راهنمای خرید مبدل حرارتی

مبدل حرارتی چیست؟

مبدل حرارتی به دستگاه انتقال حرارتی گفته میشود که در آن انتقال جرم صورت نمیگیرد. مبدل‌های‌گرمایی معمولا از فلزات با رسانایی بالا مانند تیتانیوم، آلومینیوم، استنلس استیل، فولاد، مس و... تولید می شوند که در سه نوع مایع ، مایع -گاز،مایع - گاز-گاز تولید می شوند.

مبدل حرارتی دستگاهی است که از آن برای انتقال حرارت از سیال گرم به سیال سرد استفاده می شود که به دو صورت بسته ( بدون انتقال جرم مانند مبدل صفه ای ) و باز با انتقال جرم مانند برج خنک کننده تولید می شود.

مبدل حرارتی بسته در انواع مختلف صفحه‌ای و لوله‌ای تولید می شوند که مبدل حرارتی صفحه‌ای به سه شکل اسپیرال Spiral، پلیت کویل Platecoil و مبدل صفحه ای های معمول PHE تولید می شوند و نوع لوله‌ای به سه شکل دو لوله Dublepipe,پوسته و لوله Shell and tube و فین تیوب Fintube تولید می شوند که البته انواع دیگری از مبدل مانند اسپیرال تیوپ Spiral tube و صفحه ای منافذ برجسته لوله‌ای Printed circuit وجود دارد که نسبتا کاربرد کمتری دارند.

کاربرد مبدل حرارتی

کاربرد مبدل حرارتی مایع، مایع در تولید آبگرم مصرفی، اویل کولر، هیت ریکاوری، تنظیم کننده فشار در زون بندی طبقات، ذوب یخ، گرمایش کف، گرمایش استخر و ... می باشد.
کاربرد مبدل حرارتی گاز، مایع در اواپراتور و کندانسور، درایر های صنعتی، رادیاتور اتومبیل، یونیت هیترها و فن کویل‌ و ... می باشد.
مبدل حرارتی گاز به گاز در سیستم های هیت ریکاوری و دستگاه هواساز و کوره های هوای گرم و... کاربرد دارند.

انواع مبدل حرارتی

1. مبدل حرارتی صفحه ای ( plate heat exchanger )
2. مبدل حرارتی پوسته و لوله ( Shell and tube heat exchanger )
3. مبدل حرارتی دو لوله (لوله‌ای) ( two-pipe heat exchanger ) 
4. مبدل حرارتی هوا خنک فین دار یا همان رادیاتور‌ها Extended Surface heat ) )

مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای از صفحات فلزی پرس شده نازک و مستطیلی (که به طور معمول از جنس استنلس استیل هستند) با شیار یا موج های موزون و هماهنگ ساخته می‌شود.

تعداد صفحات و ابعاد صفحات تعیین کننده ظرفیت مبدل حرارتی صفحه ای هستند.

مبدل صفحه ای از راندمان بالای 98% برخوردار هستند و دارای چهار نوع مبدل های صفحه ای استوانه ای، مبدل صفحه ای صفحه و لوله، مبدل صفحه ای لایه ای و مبدل ‌های حرارتی مکعبی هستند.

انواع مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه‌ای انواع گوناگی دارد که عبارتند از:

1-مبدل حرارتی صفحه ای یکپارچه جوشکاری شده یا مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده :

( Brazed type ) محصول کمپانی هایی چون هپاکو ، کومر، دانفوس، آلفالاوال

2-مبدل های حرارتی صفحه ای جوشی :

با استفاده از استنلس استیل 304 یا 316 تولید می شوند که معمولا بوسیله جوشکاری مس ، کروم ، نیکل و یا استیل به یکدیگر جوشکاری می شوند . اتصال مبدل صفحه ای جوشی در کاربری های مختلف می تواند از نوع رزوه ای یا جوشی باشند.

3-مبدل حرارتی صفحه ای واشردار :

( Gasket E.x )مبدل صفحه ای واشربندی شده ، به مجموعه ای از صفحات فلزی پرس‌ شده نازک و مستطیلی شکل که میان واشر ها قرار گرفته و در یک قاب به هم بسته شده اند می گویند.

4-مبدل صفحه ای واشردار یا گسکتی :

بوسیله واشرهایی از جنس NBR ، PDM ، HNBR ، Silicon  و Viton می باشند که بسته به کاربری یکی از موارد ذکر شده به کار می روند . واشرها می توانند بصورت چسب دار یا بدون چسب باشند.

مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار در مقابل مبدل های صفحه ای جوشکاری شده دارای تحمل فشار و دمای کمتری هستند.
مبدل صفحه ای گسکتی از اجزای زیر تشکیل شده است.

1. قاب‌‌های ثابت و متحرک
2. واشر های آب بندی
3. پایه ها که معمولا با قاب های ثابت همراه هستند
4. صفحات استیل تبادل حرارت
5. پیچ و مهره ها
6. نگهدارنده‌هاو هدایت کننده‌هاصفحات

کاربرد مبدل حرارتی صفحه ای

1. مبدل حرارتی صفحه ای در چیلر ها (اواپراتور صفحه ای یا کندانسور صفحه ای)
2. مبدل حرارتی صفحه ای استخری
3. مبدل حرارتی صفحه ای موتورخانه ای( مبدل صفحه ای شوفاژخانه )
4. مبدل حرارتی صفحه ای پکیج
5. مبدل حرارتی صفحه ای اویل کولر
6. مبدل حرارتی صفحه ای ایر درایر
7. مبدل حرارتی صفحه ای ایر کولر
8. مبدل حرارتی صفحه ای فشارشکن
9. مبدل حرارتی صفحه ای در صنایع غذایی و لبنی

نکات استفاده از مبدل صفحه ای

استفاده از مبدل صفحه ای بدلیل وجود مجاری باریک عبور سیالات ملزم به رعایت پیش نیاز هایی از جمله سختی آب های ورودی ، ویسکوزیته سیال هایی که گرانرویی بالایی دارند (روغن ها) ، لحاظ کردن افت فشار دستگاه در مدار گردش سیال و اعمال آن بر پمپ سیرکولاتور و ... می باشد.

قیمت مبدل حرارتی صفحه ای

قیمت مبدل حرارتی تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله اندازه و ظرفیت آن، متریال استفاده شده در ساخت (فولاد ضد زنگ، مس، آلومینیوم)، پیچیدگی طراحی و نوع (پوسته و لوله، صفحه ای یا هوا خنک) است. راندمان انتقال حرارت، درجه بندی فشار و گواهینامه های مورد نیاز نیز بر هزینه تأثیر می گذارد.

سفارش هایی که متناسب با نیازهای صنعتی منحصر به فرد یا محیط های عملیاتی سخت طراحی شده اند نیز می‌توانند قیمت را افزایش دهند. علاوه بر این، قیمت ها نشان دهنده شهرت برند سازنده، گواهینامه هایی است که کیفیت و عملکرد را تضمین می کند و هر گونه خدمات ارزش افزوده مانند نصب و پشتیبانی پس از فروش و سطح تقاضا همواره بر قیمت گذاری نیز تاثیر می گذارند.

قیمت مبدل حرارتی صفحه ای در مقایسه با انواع دیگر مبدل ها حتی با وجود جنس مرغوب تر(استنلس استیل) نسبت به مدل های هم ظرفیت خود کمتر می باشد ؛ زیرا مواد و مصالح (متریال) مورد استفاده در این مبدل ها بسیار کمتراز نمونه های دیگر در همان ظرفیت می باشد.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله از یک پوسته چدنی یا فولادی تشکیل شده که درون این پوسته تعدادی لوله مسی عبور داده می شود ، یک سیال در پوسته و سیال دیگر درون لوله ها جریان پیدا می کند. مبدل های حرارتی پوسته و لوله از پرکاربردترین مبدل های حرارتی می باشند و‌ از دسته لوله هایی جهت عبور سیال – بافل ها جهت حرکت عرضی سیال‌- تیوپ شیت ها جهت نگه داشتن لوله ها و پوسته که عمدتاً لوله ای با سایز بالاست تشکیل شده است.

لوله ها وظیفه تبادل را در مبدل پوسته و لوله به عهده دارند به گونه ای که از دو طرف در تماس با سیالات مورد انتقال حرارت قرار دارند . در واقع لوله ها در مبدل پوسته و لوله نقش جدا کننده را بر عهده دارند . سایز این لوله ها متفاوت می باشد . لوله ها معمولاً از جنس مس می باشند البته بنا به کاربرد می توانند از فولاد ضد زنگ ( استیل ) ، نیکل ، آلومینیوم ، برنج و تیتانیوم نیز باشند . بسته به ضریب انتقال حرارت سیال درون یا بیرون لوله در هر سمت که این ضریب کم‌تر باشد می توان از لوله های پره دار از داخل یا پره دار از خارج استفاده نمود که به طبع هزینه ساخت این دستگاه بالا تر است .

