Un schimbător de căldură cu plăci este un dispozitiv în care căldura este transferată de la un lichid de răcire fierbinte la un mediu rece (încălzit) prin plăci ondulate de oțel, cupru, grafit, titan , care sunt trase într-un pachet. Straturile calde și reci sunt intercalate între ele.
Primul schimbător de căldură cu plăci aproape modern a fost inventat de Dr. Richard Seligman, fondatorul Aluminium Plant & Vessel Company Limited în 1923. Potrivit altor surse, compania suedeză Gustaf de Laval , care a lansat primul model de echipamente de pasteurizare, în 1938, a fost creatorul primului schimbător de căldură cu plăci modern .
Acest design al schimbătorului de căldură oferă o dispunere eficientă a suprafeței de schimb de căldură și, în consecință, dimensiunile mici ale aparatului în sine. Toate plăcile din pachet sunt la fel, doar că sunt rotite una după alta cu 180 °, prin urmare, atunci când pachetul de plăci este contractat, se formează canale prin care curge lichidele implicate în transferul de căldură . Această instalare a plăcilor asigură alternarea canalelor calde și reci.
Elementul principal al schimbătorului de căldură sunt plăcile de transfer termic realizate din aliaje rezistente la coroziune cu grosimea de 0,4-1,0 mm prin ștanțare la rece. În poziția de lucru, plăcile sunt presate strâns una pe cealaltă și formează canale fante. Pe partea frontală a fiecărei plăci, în caneluri speciale este instalată o garnitură de contur din cauciuc, care asigură etanșeitatea canalelor. Două dintre cele patru găuri din placă asigură alimentarea și evacuarea agentului de încălzire sau a mediului încălzit către canal. Celelalte două găuri sunt izolate suplimentar cu contururi mici ale garniturii, prevenind amestecarea (deversarea) a încălzirii și a mediului încălzit. Sunt prevăzute caneluri de drenaj pentru a preveni amestecarea mediilor în cazul unei ruperi a unuia dintre contururile mici ale garniturii.
Curgerea sinuoasă spațială a lichidului în canale contribuie la turbulența fluxurilor, iar contracurența dintre mediul încălzit și cel de încălzire contribuie la creșterea diferenței de temperatură și, ca urmare, la intensificarea transferului de căldură la rezistențe hidraulice relativ scăzute. Acest lucru reduce brusc depunerea de calcar pe suprafața plăcilor.
Cu o diferență mare în debitul mediilor, precum și cu o diferență mică în temperaturile finale ale mediilor, există posibilitatea unui schimb de căldură multiplu al mediilor prin intermediul unei direcții în formă de buclă a fluxurilor lor. În astfel de schimbătoare de căldură, conductele de ramificare pentru alimentarea cu medii sunt situate nu numai pe placa fixă, ci și pe placa de presiune, iar mediile se deplasează de-a lungul plăcilor deflectoare într-o direcție.
Garniturile sunt unul dintre cele mai importante elemente în proiectarea schimbătoarelor de căldură cu plăci. Etanșările din schimbătorul de căldură izolează și direcționează fluxurile de fluid adiacente și previn scurgerile. Elementele sunt o garnitură solidă din cauciuc și sunt fixate în caneluri speciale de-a lungul conturului plăcii.
Sistemul de fixare a etanșărilor pe plăci se folosește atât lipite, cât și fără lipici cu ajutorul unor încuietori speciale. Pentru producția de etanșări se folosesc 4 tipuri de materiale standard (NBR, EPDM, Viton I, Viton S), în plus, sunt utilizate o serie de materiale concepute special pentru aplicații nestandard.
Cele mai comune tipuri de sigilii sunt:
- S187 VITON (FPM)
FP71 NBR (NITRIL)
GL-265 VITON (FPM)
XGM032 VITON GF/STEAM
NT 500M VITON (FPM)
ET014C NBR (NITRIL)
S20 VITON GF/STEAM
NT 250M VITON (FPM)
GARNITURA MA30W-FKMS-C/PEAK INEL (MA30W-FKMS-CLIP-ring)
GL-85 NBR (NITRIL)
ET004C NBR (NITRIL).
Alegerea materialului potrivit afectează în mod semnificativ durata de viață a garniturilor. Dar există și alți factori de care depinde adecvarea etanșărilor: condițiile de temperatură, căderile de presiune, agresivitatea mediului, îmbătrânirea naturală. S-a stabilit că o temperatură cu indicatori mai mici decât maximul admis prelungește durata de viață.
În procesul de transfer de căldură , lichidele se deplasează unele spre altele (în contracurent). În locurile în care pot curge, există fie o placă de oțel, fie o garnitură dublă de cauciuc , care elimină practic amestecarea lichidelor.
Tipul de ondulare al plăcilor și numărul acestora instalate în cadru depind de cerințele operaționale pentru schimbătorul de căldură cu plăci . Materialul din care sunt fabricate plăcile poate varia de la oțel inoxidabil ieftin la diferite aliaje exotice capabile să lucreze cu lichide agresive .
Materialele garniturii difera si in functie de conditiile de utilizare a schimbatoarelor de caldura cu placi . În mod obișnuit, sunt utilizați diverși polimeri pe bază de cauciuc natural sau sintetic .
Schimbătoarele de căldură cu plăci sunt de următoarele tipuri:
Pentru schimbătoarele de căldură cu plăci pliabile, următorii parametri sunt caracteristici:
Conform schemei de funcționare, schimbătoarele de căldură sunt împărțite în două tipuri:
Schimbătorul de căldură cu o singură trecere este proiectat astfel încât fiecare mediu să curgă prin canalele cu fante o dată.
După aceea, lichidul intră în galeria de colectare și de acolo în conductă.
Cu acest design, toate țevile de conectare sunt situate pe o parte a dispozitivului - pe o placă fixă. Placa mobilă poate fi mutată după cum doriți, astfel încât nimic nu vă împiedică să dezasamblați schimbătorul de căldură pentru întreținere și reparații.
Circuitul cu mai multe treceri este utilizat în cazurile în care în mediul de încălzire rămâne multă căldură după o trecere.
Acest lucru se observă în următoarele cazuri:
Plăcile cu doar două porturi situate pe o parte sunt adăugate casetei unui schimbător de căldură cu plăci cu treceri multiple. Datorită acestui fapt, fiecare mediu curge prin canale de două sau mai multe ori, astfel încât mediul încălzit absoarbe mult mai multă căldură din mediul de încălzire decât în cazul unui circuit cu o singură trecere.
În timpul schimbului de căldură, mișcarea fluidelor are loc unul spre celălalt. Prezența unui element special din oțel sau a unei etanșări suplimentare din cauciuc ajută la prevenirea amestecării lichidelor în acele locuri în care există posibilitatea de scurgere.
În funcție de condițiile în care este planificată să funcționeze un anumit schimbător de căldură, numărul de plăci, precum și metoda de prelucrare a suprafeței lor, pot diferi. Acest lucru este valabil și pentru consumabilele utilizate.
Așadar, producătorii oferă nu numai produse din oțel inoxidabil la prețuri accesibile, ci și modele din aliaje moderne care sunt rezistente la expunerea prelungită la medii agresive.