مبدل حرارتی صفحه ای چیست؟
به نوعی از مبدل حرارتی که عموما از تعداد زیادی صفحات چیندار از جنس فولاد ضد زنگ مبدل حرارتی صفحه ای می نامند. این صفحات فولادی توسط واشرهای پلیمری از هم جدا شده و داخل یک قاب فولادی قرار گرفته اند. صفحات این مبدل حرارتی که سطح تبادل حرارت را تشکیل می دهند، با استفاده از پیچ و مهره بین دو صفحه ی فولادی محکم شده اند. ساختمان این مبدل های حرارتی به گونه ای است که امکان جدا کردن صفحات برای بازرسی و تمیز کردن آنها وجود دارد. هر صفحه دارای یک واشر می باشد که وظیفه ی آب بندی صفحه و تامین شبکه انتقال سیال در مجموعه ی صفحات را به عهده دارد. علاوه بر این، به این نوع مبدل حرارتی صفحه ای ، صفحه ای قابدار نیز گفته می شود ، دو نوع دیگر نیز از مبدل های حرارتی وجود دارند که شامل مبدل های صفحه ای لحیم کاری شده و مبدل های صفحه ای جوشکاری شده می باشند. در نوع لحیم کاری شده مبدل ها از لحیم کاری برای اتصال صفحات به هم به جای واشر استفاده شود و مبدل می تواند در فشار های ۳۰ بار نیز کار کند، در حالی که توان تحمل مبدل های حرارتی واشردار نهایتا فشار ۲۵ بار می باشد. در صورتی که از جوشکاری برای اتصال صفحات در مبدل حرارتی جوشکاری شده استفاده شود، این فشار تا حدود ۶۰ بار افزایش پیدا می کند. در نوع واشر دار، محدوده دمایی کارکرد بین ۳۵ تا ۲۲۰ درجه ی سانتیگراد قرار گرفته است و برای حالت لحیم شده این محدوده بین ۱۹۵ تا ۲۰۰ درجه ی سانتی گراد می باشد. اما در حالت جوشکاری شده، محدوده ی دما توسط ماده ی به کار رفته تعیین می گردد.
نحوه عملکرد مبدل های حرارتی صفحه ای
در مبدل حرارتی صفحه ای سیال گرم و سرد در خلاف جهات یک دیگر وارد شبکه مجاری مبدل می شوند. صفحات سیال سرد و گرم جهت تبادل حرارت بین دو سیال به شکل یک در میان کنار هم قرار گرفته اند. جریان سیال سرد و گرم در دو صفحه مجاور هم در جهت مخالف هم از کنار یکدیگر عبور می کنند. قسمت دایره ای واشر بر روی هر صفحه، مانع ورود سیال به صفحه شده و آن را به دهانه ی بعدی هدایت می نماید. بخش های دیگر واشر سیال را به سمت صفحه هدایت می نماید. باریک بودن مجاری در مبدل حرارتی صفحه ای سبب می شود که عمده حجم سیال با صفحات در تماس باشند. علت افزایش آشفتگی جریان صفحات مبدل حرارتی چین دار هستند که در نتیجه موجب افزایش انتقال حرارت بین صفحات می شوند.
اجزای اصلی مبدل حرارتی صفحه ای
- تعدادی صفحه حرارتی بسته به سطح انتقال حرارت مورد نیاز که روی هر کدام از آنها چین های فرو رفته و برجسته ای قرار دارد.
- واشرهای روی صفحات که مقاوم در برابر خوردگی و دما می باشند و جنس آنها از انواع مختلف فیبر فشرده آزبست، اتیلن و… می باشد. در ضمن واشر مشخص کننده جهت جریان درون مبدل حرارتی نیز می باشد.
- فریم یا قاب که صفحاتی فولادی هستند و وظیفه آنها نگه داشتن صفحات می باشد.
- نازل ها که در قاب ها و در هر دو طرف مبدل حرارتی قرار گرفته اند.
مزایای مبدل حرارت صفحه ای
- نرخ تبادل بالای حرارتی مبدل های صفحه ای: به علت آشفتگی بالای جریان سیال در مبدل حرارتی صفحه ای، تبادل حرارت با راندمان بیشتری انجام می شود. ضریب های انتقال حرارت در مبدل های حرارتی صفحه ای در حدود ۳ تا ۶ برابر مبدل های لوله ای است.
