کند.

اما اولویت کار در پکیج های تک مبدل تامین آب گرم مصرفی است. یعنی اگر دستگاه در حالت زمستانه مشغول به کار باشد ولی یکی از شیرهای آب گرم ساختمان باز شود، پکیج به صورت موقت و با کمک شیر سه راهی خود خروج آب گرم به سمت مدار گرمایش را مسدود می کند تا آب گرم به شیرهای آب برسد.

مزایای پکیج تک مبدل یا بی ترمیک

• آب گرم با سرعت بالایی به دست مصرف کننده می رسد.
• به دلیل داشتن تنها یک عدد مبدل قیمت خرید این مدل پایین تر است.
• از آنجا که تنها مبدل اصلی در دستگاه تعبیه شده است، ابعاد پکیج جمع و جورتر بوده و فضای کمتری اشغال می کند.
• چون پمپ پکیج های تک مبدل تنها در حالت زمستانه روشن شده و در حالت تابستانه غیرفعال می شود، استهلاک پمپ دیرتر اتفاق می افتد.

معایب پکیج تک مبدل یا بی ترمیک

• به دلیل تماس مستقیم مبدل با شعله، سرعت رسوب پذیری مبدل بسیار بالاتر است.
• کنترل دمای آب کمی سخت است و در نتیجه با نوسان دمای آب مواجه هستیم.
• پکیج های تک مبدل برای مصارف محدود جوابگو است. برای اینکه ظرفیت تولید آب گرم مصرفی و گرمایش در پکیج های تک مبدل پایین تر از پکیج های دو مبدل است.

2. دو مبدل یا مونوترمیک

سیستم پکیج های دو مبدل کمی با مدل تک مبدل متفاوت است، چرا که از دو عدد مبدل در دستگاه استفاده می شود. در پکیج های مونوترمیک یا Monotermic یک مبدل حرارتی اصلی در کنار یک مبدل صفحه ای برای تولید آب گرم مصرفی و آب گرم مدار گرمایش بکار گرفته می شود.

به دلیل استفاده از دو عدد مبدل جداگانه در پکیج های مونوترمیک مسیر گرم شدن و جریان آب گرم مصرفی با مسیر گرم شدن و جریان آب گرم در مدار گرمایش جداگانه است. به بیانی دیگر تامین آب گرم گرمایش محیط بر عهده مبدل حرارتی اصلی که در تماس مستقیم با شعله مشعل قرار دارد. اما گرم شدن آب مصرفی در داخل مبدل ثانویه یا همان مبدل صفحه ای انجام می شود.

روش کار به این صورت است که وقتی مصرف کننده به آب گرم نیاز دارد، پمپ پکیج فعال می شود تا آب سرد ورودی را به مبدل صفحه ای ثانویه وارد کند. آب سرد وارد شده در مبدل ثانویه در مجاورت آب گرم در حال گردش در مبدل اصلی قرار می گیرد. از این طریق آب گرم مصرفی حرارت مورد نیاز خود را از مبدل اصلی پکیج دریافت می کند.

گرم شدن آب در مبدل اصلی دستگاه باز هم با فعال شدن پمپ پکیج همراه است، یعنی وقتی پکیج را در حالت زمستانه تنظیم کرده ایم، پمپ نیز فعال می شود و با گردش آب در داخل مبدل اصلی باعث گرم شدن آن می گردد.

مزایای پکیج دو مبدل یا مونوترمیک

• از آنجا که دبی عبوری سیال ثابت است، کنترل دمای آب به راحتی انجام می شود، پس در نتیجه از نوسان حرارت آب گرم مصرفی خبری نیست و آب گرم با دمای مطلوب به دست مصرف کننده می رسد.
• آب گرم مصرفی که بیشترین استفاده را دارد، در داخل مبدل ثانویه گردش می کند که هیچ تماس مستقیمی با شعله ندارد، به همین دلیل تشکیل رسوب بر جداره داخلی مبدل صفحه ای به مراتب کمتر است.
• ظرفیت تولید آب گرم مصرفی و گرمایش در پکیج های دو مبدل بیشتر از نوع تک مبدل است.

معایب پکیج دو مبدل یا مونوترمیک

• پمپ پکیج چه در حالت زمستانه و چه در حالت تابستانه در حال فعالیت است، در نتیجه زودتر خراب می شود.
• قیمت خرید پمپ دو مبدل به مراتب بیشتر از مدل تک مبدل است.

بنابراین نتیجه می گیریم که هر کدام از پکیج های دو مبدل و تک مبدل مزایا و معایب خاص خود را دارند و این مصرف کننده است که باید با توجه به نیاز خود و همچنین بودجه ای که می تواند صرف خرید، تعمیر و نگهداری پکیج کند، یکی از این مدل ها را انتخاب نماید.

 

مبدل حرارتی به چند دسته تقسیم می شود؟

تا این قسمت از متن با بررسی مبدل های پکیج با روش کار مبدل حرارتی آشنا شدیم و دانستیم که مبدل حرارتی تجهیزی است که تبادل حرارت بین دو سیال سرد و گرم در داخل آن صورت می گیرد. در این بخش می خواهیم به سراغ معرفی و بررسی انواع مبدل حرارتی برویم.

