آموزشیمبدل حرارتی

مبدل حرارتی صفحه ای

یکی از انواع پرکاربرد مبدل های حرارتی، مبدل حرارتی صفحه ای می باشد. در این مبدل ها تبادل حرارت بین سیال سرد و گرم از طریق سطوح نازک فلزی صورت می پذیرد. الگوی خاص صفحات در مبدل های حرارتی صفحه ای منجر به ایجاد آشفتگی جریان و در نتیجه افزایش ضریب انتقال حرارت می گردد. این موضوع سبب گردیده است که سایز مبدل های حرارتی صفحه ای حدود 3-5 برابر کوچکتر از مبدل های پوسته لوله سنتی باشد. مبدل های صفحه ای خود دارای انواع متنوعی از جمله: واشردار، بلاک، صفحه-پوسته و لحیمی می باشند که بسته به نیاز صنایع مانند دما، فشار، نوع سیال کاری، قیمت و مباحث مربوط به تعمیر و نگهداری طراحی و ساخته می شوند.

مبدل صفحه ای چیست؟

یک مبدل حرارتی صفحه ای از مجموعه ای از صفحات موازی و اعوجاج دار تشکیل شده است که در کنار هم قرار گرفته و کانال های عبور سیال را شکل می دهند. صفحات که معمولا از جنس استنلس استیل هستند توسط واشرهای لاستیکی مخصوص، کانال های آب بندی شده ای را به وجود می آورند. اعوجاج صفحات منجر به آشفتگی جریان حتی در سرعت های بسیار پایین می گردد. در نتیجه، ضریب انتقال حرارت نسبت به کانال صاف و همچنین لوله به طور قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت. در مقابل این افزایش انتقال حرارت، افت فشار نیز افزایش پیدا می نماید.  مبدل های صفحه ای رایج ترین نوع مبدل های حرارتی فشرده هستند و از همین جهت در صنایع غذایی و سایر مصارف بهداشتی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

مبدل صفحه ای چگونه کار می کند؟

فرض می‌کنیم که یک مبدل صفحه‌ای داریم که دارای دو سیال می‌باشد، یکی سرد است و دیگری گرم؛ واسط سیال گرم باید با واسط سیال سرد خنک شود و این امر در مبدل حرارتی صفحه‌ای اتفاق می‌افتد.

سیال گرم از طریق ورودی واسط گرم، وارد مبدل حرارتی می‌شود و واشر یا گسکت، واسط گرم را طوری هدایت می‌کند که از آن عبور کند. هر صفحه دارای یک الگوی واشربندی متناوب می‌باشد. واسط گرم، وارد فضای بین دو جفت صفحه می‌شود، اما وارد فضای جفت بعدی صفحات نمی‌شود چرا که واشر مانع آن می‌شود. این فرآیند ادامه می‌یابد تا اینکه هر دو جفت صفحه، با جریان سیالات گرم پر شوند.

مزایای مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل‌های صفحه ای مزایای متعددی دارند:

• مبدل‌های حرارتی صفحه ای، وزن کمتری دارند و نیاز به فضای کمتری دارند. همچنین در مقایسه با دیگر طرح‌های مبدل حرارتی در همین اندازه، کارآمدتر هستند.

• جایگزینی و تمیزکردن صفحات یک کار ساده است، زیرا پشته‌ی صفحه را می ‌توان به راحتی باز کرد.

• برخلاف مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، مبدل‌های حرارتی صفحه ای نیاز به فضای اضافی برای جداسازی ندارند.

معایب مبدل حرارتی صفحه ای

اما مبدل‌های حرارتی صفحه ای معایبی نیز دارند:

• مبدل‌های حرارتی صفحه ای، نسبت به دیگر طرح‌های مبدل حرارتی گران‌قیمت هستند.

• اگر یک واشر نشت‌دار وجود داشته باشد که باعث شود یک سیال با سیال دیگر ترکیب شود، بنابراین پیداکردن صفحه‌ی نشت‌دار اغلب مشکل می‌باشد.

• جایگزینی و تعویض واشرهای صفحه در محل می‌تواند دشوار یا غیرممکن باشد. برخی از واشرهای صفحه باید برای تعویض به تولید کننده بازگردانده شوند که هم زمان و هزینه‌ی زیادی را لازم دارد.

• زمانی که صفحات به هم فشرده می‌شوند تا پشته‌ی صفحه را ایجاد کنند، فاصله و فضای خالی بین هر کدام از صفحات کوچک است و این امر احتمال اشتباه و رسوب و کاهش انتقال حرارت و گرما را بالا می‌برد.

• هنگام سوار کردن دوباره‌ی پشته‌ی صفحه، محکم کردن بیش از حد پیچ‌ها می‌تواند منجر به خرد شدن صفحات شود، به عبارت دیگر به شیارهای صفحه آسیب می‌زد و واشرها را تحت فشار قرار می‌دهد. اگر واشرها تحت فشار قرار گیرند، صفحه دیگر به درستی محکم نخواهد شد.

• مبدل‌های حرارتی صفحه ای برای کاربردهای با فشار بالا مناسب نیستند،‌ چون واشرها به دلیل فشار سیستم از جای خود خارج می‌شوند. به این وضعیت، “در رفتن واشر” گفته می‌شود. با این حال، می‌توان با استفاده از طرح‌های بدون گسکت یا واشر، از این مشکل جلوگیری کرد. این طرح‌ها معمولا از صفحه‌های جوشی استفاده می‌کنند. مبدل‌های حرارتی صفحه ای جوشی برای استفاده در دما و فشار بالاتر و همچنین مواردی که در آن نشت مواد سیال می‌تواند خطرآفرین یا فاجعه‌انگیز باشد، مانند سیال‌های سمی، مناسب می‌باشد.

نظر شما در این رابطه چیه؟