یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین تجهیزات مورداستفاده در سیستمهای گرمایشی و سرمایشی مبدل‌های حرارتی است. وظیفه این قطعه انتقال حرارت و دما به سیال‌های در حال جریان است. همان‌طور که از نام مبدل حرارت صفحه‌ای مشخص است، از صفحات فلزی تعداد بالا ساخته‌شده و به کمک واشرهای پلیمری از همدیگر جدا می‌شوند. واشری که برای مبدل حرارتی استفاده می‌شود یک سمت آن دایره‌ای شکل بوده و قسمت پایینی آن برای قرارگیری دو حفره به‌صورت برعکس استفاده می‌شود.
قسمت بالایی و پایینی واشر تفاوت‌هایی باهم دارد، به همین دلیل نحوه قرار دادن آن روی مبدل حرارتی به این‌گونه است که ابتدا اولین صفحه را میان قاب فولادی قرار داده و صفحه دوم برعکس روی صفحه اولی قرار دهید و الی‌آخر. برای آن‌که بتوانید سیال و حرارت را انتقال دهید باید از این نحوه چیدمان در کنار هم استفاده کنید. به‌طورکلی، این مبدل دارای اجزای اصلی است که شامل؛ فریم متحرک، فریم ثابت، تکیه‌گاه، میله حمال، میله راهنما، پیچ‌های فشاری، صفحات مبدل و واشر است.
نحوه عملکرد مبدل حرارتی صفحه‌ای چگونه است؟
برای درک بهتر از چگونگی عملکرد مبدل حرارتی و دلیل چیدمان صفحات کنار یکدیگر ادامه این بخش را مطالعه کنید.
مبدل‌های صفحه از تعداد زیادی صفحات چین‌دار ساخته‌شده‌اند که با قرارگیری واشر پلیمری میان آن‌ها، فاصله‌ای میان صفحات ایجاد می‌شود. برای آن‌که صفحات درون قاب فولادی ثابت و مقاوم باشند باید از پیچ و مهره‌های مخصوص مبدل حرارتی استفاده کرد. مبدل صفحه دارای چهار لبه حفره‌دار است که معمولاً برای جریان سیال به کار گرفته می‌شود.
سیال گرم در یک امتداد از بالای دستگاه واردشده و با قرارگیری صفحه نخست، چنانچه واشر پلیمری روی حفره دایره‌ای شکل باشد، انتقال سیال روی صفحه امکان‌پذیر نخواهد بود به همین دلیل موجب انتقال سیال به صفحه دوم می‌شود. در این صفحه واشر قرارگرفته روی حفره بدون دایره است، سیال،پ روی صفحه شیار‌دار جریان پیدا می‌کند و میان صفحه سرد و گرم سیال قرار میگیرد.
سیال گرم دیگر به صفحه بعدی منتقل نشده و از حفره عبور می‌کند سپس، به‌محض ورود به صفحه بعدی بین دو صفحه گرم و سرد قرار میگیرد. با انجام این کار به‌صورت یکی در میان، سیال گرم میان دو صفحه قرار خواهد گرفت.
در مبدل حرارتی سیال سرد منتقل‌شده همانند؛ فرایند بالا به‌صورت یکی در میان، بین صفحات سیال سرد قرار میگیرد. ازآنجایی‌که هنگام انتقال سیال آشفتگی‌های زیاد رخ می‌دهد، تبادل گرما و حرارت باراندمان بالا به کمک این دستگاه صورت میگیرد.
نکته بسیار مهم؛ نحوه چیدمان صفحات و واشرهای پلیمری این‌گونه است که امکان قرارگیری سیال گرم میان دو صفحه و سیال سرد بین دو صفحه دیگر امکان‌پذیر نیست.
انواع مبدل حرارتی صفحه‌ای
با توجه به ساختار مبدل‌ها و نصب تجهیزات در آن، می‌توان این بخش را به گر‌وه‌های مختلفی تقسیم کرد که از لحاظ کارایی با هم دیگر متفاوت هستند. مبدل حرارتی صفحه‌ای انواع مختلفی دارد که در ادامه این بخش به بررسی و توضیح هر کدام می‌پردازیم.
