Теплообменник пластинчатый: виды, конструктивные особенности и принцип работы

Само понятие «теплообменник» говорит о том, что устройство осуществляет теплообмен, передавая тепловую энергию от теплоносителя.

В соответствии с областью применения пластинчатый теплообменник может иметь размер от нескольких десятков сантиметров, до нескольких метров.

Оглавление:

• Какие бывают
• Внутренняя организация
• Принцип работы
• Где применяются
• Испарители
• Рекуператор воздуха
• Горячее водоснабжение

Какие бывают

Пластинчатые теплообменники отличаются методом сборки:

• разборные;
• паяные;
• сварные и полусварные.

Пластины выполняют главную функцию, возложенную на теплообменник. Они имеют контакт со средами, где должна изменяться температура.

Пластины внутри теплообменника имеют не плоскую, а рельефную форму. В зависимости от формы рельефа увеличивается площадь теплообмена.

Стандартные пластины имеют симметричный рельеф:

1. Рифление под углом в 30^о называют жестким. Оно обеспечивает высокий коэффициент теплообмена, но при этом теряется давление.
2. Рифление в 120^о обеспечивает меньшие потери давления, но при этом и теплообмен происходит медленнее.
3. Пластины со средним каналом имеют рифление под углом в 60^о.
4. Существуют пластины, имеющие комбинированный рельеф, с так называемым узором елочкой, дающий разные конфигурации каналов.

В один теплообменник вставляются пластины с несколькими типами рифления каналов, что обеспечивает более высокую эффективность всего агрегата.

Внутренняя организация

Основу разборного теплообменника составляет рама, состоящая из неподвижной и прижимной плит, задней стойки и двух направляющих планок. Верхняя направляющая соединяет заднюю стойку с неподвижной плитой.

Внутри рамной конструкции установлен пакет пластин, количество которых может варьироваться. Разборные теплообменные агрегаты позволяют устанавливать в них различное количество пластин, поэтому их рамы выпускаются разных размеров. На схеме показано, как устроен пластинчатый теплообменник, и как происходит движение теплоносителей.

В разборных пластинчатых теплообменниках пакет с пластинами располагается между неподвижной и прижимной плитами, и прижат к неподвижной плите при помощи резьбовых шпилек. Пластины отделены друг от друга пластичными, обеспечивающими герметизацию, резиновыми или полимерными уплотнителями. Уплотнительные прокладки в разных моделях теплообменников либо приклеиваются в специальных пазах, либо крепятся к пластине клипсовыми зажимами.

В паяных пластинчатых теплообменниках пластины соединяются между собой твердым припоем, благодаря чему отпадает необходимость в прижимных плитах и прокладках-уплотнителях. Припой скрепляет пластины между собой и обеспечивает герметизацию, благодаря чему повышается сопротивляемость высокому давлению, создаваемому между пластинами, и обеспечивается оптимальное КПД теплообмена. В сравнении с аналогичными разборными устройствами, паяные пластинчатые теплообменники имеют меньший вес и габариты.

В сварных пластинчатых теплообменниках между пластинами имеется большое количество точек сварки, обеспечивающих повышенную герметизацию. Такие теплообменники применяются для теплоносителей, которые химически агрессивны, или работают под давлением от 100 барелей и выше. В теплообменниках, взаимодействующих с разными по химическому составу средами, могут применяться пластины из различающихся металлов и марок сталей.

В полусварном пластинчатом теплообменнике пластины сварены попарно, а между парами пластин проложены резиновые или полимерные прокладки. Такое устройство пластин обеспечивает эффективность теплообменников, применяемых для охлаждения химически агрессивных теплоносителей.

Пластины штампуются из нержавеющих сталей, сходных с российской маркой 08Х18Н10Т. Затем полируются. Толщина стального листа в пластине зависит от рабочего давления в теплообменнике и может составлять 0,4-1 мм.

Принцип работы

К корпусу теплообменника подведены трубы (или трубки) – в зависимости от объема теплоносителя и размеров теплообменника.

Принцип работы теплообменника основывается на движении теплоносителя по каналам, образованным рельефной конструкцией пластин. При этом они не смешиваются друг с другом.

Таким образом, соприкасаясь с металлом пластины, одна среда отдает тепловую энергию, а другая, напротив, ее забирает. Благодаря этому перемещению теплоносителей происходит нагревание одного и охлаждение другого носителя тепловой энергии.

Где применяются

Пластинчатые теплообменники применяются не только как нагревательные устройства, но и для охлаждения. В качестве нагревающих приспособлений пластинчатые теплообменники применяются:

• в централизованных котельных;
• в солнечных установках (электростанциях),
• бытовых отопительных котлах.

Охлаждающее свойство теплообменников применяется в самых различных областях экономики:

• в энергетике;
• пищевой отрасли;
• в машино- и автомобилестроении;
• в сталелитейной индустрии и т.д.

Теплообменники нашли широкое применение и в бытовых приборах, которыми мы пользуемся повседневно.

Испарители

Испаритель — устройство, действие которого основано на принципе теплообменника.

В нем осуществляется переход жидкости в газообразное или парообразное состояние вследствие повышения температуры. Пластинчатая конструкция испарителя, как показывает практика, более эффективна и компактна, чем кожухотрубная.

Основная сфера применения пластинчатых испарителей – холодильные установки и машины, в которых осуществляется охлаждение:

• технологических жидкостей;
• воздуха и газообразных смесей;
• пара с целью конденсации воды.

Другими словами, испарители применяются в промышленных и бытовых холодильниках, кондиционерах и сплит-системах.

Рекуператор воздуха

Рекуператор воздуха устроен по принципу теплообменника. В нем встречаются два воздушных потока — приточный и вытяжной.

Они обмениваются тепловой энергией, в результате в помещение поступает прогретый и подсушенный воздух, а уходит воздух несколько охлажденный. В летнее время все происходит наоборот.

Слово рекуператор образовалось от латинского «recuperatio», и в переводе означает «возвращать». Рекуператоры воздуха бывают трубчатые, ребристые, пластинчатые.

Таким образом, рекуператор нужен там, где наблюдается большой контраст между температурами на улице и в помещении. Он позволяет снизить затраты на обогрев воздуха зимой во время отопительного сезона и на кондиционирование — летом.

Горячее водоснабжение

В котлах отопления и горячего водоснабжения теплообменник работает по принципу подогревателя.

Пластинчатый теплообменник значительно компактнее других видов теплообменников, и поэтому в бытовых двухконтурных котлах все чаще устанавливается именно эта конструкция.

Это небольшое устройство, не более 20 см высотой, занимает в котле немного места, но:

• обеспечивает более высокий КПД;
• создает меньшие потери тепла;
• позволяет иметь возможность для промывания и реконструкции.

Поэтому необходимо при монтаже оборудования устанавливать фильтры, которые уменьшат образование накипи в проточном и отопительном теплообменниках.

Как устроен и работает пластинчатый теплообменник, смотрите в следующем видео: