Пластинчатый теплообменник – разновидность рекуперативного теплообменника, принцип действия которого основан на преобразовании и перемещении тепловой энергии из одной среды в другую, посредством контактных пластин. Собранные в одну связку они образуют своеобразные каналы, по которым и происходит движение теплоносителя. Параметры и размеры устройства обозначены нормами ГОСТа 15518—83.
Разновидности теплообменников
В зависимости от степени доступности к обслуживанию и осмотру теплообменники разделяют на несколько видов:
- разборные,
- паяные,
- сварные,
- полусварные.
Разборные
Аппараты этого типа собираются и разбираются для периодического обслуживания, осмотра и ремонта. Процесс теплопередачи осуществляется посредством пластин, которые чередуются между собой, образуя два контура движения. Это позволяет исключить смешивание тепловой энергии между двумя потоками. Все пластины между собой разделяются резиновыми прокладками.
Паяные
Устройства этого типа не разбираются, в отличие от рассмотренного ранее типа, а все пластины между собой спаяны. Преимуществом таких устройств считают доступную стоимость и небольшие габариты. Основная область применения – бытовые газовые котлы и другие отопительные системы.
Сварные
Агрегаты этого класса состоят из пластин, сваренных между собой без резиновых уплотнителей. Движение теплового потока происходит по двум каналам: один по гофрированному, второй по трубчатому. Среди недостатков выделяют высокую стоимость устройства и его размеры. Теплоносители такого класса используют в промышленных масштабах.
Полусварные
Конструкция, состоящая из пластин, которые установлены комбинированным способом. Уплотнители располагаются с внешней стороны попарно сваренных пластин. Такое оборудование позволяет использовать его в крайне агрессивных средах или в системах охлаждения.
- Разборный
- Сварной
- Паяный
- Полусварной
Преимущества и недостатки
Среди положительных аспектов использования таких агрегатов можно выделить:
- отсутствие больших производственных и инвестиционных затрат;
- эффективность поставки тепловой энергии;
- небольшие размеры;
- способность самоочистки, за счет высокого турбулентного потока;
- благодаря увеличению количества пластин возможно добиться увеличения КПД;
- надежность;
- простота в обслуживании и промывке;
- небольшой вес;
- простота установки;
- минимальное загрязнение поверхностей;
- полное исключение смешивания теплоносителя разного вида, благодаря особой системе уплотнения;
- устойчивость к коррозии;
- высокий КПД обеспечивает минимальную поверхность теплообмена;
- возможность сокращения потерь давления до минимальных посредством использования пластин с разными видами профилей;
- регулировка температуры.
К недостаткам пластинчатых теплообменных аппаратов относят:
- необходимость заземления;
- требовательность к качеству теплоносителя.
Большое число преимуществ позволяет использовать теплообменники в бытовом и промышленном сегменте. Требовательность к теплоносителю скорее не недостаток, а необходимость, чтобы предупредить частоту замены пластин, пришедших в негодность.
Устройство пластинчатых теплообменников
Пластинчатый теплообменник широко используется для теплообмена парами или жидкостями и выступает в роли охладителя, подогревателя или конденсатора. Он состоит из нескольких комплектующих:
- подвижной плиты;
- неподвижной плиты;
- патрубков, с резьбовым фланцевым и приваренным соединением;
- комплекта скрепленных между собой пластин;
- нижней и верхней направляющей;
- резьбовой стойки для крепления и шпильки.
Между пластинами располагаются резиновые уплотнители. Движение тепловой энергии происходит по нескольким схемам:
- прямотоком,
- противотоком,
- смешанно.
Подбор оборудования для установки в систему отопления и расчет выполняют при помощи специального ПО, разработанного именно для этих целей.
Схема подключения
Для подключения пластинчатого ТО используют классическую схему, в которой задействованы патрубки входа и выхода теплоносителя, расположенные на передней панели. Чаще всего эти отверстия располагают таким образом, чтобы обеспечить противоток тепловой энергии и не допустить смешивание горячего и холодного потока.
Второй вариант подключения теплообменника задействует те же патрубки входного и выходного отверстия, которые могут быть расположены не только на передней панели, но и на задней.
