مبدل‌ حرارتی

مبدل‌ حرارتی چیست؟

مبدل‌ حرارتی استخر در فرایندهای صنعتی و روزمره برای کنترل و تنظیم دما استفاده می‌شوند. هدف اصلی این مبدل‌ها، انتقال گرما بین دو یا چند سیال است تا دمای مورد نظر را ایجاد یا حفظ کنند. دو نوع اصلی مبدل حرارتی، مبدل صفحه‌ای و مبدل پوسته و لوله، به کار می‌روند.مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای مواجهه مستقیم بین مایعات گرم و سرد را فراهم می‌کنند. در این نوع مبدل، مایع گرم از روی صفحاتی عبور می‌کند و گرما از سمت گرم به سمت سرد منتقل می‌شود.

این فرایند باعث کاهش دمای مایع گرم و افزایش دمای مایع سرد می‌شود.اما در مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، لوله‌هایی که توسط یک پوسته یا استوانه بزرگ احاطه شده‌اند، برای انتقال گرما به کار می‌روند. در اینجا، گرما به وسیله عبور مایع گرم از داخل لوله‌ها به مایع سرد انتقال می‌یابد. این نوع مبدل‌ها معمولاً برای اهداف متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله استفاده در مبدل‌های استخر برای گرمایش آب. بنابراین، هر دو نوع مبدل حرارتی دارای کاربردهای خاص خود هستند و به وسیلهٔ انتقال حرارت، در تنظیم و کنترل دما در فرایندهای مختلف موثر هستند.

مبدل استخر چیست ؟

سیستم‌های گرمایشی برای استخرها اهمیت زیادی دارند و به یک مبدل حرارتی با ویژگی‌های مطلوب و کیفیت مناسب نیاز است تا بتوان انرژی گرمایی را به آب استخر به صورت سریع و موثر منتقل کرد. مبدل حرارتی استخر به منظور گرم‌کردن آب استخر از منابع مختلفی مانند آب گرم، دیگ بخار یا سیستم‌های آب گرم خورشیدی استفاده می‌کند. این مبدل‌ها گرما را از منبع گرمایشی به آب استخر منتقل می‌کنند بدون آنکه این دو محیط با هم ترکیب شوند.

مبدل‌های حرارتی استخر با جریان متقابل که به معنای عبور همزمان مایع گرم و سرد در جهت‌های مخالف است، عمل می‌کنند. این ویژگی باعث افزایش کارایی و خروجی گرمایی بالا می‌شود و از انتقال حرارت بهتری برخوردار هستند. بنابراین، مبدل‌های حرارتی استخر به عنوان یکی از تجهیزات اساسی برای گرمایش استخرها شناخته می‌شوند که توانایی انتقال گرما را با کارایی بالا و قابلیت عملکرد موثری دارند.

وظیفه مبدل استخر

مبدل حرارتی استخر یک سیستم است که به انتقال گرما از یک مایع به مایع دیگر بدون ترکیب یا تماس مستقیم این دو سیال می‌پردازد. این مبدل‌ها بر اصل انتقال گرما تمرکز دارند و اجازه می‌دهند تا گرما از یک محیط به محیط دیگر منتقل شود، بدون اینکه خود مایع حامل گرما نیز منتقل شود.

این اصل اساسی مبدل حرارتی، یعنی انتقال حرارت بدون ادغام دو سیال، در تمام مبدل‌های حرارتی وجود دارد.استفاده از مبدل حرارتی استخر در بسیاری از فضاهای آبی متنوع مانند استخرهای کلردار، جکوزی‌ها، آبگرم و وان آبگرم، استخر گرم خورشیدی رایج است و حتی در سیستم‌های تأمین آب گرم خانگی، برنامه‌های آب دریا، آب و هوای گرم و حتی در فرآیند بازیابی حرارت پساب آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این نشان می‌دهد که مبدل حرارتی استخر یکی از تجهیزات چندمنظوره است که برای انتقال گرما در محیط‌های آبی مختلف و در شرایط مختلف کاربرد دارد. به همین دلیل، اگر نیاز به گرمایش یا انتقال حرارت در یک استخر وجود داشته باشد، همواره مبدل حرارتی مناسب و با کارایی مورد نیاز موجود است.

