فیلتر شنی

مبدل حرارتی

مبدل حرارتی یک سیستم مورد استفاده برای انتقال حرارت بین دو یا بیشتر است مایعات . مبدل های حرارتی در هر دو فرآیند سرمایش و گرمایش استفاده می شوند. سیالات ممکن است برای جلوگیری از اختلاط توسط یک دیوار جامد از هم جدا شوند یا ممکن است در تماس مستقیم باشند. آنها به طور گسترده ای در گرمایش فضا ، تبرید ، تهویه مطبوع ، نیروگاه ها ، کارخانه های شیمیایی ، کارخانه های پتروشیمی ، پالایشگاه های نفت ، پردازش گاز طبیعی و تصفیه فاضلاب استفاده می شوند . مثال کلاسیک مبدل حرارتی در یکموتور احتراق داخلی که در آن یک سیال در گردش به نام خنک کننده موتور از طریق کویل های رادیاتور جریان می یابد و هوا از کنار سیم پیچ ها عبور می کند که خنک کننده را خنک می کند و هوای ورودی را گرم می کند . مثال دیگر هیت سینک است که یک مبدل حرارتی غیرفعال است که گرمای تولید شده توسط یک وسیله الکترونیکی یا مکانیکی را به یک محیط سیال، اغلب هوا یا خنک کننده مایع، منتقل می کند

کاربردهای مبدل حرارتی- مبدل گرمایی

این کاربردهای شامل نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید، صنایع فرآیندی، صنایع غذایی و دارویی، صنایع ذوب فلز، گرمایش، تهویه مطبوع، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی میباشند.

مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار، مولد بخار، کندانسور، اواپراتور، تبخیرکننده ها، برج خنک کن، پیش گرم کن فن کویل، خنک کن و گرم کن روغن، رادیاتورها، کوره ها و … کاربرد فراوان دارند.

انواع تقسیم بندی مبدل حرارتی:

. بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل

. بر اساس جهت جریان گرم و سرد

. بر اساس مکانیسم انتقال حرارت مابین دو سیال گرم و سرد

. بر اساس سطح و نوع تماس سیال گرم و سرد

ترتیب جریان

سه طبقه بندی اولیه مبدل های حرارتی بر اساس ترتیب جریان آنها وجود دارد. در مبدل های حرارتی جریان موازی ، دو سیال در یک انتها وارد مبدل می شوند و به موازات یکدیگر به سمت دیگر حرکت می کنند. در مبدل های حرارتی ضد جریان ، سیالات از دو طرف مخالف وارد مبدل می شوند. طراحی جریان شمارنده کارآمدترین است، زیرا می تواند بیشترین گرما را از محیط گرما (انتقال) در واحد جرم منتقل کند، زیرا میانگین اختلاف دما در هر واحد طول بیشتر است . تبادل جریان متقابل را ببینید . در یک مبدل حرارتی با جریان متقاطع ، سیالات تقریباً عمود بر یکدیگر از طریق مبدل حرکت می کنند.

برای کارایی، مبدل های حرارتی به گونه ای طراحی شده اند که سطح دیوار بین دو سیال را به حداکثر برسانند، در حالی که مقاومت در برابر جریان سیال از طریق مبدل را به حداقل برسانند. عملکرد مبدل همچنین می‌تواند تحت تأثیر افزودن پره‌ ها یا موج ‌ها در یک یا هر دو جهت قرار گیرد، که سطح را افزایش می ‌دهد و ممکن است جریان سیال را کانالیزه کند یا تلاطم ایجاد کند.

دمای حرکت در سراسر سطح انتقال حرارت با موقعیت متفاوت است، اما دمای متوسط مناسبی را می توان تعریف کرد. در اکثر سیستم‌های ساده، این « تفاوت میانگین دمایی گزارش » (LMTD) است. گاهی اوقات دانش مستقیم LMTD در دسترس نیست و از روش NTU استفاده می شود.

