مبدل حرارتی فین تیوب و فین پلیت Fin Plate Heat Exchanger و Fin Tube Heat Exchanger
هنگامی که لازم باشد اختلاف زیادی بین ضریب انتقال حرارت ورود و خروج سیال وجود داشته باشد از پره استفاده میشود. وجود پرهها باعث افزایش سطح انتقال حرارت و در نتیجه ی آن، بالا رفتن میزان انتقال حرارت میشود. به عنوان مثال در مبدل‌های گاز / مایع، در طرف گاز از پره‌های بلند استفاده میشود و یا در مبدل‌های گاز / گاز، به علت کم بودن ضریب انتقال حرارت، در هر دو طرف به وسیله پرهها سطح انتقال حرارت را افزایش می‌دهند. از آنجا که ضریب انتقال حرارت در سمت گاز بسیار کوچکتر از مایع است، سطوح انتقال حرارت پره دار در سمت گاز برای افزایش سطح انتقال گرما استفاده می‌شوند.
این نوع مبدلها دارای پرهها و یا تیغه‌هایی در سطح اصلی لوله یا صفحه، به منظور افزایش انتقال حرارت در این سطح هستند. پرهها به صورت وسیع در مبدل گرمایی گاز/ گاز یا گاز/ مایع، در جایی که ضریب انتقال حرارت در یک یا هر دو سمت کوچک باشد و به مبدل فشرده گرما نیاز باشد استفاده می‌گردند. پرهها می‌توانند پیچشی و منقطع نيز باشند تا بدین وسیله سیال داخل حلقه بهتر مخلوط شود. اما در عمل مشاهده میشود که افت فشار را به مقدار زیادی افزایش می‌دهند. انواع مبدل حرارتی با سطوح پره دار به دو دسته زیر تقسیم بندی می‌شوند؛
· مبدل حرارتی فین پلیت ( Fin Plate Heat Exchanger)
· مبدل حرارتی فین تیوب (Fin Tube Heat Exchanger)
مبدل صفحه‌ای پره دار عمدتا برای کاربردهای گاز / گاز و مبدل‌های لوله‌ای پره دار برای کاربردهای مایع/ هوا استفاده می‌شوند.
در اکثر کاربردها کاهش جرم و حجم مبدل از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به همین خاطر از این مبدلها بطور گسترده، در تبريد با دمای خیلی کم، بازیابی انرژی، صنایع فرآیندی، و سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده میشود.
مبدل حرارتی صفحه‌ای پره دار (Fin Plate Heat Exchanger)
در مبدل‌های صفحه‌ای پره دار، جریان‌های سیال با صفحات تخت که بین آنها پره‌های موجدار قرار داده شده اند از هم جدا می‌شوند و آنها می‌توانند با توجه به جریان‌های سیال با شکل بندیهای متفاوت آرایش داده شوند. ورق‌های موجدار بین صفحات باعث ایجاد سطح انتقال گرمای بیشتر و همچنین ایجاد تکیه گاهی برای صفحات تخت می‌شوند. صفحات عموما دارای ضخامت 0.5 تا 1 میلیمتر و پرهها دارای ضخامت 0.15 تا 0.75 میلیمتر می‌باشند.
وسایل چند راهه خاصی در ورودی این مبدلها تعبیه شده است تا توزیع مناسب جریان میان صفحات و از صفحه‌ای به صفحه دیگر ایجاد نماید. کل میدل از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده است و اجزاء مختلف در حمام نمک یا کوره خلاء به یکدیگر لحیم می‌شوند.
عمومی‌ترین ورق‌های موجدار عبارتند از:
· پره ساده (Plain fin)
· پره ساده سوراخدار (Plain - perforated fin)
· پره دندان‌های یا کنگره‌ای (Serrated fin)
· پره جناغی یا موجی شکل (Herringbone fin)
بدلیل کوچک بودن کانالهای جریان در این مبدل ها، سرعت جرمی جریان نیز کوچک است و این موضوع کانال را مستعد تشکیل رسوب می‌نماید، با توجه به اینکه این مبدلها بصورت مکانیکی قابل تمیز شدن نیستند استفاده از آنها منحصر به سیالهای تمیز می‌باشد.
مبدل‌های صفحه‌ای پره دار به وفور برای مصارف چگالش در واحد‌های مایع سازی بخار و همچنین در صنایع شیمیایی و تبرید، گرمایش و سرمایش، تهویه سیستم‌های بازیابی گرمای اضافی، در توربین‌های گازی، نیروگاه‌های هسته‌ای و مهندسی پیشرانه بوجود آمده اند.
مبدل حرارتی لوله‌ای پره دار (Fin Tube Heat Exchanger)
این نوع مبدل جهت کاربرد مایع / هوا و مایع/ گاز استفاده میشود. ضرایب انتقال گرما در سمت گاز عموما بسیار کوچکتر از سمت مایع می‌باشد و به همین دلیل در سمت گاز، به پرهها به جهت بالا بردن ضریب انتقال حرارت نیاز است. مبدل لوله‌ای پره دار شامل آرایه‌ای از لوله‌ها با پره‌هایی که در سمت بیرونی ثابت شده اند می‌باشد. پره‌های سمت خارجی لوله‌ها ممکن است عمود بر محور لوله‌های اریب یا مارپیچ نسبت به محور، یا طولی و در امتداد محور لوله باشند.
لوله‌هایی با پره داخلی نیز وجود دارند ولی عموما در این مبدلها بیشتر از پره‌های بلند طولی استفاده میشود که در خارج لوله‌ها تعبیه شده اند. سطوح پره دار در سمت داخلی لوله‌ها عموماً در چگالنده‌ها و تبخیر کننده‌های سیستم‌های تبرید استفاده می‌شوند. پره‌های طولی معمولا در مبدل‌های حرارتی دو لوله‌ای و یا پوسته لوله‌ای که دارای بافل نیستند استفاده می‌شوند. سیال‌ها می‌توانند هوا یا مایع لزج باشند.
مبدل‌های لوله‌ای پره دار معمولا دارای لوله‌هایی با مقاطع گرد، مستطیلی یا بیضوی می‌باشند. پرهها با جوشکاری، لحیم کاری، جوش برنجی، اکستروژن، جازدن مکانیکی، پیچاندن کششی و غیره به لوله وصل می‌شوند.
انواع لوله‌ها با توجه به حالات قرارگیری پرهها عبارتند از:
· پره حلقه‌ای (Circular)
· پره مارپیچی (Spiral)
· پره محوری (Axial)
· پره صفحه‌ای (Plate)
از مبدل‌های حرارتی لوله‌ای پره صفحه ای، بطور متداول در سیستم‌های گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع استفاده میشود. سایر لوله‌های پره دار دارای کاربرد صنعتی بیشتری می‌باشند. بعنوان مثال از لوله‌های پره مارپیچی بطور گسترده در خنک کننده‌های هوایی استفاده میشود.
