ای حرفه

برای انتقال انرژی گرمایی بین دو سیال در دماهای متفاوت از مبادله کن حرارتی استفاده می شود. مبادله انتقال حرارت بین دو یا چند سیال توسط مبادله کن های حرارتی آسان تر انجام می شود. رادیاتور خودروها، یخچال های خانگی، گرمایش و سرمایش ساختمان ها و نیروگاه های بخار مثال هایی از کاربرد این دستگاه می باشند. عواملی مانند انتقال گرما و تحلیل افت فشار، برآورد ابعاد، کارآیی و جنبه های اقتصادی می توانند در طراحی مبادله کن های حرارتی پیچیدگی ایجاد کنند.

طبقه بندی مبادله کن های حرارتی

اساس طبقه بندی مبادله کن های حرارتی به دلیل کاربردهای فراوان و متنوع، متفاوت می باشد.

۱- بر اساس فرایند انتقال

بر اساس فرایند انتقال می توان مبادله کن های حرارتی را به دو نوع تقسیم نمود:

الف) تماس مستقیم (Direct contact)           ب) تماس غیر مستقیم ( Indirect contact)

در نوع تماس مستقیم دو سیال مخلوط نشدنی مثل گاز و مایع در تماس مستقیم با هم قرار دارند مانند برج های خنک کن. در نوع تماس غیرمستقیم مانند رادیاتور خودرو، یک سطح غیر قابل نفوذ، سیال سرد و گرم را از هم جدا می کند.

۲- بر اساس فشردگی

اگر ضریب تراکم (Compactness factor) مبادله کن در یک طرف بزرگ تر ازm²/m³ 700 باشد، مبادله کن حرارتی فشرده نامیده می شود.

۳- بر اساس نوع ساختمان

مبادله کن ها بر اساس ساختمان به انواع لوله ای، لوله ای پره دار ((Pipe-fin، بازیاب ها، صفحه ای (Plate)، صفحه ای پره دار (Plate-fin) تقسیم بندی می شوند.

۴- بر اساس نحوه جریان سیال

درمبادله کن، دوسیال سرد و گرم به صورت همسو(Parallel low)، ناهمسو(Counter flow) و صلیبی جریان می یابند. در آرایش صلیبی جریان دو سیال گرم و سرد در جهت عمود بر یکدیگر است. در نوع همسو دو سیال گرم و سرد از یک طرف مبادله کن وارد و از طرف دیگر خارج می شوند. در نوع ناهمسو دو سیال گرم و سرد در جهت از دو انتهای مبادله کن وارد می شوند و در جهت خلاف هم جریان می یابند.

۵- بر اساس ساز و کار انتقال حرارت

انتقال حرارت بر اساس ساز و کار به طرق مختلف از جمله چگالش، جوشش، تابش و جابجایی اجباری صورت می گیرد.

انواع مبادله کن های حرارتی در صنعت

۱- مبادله کن های حرارتی دو لوله ای (Double pipe heat exchangers )

 یکی از ساده ترین مبادله کن ها مبادله کن دو لوله ای یا هرپین (Hairpin ) با دو لوله می باشد که لوله با قطر کوچک تر در درون لوله با قطر بزرگتر و هم محور با آن قرار دارد. جریان سیال در هرپین ناهمسو است. از هرپین بیشتر درکاهش و افزایش حرارت محسوس سیال هایی که به سطح انتقال حرارت کمی نیاز دارند استفاده می شود. از مزایای این مبادله کن هزینه کم در ساخت و نصب راحت و از معایب آن اشغال فضای زیاد نسبت به سطح انتقال حرارت مفید می باشد.

۲- مبادله کن های حرارتی پوسته و لوله

این مبادله کن از یک سری لوله های هم محور ساخته شده که درون یک پوسته استوانه ای قرار می گیرند. بیشتر مبادله کن های گرمایی در صنایع از نوع پوسته و لوله می باشند. کاربرد این مبادله کن ها در انتقال انرژی گرمایی بین دو سیال مایع، یک سیال مایع و یک سیال در حال تبخیر و یک سیال مایع با یک سیال در حال چگالش می باشد. از مزایای این مبادله کن عبارتست از افت فشار کم، ساخت، تعمیر و نگهداری آسان و تبادل حرارتی بالا نسبت به حجم و وزنش.

عملکرد این مبادله کن شامل جریان یک سیال در درون لوله و عبور سیال دیگر از روی لوله می باشد. نحوه آرایش سیال در مبادله کن به فاکتورهای مختلفی مانند میزان افت فشار، تنش های حرارتی، پیدایش رسوب و نوع نیاز تبادل حرارتی بستگی دارد.

۳- مبادله کن حرارتی صفحه ای (Plate heat exchanger )

از آنجایی که صفحه ها مانند لوله ها قادر به تحمل فشار زیاد و اختلاف دمای خیلی زیاد نمی باشند، از این مبادله کن در دما و فشار متوسط استفاده می شود. این مبادله کننده ها از صفحه های نازک که صاف یا موج دار هستند تشکیل شده اند.