مبدلهای حرارتی صفحه در دهه 1920 پدیدار شدند و در صنایع غذایی استفاده شدند. مبدل حرارتی ساخته شده از لوله صفحه از نظر ساختار جمع و جور است و اثر انتقال حرارت خوبی دارد ، بنابراین به تدریج به اشکال مختلفی تبدیل شده است. در اوایل دهه 1930 ، سوئد اولین مبدل حرارتی صفحه مارپیچ خود را ساخت. سپس ، انگلیس برای تولید مبدل حرارتی باله باله از مس و مواد آلیاژ آن برای اتلاف گرما موتورهای هواپیما ، از برزنی استفاده کرد. در اواخر دهه 1930 ، سوئد اولین صفحه و مبدل حرارتی پوسته را برای استفاده در کارخانه های خمیر تولید کرد. در این دوره ، به منظور حل مشکل انتقال حرارت رسانه های بسیار خورنده ، مردم شروع به توجه به مبدل های حرارتی ساخته شده از مواد جدید کردند.
در حدود دهه 1960 ، به دلیل توسعه سریع فناوری فضا و علم برآمدگی ، نیاز فوری به مبدلهای حرارتی مختلف و کم حجم وجود داشت. علاوه بر این ، توسعه فن آوری های مهر زنی ، برزیل و آب بندی ، روند تولید مبدل های حرارتی را بیشتر بهبود بخشید ، بنابراین توسعه شدید و کاربرد گسترده مبدلهای گرمای صفحه جمع و جور را ترویج می کند. علاوه بر این ، از دهه 1960 ، مبدل های حرارتی پوسته و لوله معمولی برای تأمین نیازهای انتقال حرارت و حفاظت از انرژی در شرایط درجه حرارت و فشار بیشتر توسعه یافته اند. در اواسط {3}} s ، به منظور تقویت انتقال حرارت ، مبدل های حرارتی لوله حرارتی بر اساس تحقیق و توسعه لوله های گرما ایجاد می شوند.
مبدلهای حرارتی را می توان بر اساس روشهای انتقال حرارت خود به سه نوع طبقه بندی کرد: ترکیبی ، ذخیره گرما و نوع پارتیشن.
مبدل حرارتی هیبریدی یک مبدل حرارتی است که از طریق تماس مستقیم و مخلوط کردن مایعات سرد و گرم ، گرما را تبادل می کند ، همچنین به عنوان مبدل حرارتی تماس شناخته می شود. با توجه به نیاز به جداسازی به موقع پس از تبادل گرما بین دو مایع ، این نوع مبدل حرارتی برای تبادل حرارت بین مایعات گاز و مایعات مناسب است. به عنوان مثال ، در برج های خنک کننده مورد استفاده در گیاهان شیمیایی و نیروگاه ها ، آب گرم از بالا به پایین پاشیده می شود ، در حالی که هوای سرد از پایین به بالا مکیده می شود. روی سطح فیلم آب یا قطرات و قطرات آب مواد پر کننده ، آب گرم و هوای سرد برای تبادل گرما با یکدیگر در تماس هستند. آب گرم خنک می شود و هوای سرد گرم می شود و سپس جداسازی به موقع با اختلاف چگالی بین خود دو مایع حاصل می شود.
مبدل حرارتی احیا کننده یک مبدل حرارتی است که از جریان متناوب مایعات سرد و گرم از طریق سطح بدن ذخیره حرارتی (بسته بندی) در محفظه ذخیره گرما برای تبادل گرما استفاده می کند ، مانند محفظه ذخیره حرارت در زیر اجاق گاز کک برای گرم کردن هوا. این نوع مبدل حرارتی عمدتاً برای بازیابی و استفاده از گرمای گاز اگزوز با دمای بالا استفاده می شود. تجهیزات مشابه طراحی شده به منظور بازیابی ظرفیت خنک کننده ، دستگاه ذخیره سازی سرد نامیده می شود که معمولاً در واحدهای جداسازی هوا استفاده می شود.
مبدل حرارتی از نوع دیواری نوعی مبدل حرارتی است که در آن مایعات سرد و گرم توسط دیوارهای جامد از هم جدا می شوند و گرما از طریق دیوارها رد و بدل می شود. بنابراین ، به عنوان مبدل حرارتی سطح نیز شناخته می شود و از این نوع مبدل حرارتی به طور گسترده ای استفاده می شود.
مبدلهای حرارتی بین دیواری را می توان بر اساس ساختار سطح انتقال حرارت به نوع لوله ، نوع صفحه و انواع دیگر طبقه بندی کرد. مبدل های حرارتی لوله از سطح لوله ها به عنوان سطح انتقال حرارت استفاده می کنند ، از جمله مبدل های حرارتی مارپیچ ، مبدل های حرارتی ژاکت دار و مبدل های حرارتی پوسته و لوله. مبدلهای حرارتی سطح صفحه از سطح صفحه به عنوان سطح انتقال حرارت استفاده می کنند ، از جمله مبدل های حرارتی صفحه ، مبدل های حرارتی صفحه مارپیچ ، مبدل های حرارتی باله صفحه ، مبدل های حرارتی پوسته صفحه و مبدلهای حرارتی صفحه چتر. انواع دیگر مبدل های حرارتی برای برآورده کردن برخی از الزامات خاص ، مانند مبدل های حرارتی سطح خراشیده شده ، مبدلهای حرارتی دیسک دوار و کولرهای هوا طراحی شده اند.
