انواع مبدل‌های حرارتی
قبل از پرداختن به انواع مبدل حرارتی، لازم است توضیحی درباره مبدل حرارتی داشته باشیم. در صنعت HVAC یکی از مهم‌ترین اجزا در تمامی سیستم‌ها مبدل حرارتی (Heat Exchanger) است. مبدل حرارتی تجهیزی است که در آن دو یا چند سیال با هم دیگر انتقال حرارت (تبادل حرارت) دارند. هدف از این انتقال حرارت خنک کردن یا گرم کردن یک سیال و یا یک محیط است. معمولا طراحی این تجهیز به‌گونه‌ایست که سیالات جاری در آن با هم هیچ‌گونه اختلاطی ندارند.
مبدل‌های حرارتی را معمولا براساس فاکتورهایی مثل ساختار طراحی، آرایش جریال سیال، نوع مبرد و فشار کاری، سطح تماس و… طبقه‌بندی می‌کنند که رایج‌ترین تقسیم‌بندی براساس ساختار طراحی است. در این مقاله انواع مبدل‌های حرارتی، براساس ساختار طراحی و آرایش جریان سیال بررسی می‌شوند.
انواع مبدل حرارتی براساس آرایش جریان
مبدل حرارتی با جریان همسو (parallel Flow)
در این مبدل‌ها جهت جریان سرد و گرم موازی و همسو با یکدیگر هستند، به این ترتیب که جریان سرد و گرم از یک سمت مبدل وارد و از سمت دیگر خارج میشود. در ابتدای مسیر، دو سیال با یکدیگر بیشترین اختلاف دما را داشته و در انتها اختلاف به کمترین میزان می‌رسد. انتقال حرارت رابطه مستقیمی با اختلاف دما دارد و هرچه میزان اختلاف دمای دوسیال بیشتر باشد انتقال حرارت بیشتری نیز انجام می‌گیرد. در نتیجه در جریان همسو در ورودی مبدل بیشترین انتقال حرارت را داشته و رفته رفته از آن کاسته میشود. در مبدل‌ها با جریان همسو در هیچ نقطه‌ای از مسیر، دمای سیال خنک کننده بیشتر از دمای سیال گرم نمی‌شود.
مبدل‌های حرارتی با جریان غیر همسو (Countercurrent Flow)
در این مبدل‌ها جهت دو جریان دو سیال موازی با هم ولی در خلاف جهت همدیگر است. به این ترتیب که سیال سرد (خنک کننده) از یک سمت مبدل وارد و سیال گرم از سمت دیگر وارد میشود و در طول مسیر این دوجریان با همدیگر موازی هستند.
در این مبدل‌ها تقریبا اختلاف دمای دو سیال در هر مقطعی برابر است، بنابراین میزان انتقال حرارت نیز در همه مقاطع یکسان و یکنواخت است.
مبدل‌های حرارتی با جریان عمود برهم (Cross Flow)
در این مبدل‌ها جهت جریان‌های سرد و گرم عمود بر هم هستند. یکی از شناخته‌شده‌ترین مبدل‌ها با این طراحی، رادیاتور اتومبیل و رادیاتور شوفاژ است. در این مبدل‌ها که به مبدل با جریان متقاطع نیز معروف هستند دو مفهوم به نام جریان مخلوط و جریان غیرمخلوط وجود دارد. مخلوط و غیر مخلوط بودن به مولفه‌های سرعت بستگی دارد. اگر جریان سیال در دو جهت مولفه داشته باشد این جریان را مخلوط گفته و سیالی که صرفا در یک جهت جریان دارد را جریان غیر مخلوط می‌گویند. در مبدل‌های حرارتی با جریان عمود بر هم، جریان داخل کویل‌ها غیر مخلوط است. اگر کویل‌ها پره داشته باشند جریان سیال بیرون نیز غیرمخلوط شده، در غیر این صورت جریان مخلوط به حساب می‌آید.
