Коли взимку вмикаєте котел або чилер-фанкойл опалення, а влітку користуєтеся кондиціонером, ви обов’язково використовуєте теплообмінник. Він передає тепло від однієї рідини до іншої.
Пластинчастий теплообмінник принцип роботи якого ми розглянемо, працює як посередник між гарячою та холодною рідиною. І це дуже важливий компонент будь-якої опалювальної або охолоджувальної системи.
Що таке пластинчастий теплообмінник і навіщо він потрібен
Як влаштований пластинчастий теплообмінник? Це компактний пристрій з безлічі тонких металевих пластин. Пластини стиснуті між собою і утворюють канали для рідини.
У звичайному будинку такий апарат може стояти в підвалі або котельні – він гріє воду для опалення чи гарячого водопостачання. На виробництві пластинчасті теплообмінники охолоджують продукцію, нагрівають хімічні розчини або утилізують тепло.
Головна перевага – компактність. Конструкція пластинчастого теплообмінника займає в 5-10 разів менше місця, ніж, наприклад, кожухотрубні теплообмінники. При цьому працює в багатьох випадках краще.
Принцип дії: як відбувається теплообмін
Принцип роботи пластинчастого теплообмінника заснований на простому фізичному законі: тепло завжди переходить від гарячого тіла до холодного. Металеві пластини товщиною менше міліметра відмінно проводять тепло.
Ось як працює пластинчастий теплообмінник покроково:
- Гаряча рідина надходить в одні канали між пластинами.
- Холодна рідина тече в сусідні канали в протилежному напрямку.
- Тепло проходить через тонку стінку пластини.
- Гаряча рідина остигає, холодна нагрівається.
- Обидві рідини виходять з новою температурою.
До речі, рідини ніколи не змішуються. Кожна тече в своїх каналах.
Пластинчастий теплообмінник – устрій і принцип роботи
Пластинчастий теплообмінник складається з кількох частин:
Теплообмінні пластини – серце системи. Роблять їх з нержавіючої сталі методом штампування. На поверхні є спеціальні хвилі-гофри. Вони створюють турбулентність потоку і збільшують площу теплообміну.
Ущільнювальні прокладки герметизують канали. Матеріал прокладок залежить від робочих умов. Для води підходить звичайна гума, а для агресивних середовищ потрібні спеціальні матеріали.
Рама тримає весь пакет пластин. Складається з нерухомої і рухомої плити. Між ними протягуються стяжні болти, які стискають пластини.
А ось простий приклад як працюють пластинчасті теплообмінники на молочному виробництві: гаряче молоко з температурою 85°C надходить в одні канали, холодна вода 15°C тече в сусідні канали назустріч. В результаті молоко остигає до 25°C, а вода нагрівається до 65°C.
Типи пластинчастих теплообмінників
Розбірні моделі можна повністю розібрати для чищення. Принцип дії пластинчастого теплообмінника залишається тим же, але обслуговування простіше. Працюють при тиску до 25 атмосфер і температурі до 180°C.
Паяні теплообмінники більш компактні. Пластини спаяні міддю або нікелем. Їх не можна розібрати, але вони витримують більш високі тиски – до 30 атмосфер.
Зварні моделі найміцніші. Витримують тиск до 40 атмосфер і температуру до 350°C. Використовуються в нафтохімії та енергетиці.
Де застосовуються пластинчасті теплообмінники
У системах опалення квартир і будинків пластинчасті теплообмінники працюють у теплових пунктах. Вони передають тепло від міської теплової мережі до домової системи опалення.
Харчова промисловість широко використовує цю технологію. Пастеризація молока, охолодження пива, нагрівання соків – скрізь потрібен ефективний теплообмін. Гігієнічне виконання дозволяє легко мити обладнання.
У хімічній промисловості пластинчастий теплообмінник застосовується при виробництві кислот, лугів, розчинників. Спеціальні матеріали пластин витримують агресивні середовища.
Системи кондиціонування теж використовують пластинчасті теплообмінники. Вони охолоджують або нагрівають повітря в будівлях.
Переваги та недоліки пластинчастих теплообмінників
| Переваги | Недоліки |
| Компактність – в 5 разів менше місця | Обмеження за тиском – до 25-40 атм |
| Висока ефективність – ККД до 95% | Чутливість до забруднень |
| Легке обслуговування розбірних моделей | Більш висока вартість прокладок |
| Модульність – можна додавати пластини | Неможливість роботи з твердими частинками |
Принцип дії пластинчастого теплообмінника дає величезні переваги в ефективності. Коефіцієнт теплопередачі досягає 7000 Вт/(м²·К). Це в 3-5 разів вище, ніж у традиційних трубчастих апаратів.
Але є й обмеження. Високий тиск може пошкодити прокладки. Тверді частинки в рідині забивають вузькі канали між пластинами.
Особливості експлуатації та обслуговування пластинчастих теплообмінників
При монтажі важливо забезпечити доступ для обслуговування. Відстань від рами до стіни має бути не менше 10 см. Це дозволить зняти рухому плиту і дістати пластини.
Пуск системи починають з видалення повітря. Спочатку подають холодну рідину, потім гарячу. Тиск піднімають плавно, контролюючи відсутність протікань.
Технічне обслуговування включає візуальний контроль щодня. Раз на півроку перевіряють затяжку болтів і стан прокладок. При необхідності роблять розбірне очищення.
До речі, сучасні системи мають автоматичне миття. Спеціальні розчини циркулюють по каналах і видаляють забруднення. Це економить час і гроші.
Розрахунок і вибір обладнання
Як працюють пластинчасті теплообмінники в конкретному застосуванні, залежить від правильного розрахунку. Основні параметри:
- теплова потужність у кіловатах;
- витрата рідин у кубометрах на годину;
- температури на вході і виході;
- робочий тиск у системі.
Простий приклад розрахунку: потрібно нагріти 5 кубометрів води на годину з 15°C до 55°C, теплова потужність складе приблизно 230 кВт. Для цього знадобиться теплообмінник з площею поверхні близько 15 квадратних метрів.
Вибір матеріалу пластин залежить від властивостей рідин. Для питної води підходить харчова нержавіюча сталь. Для морської води потрібен титан. Для кислот – спеціальні сплави.
Пластинчастий теплообмінник, принцип роботи якого заснований на передачі тепла через тонкі металеві пластини, став стандартом у сучасній теплотехніці. Висока ефективність, компактність і зручність обслуговування – ось чому він вважається оптимальним вибором для більшості застосувань.