مبدل حرارتی چگونه کار می کند؟

مبدل های حرارتی، پوسته ها و لوله های فلزی با انتقال گرما از یک مکان به مکان دیگر کار می کنند. هنگامی که یک مبدل حرارتی گاز طبیعی یا سوخت پروپان را می سوزاند، محصولات جانبی اگزوز و احتراق آن (همچنین به عنوان گاز دودکش شناخته می شود) وارد مبدل حرارتی شده و از آن عبور می کند. گاز داغ دودکش فلز را گرم می کند زیرا گاز راه خود را به خروجی اگزوز مبدل حرارتی می رساند. همان طور که این اتفاق می افتد، فلز داغ هوای گردشی در قسمت بیرونی مبدل حرارتی را گرم می کند.

انواع

مبدل حرارتی دو لوله ساده ترین مبدل های مورد استفاده در صنایع هستند. از یک طرف، این مبدل حرارتی هم برای طراحی و هم برای تعمیر و نگهداری ارزان هستند و آنها را به انتخاب خوبی برای صنایع کوچک تبدیل می کند. از سوی دیگر، راندمان پایین آنها همراه با فضای زیاد اشغال شده در مقیاس های بزرگ، صنایع مدرن را به استفاده از مبدل های حرارتی کارآمدتر مانند پوسته و لوله یا صفحه سوق داده است. با این حال، از آنجایی که مبدل های حرارتی دو لوله ساده هستند، از آنها برای آموزش اصول طراحی مبدل حرارتی به دانش آموزان استفاده می شود زیرا قوانین اساسی برای همه مبدل های حرارتی یکسان است.

مبدل حرارتی دو لوله (الف) هنگامی که سیال دیگر به شکاف حلقوی بین دو لوله می ریزد، یک سیال از طریق لوله کوچکتر جریان می یابد. جریان ممکن است یک جریان یا جریان موازی در یک مبدل حرارتی دو لوله باشد. (ب) جریان موازی، جایی که در یک نقطه، مایعات سرد و گرم به هم می پیوندند، در یک جهت جریان می یابند و در یک انتها خارج می شوند.

(ج) جریان مخالف، جایی که در انتهای مخالف، سیالات سرد و گرم به هم می پیوندند، در جهت مخالف جریان می یابند و در انتهای مخالف خارج می شوند.

شکل بالا جهت جریان موازی و خلاف جریان مبدل سیال را نشان می دهد. اگر این کار در شرایط مشابه انجام شود، گرمای بیشتری به دستگاه ضد جریان نسبت به مبدل حرارتی جریان موازی منتقل می شود. به دلیل اختلاف دمای زیاد ناشی از ولتاژ حرارتی بالا، پروفایل های دمایی دو مبدل حرارتی دو نقطه ضعف قابل توجه در طراحی جریان موازی نشان می دهند. این نشان می دهد که اگر قرار باشد طراحی برای افزایش دمای سیال سرد باشد، شراکت یک نقطه ضعف مشخص است. در جایی که انتظار می رود دو سیال دقیقاً به یک دما منتقل شوند، پیکربندی جریان موازی سودمند است. در حالی که مبدل حرارتی جریان مخالف در مقایسه با طراحی جریان موازی مزایای قابل توجهی دارد.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

به نظر می رسد که اجزای اصلی این نوع مبدل حرارتی جعبه لوله، پوسته، هدرهای انتهایی عقب جلو و بافل ها یا باله ها باشد.

بافل ها برای حمایت از لوله ها، هدایت جریان سیال به لوله ها به روشی تقریبا طبیعی و به حداکثر رساندن تلاطم سیال پوسته استفاده می شوند. انواع مختلفی از بافل وجود دارد و انتخاب شکل، فاصله و هندسه بافل بسته به میزان جریان مجاز افت نیروی سمت پوسته، نیاز به پشتیبانی لوله و ارتعاشات ناشی از جریان دارد. انواع مختلفی از مبدل های پوسته و لوله موجود است. تفاوت در ترتیب پیکربندی جریان و جزئیات ساخت و ساز نهفته است.

در کاربرد برای خنک کردن هوا با فناوری پوسته و لوله (مانند خنک کننده اینترکولر خنک کننده هوای شارژ برای موتورهای احتراقی)، می توان پره هایی را روی لوله ها اضافه کرد تا ناحیه انتقال حرارت در سمت هوا را افزایش داده و پیکربندی لوله و باله ایجاد کند.