نحوه عملکرد هر کدام از مبدل های حرارتی با توجه به طراحی که دارند، با هم متفاوت است. به عنوان مثال مبدل حرارتی روغن، حرارت روغن داغ را به آب و یا هوا منتقل می کند. در مقابل مبدل حرارتی استخر، گرمای آب داغ دیگ را بدون تماس مستقیم با سیال دیگر به آب استخر می دهد.

یکی از بهترین مثال ها در خصوص مبدل حرارتی هوا، خنک کننده رادیاتور اتومبیل است که هوا با سرعت زیاد از اطراف لوله های فین دار مبدل عبور می کند و سیال جاری در لوله ها گرمای خود را به هوای محیط می دهند. در ادامه توضیحات بیشتر در خصوص هر یک از مبدل ها را در اختیار شما قرار خواهیم داد.

مبدل های حرارتی را بر اساس پارامترهای مختلفی دسته بندی می کنند:

• بر اساس آرایش جریان در مبدل های حرارتی

وقتی بخواهیم مبدل حرارتی را بر اساس آرایش جریان در آن تقسیم بندی کنیم به سه نوع دسته بندی می رسیم:

الف) مبدل های حرارتی با جریان همسو

در مبدل های حرارتی با جریان همسو سیال گرم و سرد موازی یکدیگر حرکت می کنند، یعنی دو جریان سیال، از یک انتها به مبدل وارد می شوند، سپس هر دو در یک جهت در داخل مبدل جریان پیدا می کنند و در انتها از خروجی مبدل خارج می شوند.

در مبدل های حرارتی با جریان همسو دمای سیال سرد در هر مقطعی از مبدل حرارتی کمتر از دمای سیال گرم است. روش کار مبدل های حرارتی با جریان همسو به این صورت است که سیال سرد به پوسته مبدل وارد می شود تا از طریق گرمای سیال گرم درون پوسته حرارت مورد نیاز خود را بدست آورد.

یکی دیگر از خصوصیات مبدل های همسو با جریان سیال این است که در نقطه ورودی بیشترین اختلاف دما وجود دارد، بنابراین بیشترین انتقال حرارت در همان نقطه ورودی اتفاق می افتد. در مقابل کمترین اختلاف حرارت در نقطه خروجی از مبدل حرارتی وجود دارد و کمترین انتقال حرارت در این نقظه رخ می دهد.

ب) مبدل های حرارتی با جریان غیر همسو

چنانچه جریان سیال سرد و گرم به صورت موازی اما در خلاف جهت یکدیگر باشد، مبدل حرارتی از نوع جریان غیر همسو است. مشخصه بارز مبدل های حرارتی با جریان غیر همسو در این است که امکان بیشتر بودن دمای سیال سرد خروجی نسبت به سیال گرم خروجی وجود دارد.

در این نوع مبدل حرارتی سیال سرد درون پوسته توسط سیال گرم تر، گرم می شود و می توان گفت تقریباً در هر مقطعی از مبدل اختلاف دمای دو سیال سرد و گرم به یک اندازه است، در نتیجه سرعت انتقال حرارت در همه نقاط مبدل تقریباً یکسان است.

پ) مبدل های حرارتی با جریان عمود بر هم

آخرین مدل از مبدل های حرارتی بر اساس آرایش جریان مدلی است که در آن جریان های سرد و گرم به صورت عمود بر هم حرکت می کنند. یکی از رایج ترین مبدل های حرارتی با جریان عمود بر هم رادیاتورهای خودروها هستند.

در این نوع مبدل سیال داخل لوله ها چون اجازه حرکت در راستای عرضی را نخواهد داشت، جریان غیرمخلوط نامیده می شود. ولی سیال بیرونی برای لوله های بی پره مخلوط محسوب می شود، چون امکان جریان عرضی سیال و یا مخلوط شدن آن وجود دارد.

• بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم

در یک دسته بندی دیگر مبدل های حرارتی را بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم طبقه بندی می کنند که در ادامه به معرفی هر یک می پردازیم:

الف) مبدل های حرارتی نوع بهبودی دهنده یا Recuperative

سیال سرد و گرم در این نوع مبدل های حرارتی توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا می شوند و انتقال حرارت از طریق همین سطح انجام می شود.

برای اینکه راندمان حرارتی مبدل بالا برود، لازم است تا سطوح جامد دارای ضریب انتقال حرارت بالایی باشند. به همین دلیل این سطوح را از جنس آلیاژهای فلزی می سازند و اکثراً در صنعت از این نوع مبدل حرارتی استفاده می کنند.

ب) مبدل های حرارتی از نوع احیا کننده یا Regenerative

سطح جداکننده سیال سرد و گرم در مبدل های حرارتی احیا کننده ثابت نیست و به طور متناوب قسمت هایی از سطح در معرض حرکت سیال سرد و گرم قرار می گیرند. از مبدل های حرارتی احیاکننده در مقیاس های آزمایشگاهی و تحقیقاتی استفاده می شود.

پ) مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم

در مبدل های حرارتی تماس مستقیم هر دو سیال سرد و گرم به طور مستقیم در تماس با هم هستند، به بیانی دیگر هیچ دیواری بین جریان های سرد و گرم وجود ندارد. بنابراین میزان راندمان حرارتی در این نوع مبدل های حرارتی بسیار بالاست.

