مبدل حرارتی استخر

همانطور که از نام مبدل های حرارتی پیداست، وظیفه تبادل حرارت بهینه از یک سیال به سیال دیگر، بدون مخلوط شدن آن ها با یکدیگر را بر عهده دارند. 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. سیالات تبادل کننده حرارت، می توانند آب، گاز، روغن، هوا و … باشند. 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. مبدل های حرارتی پس از سیستم پمپ و فیلتراسیون و قبل از سیستم ضدعفونی استخر قرار می گیرند. 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 توصیه می شود.

مبدل حرارتی پوسته و لوله (shell & tube heat exchangers)

نوع مرسوم مبدل های گرمایی، مبدل های حرارتی پوسته لوله ای است. این مبدل ها کاربرد وسیعی در صنعت تاسیسات، تهویه مطبوع، استخر و صنایع شیمیایی دارند. 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 داخل لوله‌ها حرکت می‌کند و آب گرم یا بخار بر روی لوله‌ها و درون پوسته جریان دارد. به دلیل تعداد زیاد لوله‌ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می‌کنند، حرارت به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را گرم می کند.

بر حسب تعداد پاس های پوسته و لوله، این مبدل ها خود دارای انواع مختلفی می باشند کع 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 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 U شکل، دارای کم هزینه ترین ساختار هستند، زیرا فقط به یک صفحه لوله نیاز دارند. سطح داخلی لوله ها به دلیل خم تند U شکل، نمی توانند با وسایل مکانیکی تمیز شوند.

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 دو طرف جداره لوله در تماس با سیالات با دماهای متفاوت قرار می گیرد. در واقع لوله ها در مبدل پوسته و لوله نقش جدا کننده را ایفا می کنند. سایز این لوله ها متفاوت بوده و معمولا از جنس مس می باشند، البته بنا به کاربرد می توانند از فولاد ضدزنگ (استیل)، نیکل، آلومینیوم، برنج و تیتانیوم نیز ساخته شوند. 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 هزینه ساخت آن بالاتر است.

شکل بیرونی و قابل رویت مبدل را پوسته می‌گویند. پوسته عمدتاً به شکل یک لوله بزرگ است. فضایی که لوله‌های مبدل در آن قرار دارند و انتقال حرارت داخل آن صورت می گیرد. پوسته به همراه تیوپ شیت ها وظیفه نگهداری لوله‌ها، اتصال ورودی و خروجی ها و … را بر عهده دارد. ضخامت پوسته به فشار کار و قطر پوسته بستگی دارد. در ساخت پوسته مبدل حرارتی معمولاً از فولاد یا فولاد ضد زنگ استفاده می شود. چرا که باید انتقال حرارت آن در پایین ترین حد و تحمل فشار آن در بالاترین حد ممکن باشد. روی پوسته این مبدل های حرارتی 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 تمیزکاری، 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 پوسته و لول عبارتند از:

– 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.

انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله:

– مبدل حرارتی با جریان همسو

– مبدل حرارتی با جریان ناهمسو

– مبدل حرارتی با جریان متقاطع

مبدل‌های جریان همسو و ناهمسو

در مبدل‌ها ممکن است مسیر حرکت سیال‌های سرد و گرم نسبت به هم دو وضعیت داشته باشند. در حالت اول دو سیال از یک ناحیه از مبدل وارد شده و به طور هم مسیر با هم در طول مبدل، تبادل حرارت می کنند و از ناحیه دیگر به طور هم‌زمان خارج می 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.

مقایسه مبدل حرارتی صفحه ای با پوسته و لوله:

مبدل های حرارتی ایمکس

مبدل های گرمایشی ایمکس از نوع پوسته و لوله (shell & tube) با تبادل حرارتی بالا، یکی از بهترین انواع مبدل های حرارتی موجود در بازار می باشند. این مبدل ها در ابعاد و ظرفیت های مختلف جهت تصفیه آب جکوزی ها، استخرهای کوچک خانگی و استخرهای بزرگ تجاری مورد استفاده قرار می گیرند. بدنه و کوئل مبدل حرارتی استخری emaux از جنس استنلس استیل 316 می باشند. استیل بودن این مبدل ها موجب می شود نسبت به مدل های مشابه توان و بازدهی بالاتری داشته باشند. در این مبدل ها یک جریان آب از داخل لوله ها حرکت کرده و جریان دیگر در اطراف لوله ها درون پوسته حرکت می کند که منجر به گرم شدن آب استخر می شود.