Wymienniki ciepła
Ocena użytkowników: / 4
SłabyŚwietny 
Data dodania: 25.05.2015

W chłodnictwie i klimatyzacji jednym z ważniejszych elementów układu jest wymiennik ciepła. A tak naprawdę co najmniej dwa wymienniki ciepła w każdym układzie chłodniczym: skraplacz i parownik.

Najczęściej są to wymienniki czynnik chłodniczy / powietrze, czyli chłodnice powietrza i skraplacze powietrzne. O chłodnicach powietrza jest już jeden cykl artykułów, który sukcesywnie pojawia się na łamach naszego miesięcznika, więc nie ma sensu powielać tego tematu. Ale nie zawsze parowniki są to tego typu wymienniki. W chłodnictwie chłodzimy nie tylko powietrze, ale i różnego rodzaju ciecze. Podobnie wygląda sprawa po stronie wysokiego ciśnienia – nie zawsze skraplamy czynnik chłodniczy powietrzem, ale i z pomocą cieczy. Często nie chodzi tylko o skroplenie czynnika chłodniczego, ale i o ogrzanie cieczy, w celu odzyskania ciepła i dalszego go wykorzystania. Dziś właśnie powiem o wymiennikach, które są w tych celach wykorzystywane.

 

 

Budowa

 

 

Najczęściej spotykanym typem wymienników są wymienniki płytowe. Są one produkowane w dwóch wersjach: lutowane (rys. 1.) i skręcane. Posiadają bardzo zwartą budowę, co powoduje, że nawet wymienniki dużej mocy mają niewielkie wymiary. Oczywiście biorąc pod uwagę ich wydajność. Budowa wymienników płytowych jest bardzo prosta. Składają się one z kolejno ułożonych płyt, między którymi jest pozostawiona niewielka przestrzeń na media.

 

 

2015 05 36 1

Rys. 1. Przekrój lutowanego wymiennika płytowego

 

 

Zasada przepływu

 

 

W kolejnych przestrzeniach między płytami naprzemiennie przepływa jedno z mediów (rys. 2.). W każdej płycie są co najmniej cztery otwory do zasilania i powrotu mediów. Ale tylko na co drugiej płycie dany czynnik może z otworów wpływać do przestrzeni między płytami, jak i z tej przestrzeni wypływać. W kolejną przestrzeń między płytami wpływa drugi z czynników. Dzięki temu każda płyta z jednej strony jest omywana przez chłodniejszy czynnik, a z drugiej przez cieplejszy. Zimny czynnik, przepływając przez przestrzeń między dwiema płytami, ogrzewa się od tych płyt, a te płyty ogrzewają się od ciepłego czynnika, który przepływa z drugiej strony każdej z płyt. Zarówno ciepły, jak i zimny czynnik ma kontakt z jedną stroną dwóch płyt, a po drugiej stronie każdej z tych płyt przepływa w dwóch różnych przestrzeniach drugi czynnik. Płyty są ze sobą albo trwale zalutowane (wymienniki lutowane), albo też skręcone. W tym drugim przypadku między kolejnymi płytami znajduje się uszczelka gumowa. Kształt każdej z płyt, jak i zastosowanych uszczelek, pozwala na kontrolowanie kierunku przepływu oraz jego typu, jak i gwarantuje nie mieszanie się mediów ze sobą. Przepływ przez wymiennik może być jednokierunkowy (rys. 3.) lub naprzemienny (rys 4.). W przypadku wymienników jednokierunkowych przepływ między kolejnymi płytami jest realizowany równolegle, czyli jakaś część przepływającego czynnika przepływa między dwiema płytami i wypływa z wymiennika. Suma przepływu czynnika między wszystkimi płytami danej strony daje nam całkowity przepływ czynnika przez wymiennik. W przypadku wymienników z przepływem naprzemiennym czynnik przepływa szeregowo. Cały strumień czynnika przepływa przez każdą przestrzeń między płytami danej sekcji. Czyli ilość przepływającego czynnika między dwiema płytami jest to równocześnie ilość czynnika przepływającego przez cały wymiennik.

 

 

2015 05 36 2

Rys. 2. Zasada przepływu mediów przez wymiennik płytowy

 

 

2015 05 37 1

Rys. 3. Przepływ przez wymiennik jednokierunkowy

 

 

2015 05 37 2

Rys. 4. Przepływ przez wymiennik naprzemienny

 

 

 

Różnica między wymiennikiem jednokierunkowym a naprzemiennym

 

 

Czym się różnią te wymienniki w trakcie pracy? Najważniejszą różnicą jest wielkość przepływającego czynnika. W wymiennikach jednokierunkowych ilość przepływającego czynnika zwiększa się wraz z ilością zastosowanych płyt. Jednak krótki czas przepływu oraz brak kontroli ilości przepływającego czynnika między każdą z płyt powoduje, że przepływ ciepła na każdej z płyt jest inny i w mniejszym stopniu można go kontrolować. W przypadku przepływu naprzemiennego ilość przepływającego czynnika jest znacznie ograniczona. Zależy ona bowiem od odległości między kolejnymi płytami i od wielkości tych płyt. Duża odległość między płytami nie jest wskazana ze względu na zmniejszenie efektywności wymiennika (mniejsza ilość czynnika przylega w danym momencie do płyty), więc jedynym sposobem zwiększenia ilości przepływającego czynnika jest zwiększenie powierzchni każdej z płyt. Zaletą tego typu rozwiązania jest jednak dużo większa kontrola przebiegu przekazywania ciepła. Temperatura na wyjściu z wymiennika to nie średnia z kilku przepływów, ale efekt ciągłości przepływu. Pozwala to też na zmniejszenie wartości różnicy temperatury między mediami. W wymienniku jednokierunkowym temperatura cieczy schładzanej może być różna i znacznie rozbieżna na każdej z płyt, a temperatura końcowa to średnia tych temperatur i przepływów między każdą z płyt. W wymienniku naprzemiennym czynnik schładza się (jak i nagrzewa drugi z czynników) równomiernie i stabilnie, co powoduje, że w strumieniu czynnika różnice temperatury są niewielkie i niezauważalne. Ma to szczególne znaczenie w przypadku schładzania cieczy będącej mieszaniną bliską nasyceniu, gdzie w przypadku nawet punktowych spadków temperatury poniżej punktu nasycenia może dojść do wytrącenia z mieszaniny jej składników i osadzenia się w wymienniku. Jest to też ważne w przypadku chłodzenia lub ogrzewania czynników w pobliżu temperatury krzepnięcia lub wrzenia – pozwala znacznie ograniczyć niebezpieczeństwo zamarznięcia czy parowania miejscowego jednego z czynników.

 

 

Co wpływa na wysoką efektywność?

 

 

Przepływ czynników w wymienniku płytowym jest najczęściej realizowany w przeciw prądzie. Pozwala to na efektywniejszą wymianę ciepła między czynnikami oraz zminimalizowanie różnicy temperatury między czynnikami, a co za tym idzie, również zwiększenie efektywności pracy i zmniejszenie strat energetycznych w trakcie wymiany ciepła. Wysoka efektywność wymienników płytowych to nie tylko kierunek przepływu czynników, ale i sam kształt płyt. Płyty wymiennika nie są nigdy gładkie. Wszelkiego rodzaju przetłoczenia pozwalają na zwiększenie powierzchni wymiany ciepła. A im większa powierzchnia wymiany ciepła, to większa efektywność procesu wymiany ciepła. Dzięki temu możemy znacznie ograniczyć wielkość wymiennika płytowego. Przetłocznie płyt to jednak nie tylko sposób na zwiększenie powierzchni ciepła. To również sposób na wprowadzenie zawirowań w przepływie czynnika (rys. 5.). Pozwala to na lepsze mieszanie się czynnika w trakcie zmiany jego temperatury. Dzięki temu nie dochodzi do sytuacji, że czynnik przy samych płytach ma inną temperaturę niż czynnik pośrodku przestrzeni między dwiema płytami. Czynnik, przepływając, cały czas się miesza, co wyrównuje jego temperaturę w strudze przepływu.

 

 

2015 05 37 3

Rys. 5. Przepływ czynników w wymienniku płytowym

 

 

Zalety

 

 

Głównymi zaletami wymienników płytowych jest ich kompaktowa budowa. Dzięki temu również cena takich wymienników jest bardzo atrakcyjna. Zwarta budowa, duża powierzchnia wymiany ciepła przy niewielkim stosunkowo zużyciu materiału, jak i szeroki zakres wydajności, począwszy od kilku watów, a skończywszy na wymiennikach o mocach cieplnych liczonych w mega watach – to zalety powodujące, że wymienniki mają szerokie zastosowanie i są popularne w użyciu.

 

 

2015 05 38 1

Rys. 6. Wymiennik płytowy skręcany

 

 

Wady 

 

(...)

 

Montaż (rys. 7)

 

(...)

 

Konstrukcja wymienników płytowych skręcanych

 

(...)

 

Zastosowanie wymienników płytowych

 

(...)

 

Wymiennik płaszczowo-rurowy

 

(...)

 

Dobór

 

 

Mamy już omówione typy wymienników oraz ich zastosowanie. Jak teraz dobrać wymiennik do naszej instalacji? Najlepiej skorzystać z odpowiednich programów doborowych. Jednak nawet korzystając z tych programów, musimy mieć dane wyjściowe i pewne założenia wstępne. Praca wymiennika zależy od trzech ważnych parametrów: prędkości przepływu medium, różnicy temperatury między czynnikami oraz kierunku przepływu.

 

Musimy jeszcze pamiętać, że wszystkie omówione wymienniki nie tylko mogą służyć do przekazywania ciepła między czynnikiem chłodniczym a cieczą, ale też miedzy dwoma cieczami. No i są wykorzystywane nie tylko w chłodnictwie, ale i w innych branżach, które tego wymagają. Zasada działania jest jednak identyczna, jednie w inny sposób wykonuje się ich dobór.

 

 

Bartosz NOWACKI

Przedsiębiorstwo Produkcyjno-Handlowo-Usługowe ReBaNo

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.