انواع مبدل های حرارتی بر اساس ساخت کدامند؟

مبدل های حرارتی وسایل ضروری در صنایع مختلف هستند که برای انتقال حرارت بین دو یا چند سیال بدون مخلوط کردن آنها استفاده می شود. طراحی و ساخت آنها می تواند بر اساس کاربرد، شرایط عملیاتی و خواص سیال متفاوت باشد. در زیر، ما به انواع مختلف مبدل های حرارتی طبقه بندی شده بر اساس ساختار آنها می پردازیم.

1. مبدل حرارتی پوسته و لوله
این پرکاربردترین نوع مبدل حرارتی به ویژه در صنایعی مانند پتروشیمی، شیمیایی و تولید برق است. طراحی اولیه شامل یک سری لوله است که در آن یک سیال از طریق لوله های داخلی و سیال دیگر بر روی سطح خارجی لوله ها (سمت پوسته) جریان می یابد. انتقال حرارت بین سیالات از طریق دیواره لوله انجام می شود.

ویژگی های کلیدی:

انعطاف پذیری در اندازه: می تواند در اندازه ها و ظرفیت های مختلف ساخته شود.

تحمل فشار بالا: مناسب برای کاربردهای فشار بالا.

طراحی جمع و جور: امکان انتقال حرارت زیاد در یک فضای نسبتا کوچک را فراهم می کند.

تطبیق پذیری: با سیالات تک فاز و دو فاز به خوبی کار می کند.

انواع:

مبدل حرارتی ورق لوله ثابت: هر دو ورق لوله به پوسته جوش داده می شوند.

مبدل حرارتی U-Tube: لوله ها به شکل U خم می شوند و اجازه انبساط حرارتی را می دهند.

برنامه های کاربردی:

برای خنک کردن یا گرم کردن سیالات مختلف مانند آب، روغن و مواد شیمیایی استفاده می شود.

2. مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل های حرارتی صفحه ای از چندین صفحه فلزی نازک و موجدار تشکیل شده اند که روی هم چیده شده اند. سیالات در کانال های متناوب بین صفحات جریان دارند. طراحی موجدار تلاطم را افزایش می دهد و راندمان انتقال حرارت را بهبود می بخشد. آنها در صنایعی که فضا یک محدودیت است و نرخ انتقال حرارت بالا مورد نیاز است استفاده می شود.

ویژگی های کلیدی:

جمع و جور و کارآمد: انتقال حرارت بالا را در فضای کوچکتر ارائه می دهد.

طراحی مدولار: بسته به نیاز انتقال حرارت، صفحات را می توان اضافه یا حذف کرد.

نگهداری: تمیز کردن و نگهداری آسان است، زیرا صفحات را می توان جدا کرد.

برنامه های کاربردی:

رایج در سیستم های HVAC، فرآوری مواد غذایی و صنایع شیمیایی.

3. مبدل حرارتی هوا خنک
در مبدل های حرارتی هوا خنک، از هوا برای خنک کردن سیال استفاده می شود. سیال از طریق لوله‌ها جریان می‌یابد و گرما با همرفت هوای اجباری یا طبیعی به جو پراکنده می‌شود. اینها معمولاً در کاربردهایی که آب کمیاب است یا برای خنک کردن در دسترس نیست استفاده می شود.

ویژگی های کلیدی:

بدون نیاز به آب: ایده آل برای مناطق با منابع آبی محدود.

نگهداری کمتر: اجزای کمتری برای نگهداری در مقایسه با مبدل های حرارتی خنک شونده با آب.

مناسب برای کاربردهای دمای بالاتر: به ویژه در صنایعی مانند نفت و گاز.

برنامه های کاربردی:

مورد استفاده در نیروگاه ها، پالایشگاه ها و ایستگاه های کمپرسور.

4. مبدل حرارتی دو لوله
مبدل حرارتی دو لوله ای از یک لوله در داخل لوله دیگر تشکیل شده است که در آن دو سیال در جهت مخالف جریان می یابند. یک سیال از طریق لوله داخلی و سیال دیگر در فضای حلقوی بین لوله داخلی و خارجی جریان دارد. این مبدل ها معمولاً برای نیازهای انتقال حرارت کوچک استفاده می شوند.

ویژگی های کلیدی:

طراحی ساده: درک و نگهداری آسان.

انعطاف پذیری: می تواند طیف وسیعی از مایعات را مدیریت کند.

سرعت انتقال حرارت کم: مناسب برای عملیات در مقیاس کوچک.

برنامه های کاربردی:

در کاربردهای آزمایشگاهی و فرآیندهای گرمایش و سرمایش در مقیاس کوچک استفاده می شود.

5. مبدل حرارتی Fin Tube
در یک مبدل حرارتی لوله پره دار، انتقال حرارت از طریق لوله هایی با پره های متصل به آنها انجام می شود. این باله ها سطح را افزایش می دهند و راندمان تبادل حرارت را افزایش می دهند. سیال داخل لوله ها می تواند گاز یا مایع باشد و محیط انتقال حرارت در بیرون معمولاً هوا است.

ویژگی های کلیدی:

انتقال حرارت افزایش یافته: باله ها سطح را افزایش می دهند و کارایی را بهبود می بخشند.