در مبدل های حرارتی تماس مستقیم جریان های در حال حرکت می توانند دو مایع غیر قابل اختلال و یا یک گاز و یک مایع باشند. از این نوع مبدل در برج های خنک کننده، کولرهای آبی و گرم کن در نیروگاه های بخار استفاده می شود.

• بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها

یک روش دیگر طبقه بندی انواع مبدل های حرارتی بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها است که خود به سه زیرمجموعه دیگر تقسیم می شوند:

الف) مبدل های لوله ای

در مبدل های حرارتی لوله ای مبدل از لوله هایی با مقطع دایره ای ساخته می شود که سیال گرم در داخل لوله ها و سیال سرد در بیرون از لوله در حال جریان است. به چند دلیل سیال گرم را در داخل لوله به جریان در می آورند:

• اتلاف حرارتی سیال گرم با محیط اطراف به حداقل برسد.
• از آنجا که سیال گرم خوردگی را افزایش می دهد، جریان آن در درون لوله باعث می شود فقط داخل لوله خورده شود و به پوسته لوله آسیبی وارد نشود.
• تمیز کردن داخل لوله ها آسانتر از بیرون آن است.

یکی از ویژگی های مبدل های حرارتی لوله ای این است که می توان قطر، تعداد، طول، گام و آرایش لوله ها را تغییر داد، بنابراین انعطاف پذیری زیادی در زمان طراحی آن ها وجود دارد.

مبدل های حرارتی لوله ای خود به 3 زیردسته تقسیم می شوند:

1. مبدل حرارتی دو لوله ای

مبدل حرارتی دو لوله ای یا Double Pipe Heat Exchangers ساده ترین نوع مبدلی است که در صنعت ساخته می شود. این نوع مبدل که به آن سنجاق سری هم می گویند از دو لوله ی هم محور و U شکل ساخته شده است که یکی از سیال ها از درون لوله و سیال دیگر از مجاری بین دو لوله عبور می کند تا از این طریق تبادل حرارت بین دو سیال انجام شود.

آرایش لوله ها در مبدل حرارتی دو لوله ای می توان به دو صورت سری و موازی باشد تا افت فشار و متوسط اختلاف دمای مورد نظر تامین شود. دو لوله هم محور، دو اتصال سه راهی، کلاهک برگشت و خم برگشت قسمت های اصلی مبدل دو لوله ای هستند.

از این نوع مبدل حرارتی بیشتر برای گرمایش و سرمایش محسوس سیال های فرآیندهایی استفاده می شود که سطوح انتقال گرمای آن ها تا 50 متر مربع باشد. همچنین کاربرد اصلی مبدل حرارتی دو لوله ای اکثراً برای سیالاتی است که رسوب زا هستند.

مزایای مبدل حرارتی دو لوله ای

• ساخت، طراحی و محاسبات آسان
• هزینه نسبتاً پایین برای ساخت
• کنترل ساده جریان های سیال در هر دو مسیر
• نگهداری و پاکسازی ساده
• قابلیت استفاده در فشارهای زیاد

معایب مبدل حرارتی دو لوله ای

• میزان انتقال گرما در واحد سطح گرمایی آن ها کم است.
• اگر بخواهیم ظرفیت گرمایی مبدل حرارتی دو لوله ای را افزایش دهیم، بسیار پرهزینه است.

2. مبدل حرارتی پوسته و لوله

یکی از متداول ترین و پرکاربردترین مبدل های حرارتی نوع پوسته و لوله است که بیشتر در صنعت و برای کاربردهای مختلف در اندازه های متنوع طراحی و ساخته می شود. از مبدل حرارتی Shell and Tube به منظور تبخیر یک مایع یا کندانس کردن یک بخار و یا انتقال حرارت بین دو مایع استفاده می شود.

این نوع مبدل دارای تعداد زیادی لوله حاوی سیال است که بخش خارجی آن با سیال دیگر در تماس است و از این طریق عمل انتقال حرارت از سطح واسط بدنه یا جداره لوله انجام می شود. به همین دلیل جنس لوله ها باید به گونه ای انتخاب شود که علاوه بر استقامت رسانای خوب گرما هم باشند.

مهمترین اجزای تشکیل دهنده یک مبدل پوسته و لوله شامل لوله، صفحه لوله، پوسته، سر جلو، سر عقب و صفحات نگهدارنده است که دو صفحه از جنس فلز در ابتدا و انتهای مبدل قرار گرفته و به تعداد لوله های داخل مبدل بر روی این دو صفحه سوراخ هایی ایجاد شده است. لوله ها از طریق جوش یا روش های مکانیکی به صفحه لوله متصل شده اند.

روش کار مبدل حرارتی پوسته و لوله به این صورت است که وقتی سیال از میان پوسته عبور می کند در طی مسیر بیشترین تماس را با سطح خارجی لوله ها برقرار می کند، در نتیجه فرآیند انتقال حرارت به بهترین شکل ممکن انجام می شود.

برای اینکه انتقال حرارت به خوبی انجام شود قطعه ای به نام بافل در ساخت مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده می شود. با کمک بافل ها نه تنها هدایت سیال به راحتی امکان پذیر است، بلکه لوله ها نیز به خوبی نگه داشته می شوند و خبری از لرزش و جابجایی لوله ها نیست.

