مبدل حرارتی یکی از تجهیزاتی مکانیکی بسیار پر کاربرد است که توانایی کاهش تلفات گرما را در محیط های مختلف دارد. هر روزه مقدار زیادی انرژی از طریق دودکش ها تلف می شود که با استفاده از مبدل حرارتی امکان نجات این انرژی و استفاده بهینه از آن وجود دارد. مبدل حرارتی دارای کاربرد گسترده ای است. خودروها، هواپیماها و کشتی ها از جمله مواردی است که مبدل های حرارتی در آن ها استفاده می شود.
مبدل های حرارتی در واقع نقطه اتصال دو سیال با دما های مختلف هستند. تصور کنید یک بویلر با سوزاندن مقداری سوخت هوایی گرم را وارد لوله ها می کند. برای انتقال این حرارت نیاز است سیال دومی در تماس با هوای داغ برآمده از بویلر باشد که به این صورت با استفاده از شبکه بندی و لوله کشی مناسب گرمای مورد نیاز برای ساختمان ارائه می شود. در واقع مبدل حرارتی بدون اینکه هوای داغ را به داخل ساختمان منتقل کند، هوای ساختمان را گرم می کند.
در این نوشته از بخش وبلاگ مهندس یار در مورد چگونگی عملکرد مبدل حرارتی و انواع آن ها صحبت خواهیم کرد.
کاربرد مبدل حرارتی
مبدل حرارتی دارای کاربرد های گسترده ای است. یکی از اصلی ترین کاربرد های این تجهیزات مکانیکی ساختمان ها می باشند. مبدل های حرارتی تجهیزاتی هستند که می توانند فضای اتاق را گرم یا سرد کنند. این تجهیزات با استفاده از سیکل های گرم و سرد انجام می شود و به اینصورت انتقال حرارت بین دو سیال گرم و سرد صورت می گیرد. بدین ترتیب هوای گرم یا سرد به داخل اتاق ها پمپ می شود.
یکی دیگر از کاربرد های مبدل حرارتی در داخل نیروگاه ها و موتورهای حرارتی است. مبدل های حرارتی در این نمونه ها باعث کاهش تلفات انرژی می شوند. در هنگام خروج گازهای داغ از اگزوز خودرو یا خروجی نیروگاه یک مبدل حرارتی قرار داده می شود تا گرمای باقی مانده در این گازها را تبدیل به کار کند. در نیروگاه ها این گرما به آب در جریان در لوله ها منتقل شده و سپس آب گرم شده به سیکل نیروگاه باز می گردد. بر این اساس قسمتی از گرمای مورد نیاز برای بخار آب در نیروگاه ها از این طریق تامین می شود.
در اتوبوس ها که از موتور دیزلی استفاده می کنند از یک مبدل حرارتی استفاده می شود تا هوای سرد یا گرم را در شرایط مورد نظر به داخل اتوبوس منتقل کنند. همچنین در خودرو های مختلف رادیاتور هایی وجود دارد که براساس عملکرد آن ها سیال خنک شده دور موتور چرخش می کند و سیال گرم شده به سیکل باز می گردد تا دوباره خنک شود. رادیاتورها از تعداد زیادی فین های آلمینیومی تشکیل شده اند که انتقال حرارت بین دو سیال را ایجاد می کنند.
انواع مبدل گرمایی
تمامی مبدل های حرارتی دارای وظیفه یکسانی هستند که انتقال حرارت بین دو سیال گرم و سرد است. اما نحوه عملکرد آن ها متفاوت است. مبدل حرارتی به صورت کلی به دو دسته پوسته و لوله و صفحه و فین تقسیم می شود. همچنین جریان های سیال موجود در این مدل از مبدل های حرارتی به سه دسته موازی، در خلاف جهت و با زاویه تقسیم می شوند.
در مبدل حرارتی پوسته و لوله از چند سری لوله از جنس فلز استفاده می شود که در داخل یک پوسته قرار دارند. از طریق تماس این دو قسمت انتقال حرارت مورد نظر صورت می گیرد. مدل دیگری از مبدل های حرارتی به صورت صفحه و فین است. در این حالت نیز سیال در سطح مقطع های بزرگی در حال جریان است که بر این اساس صفحات فلزی نازکی باعث انتقال حرارت بین دو سیال می شود. از این مدل از مبدل های حرارتی در کوره ها بیشتر استفاده می گردد.
تلفات انرژی
مبدل های گرمایی از جمله بهترین تجهیزات برای کاهش تلفات انرژی هستند. دو مدل از چرخه های باز پس گیری و باز تولید انرژی از جمله نمونه های استفاده از این تجهیز برای باز گردانی انرژی لازم به چرخه است. در حالت باز پس گیری دو سیال سرد و گرم در دو لوله متفاوت و در جهت مخالف، همزمان جریان پیدا می کنند. تماس غیر مستقیم این دو لوله موجب انتقال حرارت بین آن ها می شود. چرخه باز تولید نیز همانند چرخه باز پس گیری است که تفاوت آن غیر همزمان بودن دو جریان و همچنین حضور تنها یک لوله در مسیر است.
در چرخه باز تولید تنها از یک لوله استفاده می شود. ابتدا یکی از سیال ها در لوله جریان پیدا می کند و سپس سیال دوم جریان پیدا کرده تا انرژی مورد نیاز را از طریق تماس با لوله کسب کند. چرخه باز تولید یکی از چرخه های کلید در موتور استرلینگ می باشد.
همچنین بخوانید: آموزش انسیس فلوئنت
بهترین مواد برای ساخت مبدل حرارتی
در حالی که بیشتر افراد تصور می کنند که فلزات بهترین انتخاب برای لوله های مبدل های حرارتی هستند، اما جنس های دیگری همچون سرامیک، پلاستیک و کامپوزیت از جمله دیگر لوله های مورد استفاده در مبدل حرارتی می باشند. تمامی موادی که گفته شد دارای مزایا و معایب خاصی هستند. به عنوان مثال استفاده از پلاستیک به عنوان لوله های مبدل حرارتی بسیار مناسب زیرا دارای هزینه کمتر و نسبت به خوردگی و مواردی از این قبیل مقاوم هستند.
مدل های کامپوزیتی نیز می توانند گزینه های مناسبی برای لوله ها باشند. در برخی موارد دمای سیال جریان یافته در لوله به قدری بالا است که می تواند لوله های فلزی را ذوب کند پس بهتر است از گزینه های جایگزین استفاده شود.
امروزه حضور مبدل های حرارتی در قسمت های مختلف ساختمان دیده می شود. به عنوان مثال یک فن هوای اتاق می تواند همانند یک مبدل حرارتی عمل کنید. این تجهیز می تواند هوای داخل اتاق را در تماس با هوای بیرون از اتاق قرار دهد که به این ترتیب انتقال حرارت مناسبی بین این دو صورت می پذیرد. همچنین رادیاتور های هر اتاق می تواند نمونه کاملی از یک مبدل حرارتی باشد. بخار آب داغ موجود در لوله های رادیاتور موجب گرم شدن هوای عبوری از بین لوله های رادیاتور می شود.
هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.