آشنایی با طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل های حرارتی صفحه ای چگونه کار می کنند؟
در این تصویر به بررسی مبدل های حرارتی صفحه ای و نحوه کار آنها می پردازیم. آنها اغلب به عنوان PHE، PHX یا گاهی اوقات فقط HX یا HEX نامیده می شوند. مبدل های حرارتی صفحه ای بسیار رایج هستند. آنها به طور گسترده در خدمات ساختمانی و تولید استفاده می شوند. دلیل محبوبیت آنها این است که بسیار جمع و جور هستند، بسیار کارآمد هستند، سرویس دهی آنها آسان است و نیاز به نگهداری کمی دارند.
هدف مبدل حرارتی صفحه ای چیست؟
هدف مبدل ها انتقال انرژی حرارتی بین دو سیال است، بدون اینکه سیالات با هم مخلوط شوند. به عنوان مثال، در خدمات ساختمان، ممکن است بخواهید گرما را از یک حلقه اولیه متصل به دیگ بخار به یک حلقه ثانویه جداگانه، شاید در یک شبکه گرمایش منطقه ای منتقل کنید. در تولید، ممکن است بخواهید مقداری روغن را با استفاده از آب خنک کنید، اما بدیهی است که نمی خواهید روغن و آب را با هم مخلوط کنید.
بررسی قسمت های اصلی مبدل حرارتی صفحه ای
در نگاه فنی به قسمتهای مختلف مبدل حرارتی می بینیم که ، ما صفحات انتهایی را روی جلد جلو و پشت داریم که معمولاً از فولاد نرم ساخته می شوند. آنها بسیار قوی هستند، آنها آنجا هستند تا همه چیز را کنار هم نگه دارند. سپس مهره‌ها را داریم، این مهره‌ها وصل می‌شوند و روی پیچ‌های سفت می‌شوند. پیچ های سفت کننده در برخی از شیارها در کنار دستگاه قرار می گیرند و در تمام طول مبدل حرارتی کار می کنند. پیچ‌ها روی این میله‌ها سفت می‌شوند و همه صفحات و واشرها را به هم فشرده می‌کنند و یک مهر و موم ضد آب را تشکیل می‌دهند. بین صفحات انتهایی واشرها و صفحات انتقال حرارت قرار دارند.
مبدل های حرارتی بزرگتر نیز دارای یک میله پشتیبان در بالا و پایین خواهند بود. این وزن مبدل حرارتی را تحمل می کند. پس از برداشتن صفحه انتهایی، فقط می توان صفحات را برای نگهداری خارج کرد.
در بالا نمونه ای از صفحه مبدل حرارتی دنیای واقعی است. اینها معمولاً از فولاد یا تیتانیوم ساخته می‌شوند و می‌توانید ببینید که یک الگوی شیاردار یا مهر شده در آنها وجود دارد. این الگوها با ایجاد یک جریان بسیار متلاطم در داخل صفحات باعث تقویت و همچنین افزایش سطح انتقال حرارت می شوند. جریان آشفته خوب است زیرا سیال را مخلوط می کند بنابراین گرما توزیع یا به طور متوسط توزیع می شود. اگر جریان صاف بود، گرما در برخی مناطق بیشتر از مناطق دیگر ایجاد می شد.
بین صفحات ما واشرهایی داریم که از لاستیک ساخته شده اند. که به صفحه صفحه متصل می شود و هدف واشر اطمینان از چسبندگی محکم و جلوگیری از نشتی است. واشر همچنین اجازه می دهد یا از جریان سیال به داخل ورق جلوگیری می کند.
در تصویر صفحه مبدل حرارتی دنیای واقعی، می توانید خط سیاهی را در نزدیکی لبه بیرونی مشاهده کنید، این واشر است. توجه داشته باشید که دو سوراخ سمت راست یک مهر و موم لاستیکی مورب دارند که از روی آنها عبور می کند، این مانع از ورود آب به صفحه می شود. با این حال، سوراخ‌های سمت چپ، این مهر و مورب را ندارند، بنابراین مایع می‌تواند از این سوراخ‌ها به داخل و خارج صفحه جریان یابد.
