ممکن است با کاربرد مبدل حرارتی صفحه ای آشنا نباشید. پس بهتر است با ما تا انتهای این مقالههمراه باشید.خوب است بدانید تبادل حرارتی میان
دو یا چند سیال با دماهای مختلف در اغلب فرآیندهای صنعتی، تجاری و خانگی
اتفاق می افتد و معمولا بدین منظور از مبدل حرارتی استفاده می شود.
در صنعت بسته به محدوده درجه حرارت، فشار و شرایط کاری و عملیاتی، مبدلها به
شکل های مختلف طراحی و ساخته می شوند. شدت رقابت در بازارهای جهانی و نیاز
روز افزون به صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش اثرات زیست محیطی فرآیندها
سبب شده است که مصرف کنندگان به سمت استفاده از مبدل های با کارایی بالا
متمایل شوند. در این مقاله ضمن معرفی کامل نسل جدیدی از مبدل حرارتی صفحه
ای تحت عنوان مبدل صفحه ای، به مقایسه آنها با مبدل های پوسته و لوله سنتی
پرداخته و عملکرد مناسب مبدل های صفحه ای را در جلوگیری از اتلاف حرارت و
سوخت بررسی می کنیم.
شناخت مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل حرارتی صفحه ای بسیار متنوع بوده و در بخش های مختلف صنعت همانند
صنایع غذایی، شیمیائی، نفت، داروسازی، دریائی و تاسیسات حرارتی و برودتی
كاربردهای فراوانی دارند. پیشرفتهای اخیری كه در تكنولوژی تولید و ساخت این
نوع از مبدلها بوجود آمده است منجر به كاهش هزینه های تولید شده و همچنین
با توجه به اهمیت فراوان مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی و عملکرد مناسب
مبدل صفحه ای در راستای تحقق این هدف، افرایش روز افزون كاربرد آنها در
صنعت تاسیسات مشاهده می شود.
از مبدل صفحه ای برای گرمایش آب گرم مصرفی بطور چشم گیری استفاده می شود،
در این سیستم آب گرم با هر دما و هر مقدار مورد نیاز بصورت دائمی در اختیار
مصرف كننده قرار گرفته و به عبارت دیگر تمام نشدنی است. همچنین در این
سیستم تولید آب گرم فوری، می توان آب را با دمای لازم تولید و در همان دما
مصرف نمود؛ كه سبب صرفه جویی زیادی در انرژی و مصرف آب خواهد شد.
مبدل های حرارتی صفحه ای متشکل از مجموعه ای مستطیلی از صفحات فلزی موج دار
بوده که توسط یک قاب در کنار یکدیگر ثابت نگه داشته شده و دو سیال سرد و
گرم به صورت یک در میان، بین آنها جریان دارند.
ایده اولیه این نوع از مبدل ها اولین بار توسط یک آلمانی به نام آلبرت
دراک در سال 1878 به ثبت رسید، سپس در سال 1890 ، دو مخترع آلمانی دیگر
به نام های لاگن و هاندهاسن طرح اولیه را تکمیل نموده و در سال 1931،
اولین مبدل حرارتی صفحه ای با ضخامت 5 تا 10میلی متر ساخته شد، در سال 1960
تولید این گونه مبدل ها وارد مرحله جدیدی شد ، در سال 1977 نوع لحیم کاری
شده به بازار عرضه گردید و نهایتا در سال 2003 تکنولوژی جدید آلفا فیوژن
معرفی شد. امروزه مبدل های حرارتی از ورق های با جنس های متنوع و ضخامت4/0
میلی متر ساخته شده اند که قادر به تولید سطح حرارتی برابر 2000 متر مربع
در یک واحد مبدل می باشند.
در این مقاله ضمن معرفی کامل انواع متفاوت مبدل های حرارتی صفحه ای، قطعات
سازنده و نحوه عملکرد آنها، به بررسی پارامترهای طراحی می پردازیم و در
پایان با انجام مقایسه ای بین فواید این نوع از مبدل ها و مبدل های پوسته و
لوله، نقش موثر مبدل های صفحه ای را در کاهش مصرف سوخت مطالعه می کنیم.