جهت جریان نسبی سیال در مبدل حرارتی به طور کلی شامل دو نوع است: جریان CO و پیشخوان جریان. هنگام جریان در پایین دست ، اختلاف دما بین دو مایع در ورودی بزرگترین است و به تدریج در طول سطح انتقال حرارت کاهش می یابد و به حداقل اختلاف دما در خروجی می رسد. هنگام جریان برعکس ، توزیع اختلاف دما بین دو مایع در امتداد سطح انتقال حرارت نسبتاً یکنواخت است. تحت شرط ورودی ثابت و خروجی مایعات سرد و گرم ، هنگامی که هیچ تغییر فاز در هر دو مایعات وجود ندارد ، میانگین اختلاف دما بین بالادست و پایین دست حداکثر و حداقل است.
در همان شرایط انتقال حرارت ، استفاده از ضد جریان می تواند میانگین اختلاف دما را افزایش داده و سطح انتقال حرارت مبدل حرارتی را کاهش دهد. اگر منطقه انتقال حرارت بدون تغییر باقی بماند ، با استفاده از جریان ضد جریان می تواند مصرف مایعات گرمایش یا سرمایش را کاهش دهد. اولی می تواند هزینه تجهیزات را پس انداز کند ، در حالی که دومی می تواند هزینه های عملیاتی را پس انداز کند ، بنابراین مبادله گرمای فعلی باید تا حد امکان در طراحی یا استفاده از تولید اتخاذ شود.
هنگامی که یک تغییر فاز (جوش یا تراکم) در هر دو یا مایعات سرد و گرم وجود دارد ، دمای مایع به دلیل آزاد شدن یا جذب گرمای نهان بخار در هنگام تغییر فاز بدون تغییر باقی می ماند. بنابراین ، دمای ورودی و خروجی مایعات برابر است و اختلاف دما بین دو مایع مستقل از جهت جریان مایع است. علاوه بر دو نوع جریان بیرونی ، یعنی جریان رو به جلو و جریان معکوس ، جهت هایی مانند جریان متقاطع و انحراف نیز وجود دارد.
کاهش مقاومت حرارتی در مبدل حرارتی بین دیواره در هنگام انتقال حرارت یک مسئله مهم برای بهبود ضریب انتقال حرارت است. مقاومت حرارتی عمدتا از لایه نازک سیال (به نام لایه مرزی) ناشی می شود که به سطح انتقال حرارت در هر دو طرف دیواره پارتیشن چسبیده و لایه رسوب در دو طرف دیوار در حین استفاده از مبدل حرارتی تشکیل می شود. مقاومت حرارتی دیواره فلزی نسبتاً اندک است.
افزایش سرعت جریان و اختلال مایعات می تواند لایه مرزی را نازک کند ، مقاومت حرارتی را کاهش داده و ضریب انتقال حرارت را بهبود ببخشد. با این حال ، افزایش سرعت جریان سیال باعث افزایش مصرف انرژی می شود ، بنابراین باید بین کاهش مقاومت حرارتی و مصرف انرژی در طول طراحی ، هماهنگی معقول ایجاد شود. برای کاهش مقاومت حرارتی خاک ، می توان تلاش برای کند شدن تشکیل خاک و تمیز کردن مرتباً سطح انتقال حرارت را انجام داد.
به طور کلی ، مبدل های حرارتی از مواد فلزی ساخته شده اند که از جمله آنها از جنس استیل کربن و فولاد کم آلیاژ برای تولید مبدل های حرارتی متوسط و کم فشار استفاده می شود. علاوه بر اینکه عمدتا برای شرایط مقاومت در برابر خوردگی مختلف مورد استفاده قرار می گیرد ، از فولاد ضد زنگ آستنیتی نیز می توان به عنوان ماده ای مقاوم در برابر درجه حرارت بالا و پایین استفاده کرد. مس ، آلومینیوم و آلیاژهای آنها معمولاً در ساخت مبدل های حرارتی با دمای پایین استفاده می شود. آلیاژهای نیکل در شرایط دمای بالا استفاده می شوند. علاوه بر ساخت قطعات واشر ، از برخی از مواد غیر فلزی برای تهیه مبدل های حرارتی مقاوم در برابر خوردگی مانند مبدل های حرارتی گرافیتی ، مبدلهای حرارتی فلوروپلاستیک و مبدلهای حرارتی شیشه ای استفاده شده است.