مبدل حرارتی صفحه ای مبدل حرارتی صفحه ای حاوی مقداری از صفحات نازک انتقال حرارت است که در کنار هم قرار گرفته اند. آرایش واشر هر جفت صفحه دو سیستم کانال مجزا را فراهم می کند. هر جفت صفحه کانالی را تشکیل می دهد که سیال می تواند از آن عبور کند. جفت ها با روش های جوش و پیچ وصل می شوند. در زیر اجزای موجود در مبدل حرارتی نشان داده شده است.

در کانال های تک، پیکربندی واشرها جریان را از طریق آن امکان پذیر می کند. بنابراین، این اجازه می دهد تا رسانه های اصلی و ثانویه در جریان مخالف جریان داشته باشند. مبدل حرارتی صفحه واشر دارای یک ناحیه حرارتی از صفحات موجدار است. واشر به عنوان مهر و موم بین صفحات عمل می کند و آنها بین قاب و صفحات فشار قرار می گیرند. سیال در جهت جریان مخالف در سراسر مبدل حرارتی جریان دارد. عملکرد حرارتی کارآمد تولید می شود. صفحات در اعماق، اندازه ها و اشکال راه راه مختلف تولید می شوند. انواع مختلفی از صفحات موجود است که شامل مبدل های حرارتی صفحه و قاب، صفحه و پوسته و صفحه مارپیچ می باشد. ناحیه توزیع جریان سیال را به کل سطح انتقال حرارت تضمین می کند. این به جلوگیری از راکد شدن ناحیه ای که می تواند باعث تجمع مواد ناخواسته روی سطوح جامد شود، کمک می کند.

کندانسورها و بویلرها مبدلهای حرارتی با استفاده از سیستم انتقال حرارت دو فاز، کندانسورها، بویلرها و اواپراتورها هستند. کندانسورها ابزارهایی هستند که گاز یا بخار داغ را گرفته و تا حد متراکم شدن خنک می کنند و گاز را به شکل مایع تبدیل می کنند. به نقطه ای که مایع به گاز تبدیل می شود تبخیر و بالعکس تراکم می گویند. کندانسور سطحی رایج ترین نوع کندانسور است که شامل یک دستگاه تامین آب است. شکل 5 زیر یک کندانسور سطحی دو پاسی را نشان می دهد.

فشار بخار در خروجی توربین در جایی که چگالی بخار بسیار کم است، جایی که سرعت جریان بسیار زیاد است، کم است. برای جلوگیری از کاهش فشار در حرکت بخار از توربین به کندانسور، واحد کندانسور در زیر قرار داده شده و به توربین متصل می شود. در داخل لوله ها، آب خنک کننده به صورت موازی جریان می یابد، در حالی که بخار در یک موقعیت عمودی به سمت پایین از دهانه گسترده در بالا حرکت می کند و از طریق لوله حرکت می کند. علاوه بر این، دیگهای بخار به عنوان کاربرد اولیه مبدل های حرارتی طبقه بندی می شوند. کلمه مولد بخار به طور منظم برای توصیف واحد دیگ بخار استفاده می شد که در آن جریان مایع داغ منبع گرما به جای محصولات احتراق است. بسته به ابعاد و پیکربندی دیگ های بخار ساخته می شوند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله ای

متداول ترین نمونه مبدل های حرارتی، مبدل های پوسته و لوله ای می باشد که از یک لوله واحد یا چندین لوله (دسته لوله) که در یک پوسته فشار سیلندری بسته قرار داده شده اند تشکیل شده است.

طراحی و ساخت این مبدل های حرارتی به گونه ای است که یک سیال در لوله یا لوله های کوچک تر جریان می یابد و سیال دیگر در پیرامون آن در لوله های دیگر یا بین آن جریان می یابد. موارد کاربردی استفاده از این نوع مبدل های حرارتی شامل پیش گرمایش، خنک سازی روغن های صنعتی و تولید بخار می باشد.

مبدل حرارتی صفحه ای

این مبدل های حرارتی از صفحه های خمش دار و نازک به هم چسبانده شده ایجاد می شوند. هر جفت صفحه کانالی را ایجاد می کند که مایع سیال از آن عبور می کند و جفت های صفحه به واسطه جوش و پیچ و مهره و یا روش های دیگر به هم متصل می شوند.

مبدل حرارتی دو لوله ای

این مبدل حرارتی که در واقع نوعی مبدل پوسته و لوله ای است از ساده ترین ساختار و طراحی مبدل های حرارتی بهره می برد که شامل دو یا تعداد بیشتری لوله متمرکز است.

