انواع مبدل حرارتی صفحه ای و مزایا و معایب آنها
مبدل حرارتی صفحه ای دستگاه هایی هستند که برای انتقال انرژی بین دو سیال در دماهای مختلف استفاده می شوند. آنها بهره وری انرژی را بهبود می بخشند، زیرا انرژی موجود در سیستم می تواند به جای پمپاژ و هدر رفتن به بخش دیگری از فرآیند منتقل شود.
مبدل حرارتی صفحه ای در عین سادگی در ساخت، طراحی و عملکردی پیچیده دارد.
با نگاهی به انواع مبدل حرارتی صفحه ای از نوع واشر دار یا گسکتی، نوع یکپارچه جوشکاری شده یا صفحه ای لحیم کاری شده و جوشی و نیمه جوشی و همچنین کاربرد آنها، این مقاله بر روی انواع مبدل حرارتی صفحه ای تمرکز می کند. بنابراین، ما را در این مقاله از بامین تهویه دنبال کنید.
کاربردهای مبدل حرارتی صفحه ای
انواع مبدل های حرارتی صفحه ای کاربردهای بالقوه زیادی دارند. این شامل پاستوریزه کردن مواد غذایی، فراوری نوشیدنی، اتصال دهنده ها بین چیلر، بویلرها و برج خنک کننده و سایر کاربردهای مهندسی می باشد.
مبدل حرارتی صفحه ای یک سیستم مدولار است که انتقال حرارت را عالی ارائه می دهد و همچنین آب و اکثر مایعات دیگر را فوراً تأمین می کند در حالی که دمای نقطه ثابت مناسب خاص شما را حفظ می کند.
علاوه بر این، استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای به عنوان تقسیم سیستم گرمایش مرکزی برای محافظت از یک قطعه گران قیمت مانند دیگ بخار تجاری، یک روش استاندارد است.
مبدل حرارتی صفحه ای در این سیستم ها برای تقسیم سیستم گرمایش مرکزی به دو مدار، یکی به دیگ و دیگری به رادیاتورها و دستگاه های مربوطه استفاده می شود.
مفهوم کلی پشت شکست سیستم گرمایش مرکزی این است که گرمایش را به دو مدار تقسیم کنیم تا رسوبات شناور در یک سیستم گرمایش قدیمی باعث اختلال یا کوتاه شدن عمر دیگ پرهزینه نشود.
انواع مبدل حرارتی صفحه ای
انواع مبدل حرارتی صفحه ای plate heat exchanger در چهار دسته مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده، واشردار، جوشی و نیمه جوشی وجود دارد که برای کاربری های متفاوت با جنس و طراحی خاص تولید می شوند. در ادامه به بررسی کامل تمامی انواع مبدل صفحه ای و کاربرد آنها پرداخته ایم.
به طور کلی تفاوت مبدل حرارتی صفحه ای واشردار و لحیم کاری شده در نوع آب بندی صفحاتشان به یکدیگر می باشد که در مقاله ای مجزا به بررسی ویژگی های خاص و مزایا و معایب هرکدام از آنها پرداخته ایم.
مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده
مبدل های حرارتی صفحه ای یکپارچه جوشکاری شده یا لحیم کاری شده معمولاً در کاربردهای کوچکتر یافت می شوند، اما در سال های اخیر، این امر شروع به تغییر کرده است و واحدهای بزرگتری تولید و در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند.
این نوع مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده که در مقاله ای مجزا مفصل به آن پرداخته ایم، در طیف گسترده ای از کاربردهای خودرو و تبرید استفاده می شود. آنها به دلیل ترکیب صفحه فولادی ضد زنگ و لحیم کاری مسی در برابر خوردگی بسیار مقاوم هستند. مبدل های حرارتی Brazed Plate به دلیل کارآمد و سبک وزن مقرون به صرفه هستند.
این مبدل های حرارتی اغلب از صفحات نازک برای جداسازی سیالات استفاده می کنند، اما صفحات به یکدیگر لحیم می شوند تا یک مهر و موم کامل را تشکیل دهند. مهر و موم توسط لحیم کاری و موقعیت صفحات تشکیل می شود که تعیین می کند هر سیال به کدام کانال جریان یابد. واحدی کاملاً از سطوحی تشکیل شده است که به طور خاص انتقال حرارت را به جلو می برند و می توانند هم دمای بالا و هم شرایط فشار بالا را تحمل کنند.
مبدل حرارتی صفحه ای واشردار
مبدل حرارتی صفحه ای واشردار یا گسکتی ، چندین ورق فلزی نازک برای ایجاد کانال در مبدل های حرارتی به سبک واشر چیده شده اند. مبدل حرارتی صفحه ای واشردار ممکن است از طریق قرار دادن یا برداشتن صفحات داخلی، قابلیت گرمایش یا سرمایش خود را افزایش یا کاهش دهند.
همچنین می توان آنها را برای اهداف شستشو و تعمیر جدا کرد. صفحات معمولاً از فولاد ضد زنگ، گاهی اوقات پلاتین، صفحات انتهایی معمولاً از فولاد نرم و واشرها معمولاً از لاستیک ساخته می شوند.
مبدل های حرارتی صفحه واشر را می توان در انواع کاربردهای سنگین HVAC، خودرو و مهندسی فرآیند استفاده کرد.
آنها علیرغم اندازه کوچکشان دارای راندمان حرارتی فوق العاده بالایی هستند. این نوع مبدل های حرارتی صفحه ای از واشرهای باکیفیت و آب بندی با طراحی مناسب برای نگه داشتن صفحات و جلوگیری از نشتی استفاده می کنند. صفحات ممکن است به سرعت برای شستشو، گسترش یا جایگزینی برداشته شوند و هزینه های نگهداری را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.
