مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده

مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده نوعی مبدل حرارتی هستند که برای انتقال حرارت بین دو جریان سیال مانند سیال گرم و سیال سرد استفاده می شود. در این مقاله به مزایا و معایب، کاربرد و طراحی آنها پرداخته ایم.

مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده یا Brazed plate heat exchangers از یک سری صفحات فلزی نازک و موجدار تشکیل شده اند که با استفاده از فرآیند لحیم کاری در دمای بالا به یکدیگر لحیم می شوند.

جریان های سیال از طریق مبدل حرارتی صفحه ای در کانال های جداگانه جریان می یابد و گرما از طریق صفحات فلزی از یک جریان سیال به جریان دیگر منتقل می شود.

مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده که به آن مبدل حرارتی صفحه ای یکپارچه جوشکاری شده نیز می گویند، معمولا در کاربردهای مختلفی از جمله سیستم های گرمایشی، تهویه مطبوع، سیستم های تبرید و فرآیندهای صنعتی مورد نیاز به انتقال حرارت، استفاده می شوند.

به طور کلی این نوع مبدل های صفحه ای برای کاربردهایی که به یک مبدل حرارتی فشرده، کارآمد و بادوام نیاز دارند، مناسب هستند.

برای انتخاب و خرید مبدل حرارتی آشنایی با مزایا، معایب و کاربردهای آنها الزامی بوده که در این مقاله به تفصیل به آنها پرداخته ایم.

مزایای مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده یا BPHE

راندمان انتقال حرارت بالا : صفحات نازک و موجدار سطح بزرگی را برای انتقال گرما فراهم می کنند و در نتیجه راندمان انتقال حرارت بالا را به همراه دارند.

طراحی فشرده : مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری طراحی فشرده ای دارند که آنها را برای کاربردهایی که فضا محدود است ایده آل می کند.

دوام: لحیم کاری یک پیوند قوی و ضد نشتی بین صفحات ایجاد می کند و مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده را بادوام و ماندگار می کند.

نگهداری آسان : طراحی ساده مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده نگهداری و تمیز کردن آنها را آسان می کند.

مقرون به صرفه: مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده گزینه ای مقرون به صرفه در مقایسه با انواع دیگر مبدل های حرارتی، به ویژه برای کاربردهای در مقیاس کوچک هستند.

معایب مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده یا BPHE

همانطور که مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده دارای چندین مزیت هستند، معایبی نیز وجود دارد که باید در نظر بگیرید:

محدوده فشار و دما محدود : مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده برای کار در محدوده محدود فشار و دما طراحی شده اند. اگر جریانهای سیال در حال مبادله دارای شرایط دمایی یا فشاری خارج از این محدوده باشند، ممکن است به نوع دیگری از مبدل حرارتی نیاز باشد.

خطر خوردگی : اگر جریانهای سیال در حال تعویض دارای خواص خورندگی باشند، صفحات فلزی مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده ممکن است دچار خوردگی شده و کارایی و طول عمر مبدل حرارتی کاهش یابد.

پتانسیل رسوب گیری : اگر جریان سیال حاوی ذرات یا زباله هایی باشد که می توانند کانال های کوچک بین صفحات فلزی را مسدود کنند، ممکن است بازده مبدل حرارتی کاهش یابد.

محدودیت‌ها برای سیالات با ویسکوزیته بالا : مبدل‌های حرارتی صفحه ای لحیم شده برای کاربردهایی که شامل سیالات با ویسکوزیته بالا هستند مناسب نیستند، زیرا ممکن است سیالات به راحتی از کانال‌های کوچک بین صفحات فلزی عبور نکنند.

محدودیت های سرویس : در صورت بروز مشکل در مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده، تعمیر یا سرویس مبدل حرارتی ممکن است به دانش و تجهیزات تخصصی نیاز داشته باشد.

کاربرد مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده

مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده یا BPHE دستگاه های فشرده، کارآمد و همه کاره ای هستند که برای انتقال گرما از یک سیال به سیال دیگر استفاده می شوند.

به طور کلی، مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده در طیف گسترده ای از صنایع استفاده می شوند که نیاز به انتقال حرارت کارآمد و قابل اعتماد دارند.

اندازه جمع و جور، راندمان حرارتی بالا و توانایی مدیریت سیالات خورنده و چسبناک، آنها را به گزینه ای ایده آل برای بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف تبدیل کرده است.

 در ادامه برخی از رایج ترین کاربردهای مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده را بررسی می کنیم.

سیستم های گرمایش و تهویه مطبوع (HVAC)

در سیستم های گرمایش و تهویه مطبوع (HVAC) استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده برای انتقال گرما بین دو طرف سرد و گرم سیستم بسیار رایج می باشد. آنها به ویژه برای برنامه های خنک کننده مانند تهویه مطبوع مفید هستند، زیرا می توانند اختلاف دمای بالا را تحمل کنند و بازده حرارتی خوبی را ارائه دهند.

فرآیندهای صنعتی

مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده در انواع فرآیندهای صنعتی که نیاز به انتقال حرارت دارند استفاده می شود. آنها به ویژه در کاربری هایی با سیالات خورنده یا چسبناک، مفید هستند، زیرا می توانند در برابر فشارها و دماهای بالا مرتبط با این فرآیندها مقاومت کنند.

