مبدل حرارتی (Heat Exchanger) دستگاهی جهت انتقال حرارت بین دو سیال می باشد. این سیال ها عمدتا با یکدیگر تماس ندارند و به منظور جلوگیری از اختلاط، توسط دیواره جامدی از یکدیگر جدا می شوند. البته انواع بخصوصی از مبدل های حرارتی نیز وجود دارند که در آن ها اجازه داده می شود که جریان های سیال مستقیماً با هم در تماس باشند.

در مبدل‌های حرارتی دو سیال به تبادل انرژی با یکدیگر می پردازند. سیال سردتر در تماس با سیال گرم انرژی حرارتی گرفته و دمای آن بالا می‌رود و در طرف مقابل سیال گرمتر نیز با از دست دادن انرژی حرارتی خود، سرد می‌شود. این تبادل حرارت بر اساس اصول ابتدایی انتقال حرارت یعنی رسانش و جابجایی قابل توصیف است.

مبدل‌های حرارتی در صنایع زیادی همانند واحد های فرآیندی، نیروگاه ها، سیستم های تهویه مطبوع و تبرید کاربرد دارند. از جمله در صنایع نیروگاهی انواع زیادی از بویلرها، بخار‌سازهای هسته‌ای، کندانسورهای بخاری و برج‌های خنک کن به کار می‌روند. همچنین در صنایع فرآیندی، مبدل‌های جریان دو فاز برای تبخیر، تقطیر و انجماد کریستال به کار می‌روند. سیستم‌های تهویه مطبوع و تبرید نیاز به کندانسور و اواپراتور دارند که خود نوعی مبدل حرارتی هستند.

در ادامه انواع مبدل های حرارتی توضیح داده می شوند:

مبدل های حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube): یکی از رایج ترین انواع مبدل ها در صنایع مختلف، مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد. همان طور که از نامش پیداست، این مبدل ها از تعدادی لوله تشکیل شده اند که درون پوسته ای استوانه ای قرار می گیرند. دو جریان سیال با دماهای اولیه متفاوت وارد مبدل می شوند. یکی از درون لوله ها و دیگری از درون پوسته (بیرون لوله ها) عبور می کند. حرارت از طریق دیواره لوله ها، بین دو سیال منتقل می شود.

هریک از سیال ها می توانند مایع و یا گاز باشند و این امکان نیز وجود دارد که هرکدام از درون لوله یا پوسته جریان بیابند. چنانچه فقط سیال مایع و یا صرفاً سیال گاز در دو طرف مبدل (درون پوسته و لوله) جریان داشته باشد به آن مبدل تک فازی می گویند و در غیر این صورت آن را مبدل دوفازی می نامند. مبدل های دو فازی می توانند برای انتقال حرارت به مایع جهت جوشاندن و تبخیر آن (بویلر) و یا به منظور خنک کردن بخار برای چگالش آن (کندانسور) با تغییر فازی که عمدتاً در سمت پوسته اتفاق می افتد، بکار روند.

از جمله مزایای مبدل های پوسته و لوله می توان به این نکته اشاره نمود که این مبدل ها سطح بزرگی از انتقال حرارت را در حجمی کم ممکن می سازند. همچنین تمیز کردن آن ها آسان است و می تواند برای دامنه وسیعی از سیالات به کار رود.

در برخی موارد بافل هایی در داخل پوسته برای هدایت جریان سیال لحاظ می شود. این بافل ها ضمن ایجاد تلاطم در جریان سیال که باعث افزایش ضریب انتقال حرارت آن می شود، موجب می شوند سیال داخل پوسته با تمامی لوله ها تماس داشته باشد و زمان بیشتری برای تبادل حرارت بین جریان سیال و لوله ها ایجاد می گردد. همچنین انعطاف پذیری در طراحی آن ها، امکان استفاده از این مبدل ها را در دما و فشارهای مختلف نیز فراهم کرده است.

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای: مبدل حرارتی صفحه‌ای در دهه 1930 و با توجه به ساختار ساده آن ابداع و در صنایع غذایی به کار گرفته شد. اما در دهه ۱۹۶۰ با طراحی موثرتر هندسه صفحات، مونتاژ اجزا و مواد بهینه تر برای ساخت واشرهای مورد استفاده در این نوع مبدل‌ها، تکامل پیدا کرد و موارد استفاده از آنها به صنایع دیگر نیز راه پیدا کرد و توانسته است از رقیب خود (مبدل‌های لوله‌ای) پیشی بگیرد.

مبدل‌های صفحه‌ای از تعدادی صفحه نازک با سطح چین دار و یا موج دار که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا می‌کنند، تشکیل شده است. صفحات دارای قطعاتی در گوشه‌ها هستند و به نحوی چیدمان شده‌اند که دو سیال به صورت یک در میان بین صفحات جریان داشته باشند. طراحی و واشربندی بهینه این امکان را فراهم می‌کند که مجموعه‌ای از صفحات در کنار یگدیگر تشکیل یک مبدل صفحه‌ای مناسب را بدهند.