مبدل حرارتی صفحه ای جوشی
انواع مبدل حرارتی صفحه ای جوشی یا جوش داده شده مشابه مبدل های حرارتی صفحه واشردار هستند، با این تفاوت که صفحات به جای پیچ و مهره به یکدیگر جوش داده می شوند.
این نوع مبدل های حرارتی صفحه ای بسیار مقاوم هستند و برای جابجایی سیالاتی که داغ یا خورنده هستند مناسب هستند. از آنجایی که صفحات به یکدیگر جوش داده می شوند، شستشوی مکانیکی صفحه جایگزین نیست، همانطور که در مبدل های حرارتی صفحه و قاب وجود دارد.
مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی
در مبدل های حرارتی صفحه ای نیمه جوشی، صفحات جوش داده شده و واشر را با هم ترکیب می کنند.
آنها از جفت های دو صفحه ای تشکیل شده اند که به یکدیگر جوش داده می شوند و سپس روی جفت های دیگر واشر می شوند زیرا یک مسیر سیال جوش داده شده و مسیر سیال دیگر واشر است.
این یک مبدل حرارتی صفحه ای است که از یک طرف به راحتی قابل استفاده است و از طرف دیگر همچنان قادر به انتقال سیالات شدیدتر است. از آنجایی که این نوع مبدل های حرارتی صفحه ای احتمال از دست دادن سیال نسبتاً کمی دارند، مبدل های حرارتی نیمه جوشی برای جابجایی مواد سنگین ایده آل هستند.
مزایای مبدل حرارتی صفحه ای
هر نوع مبدل مزایا و معایب خود را دارد. در اینجا برخی از مزایای بسیار مهم مبدل حرارتی صفحه ای را ارائه می دهیم:
- مبدل حرارتی صفحه ای به راحتی تمیز می شود. به سادگی پیچ های کراوات را ببرید و قاب متحرک را روی آن بکشید. در صورت نیاز، بسته صفحه ممکن است بازرسی شود، تحت فشار شسته شود یا برای بازسازی خارج شود.
- صفحات مبدل حرارتی صفحه ای قابل افزایش است و این مزیت قابل گسترش بودن را دارد که امکان بهبود قابلیت های انتقال حرارت را فراهم می کند. اگر مشخصات انتقال حرارت تنظیم شود، می توانید به راحتی صفحات را به جای خرید یک واحد قاب کاملا جدید نصب کنید و در وقت و هزینه خود صرفه جویی کنید.
- راندمان بالایی دارد و به دلیل الگوهای صفحه فشرده و فضاهای کوتاه، صدای زیادی در سرعت سیال کم وجود دارد. ضریب انتقال حرارت هنگامی که با جریان خلاف جهت ترکیب می شود بسیار بالا است.
- به دلیل عملکرد بالا، سطح انتقال حرارت کمتری مورد نیاز است و در نتیجه مبدل حرارتی بسیار کوچکتری نسبت به کارایی مشابه سایر مدل‌های مبدل حرارتی مورد نیاز است. یک مبدل حرارتی صفحه ای معمولاً 20 تا 40 درصد فضای کمتری را نسبت به مبدل حرارتی پوسته و لوله اشغال می کند.
- رسوب کمتر صفحات، نقاط تماس زیاد، و فاصله کم بین صفحات، همراه با سطح صفحه تخت، به طور قابل توجهی از رسوب در مقایسه با سایر مدل های مبدل حرارتی جلوگیری می کند.
معایب مبدل حرارتی صفحه ای
اگرچه مبدل های حرارتی صفحه ای مزایای زیادی دارند، اما معایب مبدل حرارتی صفحه ای را در مقایسه با مبدل های حرارتی دیگر نمی توان نادیده گرفت:
- نشتی : مبدل حرارتی صفحه ای به گونه ای طراحی شده اند که واشر ها را بین صفحات قرار دهند. این امر با افزایش سن واشرها به خصوص در مقایسه با مبدل های حرارتی پوسته و لوله یا مارپیچی احتمال نشتی را افزایش می دهد.
- افت فشار : مبدل های حرارتی صفحه ای از گذرگاه های باریکی برای جریان سیال تشکیل شده اند که منجر به انتقال حرارت بالا می شود. این منجر به افت فشار بیشتر و هزینه بالاتر برای پمپاژ نسبت به مبدل حرارتی پوسته و لوله می شود.
- برای دمای بالای سیال مفید نیست : مبدل حرارتی صفحه ای به خوبی مبدل های پوسته و لوله در مواردی که اختلاف دمای زیادی بین دو سیال وجود دارد، کار نمی کنند.
- با دمای سیال بسیار بالا به خوبی کار نمی کند : واشرهای موجود در مبدل های حرارتی صفحه ای می توانند محدودیت های دما ایجاد کنند.
نتیجه گیری
انواع مبدل حرارتی صفحه ای با مزایا و معایب و کاربردهایشان بررسی کردیم. با وجود مزایای فوق، مبدل حرارتی صفحه ای گزینه مناسبی برای همه کاربردها نیستند. در مواردی که اختلاف دمای شدید بین دو سیال وجود دارد، معمولاً استفاده از مبدل حرارتی پوسته و لوله Shell & Tube مقرون به صرفه تر است. با توجه به مقدار زیادی تلاطم تولید شده توسط کانال های جریان کوچک در مبدل حرارتی صفحه ای، ممکن است افت فشار بالا وجود داشته باشد. برنامه هایی که نیاز به افت فشار کم دارند ممکن است اغلب بخواهند مبدل حرارتی Shell & Tube را در نظر بگیرند.
