مبدل های حرارتی

 
وظايف مبدلها: وظيفه مبدلهاي حرارتي، دو چيز است:
الف- سرد يا گرم كردن يك سيال به وسيله سيال ديگر، بدون استفاده مستقيم از دستگاههاي مولد سرما يا گرما.
ب- بازيابي: گرما يا سرما از سيالات كه قبلا به طريقي به آنها داده شده است (طبيعي يا مصنوعي).

ساختمان مبدلها: مبدلهاي حرارتي موجود در صنايع و كارخانه ها و به خصوص صنعت نفت و گاز، معمولا از نوع لوله و پوسته ها است.
ساختمان اين مبدلها از فلزي است شامل تعدادي لوله كه در داخل يك استوانه قرار مي گيرند و دو سيال مورد نظر كه يكي سرد و ديگري گرم است، بدون اين كه به طور مستقيم با يكديگر برخورد كنند از طريق ديواره فلزي لوله ها با يكديگر تبادل حرارت مي كنند. به عبارت ديگر، يكي از اين دو سيال، در لوله ها و ديگري در اطراف لوله ها يا درون پوسته استوانه، جريان خواهد داشت. در زير ساختمان يك مبدل حرارتي ساده كه از نوع سرثابت است نشان داده شده است.

انواع مبدلها عبارتند از:
الف- مبدلهاي سرثابت: اين نوع مبدلها به طريقه اي ساخته مي شود كه صفحه لوله ها به پوسته جوش يا به وسيله پيچ و مهره محكم شده است؛ لذا جايي براي انبساط يا انقباض لوله ها و پوسته، هر يك به طور جداگانه، وجود ندارد. انبساط يا انقباض هر يك از دو جزء فوق به تنهايي ممكن است موجب شكستن و يا خميدگي لوله ها شود. لذا اختلاف درجه  حرارت دو سيال كه با هم تبادل حرارت مي كنند، نبايد زياد باشد.

مبدل سرشناور: در اين نوع مبدل حرارتي، يكي از دو صفحه لوله ها در داخل پوسته به صورت شناور درآمده است به طوري كه امكان انبساط يا انقباض براي هر يك از دو جزء حامل سيال يعني لوله و پوسته وجود دارد. از اين دو اختلاف درجه حرارت دو سيالي كه با هم تبادل حرارت مي كنند هر چند كه زيد باشد اشكالي ايجاد نخواهد كرد.
مبدلهاي (u) شكل: اين نوع مبدلها شامل يك كانال و يك صفحه لوله است. از اين رو ورودي و خروجي لوله ها از طريق يك كانال كه به دو بخش شده است صورت مي گيرد. لوله ها به شكل (u) ساخته شده و جريان سيال در درون لوله ها بايد مسير (u) شكل را طي كنند . اين مبدلها همانند نوع سرشناور براي سيالاتي به كار مي رود كه اختلاف درجه حرارت زيادي داشته باشند. زيرا انتهاي (u) شكل لوله ها آزاد و امكان انبساط و انقباض تا حدود زيادي وجود دارد.
مبدل از نوع دولوله‌اي: اين نوع مبدل از دو لله به شكل (u) ساخته شده است و سطح خارجي لوله داخلي كه به عنوان تيوب است معمولا از تيغه هاي طولي پوشيده شده است. وظيفه تيغه ها ازدياد سطح تماس و تبادل حرارتي بين سيال درون و سطح خارجي است.

ملاحضات مربوط به طراحي مبدل گرمايي
در صنايع فرآوري و قدرت يا فعاليتهاي وابسته، بسياري از مبدلهاي گرمايي را به صورت اقلام تجاري آماده و خريداري مي كند و انتخاب بر اساس قيمت و مشخصات ارائه شده توسط سازندگان مختلف صورت مي گيرد. در كارهاي تخصصي‌تر، مثل صنايع فضاپيمايي و الكترونيك، غالبا طرحي مخصوص نياز است. وقتي مبدل گرمايي قسمتي از ماشين يا وسيله مورد ساخت را تشكيل مي دهد، مي توان مي توان مبدل استانداردي خريداري كرد؛ يا چنانچه ملاحضات قيمت و كميتهاي ساخت اجازه دهد، مي توان مبدل براي اين كاربرد مبدل گرمايي مخصوصي را طراحي كرد. چه مبدل گرمايي به صورت قلم تجاري آماده انتخاب شود يا مخصوصا براي آن كاربرد طراحي شود، بايد عوال زير را تقريبا هميشه در نظر داشت:
1- نيازهاي انتقال گرما
2- قيمت
3- اندازه فيزيكي
4- مشخصات افت فشار

در انتخاب يا طرح هر مبدل گرمايي بايد نيازهاي انتقال گرما را رعايت كرد. طرز رعايت اين نيازها به اهميت نسبي داده شده به اقلام 2 تا 4 بستگي دارد. وقتي سيال را در مبدل گرمايي با سرعت هاي بالا به جريان درآورند، ممكن است ضريب انتقال گرماي كل اقزايش يابد، ولي اين سرعت بالاتر موجب افت فشار بيشتر در مبدل و در نتيجه هزينه پمپاژ بيشتر مي شود. اگر مساحت مبدل افزايش يابد، نيازي نيست كه ضريب انتقال گرماي كلي، و در نتيجه افت فشار، خيلي زياد باشد، گرچه از نظر اندازه فيزيكي ممكن است محدوديتهايي وجود داشته باشد كه مي توان آن را اصلاح كرد و اندازه فيزيكي بزرگتر موجب قيمت بيشتر مبدل گرمايي مي شود. قضاوت صحيح و رسيدگي به تمام اين عوامل به يك طارحي درست منجر مي شود.

برجهاي خنك كننده
استفاده از آب به عنوان خنك كننده در مبدلهاي حرارتي كولر آبي و مصارف صنعتي ديگر تابع شرايطي است كه از جمله اين شرايط مي توان نكات زير را برشمرد:
الف-   آب بايد تصفيه شده و از گل و لاي و رسوبا عاري باشد.
ب‌-           املاح آب تا حد امكان جدا شود.
ت‌-           درجه حرارت آب در حد معيني كنترل شود.
ث‌-           جهت جلوگيري از تشكيل رسوبات احتمالي، مواد لازم به آب اضافه شود.
ج‌-           آب مصرفي مجددا قابل مصرف شود.
ح‌-           ساختمان برجهاي خنك كننده: وظيفه برج خنك كننده سرد كردن آب مصرفي در مبدلها، جهت استفاده مجدد از آن است. برج خنك كننده تشكيل مي شود از طبقات چوبي مشبك كه به طور افقي بر روي هم نصب مي شوند و اين صفحات چوبي مشبك چنان ساخته مي شوند كه امكان جريان آب از بالا به پايين و بالاعكس جريان هوا از پايين به بالا ممكن شود.
خ‌-           نتيجه اين عمل در برج، خنك شدن آب و آماده شدن آن براي استفاده مجدد در سيستمهاي مختلف و مصارف صنعتي و مبدلهاي حرارتي است.

.