ورودی و خروجی مبدل حرارتی

 ورودی و خروجی مبدل حرارتی

پکیج دستگاهی متشکل از قطعات مختلف و سنسورهای حرارتی متنوع است که با همکاری یکدیگر آب مصرفی و رادیاتورها را همیشه گرم نگه می دارد. مبدل پکیج یکی از مهمترین قطعات این سیستم است که از لوله های مارپیچ ساخته شده و بر روی شعله قرار می گیرد. آب سرد از طریق لوله به داخل آن وارد می­ شود و در تماس با حرارت شعله گرم می شود را میتوانید مشاهده کنید.

لوله های مارپیچ مبدل حرارتی پکیج توسط تیغه هایی به نام فین به یکدیگر وصل شده اند، هر چه تعداد فین ها بیشتر باشد، مبدل گرمای بیشتری دریافت می کند و البته به همان اندازه احتمال مسدود شدن مسیر عبور جریان آب بیشتر می شود.

قیمت مبدل حرارتی: البته باید دانست، تعریف فوق فقط در مورد مبدل اصلی این سیستم بود، در حالی که روش کار مبدل حرارتی در پکیج های دو مبدل کمی متفاوت است. به این صورت که آب گرم در داخل مبدل اصلی در حال جریان است و آب سرد موجود در مبدل ثانویه به دلیل مجاورت با آب گرم مبدل اصلی گرم می شود. بنابراین مبدل پکیج به انواع مدل مبدل اولیه یا اصلی و مبدل ثانویه تقسیم می شود.

گرم شدن سیال سرد در اثر همجواری با سیال گرم اساس کار مبدل های حرارتی است که در ادامه این مطلب بیشتر به بررسی این موضوع خواهیم پرداخت.

پکیج های دیواری را بر اساس پارامترهای مختلف تقسیم بندی می کنند که یکی از رایج ترین این دسته بندی ها از لحاظ تعداد مبدل های حرارتی است. بر همین اساس انواع پکیج دیواری از نظر مبدل در یکی از زیرمجموعه های زیر قرار می گیرند:

در پکیج های تک مبدل یا بی ترمیک تنها یک عدد مبدل در ساختمان پکیج به کار رفته است که همانند مبدل دوبل عمل می کند، به عبارتی دیگر همان تک مبدل برای گرم کردن آب مصرفی و همچنین گرم کردن آب مورد نیاز در سیستم گرمایش ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد.

عده ای به پکیج بی ترمیک یا Bithermic لقب آبگرمکن فوری نیز می دهند، چون روش کار این نوع مبدل به این صورت است که هم آب گرم مصرفی و هم گرمایش را در تماس مستقیم با شعله مشعل در کمترین زمان ممکن تامین می کند.

روش کار پکیج تک مبدل به این صورت است که وقتی مصرف کننده درخواست آب گرم را از طریق باز کردن شیرهای آب داخل ساختمان به دستگاه اعلام می کند، آب سرد به مبدل پکیج وارد می شود تا در معرض شعله مستقیم مشعل گرم شود و سپس از طریق لوله­های آب گرم مصرفی به سمت شیرها هدایت شود.

گرم کردن آب مورد نیاز برای چرخش در مدار گرمایش نیز از طریق همین مبدل صورت می گیرد، به این صورت که پمپ دستگاه فعال شده و یر سه طرفه آب گرم را به سمت رادیاتورها هدایت می کند.

اما اولویت کار در پکیج های تک مبدل تامین آب گرم مصرفی است. یعنی اگر دستگاه در حالت زمستانه مشغول به کار باشد ولی یکی از شیرهای آب گرم ساختمان باز شود، پکیج به صورت موقت و با کمک شیر سه راهی خود خروج آب گرم به سمت مدار گرمایش را مسدود می کند تا آب گرم به شیرهای آب برسد.