از مبدل های حرارتی پوسته و لوله به عنوان خنک کن های روغن، چگالنده ها و پیش گرمکن ها در نیروگاه ها و همچنین به عنوان مولدهای بخار در نیروگاه های هسته ای و کاربردهای صنایع فرآیندی و شیمیایی استفاده می شود.

مزایای مبدل حرارتی پوسته و لوله

• دارای کم هزینه ترین روش ساخت و تولید
• امکان طراحی آرایش های مختلف جریان در سمت پوسته و لوله
• انبساط گرمایی نامحدود

معایب مبدل حرارتی پوسته و لوله

تنها ایراد مبدل حرارتی پوسته و لوله این است که از لوله U شکل در ساخت آن استفاده می شود که به دلیل شکل خم آن امکان پاکسازی لوله با وسایل مکانیکی وجود ندارد.

3. مبدل حرارتی لوله ای حلزونی

آخرین مدل از مبدل­های لوله ای مبدل حرارتی حلزونی یا Spiral tube است که شامل کویل هایی به شکل حلزونی به هم پیچانده شده است. این کویل ها در داخل یک پوسته قرار گرفته اند. از این نوع مبدل به صورت چگالنده های هم مرکز و تبخیر کننده های هم مرکز در سیستم های تبرید استفاده می شود.

ساختار مبدل حرارتی حلزونی از یک و یا چند حلقه لوله مارپیچ است که ابتدا و انتهای این لوله مارپیچ به لوله اصلی ورودی و خروجی متصل می شود و محفظه اطراف آن را پوشش می دهد. جنس لوله های به کار رفته در ساخت مبدل حرارتی حلزونی اغلب از فولاد کربن دار و یا مس و آلیاژهای آن و یا فولاد زنگ نزن و آلیاژهای نیکل است.

از آنجا که انتقال حرارت در مسیرهای منحنی و پیچ دار بیشتر از مسیر مستقیم است، ابعاد مبدل های حلزونی در مقایسه با سایر مبدل های لوله ای که با هم بررسی کردیم کمتر است. علاوه بر این ضریب انتقال حرارت در لوله حلزونی بیشتر از لوله مستقیم است.

از این نوع مبدل فقط می توان برای انبساط گرمایی و سیال های تمیز استفاده کرد، چون پاکسازی داخل لوله های مارپیچ شده تقریباً غیرممکن است.

مزایای مبدل حرارتی لوله ای حلزونی

• بهترین گزینه برای دبی های کم و بارهای حرارتی پایین
• دارای مقاومت مکانیکی بالا در برابر انبساط و انقباض
• راندمان حرارتی بالا
• مونتاژ سریع و آسان

معایب مبدل حرارتی لوله ای حلزونی

• از آنجا که لوله های مارپیچ کوچک هستند، تعمیر و جوشکاری لوله ها مشکل و زمان بر است.
• به دلیل طراحی مارپیچ امکان تمیز کردن لوله ها وجود ندارد.

ب) مبدل های حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای نوعی از مبدل حرارتی است که از تعداد زیادی صفحات چین دار از جنس فولاد ضد زنگ ساخته شده است. صفحات به کار رفته در ساخت این نوع مبدل توسط واشرهای پلیمری از هم جدا شده اند و توسط پیچ و مهره در داخل یک قاب فولادی قرار گرفته اند.

در مبدل صفحه ای تبادل حرارت از طریق سطح صفحات انجام می شود و می توان برای بازرسی و پاکسازی به راحتی صفحات را از هم باز کرد. هر یک از این صفحات یک واشر نیز دارد که وظیفه آن آب بندی صفحه و تامین شبکه انتقال سیال در مجموعه صفحات است.

از چینش این صفحات مسطح و یا موجدار در کنار یکدیگر کانال های جریان تشکیل می شوند. جریان سیال توسط این صفحات از هم جدا می شوند تا انتقال حرارت بین سیال گرم و سرد انجام شود. کاربرد اصلی مبدل های حرارتی صفحه ای برای انتقال گرما بین گاز، مایع یا جریان های دو فازی است.

در ادامه شما را با 6 مدل مختلف از مبدل حرارتی صفحه ای آشنا می کنیم:

1. مبدل صفحه ای واشردار

برای ساخت مبدل حرارتی صفحه ای واشردار از تعدادی صفحات نازک با سطح چین دار یا مواج استفاده می شود که سیال گرم و سرد را از هم جدا می کنند. این صفحات قطعاتی در گوشه های خود دارند که به نحوی خاص چیده شده اند. با کمک این شیوه از آرایش دو ماده ای که قرار است گرما بین آن ها مبدله شود در فضای بین صفحات جریان پیدا می کنند.

وجود واشر و طراحی مناسب آن باعث می شود مجموعه ای از صفحات با کمک پیچ ها در کنار هم نگه داشته شوند، علاوه بر این واشرها از نشتی سیال به بیرون جلوگیری می کنند و سیال را به شکل مورد نظر در صفحات هدایت می نماید.

نحوه جریان سیال در مبدل حرارتی صفحه ای واشردار به صورتی انتخاب می شود که جریان سیال ها در خلاف جهت یکدیگر باشد. در این نوع مبدل محدوده فشار و دمای جریان سیال پایین تر از 25 بار و دمای کمتر از 250 درجه سانتی گراد است. از مبدل صفحه ای واشردار در صنایع غذایی بیشتر استفاده می شود.

