مبدل حرارتی چیست؟
مبدل حرارتی صفحه ای (Plate Heat Exchanger) یکی از بخش های تجهیزات سیستم های گرمایشی و موتورخانه های ساختمان است. این نوع مبدل به صورت پیوسته آب گرم ساختمان را تامین می کند.
این دستگاه برای انتقال حرارت بین دو سیال که عموماً آب گرم یا بخار آب با آب می باشد و برای تامین آب گرم مورد نیاز ساکنین به کار می رود.
برای کسب اطلاعات در مورد مقایسه موتورخانه و پکیج به مقاله “موتورخانه بهتر است یا پکیج دیواری” مراجعه فرمایید.
طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای
در مبدل هایی حرارتی صفحه ای موتورخانه، سیال های گرم و سرد در جهات مخالف هم به شبکه مجاری مبدل وارد می شوند. با توجه به قرارگیری صفحات گرم و سرد در کنارهم، باعث می شود که تبادل حراتی بین دو سیال انجام گیرد.
انواع مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار (Gasket Plate Heat Exchanger)
در نوع واشردار مبدل های صفحه ای، واشرهایی که اغلب از لاستیک می باشند در بین صفحات فلزی قرار گرفته و کار آب بندی را انجام می دهند. مجموع این صفحات توسط پیچ و مهره در میان دو قاب فولادی سفت شده اند، به همین علت است که به آن مبدل صفحه ای قابدار نیز می گویند. این واشرها برای آب بندی جهت جلوگیری از نشتی جریان های سیال و اختلاط آنها با یکدیگر و همچنین هدایت جریان های سیال درون کانال های ایجاد شده مورد استفاده قارا می گیرد. در مبدل های صفحه ای واشردار (GPHE)، تغییر ظرفیت انتقال حرارت مبدل، به سادگی با اضافه کردن و یا کم نمودن تعداد صفحات فلزی امکان پذیر می باشد. استفاده از این نوع مبدل های صفحه ای برای انتقال حرارت بین جریان های سیالی با حجم زیاد اما با فشار کم یا متوسط مناسب می باشد.
مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده (Brazed Plate Heat Exchanger)
این نوع از مبدل های صفحه ای ، شامل صفحات فلزی با کانال های موج دار می باشند. در این مبدل بین هریک از این صفحات، مواد پرکننده ای وجود دارد. به نحوی که هنگام فرایند لحیم کاری در خلاء، ماده پرکننده، نقطه اتصالی را در هر نقطه تماس بین صفحات، شکل داده و کانال های پیچیده ای را ایجاد می کند. مبدل های صفحه ای لحیم کاری شده (BPHE) طرحی ویژه و مناسب برای انتقال حرارت بین سیال های پر فشار می باشند. این نیز از مزایای مبدل حرارتی صفحه ای از نوع لحیم کاری شده می باشد.
مبدل های حرارتی صفحه ای جوشکاری شده (Welded Plate Heat Exchanger)
یک نوعی از مبدل های صفحه ای که تمامی صفحات فلزی در یک بلوک کنار هم جوشکاری می شوند. بنابراین نمی توان مشابه مبدل های واشردار، صفحات فلزی را از فریم مبدل جدا نمود. برای همین نیز علت ظرفیت سرمایشی و گرمایشی مبدل (مانند مبدل های لحیم کاری شده) ثابت می ماند. این مبدل ها امکان انتقال حرارت بین سیال هایی با فشار و دمای خیلی زیاد را فراهم می کند. برای همین نیز مبدل های صفحه ای جوشکاری شده (WPHE) عمدتاً در صنایع بزرگ بکار گرفته می شوند.
کاربرد مبدل های حرارتی صفحه ای
- مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار
سیستم های سرمایشی و گرمایشی منطقه ای به منظور ایجاد ارتباط بین ساختمان و شبکه، بازیابی حرارت، HVAC و صنایع گوناگونی از جمله مواد غذایی
- مبدل های حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده
هیت پمپ، چیلر، سیستم سرمایش و گرمایش منطقه ای به عنوان واحد رابط حرارتی و …
- مبدل های حرارتی صفحه ای جوشکاری شده
نیروگاه های تولید برق، پالایشگاه های نفتی و …
ویژگی ها و مزایای مبدل حرارتی صفحه ای
یکی از مزایای مبدل حرارتی صفحه ای، باریک بودن مجاری آن است که باعث می شود بیشترین حجم سیال با صفحات در تماس باشد.
چین دار بودن در صفحات باعث آشفتگی جریان آب می شود. این امر عاملی می شود که انتقال حرارت بین صفحات بیشتر شود.
به این خاطر که واشر بندی هر سیال به طور جداگانه انجام می شود و فضای واشرها نیز به بیرون راه دارند دو سیال هیچگاه باهم مخلوط نمی شوند.
