مبدل های حرارتی پره صفحه ای معمولاً از بافل ها، باله ها، مهر و موم ها و پره های راهنما تشکیل شده اند. باله‌ها، پره‌های راهنما و مهر و موم‌ها بین دو بافل مجاور قرار می‌گیرند تا یک ساندویچ به نام کانال ایجاد کنند. چنین ساندویچ هایی بر اساس الگوهای جریان سیال مختلف روی هم چیده می شوند و به صورت یک کل لحیم می شوند تا یک بسته نرم افزاری بشقابی را تشکیل دهند. بسته نرم افزاری هسته مبدل حرارتی باله صفحه ای است.
ویژگی های مبدل های حرارتی پره صفحه ای
(1) راندمان انتقال حرارت بالا. از آنجایی که باله ها سیال را مختل می کنند، لایه مرزی دائماً شکسته می شود، بنابراین ضریب انتقال حرارت زیادی دارد. در عین حال، از آنجایی که پارتیشن ها و پره ها بسیار نازک هستند و رسانایی حرارتی بالایی دارند، مبدل حرارتی پره صفحه ای می تواند کارایی بسیار بالایی داشته باشد.
(2) فشرده. از آنجایی که مبدل حرارتی پره صفحه ای دارای یک سطح ثانویه گسترده است، سطح ویژه آن می تواند به 1000㎡/m3 برسد.
(3) سبک وزن دلیل آن این است که فشرده است و بیشتر از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده است. اکنون فولاد، مس، مواد کامپوزیت و... نیز به تولید انبوه رسیده است.
(4) سازگاری قوی. مبدل حرارتی پره صفحه ای را می توان برای موارد زیر استفاده کرد: گاز-گاز، گاز-مایع، مایع-مایع، تبادل حرارت بین سیالات مختلف و تبادل حرارت تغییر فاز با تغییرات حالت جمعی. از طریق آرایش و ترکیب کانال‌های جریان، می‌تواند با شرایط مختلف تبادل حرارتی مانند جریان مخالف، جریان متقاطع، جریان چند جریانی و جریان چند گذری سازگار شود. از طریق ترکیب سری، موازی و سری-موازی بین واحدها، می تواند نیازهای تبادل حرارتی تجهیزات بزرگ را برآورده کند. در صنعت، برای کاهش هزینه ها می توان آن را استاندارد و به تولید انبوه رساند و قابلیت تعویض را از طریق ترکیب بلوک های ساختمانی گسترش داد.
(5) الزامات فرآیند تولید سخت است و فرآیند پیچیده است.
(6) گرفتگی آن آسان است، در برابر خوردگی مقاوم نیست و تمیز کردن و تعمیر آن دشوار است. بنابراین، فقط در مواردی می توان از آن استفاده کرد که محیط تبادل حرارتی تمیز، غیر خورنده، مقیاس پذیر نیست، به راحتی رسوب نمی شود و به راحتی مسدود نمی شود.
از منظر مکانیسم انتقال حرارت، مبدل حرارتی پره صفحه ای هنوز به مبدل حرارتی پارتیشن تعلق دارد. ویژگی اصلی آن این است که دارای یک سطح انتقال حرارت ثانویه (باله) گسترده است، بنابراین فرآیند انتقال حرارت نه تنها بر روی سطح انتقال حرارت اولیه (پارتیشن)، بلکه در سطح انتقال حرارت ثانویه نیز انجام می شود. علاوه بر اینکه گرمای محیط جانبی با دمای بالا از سطح اولیه به محیط جانبی با دمای پایین ریخته می شود، بخشی از گرما نیز در امتداد جهت ارتفاع سطح باله منتقل می شود، یعنی در امتداد جهت ارتفاع باله، پارتیشن گرما می ریزد و سپس گرما به وسیله همرفت به محیط جانبی با دمای پایین منتقل می شود. از آنجایی که ارتفاع باله بسیار بیشتر از ضخامت باله است، فرآیند هدایت گرما در امتداد جهت ارتفاع باله شبیه به رسانش حرارتی یک میله راهنمای باریک همگن است. در این زمان نمی توان مقاومت حرارتی باله را نادیده گرفت. بالاترین دما در هر دو انتهای پره برابر با دمای پارتیشن است. همانطور که باله و محیط گرما را با همرفت آزاد می کنند، دما تا دمای متوسط در ناحیه میانی باله به کاهش ادامه می دهد.
کاربرد مبدل های حرارتی پره صفحه ای
مبدل های حرارتی پره صفحه ای به دلیل عملکرد برتر و تکنولوژی بالغ به طور فزاینده ای در بخش های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار گرفته اند.
1. تجهیزات جداسازی هوا: استفاده از مبدل های حرارتی پره صفحه ای در مبدل حرارتی اصلی، ساب کولر، اواپراتور کندانسور و سایر مبدل های حرارتی با دمای پایین تجهیزات جداسازی هوا می تواند در هزینه های سرمایه گذاری و نصب تجهیزات صرفه جویی کند و مصرف انرژی واحد را کاهش دهد.
2. پتروشیمی: مبدل های حرارتی صفحه ای دارای مزایای ظرفیت پردازش بزرگ، اثر جداسازی خوب و مصرف کم انرژی هستند. آنها در فرآیندهایی مانند جداسازی سرد عمیق اتیلن، شستشوی نیتروژن آمونیاکی مصنوعی، گاز طبیعی، جداسازی گاز میدان نفتی و مایع سازی استفاده شده اند.
3. ماشین آلات مهندسی: پس از بیش از 20 سال تحقیق و تمرین، کشورهای سراسر جهان مبدل های حرارتی پره صفحه ای را در خودروها، رادیاتورهای لوکوموتیو، خنک کننده روغن بیل مکانیکی، رادیاتور یخچال و رادیاتور ترانسفورماتور پرقدرت تولید و استفاده کرده اند.
4. ابررسانایی و فناوری فضایی: توسعه ابررسانایی دمای پایین و فناوری فضایی راه جدیدی را برای استفاده از مبدل های حرارتی با پره صفحه ای ارائه کرده است. مبدل های حرارتی پره صفحه ای هم در فضاپیمای آپولو آمریکا و هم در فضاپیمای چینی Shenzhou استفاده شده است.
