در این مقاله قصد داریم در مورد مبدل حرارتی دو لوله که کاربرد زیادی در بین مبدل‌های حرارتی دارد صحبت کنیم و یک مقاله جامع در مورد این نوع مبدل حرارتی برای شما عزیزان آماده کردیم.
مبدل حرارتی چیست؟
در صنعت و واحد های کارگاهی بزرگ و کوچک همیشه نیاز به استفاده از وسایلی برای تغییر دادن دمای یک سیال وجود دارد. این تغییر دما می تواند به صورت خنک کردن و یا حتی گرم کردن سیال اصلی به کمک سیال مبرد انجام گیرد. در این حالت سیال اصلی با جداره ای از سیال فرعی که وظیفه آن تغییر دما هست جدا می گردد تا این دو در یکدیگر مخلوط نشوند. تمام مبدل های حراراتی که از جریان سیال برای تغییر دما استفاده می کنند برای سیال فرعی می باید ماده ای را استفاده نمایند که دارای ظرفیت دمایی بالایی باشد. بهترین مواد برای این کار روغن ، آب و یا بخار آب است. این سیال ها در بیشتر مبدل های حرارتی به عنوان سیال فرعی استفاده می شوند.
مبدل های حرارتی در انواع و مدل های کاری متفاوتی ساخته می شوند که هر کدام دارای خواص و ویژگی های مختص به خودشان هستند. مهمترین انواع این مبدل ها عبارتند از:
- مبدل حرارتی دو لوله ای.
- مبدل حرارتی چند لوله ای یا پوسته لوله ای.
مبدل حرارتی دو لوله ای چیست؟
در مبدل حرارتی دو لوله ای از دو لوله هم مرکز استفاده می گردد. قطر لوله داخلی همیشه کوچکتر از لوله بیرونی است و غالبا” سیال اصلی در درون آن جریان دارد. این لوله ها از نظر شکل ساختمانی به دو صورت زیر طراحی می شوند.
- مبدل حرارتی دو لوله ای با لوله ساده در مرکز.
- مبدل حرارتی دو لوله ای با لوله داخلی پره دار: در این حالت برای افزایش سطح تبادل حرارتی بر روی لوله داخلی را فین دار ( پره ای) می کنند. در این حالت فین ها می توانند توسط تراش دادن ایجاد شوند. گاهی نیز فین یا پره را با جوشکاری، لحیم کاری و یا حتی با اتصال مکانیکی به لوله درونی متصل می کنند.
شکل ساختمانی مبدل حرارتی دو لوله ای به گونه ای است که نباید در آنها از سیالات کثیف یا رسوب زا استفاده گردد. زیرا با رسوب گذاری سیال در درون لوله به تدریج مسیر حرکت مسدود خواهد شد. تعمیر لوله مسدود شده در مبدل حرارتی دو لوله ای بسیار دشوار و پر هزینه است.
مبدل های حرارتی دو لوله ای برای مساحت های کوچک طراحی می شوند. هر گونه سری کردن این مبدل ها برای افزایش مساحت کاری می تواند باعث افت فشار در آنها شود که برای جبران آن نیازمند استفاده از تجهیزات اضافی افزایش فشار در مسیر خواهیم شد که بسیار پرهزینه خواهد بود.
این لوله های هم مرکز توسط دریچه های مکانیکی از یکدیگر جدا می شوند تا هرگز سیال اصلی و سیال مبرد در درون آنها با یکدیگر ترکیب نشوند. در لوله های هم مرکز مبدل حرارتی دو لوله ای سیال اصلی غالبا” در لوله درونی در جریان خواهد بود و سیال فرعی یا مبرد نیز در فضای حلقوی بیرون از لوله داخلی و به دور آن جریان دارد.