سیستم پکیج های دو مبدل کمی با مدل تک مبدل متفاوت است، چرا که از دو عدد مبدل در دستگاه استفاده می شود. در پکیج های مونوترمیک یا Monotermic یک مبدل حرارتی اصلی در کنار یک مبدل صفحه ای برای تولید آب گرم مصرفی و آب گرم مدار گرمایش بکار گرفته می شود.

به دلیل استفاده از دو عدد مبدل جداگانه در پکیج های مونوترمیک مسیر گرم شدن و جریان آب گرم مصرفی با مسیر گرم شدن و جریان آب گرم در مدار گرمایش جداگانه است. به بیانی دیگر تامین آب گرم گرمایش محیط بر عهده مبدل حرارتی اصلی که در تماس مستقیم با شعله مشعل قرار دارد. اما گرم شدن آب مصرفی در داخل مبدل ثانویه یا همان مبدل صفحه ای انجام می شود.

روش کار به این صورت است که وقتی مصرف کننده به آب گرم نیاز دارد، پمپ پکیج فعال می شود تا آب سرد ورودی را به مبدل صفحه ای ثانویه وارد کند. آب سرد وارد شده در مبدل ثانویه در مجاورت آب گرم در حال گردش در مبدل اصلی قرار می گیرد. از این طریق آب گرم مصرفی حرارت مورد نیاز خود را از مبدل اصلی پکیج دریافت می کند.

گرم شدن آب در مبدل اصلی دستگاه باز هم با فعال شدن پمپ پکیج همراه است، یعنی وقتی پکیج را در حالت زمستانه تنظیم کرده ایم، پمپ نیز فعال می شود و با گردش آب در داخل مبدل اصلی باعث گرم شدن آن می گردد.

بنابراین نتیجه می گیریم که هر کدام از پکیج های دو مبدل و تک مبدل مزایا و معایب خاص خود را دارند و این مصرف کننده است که باید با توجه به نیاز خود و همچنین بودجه ای که می تواند صرف خرید، تعمیر و نگهداری پکیج کند، یکی از این مدل ها را انتخاب نماید.

 تا این قسمت از متن با بررسی مبدل های پکیج با روش کار مبدل حرارتی آشنا شدیم و دانستیم که مبدل حرارتی تجهیزی است که تبادل حرارت بین دو سیال سرد و گرم در داخل آن صورت می گیرد. در این بخش می خواهیم به سراغ معرفی و بررسی انواع مبدل حرارتی برویم.

نحوه عملکرد هر کدام از مبدل های حرارتی با توجه به طراحی که دارند، با هم متفاوت است. به عنوان مثال مبدل حرارتی روغن، حرارت روغن داغ را به آب و یا هوا منتقل می کند. در مقابل مبدل حرارتی استخر، گرمای آب داغ دیگ را بدون تماس مستقیم با سیال دیگر به آب استخر می دهد.

یکی از بهترین مثال ها در خصوص مبدل حرارتی هوا، خنک کننده رادیاتور اتومبیل است که هوا با سرعت زیاد از اطراف لوله های فین دار مبدل عبور می کند و سیال جاری در لوله ها گرمای خود را به هوای محیط می دهند. در ادامه توضیحات بیشتر در خصوص هر یک از مبدل ها را در اختیار شما قرار خواهیم داد.

مبدل های حرارتی را بر اساس پارامترهای مختلفی دسته بندی می کنند:

وقتی بخواهیم مبدل حرارتی را بر اساس آرایش جریان در آن تقسیم بندی کنیم به سه نوع دسته بندی می رسیم:

در مبدل های حرارتی با جریان همسو سیال گرم و سرد موازی یکدیگر حرکت می کنند، یعنی دو جریان سیال، از یک انتها به مبدل وارد می شوند، سپس هر دو در یک جهت در داخل مبدل جریان پیدا می کنند و در انتها از خروجی مبدل خارج می شوند.

