Кіріспе
Екі сұйықтық арасындағы жылуды беру үшін металл пластиналарды пайдаланатын жылу алмастырғыш. Пластинкалы жылу алмастырғыш – екі сұйықтық арасындағы жылуды беру үшін металл пластиналарды пайдаланатын жылу алмастырғыштың бір түрі. Бұл, дәстүрлі жылу алмастырғыштарға қарағанда маңызды артықшылыққа ие, себебі сұйықтықтар пластиналарға таратылғандықтан, олар әлдеқайда үлкен беттік ауданға ие болады. Бұл жылуды тиімді түрде тасымалдауға мүмкіндік береді және температураның өзгеру жылдамдығын күрт арттырады. Пластинкалы жылу алмастырғыштар қазір кеңінен қолданылады, ал миллиондаған біріктірілген қазандықтардың ыстық су бөлімдерінде өте кішкентай, дәнекерленген түрлері жиі кездеседі. Мұндай шағын физикалық өлшемде жылу берудің жоғары тиімділігі біріктірілген қазандықтардың тұрмыстық ыстық су (ЖСС) ағынын арттырды. Кішкентай пластинкалы жылу алмастырғыштар тұрмыстық жылу жүйелері мен ыстық сумен жабдықтауға үлкен үлес қосты. Ірі коммерциялық нұсқалары пластиналар арасында тығыздағыштарды пайдаланады, ал кішірек түрлері көбінесе дәнекерленеді. Жылу алмастырғыштың негізгі принципі – құбырларды немесе басқа ыдыстарды пайдалану арқылы бір сұйықтықты екінші сұйықтықтан жылуды алып, жылыту немесе салқындату. Көп жағдайда, алмастырғыш бір сұйықтықты қамтитын, оралымды құбырдан тұрады, ол екінші сұйықтықты қамтитын камерадан өтеді. Құбыр қабырғалары әдетте металдан жасалады немесе жылу алмасуды жеңілдету үшін жоғары жылу өткізгіштігі бар басқа материалдар қолданылады, ал ірі камераның сыртқы қабығы пластиктен жасалған немесе жылу оқшаулағышпен қапталған, бұл жылу алмастырғыштан жылудың кетіп қалуын болдырмайды. Әлемдегі алғашқы коммерциялық пластинкалы жылу алмастырғышты (PHE) 1923 жылы доктор Ричард Селигман ойлап тапты, ол сұйықтықтарды жанама түрде жылыту және салқындату әдістерінде революция жасады. Доктор Ричард Селигман 1910 жылы «Алюминий зауыты және ыдыс компаниясы» лимиттік қоғамын (APV) құрды, ол сыра зауыттары мен өсімдік май өндірісіне дәнекерленген ыдыстарды шығарумен айналысатын мамандандырылған кәсіпорын болды. Сонымен қатар, ол бүкіл әлемде қолданылатын қазіргі заманғы компьютерлік жобамен жасалған жұқа металл пластиналы жылу алмастырғыштар стандартын белгіледі.
A plate heat exchanger is a type of heat exchanger that uses metal plates to transfer heat between two fluids. This has a major advantage over a conventional heat exchanger in that the fluids are exposed to a much larger surface area because the fluids are spread out over the plates. This facilitates the transfer of heat, and greatly increases the speed of the temperature change. Plate heat exchangers are now common and very small brazed versions are used in the hot water sections of millions of combination boilers. The high heat transfer efficiency for such a small physical size has increased the domestic hot water (DHW) flowrate of combination boilers. The small plate heat exchanger has made a great impact in domestic heating and hot water. Larger commercial versions use gaskets between the plates, whereas smaller versions tend to be brazed. The concept behind a heat exchanger is the use of pipes or other containment vessels to heat or cool one fluid by transferring heat between it and another fluid. In most cases, the exchanger consists of a coiled pipe containing one fluid that passes through a chamber containing another fluid. The walls of the pipe are usually made of metal, or another substance with a high thermal conductivity, to facilitate the interchange, whereas the outer casing of the larger chamber is made of a plastic or coated with thermal insulation, to discourage heat from escaping from the exchanger. The world's first commercially viable plate heat exchanger (PHE) was invented by Dr Richard Seligman in 1923 and revolutionized methods of indirect heating and cooling of fluids. Dr Richard Seligman founded APV in 1910 as the Aluminum Plant & Vessel Company Limited, a specialist fabricating firm supplying welded vessels to the brewery and vegetable oil trades. Also, it set the norm for today's computer designed thin metal plate Heat Exchangers that are used all over the world.
