مبدل حرارتی صفحه ای در تاسیسات ساختمان جهت تبادل حرارت بین دو سیال که عموما” آبگرم یا بخار با آب سرد است بوده و به خصوص در تأمین آبگرم بهداشتی مصرفی در ساختمان استفاده می شود.

در این مقاله به معرفی و بررسی عملکرد  که نمونه ای پر بازده از مبدل های حرارتی هستند می پردازیم. در ادامه مزایای مبدل های حرارتی صفحه ای را برشمرده و به نکاتی در خصوص نصب و استفاده از آن ها اشاره می کنیم.

مبدل حرارتی صفحه ای چیست

نوعی از مبدل حرارتی است که عمو ما” از تعداد زیادی صفحات چیندار از جنس فولاد ضد زنگ تشکیل شده است . این صفحات توسط واشر های پلیمری از هم جدا گشته اند و درون یک قاب فولادی قرار گرفته اند . اجزای اصلی تشکیل دهنده  شامل قاب ، صفحات و واشر ها می باشد.

Mars

ساختار این نوع مبدل های حرارتی به گونه ای است که امکان باز کردن صفحات برای بازرسی و تمیز کردن آن ها را فراهم آورد . هر صفحه دارای یک واشر است که وظیفه ی آن آب بندی صفحه و تأمین شبکه انتقال سیال در مجموعه صفحات است.

نمونه ای از مبدل حرارتی صفحه ای

علاوه بر این نوع مبدل حرارتی صفحه ای که به آن  قابدار می گویند، دو نوع دیگر نیز وجود دارند  که شامل مبدل های صفحه ای لحیم کاری شده و مبدل های صفحه ای جوشکاری شده می باشد . در مبدل های صفحه ای لحیم کاری شده که از لحیم کاری برای اتصال صفحات به هم به جای واشر استفاده شود، مبدل می تواند در فشار های 30 بار نیز کار کند ، در حالی که واشردار نهایتا” فشار 25 بار را می توانند تحمل کنند.

                                                                   نمایش جریان سرد و گرم در صفحات مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای چگونه عمل می کند

در مبدل حرارتی صفحه ای سیال گرم و سرد در جهات خلاف هم وارد شبکه ی مجاری  می شوند. در دو صفحه ی مجاور هم ، جریان سیال سرد وگرم در جهات مختلف از کنار یکدیگر عبور می کنند . نمونه این سیستم در شکل زیر قابل ملا حظه است . بر روی هر صفحه ، قسمت دایروی واشر مانع ورود سیال به صفحه می شود و آن را به دهانه ی بعدی هدایت میکند. قسمت دیگر واشر سیال را به سمت صفحه هدایت می کند.

ALFA LAVAL

باریک بودن مجاری باعث می شود عمده ی حجم سیال با صفحات تماس داشته باشد. صفحات مبدل حرارتی چین دار هستند که باعث افزایش آشفتگی جریان ودر نتیجه افزایش انتقال حرارت بین صفحات می شود.

                                                                                 نمای جریان های سرد و گرم در مبدل صفحه ای

مزایای مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای در مقایسه با سایر مبدل های حرارتی مزایا و محاسن متعددی دارد از جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

نرخ تبادل بالای حرارتی مبدل های صفحه ای

به سبب آشفتگی بالای جریان سیال در ، تبادل حرارت با بزدهی بیشتری انجام می گردد. ضرایب انتقال حرارت در مبدل های حرارتی صفحه ای حدود3 تا 6 برابر مبدل های لوله ای می باشد.مبدل حرارتی صفحه ای این قابلیت را دارد که اختلاف دمای بین ورودی یک سیال و خروجی سیال دیگر را به کمتر از 1 درجه سانتی گراد برساند. این ویژگی به طور خاص در کاربد هایی بهبود و بازیابی  حرارتی قابل توجه می باشد.

