وظایف مبدلها: وظیفه مبدلهای حرارتی، دو چیز است:
الف- سرد یا گرم کردن یک سیال به وسیله سیال دیگر، بدون استفاده مستقیم از دستگاههای مولد سرما یا گرما.
ب- بازیابی: گرما یا سرما از سیالات که قبلا به طریقی به آنها داده شده است (طبیعی یا مصنوعی).
ساختمان مبدلها: مبدلهای حرارتی موجود در صنایع و کارخانه ها و به خصوص صنعت نفت و گاز، معمولا از نوع لوله و پوسته ها است.
ساختمان این مبدلها از فلزی است شامل تعدادی لوله که در داخل یک استوانه قرار می گیرند و دو سیال مورد نظر که یکی سرد و دیگری گرم است، بدون این که به طور مستقیم با یکدیگر برخورد کنند از طریق دیواره فلزی لوله ها با یکدیگر تبادل حرارت می کنند.
به عبارت دیگر، یکی از این دو سیال، در لوله ها و دیگری در اطراف لوله ها یا درون پوسته استوانه، جریان خواهد داشت.
در زیر ساختمان یک مبدل حرارتی ساده که از نوع سرثابت است نشان داده شده است.
ساختمان این مبدلها از فلزی است شامل تعدادی لوله که در داخل یک استوانه قرار می گیرند و دو سیال مورد نظر که یکی سرد و دیگری گرم است، بدون این که به طور مستقیم با یکدیگر برخورد کنند از طریق دیواره فلزی لوله ها با یکدیگر تبادل حرارت می کنند.
در زیر ساختمان یک مبدل حرارتی ساده که از نوع سرثابت است نشان داده شده است.
انواع مبدلها عبارتند از: الف- مبدلهای سرثابت: این نوع مبدلها به طریقه ای ساخته می شود که صفحه لوله ها به پوسته جوش یا به وسیله پیچ و مهره محکم شده است؛ لذا جایی برای انبساط یا انقباض لوله ها و پوسته، هر یک به طور جداگانه، وجود ندارد.
انبساط یا انقباض هر یک از دو جزء فوق به تنهایی ممکن است موجب شکستن و یا خمیدگی لوله ها شود.
لذا اختلاف درجه حرارت دو سیال که با هم تبادل حرارت می کنند، نباید زیاد باشد.
مبدل سرشناور: در این نوع مبدل حرارتی، یکی از دو صفحه لوله ها در داخل پوسته به صورت شناور درآمده است به طوری که امکان انبساط یا انقباض برای هر یک از دو جزء حامل سیال یعنی لوله و پوسته وجود دارد.
از این دو اختلاف درجه حرارت دو سیالی که با هم تبادل حرارت می کنند هر چند که زید باشد اشکالی ایجاد نخواهد کرد.
مبدلهای (u) شکل: این نوع مبدلها شامل یک کانال و یک صفحه لوله است.
از این رو ورودی و خروجی لوله ها از طریق یک کانال که به دو بخش شده است صورت می گیرد.
لوله ها به شکل (u) ساخته شده و جریان سیال در درون لوله ها باید مسیر (u) شکل را طی کنند .
این مبدلها همانند نوع سرشناور برای سیالاتی به کار می رود که اختلاف درجه حرارت زیادی داشته باشند.
زیرا انتهای (u) شکل لوله ها آزاد و امکان انبساط و انقباض تا حدود زیادی وجود دارد.
مبدل از نوع دولوله‌ای: این نوع مبدل از دو لله به شکل (u) ساخته شده است و سطح خارجی لوله داخلی که به عنوان تیوب است معمولا از تیغه های طولی پوشیده شده است.
وظیفه تیغه ها ازدیاد سطح تماس و تبادل حرارتی بین سیال درون و سطح خارجی است.
ملاحضات مربوط به طراحی مبدل گرمایی در صنایع فرآوری و قدرت یا فعالیتهای وابسته، بسیاری از مبدلهای گرمایی را به صورت اقلام تجاری آماده و خریداری می کند و انتخاب بر اساس قیمت و مشخصات ارائه شده توسط سازندگان مختلف صورت می گیرد.
در کارهای تخصصی‌تر، مثل صنایع فضاپیمایی و الکترونیک، غالبا طرحی مخصوص نیاز است.
وقتی مبدل گرمایی قسمتی از ماشین یا وسیله مورد ساخت را تشکیل می دهد، می توان می توان مبدل استانداردی خریداری کرد؛ یا چنانچه ملاحضات قیمت و کمیتهای ساخت اجازه دهد، می توان مبدل برای این کاربرد مبدل گرمایی مخصوصی را طراحی کرد.
چه مبدل گرمایی به صورت قلم تجاری آماده انتخاب شود یا مخصوصا برای آن کاربرد طراحی شود، باید عوال زیر را تقریبا همیشه در نظر داشت: 1- نیازهای انتقال گرما 2- قیمت 3- اندازه فیزیکی 4- مشخصات افت فشار در انتخاب یا طرح هر مبدل گرمایی باید نیازهای انتقال گرما را رعایت کرد.
طرز رعایت این نیازها به اهمیت نسبی داده شده به اقلام 2 تا 4 بستگی دارد.
وقتی سیال را در مبدل گرمایی با سرعت های بالا به جریان درآورند، ممکن است ضریب انتقال گرمای کل اقزایش یابد، ولی این سرعت بالاتر موجب افت فشار بیشتر در مبدل و در نتیجه هزینه پمپاژ بیشتر می شود.
اگر مساحت مبدل افزایش یابد، نیازی نیست که ضریب انتقال گرمای کلی، و در نتیجه افت فشار، خیلی زیاد باشد، گرچه از نظر اندازه فیزیکی ممکن است محدودیتهایی وجود داشته باشد که می توان آن را اصلاح کرد و اندازه فیزیکی بزرگتر موجب قیمت بیشتر مبدل گرمایی می شود.
قضاوت صحیح و رسیدگی به تمام این عوامل به یک طارحی درست منجر می شود.
برجهای خنک کننده استفاده از آب به عنوان خنک کننده در مبدلهای حرارتی کولر آبی و مصارف صنعتی دیگر تابع شرایطی است که از جمله این شرایط می توان نکات زیر را برشمرد: الف- آب باید تصفیه شده و از گل و لای و رسوبا عاری باشد.
املاح آب تا حد امکان جدا شود.
درجه حرارت آب در حد معینی کنترل شود.
جهت جلوگیری از تشکیل رسوبات احتمالی، مواد لازم به آب اضافه شود.
آب مصرفی مجددا قابل مصرف شود.
ساختمان برجهای خنک کننده: وظیفه برج خنک کننده سرد کردن آب مصرفی در مبدلها، جهت استفاده مجدد از آن است.
برج خنک کننده تشکیل می شود از طبقات چوبی مشبک که به طور افقی بر روی هم نصب می شوند و این صفحات چوبی مشبک چنان ساخته می شوند که امکان جریان آب از بالا به پایین و بالاعکس جریان هوا از پایین به بالا ممکن شود.
نتیجه این عمل در برج، خنک شدن آب و آماده شدن آن برای استفاده مجدد در سیستمهای مختلف و مصارف صنعتی و مبدلهای حرارتی است.