مبدل حرارتی این قابلیت را دارد که به نحوی اختلاف دمای ورودی یک سیال و خروجی سیال دیگر را کمتر از ۱ درجه سانتی گراد حفظ کند. به همین علت است که از این مبدل ها در راستای بهبود و بازیابی حرارت تجهیزات گرمایش استفاده می شود.
در مبدل های حرارتی صفحه ای باید از تغییرات ناگهانی در فشار کارکرد اجتناب شود. دلایلی مثل اثر چکش آبی، بسته شدن ناگهانی یک شیر و … باعث به وجود آمدن تغییر فشار ناگهانی در سیستم می شود. تغییرات فشار نباید از حدود ۷ کیلو پاسکال بر دقیقه فراتر رود زیرا عدم توجه به این نکته باعث ترکیدن یکی از واشرها و نشتی در سیستم می شود. با استفاده از دمپر و شیرهای تخلیه تغییرات دمایی تا ۱۰ درجه باید محدود شوند.
اجزای اصلی مبدل های حرارتی صفحه ای
دسته صفحات
دسته صفحات از تعدادی صفحه های فولادی ضد زنگ چیندار که سطح مورد نیاز حرارت را انتقال می دهند تشکیل شده است.
واشرهای روی صفحات
واشرها قطعاتی هستند از جنس پلیمر. وظیفه آب بندی مجاری سیال از یکدیگر را برعهده دارند و همچنین جهت جریان داخل مبدل را مشخص می کنند.
فریم یا قاب مبدل
دسته صفحاتی که قسمت های تبادل حرارتی محسوب می شوند توسط پیچ هایی به یکدیگر متصل می شوند. فریم مبدل وظیفه احاطه این دسته صفحات را برعهده دارد.
سایر اتصالات
معمولاً اتصالاتی برای ورود و خروج سیالات نیاز است که اغلب روی فریم ثابت مبدل حرارتی قرار می گیرند. اگر جریان چند پاسی باشد این اتصالات، هم باید روی فریم ثابت، هم فریم متحرک لحاظ شوند.
توصیه های استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای
- در یک مبدل حرارتی صفحه ای به علت فاصله بسیار کم صفحات که برای انتقال هر چه بیشتر حرارت، نزدیک به هم ساخته شده اند. همچنین سختی آب شهری، امکان گیر کردن ذراتی بزرگتر از ۰.۵ میلی متر وجود دارد. در نتیجه صفحات دچار گرفتگی شده و نیازمند جرم گیری مرتب می شوند. پس باید با استفاده از صافی ها از ورود این ذرات جلوگیری کرد. مخصوصا در شرایطی که از مخازن باز استفاده می شود.
- افزایش سرعت جریان سیالات به عبور ذرات کمک کرده و از ته نشین نشدن آنها جلوگیری می کند.
- اگر دمای سیال در یک مبدل حرارتی صفحه ای از ۶۰ درجه سانتیگراد عبور کند، یا سیال داخل مبدل خورنده باشد؛ پیشنهاد می کنیم حتما از یک صفحه پوششی به جهت عدم تماس آب گرم و جلوگیری از خورندگی صفحات استفاده شود.
- جلوگیری از آسیب خوردن و نشتی در مبدل حرارتی راحت تر از ترمیم آن است. سفت بستن واشرها یکی از مهم ترین کارها برای جلوگیری است.
- اندازه سفتی این واشرها به این صورت است که شرکت سازنده یک اندازه مشخصی برای مجموعه صفحات با توجه به محصول و تعداد صفحات تعریف می کند که میزان سفت بستن واشرها به آن پارامترها بستگی دارد.
نکات مهم در مورد سرویس مبدل حرارتی صفحه ای
- جهت سرویس و تمیز کردن مبدل حرارتی صفحه ای باید دستگاه خاموش باشد و دمای آن زیر ۴۰ درجه سانتیگراد باشد.
- باید مبدل حرارتی تمیز و عاری از رسوب و گرفتگی باشد. زیرا ذرات آلوده یا رسوب در داخل مبدل باعث کم شدن جریان سیال، افت بازدهی مبدل و کاهش عمر آن می شود.
- در صورت نیاز به تعویض یک صفحه بر اثر آسیب جدی معمولا صفحات مجاور نیز نیاز به تعویض خواهند داشت. برای جلوگیری از آسیب و نشتی مبدل حرارتی صفحه ای بهتر است سفت کاری اتصالات سالی یک بار انجام شود.
- اگر از مبدل حرارتی در مدت زمان معینی استفاده نمی شود، بهتر است داخل آن آب وجود نداشته باشد. همچنین مبدل حرارتی نباید در معرض دمای زیر صفر قرار گیرد. زیرا احتمال یخ زدن مبدل و تغییر شکل صفحات و مشکل در واشرها وجود دارد. همچنین در زمان سرویس، بررسی آسیب های احتمالی یا خوردگی (در محیط های شیمیایی) بازبینی اتصالات و قاب انجام شود.
نظرات کاربران