Ploščni izmenjevalnik toplote je vrsta rekuperativnega izmenjevalnika toplote, katerega princip delovanja temelji na transformaciji in gibanju toplotne energije iz enega medija v drugega, preko kontaktnih plošč. Zbrani v enem svežnju tvorijo edinstvene kanale, skozi katere se premika hladilna tekočina. Parametri in dimenzije naprave so označeni s standardi GOST 15518-83.
Vrste izmenjevalnikov toplote
Glede na stopnjo dostopnosti vzdrževanja in pregleda so izmenjevalniki toplote razdeljeni na več vrst:
- zložljivo,
- spajkano,
- varjene,
- polvarjeni.
Zložljiva
Naprave te vrste se sestavljajo in razstavljajo za občasno vzdrževanje, preglede in popravila. Proces prenosa toplote poteka skozi plošče, ki se izmenjujejo med seboj in tvorijo dva gibalna kroga. S tem se odpravi mešanje toplotne energije med obema tokovoma. Vse plošče so med seboj ločene z gumijastimi tesnili.
Spajkano
Naprav te vrste ni mogoče razstaviti, za razliko od prej obravnavane vrste, in vse plošče so spajkane skupaj. Prednosti takšnih naprav so dostopni stroški in majhne dimenzije. Glavno področje uporabe so gospodinjski plinski kotli in drugi ogrevalni sistemi.
Varjene
Enote tega razreda so sestavljene iz plošč, zvarjenih skupaj brez gumijastih tesnil. Gibanje toplotnega toka poteka skozi dva kanala: enega vzdolž valovitega kanala, drugega skozi cevastega. Pomanjkljivosti vključujejo visoke stroške naprave in njeno velikost. Hladilna sredstva tega razreda se uporabljajo v industrijskem obsegu.
Polvarjeni
Struktura, sestavljena iz plošč, ki so nameščene na kombiniran način. Tesnila se nahajajo na zunanji strani parov zvarjenih plošč. Takšna oprema omogoča uporabo v izjemno agresivnih okoljih ali v hladilnih sistemih.
Prednosti in slabosti
Med pozitivnimi vidiki uporabe takšnih enot so:
- odsotnost velikih proizvodnih in investicijskih stroškov;
- učinkovitost oskrbe s toplotno energijo;
- majhne velikosti;
- sposobnost samočiščenja zaradi visokega turbulentnega toka;
- s povečanjem števila plošč je mogoče doseči povečanje učinkovitosti;
- zanesljivost;
- enostavnost vzdrževanja in čiščenja;
- majhna teža;
- enostavnost namestitve;
- minimalna površinska kontaminacija;
- popolna odprava mešanja različnih vrst hladilne tekočine, zahvaljujoč posebnemu sistemu tesnjenja;
- odpornost proti koroziji;
- visoka učinkovitost zagotavlja minimalno površino za prenos toplote;
- zmožnost zmanjšanja izgub tlaka na minimum z uporabo plošč z različnimi vrstami profilov;
- nastavitev temperature.
Slabosti ploščnih izmenjevalnikov toplote vključujejo:
- potreba po ozemljitvi;
- zahteve glede kakovosti hladilne tekočine.
Veliko število prednosti omogoča uporabo toplotnih izmenjevalcev v gospodinjskih in industrijskih segmentih. Potreba po hladilni tekočini ni pomanjkljivost, temveč nujnost, da se prepreči pogosta menjava plošč, ki so postale neuporabne.
Oblikovanje ploščnih izmenjevalnikov toplote
Ploščni izmenjevalnik toplote se pogosto uporablja za izmenjavo toplote hlapov ali tekočin in deluje kot hladilnik, predgrelnik ali kondenzator. Sestavljen je iz več komponent:
- premična plošča;
- fiksna plošča;
- šobe, z navojno prirobnico in varjenimi priključki;
- niz plošč, pritrjenih skupaj;
- spodnji in zgornji vodnik;
- navojni drog za pritrditev in zatiče.
Med ploščami se nahajajo gumijasta tesnila. Gibanje toplotne energije poteka po več shemah:
- istotočni,
- protitok,
- mešano.
Izbira opreme za vgradnjo v ogrevalni sistem in izračuni se izvajajo s posebno programsko opremo, razvito posebej za te namene.
Shema povezave
Za priključitev ploščnega izmenjevalnika toplote se uporablja klasična shema, ki vključuje dovodne in odvodne cevi hladilne tekočine, ki se nahajajo na sprednji plošči.Najpogosteje so te luknje nameščene tako, da zagotavljajo protitok toplotne energije in preprečujejo mešanje toplega in hladnega toka.
Druga možnost za priključitev izmenjevalnika toplote uporablja enake dovodne in odvodne cevi, ki se lahko nahajajo ne samo na sprednji plošči, ampak tudi na zadnji strani.