Плиталық және рамалық жылу алмастырғыштардың конструкциясы
Плиталық жылу алмастырғыш (ПЖА) – орташа және төмен қысымды сұйықтықтар арасында жылуды беруге арналған, ерекше жабдықталған конструкция. Жоғары қысымды сұйықтықтар арасындағы жылу алмасу немесе ықшам өнім қажет болған жағдайда дәнекерленген, жартылай дәнекерленген және қысқан жылу алмастырғыштар қолданылады. Камера арқылы өтетін құбырдың орнына, екі кезектесіп орналасқан камералар бар, олар әдетте тереңдігі аз, ал ең үлкен беті толқынды металл пластинамен бөлінген. Плиталық-рамалық жылу алмастырғышта қолданылатын пластиналар металл пластиналарды бір бөліктен басып жасалады. Тұнбалы болат пластиналар үшін кеңінен қолданылатын металл, себебі ол жоғары температураға төзімді, мықты және коррозияға қарсы келеді. Пластиналар көбінесе резеңке тығыздағыштармен арақашықталады, олар пластиналардың шетіне цементтеледі. Пластиналар жылу алмастырғыштағы арналар арқылы өтетін сұйықтың ағынына перпендикуляр бағытта ойыстар жасау үшін басылады. Бұл ойыстар басқа пластиналармен байланысып, пластиналар арасында 1,3–1,5 мм аралықпен арна құрайды. Пластиналар берік рамада біріктіріліп, ыстық және суық сұйықтықтарды кезектестіре отырып, параллель ағын арналарын құрайды. Пластиналар өте үлкен бетті қамтамасыз етеді, бұл ең жылдам жылу алмасуға мүмкіндік береді. Әрбір камераны жұқа етуі сұйықтың көбісінің пластинамен жанасуын қамтамасыз етеді, бұл алмасуға көмектеседі. Ойыстар да сұйықтықта турбулентті ағынды тудырып, сақтап тұрады, бұл алмастырғыштағы жылу беруді барынша арттыруға себін тигізеді. Төмен ағын жылдамдықтарында турбуленттіліктің жоғары деңгейіне қол жеткізілуі мүмкін, содан кейін жылу беру коэффициентінің жоғары мәніне қол жеткізіледі. Қабықшалы-түтікшелі жылу алмастырғыштармен салыстырғанда, пластиналық жылу алмастырғыштағы температуралық айырма (суық және ыстық ағындар температурасы арасындағы ең кіші айырмашылық) 1 °C дейін төмен болуы мүмкін, ал қабықшалы-түтікшелі жылу алмастырғыштарға 5 °C немесе одан да көп айырмашылық қажет. Бірдей жылу мөлшерін алмастыру үшін пластиналық жылу алмастырғыштың көлемі кішірек болады, себебі пластиналардың қамтамасыз ететін үлкен жылу беру ауданы бар (жылу жүре алатын үлкен аймақ). Пластиналарды қосу немесе алып тастау арқылы пластиналық жылу алмастырғышта жылу беру ауданын арттыру және азайту оңай.