این مبدل ها در دو نوع واشری و جوشی ساخته می شوند و معمولا در جریان سیالاتی با فشار پائین تر از 25 بار و دمای کمتر از ۲۵۰ درجه سانتیگراد به کار برده می‌شوند. از آنجا که کانال‌های جریان کوچک هستند جریان قوی گردابه‌ای و متلاطم موجب بزرگ بودن ضریب انتقال حرارت و افت فشار می‌گردد. واشرها علاوه بر جلوگیری از نشتی، سیال‌ها را در صفحات به شکل مورد نظر هدایت می‌نمایند. شکل جریان معمولا به نحوی انتخاب می‌شود که دو سیال‌ خلاف جهت یکدیگر جریان داشته باشند.

مبدل های حرارتی صفحه ای نیز دارای سطح انتقال حرارت زیاد و در نتیجه از سرعت انتقال حرارت بالایی نیز برخوردار هستند. البته مبدل حرارتی صفحه ای عموما قیمت بالایی نیز دارند ولی به دلیل دوام بالاتر و نیاز کمتر به تعمیر، یکی از اولین گزینه های انتخابی در نیروگاه ها می باشند.

یکی از مزایایی که طراحی مبدل‌های صفحه ای در مقایسه با مبدل‌های پوسته و لوله دارند، انعطاف سایزی‌ست که به طراح می‌دهد تا بتواند سطح انتقال حرارت را به حد قابل توجهی بالا ببرد.

با توجه به طراحی های متنوعی که برای مبدل های حرارتی صفحه ای می توان در نظر گرفت، طیف گسترده ای از کاربردها را نیز می توان برای این مبدل ها متصور شد. این مبدل ها در سیستم های سرمایش و گرمایش در ساختمان ها، سیستم های بازیابی حرارت، HVAC و صنایع گوناگونی از جمله مواد غذایی و دارویی کاربرد دارند. همچنین از مبدل در نیروگاههای حرارتی و صنایع پالایشگاهی نیز به طرز وسیعی استفاده می شود.

مبدل حرارتی لوله ای (دو لوله ای): در این نوع مبدل، یک لوله با قطر کوچک درون لوله ای دیگر با قطر بزرگتر و به صورت هم مرکز قرار داده می شود و انتقال حرارت از طریق جداره لوله کوچک تر بین دو سیال صورت می پذیرد. مبدل حرارتی لوله ای ساده ترین نوع مبدل است که البته بزرگترین عیب آن، توان انتقال حرارت پایین آن نسبت به سایر مبدل ها می باشد که دلیل آن نیز سطح تبادل حرارتی کم این مبدل است.

از این مبدل بیشتر برای تبادل حرارت بین سیالات در فاز گازی استفاده می شود. همچنین زمانی که فشار یکی یا هر دو سیال بالا باشد، می توان از این مبدل استفاده نمود.

البته این مبدل دارای مزایایی نیز می باشد که از جمله می توان به طراحی ساده، هزینه ساخت پایین، کنترل ساده جریان و تمیز شدن آسان اشاره نمود.

مبدل های حرارتی هوا خنک (فن دار): مبدل های حرارتی هوا خنک که به آنها فن دار یا درای کولر نیز گفته می شود از یک یا تعدادی کویل (لوله های متعدد رفت و برگشتی با پره هایی در اطراف آن) و یک یا تعدادی فن تشکیل شده اند (همانند رادیاتور اتومبیل). در مبدل حرارتی هوا خنک هیچ تماسی بین سیالی که خنک می شود و هوا وجود ندارد. بلکه سیال با درجه حرارت بالا وارد لوله های کویل شده و در مسیری پر پیچ و خم حرکت می کند تا کم کم به وسیله هوایی که از فن ها دمیده می شود، خنک گردد.

با توجه که این مبدل از هوا به عنوان سیال خنک کننده استفاده می کند، استفاده از آن دارای مزایای زیر می باشد:
1-از آنجا که هوا سیالی است که همواره در دسترس می باشد، در مناطقی مانند بیابان ها که دسترسی به آب زیاد ممکن نیست استفاده از این مبدل مناسب تر است.
2- نیاز به سیستم های لوله کشی و پمپاژ ندارد که خود باعث کاهش هزینه می گردد.
3- بر خلاف آب، هوا دارای رسوب نیست که این عامل موجب کاهش هزینه های تمیزکاری، نگهداری و تعمیرات این نوع مبدل می گردد.

البته نباشد فراموش کرد که به علت کمتر بودن ظرفیت گرمایی و ضریب انتقال حرارت هوا در مقابل آب، بهره وری این نوع مبدل ها در مقایسه با دیگر مبدل های حرارتی پایین تر است یا به عبارت دیگر برای بار حرارتی یکسان، مبدل هوا خنک باید سطح تماس بسیار بزرگتر و در نتیجه فضای بیشتری را اشغال کند.

این مبدل با نام های دیگری از جمله برج خنک کننده مدار بسته یا برج خنک کننده خشک نیز شناخته می شود و به طور گسترده در صنایع مختلفی مانند صنایع شیمیایی، نفت و گاز، نیروگاه ها، صنایع هیدرولیکی و صنعت تبرید (مانند کندانسور چیلر) مورد استفاده قرار می گیرد.

در پایان اعلام میداریم که شرکت نوین تجارت دایا نیز در این راستا آماده ارائه خدمات کارشناسی، مشاوره و تامین نیازهای شما مشتریان گرامی میباشد بنابراین در صورت نیاز میتوانید با کارشناسان ما تماس بگیرید.