انواع مبدل های حرارتی

در مبدل حرارتی تبادل حرارت بین دو منبع سرد و گرم صورت می گیرد. هدف از مبدل حرارتی ،خنک کردن و گرم کردن یک فضاست. این عملیات می تواند بین مایع- مایع ، گاز- گاز و یا گاز- مایع انجام شود. پر کاربرد ترین عضو در فرآیند های شیمیایی  مبدل های حرارتی هستند و می توان مبدل های حرارتی را در بیشتر واحدهای صنعتی مشاهده کرد.

 

انواع مبدل های حرارتی:

 

مبدل های حرارتی در صنایع پتروشیمی ،صنایع ساخت و تولید،نیروگاه ها، صنایع فرآیندی ،پالایشگاه ها، ، صنایع غذایی و دارویی، صنایع ذوب فلز، و…کاربرد دارند همچنین  مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف از جمله  دیگ بخار، کندانسور،تبخیر کننده ها،مولد بخار، ،خنک کن و گرم کن روغن ،اواپراتور، رادیاتورها ، برج خنک کن، کوره ها کاربرد دارند

 

مبدل های حرارتی را می توان از جنبه های مختلف دسته بندی کرد :

 

1- مبدل های حرارتی با جریان غیر هسو

جهت جریان سیال سرد و گرم مخالف یکدیگر اس. مبدل های حرارتی با جریان غیر همسو در شرایط یکسان از سطح انتقال حرارت کمتری نسبت به مبدل های همسو برخوردار هستند.تم ، . در مبدل های حرارتی با جریان غیر همسو امکان بیشتر بودن دمای سیال سرد خروجی نسبت به سیال گرم خروجی  وجود دارد

 

 

2- مبدل های حرارتی با جریان همسو

در مبدل های حرارتی با جریان همسو سیال گرم وسرد ، از یک جهت به مبدل وارد می شوند و هر دو در یک جهت جریان می یابند همچنین دمای سیال سرد خروجی از مبدل هیچگاه به دمای سیال گرم خروجی نمی رسد.

 

 

۳- مبدل های حرارتی از نوع جریان عمود بر هم

در مبدل های حرارتی از نوع جریان عمود بر هم جهت سیال های سرد و گرم عمود بر هم است مثل رادیاتور اتومبیل .

 

 

سطح جامد ثابت باید دارای ضریب انتقال حرارت بالایی باشد تا بازدهی افزایش یابدو بیشتر مبدل های موجود در صنعت از این دسته هست

 

2. مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم:

در این نوع مبدل های حرارتی ، سیال سرد و گرم در تماس مستقیم یکدیگر قرار میگیرند وتبادل انرژی  صورت میگیرد  در این مبدل های حرارتی بازدهی بالایی دارند . .

3.- مبدل های حرارتی نوع Regenerative:

در این مبدل، سطح جدا کننده سیال سرد و گرم ثابت نیست و قسمت هایی از سطح در معرض حرکت سیال سرد یا گرم قرار می گیرند. این نوع مبدل ها بیشتر در مقیاس های آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرد..

 

۳- مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم:

در این نوع مبدل های حرارتی ، سیال سرد و گرم در تماس مستقیم یکدیگر قرار میگیرند وتبادل انرژی  صورت میگیرد  در این مبدل های حرارتی بازدهی بالایی دارند . .

.4Recuperativeمبدل حرارتی نوع :

در این نوع مبدل حرارتی ،سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا شده اند و انتقال حرارت از طریق این سطح جامد ثابت  صورت می اینتند.

 

انواع مبدل های حرارتی بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها:

مبدل های لوله ای ، مبدل های صفحه ای مبدل های پره دار،

——————————————————————————————————————————————————————-

سیستم انتقال گرما نوعی مبدل حرارتی میباشد .

در سیستم انتقال گرما ، گرمای آب با تماس مستقیم با هوا، به اتمسفر فرستاده میشود و  آب خنک کننده‌ی مورد نیاز صنایع به برج خنک‌کننده باز می‌گردد تا سرد شود..

کارسیستم انتقال گرما  همانند کار تبخیر است.

دربرج خنک کننده مقدار زیادی از آب خنک می‌شود تا برای ورود دوباره  به تجهیزات مورد استفاده قرار گیرد.

کاربرد برج خنک کننده :

نیروگاه ها

پالایشگاه ها

پتروشیمی ها

و …

قسمتی از برج خنک کننده  با قطعاتی به نام پرکن ، پر میشود.آبی که میخواهد خنک شود روی پرکن ها پاشیده میشود.پرکن ها باعث افزایش سطح و زمان تماس بین هوا و آب میشوند.

دسته بندی بر اساس جریان

جریان متقاطع

هوا و آب به صورت عمود یا متقاطع به یکدیگر برخورد میکنند.

هوا از دیواره‌های عمودی وارد میشود  و با آب که از بالا در حال پاشیده شدن است، برخورد میکنند.