مبدل حرارتی صفحه‌ای واشردار: یکی از رایج‌ترین انواع مبدل‌های حرارتی که میان صفحات با واشر پلیمری پوشانده شده، مبدل حرارتی صفحه‌ای واشردار است. این واشر‌ها کمک می‌کند، جابجایی صفحات به‌راحتی و در مدت‌زمان کم انجام شود.
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای جوشی: طراحی و ساخت این مبدل‌ها به این شکل است که صفحات بافاصله ۵ میلی‌متر به یکدیگر جوش داده می‌شوند، به همین علت نمی‌توان صفحات فلزی را جابجا کرد و بیشتر در سیستمهای تبرید صنعتی کاربرد دارد. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای جوشی قادر به تحمل فشار بسیار زیاد در هر شرایطی هستند و این مهم‌ترین ویژگی مثبت این محصول هست.
مبدل‌های حرارتی نیمه جوشی: طراحی و ساخت این مبدل برگرفته از ترکیب دو نمونه قبل است. صفحات در کنار هم مرتب جفت شده و توسط واشر پلیمری و دو جفت دیگر با جوشکاری به هم متصل می‌شوند. روش شستشو، تعمیر و تعویض صفحات مبدل‌های نیمه جوشی نسبت به تمام جوش آسان‌تر است. از دیگر انواع مبدل‌های حرارتی می‌توان به نوع حلزونی، جوش Bavex و لحیم‌کاری شده اشاره کرد، که ازنظر کاربرد، نحوه قرارگیری و چیدمان صفحات در قاب فلزی با هم متفاوت هستند.
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای لحیم‌کاری شده: شاید این نوع مبدل به گوش شما خورده باشد، که اغلب برای آب‌بندی مبدل‌ها از لحیم‌کاری استفاده می‌کنند. جابجایی این مبدل‌ها به‌منظور نظافت و تعمیر امکان‌پذیر نیست. از مزایای مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای لحیم‌کاری شده می‌توان به استحکام و دوام بالا در برابر خوردگی اشاره نمود. به دلیل استفاده از فولاد ضدزنگ در فرایند تولید این محصول و لحیم‌کاری مس، عمر طولانی‌تری دارند. این مبدل‌ها قادر به تحمل فشار ۳۰ بار و دمای بالای ۲۰۰ درجه سانتی گراد هستند. مهم‌ترین کاربرد‌های این مبدل‌ها در تهویه مطبوع، سیستمهای گرمایشی، سیستمهای تبرید، سیستمهای تجدید پذیر و کار‌های صنعتی نیاز به حرارت است.
جهت خرید انواع مبدل حرارتی صفحه‌ای کافی است وارد مجموعه معتبر به تین کاوش نوین شوید و محصول موردنیاز را باکیفیت تضمینی و قیمت مناسب خریداری کنید. به‌منظور کسب اطلاعات بیشتر در خصوص مبدل‌ها با کارشناسان پاسخگو تماس بگیرید.
به‌طورکلی، انتقال سیال با آشفتگی زیادی همراه است، تبادل گرما با راندمان بالایی انجام‌شده و تحمل فشار در سطح نرمالی قرار میگیرد. از این مبدل در صنایع گوناگونی استفاده می‌شود که مهم‌ترین آن به شرح زیر است؛
در سیستمهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان‌ها
انتقال گرما در موتورخانه‌ها
به‌عنوان سیستم خنک‌کننده در تبخیر و کنداسیور‌ها
به‌کارگیری در سیستمهای تبرید و چیلر‌ها
مزایای مبدل حرارتی صفحه‌ای
مبدل حرارتی صفحه‌ای از مزایای بی‌شماری برخوردار است که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.
بالا بودن راندمان به دلیل آشفتگی در جریان سیال‌های گرم و سرد
فضای کم بین صفحات و مقدار اندک سیال گرم و سرد بین آن باعث شده وزن مبدل سبک شمرده شود.