در مبدل حرارتی پوسته و لوله وظیفه نگهدارنده لوله ها ، اتصال ورودی و خروجی ها و... را بر عهده دارد . عمل انتقال حرارت نیز در داخل پوسته انجام میگیرد.  ضخامت پوسته به ظرفیت ، فشار و قطر پوسته بستگی دارد . در ساخت پوسته مبدل های حرارتی پوسته و لوله معمولاً از فولاد یا فولاد ضد زنگ استفاده می‌گردد . چرا که باید انتقال حرارت آن در پایین ترین حد و تحمل فشار آن در بالا ترین حد ممکن باشد . روی پوسته مبدل های حرارتی پوسته و لوله باید مسیر ورود و خروج آب - قلاب ‌آویز- اتصال تخلیه - محل نصب شیر اطمینان سنسور و... در نظر گرفته شود.

بافل ها تیغه هایی را می گویند که در مسیر مستقیم سیال قرار گرفته و موجب تغییر جهت سیال می‌گردند به گونه‌ای که در مبدل های حرارتی پوسته و لوله آب را به صورت عرضی و عمودی در تماس با لوله ها قرار می‌دهند و از خروج مستقیم سیال از مبدل جلوگیری می‌نمایند . بافل ها در مجموع وظیفه به تعویق انداختن خروج سیال از مبدل حرارتی پوسته و لوله و در نتیجه انتقال حرارت بیشتر را دارند .

تیوپ شیت‌ها وظیفه نگه داشتن لوله ها را به عهده دارند . بسته به نیاز مبدل های حرارتی می‌توانند یک یا چند تیوپ شیت داشته باشند . تیوپ شیت ها معمولاً از فولاد یا فولاد ضد زنگ ساخته می‌شوند . اتصال لوله ها به تیوپ شیت ها به صورت اکسپند یا جوش می باشد . مبدل حرارتی پوسته و لوله می‌تواند به شکل ۱ پاس عبور سیال و یا چند پاس عبور سیال طراحی گردد.

در نوع دیگر دسته‌ بندی مبدل های حرارتی پوسته و لوله می‌توان به نوع جریان همسو و جریان نا همسو آن ها اشاره نمود.

مشخصه های مبدل حرارتی پوسته و لوله

1. ​طراحی و کاربرد در فشار و ظرفیت های مختلف
2. طراحی و کاربرد جهت سیستم های تک فازی و چند فازی
3. کاربرد جهت سیالات با ویسکوزیته بالا
4. عدم محددیت در سیالات با سختی بالا به دلیل رسوب گیری پایین به نسبت مبدل حرارتی های صفحه ای
5. افت فشار پایین نسبت به مبدل های حرارتی صفحه ای
6. نیاز ضروری به عایق در اطراف پوسته به دلیل کاهش تلفات حرارتی
7. هزینه حمل – فونداسیون - نصب و کنترل بیشتر نسبت به مبدل های صفحه ای
8. ضریب انتقال حرارت پایین نسبت به مبدل صفحه ای تا ۴۰%
9. سطح حرارت مؤثر پایین نسبت به مبدل صفحه ای با شرایط سیال ‌های مشابه

کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله

1. ​مبدل پوسته و لوله استخری 
2. مبدل پوسته و لوله گرمایشی
3. مبدل پوسته و لوله اواپراتور و کندانسور
4. مبدل پوسته و لوله جهت خنک کاری روغن

قیمت مبدل حرارتی پوسته و لوله

قیمت مبدل حرارتی پوسته و لوله به دلیل حجم بیشتر جنس مصرفی معمولا بیشتر از مبدل های حرارتی صفحه ای می باشد اما نرخ رسوب گیری مبدل پوسته و لوله بسیار کمتر از مبدل صفحه ای می باشد به همین دلیل در استخر ها از مبدل های حرارتی استخری از نوع پوسته و لوله بیشتر استفاده می شود.

مبدل حرارتی دو لوله

مبدل حرارتی دو لوله از دو لوله که از درون همدیگر عبور کرده اند تشکیل شده که هر سیال درون یکی از لوله ها در جریان است. این نوع مبدل ها به دلیل اشغال فضای زیاد ، متداول نیستند و خیلی کم از آنها استفاده می شود.

مبدل حرارتی هوا خنک

مبدل حرارتی هوا خنک به مبدل های حرارتی گفته می شود که در آن سیال توسط جریان هوا خنک می‌شود. سیال مورد نظر درون لوله و یا صفحه انتقال حرارت جریان دارد و هوا به صورت اجباری و یا طبیعی روی لوله ها و صفحات انتقال حرارت جریان پیدا می‌کند و سیال داخل را سرد یا گرم میکند.