نیروی گرانش آب را به صورت یکنواخت  به  سمت پایین می‌کشد.

هوای متلاطم بعد از عبور  از محل ریزش آب، وارد یک فضای خالی میشود و دمای آب پایین می‌آید..

مزایای جریان متقاطع

  1. هزینه‌ی بهره‌برداری بسیار پایین
  2. مقدار مصرف انرژی پایین
  3. نگهداری ساده

معایب جریان متقاطع

  1. ورود مواد زائد به قسمت فضاهای خالی و پرکننده
  2. بازگشت آب به مسیر نامناسب

کاربرد جریان متقاطع

  1. صنایع فشرده‌سازی هوا
  2. در صنایع  پتروشیمی

 

جریان ناهم‌جهت

هوا خلاف جهت آب وارد میشود.

هوا از قسمت پرشده وارد و از بالا خارج می‌شود.

آب از بالا روی پرکننده ها پاشیده میشود.

هوا گرما را از آب میگیرد و توسط فن از بالا خارج میشود.

مزایای جریان  ناهم جهت

  1. بیشترین بازدهی در برج ها
  2. بیشترین تماس آب و هوا

 

معایب جریان نا هم جهت

  1. تعمیرات دشوار
  2. صدای زیاد

کاربردجریان ناهم جهت:

  1. پالایشگاه نفت
  2. پالایشگاه گاز
  3. پالایشگاه پتروشیمی

دسته‌بندی بر اساس مکش هوا:

مکش طبیعی

برج های خنک کننده با مکش طبیعی گرمای اضافی سیستم را میگیرند .

آب گرم با کمک پمپ از  قسمت بالای برج وارد می‌شود.

تعدادی نازل  که به ورودی آب گرم متصل شده اند ، آب را درون برج اسپری می‌کنند.

هوا در جهت مخالف از پایین برج وارد می‌شود.

آب در تماس با هوا  کم کم تبخیر میشود.

و چون تبخیر فرایندی گرماگیر است، آب باقی‌مانده خنک میشود.

آب خنک‌ شده دوباره به فرایند فرستاده میشود..

دمای هوا به دلیل گرفتن گرما از آب بالا می‌رود.

هر چه دمای هوا بالاترباشد چگالی هوا کاهش می یابد.و مکش طبیعی صورت میگیرد و هوا از پایین به بالای برج میرود و از آنجا خارج میشود.

 

تصویر برج خنک کننده با مکش طبیعی

 

مزایای مکش طبیعی

  1. ایمنی بالا
  2. هزینه ی تعمیرات کم
  3. بازدهی بالا

معایب مکش طبیعی

  1. عدم تطابق با شرایط اتمسفری
  2. هزینه‌ی بالای نصب
  3. فضای زیاد برای نصب

کاربردمکش طبیعی:

  1. قابل استفاده در نیروگاه های برق

مکش مکانیکی

از مکش مکانیکی برای جابه جایی هوا استفاده میشود.

مکش مکانیکی به دو دسته تقسیم میشود:

دمیدن اجباری:

در دمیدن اجباری ، هوا به کمک یک فن ،به بالا فرستاده میشود.

آب گرم از بالای برج وارد میشود.

آب و هوا در خلاف جهت همدیگر وارد میشوند . و باعث تبخیر قسمتی از آب و انتقال گرما به هوا می‌شود.

میزان سرمایش در این مبدل‌ها کم است.

مزایای دمیدن اجباری

  1. تعمیرات و نگهداری آسان
  2. مقاومت در برابر هوا

معایب دمیدن اجباری:

  1. نیاز به توان بالای فن
  2. مشکل در چرخش هوای گرم شده

کاربرد دمیدن اجباری:

  1. صنایع شییایی

مکش اجباری:

آب از بالا و هوا از پایین وارد برج میشود.

. آب به درون برج اسپری میشود.

. فن مکش هوا در بالای برج نصب شده است

در این نوع از برج، زمان تماس هوا و آب زیاد است و باعث افزایش بازدهی میشود.

مزایای مکش اجباری

  1. عدم برگشت هوای گرم به سیستم
  2. فضای کم برای نصب

معایب مکش اجباری:

  1. تعمیر و نگهداری سخت به دلیل تماس با هوای مرطوب
  2. مقاومت پایین در برابر خوردگی

کاربرد مکش اجباری:

  1. صنایع شیمیایی
  2. صنایع غذایی

دسته‌بندی بر اساس روش انتقال حرارت:

برج خنک‌کننده خشک:

در این سیستم از آب به  عنوان خنک کردن مورد استفاده قرار نمیگیرد.

گرما بدون مصرف آب وارد اتمسفر می‌شود.

در این روش انتقال حرارت صورت می‌گیرد.

