توضیحات
همانطور که از نام مبدل حرارتی پیدا است، مبدل های حرارتی وظیفه تبادل حرارت بهینه از یک سیال به سیال دیگر بدون مخلوط شدن آن ها با یکدیگر را بر عهده دارند. سیالات تبادل کننده حرارت، می توانند آب، گاز، روغن، هوا و … باشند. مبدل های گرمایشی ایمکس از نوع پوسته و لوله می باشند. استفاده از سختی گیر (صرف نظر از نوع رزینی، مغناطیسی یا …) برای تداوم کارایی مبدل های حرارتی و جلوگیری از تشکیل رسوب بر روی تیوپ ها و سطوح داخلی انتقال حرارت کلیه مبدل های حرارتی الزامی می باشد.
مبدل حرارتی پوسته و لوله (shell & tube heat exchangers)
این مبدل ها کاربرد وسیعی در صنعت تاسیسات، تهویه مطبوع، استخر و حتی صنایع شیمیایی دارند. همانطور که از نام آن پیداست مبدل حرارتی پوسته و لوله از یک مخزن استوانه‌ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است. مایع در داخل لوله‌ها حرکت می‌کند و آب گرم یا بخار بر روی لوله‌ها و درون پوسته جریان دارد. به علت تعداد زیاد این لوله‌ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می‌کنند، حرارت به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را گرم می کند. در مبدل‌های حرارتی معمولاً دو سیال بدون تماس جرمی با یکدیگر تبادل حرارت می‌کنند. سیال سردتر در تماس با سیال گرم انرژی حرارتی گرفته و دمای آن بالا می‌رود و در عوض سیال گرم تر با از دست دادن حرارت، سرد می‌شود. در تاسیسات حرارت مرکزی و تهویه مطبوع، انواع مبدل وجود دارد. در مبدل‌ها در حالت ایده‌آل و بدون در نظر گرفتن پرت انرژی، مقدار گرمایی که سیال گرم از دست می‌دهد و مقدار گرمایی که سیال سرد می‌گیرد برابر می باشد.
نوع مرسوم مبدل های گرمایی، مبدل های حرارتی پوسته لوله ای است. بر حسب تعداد پاس های پوسته و لوله، این مبدل ها خود دارای انواع مختلفی می باشند و ساده ترین آن ها، دارای یک پاس پوسته و یک پاس لوله است. در این مبدل ها معمولا دیوارک هایی نصب می شوند تا با ایجاد تلاطم و ایجاد مؤلفه سرعت عرضی در جریان، ضریب جابه جایی سیال در قسمت پوسته افزایش یابد که به این دیوارک ها بافل (Baffle) می گویند. مبدل های حرارتی دیوارک دار (Baffle) معمولا با یک پاس پوسته و دو پاس لوله و یا با دو پاس پوسته و چهار پاس لوله تولید می شوند. در مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای بافل (صفحات هدایت کننده جریان)، جریان سیال سمت پوسته به صورت متقاطع با لوله ها در بین دو بافل مجاور جهت داده می شود.
مبدل های حرارتی پوسته و لوله ای U شکل، دارای کم هزینه ترین ساختار هستند، زیرا فقط به یک صفحه لوله نیاز دارند. سطح داخلی لوله ها به دلیل خم U شکل تند، نمی توانند با وسایل مکانیکی تمیز شوند. در این مبدل ها تعداد زوجی از گذرهای لوله به کار می رود ولی محدودیتی از نظر انبساط گرمایی وجود ندارد.
اجزای تشکیل دهنده مبدل پوسته و لوله
لوله‌ها قسمت اصلی تبادل حرارت در مبدل پوسته و لوله می باشند. سطح بیرونی آن در معرض سیال داخل پوسته قرار دارد و از داخل آن نیز سیال دیگری عبور می‌کند به گونه ای که در دو طرف جداره لوله در تماس با سیالات با دماهای متفاوت قرار می گیرند. در واقع لوله ها در مبدل پوسته و لوله نقش جدا کننده را بر عهده دارند. سایز این لوله ها متفاوت می باشد. لوله ها معمولا از جنس مس می باشند، البته بنا به کاربرد می توانند از فولاد ضد زنگ (استیل)، نیکل، آلومینیوم، برنج و تیتانیوم نیز باشند ولی با توجه به ضریب انتقال حرارت سیال درون یا بیرون لوله در هر سمت که این ضریب کم تر باشد می توان از لوله های پره دار از داخل یا پره دار از خارج استفاده نمود که به طبع هزینه ساخت آن بالاتر است.