معرفی مبدل های حرارتی صفحه ای و قطعات سازنده
مبدل های حرارتی صفحه ای به چهار دسته مختلف تقسیم بندی می شوند:
1- مبدل صفحه ای واشردار ، 2- مبدل صفحه ای لحیم شده ، 3- مبدل صفحه ای
حلزونی ، 4- مبدل لاملا . در ادامه به بررسی مبدل های حرارتی صفحه ای
واشردار، اصول طراحی و کاربرد آنها می پردازیم.
مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار
در مقاله قبل در خصوص
کاربرد مبدل حرارتی صفحه ای واشردار در صنعت تاسیسات مطلبی ارائه کردیم. می توانید این مقاله را مطالعه کنید. این نوع از مبدل ها از هشت بخش اصلی تشکیل شده اند ، این اجزا عبارتند از:
1- صفحه ثابت یا صفحه قاب که معمولا چهار دهانه ورودی و خروجی سیال بر روی آن قرار گرفته است.
2- صفحه فشار یا صفحه متحرک که نقش آن ایجاد فشار بر روی صفحات می باشد.
این صفحات معمولا از فولادهای کربنی ساخته شده و سپس با مواد ضد زنگ و یک
لایه رنگ جهت جلوگیری از خطر خوردگی پوشیده می شوند.
3- مجموعه صفحات واشربندی شده که در واقع هر دو سیال سرد و گرم یک در میان
در بین آنها جریان دارند. واشرها علاوه بر هدایت سیال مانع از نشت آن به
بیرون شده و از آمیخته شدن دو سیال با هم جلوگیری می کنند.
4- میله حامل بالایی که صفحات را نگه داری کرده و معمولا از جنس آلومینیوم یا فولاد کربنی رنگ شده می باشد.
5- میله هادی پایینی که وظیفه هدایت صفحات را به عهده داشته و معمولا از جنس استنلس استیل (فولاد زنگ نزن ) ساخته می شود.
6- میله و پیچهای اتصال، این اتصالات به کمک دو صفحه ثابت و صفحه فشار
مجموعه صفحات واشربندی شده را تحت فشار قرار داده تا سیستم از درون بتواند
فشار سیال عبوری را تحمل کند.
7- مجاری اتصال دهنده که معمولا بر روی صفحه ثابت تعبیه شده به طوری که در
امتداد سوراخهای صفحات قرار می گیرند و وظیفه اتصال به سیستم لوله کشی را
دارند، اتصالات و نازلها معمولا از جنس صفحات ساخته می شوند تا بدین وسیله
از خوردگی های الکتروشیمیایی جلوگیری کنند.
8- پایه انتهایی که در مبدل های کوچک بکار نمی رود و وظیفه افقی نگه داشتن کل مبدل را بر عهده دارد.
به کمک پرس های بزرگ هیدرولیکی طرح ها و نقش های مختلفی بر روی صفحات ایجاد
می شود که به طور کلی باعث ابجاد استحکام مکانیکی، افزایش تلاطم، کاهش
رسوب گرفتگی، افزایش سطح تماس، بازدهی حرارتی بسیار بالا و صرفه جویی در
مصرف سوخت، جرم مصرفی کمتر و تنوع در طراحی می شود. نوع موج دهی در صفحات
به دو گروه اصلی نوع جریان آزاو نوع شورون تقسیم می شود که در شکل های (3) و
(4) نشان داده شده است:
صفحات جریان آزاد برای سیالاتی بکار می رود که حاوی ذرات جامد ریز شناور در
سیال می باشند (صنایع قند و آب میوه)، صفحات نوع شورون از کاربرد بیشتری
در صنعت برخوردار هستند و شیارها می تواند به صورت افقی یا عمودی باشد.
استفاده از مدل شکلات در ناحیه توزیع که تحت عنوان در شکل (4) مشخص شده
است سبب توزیع یکنواخت تر جریان شده و افت فشار را حداقل می کند. عمق پرس
مبدل حرارتی صفحه ای واشردار بین 5/1 تا 11 میلی متر جهت انجام وظایف
مختلف، تغییر می کند.