مبدل حرارتی احیاء کننده

در مبدل های حرارتی احیاء کننده، سیال در هر دو طرف مبدل جریان می یابد که مبدل استفاده شده می تواند از نوع پوسته و لوله و یا از نوع صفحه ای باشد. از آن جایی که در این مبدل حرارتی، سیال بسیار داغ می شود، می توان از سیال خروجی برای گرم کردن سیال ورودی استفاده کرد. به این طریق می توان دمای سیال را در یک مقدارِ مشخصِ تقریبا ثابت نگه داشت.

از آن جا که طرز کار این مبدل حرارتی به صورت چرخه ای می باشد در نتیجه مقدار زیادی از انرژی ذخیره می شود. سیال خروجی گرمای خود را به سیال ورودی منتقل می کند. به این ترتیب برای ثابت نگه داشتن دمای سیال فقط به مقدار کمی انرژی اضافی نیاز می باشد. از مبدل حرارتی احیاء کننده معمولا برای پژوهش های تحقیقاتی استفاده می کنند.

طراحی مبدل حرارتی

امروزه طراحی مبدل حرارتی توسط نرم افزارهایی نظیر ASPEN و HTRI صورت می پذیرد. بدین منظور قبل از شروع فرآیند طراحی باید اطلاعات اولیه جمع آوری و در اختیار طراح قرار گیرد. اما این اطلاعات اولیه به منظور طراحی مبدل گرمایی شامل چه مواردی است

از جمله پارامترهایی که یک طراح برای طراحی اینگونه تجهیزات به آن نیاز دارد میتوان به:

دبی سیال گرم و سرد

دمای ورودی و خروجی سیال خنک و گرم (مایع یا گاز)

ساختار، اندازه و عملکرد سیستم مبدل گرمایی (بسته به نیاز و سفارش کارفرمایان)

خواص فیزیکی سیالات نظیر جرم حجمی

ویسکوزیته

ضرایب انتقال حرارت

جنس لوله‌ها و صفحات

شکل مبدل حرارتی (بمنظور محاسبه ظرفیت و سطح تبادل حرارت)

مبدل حرارتی

مبدل حرارتی یک سیستم مورد استفاده برای انتقال حرارت بین دو یا بیشتر است مایعات . مبدل های حرارتی در هر دو فرآیند سرمایش و گرمایش استفاده می شوند. سیالات ممکن است برای جلوگیری از اختلاط توسط یک دیوار جامد از هم جدا شوند یا ممکن است در تماس مستقیم باشند. آنها به طور گسترده ای در گرمایش فضا ، تبرید ، تهویه مطبوع ، نیروگاه ها ، کارخانه های شیمیایی ، کارخانه های پتروشیمی ، پالایشگاه های نفت ، پردازش گاز طبیعی و تصفیه فاضلاب استفاده می شوند . مثال کلاسیک مبدل حرارتی در یکموتور احتراق داخلی که در آن یک سیال در گردش به نام خنک کننده موتور از طریق کویل های رادیاتور جریان می یابد و هوا از کنار سیم پیچ ها عبور می کند که خنک کننده را خنک می کند و هوای ورودی را گرم می کند . مثال دیگر هیت سینک است که یک مبدل حرارتی غیرفعال است که گرمای تولید شده توسط یک وسیله الکترونیکی یا مکانیکی را به یک محیط سیال، اغلب هوا یا خنک کننده مایع، منتقل می کند

کاربردهای مبدل حرارتی- مبدل گرمایی

این کاربردهای شامل نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید، صنایع فرآیندی، صنایع غذایی و دارویی، صنایع ذوب فلز، گرمایش، تهویه مطبوع، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی میباشند.

مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار، مولد بخار، کندانسور، اواپراتور، تبخیرکننده ها، برج خنک کن، پیش گرم کن فن کویل، خنک کن و گرم کن روغن، رادیاتورها، کوره ها و … کاربرد فراوان دارند.

انواع تقسیم بندی مبدل حرارتی:

. بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل

. بر اساس جهت جریان گرم و سرد

. بر اساس مکانیسم انتقال حرارت مابین دو سیال گرم و سرد

. بر اساس سطح و نوع تماس سیال گرم و سرد

ترتیب جریان

سه طبقه بندی اولیه مبدل های حرارتی بر اساس ترتیب جریان آنها وجود دارد. در مبدل های حرارتی جریان موازی ، دو سیال در یک انتها وارد مبدل می شوند و به موازات یکدیگر به سمت دیگر حرکت می کنند. در مبدل های حرارتی ضد جریان ، سیالات از دو طرف مخالف وارد مبدل می شوند. طراحی جریان شمارنده کارآمدترین است، زیرا می تواند بیشترین گرما را از محیط گرما (انتقال) در واحد جرم منتقل کند، زیرا میانگین اختلاف دما در هر واحد طول بیشتر است . تبادل جریان متقابل را ببینید . در یک مبدل حرارتی با جریان متقاطع ، سیالات تقریباً عمود بر یکدیگر از طریق مبدل حرکت می کنند.

برای کارایی، مبدل های حرارتی به گونه ای طراحی شده اند که سطح دیوار بین دو سیال را به حداکثر برسانند، در حالی که مقاومت در برابر جریان سیال از طریق مبدل را به حداقل برسانند. عملکرد مبدل همچنین می‌تواند تحت تأثیر افزودن پره‌ ها یا موج ‌ها در یک یا هر دو جهت قرار گیرد، که سطح را افزایش می ‌دهد و ممکن است جریان سیال را کانالیزه کند یا تلاطم ایجاد کند.

دمای حرکت در سراسر سطح انتقال حرارت با موقعیت متفاوت است، اما دمای متوسط مناسبی را می توان تعریف کرد. در اکثر سیستم‌های ساده، این « تفاوت میانگین دمایی گزارش » (LMTD) است. گاهی اوقات دانش مستقیم LMTD در دسترس نیست و از روش NTU استفاده می شود.

مبدل حرارتی چگونه کار می کند؟

مبدل های حرارتی، پوسته ها و لوله های فلزی با انتقال گرما از یک مکان به مکان دیگر کار می کنند. هنگامی که یک مبدل حرارتی گاز طبیعی یا سوخت پروپان را می سوزاند، محصولات جانبی اگزوز و احتراق آن (همچنین به عنوان گاز دودکش شناخته می شود) وارد مبدل حرارتی شده و از آن عبور می کند. گاز داغ دودکش فلز را گرم می کند زیرا گاز راه خود را به خروجی اگزوز مبدل حرارتی می رساند. همان طور که این اتفاق می افتد، فلز داغ هوای گردشی در قسمت بیرونی مبدل حرارتی را گرم می کند.

انواع

مبدل حرارتی دو لوله ساده ترین مبدل های مورد استفاده در صنایع هستند. از یک طرف، این مبدل حرارتی هم برای طراحی و هم برای تعمیر و نگهداری ارزان هستند و آنها را به انتخاب خوبی برای صنایع کوچک تبدیل می کند. از سوی دیگر، راندمان پایین آنها همراه با فضای زیاد اشغال شده در مقیاس های بزرگ، صنایع مدرن را به استفاده از مبدل های حرارتی کارآمدتر مانند پوسته و لوله یا صفحه سوق داده است. با این حال، از آنجایی که مبدل های حرارتی دو لوله ساده هستند، از آنها برای آموزش اصول طراحی مبدل حرارتی به دانش آموزان استفاده می شود زیرا قوانین اساسی برای همه مبدل های حرارتی یکسان است.

مبدل حرارتی دو لوله (الف) هنگامی که سیال دیگر به شکاف حلقوی بین دو لوله می ریزد، یک سیال از طریق لوله کوچکتر جریان می یابد. جریان ممکن است یک جریان یا جریان موازی در یک مبدل حرارتی دو لوله باشد. (ب) جریان موازی، جایی که در یک نقطه، مایعات سرد و گرم به هم می پیوندند، در یک جهت جریان می یابند و در یک انتها خارج می شوند.

(ج) جریان مخالف، جایی که در انتهای مخالف، سیالات سرد و گرم به هم می پیوندند، در جهت مخالف جریان می یابند و در انتهای مخالف خارج می شوند.