پوسته عمدتاً به شکل یک لوله بزرگ است. فضایی است که لوله‌های مبدل در آن قرار می‌گیرند و عمل انتقال حرارت در داخل آن صورت می‌گیرد. به عبارتی شکل بیرونی و قابل رویت مبدل را پوسته می‌گویند. پوسته به همراه تیوپ شیت ها وظیفه نگهداری لوله‌ها، اتصال ورودی و خروجی ها و … را بر عهده دارد. عمل انتقال حرارت نیز در داخل پوسته انجام می‌گیرد. ضخامت پوسته به فشار کار و قطر پوسته بستگی دارد. در ساخت پوسته مبدل حرارتی پوسته و لوله معمولاً از فولاد یا فولاد ضد زنگ استفاده می‌گردد. چرا که باید انتقال حرارت آن در پایین ترین حد و تحمل فشار آن در بالاترین حد ممکن باشد. روی پوسته مبدل حرارتی پوسته و لوله باید مسیر ورود و خروج آب، قلاب آویز، اتصال تخلیه، محل نصب شیر اطمینان سنسور و … در نظر گرفته شود.
مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای آرایش های مختلف از نظر جریان سیال در سمت پوسته و سمت لوله می باشند. بر اساس سطح انتقال حرارت، فشار کار، افت فشار کویل، شیوه های ساخت، هزینه کنترل خوردگی، مسائل تمیز کاری، مورد انتخاب و استفاده قرار می گیرند. بافل ها در مبدل های پوسته و لوله برای افزایش ضریب انتقال گرما در سمت پوسته و همچنین برای مستقر نگه داشتن بهتر لوله ها استفاده می گردند.
مزایای مبدل های حرارتی پوسته و لوله:
– در حجم کم برای انتقال حرارت سطح بزرگی ایجاد می کنند.
– قابلیت استفاده برای دامنه وسیعی از مواد را دارند.
– به راحتی تمیز می شوند.
مبدل‌های حرارتی بر اساس شکل، کابرد، محل نصب و بسیاری پارامترهای دیگر طراحی می‌شوند. در نتیجه می‌توان آن‌ها را بر اساس این ویژگی‌ها در دسته‌بندی‌های مختلف قرار داد.
انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله:
– مبدل حرارتی با جریان همسو
– مبدل حرارتی با جریان ناهمسو
– مبدل حرارتی با جریان متقاطع
مقایسه مبدل حرارتی صفحه ایی با پوسته و لوله:
توجه: در هنگام انتخاب مبدل حرارتی مورد نیاز، علاوه بر محاسبه و تعیین ظرفیت و سطح حرارتی، نوع مبدل حرارتی، ابعاد، جنس، فشار کار مبدل حرارتی، باید موضوع مهم میزان افت فشار آب عبوری از درون کویل یا صفحات مبدل حرارتی و هوای عبوری از میان کویل های انتقال حرارت، جهت محاسبه هد پمپ سیرکولاتور و یا فشار استاتیکی فن هوادهی تعیین گردد. همچنین محاسبه صحیح قطر لوله های آب رفت و برگشت به انواع مبدل های حرارتی که سیال ناقل انرژی آن ها، آب می باشد، باعث رسیدن حجم کافی سیال ناقل انرژی جهت امکان انجام تبادل حرارت مورد نیاز در مبدل حرارتی می گردد.
مبدل‌های جریان همسو و ناهمسو
در مبدل‌ها به طور کلی ممکن است مسیر حرکت سیال‌های سرد و گرم نسبت به هم دو وضعیت داشته باشند. در حالت اول ممکن است دو سیال از یک ناحیه از مبدل وارد شده و به طور هم مسیر با هم در طول مبدل، تبادل حرارت کنند و از ناحیه دیگر به طور هم‌زمان خارج شوند. این نوع مبدل به مبدل با جریان‌های موازی معروف است. در نقطه مقابل مبدل‌های با جریان متقابل قرار دارند که در آن سیال سرد و گرم از دو نقطه مقابل هم وارد می‌شوند به طوری که در محل خروج سیال سرد، سیال گرم وارد و در نقطه خروج سیال گرم، سیال سرد وارد می‌شود.
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.