مزایای مبدل حرارتی صفحه ای واشردار

• به دلیل بزرگ بودن تنش برشی موضعی در طراحی این نوع مبدل میزان رسوب گذاری اندک است.
• جریان قوی گردابی شکل داخل مبدل، ضریب انتقال گرما را زیاد می کند.
• می توان به راحتی داخل مبدل را تمیز و استرلیزه کرد.

معایب مبدل حرارتی صفحه ای واشردار

تنها ایراد این نوع مبدل در محدود بودن دما و فشار قابل تحمل آن است.

2. مبدل صفحه ای نیمه جوشی

مبدل صفحه ای نیمه جوشی از طریق جوش دادن صفحات به صورت دو به دو و ایجاد صفحات دوقلو به وجود می آید. این صفحات نیم جوش در قاب مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار قرار می گیرند و به دلیل طراحی و ساخت خاص خود برای جریان سیالات با خوردگی بسیار بالا کاربرد دارند.

روش انتقال حرارت در مبدل صفحه ای نیمه جوشی به این صورت است که سیالات از میان صفحات جوش داده شده عبور می کنند تا تبادل حرارت بین سیال گرم و سرد انجام شود. این نوع مبدل می تواند تا فشار 30 بار مقاومت داشته باشد.

مزایای مبدل صفحه ای نیمه جوشی

• به دلیل جوش دادن صفحات میزان خوردگی بسیار کاهش پیدا می کند.
• به خاطر تحمل فشار بالا در سیستم های تبخیر و تهویه مطبوع کاربرد فراوان دارند.

معایب مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی

برای نگهداری مجموعه صفحات به قاب های ثابت و متحرک نیاز است.

3. مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده

مبدل صفحه ای لحیم شده از مجموعه صفحات فولادی به هم فشرده شده که توسط مس به هم لحیم یا جوش داده شده اند ایجاد می شود. بنابراین در ساخت این نوع مبدل دیگر هیچ نیازی به واشر و فریم نیست. البته با توجه به نوع فرآیند مورد نیاز می توان از دیگر فلزات همچون نیکل برای جوشکاری صفحات استفاده کرد.

 صفحات موجدار به هم لحیم شده چنان جریان متلاطمی را ایجاد می کنند که رسوب گذاری در داخل مبدل به شکل چشم گیری کاهش پیدا می کند. این نوع مبدل می تواند تا دمای 225 درجه و فشار 30 بار را به راحتی تحمل کند. اما اگر از نیکل برای لحیم کاری صفحات استفاده شود، قابلیت تحمل دمای 400 درجه و فشار 16 بار را دارد.

از مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده به منظور سردسازی در تبخیرکننده ها و کندانسورها استفاده می شود. علاوه بر این برای گرم کردن آب فرآیندها، سیستم بازیابی حرارت و سیستم گرم کردن موضعی گزینه مناسبی است.

مزایای مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده

• وزن این نوع مبدل بسیار پایین است، به حدی که 20 تا 30 درصد وزن مبدل پوسته و لوله را دارد.
• تحمل فشار و دمای مبدل صفحه ای لحیم شده بالاست.
• به دلیل عدم استفاده از واشر و پیچ و همچنین نوع جریان سیال در آن احتمال رسوب گذاری بسیار کم است.

معایب مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده

از آنجا که صفحه ها بر روی هم لحیم می شوند، احتمال باز کردن صفحات و پاکسازی داخل آن ها وجود ندارد.

4. مبدل صفحه ای جوشی بَوِکس

در مواقعی که با توجه به شرایط فرآیندی امکان استفاده از مبدل نوع قاب و صفحه وجود نداشته باشد و از طرفی فشار و دمای سیال بالا باشد، راهی جز استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای بَوِکس (Bavex) نیست.

این نوع مبدل حرارتی به سبکی منحصر به فرد طراحی شده است، به این صورت که از دو بخش لوله و صفحه تشکیل شده که بخش لوله دارای چندین گذر و بخش صفحه فقط یک گذر دارد.

برای ساخت مبدل صفحه ای بَوِکس از فلزاتی خاص استفاده می شود که تحمل دمای 900 درجه و فشار 600 بار دارند. این نوع مبدل توانایی کاهش دما تا منفی 200 درجه سانتی گراد را دارد.

5. مبدل حرارتی صفحه ای جوشی

مبدل صفحه ای جوشی بر پایه کاربردهای مبدل های پوسته و لوله، مارپیچی و صفحه ای طراحی شده است و به دلیل عدم استفاده از واشر مشکلات رسوب گذاری را ندارد. علاوه بر این از آنجا که در طراحی و ساخت مبدل صفحه ای جوشی از گسکت یا مهره موم الاستومری استفاده نشده است، می توان از آن برای جریان سیالات با دماهای بالا و حتی مواد شیمیایی استفاده کرد.

در طراحی این نوع مبدل از پیچ و مهره استفاده شده است، به همین دلیل امکان جدا کردن سریع قاب و دسترسی به محفظه صفحات برای پاکسازی و تعمیرات وجود دارد.

اگر مبدل صفحه ای جوشی به صورت تک گذر طراحی شود، مجموعه صفحات فشرده روی هم به گونه ای جوش می خورند که جریان متقاطع باشد. اما در طراحی چند گذر، جریان سیال داخل مبدل به صورت ناهمسو بوده و فاصله بین صفحات معمولاً 5 میلی متر است.

