مبدل حرارتی صفحه‌ای یا Plate Heat Exchanger به عنوان یک دستگاه تبادل حرارتی، برای انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر استفاده می‌شود. این دستگاه توسط صفحه‌های فلزی تشکیل شده است که روی هم قرار گرفته‌اند و با فاصله کوچکی از هم جدا شده‌اند.
در این نوع مبدل حرارتی، یکی از محیط‌ها در یک طرف از صفحات قرار گرفته و دیگر محیط در طرف دیگر قرار می‌گیرد. حرارت میان دو محیط توسط صفحات فلزی منتقل می‌شود. برای افزایش کارایی واحد، تعداد صفحات و ابعاد آنها بر اساس نیاز کاربر انتخاب می‌شود.
قیمت مبدل حرارتی صفحه‌ای بستگی به برند، ابعاد، جنس صفحات و همچنین شرایط بازار و فروشنده دارد. برای دریافت قیمت دقیق، بهتر است با شرکت‌های تولید کننده و یا فروشندگان مبدل حرارتی صفحه‌ای تماس گرفته و قیمت را برای نیاز خود درخواست کنید.
مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل حرارتی صفحه ای (PHE) توسط دکتر ریچارد سِلیگمن در سال ۱۹۲۳ اختراع شد و از این طریق انقلاب عظیمی را در سیستم های انتقال حرارت غیر مستقیم در گرمایش و خنک سازی سیالات ایجاد نمود. صفحات با سطوح گسترده، مزیت بزرگی را برای این نوع مبدل ها فراهم می کنند؛ انتقال حرارت بین مایعات در یک سطح وسیع و با راندمان بالا، مهم ترین مزیت عملکردی مبدل حرارتی صفحه ای است. در واقع مبدل حرارتی صفحه ای در هر جایی که انرژی حرارتی (گرما) از یک سیال به مایعات دیگر منتقل شود، استفاده می شود. سیالاتی که انتقال حرارت میان آن ها باید انجام شود، روی سطح این صفحه ها پخش می شوند؛ این روش موجب تسهیل سرعت انتقال گرما و افزایش سرعت تغییر درجه حرارت می گردد. مزیت عمده ی آن این است که در مقایسه با مبدل حرارتی معمولی وجود دارد آن است که مایعات در معرض سطح بسیار بزرگتری قرار می گیرند، زیرا مایعات روی صفحات پخش می شوند و این کار انتقال حرارت را تسهیل می کند و سرعت تغییر دما را بسیار افزایش می دهد. مبدل حرارتی صفحه ای شامل یک پشته از صفحات تبادل گرما تمبر هستند که یا به هم چسبیده اند و یا در یک قاب با واشر پیچش می خورند. مبدل حرارتی صفحه ای شامل یک دسته از صفحات تبادل گرما مهر و موم شده هستند که یا به هم چسبیده اند و یا در یک قاب با واشر به هم پیچ خورده اند.
مزیت مبدل حرارتی
مزیت این مبدل ها این است که بسته به دمای مایع خنک کننده، آن ها می توانند دمای مایعات را در سطح بسیار کم و پایداری حفظ کنند.
مبدل حرارتی صفحه ای یک مبدل ایده آل برای انتقال حرارت میان سیالات در فشار متوسط و پایین است. از مبدل های حرارتی جوشکاری شده، نیمه جوش و مبدل لحیم کاری شده نیز برای انتقال حرارت میان سیالاتی استفاده می شود که فشار بالایی دارند و یا به صورت متراکم و ترکیبی هستند.
مزیت این مبدل ها این است که بسته به دمای مایع خنک کننده، آن ها می توانند دمای مایعات را در سطح بسیار کم و پایداری حفظ کنند. و از دیگر مزیت عمده آن که در مقایسه با مبدل حرارتی معمولی وجود دارد آن است که مایعات در معرض سطح بسیار بزرگتری قرار می گیرند، زیرا مایعات روی صفحات پخش می شوند و این کار انتقال حرارت را تسهیل می کند و سرعت تغییر دما را بسیار افزایش می دهد. مبدل حرارتی صفحه ای شامل یک پشته از صفحات تبادل گرما تمبر هستند که یا به هم چسبیده اند و یا در یک قاب با واشر پیچش می خورند. مبدل حرارتی صفحه ای شامل یک دسته از صفحات تبادل گرما مهر و موم شده هستند که یا به هم چسبیده اند و یا در یک قاب با واشر به هم پیچ خورده اند.
طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای
نحوه چیدمان صفحات مبدل حرارتی صفحه ای به گونه ای می باشد که باعث ایجاد یک شبکه لانه زنبوری می شود. این شبکه در واقع همان مسیر حرکت سیال گرم و سرد است. طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای بدین صورت است که دو سیال در خلاف جهت هم از نازل هایی به درون مبدل حرارتی وارد شده و بعد از انتقال دادن حرارت، از آن خارج خواهند شد. صفحات سیال گرم و سرد به صورت یک در میان کنار هم قرار می گیرند.
در واقع سیالاتی که به این صفحات موج دار وارد می شوند به شکل یکی در میان بین صفحه های فلزی جریان پیدا کرده و با همدیگر عملیات تبادل گرما را انجام می دهند. این صفحات به شکل متقارن در پشت سر یکدیگر قرار گرفته و سیال سرد و گرم در میان این صفحات در حال گردش می باشند. آرایش سطح صفحات موجب به وجود آمدن امواجی در سیال می شود و بدین شکل فرآیند انتقال حرارت و همچنین برودت دما میان دو سیال با سرعت بالایی انجام خواهد شد.
طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای و همچنین ساختار آن به شکلی می باشد که امکان دسترسی راحت به اجزای داخلی آن وجود دارد. این نکته باعث شده تا قابلیت نظافت، تعمیر و نگهداری راحت این نوع مبدل نیز فراهم شود. چین دار بودن صفحات موجب بیشتر شدن آشفتگی جریان سیال خواهد شد. به همین علت است که میزان انتقال حرارت بالا رفته و در نتیجه بازده گرمایی مبدل نیز افزایش می یابد.
انواع مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل حرارتی صفحه ای واشردار
مبدل حرارتی صفحه ای واشردار یکی از انواع مبدل صفحه ای است که در آن از واشرهای پلیمری به منظور آب بندی صفحات استفاده می شود. مجموعه این صفحات به وسیله پیچ و مهره میان دو قاب فولادی سفت شده اند و به همین علت است که به آن مبدل صفحه ای قابدار نیز گفته می شود. در این نوع مبدل در میان هر دو صفحه یک واشر قرار گرفته که قسمت حلقوی واشر از ورود سیال به صفحه ممانعت به عمل می آورد و آن را به دهانه بعدی می فرستد. بخش دیگر واشر نیز وظیفه هدایت کردن سیال به طرف داخل صفحه را بر عهده دارد. از دیگر خصوصیات مبدل حرارتی صفحه ای واشردار باید توجه کنید که تا فشار ۲۵ بار را می تواند تحمل کند. در محدوده دمایی بین ۳۵ تا ۲۲۰ درجه سانتی گراد کار می کند.
نحوه کار مبدل حرارتی صفحه ای واشردار
مبدل حرارتی صفحه ای واشردار از تعدادی صفحه فلزی و همچنین تعدادی Gasket یا همان واشر تشکیل شده است. صفحات مورد استفاده در این مبدل به گونه ای طراحی شده اند که بین آنها تعدادی کانال به منظور رد شدن جریان سیال و راحت تر شدن فرآیند انتقال گرما به وجود بیاید. یک طراحی ویژه برای این تجهیزات صنعتی استفاده از واشر مبدل حرارتی صفحه ای واشردار در فواصل میان پلیت ها یا صفحه ها است. وجود اتصالات محکم میان واشرهای تعبیه شده در کانال های حد فاصل صفحه ها در مبدل حرارتی صفحه ای واشردار، امکان اختلاط دو سیال که از داخل مبدل حرارتی عبور می کنند را به حد صفر می رساند. همین اتصالات محکم، خود به عنوان یک مجرا برای عبور آسانتر سیال عمل می کند. بنابراین در فاصله بین هر ۲ صفحه یک واشر ویژه قرار می گیرد که نقش آب بندی ۲ صفحه و به وجود آوردن کانالی به منظور عبور سیال ها را خواهد داشت. مجموعه صفحات استفاده شده در مبدل در شرایطی که به یکدیگر فشرده شده اند ۴ کانال به منظور ورود و خروج سیال های سرد و گرم ایجاد خواهند کرد. در نهایت این سیال ها به شکل یک در میان در کانال های ایجاد شده به وسیله صفحه ها حرکت کرده و انتقال گرما با راندمان بیشتری انجام می شود. دقت داشته باشید که وجود اتصال های مستحکم بین واشرهای موجود در کانال های حد فاصل صفحات در مبدل حرارتی صفحه ای واشردار احتمال مخلوط شدن دو سیال را به صفر خواهد رساند.
مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده
یکی دیگر از انواع مبدل حرارتی صفحه ای است که در آن از لحیم کاری به جای واشر به منظور آب بندی صفحات استفاده می شود. البته به طور معمول به جای لحیم از مس استفاده می شود. مهم ترین مزیت این مبدل این است که از طریق حذف واشر و قاب، احتمال نشتی از بین رفته است. اما مشکل این کار این است که دیگر امکان باز کردن راحت به منظور نظافت و تعمیر وجود نخواهد داشت. مبدل حرارتی لحیم کاری شده قابلیت کار کردن در دمای بالای ۲۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۳۰ بار را خواهد داشت.
مبدل حرارتی صفحه ای جوشی
مبدل حرارتی صفحه ای جوشی آخرین نوع از انواع مبدل حرارتی صفحه ای است که در اینجا معرفی می شود. استفاده از جوشکاری به منظور متصل نمودن صفحات در مبدل باعث افزایش تحمل فشار تا ۶۰ بار و دما تا ۳۵۰ درجه می شود. همین تحمل فشار و دما به عنوان یک مزیت بزرگ برای این نوع مبدل محسوب می شود. لازم به ذکر است که در این نوع مبدل حرارتی امکان نظافت فیزیکی وجود ندارد و تنها می توان به روش شیمیایی این کار را انجام داد.