مبدل حرارتی آب به آب – هرآن‌چه باید بدانید
مبدل‌های حرارتی گرما را میان دو یا چند مایع یا گاز تبادل می‌کنند. سیال‌های فرایند انتقال حرارت می‌توانند بصورت گاز به گاز، مایع به گاز، و مایع به مایع باشند.
معمولاً نیاز به این نیست که دو مایع یا گاز با یک‌دیگر تماس مستقیم داشته باشند یا با هم مخلوط شوند. در این مقاله به توصیف مبدل حرارتی آب به آب می‌پردازیم.
مبدل حرارتی چطور کار می‌کند؟
عملکرد مبدل‌های حرارتی این‌طور است که سیال گرم‌تر یا بطور مستقیم یا غیرمستقیم با سیالی خنک‌تر ارتباط برقرار می‌کند.
این باعث می‌شود که گرما از سیال گرم به خنک منتقل شود و به تعادل برسد. این انتقال حرارت باعث می‌شود که سیال گرم‌تر دمایش کاهش و سیال خنک‌تر دمایش افزایش بیابد.
بسته به این‌که هدف استفاده از مبدل گرمایش یا خنک کردن باشد، از این فرایند می‌توان طوری استفاده کرد که یا گرما به سیستم اضافه شود (مثل بخاری ماشین) یا از آن خارج شود (مثل رادیاتور ماشین).
اساس کار مبدل حرارتی این است که گرما را انتقال می‌دهد، بدون این‌که خود سیال را انتقال بدهد.
مبدل‌های حرارتی معمولاً از فلز ساخته می‌شوند، ولی می‌توانند از سرامیک، کامپوزیت، و پلاستیک نیز ساخته شوند.
سرامیک برای کارهای با درجه دمای بسیار بالا (بیشتر از 1000 درجه سانتی‌گراد) بکار می‌رود چون در این دماها فلزاتی مانند مس و آهن و فولاد ذوب می‌شوند.
سرامیک همچنین برای کار با سیالات خورنده و ساینده استفاده می‌شود.
پلاستیک‌ها معمولا سبک‌تر و ارزان‌تر از فلزات هستند، در مقابل خوردگی مقاوم‌اند، و هادی خوبی برای گرما هستند، ولی معمولاً از نظر مکانیکی ضعیف هستند.
هرچند از پلاستیک برای دماهای بالا استفاده نمی‌شود، معمولاً از آن در کارهای مربوط به آب مثل استخرها و حمام‌ها استفاده می‌شود.
مبدل حرارتی آب به آب چیست؟
مبدل‌های حرارتی آب به آب با استفاده از گرمای آب دفع شده، آب تازه وارد شده را گرم می‌کند.
در یک مبدل آب معمولی، آب تازه به سمت داخل جریان می‌یابد و حول آب گرم‌تر که در حال خروج است، می‌چرخد.
آب گرم خروجی انرژی گرمایی‌اش را از طریق دیواره‌های درونی مبدل به آب تازه منتقل می‌کند، آن را گرم می‌کند، و دمای خودش در حین این‌که به بیرون می‌رود، کاهش می‌یابد.
مدل‌های مختلفی از مبدل آب به آب وجود دارند. دو نوع متداول آن‌ها مبدل‌های شل اند تیوب و مبدل‌های صفحه‌ای هستند.
مبدل‌های شل اند تیوب از یک تیوب تنها یا چند تیوب موازی تشکیل شده‌اند که درون یک قالب (vessel) استوانه‌ای قرار گرفته و فیکس شده‌اند.
یک سیال از تیوب یا تیوب‌های کوچک‌تر وارد می‌شود، و سیال دیگر از بیرون و میان تیوب یا تیوب‌ها جریان می‌یابد.
طراحی‌های دیگر شامل تیوب‌های پره‌دار، انتقال حرارت یک یا دو فازه، جریان countercurrent (خلاف جریان)، جریان concurrent (موافق جریان)، یا تنظیمات جریان متقابل، و پیکربندی‌های یک، دو، یا چند گذر هستند.
مبدل‌های صفحه‌ای از چند صفحه‌ی نازک و راه راه به هم پیوسته تشکیل می‌شوند.
هر جفت صفحه یک کانال جریان می‌سازد که سیال می‌تواند در آن عبور کند، و صفحه‌ها بصورت جفت جفت روی هم قرار می‌گیرند و به هم متصل می‌شوند
(از طریق پیچ و مهره، لحیم‌کاری یا جوشکاری)، بطوری که یک مسیر ثانویه میان جفت‌ها بوجود می‌آید که در آن سیال می‌توان جریان یابد.
طراحی استاندارد صفحه همچنین با حالت‌های تغییریافته‌ای وجود دارد، مانند مبدل‌های صفحه-پره‌ای (فین پلیت) یا صفحه بالشی.
مبدل‌های صفحه پره‌ای از پره‌ها یا فاصله‌گذارهایی میان صفحهات استفاده می‌کنند که اجازه می‌دهد مبدل از تنظیمات چند جریانه بهره‌مند شود و برای بیش از دو سیال فضای جریان پیدا کردن باشد.
مبدل‌های صفحه بالشی به صفحات فشاری وارد می‌کنند که باعث می‌شود راندمان انتقال حرارت در سطح صفحه افزایش یابد.
برخی دیگر از انواع مبدل‌های صفحه‌ای عبارت‌اند از مبدل‌های صفحه و قاب (plate and frame)، صفحه و شل (plate and shell)، و صفحه مارپیچ (spiral plate).
کاربردهای مبدل‌های حرارتی آب به آب چیست؟
مبدل‌های آب به آب برای اهداف مختلف تجاری و صنعتی استفاده می‌شوند، مانند گرمایش آب گرم خانگی، گرمایش تابشی کف اتاف‌ها، ذوب برق و گرمایش خورشیدی.
مبدل‌های شل اند تیوب معمولا برای گرمایش استخرها و دیگر فضاهای مرتبط به گرمایش آب استفاده می‌شوند، و می‌توانند تا 80% باعث صرفه‌جویی مصرف انرژی شوند.
تأسیسات تجاری و صنعتی‌ای که از فاضلاب شهری برای دفع آب استفاده شده‌ی خود استفاده می‌کنند،
ممکن است نیاز باشد گرمای آب دفعی‌شان را کاهش بدهند تا با دمای قانونی فاضلاب شهر تطابق پیدا کند. استفاده از مبدل حرارتی به آن‌ها کمک می‌کند
که این آب را بدون اضافه کردن مستقیم آب خنک به آن، خنک کنند.
دوش‌های کم مصرف بعضی اوقات از مبدل‌های حرارتی در خروجی فاضلابشان استفاده می‌کنند.
هنگامی که آب دفع شده پایین می‌ریزد، از درون سیم‌پیچ‌های مسی یک مبدل می‌گذرد. در همین حین، آب خنکی که قرار است گرم شود از کنار این آب گرم دفع شده می‌گذرد
و گرما به آن منتقل می‌شود، که باعث می‌شود گرم کردن آن نیاز کمتری به مصرف انرژی داشته باشد.
