Wymienniki ciepła

PRZEGLĄD  WYMIENNIKÓW  CIEPŁA  STOSOWANYCH  PRZEZ   ENERGO-SPAW

Podział wymienników ze względu na media:

• Ciecz/ciecz (woda)
• Para/ciecz
• Ciecz/gaz (powietrze)
• Gaz/gaz

W zależności od warunków wymiany ciepła i rodzaju czynników stosuje się wymienniki o różnej konstrukcji.

Wymienniki ciepła występują w różnych gałęziach techniki i w zależności od przeznaczenia noszą nazwy:

• Chłodnice
• Skraplacze
• Parowniki
• Podgrzewacze
• Przegrzewacze
• Wytwornice pary, kotły
• Ekonomizery

Wymienniki ciepła dzielimy też ze względu:

– na rodzaj wymiany ciepła

• ustalonej (ustalona wymaga pracy ciągłej wymiennika)
• nie ustalonej (praca jednorazowa lub okresowa – np. rozruch, zmiana parametrów)

– zasadę działania

• Przeponowe wymienniki ciepła tj. rekuperatory
• Wymienniki ciepła z wypełnieniem tj. regeneratory
• Wymienniki ciepła o działaniu bezpośrednim, czyli mieszalniki

Rekuperatory tj. wymienniki przeponowe dzielimy ze względu na:

• Kierunki przepływu
  • Współprądowe (stosowane rzadko)
  • Przeciwprądowe np. rura w rurze, płytowe
  • Krzyżowe (przepływ prostopadły) np. płaszczowo-rurowy
• Liczbę dróg przepływu
  • Dwudrożne i wielodrożne lub
  • Dwuciągowe i wielociągowe
• Budowę
  • Rura w rurze
  • Płaszczowo-rurowe (w tym popularny „JAD”)
  • Płaszczowo-płytowe
  • Płytowe

Przykładem wymiennika rura w rurze jest  wymiennik skrobakowy.

Skrobakowe wymienniki ciepła mogą być używane tam gdzie:

• występuje wysoka lepkość produktu
• produkt zawiera cząstki stałe
• występuje zmiana lepkości produktu podczas chłodzenia/podgrzewania
• obrabiany jest produkt wrażliwy na ciepło
• występuje konieczność wprowadzania powietrza do produktu.

Typowym zastosowaniem tego typu wymiennika w przemyśle mleczarskim jest proces termizacji twarogu, kwaśnych deserów oraz sterylizacji serków śmietankowych i topionych.

Wydajność pomp stanowi jedyne ograniczenie produktu. Wymienniki skrobakowe są oparte na konstrukcji rura w rurze. Skrobakowe wymienniki zaopatrzone są w łopatki zeskrobujące produkt ze ścianek wewnętrznych wymiennika, zapobiegając przypalaniu. Czynnik chłodzący/podgrzewający przepływa przez część zewnętrzną wymiennika.

Wymienniki płytowe dzielimy na:

• Uszczelkowe (uszczelki klejone lub na zaciski/zatrzaski przyspieszające montaż)
• Lutowane
• Spawane
• Spawane częściowo (inne nazwy: semi-weld, GW, twin-plate, kasetowe) zastosowanie np.: czynnik chłodniczy i woda

Płyty wymiennika mogą być wykonywane w dwóch różnych rodzajach przetłoczeń daszkowych:

• płyta H (High-theta, high-NTU)
  • wyższa wartość współczynnika wnikania ciepła (przy stałym natężeniu przepływu)
  • wyższy opór (wyższa strata ciśnienia)
• płyta L (Low-theta, low-NTU)
  • niższa wartość współczynnika wnikania ciepła (przy stałym natężeniu przepływu)
  • niższy opór (niższa strata ciśnienia)

Zwykle producenci stosują takie dwa rodzaje płyt, które można zestawiać, tworząc 6 wariantów wymiany.

Inne przykłady wymienników płytowych.

• Typ „free flow” to typ wymienników dla mediów zawierających większe cząstki (np. soki owocowe), specjalny profil i odpowiednio większe przestrzenie między płytami utrudniają blokowanie się wymiennika.
• Wymiennik szeroko-szczelinowy
  • Zastosowanie: płyny o dużej lepkości lub z włóknami
  • Zapewnia dużą turbulencję.
  • Asymetryczne przepływy
  • Alternatywa dla płaszczowo-rurowych.
• Podwójnościenny płytowy wymiennik ciepła (Double Wall Plate Heat Exchanger) stosujemy dla szczególnych zastosowań (kwestie higieniczne lub bezpieczeństwa – membrana z cieczą pośrednią, zabezpiecza przed mieszaniem się czynników i/lub szybkiej detekcji w przypadku nieszczelności).
• Wymienniki z grafityzowanymi płytami (np. Diabon F 100) dla czynników normalnie zbyt korozyjnych. Płyty te nie tylko stawiają doskonały opór korozji, ale i oferują dobre właściwości przekazywania ciepła w połączeniu z niską rozszerzalnością cieplną oraz znoszą wysokie ciśnienia.

Regeneratory dzielimy ze względu na:

• Sposób działania wypełnienia akumulującego energię
  • Nieruchome (dwuczynnikowe i dwukomorowe)
  • Ruchome (działają w sposób ciągły, elementy wypełnienia opływane na przemian przez płyn gorętszy i zimniejszy)
• Materiał użyty jako wypełnienie, akumulator
  • Ciała o rozwiniętej powierzchni przejmowania ciepła: cegły, kulki, blacha falista, siatki (ceramika i metale)

Wymienniki o działaniu bezpośrednim – mieszalniki:

• Zachodzi w nich proces mieszania się dwóch czynników o różnych temperaturach, któremu często towarzyszy wymiana substancji

Przykład: Chłodnia kominowa: wodę chłodzi powietrze atmosferycznego.

Opracowała   Lidia  Kozłowska  –  inżynier  projektant  instalacji przemysłowych  ENERGO-SPAW