انواع مبدل حرارتی

مبدل حرارتی پوسته و لوله یکی از دسته‌های مبدل‌های حرارتی است که از تعدادی لوله کوچک درون یک پوسته استوانه‌ای تشکیل شده است. این لوله‌ها معمولاً در یک سیلندر یا پوسته‌ای است که می‌تواند دارای صفحات لوله‌ای ثابت یا یک پوسته لوله‌ای شناور باشد. این ویژگی‌ها به لوله‌ها اجازه می‌دهند تا با شرایط گرمایی مختلف سازگار شده و گسترش یافته یا منقبض شوند. همچنین، این نوع مبدل حرارتی قابلیت سرویس و نگهداری آسان را فراهم می‌کند و به راحتی می‌توان لوله‌ها را برداشت و تعویض کرد.

• مبدل حرارتی استخر پوسته و لوله از سه بخش اصلی تشکیل شده است که هرکدام وظایف مختلفی را بر عهده دارند. این سه بخش عبارتند از:
• هد‌ها (Heads): دو هد در دو طرف مبدل وجود دارند که شامل “rear head” (سر انتهایی) و “stationary head” (سر ثابت) می‌باشد. این هد‌ها قسمت‌های مهمی از ساختار مبدل هستند و نقش اساسی در عملکرد آن دارند.
• پوسته (Shell): این بخش یک پوسته استوانه‌ای است که بخش میانی مبدل را تشکیل می‌دهد و در آن لوله‌ها قرار می‌گیرند.
• لوله‌ها (Tubes): این بخش شامل تعدادی لوله کوچک است که درون پوسته قرار دارند. سطح انتقال حرارت در این نوع مبدل از طریق جداره فلزی تیوپ‌ها صورت می‌گیرد. هرچه تعداد تیوپ‌ها افزایش یابد، سطح انتقال حرارت نیز بیشتر می‌شود، اما با افزایش تعداد تیوپ‌ها، قطر کلی مبدل نیز افزایش خواهد یافت.

مبدل حرارتی استخر پوسته و لوله بر اساس تفاوت در rear head به سه دسته مختلف تقسیم می‌شود که شامل floating head (سر شناور)، U-Type (نوع U) و Floating Head (سر شناور) می‌باشند. این دسته‌بندی‌ها بر اساس ویژگی‌های سر انتهایی صورت می‌گیرند و هر یک کاربردها و خصوصیت‌های خاصی دارند که برای تطبیق با شرایط مختلف و نیازهای متنوع، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مزایای مبدل پوسته و لوله

مزایای مبدل پوسته و لوله عبارتند از :

مبدل حرارتی پوسته و لوله یک راهکار موثر و کارآمد برای انتقال حرارت است که با ویژگی‌ها و مزایا زیر شناخته می‌شود:

• ایجاد سطح بزرگ برای انتقال حرارت در حجم کم: با توجه به ساختار پوسته و لوله و داشتن تعداد زیادی لوله درون پوسته، این مبدل حرارتی امکان ایجاد سطح بزرگی برای انتقال حرارت را در یک حجم کمتر فراهم می‌کند. این ویژگی موجب می‌شود که انتقال گرما به طریق بهینه‌تری صورت گیرد.
• طراحی مکانیکی مناسب: ساختار مبدل حرارتی پوسته و لوله از نظر طراحی و ساختار مکانیکی مناسب برخوردار است که این امر باعث می‌شود این مبدل‌ها در برابر فشارها و شرایط محیطی مختلف به خوبی عمل کنند.
• استفاده در دامنه وسیعی از مولد: مبدل‌های پوسته و لوله قابلیت استفاده در دامنه وسیعی از مولد و منابع گرمایی مختلف را دارا هستند. این امکان را فراهم می‌کند که در بسیاری از صنایع و برنامه‌های مختلف از این نوع مبدل‌ها استفاده شود.
• سهولت استفاده و نگهداری: این نوع مبدل حرارتی به دلیل ساختار ساده و قابلیت دسترسی به لوله‌ها، عملیات نگهداری و تعمیرات آسان را فراهم می‌کند و این امکان را به کاربران می‌دهد تا با سهولت بیشتری از آن استفاده کنند.
• تحمل دماهای بالا: مبدل حرارتی پوسته و لوله قادر به تحمل دماهای بالا، به طوری که تا 3620 درجه سانتیگراد هم می‌تواند به خوبی عمل کند، بوده و برای برخی فرآیندها و شرایط صنعتی خاص، مناسب است.
• فشار بالا: این نوع مبدل حرارتی می‌تواند با فشارهای بالاتر از 30 بار نیز عمل کند که این ویژگی آن را برای برخی از فرآیندهای صنعتی مناسب می‌سازد.

مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه‌ای، در واقع نسخه‌ای مشابه با مبدل حرارتی پوسته و لوله است که از صفحات متعدد به جای لوله‌ها برای انتقال حرارت استفاده می‌کند. این صفحات متوالی تشکیل شده‌اند و سیالات به وسیلهٔ شیارهایی که در بین این صفحات وجود دارند، جریان داده می‌شوند. ساختار محکم و استفاده از فولاد ضد زنگ، این مبدل را به گزینه‌ای مناسب در صنایع فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی تبدیل کرده است.

هر صفحه مستطیلی، حاوی نازل‌های حلقوی است که به سیال‌ها اجازه می‌دهند در آن وارد و خارج شوند. این صفحات موجب جلوگیری از اختلاط سیالات گرم و سرد می‌شوند و انتقال حرارت را غیرمستقیم می‌کنند. با توجه به فشردگی و انباشتگی صفحات، این مبدل را می‌توان در دسته مبدل‌های “packed” قرار داد. واشرهایی که به صورت یک تکه بین صفحات قرار می‌گیرند، وظیفه محافظت از صفحات و جلوگیری از نشت جریان سیالات گرم و سرد به خارج از مبدل را دارند.

ضخامت معمول صفحات این مبدل حدود 0.4 تا 0.8 میلیمتر است و دارای برآمدگی با عمق 2 تا 10 میلیمتر می‌باشد. این صفحات معمولاً از جنس مواد آلیاژی یا استیل ضد زنگ ss304 ساخته می‌شوند. استفاده از این نوع مبدل حرارتی به دلیل ساختار خاص و قابلیت‌هایش در محافظت از صفحات و انتقال بهینه حرارت، در صنایع مختلفی از جمله فرآوری مواد غذایی با اهمیت بالایی استفاده می‌شود.

نحوه نصب مبدل استخر

مبدل حرارتی در استخر، جزئی اساسی از مدار سیرکوله استخر است و به منظور گرم‌کردن آب استخر به کار می‌رود. بویلر به عنوان تأمین کننده اصلی انرژی برای مبدل حرارتی عمل می‌کند و وظیفه اصلی آن گرم کردن آب استخر را بر عهده دارد. موجودیت مبدل حرارتی در سیستم تصفیه استخر باعث می‌شود که مقدار آبی که از طریق مسیر حامل انرژی عبور می‌کند (با دبی و نرخ جریان GPM) به شدت مهم باشد. در انتخاب، طراحی و محاسبه ظرفیت حرارتی مبدل استخر، دبی و نرخ جریان گذرنده از مسیر حامل انرژی از سایر پارامترهای موجود مهم‌تر هستند.

مبدل‌های حرارتی بویلرهای گرمایی، انرژی لازم برای گرم کردن آب حامل انرژی استخر را از یک پاس مبدل و آب موجود در کاسه استخر که دمای آن افت کرده است (وارد شده از طریق پمپ‌های تصفیه) تأمین می‌کنند. آب، پس از فیلتراسیون و بعد از رسیدن به دمای متعادل، از طریق پوسته مبدل حرارتی عبور می‌کند. نرخ انتقال حرارت در این پوسته بسیار بالا بوده و این امر منجر به رسیدن دمای آب به حدود 27 درجه سانتیگراد می‌شود.