Povezava vhodnih in izhodnih tokov toplotne energije poteka skozi cevi s prirobničnimi, navojnimi ali varjenimi priključki.
V nekaterih primerih se šobe ne uporabljajo. Nato pride do povezave z vrtanjem dodatnih lukenj z notranjimi navoji za namestitev čepov, ki bodo služili kot pritrditev hladilne tekočine na cevovod. Kot tesnilo lahko uporabite toplotno odporno gumo ali gumijasto tesnilo.
Izbirna pravila
Izbira opreme je odvisna od več parametrov, od katerih se vsak izračuna posebej, odvisno od tega, kje bo nameščen izmenjevalnik toplote.
Pri izbiri modela morate določiti naslednje točke:
- vrsta medija (para, voda itd.);
- indikatorji temperature na vstopu in izstopu hladilne tekočine;
- dovoljena izguba tlaka;
- odčitki najvišje temperature;
- največji tlak znotraj naprave;
- toplotna obremenitev opreme.
Po pridobitvi podatkov o teh parametrih je treba izračunati zmogljivost sistema za izmenjavo toplote. Po tem lahko začnete izbrati model na podlagi razpoložljivih kazalnikov moči, hitrosti oskrbe z vodo, premera in območja izmenjave toplote.
Princip delovanja
Načelo delovanja ploščnega izmenjevalnika toplote ni mogoče imenovati preprosto.Plošče so nameščene pod kotom 180 stopinj glede na drugo. Običajno je to spajkanje dveh parov plošč, ki zagotavljata vnos in izhod toplotne energije. Zunanji par ne sodeluje v procesu izmenjave toplote.
Glede na oblikovne značilnosti so izmenjevalniki toplote običajno razdeljeni na tri vrste:
- enokrožni,
- večkrožno,
- dvosmerno.
Kroženje toplotne energije v enokrožni napravi se izvaja stalno, po celotnem krogu in v eni smeri, s hkratnim protitokom hladilne tekočine.
Gibanje hladilne tekočine v opremi z več vezji poteka v različnih smereh. Takšne naprave se uporabljajo le, če obstaja majhna razlika v temperaturi med povratnim in dohodnim tokom.
Gibanje toplotne energije v dvoprehodnih napravah poteka vzdolž dveh neodvisnih tokokrogov, pod stalnim nadzorom oskrbe s toploto.
Obstaja še ena vrsta naprave - parni ploščni izmenjevalnik toplote, ki je odgovoren za ogrevanje vode ali druge tekočine v ogrevalnem sistemu. Načelo delovanja te naprave se ne razlikuje od standardnih modelov ploščnih enot.
Plošče za ploščni izmenjevalnik toplote
Material za plošče je jeklo debeline 1 mm. Za turbulizacijo toka hladilne tekočine in povečanje površine prenosa toplote je pretočni del plošč oblikovan rebrasto ali v obliki valovitosti.
Če pogledate odsek, ima valovita površina profil enakostraničnega trikotnika. Upor in hitrost pretoka sta odvisna od stopnje kota, pod katerim se nahaja valovitost. Bolj kot je oster, manjši je upor in večja je hitrost hladilne tekočine.
Poleg jekla se za izdelavo toplotnih plošč uporabljajo tudi druge zlitine, odvisno od tega, kje bo naprava delovala.
Področja uporabe
Vsak tip toplotnega izmenjevalnika ima svoje področje uporabe.
Običajno se uporabljajo toplotni izmenjevalniki s tesnilom:
- za namestitev ogrevalnih omrežij;
- v hladilnikih;
- v bazenih itd.
Uporabljajo se spajkane naprave:
- v zamrzovalnih skrinjah;
- v klimatskih sistemih;
- v prezračevalnih sistemih;
- v kompresorskih napravah.
Varjene in polvarjene naprave so našle svojo uporabo:
- v klimatskih in prezračevalnih sistemih;
- v farmacevtski industriji;
- v živilski industriji;
- v ogrevalnih sistemih in oskrbi s toplo vodo;
- v obtočnih črpalkah itd.
V domači uporabi je najpogostejši tip toplotnega izmenjevalnika spajkan. Odgovoren je za hlajenje ali ogrevanje toplotne energije.
Toplotni izmenjevalnik je sistemski element, ki se uporablja v komunali, živilski, metalurški in naftni in plinski industriji ter v ladjedelništvu. Prevlada prednosti nad slabostmi kaže na njegovo učinkovito uporabo. Po pravilni določitvi tehničnih značilnosti in ciljev naprave lahko ogrevalni sistem namestite doma z uporabo risb in povezovalnih diagramov izmenjevalnika toplote, ki so javno dostopni na internetu.
