Класифікація пластинчастих теплообмінників за схемою руху теплоносіїв - портал теплообмінного
Пластинчасті теплообмінники можна класифікувати за схемою руху речовин, між якими відбувається теплопередача. У даній статті будуть розглянуті основні види, які мають найбільш широке застосування.
Одноходовий пластинчастий теплообмінник
Пластинчастий теплообмінник. в якому напрямок руху кожного з теплоносіїв постійно і не змінюється по всій довжині теплообмінника, називається одноходовой. Наприклад, в класичному пластинчастому теплообміннику -іспарітеле киплячий фреон завжди рухається по межпластінчатим каналах вгору. У класичному пластинчастому теплообміннику -конденсаторе конденсується фреон завжди рухається вниз. Відповідно хладоноситель (вода, розсіл, гліколь і т.д.) в даних двох випадках завжди рухається в напрямку, протилежному напрямку руху фреону.
Таким чином, головною відмітною особливістю одноходовой пластинчастого теплообмінника є 100% -ний протитечія теплоносіїв. У випадках, коли різниця температур двох теплоносіїв досить мала доцільно застосувати багатоходової пластинчастий теплообмінник.
Багатоходової пластинчастий теплообмінник
Багатоходової пластинчастий теплообмінник застосовується у випадках, коли необхідно досягти невеликої різниці температур між теплоносіями. В такому теплообміннику патрубки розташовуються як на передній нерухомою так і на натискний торцевої плиті. У багатоходову пластинчастому теплообміннику потоки змінюють напрямок в одному або декількох ходах. Це може привести до таких явищ.
Конденсатор, як правило, може працювати з навантаженням від 100% до 0%. Однак в разі висхідного потоку це не так у зв'язку з можливістю затоплення конденсатора. В результаті при малих навантаженнях потік буде нестійким, що, в свою чергу, призведе до проблем в управлінні. Тому конденсатор повинен бути спроектований так, щоб потік в останній перебіг був спрямований вниз, по крайней мере, якщо конденсатор повинен працювати при дуже низькому навантаженні в порівнянні з розрахунковою.
Випарник не може працювати нормально при навантаженні набагато нижче номінальної через затоплення каналів і затримки масла. Отже, низхідний потік міг би виправити цей недолік. Однак виникає інша небезпека, яка полягає в поділі фаз при низькій швидкості потоку - рідина буде проходити через перші канали, а пар - через останній.
Щоб зменшити цю небезпеку, в першому ході, де потік має найнижчу швидкість, він повинен рухатися вгору. Така схема теплообмінників дуже добре підходить для реверсивних чиллерів. Потік холодоагенту змінює свій напрямок під час реверсування, коли кондиціонер перетворюється у випарник, і вищезгадане вимога виконується в обох випадках.
Розглянемо малюнок 1:
На малюнку 1 показана тільки одна сторона. Інша сторона є симетричним відображенням відносно горизонтальної осі, тобто має такі ж газовипускние і зливні отвори. Число проходів не обов'язково має бути однаковим на обох сторонах.
А, Б. Газовипускнимі і зливними отворами служать звичайні з'єднувальні патрубки.
В, Г. Для кожної сторони на передній або задній плиті необхідно встановити додатковий газовипускной або зливний патрубок.
Д, Е. Для кожної сторони на передній і задній плитах необхідно встановити додатковий газовипускной і додатковий зливний патрубок.
Ж, З. На одній із секцій неможливо встановити газовипускной або зливний патрубок при будь-якому розташуванні патрубків.
І, К. На одній із секцій неможливо встановити газовипускной і зливний патрубки при будь-якому розташуванні патрубків.
На малюнку 2 представлений теплообмінник, двухходовой по воді і одноходовой по холодоагенту.
Така багатоходова схема має наступні основні властивості:
- Допускається тільки один вхідний і один вихідний патрубки.
- Сторони незалежні. Можна мати різне число ходів на кожній стороні, але не всі варіанти є розумними.
- Загальна кількість водних каналів на один більше, ніж каналів холодоагенту, тобто кожен канал холодоагенту оточений водними каналами.
- У виняткових випадках - зазвичай, при малому перепаді температур між середовищами - кожен хід відділяється від сусідніх порожнім холодильним каналом. В цьому випадку водних каналів більше, ніж холодильних, на число ходів.
- У разі несиметричною угруповання каналів - нерівного числа ходів на сторонах пластинчастого теплообмінника - в одних групах каналів теплоносії будуть рухатися в противотоке, в інших групах в прямотоке, незалежно від розташування вхідних патрубків.
- У разі симетричною угруповання каналів - рівного числа ходів на сторонах пластинчастого теплообмінника - в кожному ході буде пластина з протитечією в сусідніх каналах. Це може створити проблеми, якщо на хід доводиться мала кількість каналів за умови малого перепаду температур.
- З'єднання сусідніх ходів має або форму літери U, або перевернутої букви U. Це означає, що при зупинці системи в нижній частині U-образних секцій може залишитися рідина, а при пуску в верхній частині перевернутих U-образних секцій може залишитися газ.
Щоб повністю випустити газ або злити рідину з такого ППТО, необхідні додаткові випускні отвори. Можливі варіанти їх розташування наведені на рис. 1. Оскільки пластинчасті теплообмінники з більш ніж трьома ходами практично не застосовуються в холодильній техніці, то проблем з випуском газу і зливом рідини не виникає. У нормальному режимі роботи для запобігання утворення газових бульбашок необхідно, щоб перепад тисків в кожному ході був не менший гідростатичного тиску, що визначається перепадом висот.
