مبدل حرارتی پوسته و لوله چیست؟

مبدل حرارتی پوسته و لوله یکی از دو نوع رایج از مبدل حرارتی می باشد. نوع دیگر مبدل های حرارتی مبدل حرارتی صفحه ای است . مبدل حرارتی پوسته و لوله دارای طراحی ساده، ویژگی های عالی و هزینه های خرید و نگهداری نسبتا پایین هستند. آنها همچنین دارای سرعت انتقال حرارت بسیار بالایی هستند. اگرچه به فضای بیشتری نسبت به مبدل های حرارتی صفحه ای با ظرفیت تبادل حرارتی مشابه نیاز دارند. از مبدل حرارتی پوسته و لوله برای کاربردهای مختلفی استفاده می شود. یکی از مکان هایی که از این نوع مبدل ها در آن استفاده می شود ، استخرها می باشند. برای داشتن یک استخر چهارفصل از پکیج های گرمایشی و تجهیزات گرمایشی استفاده می شود. مبدل استخر یا مبدل حرارتی استخر از تجهیزاتی می باشد که در استخرها برای گرمایش آب استخر از آن استفاه می شود. در استخرها اکثرا از مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده می شود.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله از مجموعه ای از لوله ها تشکیل شده است که در یک ظرف استوانه ای به نام پوسته قرار گرفته اند. همه لوله‌های داخل پوسته در مجموع به عنوان “بسته لوله” یا “لانه لوله” نامیده می‌شوند. هر لوله از یک سری بافل و صفحات لوله ( به عنوان “پشته لوله” نیز شناخته می شود) عبور می کند. یکی از ورق های لوله ثابت است و یکی آزاد است که حرکت کند، این امکان انبساط حرارتی را فراهم می کند زیرا مبدل حرارتی گرم می شود.

محیط جاری درون لوله ها به عنوان محیط “سمت لوله” شناخته می شود. محیطی که در خارج از لوله ها جریان دارد به عنوان محیط پوسته ای شناخته می شود. هر محیط دارای یک ورودی و یک تخلیه است. محیط سمت لوله معمولاً برای سیال فشار بالا انتخاب می شود، زیرا هر لوله می تواند به عنوان یک مخزن فشار کوچک عمل کند. همچنین تولید لوله های با فشار بالا نسبت به تولید پوسته های فشار بالا مقرون به صرفه تر است.

در مبدل حرارتی استخر ، آب گرم از سمت دیگ و مشعل وارد پوسته شده و آب سرد در داخل لوله ها قرار می گیرد. و در داخل مبدل جریان یافته و حرارت از سیال گرم به سیال سرد منتقل می شود و آب گرم شده به استخر برگردانده می شود. البته در زمان نصب مبدل استخر ، با توجه به نوع سیستم و انتخاب نصاب ممکن است که آب سرد در بدنه و آب گرم داخل پوسته جریان یافته و تبادل دمایی صورت گیرد.

در محیط های دیگری که از مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده می شود در خنک کردن روغن است. در یک مبدل حرارتی پوسته ای از آب برای خنک کردن روغن استفاده می کند. روغن در محیط جانبی پوسته است در حالی که آب محیط سمت لوله است. روغن از ورودی سمت چپ بالا وارد می شود و از طریق مبدل حرارتی جریان می یابد تا به تخلیه پایین سمت راست برسد. آب از طریق لوله ها از ورودی سمت راست به تخلیه سمت چپ جریان می یابد.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله چگونه کار می کنند؟

مبدل حرارتی پوسته و لوله به دو سیستم اصلی تقسیم می شود که به آنها سمت پوسته و سمت لوله گفته می شود. هر سیستم دارای یک محیط جریان مرتبط است. در مثال ما فرض می کنیم که سمت پوسته حاوی آب داغ است که باید خنک شود، در حالی که سمت لوله حاوی آب خنک می باشد که باید سرد شود.