در مبدل های حرارتی با جریان همسو دمای سیال سرد در هر مقطعی از مبدل حرارتی کمتر از دمای سیال گرم است. روش کار مبدل های حرارتی با جریان همسو به این صورت است که سیال سرد به پوسته مبدل وارد می شود تا از طریق گرمای سیال گرم درون پوسته حرارت مورد نیاز خود را بدست آورد.

یکی دیگر از خصوصیات مبدل های همسو با جریان سیال این است که در نقطه ورودی بیشترین اختلاف دما وجود دارد، بنابراین بیشترین انتقال حرارت در همان نقطه ورودی اتفاق می افتد. در مقابل کمترین اختلاف حرارت در نقطه خروجی از مبدل حرارتی وجود دارد و کمترین انتقال حرارت در این نقظه رخ می دهد.

چنانچه جریان سیال سرد و گرم به صورت موازی اما در خلاف جهت یکدیگر باشد، مبدل حرارتی از نوع جریان غیر همسو است. مشخصه بارز مبدل های حرارتی با جریان غیر همسو در این است که امکان بیشتر بودن دمای سیال سرد خروجی نسبت به سیال گرم خروجی وجود دارد.

در این نوع مبدل حرارتی سیال سرد درون پوسته توسط سیال گرم تر، گرم می شود و می توان گفت تقریباً در هر مقطعی از مبدل اختلاف دمای دو سیال سرد و گرم به یک اندازه است، در نتیجه سرعت انتقال حرارت در همه نقاط مبدل تقریباً یکسان است.

آخرین مدل از مبدل های حرارتی بر اساس آرایش جریان مدلی است که در آن جریان های سرد و گرم به صورت عمود بر هم حرکت می کنند. یکی از رایج ترین مبدل های حرارتی با جریان عمود بر هم رادیاتورهای خودروها هستند.

در این نوع مبدل سیال داخل لوله ها چون اجازه حرکت در راستای عرضی را نخواهد داشت، جریان غیرمخلوط نامیده می شود. ولی سیال بیرونی برای لوله های بی پره مخلوط محسوب می شود، چون امکان جریان عرضی سیال و یا مخلوط شدن آن وجود دارد.

در یک دسته بندی دیگر مبدل های حرارتی را بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم طبقه بندی می کنند که در ادامه به معرفی هر یک می پردازیم:

سیال سرد و گرم در این نوع مبدل های حرارتی توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا می شوند و انتقال حرارت از طریق همین سطح انجام می شود.

برای اینکه راندمان حرارتی مبدل بالا برود، لازم است تا سطوح جامد دارای ضریب انتقال حرارت بالایی باشند. به همین دلیل این سطوح را از جنس آلیاژهای فلزی می سازند و اکثراً در صنعت از این نوع مبدل حرارتی استفاده می کنند.

سطح جداکننده سیال سرد و گرم در مبدل های حرارتی احیا کننده ثابت نیست و به طور متناوب قسمت هایی از سطح در معرض حرکت سیال سرد و گرم قرار می گیرند. از مبدل های حرارتی احیاکننده در مقیاس های آزمایشگاهی و تحقیقاتی استفاده می شود.

در مبدل های حرارتی تماس مستقیم هر دو سیال سرد و گرم به طور مستقیم در تماس با هم هستند، به بیانی دیگر هیچ دیواری بین جریان های سرد و گرم وجود ندارد. بنابراین میزان راندمان حرارتی در این نوع مبدل های حرارتی بسیار بالاست.

در مبدل های حرارتی تماس مستقیم جریان های در حال حرکت می توانند دو مایع غیر قابل اختلال و یا یک گاز و یک مایع باشند. از این نوع مبدل در برج های خنک کننده، کولرهای آبی و گرم کن در نیروگاه های بخار استفاده می شود.

یک روش دیگر طبقه بندی انواع مبدل های حرارتی بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها است که خود به سه زیرمجموعه دیگر تقسیم می شوند: