مبدل گرمایی یا حرارتی (Heat exchanger) سیستمی است که برای انتقال حرارت بین منبع و سیال در حال کار استفاده می شود. مبدل های حرارتی در هر دو فرآیند سرمایش و گرمایش استفاده می شوند. سیالات ممکن است توسط یک دیوار جامد از هم جدا شوند تا از اختلاط جلوگیری شود یا ممکن است در تماس مستقیم باشند.آنها به طور گسترده در گرمایش فضا، تبرید، تهویه مطبوع، نیروگاه ها، کارخانه های شیمیایی، کارخانه های پتروشیمی، پالایشگاه های نفت، پردازش گاز طبیعی و تصفیه فاضلاب استفاده می شوند.
مبدل های حرارتی برای انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر استفاده می شود. این محیط ها ممکن است گاز، مایع یا ترکیبی از هر دو باشند. محیط ممکن است برای جلوگیری از اختلاط توسط یک دیوار جامد از هم جدا شود یا ممکن است در تماس مستقیم باشد. مبدل های حرارتی باید گرمایش و/یا سرمایش را برای برآوردن یک نیاز فرآیند فراهم کنند. به طور معمول، هر ورودی حرارت مستقیم به سیستم از یک کوره یا بخار می آید. بنابراین، هر گونه ناکارآمدی در انتقال حرارت در مبدل‌ها، مستلزم مقدار بیشتری کارکرد از کوره یا بخار است.
نمونه کلاسیک مبدل گرمایی یا حرارتی (Heat exchanger) در یک موتور احتراق داخلی یافت می شود که در آن یک سیال در گردش به نام خنک کننده موتور از سیم پیچ های رادیاتور جریان می یابد و هوا از کنار سیم پیچ ها عبور می کند که خنک کننده را خنک می کند و هوای ورودی را گرم می کند. مثال دیگر هیت سینک است که یک مبدل حرارتی غیرفعال است که گرمای تولید شده توسط یک وسیله الکترونیکی یا مکانیکی را به یک محیط سیال، اغلب هوا یا خنک کننده مایع، منتقل می کند.
عموماً تجهیزات حرارتی در سامانه‌های فرایندی مثل پالایشگاه‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند.
تفاوت کوره و مبدل حرارتی در منبع گرمایشی است، یعنی اینکه منبع گرمایشی در کوره سوخت‌های مایع و گازی است. در حالیکه در مبدل حرارتی منبع گرمایشی سیال گرم است.
در کوره با توجه به نوع منبع گرمایشی مکانیسم انتقال حرارت به صورت جابه‌جایی (Convection) و تشعشعی (Radiation) توأم است، حال آنکه مکانیسم انتقال حرارت در مبدل حرارتی فقط جابه‌جایی (Convection) است.
در این نوع مبدل حرارتی سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا شده‌اند و انتقال از طریق سطح مذکور صورت می‌گیرد. اکثراً مبدل‌های حرارتی موجود در صنعت از این دسته هستند.
در این نوع مبدل حرارتی، سطح جداکننده سیال سرد و گرم ثابت نبوده و به‌طور متناوب قسمت‌هایی از سطح مذکور در معرض حرکت سیال سرد یا گرم قرار می‌گیرند.
این نوع مبدل حرارتی بیشتر در مقیاس‌های آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در این نوع مبدل حرارتی، سیال سرد و گرم به‌طور مستقیم تماس حاصل نموده (هیچ دیواره ای بین جریان‌های سرد و گرم وجود ندارد) و تبادل انرژی یا حرارت انجام می‌گیرد.
در مبدل‌های تماس مستقیم، جریان‌ها، دو مایع غیرقابل اختلاط یا یک گاز و یک مایع هستند. این مبدل‌ها معمولاً از راندمان حرارتی بالایی برخوردارند.
نمونه ای از این مبدل‌ها، برج‌های خنک کن، کولرهای آبی و گرم کن‌های Open Feed Water Heater موجود در نیروگاه‌های بخار می‌باشند.
انواع مبدل های گرمایی به صورت زیر هستند:
مبدل های حرارتی دو لوله ساده ترین مبدل های مورد استفاده در صنایع هستند. از یک طرف، این مبدل های حرارتی هم برای طراحی و هم برای نگهداری ارزان هستند و آنها را به انتخاب خوبی برای صنایع کوچک تبدیل می کند. از سوی دیگر، راندمان پایین آنها همراه با فضای زیاد اشغال شده در مقیاس های بزرگ، صنایع مدرن را به استفاده از مبدل های حرارتی کارآمدتر مانند پوسته و لوله یا صفحه سوق داده است. با این حال، از آنجایی که مبدل های حرارتی دو لوله ساده هستند، از آنها برای آموزش اصول طراحی مبدل حرارتی به دانش آموزان استفاده می شود زیرا قوانین اساسی برای همه مبدل های حرارتی یکسان است.
مبدل‌های گرمایی دو لوله ای
مبدل های حرارتی پوسته و لوله ما در بسیاری از کاربردهای راحتی و صنعتی برای گرمایش و سرمایش سیالات استفاده می شود. آنها از پوسته ای با لوله های ساده سنتی یا لوله های سطحی پیشرفته برای عملکرد حرارتی بالا تشکیل شده اند. سیالات می توانند مایع یا گاز باشند که یکی از آنها در داخل لوله ها جریان دارد و دیگری در خارج از لوله ها در داخل پوسته جریان دارد. مبدل های حرارتی تک فاز یا دو فاز وجود دارد و دومی برای جوشاندن یا متراکم کردن سیالات استفاده می شود.
مبدل‌های گرمایی پوسته و لوله