آب خنک وارد مبدل حرارتی می شود و از طریق لوله ها جریان می یابد. آب گرم وارد پوسته مبدل استخر می شود و در پوسته اطراف لوله ها جریان می یابد. این دو مایع با هم مخلوط نمی شوند زیرا دیواره لوله ها از این امر جلوگیری می کند. از آنجایی که سیالات مستقیماً با هم مخلوط نمی شوند، تبادل حرارتی غیرمستقیم رخ می دهد. جریان آشفته سرعت انتقال حرارت مبدل حرارتی را افزایش می دهد و همچنین احتمال تجمع مواد جامد محلول روی لوله و دیواره های پوسته را کاهش می دهد (جریان آشفته اثر خود تمیز شوندگی دارد). جریان آشفته درون لوله ها با قرار دادن درج های لوله (همچنین به عنوان “توربولاتور” شناخته می شود) در هر یک از لوله ها ایجاد می شود. جریان آشفته درون پوسته توسط بافل ایجاد می شود که برای هدایت آب در طول لوله ها چندین بار در حین حرکت از طریق مبدل حرارتی استفاده می شود. در نتیجه گرما بین دو سیال مبادله می شود ، زیرا آنها در تماس حرارتی با یکدیگر هستند. سرما از خنک کننده مبدل حرارتی و آب از گرم کننده مبدل حرارتی خارج می شود.

مبدل های حرارتی در اشکال و اندازه های مختلف موجود هستند. برای آسان‌تر کردن طبقه‌بندی مبدل‌های حرارتی، آنها اغلب بر اساس طراحی و ویژگی‌های عملیاتی به گروه‌هایی تقسیم می‌شوند. یکی از این ویژگی ها نوع جریان است. سه نوع جریان اصلی وجود دارد، جریان موازی، ضد و متقاطع است. با توجه به ملاحظات طراحی و کاربرد مبدل های حرارتی ، به ندرت پیش می آید که مبدل حرارتی تنها یکی از این انواع جریان باشد، معمولاً آنها ترکیبی از چندین نوع جریان هستند.

• جریان موازی

جریان موازی زمانی اتفاق می افتد که هر دو محیط سمت پوسته و سمت لوله از همان انتهای مبدل حرارتی وارد مبدل حرارتی شده و به سمت مخالف مبدل حرارتی جریان می یابند. تغییر دما (دلتا T/ΔT) در دو محیط برای هر دو برابر است، یعنی هر دو به میزان معینی افزایش یا کاهش می‌یابند. توجه داشته باشید که دمای خروجی برای هر دو محیط تمایل به همگرایی دارد و سرد کردن زیر این نقطه ممکن نیست حتی اگر دمای ورودی سیال سردتر از دمای همگرایی کمتر باشد.

• جریان متقابل

مبدل های حرارتی ضد جریان (همچنین به عنوان جریان مخالف نیز شناخته می شوند) دارای دو محیط جریان هستند که در جهت مخالف (با فاصله 180 درجه) از یکدیگر جریان دارند. مبدل t در انتهای مخالف و در انتهای مخالف تخلیه می شود. از آنجایی که محیط خنک‌تر از مبدل حرارتی جریان مخالف در انتهایی که محیط داغ وارد مبدل حرارتی می‌شود، خارج می‌شود، سیال خنک‌تر به دمای ورودی سیال داغ نزدیک می‌شود. این باعث می شود پتانسیل دلتا T بسیار بیشتر از یک مبدل حرارتی جریان موازی باشد. مبدل های حرارتی ضد جریان کارآمدترین نوع مبدل حرارتی هستند.

• جریان متقاطع

مبدل های حرارتی با جریان متقاطع دارای یک جریان است که عمود بر دیگری (در 90 درجه) جریان دارد. مبدل های حرارتی جریان متقاطع ، معمولاً در کاربردهایی یافت می شوند که یکی از سیالات تغییر حالت می دهد (جریان 2 فاز). به عنوان مثال، کندانسور سیستم بخار، که در آن بخار خروجی از توربین وارد پوسته کندانسور می شود و آب خنکی که در لوله ها جریان دارد، گرمای بخار را جذب کرده و آن را به آب متراکم می کند. حجم زیادی از بخار ممکن است با استفاده از این نوع جریان مبدل حرارتی متراکم شود.