شکل بالا جهت جریان موازی و خلاف جریان مبدل سیال را نشان می دهد. اگر این کار در شرایط مشابه انجام شود، گرمای بیشتری به دستگاه ضد جریان نسبت به مبدل حرارتی جریان موازی منتقل می شود. به دلیل اختلاف دمای زیاد ناشی از ولتاژ حرارتی بالا، پروفایل های دمایی دو مبدل حرارتی دو نقطه ضعف قابل توجه در طراحی جریان موازی نشان می دهند. این نشان می دهد که اگر قرار باشد طراحی برای افزایش دمای سیال سرد باشد، شراکت یک نقطه ضعف مشخص است. در جایی که انتظار می رود دو سیال دقیقاً به یک دما منتقل شوند، پیکربندی جریان موازی سودمند است. در حالی که مبدل حرارتی جریان مخالف در مقایسه با طراحی جریان موازی مزایای قابل توجهی دارد.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

به نظر می رسد که اجزای اصلی این نوع مبدل حرارتی جعبه لوله، پوسته، هدرهای انتهایی عقب جلو و بافل ها یا باله ها باشد.

بافل ها برای حمایت از لوله ها، هدایت جریان سیال به لوله ها به روشی تقریبا طبیعی و به حداکثر رساندن تلاطم سیال پوسته استفاده می شوند. انواع مختلفی از بافل وجود دارد و انتخاب شکل، فاصله و هندسه بافل بسته به میزان جریان مجاز افت نیروی سمت پوسته، نیاز به پشتیبانی لوله و ارتعاشات ناشی از جریان دارد. انواع مختلفی از مبدل های پوسته و لوله موجود است. تفاوت در ترتیب پیکربندی جریان و جزئیات ساخت و ساز نهفته است.

در کاربرد برای خنک کردن هوا با فناوری پوسته و لوله (مانند خنک کننده اینترکولر خنک کننده هوای شارژ برای موتورهای احتراقی)، می توان پره هایی را روی لوله ها اضافه کرد تا ناحیه انتقال حرارت در سمت هوا را افزایش داده و پیکربندی لوله و باله ایجاد کند.

مبدل حرارتی صفحه ای مبدل حرارتی صفحه ای حاوی مقداری از صفحات نازک انتقال حرارت است که در کنار هم قرار گرفته اند. آرایش واشر هر جفت صفحه دو سیستم کانال مجزا را فراهم می کند. هر جفت صفحه کانالی را تشکیل می دهد که سیال می تواند از آن عبور کند. جفت ها با روش های جوش و پیچ وصل می شوند. در زیر اجزای موجود در مبدل حرارتی نشان داده شده است.

در کانال های تک، پیکربندی واشرها جریان را از طریق آن امکان پذیر می کند. بنابراین، این اجازه می دهد تا رسانه های اصلی و ثانویه در جریان مخالف جریان داشته باشند. مبدل حرارتی صفحه واشر دارای یک ناحیه حرارتی از صفحات موجدار است. واشر به عنوان مهر و موم بین صفحات عمل می کند و آنها بین قاب و صفحات فشار قرار می گیرند. سیال در جهت جریان مخالف در سراسر مبدل حرارتی جریان دارد. عملکرد حرارتی کارآمد تولید می شود. صفحات در اعماق، اندازه ها و اشکال راه راه مختلف تولید می شوند. انواع مختلفی از صفحات موجود است که شامل مبدل های حرارتی صفحه و قاب، صفحه و پوسته و صفحه مارپیچ می باشد. ناحیه توزیع جریان سیال را به کل سطح انتقال حرارت تضمین می کند. این به جلوگیری از راکد شدن ناحیه ای که می تواند باعث تجمع مواد ناخواسته روی سطوح جامد شود، کمک می کند.

کندانسورها و بویلرها مبدلهای حرارتی با استفاده از سیستم انتقال حرارت دو فاز، کندانسورها، بویلرها و اواپراتورها هستند. کندانسورها ابزارهایی هستند که گاز یا بخار داغ را گرفته و تا حد متراکم شدن خنک می کنند و گاز را به شکل مایع تبدیل می کنند. به نقطه ای که مایع به گاز تبدیل می شود تبخیر و بالعکس تراکم می گویند. کندانسور سطحی رایج ترین نوع کندانسور است که شامل یک دستگاه تامین آب است. شکل 5 زیر یک کندانسور سطحی دو پاسی را نشان می دهد.