Подсоединение входных и выходных потоков тепловой энергии происходит посредством патрубков, с фланцевым, резьбовым или приваренным соединением.
В некоторых случаях не используют патрубки. Тогда соединение происходит путем просверливания дополнительных отверстий с внутренней резьбой под установку шпилек, которые послужат в качестве крепления теплоносителя с трубопроводом. В качестве прокладки можно взять термостойкий каучуковый или резиновый уплотнитель.
Правила выбора
Выбор оборудования зависит от нескольких параметров, каждый из которых рассчитывается индивидуально, в зависимости от того, где будет устанавливаться теплообменник.
При подборе модели нужно определить следующие моменты:
- тип среды (пар, вода и т.д.);
- температурные показатели на входе и выходе теплоносителя;
- допустимые потери давления;
- максимальные показатели температуры;
- максимальное давление внутри устройства;
- тепловая нагрузка на оборудование.
После получения данных по этим параметрам следует провести расчет показателей системы теплообмена. После чего можно приступать к выбору модели, опираясь на имеющиеся показатели мощности, скорости подачи воды, диаметре и площади теплообмена.
Принцип работы
Принцип работы пластинчатого теплообменника нельзя назвать простым. Пластины устанавливаются под углом 180 градусов относительно друг друга. Обычно это спайка из двух пар пластин, которые обеспечивают вход и выход тепловой энергии. Крайняя пара, не участвует в процессе теплообмена.
В зависимости от конструктивных особенностей теплообменники принято разделять на три типа:
- одноконтурные,
- многоконтурные,
- двухходовые.
Циркуляция тепловой энергии в одноконтурном устройстве производится перманентно, по всему контуру и в одном направлении, с одновременным противотоком теплоносителя.
Движение теплового носителя в многоконтурном оборудовании происходит в различных направлениях. Такие устройства применяются только в том случае, если есть незначительное различие температуры в обратке и входящем потоке.
Движение тепловой энергии в двухходовых устройствах происходит по двум независимым контурам, при условии постоянного контроля за тепловой подачей.
Существует еще один тип устройства – паровой пластинчатый теплообменник, отвечающий за подогрев воды или другой жидкости в системе отопления. Принцип работы этого устройства ничем не отличается от стандартных моделей пластинчатых агрегатов.
Пластины для пластинчатого теплообменника
В качестве материала для пластин используется сталь, толщиной 1 мм. Для турбулизации потока теплоносителя и увеличения площади теплообмена проточную часть пластин формируют ребристой или в виде гофры.
Если посмотреть в сечении, гофрированная поверхность имеет профиль равностороннего треугольника. От градуса угла, под которым расположена гофра, зависит сопротивление и скорость потока. Чем он острее, тем ниже сопротивление и выше скорость теплоносителя.
Кроме стали, для изготовления пластин теплообменника используют и другие сплавы в зависимости от того, где будет работать устройство.
Сферы применения
У каждого вида теплообменника есть своя сфера применения.
Разборные теплообменники принято использовать:
- для монтажа тепловых сетей;
- в холодильных камерах;
- в бассейнах и т.д.
Паянные приборы применяются:
- в морозильных камерах;
- в системах кондиционирования;
- в вентиляционных системах;
- в компрессорных установках.
Сварные и полусварные устройства нашли свое применение:
- в системах климатического контроля и вентиляции;
- в фармацевтической промышленности;
- в пищевой промышленности;
- в отопительных системах и ГВС;
- в циркуляционных насосах и т.д.
В бытовом использовании чаще всего встречается паяный тип теплообменника. Он отвечает за охлаждение или обогрев тепловой энергии.
Теплообменник – это элемент системы, используемый в коммунальной сфере, пищевой, металлургической и нефтегазовой промышленности, а также в судостроении. Преобладание преимуществ над недостатками говорит о его эффективном применении. Правильно определившись с техническими характеристиками и задачами устройства, можно провести монтаж отопительной системы у себя дома, используя чертежи и схемы подключения теплообменника, имеющиеся в открытом доступе в интернете.