مبدل حرارتی چند لوله ای یا پوسته لوله ای چیست؟
مبدل حرارتی پوسته لوله ای نوع دیگری از مبدل های حرارتی است که برای افزایش سرعت تبادل حرارت طراحی می گردد. در ساختار این مبدل های حرارتی چند لوله در درون یک پوسته قرار داده می شوند. لوله های داخلی در این حالت حاوی سیال اصلی هستند و فضای درون پوسته نیز محل جریان مایع مبرد می باشد. عمل تبادل حرارتی در این لوله ها برای حجم های بیشتر سیال اصلی مناسب است.
طراحی جریان در مبدل حرارتی دو لوله ای چگونه است؟
در این مبدل های حرارتی لوله داخلی و لوله بیرونی را با دریچه های مکانیکی از هم جدا می کنند. در این حالت می توان دو نوع جریان حرکتی را برای سیال اصلی در مقابل سیال مبرد طراحی نمود که به شرح زیر می باشد:
- جریان همسو: در این نوع از طراحی مسیر حرکت سیال اصلی و سیال مبرد هم جهت و همسو است. یعنی از همان سمتی که سیال اصلی وارد می شود سیال مبرد نیز وارد مسیر در لوله بیرونی می گردد. میزان تبادل حرارت در این نوع طراحی کمتر از مدل دوم است.
- جریان ناهمسو: در این روش سیال اصلی از یک سمت و سیال مبرد از جهت مخالف آن وارد مبدل حرارتی دو لوله ای می گردد. یعنی حرارت مایع مبرد در این حالت در خروجی مایع اصلی بیشترین میزان را دارد و به همین علت تبادل حرارتی در این روش بسیار بهتر و کاملتر از مدل همسو می باشد.
مزایایی استفاده از مبدل های حرارتی دو لوله ای چیست؟
شاید بتوان گفت که این مدل محبوبترین و جمع و جور ترین نوع از مبدل های حرارتی در صنعت می باشد که به راحتی در دسترس قرار دارد. در استفاده و ساخت آنها از استانداردهای طراحی عمومی استفاده شده است و لذا تعمیر آنها ساده تر بوده و قطعات آنها نیز در بازار بیشتر از مدل های دیگر می باشد.
در زیر به بعضی دیگر از خصوصیات و ویژگی های مبدل حرارتی دو لوله ای اشاره می گردد.
- طراحی و ساخت اینگونه مبدل ها با هزینه کمتری امکان پذیر است.
- مبدل حرارتی دو لوله ای نسبت به مدل پوسته لوله ای اندازه های کوچکتری دارد.
- هزینه های نگهداری در مبدل حرارتی دو لوله ای بسیار کمتر از نوع پوسته لوله ای است.
- مبدل های حرارتی دو لوله ای بسیار ساده و جمع وجور هستند و از آنها برای مساحت های کمتر از ۵۰ متر مربع استفاده می گردد.
- این مبدل های حرارتی را برای دستگاه هایی مانند بویلر و یا کمپرسورها که دما و فشار بالایی دارند استفاده می کنند.
معایب مبدل حرارتی دو لوله ای چیست؟
در کنار ویژگی های خاص و ارزنده ای که مبدل حرارتی دو لوله ای دارد اما استفاده از این مبدل ها دارای معایبی نیز هست که عبارتند از:
- این مبدل با توجه به ساختار تک لوله ای در برابر مدل پوسته لوله ای که تعداد بیشتر لوله در درون پوسته خود دارد سرعت انتقال حرارت کمتری دارد.
- در مدل مبدل حرارتی دو لوله ای اگر نیاز به سری کردن برای افزایش حجم کاری باشد اولا” باعث افت فشار شده و در ثانی ممکن است در محل ایجاد اتصال نشتی سیال ایجاد گردد.
- سرعت انتقال حرارت در آن کمتر از مدل پوسته لوله ای است.
- این مبدل فقط برای مساحت های کوچک کاری مناسب است.
- در مبدل حرارت دو لوله ای نمیتوان از جریان عمود بر لوله ها استفاده نمود. در این مدل فقط دو نوع جریان همسو و یا غیر همسو استفاده می گردد.
