در حال حاضر بیشتر کشور های دنیا به سمت صنعتی سازی محصولات و تولیدات خود حرکت می کنند. به دلیل نیاز جدی صنایع به انرژی و نیز محدودیت این منابع، مطالعات در مورد چگونگی جلوگیری از هدر رفتن انرژی و ذخیره سازی آن، بسیار مهم است. این ذخیره سازی انرژی برای صنایع نیز بسیار سودمند است. بالا رفتن سرعت و راندمان تولید و به دنبال آن سود بیشتر و هم چنین افزایش قیمت انرژی، صاحبان واحد های صنعتی را بر آن داشته که به دنبال راهکار هایی برای ذخیره سازی و جلوگیری از اتلاف انرژی باشند. یکی از مهم ترین راهکارها، استفاده از مبدل های حرارتی است. با ما تا انتهای این مقاله همراه باشید تا اطلاعاتی را در مورد مبدل حرارتی و انواع آن و هم چنین موارد مصرف این مبدل ها در اختیار شما بگذاریم.
مبدل حرارتی دستگاهی است که حرارت را از محیطی به محیط دیگر یا بین دو سیال مایع یا گاز بدون تماس بین این دو ماده انتقال می دهد. به عبارت دیگر یکی از قابلیت های مهم و اساسی این دستگاه ها، توانایی نگهداری حرارت های تولید شده در صنعت است. مبدل های حرارتی توانایی انتقال حرارت بین دو یا چند سیال را دارند. فرایند انتقال ممکن است بین مایع و مایع، گاز و گاز، و یا بین مایع و گاز انجام شود. بدون این مبدل ها انجام بسیاری از فعالیت های صنعتی غیر ممکن است.
طرز کار مبدل های حرارتی یکسان است ولی بر اساس نوع کاربرد و ویژگی های طراحی مانند فشار، دما و یا نرخ انتقال حرارت به انواع مختلفی تقسیم می شود. در ادامه این مقاله شما را با رایج ترین انواع این مبدل ها آشنا خواهیم کرد.
این نوع از مبدل حرارتی دارای یک دسته لوله است که سیال گرم یا سرد در آن جریان دارد. سیال دوم روی دسته لوله قرار دارد تا انتقال حرارت بین دو سیال انجام شود. این مبدل ها نقش بسیار مهمی در صنایع پتروشیمی و نفت دارند. بازدهی بالای مبدل های پوسته و لوله نسبت به هزینه های خرید و نگهداری آن ها، موجب شده تا این نوع مبدل با استقبال فراوانی از سمت واحد های صنعتی مواجه شود. مبدل های پوسته و لوله به دلیل افت فشار و رسوب گیری کمتر نسبت به مبدل های دیگر در مواردی مانند تقطیر نفت خام و یا سیستم های گرمایشی استخر و جکوزی کاربرد فراوانی دارند.
این نوع مبدل به دلیل عملکرد مناسب و سرعت بالا مورد استفاده بسیاری از واحد های صنعتی است. مبدل حرارتی صفحه ای از تعداد زیادی صفحات نازک فلزی به صورت متوالی تشکیل شده است که در میان این صفحات کانال هایی برای عبور سیالات قرار دارد. این سیالات بدون تماس با یکدیگر از کانال ها عبور می کنند و به دلیل وجود این صفحات فلزی انتقال حرارت انجام می شود. مبدل های حرارتی صفحه ای در دو نوع جوشی و واشر دار ساخته می شوند. مبدل های جوشی عمدتا در ساختمان ها و یا تهویه مطبوع و مبدل های واشر دار اغلب در صنایع بزرگ استفاده می شوند.
مبدل های حرارتی دو لوله ای را می توان ساده ترین شکل مبدل ها دانست. در این نوع مبدل دو لوله تو در تو و هم مرکز وجود دارد که سیال اول از درون لوله ی داخلی گذشته و سیال دوم در بین دو لوله جریان پیدا میکند. دیواره لوله داخلی کار انتقال حرارت بین دو سیال را انجام می دهد. در مواردی که بین دو سیال اختلاف دما و فشار زیاد وجود داشته باشد، این نوع مبدل در مقایسه با انواع دیگر عملکرد بهتری درفرایند انتقال حرارت خواهد داشت. همین امر باعث شده که از مبدل های حرارتی دو لوله ای در صنایع مختلفی استفاده گردد.
مبدل های هوا خنک فرایند انتقال دما را توسط هوا انجام می دهند. به طور کلی این مبدل ها از سه قسمت تشکیل شده اند. فین ها، لوله ها و فن . فرایند انتقال حرارت در این نوع مبدل به صورتی است که سیال اول درون لوله های فین دار قرار دارد و سیال دوم توسط فن به درون پره ها دمیده می شود تا موجب شود حرارت سیال اول از بین رفته و خنک شود. از موارد کاربرد مبدل های هوا خنک می توان به سیستم های تهویه مطبوع، صنایع تولیدی، نیروگاه برق و غیره اشاره کرد.
کاربرد های مختلفی برای استفاده از مبدل ها وجود دارد که با توجه به نوع به کار گیری و گرمایشی یا خنک کنندگی آن ها، متفاوت هستند. در اینجا به چند مورد از مهم ترین آن ها اشاره می کنیم.
یکی از موارد استفاده مبدل های حرارتی در صنعت تولید برق است. در نیروگاه های برق، زغال سنگ، نفت یا گاز را می سوزانند که حرارت حاصل از این احتراق باعث به حرکت در آمدن توربین ها و در نهایت تولید برق از این سازه های عظیم می شود. این فرایند باعث هدر رفتن مقدار زیادی گرما می شود که استفاده از مبدل های حرارتی برای جلوگیری از این امر بسیار مهم و اساسی است.
در صنایع غذایی از مبدل های حرارتی برای خشک کردن استفاده می شود. مبدل های حرارتی در رسیدن به طعمی مطلوب، بالا بردن زمان ماندگاری، استریل کردن و غیره نقش بسیار مهمی دارند. به طور مثال در تولید شکر که نیازمند هزینه زیادی است، استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای در جهت کاهش مصرف انرژی و هزینه ها و هم چنین افزایش کیفیت محصول تولید شده بسیار کمک کننده خواهد بود.
در تولید کاغذ قبل از تشکیل فرم اصلی و نهایی آن، فرایند هایی مانند تولید خمیر، تصفیه، تمیز و سفید کردن کاغذ وجود دارد که استفاده از مبدل حرارتی در همه این مراحل ضروری است. اگر در تولید کاغذ از مبدل ها کمک گرفته نشود به دلیل مصرف انرژی بالا، تولید از لحاظ اقتصادی به صرفه نخواهد بود.