- رسیدن به اختلاف دماهای پایین به وسیله مبدل حرارتی صفحه ای: مبدل حرارتی صفحه ای دارای قابلیت این می باشد که اختلاف دمای بین ورودی یک سیال و خروجی سیال دیگر را به دمایی کمتر از ۱ درجه سانتیگراد برساند. این ویژگی به طور به خصوصی در کاربردهای بهبود و بازیابی حرارتی مورد توجه است.
- نیاز به فضای کمتر برای جا نمایی مبدل: به جهت داشتن راندمان انتقال حرارت بالا، مبدل حرارتی صفحه ای به فضای کمتری نیاز دارد و حدود ۲۰ تا ۵۰ درصد فضای کمتری را نسبت به مبدل های پوسته و لوله ای اشغال می نمایند. در نتیجه در مواردی که محدودیت فضا وجود دارد گزینه ی مناسبی به حساب می آید.
- سبک تر بودن مبدل های حرارتی صفحه ای: این مبدل ها در مجموع نسبت به انواع دیگر مبدل ها سبک تر می باشند. به این دلیل که فاصله بین صفحات کم است، مقدار کمتری از سیال عامل در این مبدل ها استفاده می شود. همچنین با توجه به داشتن سطح کوچک تر، وزن کمتری نیز دارند.
- رسوب گیری کم در مبدل های حرارتی صفحه ای: این مبدل ها به علت آشفتگی بالای جریان، رسوبات کمتری در مجاری باقی می گذارند در نتیجه این مبدل ها نیاز کمتری به باز کردن و نظافت دارند.
- سادگی بازرسی در مبدل حرارتی صفحه ای: با دقت به نحوه طراحی مبدل حرارتی صفحه ای، جدا کردن قطعات آن برای تمیز کردن یا بازبینی آنها به آسانی صورت می گیرد.
- عدم ترکیب سیال ها در این مبدل های حرارتی: از آن جایی که هر سیال را به صورت جداگانه واشر بندی می کنند و فضای بین واشر ها به اتمسفر راه دارد، بین دو سیال اختلاط به وجود نمی آید.
- انعطاف پذیری در افزایش و کاهش ظرفیت: از ویژگی های برجسته ی مبدل های حرارتی صفحه ای این است که به آسانی می شود با افزایش یا کاهش تعداد صفحات ، به نرخ تبادل حرارت مطلوب رسید. این قابلیت به خصوص در مواردی که مقدار دقیق بار حرارتی معلوم نیست کارایی دارد و باعث صرفه جویی در زمان و هزینه می شود.
- قابلیت تبادل حرارت همزمان بین چند نوع سیال مختلف در یک مبدل حرارتی: یکی دیگر از ویژگی های منحصر به فرد مبدل های حرارتی صفحه ای ، قابلیت استفاده از صفحات و اتصالات برای سیالات دیگر می باشد تا به ازای هر منبع سرمایش یا گرمایش، چندین سیال تبادل حرارت داشته باشند.
- امکان به کارگیری مبدل های حرارتی صفحه ای در تبادل حرارت بین سیالات با لزجت بالا: از آنجا که در این مبدل های حرارتی سیال آشفتگی جریان بالا در سرعت های پایین را دارا می باشند، در مواردی که سیال مورد نظر دارای لزجت بالا باشد کاربرد دارند. فرآیند کنترل در این نوع مبدل ها سریع تر انجام می گیرد. با توجه به این که صفحات با فاصله کمی در کنار هم قرار گرفته اند و مقدار سیال به کار رفته در مبدل کمتر است، سریع تر نسبت به تغییرات شرایط کارکرد پاسخ می دهد و در نتیجه کنترل آن راحت تر و سریع تر قابل انجام است.
- هزینه کمتر تعمیرات و نگهداری مبدل های حرارتی صفحه ای: به جهت داشتن راندمان حرارتی بالای ، دبی های جریان در این مبدل ها کمتر است و به علت اشغال فضای کمتر، هزینه های نگهداری کمتری نیز دارند.