Тақталы жылу алмастырғыштарды бағалау
Барлық пластиналы жылу алмастырғыштар сырттан ұқсас көрінеді. Айырмашылық ішкі құрылымында, пластина дизайнының егжей-тегжейінде және қолданылған тығыздау технологияларында жатыр. Сондықтан, пластиналы жылу алмастырғышты бағалау кезінде, тек жеткізілетін өнімнің сипаттамаларын ғана емес, сонымен қатар өндірушінің ғылыми-зерттеу және әзірлеме деңгейін, сондай-ақ іске қосылғаннан кейінгі қызмет көрсетуін және қосалқы бөлшектердің қолжетімділігін талдау өте маңызды. Жылу алмастырғышты бағалау кезінде ескеру қажетті маңызды аспект – жылу алмастырғыштың ішіндегі толқындылықтың түрлері. Олардың екі түрі бар: бірімен бірі үйлесетін және шевронды толқындылық. Жалпы алғанда, берілген қысым төмендеуі үшін шевронды толқындылық жылу беруді күшейтуге көбірек мүмкіндік береді және бірімен бірі үйлесетін толқындылықтан гөрі жиі қолданылады. Жылу алмастырғыштардың тиімділігін арттырудың көптеген әртүрлі жолдары бар, сондықтан олардың ешқайсысы коммерциялық симулятормен қолдау көрсетілмейді деп күмәндануға болады. Сонымен қатар, жылу беруді жақсартуды өндіретін кейбір құпия деректер ешқашан жарияланбайды. Дегенмен, бұл инженерлердің жаңа технологиялар бойынша алдын ала өлшемдерді жүргізбейтінін білдірмейді. Жылу алмастырғыштарға енгізілетін әртүрлі өзгерістер туралы қосымша ақпарат төменде келтірілген. Традициялық жылу алмастырғыштарды пайдаланумен салыстырғанда, тиімдірек жылу алмастырғышқа қол жеткізудің басты мақсаты, жылу алмастырғышты жақсарту арқылы орындалуы тиіс. Ластануға төзімділік, сенімділік және қауіпсіздік – қарастырылуы тиіс басқа да факторлар. Біріншісі – мерзімді тазалау. Мерзімді тазалау (орнында тазалау) – уақыт өте келе жылу алмастырғыштың тиімділігін төмендететін барлық қалдықтар мен ластануларды кетірудің ең тиімді тәсілі. Бұл тәсіл пластиналы жылу алмастырғыштың (ПЖА) екі жағын да ағызуды және одан кейін оны жүйедегі сұйықтықтан оқшаулауды талап етеді. Екі жағынан да су толық таза болғанша шайылуы керек. Ең жақсы нәтиже алу үшін, шаюды қалыпты жұмыс бағытына қарама-қарсы бағытта жүргізу керек. Бұл аяқталғаннан кейін, тазалау ерітіндісін беру үшін дөңгелек сорғы мен ерітінді резервуарын пайдалану қажет, сонымен бірге ерітіндінің ПЖА тығыздағыштары мен пластиналарымен үйлесімді екеніне көз жеткізу керек. Соңында, ағынды су таза болғанша жүйе қайтадан сумен шайылуы керек.
Плиталы жылу алмастырғыштардың оңтайландыруы
PHE-ді жақсарту үшін жылу беру мөлшері және қысымның төмендеуі деп аталатын екі маңызды факторды ескеру қажет, осылайша жылу беру мөлшерін арттыру және қысымның төмендеуін азайту керек. Пластинкалық жылу алмастырғыштарда толқынды пластиналардың болуы ағысқа елеулі қарсылық тудырады, нәтижесінде үлкен үйкеліс шығындары пайда болады. Осы себепті пластинкалық жылу алмастырғыштарды жобалау кезінде екі факторды да ескеру қажет. Әртүрлі Рейнольдс сандары үшін пластинкалық жылу алмастырғыштарға қатысты көптеген тәуелділіктер мен шеврон бұрыштары бар. Пластинкалық жылу алмастырғыштардағы жылу беру және қысымның төмендеуіне пластина геометриясы ең маңызды факторлардың бірі болып табылады, бірақ бұл ерекшелік әдетте нақты сипатталмайды. Толқынды пластиналық жылу алмастырғыштарда пластиналар арасындағы тар кеңістікке байланысты жоғары қысымға төзімділік қабілеті бар және ағын турбулентті болады. Сондықтан, бұл жылу алмастырғыштардың басқа түрлеріне қарағанда көбірек сорғылау қуатын қажет етеді. Демек, жоғары жылу беру және қысымның төмендеуіне қол жеткізу мақсатында жұмыс жүргізіледі. Пластинкалық жылу алмастырғыштың пішіні қысымның төмендеуіне байланысты өнеркәсіптік қолданыстар үшін өте маңызды.