از جمله مبدل های هوا خنک می توان به رادیاتور ماشین، کندانسور هوایی چیلر، یونیت داخلی و خارجی کولر گازی و لوله های سیاه رنگ پشت یخچال ها و همچنین فریزر اشاره کرد.

ساختمان مبدل هوا خنک جهت افزایش سطح انتقال حرارت نیاز به فین حرارتی دارد. فین حرارتی علاوه بر افزایش استقامت و ایستایی مبدل گرمایی به افزایش سطح تماس انتقال حرارت نیز کمک می‌کند. جنس مبدل های حرارتی هوا خنک معمولاً از مس، آلومینیوم، استیل و یا فولاد است. در سیستم هایی که سیال با حرارت بالا و فشار زیاد جریان دارد از فولاد و در اکثر سیستم های دیگر از مس به عنوان متریال اصلی مبدل استفاده می‌شود. فین حرارتی جهت افزایش سطح انتقال حرارت به صورت فین پلیت یا فین تیوب یا فین وایر و در برخی موارد به صورت فین های مخصوص که داخل یا در سطح خارجی لوله و جزئی از لوله هستند. مانند برخی لوله های مسی که در تولید چیلر استفاده می‌شود دارای فین ستاره ای از داخل هستند.

عوامل تاثیرگذار بر راندمان مبدل حرارتی هوا خنک

1. نوع متریال لوله های اصلی
2. جنس فین‌ها
3. نوع فین
4. تراکم فین
5. طبیعی یا اجباری بودن جریان هوا
6. میزان هوای عبوری با توجه به دمای سیال و افت فشار فین ها

 طراحی مبدل حرارتی

طراحی و ساخت مبدل حرارتی توسط شرکت های سازنده انجام می شود اما محاسبه و انتخاب توسط مشاوران فنی و مهندسین تاسیسات انجام می شود.

محاسبه و انتخاب مبدل حرارتی بر اساس نوع کاربرد آن بسیار متفاوت است که در ابتدا با توجه به کاربرد آن نوع مبدل انتخاب می شود.

انتخاب و خرید مبدل حرارتی صفحه ای مناسب

انتخاب مبدل حرارتی مناسب با توجه به موارد زیر امکان پذیر است .

1. کاربری مبدل حرارتی
2. دمای کاری
3. فشار کاری
4. ظرفیت حرارتی
5. نوع سیال های واسطه انتقال حرارت

انتخاب و خرید مبدل حرارتی صفحه ای مناسب مستلزم تطبیق الزامات انتقال حرارتی شما با قابلیت‌های مبدل، از جمله سازگاری سیال، فشار عملیاتی و دما است. محدودیت های فضا و نیازهای کاربری نیز در انتخاب شما تاثیر گذار است. موادی را انتخاب کنید که در برابر خوردگی ناشی از سیالات در حال پردازش مقاومت می کنند. با در نظر گرفتن سهولت تعمیر و نگهداری و مصرف انرژی، قیمت خرید اولیه را با هزینه های عملیاتی بلند مدت متعادل کنید.

عاقلانه است که برای خرید مبدل حرارتی یک سازنده معتبر را انتخاب کنید که پشتیبانی و ضمانت های جامع ارائه می دهد. کارایی، دوام و مقرون به صرفه بودن، کلیدی برای حصول اطمینان از اینکه مبدل حرارتی انتخابی نیازهای برنامه شما را برآورده می کند و خدمات قابل اعتمادی را در طول عمر خود ارائه می دهد، هستند.

محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی صفحه ای

محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی صفحه ای که کاربرد آن انتقال گرما از یک سیال به سیال دیگر است، شامل چندین مرحله و محاسبات است.
ابتدا، دبی سیالات سرد و گرم، ظرفیت حرارتی ویژه و دمای ورودی و خروجی را تعیین کنید.
نرخ انتقال حرارت Q (بر حسب کیلووات) که برای تعیین ظرفیت ضروری است و با فرمول زیر محاسبه می شود:
 Q = m * Cp * ΔT

•  m = سرعت جریان جرمی سیال (کیلوگرم بر ثانیه)
•  Cp = ظرفیت گرمایی ویژه سیال (kJ/kg·K)
•  ΔT = تغییر دمای سیال در سراسر مبدل حرارتی (K)

اگر با دو نوع سیال سر و کار دارید، باید این را برای هر دو محاسبه کنید و از مقدار کوچکتر به عنوان عامل محدود کننده ظرفیت مبدل حرارتی استفاده کنید. علاوه بر این، اختلاف دمای میانگین لگاریتمی (LMTD) باید برای پیکربندی جریان مخالف و جریان موازی، با استفاده از دمای ورودی و خروجی هر دو سیال محاسبه شود که در مقاله LMTD در مبدل حرارتی به تفصیل توضیح داده ایم.

