مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شود به عنوان مثال در تولید برق صنایع شیمیایی و غذایی، مهندسی محیط زیست، تهویه مطبوع و کاربردهای فضایی به کار می روند.
مبدل‌های حرارتی صفحه ای به تجهیزاتی گفته می شود که جریان انرژی حرارتی بین دو و یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم می کنند.
مبدل حرارتی را می توان بر طبق متالوژی زیر دسته بندی نمود:
1. از نظر انتقال حرارت و بازیافت حرارت
2. از نظر فرایند انتقال شامل تماس مستقیم و یا غیرمستقیم سیال سرد و گرم
3. از نظر هندسه ساختار شامل لوله ها، صفحه‌ها و سطوح پره دار
4. از نظر مکانیسم انتقال حرارت تکفاز و چشم فاز
5. از نظر چیدمان جریان های سرد و گرم شامل هم‌جهت ،مخالف جهت و جریان متقاطع
مبدل های حرارتی از نظر انتقال حرارت و بازیافت حرارت: به این مبدل ها که در آنها انتقال حرارت بین دو سیال صورت می گیرند جبران کننده کاهش انرژی سیستم گفته می شود زیرا جریان را در خود نگهداری و حمل می کند.
در بازیافت ها و مبدل های ذخیره گذرگاه جریان به طور پیوسته توسط یکی از دو سیال، اشغال می گردد. سیال گرم انرژی گرمایی را در گذرگاه جریان ذخیره می کند سپس در طیف جریان سرد از همان گذرگاه انرژی ذخیره شده از گذرگاه بازیافت می شود. بنابراین در این حالت انرژی حرارتی از طریق دیواره و یا تماس مستقیم دو سیال انتقال پیدا نمی کند.
بازیافت ها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
الف) Rotary regenerator
مثال هایی از بازیافت های دوار برای گرم کردن هوا در نیروگاه بخار، بازیافت دوار در سیکل توربین گاز و کوره های ذوب فولاد و کوره های ذوب شیشه می باشد.
بازیافت های دوار خود به دو دسته تقسیم می شوند:
1 - نوع دیسکی
2- نوع استوانه ای
در بازیافت نوع دیسکی سطح انتقال حرارت به شکل دیسک می باشند و سیال به صورت محوری جریان دارد.
ب) Fixed Matrix regenerator
1- مبدل های حرارتی از نظر فرایند انتقال شامل تماس مستقیم و یا غیر مستقیم: سیال سرد و گرم در مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم حرارت بین سیالهای سرد و گرم از طریق سطح تماس بین دو سیال انتقال می‌یابد و هیچ دیوارهای بین جریان های سرد و گرم وجود ندارد. در مبدل های حرارتی تماس مستقیم جریان های دو مایع غیر قابل اختلاط و یا یک گاز و یک مایع هستند. چگالنده ها با افشان کننده مایع در جریان بخار و چگالنده های سینی دار مایع و بخار در تماس مستقیم با هم هستند و برجهای خنک کن مثالهایی از آن به شمار می رود.
2- مبدل های حرارتی از نظر مکانیزم انتقال حرارت تک فاز و چند فاز
اصول کار این مبدل ها به سه دسته تقسیم می شود:
1. جابجایی یک فاز در هر دو سمت
2. جابجایی یک فاز در یک سمت، جابجایی دو فاز در سمت دیگر
3. جابجایی دو فاز در هر دو سمت
در مبدل های حرارتی از قبیل اکونومایزر ها( مبدل های حرارتی که در آن سیال از شرایط مایع به سمت شرایط اشباع می‌رود) و گرمکن های هوا در دیگ های بخار ،خنک کن میانی در کمپرسورهای چند مرحله ای رادیاتور خودروها و گرمکن های مورد استفاده برای گرمایش اتاق ها در هر دو سمت سیال سرد و گرم انتقال حرارت از طریق جابجایی یک فاز اتفاق می افتد. چگالنده ها، دیگ بخار و مولدهای بخار در راکتورهای آب تحت فشار در نیروگاه های هسته ای، تبخیر کننده ها و رادیاتورهای مورد استفاده در تهویه مطبوع گرمایش دارای مکانیزم های چگالش و جوشش در یکی از سطوح مبدل حرارتی می باشد.
همچنین انتقال حرارت ۲ فاز می تواند در هر دو سمت مبدل مانند شرایطی که چگالش در یک سمت و جوشش در سمت دیگر انتقال حرارت می باشند، اتفاق خواهد افتاد. هر چند بدون تغییر فاز نیز می توان شکلی از انتقال حرارت جریان دو فاز داشت همانطوری که در بسترهای سیال مخلوط گاز و ذرات جامد به سطح حرارت یا از آن سطح، حرارت منتقل می نماید.
3- مبدل های حرارتی از نظر چیدمان جریان های سرد و گرم شامل هم جهت، مخالف و جریان متقاطع
مبدل های حرارتی می توانند بر اساس شکل مسیر جریان سیال دسته بندی شوند:
1- جریان هم جهت( دو جریان سیال در یک انتها به مبدل وارد می شود و هر دو در یک جهت جریان می یابند و از انتهای دیگر خارج می شود).
2- جریان مخالف جهت
3- جریان متقاطع
از آرایش های چند گذر برای طراحی مبدل های حرارتی به ویژه در مبدل های حرارتی پوسته و لوله ای بفل دار استفاده می شود.
یک مبدل حرارتی صفحه‌ای به طور اولیه متشکل از صفحات فلزی پرس شده نازک و مستطیل شکل است که به طور ساندویچی بین واشر ها یا گسکت های جانبی و کامل قرار گرفته و در یک قالب محکم شده است.
این قالب دارای یک صفحه ثابت با پوشش نهایی می باشد که به وسیله پورتها یا دریچه اتصال، که خود با یک صفحه پوششی متحرک جهت نگهداری صفحات برجسته به یکدیگر پیچ شده اند ، نگهداری می شود.
کمچه های بالایی و پایینی اجازه قرارگیری متناسب مجموعه صفحات روی هم قرار گرفته یا کپه ها را خواهد داد . تصاویر جلویی و کناری از یک مبدل حرارتی صفحه ای کاملا ترکیب شده معمولی است که اتصالات دهانه ورودی و خروجی برای هر دو جریان سیال در بخش صفحه پوشش-انتهایی ثابت دیده میشود.
این پیکربندی معمولا به عنوان آرایش یافتگی u خوانده میشود که این نوع آرایش یافتگی متعارف بصورت آرایش یافتگی z میباشد که در آن یک مجموعه از پورتها بروی سطوح پوششی متحرک جای میگیرند.
پورتهای قالب‌های نهایی می توانند دارای انواع مختلف اتصالات باشند.
سوراخ های پورت این دریچه های ورودی و خروجی جریان سیال نیز همچنین در کناره های هر یک از صفحات موج دار در این کپه منگنه شده است و به گونه‌ای در پورتهای قالب اسمبل شده آرایش یافته‌اند تا قابلیت فرم پذیری لوله های توزیع جریان برای دو جریان سیال فراهم شود. لایه های جانبی فراهم آورنده فضای مجرای جریان بین صفحات مجاور می باشند و علاوه بر این مسیر جریان مناسبی را برای سیالات گرم و سرد در مجاری جایگزین فراهم می‌آورند.