فشار بخار در خروجی توربین در جایی که چگالی بخار بسیار کم است، جایی که سرعت جریان بسیار زیاد است، کم است. برای جلوگیری از کاهش فشار در حرکت بخار از توربین به کندانسور، واحد کندانسور در زیر قرار داده شده و به توربین متصل می شود. در داخل لوله ها، آب خنک کننده به صورت موازی جریان می یابد، در حالی که بخار در یک موقعیت عمودی به سمت پایین از دهانه گسترده در بالا حرکت می کند و از طریق لوله حرکت می کند. علاوه بر این، دیگهای بخار به عنوان کاربرد اولیه مبدل های حرارتی طبقه بندی می شوند. کلمه مولد بخار به طور منظم برای توصیف واحد دیگ بخار استفاده می شد که در آن جریان مایع داغ منبع گرما به جای محصولات احتراق است. بسته به ابعاد و پیکربندی دیگ های بخار ساخته می شوند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله ای

متداول ترین نمونه مبدل های حرارتی، مبدل های پوسته و لوله ای می باشد که از یک لوله واحد یا چندین لوله (دسته لوله) که در یک پوسته فشار سیلندری بسته قرار داده شده اند تشکیل شده است.

طراحی و ساخت این مبدل های حرارتی به گونه ای است که یک سیال در لوله یا لوله های کوچک تر جریان می یابد و سیال دیگر در پیرامون آن در لوله های دیگر یا بین آن جریان می یابد. موارد کاربردی استفاده از این نوع مبدل های حرارتی شامل پیش گرمایش، خنک سازی روغن های صنعتی و تولید بخار می باشد.

مبدل حرارتی صفحه ای

این مبدل های حرارتی از صفحه های خمش دار و نازک به هم چسبانده شده ایجاد می شوند. هر جفت صفحه کانالی را ایجاد می کند که مایع سیال از آن عبور می کند و جفت های صفحه به واسطه جوش و پیچ و مهره و یا روش های دیگر به هم متصل می شوند.

مبدل حرارتی دو لوله ای

این مبدل حرارتی که در واقع نوعی مبدل پوسته و لوله ای است از ساده ترین ساختار و طراحی مبدل های حرارتی بهره می برد که شامل دو یا تعداد بیشتری لوله متمرکز است.

مبدل حرارتی احیاء کننده

در مبدل های حرارتی احیاء کننده، سیال در هر دو طرف مبدل جریان می یابد که مبدل استفاده شده می تواند از نوع پوسته و لوله و یا از نوع صفحه ای باشد. از آن جایی که در این مبدل حرارتی، سیال بسیار داغ می شود، می توان از سیال خروجی برای گرم کردن سیال ورودی استفاده کرد. به این طریق می توان دمای سیال را در یک مقدارِ مشخصِ تقریبا ثابت نگه داشت.

از آن جا که طرز کار این مبدل حرارتی به صورت چرخه ای می باشد در نتیجه مقدار زیادی از انرژی ذخیره می شود. سیال خروجی گرمای خود را به سیال ورودی منتقل می کند. به این ترتیب برای ثابت نگه داشتن دمای سیال فقط به مقدار کمی انرژی اضافی نیاز می باشد. از مبدل حرارتی احیاء کننده معمولا برای پژوهش های تحقیقاتی استفاده می کنند.

طراحی مبدل حرارتی

امروزه طراحی مبدل حرارتی توسط نرم افزارهایی نظیر ASPEN و HTRI صورت می پذیرد. بدین منظور قبل از شروع فرآیند طراحی باید اطلاعات اولیه جمع آوری و در اختیار طراح قرار گیرد. اما این اطلاعات اولیه به منظور طراحی مبدل گرمایی شامل چه مواردی است

از جمله پارامترهایی که یک طراح برای طراحی اینگونه تجهیزات به آن نیاز دارد میتوان به:

دبی سیال گرم و سرد

دمای ورودی و خروجی سیال خنک و گرم (مایع یا گاز)

ساختار، اندازه و عملکرد سیستم مبدل گرمایی (بسته به نیاز و سفارش کارفرمایان)

خواص فیزیکی سیالات نظیر جرم حجمی

ویسکوزیته

ضرایب انتقال حرارت

جنس لوله‌ها و صفحات

شکل مبدل حرارتی (بمنظور محاسبه ظرفیت و سطح تبادل حرارت)