اشغال فضای کم به دلیل قرارگیری صفحات کنار هم
تعمیر و تعویض واشر و صفحات در صورت خرابی و بروز مشکل
انتقال گرما در مدت‌زمان بسیار کم به دلیل فاصله اندک میان صفحات
رسوب‌گیری کم به علت آشفتگی جریان سیال‌های گرم و سرد
امکان گذاشتن صافی در ورودی مبدل حرارتی صفحه‌ای برای پیشگیری از ورود ذرات به داخل دستگاه
چگونه ظرفیت مبدل حرارتی صفحه‌ای را انتخاب کنیم؟
انتخاب ظرفیت مناسب برای یک مبدل حرارتی صفحه‌ای به عوامل متعددی بستگی دارد و باید با دقت انجام شود تا از افت بازدهی یا افزایش مصرف انرژی جلوگیری شود. مهم‌ترین پارامترهایی که باید در نظر گرفت عبارت‌اند از:
دبی سیال (آب، بخار، روغن حرارتی و…): باید بدانید چه مقدار سیال در واحد زمان از مبدل عبور می‌کند. این مقدار معمولاً به لیتر بر دقیقه (L/min) یا مترمکعب بر ساعت (m³/h) بیان می‌شود.
دمای ورودی و خروجی دو طرف مبدل: اختلاف دمای ورودی و خروجی در هر سمت، نشان می‌دهد چه مقدار انرژی باید تبادل شود.
نوع سیالات و ویسکوزیته آن‌ها: آب، روغن، بخار یا سیالات خاص؛ جنس صفحات و طراحی مبدل باید متناسب با آن باشد.
افت فشار مجاز (Pressure Drop): باید بررسی شود افت فشار ایجادشده در مبدل در هر دو طرف، در محدوده قابل قبول سیستم باشد.
ضریب انتقال حرارت و سطح مؤثر تبادل حرارتی: این موارد به طراحی داخلی، تعداد صفحات و جنس صفحات بستگی دارد.
محاسبه ظرفیت
برای تعیین ظرفیت یک مبدل حرارتی صفحه‌ای، باید انتقال حرارت مورد نیاز را با توجه به شرایط سیال گرم و سرد محاسبه کرد. به‌طور کلی مراحل محاسبه عبارت‌اند از:
مشخص کردن پارامترهای ورودی و خروجی:
دمای ورودی و خروجی سیال گرم و سرد، دبی جریان هر یک، خواص فیزیکی سیالات (ظرفیت گرمایی، چگالی، ویسکوزیته و هدایت حرارتی).
محاسبه اختلاف دمای مؤثر:
از LMTD برای یکسان کردن تأثیرات دماهای متغیر در طول مبدل استفاده می‌شود.
انتخاب ضریب انتقال حرارت کلی :
ضریب انتقال حرارت کل که شامل مقاومت‌های حرارتی صفحات، لایه‌های سیال کنار صفحه و گسکت (در مدل‌های واشردار) است.
به‌صورت تقریبی، می‌توان از فرمول ساده زیر برای محاسبه ظرفیت انتقال حرارت استفاده کرد:
Q = m × Cp × ΔT
که در آن:
Q = ظرفیت حرارتی موردنیاز (کیلووات)
m = دبی جرمی (kg/s)
Cp = ظرفیت گرمایی ویژه سیال (kJ/kg.°C)
ΔT = اختلاف دمای بین ورودی و خروجی (°C)
با دانستن مقدار Q، می‌توان مبدل مناسب را از کاتالوگ‌های مهندسی یا مشاوره تخصصی انتخاب کرد.
مبدل حرارتی صفحه‌ای برای موتورخانه
در سیستمهای موتورخانه‌ای، به‌خصوص گرمایش مرکزی، مبدل حرارتی صفحه‌ای نقش مهمی در جداسازی مدار دیگ از مدار گرمایش (رادیاتورها، فن‌کویل‌ها، کف‌خواب و…) ایفا می‌کند. دلایل استفاده از مبدل در این کاربردها شامل:
جلوگیری از ورود رسوب و ذرات به دیگ‌ها
تفکیک کامل سیستم اولیه و ثانویه (هیدرولیکی و حرارتی)
بهبود راندمان انتقال حرارت نسبت به مبدل‌های پوسته و لوله
صرفه‌جویی در فضا و سهولت نصب
مبدل‌های واشردار قابل باز شدن برای موتورخانه‌ها رایج‌تر هستند چون تمیزکاری و سرویس آن‌ها ساده‌تر است. اگر فشار کاری یا دمای بالا باشد، ممکن است از مبدل‌های لحیم‌کاری شده یا جوشی نیز استفاده شود.
