مبدل حرارتی چیست و چه کاربردی برای صنایع دارد؟

نقش مبدل حرارتی در صنایع نفت، پتروشیمی، غذا و انرژی بسیار مهم است. با ما همراه باشید تا با مبدل حرارتی و نقش ساخت و نگهداری آن آشنا شوید.
مبدل های حرارتی یکی از مهم ترین و پرکاربردترین دستگاه ها در برخی از صنایع هستند. هر صنعتی که به سیستمی برای کنترل دمای تجهیزات و حفظ آن در سطح متعادل در طول فرآیند تولید و فرآوری نیاز دارد، به یک مبدل حرارتی نیاز دارد. آنها برای گرمایش یا سرمایش استفاده می شوند. اما چگونه و چرا؟ بیایید نگاهی دقیق تر به این دستگاه و نحوه عملکرد آن بیندازیم تا مزایای آن برای صنعت را درک کنیم.
انتقال حرارت چیست؟
مبدل های حرارتی وسایلی هستند که حرارت را بین دو یا چند سیال (مایع یا گاز) انتقال می دهند. بسته به نوع مبدل حرارتی، فرآیند انتقال حرارت می تواند گاز به گاز، مایع به گاز یا مایع به مایع باشد. در واقع مبدل حرارتی وسیله ای است که اجازه می دهد گرمای یک سیال (مایع یا گاز) بدون اختلاط یا تماس مستقیم به سیال دیگر (مایع یا گاز دیگر) منتقل شود.
طراحی گرافیکی
مبدل های حرارتی انواع مختلفی دارند
همه مبدل های حرارتی دارای یک اصل کار هستند. اما بر اساس ویژگی های طراحی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند. مبدل حرارتی چیست و چه کاربردی دارد؟ این ویژگی ها عبارتند از: پیکربندی جریان، روش ساخت و مکانیسم انتقال حرارت. هر کدام از اینها چندین زیرشاخه دارد.
فرم جریان
الگوی جریان یا ترتیب جریان به جهت حرکت سیال در مبدل های حرارتی اشاره دارد. بر این اساس مبدل های حرارتی به موازی، جریان متقابل، متقاطع و هیبریدی تقسیم می شوند.
اندازه جریان مبدل حرارتی
روش ساخت
با توجه به ساختار مبدل ها به چهار دسته بازیابی و احیا کننده، مستقیم به غیر مستقیم، استاتیک و دینامیک و انواع اجزا و مواد به کار رفته در ساختار آنها تقسیم می شوند.
مکانیزم انتقال حرارت
شاید بتوان مهمترین طبقه بندی مبدل های حرارتی را بر اساس روش انتقال حرارت در نظر گرفت. در مبدل های حرارتی دو نوع سیستم انتقال حرارت وجود دارد. انتقال حرارت تک و انتقال حرارت دوگانه. در نوع تک واحدی، مایع در طول فرآیند انتقال حرارت، شکل خود را تغییر نمی دهد. یعنی اگر در حالت مایع باشد طی فرآیند تبادل حرارتی در آب باقی می ماند. مثلاً در انتقال حرارت آب به آب، آب گرم گرمای خود را به آب سرد منتقل می کند و به گاز یا جامد تبدیل نمی شود.
مکانیزم انتقال حرارت
اما در مبدل های حرارتی دو فاز، سیال تغییر شکل می دهد و از مایع به گاز یا گاز به مایع تبدیل می شود. برخی از انواع مبدل های حرارتی دو فاز عبارتند از بویلر، کندانسور و اواپراتور. مبدل های حرارتی بر اساس این نوع مکانیسم ها به چند دسته تقسیم می شوند که از رایج ترین آنها در صنعت می توان به موارد زیر اشاره کرد.
مبدل های حرارتی پوسته و لوله
مبدل حرارتی پوسته و لوله یکی از رایج ترین انواع مبدل های حرارتی است که از لوله های یکسان و چندگانه تشکیل شده است که درون یک لوله بزرگتر محصور شده اند. گرما از سیال در لوله های کوچکتر به سیالی که از لوله بزرگتر و اطراف این لوله های کوچکتر جریان دارد منتقل می شود. انتقال حرارت در این سیستم می تواند یک فاز یا دو فاز باشد و جریان سیال آن می تواند همگن، ناهمگن، متقاطع و مختلط باشد. مبدل های حرارتی دو لوله ای و مبدل های حرارتی لوله مارپیچی، مبدل های پوسته ای و لوله ای هستند که برای خنک سازی روغن، تولید بخار و پیش گرمایش استفاده می شوند.
مبدل حرارتی پوسته و لوله
مبدل های حرارتی صفحه ای
مبدل های حرارتی صفحه ای از چندین صفحه نازک ساخته شده اند که به موازات یکدیگر قرار گرفته اند. هر جفت صفحه کانالی را تشکیل می دهد که سیال از طریق آن حرکت می کند. هر جفت صفحه که بالای جفت دیگری قرار می گیرد کانال دیگری را بین آنها ایجاد می کند و سیال دوم از کانال ها عبور می کند. صفحات این نوع مبدل می تواند ساده یا پرده ای باشد. در نوع پرده دار، یک ضمیمه بر روی صفحات اصلی برای کمک به انتقال بیشتر گرما وجود دارد. مبدل های حرارتی شامل مبدل های حرارتی صفحه ای واشر دار، مبدل های حرارتی صفحه ای حلزونی، مبدل های حرارتی لاملا، مبدل های حرارتی لوله پره دار و مبدل های حرارتی صفحه پره ای هستند.
بشقاب را گرم کنید
کندانسور، اواپراتور و بویلر
دیگ های بخار، کندانسورها و اواپراتورها مبدل های حرارتی هستند که از مکانیزم انتقال حرارت دو فازی استفاده می کنند. کندانسور گاز یا بخار گرم شده را خنک می کند تا جایی که متراکم شده و به مایع تبدیل می شود. از سوی دیگر، در یک اواپراتور یا دیگ بخار، فرآیند انتقال حرارت، مایع را از مایع به گاز یا بخار تبدیل می کند.
اپراتور
مبدل حرارتی هوا خنک
مبدل های حرارتی هوا خنک معمولاً در وسایل نقلیه یا هر تجهیزات متحرکی که دسترسی دائمی به منبع آب ندارند استفاده می شود. در این نوع مبدل از جریان هوا برای خنک کردن سیال دوم استفاده می شود.
شماتیک مبدل حرارتی کولر گازی
نقش مبدل های حرارتی در صنعت
مبدل های حرارتی صنعتی دستگاه هایی در صنایع هستند که برای انتقال یا انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر طراحی شده اند. از این انتقال حرارت می توان برای گرم کردن و خنک کردن سایر تجهیزات در صنعت استفاده کرد. بسیاری از فرآیندهای صنعتی به درجه خاصی از دما نیاز دارند تا بدون گرم شدن بیش از حد در طول فرآیند کار کنند. بعلاوه از مبدل های حرارتی برای جذب و انتقال دود و دود حاصل از فرآیندهای صنعتی استفاده می شود. در واقع ترانسفورماتورها از این دود و بخار برای کنترل دمای سایر قسمت ها، صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش آلودگی های محیطی در کارخانه ها استفاده می کنند.