مبدل صفحه ای جوشی می تواند دمای 300 درجه سانتی گراد و فشار 32 بار را تحمل کند و کاربرد اصلی آن در سیستم های مایع و دوفازی همانند سیستم های مایع-مایع، کندانسورها، تبخیرکننده ها و جوش آورها است.

6. مبدل صفحه ای حلزونی

با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزون و با استفاده از یک میله اصلی و جوش دادن لبه های صفحات مجاور به یکدیگر مبدل صفحه ای حلزونی ساخته می شود، به نحوی که یک کانال در بین صفحات ایجاد می شود. فاصله بین صفحات فلزی با استفاده از پین های فاصله انداز جوش داده شده به ورق فلزی حفظ می گردد.

روش جریان سیال در مبدل حلزونی به این صورت است که در هر یک از دو مسیر حلزونی یک جریان ثانویه ایجاد می شود که انتقال گرما را افزایش داده و تشکیل رسوب را کاهش می دهد. این نوع مبدل می تواند حداکثر فشار کاری 15 بار و دمای 500 درجه سانتی گراد را تحمل کند.

مزایای مبدل صفحه ای حلزونی

• کاهش نرخ رسوب گذاری
• راندمان انتقال حرارتی بالا
• امکان استفاده از صنایع مواد غذایی
• قابلیت کنترل دمای رسوبات فاضلابی

معایب مبدل صفحه ای حلزونی

قیمت این مبدل بدلیل طراحی و ساخت منحصر به فرد نسبتا زیاد است.

پ) مبدل های پره ای

مبدل های حرارتی با سطوح پره دار دارای پره ها و ضائمی در سطح اصلی انتقال گرما هستند که به منظور افزایش سطح تبادل حرارت استفاده شده اند. از آنجا که ضریب انتقال گرما در سمت گاز بسیار کمتر از سمت مایع است، برای افزایش سطح نتقال گرما از سطوح پره دار در سمت گاز استفاده می شود.

دو نوع رایج مبدل حرارتی پره دار وجود دارد:

1. مبدل صفحه ای پره دار

برای کاربردهای گاز-گاز از مبدل های صفحه ای پره دار استفاده می شود. در این نوع مبدل جریان های سیال با صفحات تخت که بین آن ها پره های موج دار قرار داده شده اند، از هم جدا می شوند. بنابراین می توانند با توجه به جریان های سیال با شکل بندی های متفاوت آرایش داده شوند.

مبدل صفحه ای پره ای از آلیاژ آلومنیوم ساخته می شود و اجزای مختلف آن در حمام نمک یا کوده خلاء به یکدیگر لحیم می شوند. وجود ورق های موج دار در بین صفحات تخت باعث افزایش سطح انتقال حرارت می شود و همچنین تکیه گاهی برای صفحات تخت ایجاد کند.

کاربرد اصلی مبدل های حرارتی صفحه ای پره ای در توربین های گازی، نیروگاه های هسته ای، سیستم های تبرید، گرمایش، تهویه مطبوع، سیستم های بازیابی گرمای اضافه، صنایع شیمیایی و سرمایش وسایل الکترونیکی است.

2. مبدل لوله ای پره ای

مبدل های حرارتی لوله ای پره ای برای کاربردهای گاز-مایع استفاده می شوند. این نوع مبدل ها آرایه ای از لوله ها با پره های ثابت شده در سمت بیرونی دارند. پره های سمت خارجی لوله ها می تواند به یکی از حالت های عمود بر محور لوله ها، اریب، مارپیچ نسبت به محور و یا طولی در امتداد محور لوله باشد.

پره های به کار رفته در مبدل لوله ای پره ای با کمک لحیم کاری، جوش برنجی، جوشکاری، اکستروژن، جا زدن مکانیکی، پیچاندن کششی و .. به لوله وصل می شوند. این نوع مبدل بیشتر در سیستم های گرمایش، تهویه، تبرید و تهویه مطبوع کارایی دارند.

• بر اساس نحوه عملکرد

آخرین دسته بندی انواع مبدل های حرارتی بر اساس نحوه عملکرد آن هاست. گفتیم که طرز کار مبدل حرارتی به این صورت است که حرارت را در اثر اختلاف دمای ایجاد شده بین دو سیال از یک سیال به سیال دیگر منتقل می کند.

با توجه به این توضیحات مبدل های حرارتی را از لحاظ عملکرد در یکی از دو دسته زیر قرار می دهند:

1. مبدل دو منظوره یا دو مسیره
2. مبدل تک منظوره یا تک مسیره

جالب است بدانید پکیج های تک مبدل و پکیج های دو مبدل که در ابتدای متن به معرفی نحوه عملکرد و بررسی مزایا و معایب هر یک پرداختیم، همان مبدل های دو منظوره و مبدل های تک منظوره هستند.

به بیانی دیگر در پکیج های دیواری تک مبدله از مبدل دو منظوره استفاده می شود، چون قرار است همان یک مبدل به منظور تامین آب گرمایش و آب گرم مصرفی بکار گرفته شود.

اما در پکیج های دو مبدله از دو مبدل حرارتی تک منظوره استفاده می شود، به این صورت که یک مبدل تک منظوره برای تامین آب گرمایش و یک مبدل صفحه ای تک منظوره برای فراهم کردن آب گرم مصرفی در دستگاه تعبیه می شود.

در بخش بعدی می خواهیم به طور دقیق تر کاربرد مبدل حرارتی در پکیج دیواری را بررسی کرده و در نهایت مزایا و معایب مبدل حرارتی را با یک جمع بندی بیان کنیم.

کاربرد مبدل حرارتی در پکیج دیواری

گفتیم که یکی از مهمتریم اجزای پکیج دیواری مبدل دستگاه است که در فصل سرد سال با باز کردن آب گرم سنسور فشار پکیج تحریک شده و با ارسال فرمان شیر سه راهی موتوری پکیج را از طریق برد فعال می کند تا آب گرم به سمت مبدل حرارتی صفحه ای برده شود. با این سری اقدامات آب گرم مورد نیاز سریعاً تامین می شود.

البته این تمام کاربرد مبدل حرارتی در پکیج دیواری نیست، چرا که در فصل گرما نیز پکیج دیواری می تواند به کمک مبدل حرارتی آب گرم مورد نیاز ما را فوراً آماده کند.

با توجه به کاربرد مهم مبدل حرارتی در پکیج دیواری بسیار مهم است که از این قطعه به خوبی نگه داری شود. فرقی نمی کند که پکیج شما بوتان است یا ایران رادیاتور و یا هر مارک دیگر، در هر صورت باید با انجام سرویس های دوره ای و نصب فیلترهای سختی گیر پلی فسفات و یا سختی گیرهای مغناطیسی از رسوب گرفتن مبدل پکیج پیشگیری کنید.

چون به جرات می توان گفت تنها عامل خرابی و معیوب شدن مبدل حرارتی پکیج رسوب گرفتن املاح در داخل آن است که سرعت رسوب گذاری و میزان ضخامت آن با توجه به سختی آن منطقه می تواند متفاوت باشد.

سرویس پکیج دیواری را جدی بگیرید، بازبینی هر سال آن توسط سرویسکار و اسید شویی رسوبات بسیار حائز اهمیت است و باعث جلوگیری از خوردگی سطح داخلی مبدل حرارتی دستگاه می­شود.

چنانچه مایلید بدانید سرویس پکیج چند مدل دارد و قصد اطلاع از اهمیت سرویس دوره ای را دارید، کلیپ زیر را مشاهده نمایید.

https://www.aparat.com/v/Pc150

علاوه بر این سرویسکار پکیج به صورت سالانه یا هر 6 ماه یکبار فیلتر سختی گیر پکیج را باز کرده و در صورت لزوم آن را تعویض می کند تا از تجمع بیش از حد رسوبات در داخل مبدل حرارتی دستگاه پیشگیری کند. با توجه به بالا بودن قیمت مبدل پکیج بوتان تمام این مراقبت ها و پیشگیری ها در خصوص مبدل حرارتی پکیج بوتان نیز صدق می کند.

برای اینکه با نحوه اسیدشویی مبدل اصلی و ثانویه پکیج دیواری بهتر آشنا شوید، پیشنهاد می کنیم تماشای کلیپ زیر را از دست ندهید.

https://www.aparat.com/v/3PtJ8

اگر می خواهید مبحث تعمیر پکیج ایران رادیاتور را مطالعه کنید روی لینک مطلب کلیک کنید.

 

مزایا و معایب مبدل حرارتی صفحه ای

از آنجا که مبدل های حرارتی صفحه ای بیشترین کاربری را در صنایع مختلف دارند و مخصوصاً در سیستم پکیج دیواری نیز از این نوع مبدل استفاده می شود، در ادامه می خواهیم مزایا و معایب این قطعه را بررسی کنیم:

مزایای مبدل حرارتی صفحه ای

• ضریب انتقال حرارت بالا

مبدل های حرارتی صفحه ای دارای مسیر جریان کوچک هستند که ورق استفاده شده در ساختار آن ها به صورت موج دار است، در نتیجه جهت و سرعت جریان سیال به طور مداوم تغییر می کند. با این اقدام اختلال مایع افزایش پیدا می کند تا حدی که با یک سرعت جریان کوچک، ضریب انتقال حرارت بالا می رود. علاوه بر این مصرف کم فلز در ساختار این نوع مبدل باعث انتقال حرارت تا بیش از 90 درصد می شود.

• سازگاری زیاد

در مبدل حرارتی صفحه ای می توان با افزایش و یا کاهش صفحات مبدل سطح انتقال حرارت مورد نیاز را به دست آورد. در نتیجه این نوع مبدل سازگاری زیادی با انواع کاربری ها دارد.

• ساختاری جمع و جور

برای ساخت مبدل حرارتی صفحه ای از صفحات در اندازه کوچک و تجهیزات محدود استفاده می شود، بنابراین ابعاد نهایی این وسیله جمع و جور است.

• امکان پاکسازی راحت و سریع

مبدل حرارتی صفحه ای را می توان به راحتی با مخلوطی از اسید و آب و با کمک پمپ اسیدشویی به مدت 2 الی 3 دقیقه شستشو داد.

• قیمت خرید ارزان تر

مبدل های حرارتی صفحه ای از ورق فلز ساخته می شوند که در مقایسه با دیگر مبدل های گفته شه هزینه ساخت کمتری دارد.