مزایا و معایب مبدل حرارتی پوسته و لوله

مزایا

• نسبت به مبدل های صفحه ای ارزان تر است.
• طراحی نسبتا ساده و نگهداری آسان.
• مناسب برای فشارها و دماهای بالاتر نسبت به مبدل های حرارتی صفحه ای.
• افت فشار آن (مثل P/ΔP) کمتر از مبدل حرارتی صفحه ای است.
• یافتن و جداسازی لوله های نشت کننده آسان است.
• لوله ها می توانند “دو جداره” باشند تا احتمال نشت مایع سمت پوسته به سیال سمت لوله کاهش یابد.
• نصب آسان
• رسوب خیلی کم نسبت به مبدل صفحه ای

معایب

• کارایی کمتری نسبت به مبدل های حرارتی صفحه ای دارد.
• برای باز کردن و برداشتن لوله ها به فضای بیشتری نیاز است.
• ظرفیت خنک کننده را در مبدل پوسته و لوله نمی توان افزایش داد، اما ظرفیت مبدل حرارتی صفحه ای می تواند افزایش یابد.

اجزاء مبدل حرارتی پوسته و لوله

• صفحه پارتیشن

صفحه پارتیشن، نیمه پایینی و بالایی مبدل حرارتی را جدا می کند. پارتیشن محیط جریان را از طریق لوله ها منحرف می کند. ورودی / تخلیه ورودی یا تخلیه ، محیط سیالی که از طریق لوله ها یا پوسته مبدل حرارتی جریان دارد.

• پوسته

پوسته محفظه ای استوانه ای شکل است که برای انتقال سیالات و نگهداری اجزاء مبدل استفاده می شود. همچنین به عنوان یک قطعه ساختاری قوی عمل می کند که قطعات دیگر را می توان به آن متصل کرد.

• صفحه پوششی

صفحه پوششی برای آب بندی یک انتهای پوسته و جلوگیری از نشتی استفاده می شود.

• واشر

یک واشر بین دو سطح فلزی قرار می گیرد. واشر معمولاً از کاغذ یا لاستیک ساخته می شود و بین فلزات فشرده می شود تا مهر و موم ایجاد کند. آب بندی از نشتی جلوگیری می کند. شکل واشر نیز از نشتی در اطراف صفحه پارتیشن جلوگیری می کند.

• لوله ثابت

ورق لوله در داخل پوسته قرار می گیرد و انتهای لوله ها را پشتیبانی می کند. سپس وزن لوله ها بیشتر توسط بافل ها (بسته به طراحی) پشتیبانی می شود.

• بافل ها

بافل ها برای تغییر جریان جهتی محیط سیال استفاده می شوند. تغییر جهت، توزیع یکنواخت گرما را در سراسر مبدل حرارتی تضمین می کند. زمانی که جریان از طریق مبدل حرارتی به طور یکنواخت توزیع نشود، بازده کاهش می یابد.

• پیچ

مهره ها و پیچ ها برای محکم کردن قطعات مبدل حرارتی استفاده می شود. پیچ های انتخابی باید دارای استحکام کششی مناسب و ویژگی های مقاومت در برابر خوردگی باشند. پیچ و مهره ها بخش “نر” یک مجموعه مهره و پیچ هستند.

• مهره

مهره ها و پیچ ها برای محکم کردن قطعات مبدل حرارتی استفاده می شود. مهره های انتخابی باید دارای استحکام کششی مناسب و ویژگی های مقاومتی در برابر خوردگی باشند. مهره ها بخش “ماده” یک مجموعه مهره و پیچ هستند.

• میله ها

میله‌های کراواتی به‌عنوان راهنما برای بافل‌ها استفاده می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که هیچ حرکت چرخشی یا محوری روی بافل‌ها رخ نمی‌دهد.

• لوله ها

یکی از محیط های سیال مستقیماً از طریق لوله ها جریان می یابد در حالی که دیگری به صورت متلاطم در خارج جریان دارد. گرما بین دو محیط به دلیل مجاورت مبادله می شود (گرما از طریق رسانایی به دیواره های لوله و سپس بیشتر به محیط بیرونی مبادله می شود).

تمامی این قطعات در کنار یکدیگر، ساختار مبدل حرارتی پوسته و لوله را تشکیل می دهد.

کلام آخر

شرکت ساینا تصفیه آریا مرجع تخصصی لوازم استخر ، وارد کننده تجهیزات استخر و نماینده رسمی محصولات هایواتر ، انواع مبدل های استخر در سایزها و برندها با کیفیت مطلوب به شما ارائه می دهد. همچنین شما می توانید تجهیزات استخر و سونا و جکوزی را بدون واسطه و مستقیم از شرکت با قیمت مناسب خریداری نمائید. جهت کسب اطلاعات و قیمت، می توانید به سایت https://digipoolmarket.com مراجعه کرده و یا با شماره 58925-021 تماس بگیرید.