سیستم های تبرید

کاربرد مبدل حرارتی صفحه ای در سیستم های تبرید برای انتقال حرارت بین مبرد و محیط خنک کننده می باشد. آنها به ویژه در سیستم های تبرید فشرده، مانند سیستم های مورد استفاده در وسایل کوچک یا تهویه مطبوع خودرو، مفید هستند.

انرژی های تجدید پذیر

در انواع سیستم های انرژی تجدید پذیر مانند سیستم های آب گرم خورشیدی و پمپ های حرارتی زمین گرمایی برای انتقال گرما بین منبع انرژی و سیستم ذخیره سازی یا توزیع گرما از مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده استفاده می شود.

فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی: BPHE ها در صنایع غذایی و آشامیدنی برای گرم کردن یا خنک کردن مایعات در طول فرآیند تولید استفاده می شوند. آنها به ویژه برای گرم کردن یا خنک کردن مایعات چسبناک مانند شیر یا شربت مفید هستند، زیرا می توانند سطح بزرگی را برای انتقال حرارت ایجاد کنند.

طراحی حرارتی مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده

طراحی حرارتی مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده (BPHE) شامل محاسبه نرخ انتقال حرارت، افت فشار و سایر پارامترهای عملکردی است تا اطمینان حاصل شود که مبدل با الزامات خاص کاربری مطابقت دارد. در ادامه چند مرحله کلی برای انجام طراحی حرارتی برای BPHE را عنوان کرده ایم.

تعیین وظیفه حرارتی

اولین مرحله در طراحی BPHE تعیین مقدار گرمایی است که باید بین دو سیال منتقل شود. این را می توان با استفاده از معادله انتقال حرارت Q = U x A x ΔT محاسبه کرد، که در آن Q وظیفه گرما، U ضریب انتقال حرارت کلی، A منطقه انتقال حرارت و ΔT اختلاف دما بین دو سیال است.

انتخاب نوع و اندازه مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده

پس از تعیین وظیفه حرارتی، گام بعدی انتخاب نوع و اندازه مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده مناسب بر اساس الزامات برنامه است. این شامل در نظر گرفتن عواملی مانند نرخ جریان، افت فشار، و محدوده دمایی دو سیال، و همچنین سایر الزامات خاص مانند مقاومت در برابر خوردگی یا اندازه فشرده است.

ضریب انتقال حرارت

ضریب انتقال حرارت معیاری از توانایی مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده برای انتقال حرارت بین دو سیال است. تحت تأثیر عواملی مانند نرخ جریان، خواص سیال و طراحی BPHE قرار دارد. ضریب انتقال حرارت را می توان با استفاده از همبستگی های تجربی یا شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) محاسبه کرد.

محاسبه افت فشار

افت فشار اندازه گیری مقاومت در برابر جریان از طریق مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده است و تحت تأثیر عواملی مانند نرخ جریان، خواص سیال و طراحی BPHE است. افت فشار را می توان با استفاده از همبستگی های تجربی یا شبیه سازی CFD محاسبه کرد.

تعیین ضریب رسوب

رسوب گیری تجمع رسوبات روی سطوح انتقال حرارت است که می تواند بازده انتقال حرارت مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده را در طول زمان کاهش دهد. ضریب رسوب را می توان بر اساس خواص سیال و شرایط کاربرد تخمین زد و برای محاسبه کاهش راندمان انتقال حرارت به دلیل رسوب گیری استفاده می شود.

بهینه سازی طراحی

در نهایت، طراحی BPHE را می توان برای دستیابی به پارامترهای عملکرد مطلوب، مانند حداکثر راندمان انتقال حرارت یا حداقل افت فشار، بهینه کرد. این می تواند شامل عوامل تنظیمی مانند هندسه صفحه، الگوهای جریان سیال یا مواد مورد استفاده باشد.

به طور کلی، طراحی حرارتی یک BPHE شامل تعادل دقیق عواملی مانند انتقال حرارت، افت فشار و رسوب است و نیاز به درک مکانیک سیالات، ترمودینامیک و اصول انتقال حرارت دارد.

سخن پایانی

انتخاب و خرید مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده به کاربرد خاص و معیارهای عملکرد و هزینه مورد نظر شما بستگی دارد. 

به طور کلی مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده برای برنامه هایی که نیاز به راندمان بالا، اندازه فشرده و قابلیت اطمینان بالا دارند، مناسب تر هستند.

هنگام تصمیم گیری در مورد اینکه آیا این نوع مبدل حرارتی صفحه ای بهترین انتخاب برای یک کاربرد خاص است، مزایا و معایب مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده باید به دقت در نظر گرفته شوند. در برخی موارد، بسته به نیازهای خاص کاربری، نوع دیگری از مبدل حرارتی ممکن است مناسب تر باشد.

شما خریداران عزیز می توانید برای دریافت مشاوره و اطلاعات بیشتر با واحد مشاورین فروش شرکت بامین تهویه تماس حاصل نمایید.