ضریب انتقال حرارت کلی، ( U ( kW/m²·K، همچنین بر ظرفیت تأثیر می‌گذارد و رسانایی حرارتی سیالات و مواد و همچنین عوامل رسوب‌دهنده را در بر می‌گیرد. در نهایت، منطقه انتقال حرارت ( A ( m² مورد نیاز را می توان از فرمول زیر بدست آورد:
Q = U * A * LMTD

مقایسه مبدل حرارتی صفحه ای واشربندی شده و مبدل حرارتی پوسته و لوله

در جدول زیر به مقایسه مبدل حرارتی صفحه ای واشربندی شده و مبدل حرارتی پوسته و لوله از نظر فاکتورهای مهم همچون ضریب رسوب گیری، ضریب انتقال حرارت، حجم نگهداری و... پرداخته ایم.

عوامل موثر در انتقال حرارت مبدل حرارتی

ممکن است این سوال در ذهن شما ایجاد شود که چه عواملی می توانند در تبادل حرارت یک سیال نقش داشته باشند و سرعت تبادل حرارت را افزایش دهند؟ در ادامه مهمترین عوامل موثر بر افزایش راندمان مبدل حرارتی را مورد بررسی قرار داده ایم.

جنس مبدل حرارتی

جنس مبدل انتخاب شده هر چه ضریب هدایت بالاتری داشته باشد سرعت تبادل بیشتر می‌شود مثلاً مس، آلومینیوم و استیل نسبت به چدن ضریب هدایت بالاتری دارند.

سرعت سیال

هرچه سیال با سرعت بیشتری (تا حد مشخص) حرکت کند تبادل حرارت بهتر و کامل تر انجام می‌شود. مثل استفاده از پمپ در مسیر مبدل های هیدرولیکی یا استفاده از فن دمنده در مبدل های آب و هوا. البته گاها به خاطر سرعت بالا ممکن است سیال فرصت تبادل حرارتی کامل را نداشته باشد لذا سرعت نباید از حد نرمال فراتر رود.

سطح تبادل در مبدل حرارتی

هرچه مبدل در ابعاد یکسان سطح بیشتری برای تبادل داشته باشد سرعت تبادل بیشتر می‌شود. مثل ایجاد چین ها روی سطح پره های دیگ یا مبدل های صفحه ای، یا ایجاد فین روی لوله های کویل های گرمایشی و سرمایشی، و یا مبدل های دو سر فلنچ که دارای مارپیچی داخل لوله ها هستند و سرعت تبادل بهتری دارند.

ضخامت جداره مبدل

علاوه بر جنس مبدل ضخامت مبدل هم نقش مهمی در تبادل حرارت دارد هرچه ضخامت کمتر باشد سرعت انتقال حرارت بیشتر می شود.

دمای سیال

در مبدل حرارتی هر چه اختلاف دمای دو طرف مبدل حرارتی بیشتر باشد نرخ انتقال حرارت بالاتر خواهد بود.
با توجه به این نکته که تشکیل رسوب در مبدل حرارتی یکی از مهم ترین عوامل کاهش راندمان و سرعت تبادل حرارت در مبدل های حرارتی به شمار می رود. می توان گفت رسوب زدایی مبدل های حرارتی نیز یکی از عوامل موثر بر افزایش راندمان مبدل های گرمایی می باشد.

پیشنهاد مطالعه : رسوب زدایی مبدل حرارتی

مشاوره فروش مبدل‌های حرارتی

پرسنل شرکت بامین تهویه آماده ارائه مشاوره جهت انتخاب مبدل حرارتی به مشتریان محترم می باشند . فروشگاه اینترنتی بامین تهویه تمامی اطلاعات فنی و تصاویر انواع مبدل های حرارتی را با نازل ترین قیمت ها جهت مقایسه و خرید آسان ، خارج از محدوده زمانی و مکانی و به آسان ترین روش ممکن در اختیار مشتریان محترم قرار داده است .

بامین تهویه تخصصی ترین وب سایت کشور در زمینه تأسیسات