مبدل گرمایی یا مبدل حرارتی Heat exchanger
مبدل گرمایی یا مبدل حرارتی (Heat exchanger) دستگاهی است که برای انتقال حرارت مؤثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می‌شود.
مبدل‌های حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، خودرو، پتروشیمی، نفت و گاز و بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع مبدل های حرارتی بر حسب ساختمان
مبدل های حرارتی پوسته و لوله shell & tube heat exchangers
یکی از انواع متداول مبدل گرمایی پوسته لوله‌ای (shell & tube heat exchangers) است. بر حسب تعداد پاس های پوسته و لوله، این مبدل ها انواع مختلفی دارند. معمولاَ دیوارک هایی نصب می شوند تا با ایجاد تلاطم و ایجاد مؤلفه سرعت عرضی در جریان ضریب جابجایی سیال در سمت پوسته افزایش یابد. مبدل های گرمایی دیوارک دار معمولا با یک پاس پوسته و دو پاس لوله و دو پاس پوسته و چهار پاس لوله تولید می شوند.
مزایای مبدل های پوسته و لوله را می شود به شرح زیر نام برد:
۱- در حجم کم ایجاد سطح بزرگی برای انتقال حرارت می کنند.
۲- طراحی مکانیکی خوبی دارند.
۳- روش ساخت تثبیت شده خوبی دارند.
۴- قابلیت استفاده برای دامنه وسیعی از مواد را دارند.
۵- به راحتی تمیز می شوند.
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای Plate heat exchanger
مبدل حرارتی صفحه‌ای اساساً با توجه به سادگی نت و با توجه به نیازهای صنایع غذائی در دهه ۱۹۳۰ ابداع شدند و طراحی بهینه آن در دهه ۱۹۶۰ با تکامل مؤثرتر هندسه صفحات، مونتاژ اجزا و مواد بهینه تر برای ساخت واشرهای مورد استفاده در این نوع مبدل‌ها کارآمدتر از گذشته مورد بازبینی قرار گرفت و موارد استفاده از آن‌ها به تمامی صنایع راه پیدا کرد و توانسته‌است از رقیب خود (مبدل‌های لوله‌ای) پیشی بگیرد. به دلیل تنوع بسیار زیاد محدوده‌های طراحی این نوع مبدل‌ها که در نوع صفحات و آرایش آن‌ها قابل بررسی است عملاً شرکت‌های سازنده آن‌ها اطلاعات محرمانه طراحی را اعلام نمی‌کنند.
مبدل‌های صفحه‌ای واشردار تشکیل شده‌است از تعدادی صفحات نازک با سطح چین دار یا موج دار که جریان سیال گرم یا سرد را از هم جدا می‌کنند. صفحات دارای قطعاتی در گوشه‌ها هستند و به نحوی چیدمان شده‌اند که دو سیال عامل به صورت یک در میان میان صفحات جریان دارند. طراحی و واشربندی بهینه این امکان را ایجاد می‌کند که مجموعه از صفحات در کنار یکدیگر تشکیل یک مبدل صفحه‌ای مناسب را بدهند. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای معمولاً «در جریان سیالتی با فشار پائین‌تر از ۲۵bar و دمای کمتر از ۲۵۰ درجه محدود می‌شوند. از آنجا که کانال‌های جریان کاملاً کوچک هستند جریان قوی گردابه‌ای و توربولانس موجب بزرگ بودن ضرایب انتقال حرارت و افت فشارها می‌گردد به‌علاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی باعث کاهش تشکیل رسوب می‌شود. واشرها از نشتی سیال به بیرون مبدل جلوگیری می‌کنند و سیال‌ها را در صفحات به شکل مورد نظر هدایت می‌نمایند. شکل جریان عموماً» به نحوی انتخاب می‌شوند که جریان سیال‌ها خلاف جهت یکدیگر باشند.
انواع مبدل‌های صفحه‌ای
مبدل حرارتی صفحه‌ای حلزونی Spiral heat exchangers
با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی و با استفاده از مندرل و جوش دادن لبه‌های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می‌شود. در هر یک از دو مسیر حلزونی یک جریان ثانویه ایجاد می‌شود که انتقال حرارت را افزایش و تشکیل رسوب را کاهش می‌دهد این نوع مبدل‌های حرارتی بسیار فشرده هستند و طبعاً گران‌قیمت می‌باشند. سطح انتقال حرارت برای این مبدل‌ها در محدوده ۰٫۵ تا m۲۵۰۰ و فشار کارکرد تا ۱۵ بار و دمای ۵۰۰ سانتیگراد محدوده می‌شود. این نوع مبدل بیشتر در کاربرد سیال لجن آلود، مایعات لزج و مایعاتی با ذرات جامد معلق شامل ذرات بزرگ و جریان دو فازی مایع – جامد استفاده می‌شود.
مبدل لاملا
مبدل حرارتی نوه لاملا (ریمن) شامل مجموعه کانال‌های ساخته شده از صفحات فلزی نازک است که به‌طور موازی جوشکاری شده‌است. به‌دلیل آشفتگی زیاد جریان توزیع یکنواخت جریان و سطوح صاف به سادگی رسوب نمی‌گیرند. این طرح از مبدل می‌تواند تحمل فشار تا ۳۵ بار و دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای تفلون و ۵۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای آزبست است.
مبدل صفحه‌ای واشردار
خصوصیات مکانیکی صفحه‌ای مبدل واشردار
یک مبدل حرارتی صفحه‌ای تشکیل شده‌است از صفحات ثابت، صفحات فشار دهنده و تجهیزات پنوماتیکی یا مکانیکی متعلقه و connection portsها. سطح انتقال حرارت از یک سری صفحات با مجاری ورودی و خروجی تشکیل می‌شود.