• احتمال پایین خوردگی

با توجه به اختلالات جریان بزرگ سیال در داخل مبدل های حرارتی صفحه ای این قطعه به ندرت خورده می شود.

معایب مبدل های حرارتی صفحه ای

• فشار استفاد از مبدل حرارتی صفحه ای محدود و در نهایت 1.5 بار است.
• احتمال مسدود شدن فین های داخل مبدل صفحه ای وجود دارد.
• احتمال نشتی از قسمت واشرهای مبدل وجود دارد، به همین دلیل اکثراً موقع سرویس کامل پکیج باید واشرها تعویض شوند.

می خواهید بدانید در زمان سرویس کامل پکیج دیگر چه اقداماتی بر روی این وسیله انجام می گیرد؟ پس کلیپ زیر را تماشا کنید.

https://www.aparat.com/v/2cx4j

در صورتی که مایلید مبحث تعمیر پکیج بوتان را مطالعه کنید، پیشنهاد می کنیم روی لینک مطلب بزنید.

 

جمع بندی

در این مطلب هر آنچه که در مورد مبدل حرارتی لازم بود بدانید را با شما در میان گذاشتیم. مهمترین نکته ای که می خواهیم در این بخش به آن بپردازیم توجه به سلامتی مبدل حرارتی پکیج است. چون این قطعه وظیفه سنگین و صد البته مهمی در سیستم پکیج دیواری دارد و اگر سالم نباشد، می تواند کارایی پکیج را به کل مختل کند.

جالب است بدانید سرنخ اصلی اکثر خرابی های پکیج به رسوب گرفتن و یا سوراخ شدن مبدل حرارتی آن می رسد. بنابراین باید بیش از همیشه به برنامه زمان بندی شده سرویس پکیج توجه داشته باشید.

گروه تاسیسات 24 ساعته یکی از محبوب ترین مجموعه های خدمات تاسیسات ساختمانی است که خدمت سرویس و تعمیر پکیج دیواری را همراه با گارانتی تضمین کیفیت به مشتریان خود عرضه می کند. در این گروه جمع کثیری از تکنسین های پکیج آماده خدمت رسانی به شما مشتریان هستند.

در صورت نیاز به اسیدشویی مبدل حرارتی پکیج خود و یا تعویض و تعمیر آن کافیست همین الان با شماره های 77683856- 26407476 تماس بگیرید و یا فرم درخواست سرویسکار متخصص را پر کنید تا حرفه ای ترین متخصص پکیج در محل شما حاضر شده و به عیب یابی و سرویس مبدل دستگاه بپردازد.

خلاصه ای از آنچه در این مطلب گفتیم

• مبدل پکیج تجهیزی است که از لوله های فلزی مارپیچ ساخته شده و با قرارگیری در معرض شعله، آب گرم مصرفی و گرمایش را تامین می کند.
• پکیج دیواری تک مبدل یا بی ترمیک و پکیج دیواری دو مبدل یا مونومتریک دو نوع اصلی پکیج از لحاظ تعداد مبدل هستند.
• انواع مبدل حرارتی را بر اساس پارامترهای مختلفی از جمله آرایش جریان، نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم، ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل و همچنین نحوه عملکرد مبدل تقسیم بندی می کنند.
• از لحاظ آرایش جریان می توان مبدل های حرارتی را در یکی از دسته بندی های جریان همسو، جریان غیرهمسو و جریان عمود بر هم قرار داد.
• مبدل های حرارتی احیا کننده، بهبود دهنده و تماس مستقیم جزو گروه انواع مبدل حرارتی بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم هستند.
• انواع مبدل حرارتی از لحاظ ساختمان مکانیکی و ساختار را می توان در یکی از زیرمجموعه های مبدل های لوله ای، مبدل های صفحه ای و مبدل های پره ای قرار داد که هر کدام از این مبدل ها زیرشاخه های خاص خود را دارند.
• مبدل حرارتی از لحاظ نحوه عملکرد در یکی از گروه های دو منظوره و یا تک منظوره قرار می گیرد.
• در پکیج دیواری از یکی از مبدل های دو منظوره (تک مبدل) و یا تک منظوره (دو مبدل) استفاده می شود.
• بیشترین علت خرابی مبدل حرارتی صفحه ای پکیج دیواری تشکیل رسوبات و یا سوراخ شدن مبدل است.
• ضریب انتقال حرارت مناسب، ساختار جمع و جور، قیمت خرید ارزان و امکان شستشوی داخل لوله ها از جمله مزیت های مهم مبدل حرارتی صفحه ای هستند.

 

پرسش و پاسخ های متداول آشنایی با انواع مبدل حرارتی

1. چگونه مبدل پکیج را باز کنیم؟

برای باز کردن مبدل در زمان اسیدشویی، ابتدا آب داخل مبدل را از طریق باز کردن شیر آب گرم ساختمان و بستن شیر آب ورودی به دستگاه خالی کرده و سپس مبدل را با آچار آلن شماره 4 باز می کنیم.

2. کاربرد اصلی مبدل حرارتی پوسته و لوله چیست؟

برای خنک سازی، پیش گرمایش، تولید بخار، بازیابی بخار و عملیات های مشابه از مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده می شود.

منابع: منبع 1، منبع 2، منبع3، منبع 4، منبع5، منبع 6، منبع 7، منبع 8، منبع 9، منبع 10، منبع 11، منبع 12