مبدل‌های آب استخر با دمای حدود 85 درجه از دیگ بخار به آنها وارد می‌شوند. از سوی دیگر، آب واردی به مبدل حرارتی از آب استخر با دمای 15 درجه است و در نهایت با دمایی میان 27 تا 28 درجه از مبدل خارج می‌شود. این فرآیند نهایی باعث می‌شود که آب به دمای مطلوب و متعادلی در استخر باقی بماند، از طریق فرایند مناسبی که در مبدل حرارتی انجام می‌شود.

محاسبه ظرفیت مبدل استخر

برای محاسبه ظرفیت مبدل استخر ، فاکتورهای مختلفی را باید در نظر گرفت. این فاکتورها عبارتند از:

برای محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی در استخر، نیاز است که به فاکتورهای متعددی توجه کنیم:

• محاسبه حجم استخر: تعیین حجم آب موجود در استخر از جمله موارد اساسی برای محاسبه ظرفیت مبدل استخر است. این مقدار میزان آبی است که باید گرم شود یا دمای آن تغییر کند.
• محاسبه دبی حجمی استخر: تعیین نرخ جریان آب ورودی و خروجی استخر که بر اساس انتقال حرارتی بین مبدل و استخر می‌باشد. این دبی آب می‌تواند تاثیر زیادی بر تبادل حرارت داشته باشد.
• افت فشار طول مسیر لوله کشی و تجهیزات: در نظر گرفتن افت فشار از طریق لوله‌کشی و تجهیزات که ممکن است بر توزیع گرمای مبدل تأثیر گذار باشد.
• بار حرارتی ناشی از گرمایش: محاسبه میزان انرژی مورد نیاز برای گرم کردن آب استخر به دمای مطلوب.
• اتلاف حرارتی تبخیر سطح آب: در نظر گرفتن اتلافات حرارتی ناشی از تبخیر آب از سطح استخر که می‌تواند ضایعات انرژی را افزایش دهد.
• بار حرارتی مدار طبق جدول سازنده و داده ها: استفاده از داده‌ها و جداول ارائه شده توسط سازندگان مبدل‌های حرارتی به منظور تعیین بار حرارتی و نیاز به انتقال حرارت در مبدل.

این فاکتورها در مجموع تعیین کننده‌های مهمی هستند که برای محاسبه و انتخاب بهینه‌ی مبدل حرارتی در مدار سیرکوله استخر باید در نظر گرفته شوند.

انتخاب مبدل استخر مناسب

در زمان انتخاب مبدل استخر به موارد زیر توجه کنید:

مقاومت در برابر خوردگی

خوردگی یکی از چالش‌های مهم در استخرهایی است که از آب حاوی کلر و نمک استفاده می‌کنند. حضور این مواد می‌تواند به طور قابل توجهی بر مواد سازنده مبدل‌های حرارتی تأثیر بگذارد. اگر مبدل حرارتی شما از جنس موادی ساخته شده باشد که مقاوم در برابر خوردگی باشند، ماندگاری و عمر مفید آن به شدت افزایش خواهد یافت. انتخاب مواد مقاوم در برابر خوردگی می‌تواند تأثیر زیادی برای جلوگیری از آسیب دیدگی و کاهش نیاز به تعمیرات یا تعویض مبدل داشته باشد.

موادی مانند استیل ضد زنگ، تیتانیوم، آلیاژهای خاص و روی‌های محافظ مانند روی استاتین، از جمله موادی هستند که معمولاً برای ساخت مبدل‌های حرارتی در استخرهایی که با آب حاوی کلر و نمک سروکار دارند، به کار گرفته می‌شوند. این مواد به خاطر مقاومت بالا در برابر عوامل خورنده‌ی موجود در آب، به عنوان گزینه‌های مناسب و دارای عمر طولانی در محیط‌های حاوی آب کلر و نمک شناخته می‌شوند و می‌توانند به ماندگاری بلندمدت مبدل حرارتی شما کمک کنند.