جدول مقایسه انواع مبدل حرارتی صفحه‌ای
نوع مبدل
ساختار
مزایا
معایب
کاربردها
واشردار (Gasketed)
صفحات با واشر لاستیکی، قابل باز شدن
قابلیت تمیزکاری، تعمیر و افزایش صفحات
حساس به دمای بالا، احتمال نشتی در طول زمان
موتورخانه‌ها، صنایع غذایی، HVAC
لحیم‌کاری شده (Brazed)
صفحات فلزی لحیم‌کاری شده با مس یا نیکل
اندازه کوچک، قیمت کمتر، تحمل فشار بالا
غیر قابل تعمیر، رسوب‌گیری مشکل‌ساز
سیستمهای تبرید، آبگرمکن‌ها، پمپ‌های حرارتی
نیمه‌جوش (Semi-Welded)
یک سمت صفحات جوش، سمت دیگر واشر
تحمل فشار و دمای بیشتر، قابلیت سرویس نسبی
قیمت بالا، پیچیدگی نصب
سیالات خورنده، صنایع شیمیایی
کاملاً جوشی (Welded)
صفحات کاملاً جوش داده شده بدون واشر
بسیار مقاوم، مناسب سیالات تهاجمی
غیر قابل سرویس، هزینه بالا
صنایع نفت، گاز، شیمیایی و فرآیندی سنگین
معایب مبدل حرارتی
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای علاوه بر مزایا معایبی هم دارند که در این بخش به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.
هزینه مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای نسبت به مبدل‌های حرارتی دیگر گران‌تر است، پس درنتیجه برای خرید مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای باید بودجه زیادی در نظر بگیرید.
اگر قصد شما خرید مبدلی است که بتواند فشارهای زیادی را تحمل کند، مبدل حرارتی صفحه‌ای بهترین گزینه محسوب می‌شود چرا که، در صورت فشار احتمال دررفتن و خارج شدن واشر وجود دارد.
زمانی که فشار به‌شدت بالا است می‌توانید از مبدل حرارتی صفحه‌ای نوع جوشی نیز استفاده کنید.
در صورت نشتی واشر و ترکیب دو سیال متفاوت با هم، یافتن واشر معیوب کاری دشوار است.
در برخی مواقع از قبیل جابجایی یا راه‌اندازی مجدد صفحات، به دلیل سفت کردن بیش‌ازاندازه پیچ‌ها ممکن است صفحه خورد یا خراب شود.
در مبدل صفحه‌ای از نوع جوشی، زمانی که دما و فشار بیشتر می‌شود، احتمال رسوب‌گذاری سیالات افزایش پیداکرده و این کار درصورتی‌که سیال سمی یا خورنده باشد، خطرناک است.
قیمت مبدل حرارتی صفحه‌ای
قیمت مبدل حرارتی صفحه‌ای مشخص نیست، چرا که بر اساس یک سری فاکتور‌های مهم مثل ظرفیت، نوع کاربری، ابعاد مبدل، جنس صفحات، نوع آن، اندازه مبدل و… تعیین می‌شود. هر چه ابعاد و تعداد صفحات بزرگ‌تر شود، قیمت مبدل افزایش می‌یابد. قیمت مبدل حرارتی صفحه‌ای که با فشار بالا کار می‌کند نسبت مبدل حرارتی که فشار پایینی دارد، گران‌تر است. برای کسب اطلاع دقیق‌تر در خصوص قیمت مبدل‌ها با کارشناسان فروش به‌تین کاوش نوین تماس بگیرید.
خرید مبدل حرارتی صفحه‌ای
اگر قصد خرید مبدل حرارتی صفحه‌ای را دارید، پیشنهاد ما به شما خرید از مجموعه فروشگاهی معتبر به تین کاوش نوین است. کلیه محصولات موجود در این فروشگاه از کیفیت عالی و قیمت مناسبی برخوردار هستند. مجموعه به تین کاوش نوین تأمین‌کننده انواع تجهیزات و قطعات صنعتی در سراسر کشور است که محصولات آن از بهترین برند‌های دنیا تأمین می‌شود.
بنابراین، اگر کیفیت مبدل خریداری‌شده برایتان مهم است، خرید از این مجموعه را به شما پیشنهاد می‌کنیم. در صورت نیاز به دریافت اطلاعات بیشتر در این باره یا مشاوره پیش از خرید با شماره‌های درج شده در سایت با کارشناسان تماس گرفته تا راهنمایی لازم در اختیارتان قرار گیرد.