طراحی فشرده: مناسب برای کاربردهای فضای محدود.

تنوع طرح ها: بسته به نیاز انتقال حرارت می توان از انواع باله های مختلف استفاده کرد.

برنامه های کاربردی:

رایج در سیستم های تبرید، تهویه مطبوع و سیستم های گرمایشی.

6. مبدل حرارتی مارپیچی
مبدل‌های حرارتی مارپیچی از دو صفحه مسطح و مارپیچی تشکیل شده‌اند که یک سیال از طریق مارپیچ داخلی و دیگری از طریق مارپیچ بیرونی جریان دارد. طراحی مارپیچی یک سطح بزرگ ایجاد می کند و تلاطم را تقویت می کند و انتقال حرارت را افزایش می دهد.

ویژگی های کلیدی:

طراحی فشرده: کوچکتر و سبکتر از انواع دیگر برای همان ناحیه انتقال حرارت.

ویژگی های خود تمیز شوندگی: طراحی مارپیچی رسوب و رسوب را به حداقل می رساند.

دسته سیال های چسبناک: برای سیالات با ویسکوزیته بالا موثر است.

برنامه های کاربردی:

مناسب برای کاربرد در صنایع غذایی، صنایع شیمیایی و تولید دارو.

7. مبدل حرارتی صفحه و قاب
مبدل حرارتی صفحه و قاب از یک سری صفحات با کانال های جریان سیال متناوب تشکیل شده است. در یک قاب محصور شده است و صفحات به هم چسبیده می شوند تا یک پشته را تشکیل دهند. این ساختار برای کاربردهایی ایده آل است که ظرفیت انتقال حرارت باید مقیاس پذیر باشد و تعمیر و نگهداری آسان مورد نظر است.

ویژگی های کلیدی:

طراحی مقیاس پذیر: صفحات را می توان برای تنظیم ظرفیت اضافه یا حذف کرد.

راندمان بالا: نرخ انتقال حرارت عالی به دلیل تلاطم زیاد.

همه کاره: با انواع مایعات، از جمله آنهایی که دارای ذرات یا زباله هستند، کنترل می کند.

برنامه های کاربردی:

به طور گسترده در صنایع غذایی و نوشیدنی، سیستم های HVAC و فرآیندهای شیمیایی استفاده می شود.

8. مبدل حرارتی لوله حرارتی
لوله های حرارتی ظروف آب بندی شده ای هستند که گرما را از طریق تبخیر و متراکم شدن یک سیال در حال کار انتقال می دهند. مبدل های حرارتی لوله حرارتی از مکانیزم لوله حرارتی برای انتقال حرارت بین دو سیال استفاده می کنند. لوله حرارتی با تبخیر مایع در سمت گرم و متراکم کردن آن در سمت سرد عمل می کند، بنابراین گرما را به طور موثر منتقل می کند.

ویژگی های کلیدی:

بسیار کارآمد: می تواند رسانایی حرارتی بالا را با گرادیان دمای پایین به دست آورد.

عملکرد فشرده و غیرفعال: برای عملکرد به هیچ نیروی خارجی نیاز ندارد.

عالی برای کاربردهای با دقت بالا: به خصوص در جاهایی که کنترل دما حیاتی است.

برنامه های کاربردی:

در خنک کننده های الکترونیکی، برودتی و کاربردهای تخصصی انتقال حرارت استفاده می شود.

9. مبدل حرارتی بستر سیال
مبدل های حرارتی بستر سیال شامل توده ای از ذرات جامد معلق در جریانی از سیال، معمولاً هوا یا گاز است. سیال یک "تخت" ایجاد می کند که در آن انتقال حرارت بین سیال و ذرات جامد اتفاق می افتد. این مبدل‌ها انتقال حرارت کارآمدی را ارائه می‌کنند و برای سیستم‌هایی که جامدات نیاز به گرم کردن دارند، بسیار کارآمد هستند.

ویژگی های کلیدی:

انتقال حرارت خوب: بستر سیال شده تماس حرارتی عالی بین ذرات و سیال ایجاد می کند.

بارهای حرارتی بالا را تحمل می کند: می تواند ظرفیت ها و دماهای حرارتی بالایی را در خود جای دهد.

مقاوم در برابر رسوب: حالت سیال از تجمع آلاینده ها جلوگیری می کند.

برنامه های کاربردی:

در تولید برق، راکتورهای شیمیایی و پردازش زیست توده استفاده می شود.

نتیجه گیری
انتخاب مبدل حرارتی به عوامل متعددی مانند نوع سیالات در حال پردازش، نیازهای انتقال حرارت، محدودیت‌های فضا، نیازهای تعمیر و نگهداری و دمای عملیاتی بستگی دارد. هر نوع ساخت و ساز دارای مزایای منحصر به فردی است که برای کاربردهای صنعتی خاص طراحی شده است. خواه طراحی ساده مبدل دو لوله ای باشد یا مبدل حرارتی صفحه و قاب بسیار کارآمد، درک این انواع به مهندسان اجازه می دهد تا تصمیمات آگاهانه ای برای عملکرد بهینه و مقرون به صرفه بودن در عملیات انتقال حرارت بگیرند.