مبدل حرارتی (Heat Exchanger) سیستمی جهت انتقال حرارت بین دو یا بیش از دو سیال (مایع / گاز) می باشد. در واقع مبدل های حرارتی در هر دو فرایند سرمایش و گرمایش به کار گرفته می شوند. سیال های جاری در مبدل ها، عمدتاً به منظور جلوگیری از اختلاط، توسط دیواره جامدی از یکدیگر جدا می شوند و البته در انواع بخصوصی از مبدل های حرارتی این امکان نیز وجود دارد که جریان های سیال مستقیماً با هم در تماس باشند. در ادامه مقاله میخواهیم شمارا با انواع مبدل حرارتی آشنا کنیم.
ساده ترین مبدل هایی که در صنعت استفاده می شوند، مبدل های حرارتی لوله ای دوبل (دو لوله ای) می باشند که به اختصار آن ها را مبدل های لوله ای (Tubular) نیز می نامند. از یک سو، ارزان بودن این مبدل ها، چه در طراحی و چه از نظر تعمیر و نگهداری، آن ها را به انتخاب مناسبی برای صنایع کوچک تبدیل کرده است و از سوی دیگر، راندمان پایین آن ها و همچنین اشغال فضای زیاد در مقیاس های بزرگ، سبب شده است که در صنایع مدرن امروزی کمتر استفاده شوند و مبدل هایی با راندمان بیشتر نظیر مبدل های پوسته و لوله و مبدل های صفحه ای به کار گرفته شوند. ساختار یک مبدل حرارتی لوله ای، در ساده ترین شکل خود شامل دو لوله با قطر متفاوت می باشد که لوله کوچکتر به صورت هم مرکز درون لوله دیگر قرار می گیرد. چنانکه یکی از سیال ها درون لوله کوچکتر و سیال دیگر در فضای حلقوی بین دو لوله جریان می یابد. در واقع، این دیواره لوله داخلی است که سطح انتقال حرارت را تشکیل می دهد واغلب جهت دستیابی به سطح بیشتر، فین گذاری می شود.
یکی از رایج ترین انواع مبدل در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع و برودت صنعتی، مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد. همان طور که از نامش پیداست، این مبدل ها از تعدادی لوله تشکیل شده اند که درون پوسته ای استوانه ای قرار می گیرند. دو جریان سیال با دماهای اولیه متفاوت وارد مبدل می شوند. یکی از درون لوله ها و دیگری از درون پوسته (بیرون لوله ها) عبور می کند. حرارت از طریق دیواره لوله ها، بین دو سیال منتقل می شود، گاهی از سیال داخل لوله به سیال جاری در پوسته و گاهی بالعکس.
هریک از سیال ها می توانند از مایعات و یا از گازها باشند و این امکان نیز وجود دارد که هرکدام از درون لوله یا پوسته جریان بیابند. مبدلی که فقط سیال مایع و یا صرفاً سیال گاز در دو طرف آن (درون پوسته و لوله) جریان دارد را مبدل تک فازی می نامند. مبدل های دو فازی می توانند برای انتقال حرارت به مایع جهت جوشاندن و تبخیر آن (بویلر) و یا به منظور خنک کردن بخار برای چگالش آن (کندانسور) با تغییر فازی که عمدتاً در سمت پوسته اتفاق می افتد، بکار روند.
نوعی مبدل حرارتی است که از صفحات نازک فلزی جهت انتقال حرارت بین دو سیال سرد و گرم استفاده می کند. صفحاتی با سطوح صاف و یا موج دار که ضمن ایجاد کانال هایی برای جریان های سیال، آن ها را از هم جدا می سازند. مزیت عمده مبدل های حرارتی صفحه ای در مقایسه با سایر مبدل های رایج، این است که جریان سیال در معرض سطح بزرگتری برای تبادل گرما قرار می گیرد. چراکه سیال های سرد و گرم روی صفحات فلزی کاملاً پخش می شوند؛ در نتیجه انتقال حرارت بهتری صورت گرفته و تغییر دما با سرعت بیشتری اتفاق می افتد. چنانکه نزدیکی دما (Temperature Approach) در یک مبدل حرارتی صفحه ای می تواند به اندازه 1 درجه سانتی گراد باشد، در حالی که در مبدل های پوسته و لوله، حدود 5 درجه سانتی گراد است. بنابراین برای نرخ یکسانی از انتقال حرارت، اندازه یک مبدل حرارتی صفحه ای به مراتب کوچکتر از ابعاد یک مبدل پوسته و لوله خواهد بود؛ زیراکه سطوح انتقال حرارت بزرگی، به صورت فشرده توسط صفحات مبدل ایجاد می شود. لذا، امروزه بکارگیری مبدل های حرارتی صفحه ای در صنایع مختلف فراگیر شده است.