نظافت خودکار

نگهداری و بررسی روزانه از تجهیزات استخر ممکن است برای افرادی که به دنبال استراحت و لذت از زمانی کیفیتی در استخر هستند، جذاب نباشد. اما، مبدل حرارتی استخر به طور کلی طراحی شده است تا به عنوان یک واحد خودتمیزکننده عمل کند و بدون نیاز به نگهداری و بررسی روزانه کار کند، مگر در مواقع خاص.

زمانی که می‌خواهید مبدل حرارتی را بررسی کنید، یکی از نکات مهم برای تشخیص مشکلات آن، میزان آبی است که از آن عبور می‌کند. اگر سرعت جریان آب زیاد باشد، این ممکن است نشان‌دهنده این باشد که مبدل حرارتی به تعمیر یا بررسی نیاز دارد. به عبارت دیگر، اگر متوجه شدید که سرعت جریان آب از مبدل حرارتی بیش از حد است، ممکن است نیاز به بررسی و تنظیمات مجدد داشته باشد.

در کل، این امر نشان می‌دهد که حتی اگر مبدل حرارتی استخر به طور کلی به صورت خودکفا و خودتمیزکننده عمل کند، اما بررسی دوره‌ای و نظارت بر سرعت جریان آب از آن می‌تواند به تشخیص زودهنگام مشکلات و جلوگیری از وقوع مشکلات بزرگتر کمک کند.

طول عمر طولانی

اگر مبدل حرارتی شما دارای کانال‌های گسترده‌ای باشد، این ویژگی می‌تواند به طولانی شدن زمان لازم برای ایجاد رسوب در مبدل کمک کند و در نتیجه، ممکن است طول عمر مبدل استخر شما بیشتر شود. وجود کانال‌های گسترده در مبدل حرارتی می‌تواند این امکان را فراهم کند که رسوبات به طور یکنواخت‌تر در سطح مبدل توزیع شده و فشار روی سطح کمتر شود.

به عبارت دیگر، اگر کانال‌های مبدل حرارتی شما بزرگتر و گسترده‌تر باشند، این احتمالاً باعث می‌شود که رسوبات کمتری به صورت تجمعی در سطح مبدل حرارتی شکل بگیرند. این موضوع می‌تواند منجر به کاهش میزان رسوبات و کربنات‌های معدنی شود که معمولاً در مبدل‌های حرارتی ایجاد می‌شوند. به دلیل کاهش رسوبات، احتمال افت فشار در کانال‌ها و همچنین کاهش بازدهی مبدل حرارتی کمتر می‌شود که این می‌تواند به طولانی شدن عمر مفید مبدل کمک کند.

کارایی

هر مبدل حرارتی استخر دارای ویژگی‌ها و فاکتورهای مختلفی است که تأثیر بر عملکرد و کارایی آن دارد. ارزیابی کارایی این مبدل‌ها از برخی جنبه‌های اساسی متنوع است. عواملی از جمله کارایی انتقال حرارت، منطقه سطح تماس، مواد ساختاری مورد استفاده، طراحی هیدرولیکی، و تمیزی مبدل تأثیرگذار هستند. همه این عوامل می‌توانند به طور جداگانه یا ترکیبی بر کارایی مبدل حرارتی تأثیر بگذارند و برای ارتقاء کارایی و بهبود عملکرد حرارتی مبدل‌های استخر باید به این فاکتورها توجه ویژه داشت.

دیفرانسیل دما

در مبدل‌های حرارتی، تفاوت دما بین مایع گرم و خنک کننده از اهمیت بسیاری برخوردار است. خنک‌کننده همواره در دماهای پایین‌تری نسبت به مایع گرم قرار می‌گیرد، این امر به دلیل نیاز به انتقال حرارت از مایع گرم به خنک کننده است. با ایجاد یک تفاوت دما، خنک کننده توانایی دارد گرمای بیشتری از مایع گرم را دریافت کرده و سپس این گرما را به دمای مایع خودتر منتقل کند. این فرایند از اهمیت چندانی برخوردار است زیرا تفاوت دما مستقیماً تأثیر مستقیمی بر نرخ انتقال حرارت دارد، که در نتیجه به بهبود کارایی و عملکرد مبدل حرارتی کمک می‌کند.