Застосування багатоходових пластинчастих теплообмінників обумовлено, в основному, наступними причинами:
- Положення патрубків. Двоходова схема дає можливість розташувати патрубки на одній лінії з трубами для теплоносіїв.
- Заходи боротьби із замерзанням або забрудненням.
- Забезпечення режимів з великою термічної довжиною.
- Більш повне використання доступного перепаду тисків
Багатоконтурний пластинчастий теплообмінник
У багатьох додатках виникає необхідність в двох незалежних контурах на одній зі сторін. В основному це відбувається в наступних двох випадках:
а) Середовище повинне бути нагріта або охолоджена в два етапи, причому на кожному етапі на другій стороні використовуються різні середовища. Одним із прикладів такого застосування може бути переохолоджувач / перегрівник пара і випарник. У цьому випадку один двоконтурний пластинчастий теплообмінник може замінити два окремих теплообмінника. Холодоагент випаровується в випарної секції, потім надходить в секцію перегревателя пара / переохладителя.
Інший приклад - це охолоджувач перегрітої пари / конденсатор. У секції охолоджувача перегрітий пар віддає в контур водопровідної води явну теплоту, а в секції конденсації пар конденсується за допомогою охолоджуючої води.
б) З метою регулювання теплової потужності, особливо в разі випарника, контур холодоагенту розділяється на два номінально однакових контуру. При повному навантаженні працюють обидва контури, при низькому навантаженні один контур відключений.
Можливо кілька конструкцій пластинчастих теплообмінників з двоконтурної схемою однієї зі сторін: три для ПТО будь-якого типу, одна для ПТО спеціального типу.
1) Звичайний двоконтурний одноходовой пластинчастий теплообмінник (рисунок 3).
2) Звичайний двоконтурний двухходовой. На малюнку 4 показаний пластинчастий теплообмінник з двома контурами теплоносія по стороні 1 і двухходовим контуром по стороні 2.
3) Пластинчастий теплообмінник зі здвоєними контурами
Звичайний пластинчастий теплообмінник з одноходовой контуром
Це звичайний пластинчастий теплообмінник. в якому сполучні патрубки однієї зі сторін розташовані як на передній, так і на задній плитах. Перекривши прохідні отвори хоча б на одній з пластин, розділимо цю сторону на два незалежних контури. Для такого поділу можна використовувати будь-яку пластину, але найчастіше зустрічаються розбиття 50/50 і 33/67. Інша сторона залишається одноходовой, частина середовища на цій стороні контактує з першим з контурів протилежного боку, а інша частина - з другим контуром.
У разі випарника з двома контурами холодоагенту така конструкція ставить під загрозу замерзання води. Коли один контур відключений, вода проходить через цю секцію, що не охолоджуючись. Вода на виході з теплообмінника являє собою суміш охолодженої і неохолодженою води. Якщо температура такої водної суміші використовується потім для управління, наприклад, регулюючим клапаном, низькотемпературним реле і т.п. це може привести до того, що температура охолодженої води опуститься нижче нуля, тобто нижче точки замерзання, хоча температура суміші буде вище нуля.
Звідси випливає, що такі методи управління тепловою потужністю допустимі тільки в системах, де одночасно працюють всі контури. Одним із прикладів є термосифонний випарник, в якому холодоагент проходить по одноконтурной стороні і охолоджує два рідинних контуру. Навіть якщо один з рідинних контурів буде відключений, то залишився контур буде працювати без проблем.
Звичайний пластинчастий теплообмінник з двухходовим контуром
Ця конструкція, широко використовується в обох застосуваннях а) і б), зазначених вище. Як і в попередньому випадку, з'єднувальні патрубки однієї зі сторін розташовані і на передній, і на задній плитах. Встановивши хоча б одну пластину без прохідних отворів на цій стороні, можна створити два контури. Канали на іншій стороні з'єднані по двохходовой схемою, так що кожен хід відповідає одному контуру протилежної сторони.
- В апараті може бути не більше двох незалежних контурів.
- Два контури / ходу необов'язково повинні мати однакове
число каналів.
Теплові характеристики для пластинчастого теплообмінника типу а) визначаються просто. По суті, це два теплообмінника, таких, що вихід одного теплообмінника безпосередньо з'єднаний з входом другого. Тому такий теплообмінник розраховується як два окремих теплообмінника (однієї моделі). Застосування теплообмінника типу б) потребує деяких поясненнях. Такий пластинчастий теплообмінник використовується, в основному, як випарник, в якому управління тепловою потужністю проводиться відключенням одного або іншого контуру холодоагенту. На водній стороні є два ходи, а кожен контур холодоагенту є одноходовой.
Така конфігурація означає, що вода рухається в противотоке з одним з контурів і в прямотоке з іншим. Отже, теплові потужності контурів не рівні один одному. Це необов'язково є недоліком, оскільки така схема замість двох дає три рівня теплової потужності (відкритий контур 1, відкритий контур 2, відкриті обидва контуру).
Вся вода, на відміну від попередньої конструкції, завжди проходить через активний контур, незалежно від того, який з них відкритий. Це дуже важливо для випарників, оскільки знижує небезпеку замерзання. Теплообмінник такої конструкції працює добре, проте у нього є один дуже серйозний недолік. Падіння тиску на водній стороні зазвичай дуже велике, тому трохи моделей таких пластинчастих теплообмінників знаходять застосування.