نیاز به فضای کمتر برای جانمایی مبدل

به سبب داشتن بازدهی انتقال حرارت بالا ،  نیاز به فضای کمتری دارد و حدود20 تا 50 درصد نسبت به مبدل های پوسته و لوله ای فضای کمتری را اشتغال می کنند. در نتیجه در مواردی که محدویت فضا وجود دارد گزینه ی مناسبی محسوب می شود.

سبکتر بودن مبدل های حرارتی صفحه ای

این مبدل ها در مجموع نسبت به انواع دیگر سبکتر هستند. به دلیل اینکه فاصله ی بین صفحات کم است، مقدار کمتری از سیال عامل در این مبدل ها به کار می رود. همچنین با تو جه به داشتن سطح کوچکتر، وزن کمتری دارند.

رسوب گیری اندک در مبدل های حرارتی صفحه ای

به دلیل آشفتگی بالای جریان، رسوبات کمتری در مجاری باقی می ماند در نتیجه این مبدل ها نیاز کمتری به باز شدن و تمیز شدن دارند.

عدم ترکیب سیالات در این مبدل های حرارتی

از آنجایی که هر سیال به طور جداگانه واشر بندی می شود و فضای بین واشر ها به اتمسفر راه دارد، اختلاط بیندو سیال به وجود نمی آید.

انعطاف پذیری در افزایش و کاهش ظرفیت

یکی از ویژگی های بر جسته های  این است که به سادگی می توان با افزایش تعداد صفحات یا کاهش آن ، به نرخ تبادل حرارت مطلوب دست یافت.این قابلیت به ویزهی در مواردی که مقدار دقیق بار حرارتی در دست نیست کارایی  دارد و می تواند باعث صرفه جویی در زمان و هزینه گردد.

تبادل حرارت همزمان بین چند نوع سیال مختلف در یک مبدل حرارتی

یکی از ویژگی های منحصر به فردمبدل های حرارتی ، امکان استفاده از صفحات و اتصالات برای سیالات دیگر است تا به ارزای یک منبع سرمایش یا گرمایش ، چندین سیال تبادل حرارت داشته باشند .

امکان بکار گیری مبدل حرارتی صفحه ای در تبادل حرارت بین سیالات با لزجت بالا

از آنجا که در این مبدل های حرارتی سیال دارای آشفتگی جریان بالا در سرعت های پایین می باشددر مواردی که سیال مورد نظردارای لزجت بالا باشد کاربرد دارد.

هزینه تعمیرات و نگهداری کمتر در مبدل های حرارتی صفحه ای

به سبب داشتن بازدهی بالای حرارتی ، دبی های جریان در این مبدل ها کمتر بوده و به سبب اشتغال فضای کمتر ، هزینه های نگهداری کمتری دارند.

                                                                                 نمایش اجزای مبدل حرارتی صفحه ای

معایب مبدل حرارتی صفحه ای

به سبب محدویت در ورودی های جریان روی صفحات در ، در زمانی که دبی های بالا از سیال با چگالی پایین(همچون بخار و گازها) وجود داشته باشند، رسیدن به یک طراحی اقتصادی امری دشوار میباشد چرا که افت فشار برای سیالات افزایش می یابد.از دیدگاه مکانیکی ، مجاری صفحه ها بهینه نیستند و در صفحه های واشر دار ، معمولا” تحمل فشار های بالاتر از 25 بار را ندارند.

اختلافات بزرگ بین اندازه ی دبی جریان دو سیال قابل اعمال نیست . در مبدل های صفحه ای رایج ، وجود ذرات با قطر بزرگتر از0،5 میلیمتر در سیال مشکل ساز است . در مبدل های صفحه ای واشر دار ، احتمال نشتی جریان وجود دارد.

واشر بندی صفحات مختلف مبدل حرارتی صفحه ای

نکات استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای

یکی از نکات مهم در هنگام استفاده  ، پرهیز از تغییرات ناگهانی در فشار کارکرد می باشد. از تغییرات فشار بیشتر از حدود 7 کیلو پاسکال بر دقیقه و تغییرات دمایی بیشتر 10 در جه ی سانتیگراد بر دقیقه باید پرهیز کرد. برای این شرایط می توان از تجهیزاتی همچون شیر های تخلیه و دمپر استفاده نمود.