مزایای برج خنک کننده خشک:

  1. تعمیرات و نگهداری ساده
  2. بدون نیاز به آب

معایب برج خنک کننده خشک:

  1. سر وصدای زیاد

کاربرد برج خنک کننده خشک: 

  1. واحد‌های تولید برق
  2. واحدهای پردازش آهن

برج خنک کننده خیس:

به برج خنک کننده خیس، برج مدار باز نیز میگویند.

اساس کار این برج ، تبخیر آب میباشد.

تبخیر آب در هوای ورودی ، باعث کاهش دما میشود.

مزایای برج خنک کننده باز:

  1. افزایش بازده

معایب برج خنک کننده باز:

  1. هزینه های زیاد برای تعمیر و نگهداری

کاربرد برج خنک کننده باز:

  1. پتروشیمی
  2. پالایشگاه
  3.  نیروگاه

برج خنک‌‌کننده مدار بسته

در برج خنک کننده مدار بسته سیال ،با هوای خنک‌کننده تماس پیدا نمی‌کند.

در برج خنک کننده مدار بسته دو مسیر خارجی و یک کویل خنک کننده وجود دارد.

کویل ، سیال فرایندی را از هوای بیرون جدا می‌کند تا پاکیزه باشد

. سیال فرایندی درون مدار داخلی جریان دارد.

آب در ترکیب با هوا  در مدار خارجی  میچرخد.

گرما از سیال فرایندی ابتدا به آب منتقل  میشود و سپس بعد از تبخیر وارد هوا میشود.

مزایای برج خنک کننده مدار بسته:

  1. کاهش هزینه های عملیاتی
  2. فضای کم برای نصب

معایب برج خنک کننده مدار بسته:

  1. بالابودن هزینهی برج خنک کننده مدار بسته
  2. وزن سنگین در مقایسه با مدار های دیگر

کاربردبرج خنک کننده مدار بسته:

  1. صنایع برودتی
  2. تهویه مطبوع
  3. گرمایش

 


تکنولوژی مبدل میکروچنل:

معمولا  مبدل های حرارتی در دو نوع هواخنک و آب خنک  در چیلر ها می باشند .

کندانسورهای فین و تیوب با استفاده از فین های آلومنیومی ، وظیفه خنک کردن ماده مبرد ، را برعهده دارند.

گاز با فشار و دما ی بالا از کمپرسور به کندانسور وارد می شود وتوسط فن های کندانسور از روی کویلها عبور میکند  و حرارت ماده مبرد را جذب میکند و از بالای کندانسور خارج می شود.

فین ها باعث خنک کردن  بهتر کندانسور میشوند.

ایده تولید مبدل های حرارتی میکروچنل :

کارخانجات ، به دلیل قیمت بالای لوله های مسی تحقیق کردند  که میتوانند به جای لوله های مسی  از فلز آلومینیوم استفاده کنند.

به همین دلیل طرحی را پیشنهاد کردند  که وزن و ابعاد کندانسورها را کم کند و از فلز آلومینیوم به جای لوله های مسی استفاده شود.سرانجام کندانسورهای میکروچنل را تولید کردند که امروزه در سیستم های تهویه مطبوع ، بسیار شناخته شده هستند.

کویل میکروچنل چیست ؟

امروزه کویل های کندانسور چیلرهای هواخنک، به کندانسورهای آلومنیومی میکروچنل تعلق  دارند .

کویل های میکروچنل ، از کویل های آلومنیومی ساخته شده اند و در هر ردیف صفحات آلومنیومی چند مسیر عبور مبرد وجود دارد.

به دلیل افزایش صفحات و سطح انتقال حرارت، کندانسور بهتر و راحت تر خنک می شود .

کویل های میکروچنل مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند.که یکی از مزیت های این سیستم میباشد.

مزایای کویل های میکروچنل نسبت به کویل های فین و تیوب:

ابعاد کوچکتر

بازدهی بیشتر

استفاده از مبرد کمتر

مقاومت بیشتر در برابر خوردگی

عمر بالاتر

نگهداری راحت تر

تمیز کردن راحت با آب و بدون آسیب رسیدن به کویل ها

حفاظت بهتر در اثر برخورد با اشیاء مختلف

مبدل های میکروچنل ساختار پیچیده ای ندارند و بسیار کاربردی هستند.

 

 

 

 

 

معایب کندانسورهای میکروچنل :

کندانسینگ یونیت های میکروچنل در کارخانه به طور کامل  شارژ نمیشود  وباید بخشی از شارژ در محل پروژه صورت گیرد.

عملیات شارژ گاز و پمپ دان،  را نمی توان با کندانسورهای میکروچنل انجام داد.

احتمال گرفتگی،  در کندانسور های میکرو چنل وجود دارد.

احتمال خرابی کندانسینگ یونیت بسیار زیاد است.

بعد از هر بار تعمیر باید با دقت زیاد میکروچنل ها شست و شو شوند.

هزینه های تعمیر میکروچنل ها به صورت دقیق مشخص نیست .