سرعت جریان

افزایش دبی در مبدل‌های حرارتی می‌تواند منجر به افزایش توانایی انتقال گرما شود. دبی یا میزان جریان سیال، نشان دهنده حجم سیالی است که از طریق مبدل حرارتی عبور می‌کند. افزایش دبی معمولاً منجر به افزایش توانایی مبدل برای انتقال حرارت می‌شود؛ زیرا با افزایش دبی، میزان حرکت سیال بیشتر می‌شود و در نتیجه، گرمای بیشتری به سرعت از مبدل عبور می‌کند. اما این افزایش دبی همراه با افزایش جرم سیال نیز می‌باشد، که این موضوع می‌تواند منجر به افت فشار و افزایش هزینه‌های انرژی شود.

همچنین افزایش دبی می‌تواند باعث افزایش سرعت سیال شده و افزایش انرژی خرابی در سیستم شود. بنابراین، مدیریت صحیح دبی و توجه به توازن بین افزایش توانایی انتقال حرارت و افت فشار از اهمیت بالایی برخوردار است.

نصب

مونتاژ و نصب مبدل‌های حرارتی استخر اساسی است و باید به دقت و بر اساس دستورالعمل‌های تولید کنندگان انجام شود. یکی از کارآمدترین روش‌های نصب مبدل حرارتی، استفاده از جریان مایعات در روش جریان ضد جریان است. به عبارت دیگر، اگر خنک‌کننده از یک جهت حرکت می‌کند، مایع گرم باید از جهت مخالف حرکت کند. برای مبدل‌های پوسته و لوله، مهم است که خنک‌کننده در ورودی پایین‌ترین نقطه وارد شود تا اطمینان حاصل شود که مبدل همیشه با آب پر است. همچنین، برای مبدل‌های حرارتی با خنک‌کننده هوا، در هنگام نصب کولر، لازم است که جریان هوا مورد توجه قرار گیرد، زیرا هر محدودیتی در جریان هوا می‌تواند به کاهش قابلیت خنک‌کنندگی منجر شود و عملکرد مبدل را کاهش دهد.

سخن پایانی

مبدل‌های حرارتی از مواد متنوعی طراحی و ساخته می‌شوند که برای مختلف نیازها و تنظیمات مختلف در تاسیسات مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب مناسب نوع مبدل حرارتی برای استخر شما به عوامل متعددی بستگی دارد و نیاز است تا ویژگی‌ها و مشخصات خاص استخر و تجهیزات مرتبط آن به دقت مورد بررسی قرار گیرد.

عواملی از قبیل ابعاد استخر، حجم آب، دمای مورد نیاز برای گرمایش یا خنک کردن آب استخر، میزان جریان آب، نوع و مقدار مواد شیمیایی مورد استفاده برای تصفیه آب و حفظ کیفیت آب استخر، همه از مواردی هستند که باید در نظر گرفته شوند. این عوامل به شما کمک می‌کنند تا مبدل حرارتی مطابق با نیازهای خاص استخر شما انتخاب شود.

در این مقاله به بررسی تجهیزات و سیستم استخر و بررسی عملکرد آن پرداختیم. مجموعه تخصصی آراز صنعت به عنوان مجموعه تخصصی در زمینه فروشگاه تجهیزات استخر، انواع تجهیزات تصفیه و لوازم ضروری نگهداری استخر را در فروشگاه خود عرضه میکند.جهت خرید لوازم ضروری نگهداری استخر کافی است که با شماره پشتیبانی آراز صنعت ۰۹۰۳۸۰۰۸۰۵۲ تماس گرفته و انواع تجهیزات ضروری تصفیه استخر را از سراسر ایران سفارش دهید.