فاصله ی بین صفحات در یک مبدل حرارتی

با توجه به اینکه فاصله ی بین صفحات برای افزایش انتقال حرارت بسیار کوچک می باشد، ذرات با ابعاد بزرگتر0،5 میلیمتر مکن است در این فضا گیر کنند . در نتیجه می بایست از ورود این ذرات با استفاده از صافیها جریان جلوگیری کرد. افزایش سرعت سیال می تواند به عبور ذرات و جلوگیری ته نشینی ان ها کمک کند. خاصیت خورندگی دارد، برای احتیاط از یک صفحه ی پوشش برای جلوگیری از تماس استفاده کنید.

اگرمبدل حرارتی در حال کار نباشد و در معرض دماهای زیر صفر باشد ،در صورت وجود آب درون سیستم، امکان یخ زدن و تغییر شکل صفحات وجود دارد . در این صورت مبدل باید به طور کامل خشک شود برای بازبینی یا تمیز کردن  ، دستگاه باید خاموش شود و دمای آن به زیر 40 درجه ی سانتی گراد رسیده باشد .مطمئن بودن از تمیز بودن   امر مهمی  است چرا که وجود رسوب یا ذرات آلودگی داخل مبدل موجب کاهش جریان سیال ، کاهش بازدهی مبدل و کوتاه شدن عمر آن می گردد.

تعویض صفحات

چنانچه یک صفحه در اثر آسیب جدی احتیاج به عوض شدن داشته باشد ، معمولا” صفحات مجاور آن نیز احتیاج به تعویض دارند. به طور کلی ، جلوگیری از نشتی در مبدل حرارتی صفحه ای راحتتر از ترمیمآن است. نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که برای تعیین میزان سفت بستن مبدل ها از ابعاد مجموعه استفاده می شود نه از گشتاور مورد نیاز، شرکت سازنده با توجه به محصول و تعداد صفحات ، یک طول مشخص ر ابرای مجموعه ی صفحات تعیین می کند که سفت بستن سیستم با توجه با آن باید صورت گیرد. توصیه می شود که سالی یک بار در صورت نیاز مجموعه برای جلوگیری از نشتی سفت شود و همزمان اتصالات و قاب برای بررسی هر گونه آسیب احتمالی یا خوردگی ( در محیط های شیمیایی) باز بینی شود.

تامین فضای کافی برای انجام تعمیرات در اطراف مبدل

  نکات نصب

یک قاعده کلی این است که فاصله های حدود1،5 تا2 برابر عرض دستگاه در اطراف آن وجود داشته باشد

از اتصالات اطراف مبدل برای جابجایی استفاده نشود

    برای بلند کردن دستگاه  هیچگاه از اتصالات اطراف آن استفاده نکنید. در اطراف مبدل حرارتی دستگاه هایی که ازن تولید میکنند مانند موتور های الکتریکی و دستگاه های جوشکاری که قوس الکتریکی ایجاد می کنند نباید وجود داشته باشد ، چرا که ازن بسیاری از مواد لاستیکی (شامل واشرها ) را از بین می برد.

هنگام اتصال سیستم لوله ها ، مطمئن شوید که هیچ فشار اضافه از طرف لوله ها بر مبدل  اعمال نگردد. اگر اتصالات لوله ها رزوه ای باشند ، مطمئن شوید که این اتصالات هنگام نصب نچرخند ، چرا که به واشر روی اولین صفحه آسیب می رساند. توصیه می شود هنگام نصب دستگاه به این نکته توجه شود که یک سینی زیر مبدل تعبیه شود تا از نشتی روی زمین و یا آسیب به تجهیزات الکتریکی در اطراف مبدل جلو گیری شود .

در هنگام راه اندازی  ، توصیه می شود که از صافی روی ورودی های سیال استفاده شود.این ذرات ممکن است درون مبدل پمپ شوند و اگر درون آن گرفتار شوند، می توانند باعث افت فشار ، کاهش بازدهی مبدل و با آسیب به آن شوند.