اگر به نمونه قبلی عکس مقایسه اندازه مبدل حرارتی نگاه کنید. احتمالاً متوجه خواهید شد که پیچ های سفت کننده بسیار از مبدل حرارتی فاصله دارند. این به چند دلیل است. یکی از دلایل این است که بتوانیم همه این صفحات را در حین نصب یا در حین نگهداری بر روی آنها قرار دهیم، اما همچنین این امکان را به آن می دهد تا مبدل حرارتی صفحه را در آینده گسترش دهد. مثلاً بگویید ساختمان انتظار دارد در آینده گسترش یابد، سپس به سادگی می‌تواند با افزودن صفحات بیشتر، قابلیت خنک‌سازی خود را افزایش دهد. همچنین می‌تواند صفحات را برای کاهش آن حذف کند.
چند راه وجود دارد که مبدل های حرارتی صفحه ای را می توان لوله کرد:
رایج ترین آن جایی است که ورودی ها و خروجی ها روی صفحه جلویی قرار دارند، بنابراین مایعات وارد شده، از طریق کانال های خود جریان می یابند و سپس به صفحه جلو باز می گردند.
نسخه دیگر جایی است که یکی از مایعات از صفحه جلو وارد می شود اما از صفحه پشتی خارج می شود. سیال دیگر در جهت مخالف جریان دارد.
نسخه اول رایج ترین نسخه است و به این دلیل است که در صورت نیاز به گسترش مبدل حرارتی صفحه ای در آینده، نیازی به تغییر کار لوله ندارید. با نسخه دوم، بسته به اینکه مبدل حرارتی صفحه خود را تا چه اندازه گسترش دهید، تمام لوله‌هایی که متصل هستند باید برداشته شده و دوباره ساخته شوند.
بنابراین، چگونه کار می کند؟
ما چندین صفحه را روی هم قرار می دهیم و سپس از واشرهای داخل استفاده می کنیم تا از ورود مایعات به صفحات متناوب جلوگیری کنیم. واشر را می توان چرخاند تا سوراخ های سمت راست یا چپ را مسدود کند. سپس دو سیال در هر کانال دیگر بین صفحات جریان پیدا می کنند. مثال: سیال 1، صفحه، سیال 2، صفحه، سیال 1، صفحه …
سوراخ‌ها برای تشکیل یک کانال لوله‌ای که سیالات از آن عبور می‌کنند، تراز می‌شوند.
اگر با دقت به تصویر بالا نگاه کنید، متوجه خواهید شد که واشر به طور متناوب از کدام سمت مسدود می شود.
اگر سیال کولر را به مبدل حرارتی عبور دهیم، می توانیم از ورودی سمت چپ بالای آن اجازه ورود دهیم. سپس در صفحات 2، 4 و 6 جریان می یابد. سپس از طریق خروجی سمت چپ پایین، دمای بالاتری را به جا می گذارد.
سپس ما سیال داغ را داریم که از ورودی سمت راست پایین وارد می شود، از کانال های 1، 3، 5 و 7 عبور می کند. سپس از طریق خروجی سمت راست بالا به عنوان دمای پایین تر خارج می شود.
واشرها چیزی هستند که به سیال اجازه می دهند به یک کانال خاص جریان یابد.
آنچه اتفاق می‌افتد این است که کانال‌های بین صفحات دماهای متفاوتی دارند و گرما همیشه به سمت سرد جریان دارد. بنابراین سیال داغ مقداری از انرژی حرارتی خود را به داخل سیال خنک‌تر منتقل می‌کند. این دو سیال هرگز به هم نمی رسند یا مخلوط نمی شوند، آنها همیشه توسط دیواره صفحه فلزی از هم جدا می شوند. گرما به سادگی از این طریق منتقل می شود. بنابراین سیال داغ خنک می شود و سیال سرد گرم می شود.
شما همچنین می توانید متوجه شوید که این مایعات در جریان مخالف جریان دارند. این بهترین پیکربندی برای بیشترین اثربخشی است، زیرا اختلاف دمای میانگین ثبت شده، LMTD، در بالاترین حد خود است.
اگر در ساختمانی به این موارد برخورد کردید، مطمئن شوید که 1) عایق هستند تا انرژی حرارتی بیشتری را در خود نگه دارند و 2) آستین محافظ روی رشته های میله های سفت کننده نصب شده است.
