Классификация нагревательного оборудования имеет важное практическое значение в условиях промышленного применения. Спецификация на теплообменник пластинчатого типа задается схемой движения активной среды. В следующем материале приведены наиболее часто используемые в промышленности виды технических устройств.
Одноходовые теплообменники
При такой схеме устройства агрегатов направление движения рабочей среды остается постоянным и не меняется на протяжении всего технологического процесса. Одноходовой теплообменник можно часто встретить в виде испарителя фреона, который движется вверх по каналам, образованным пластинами. В классическом устройстве применяется принцип отвода конденсата, а вместе с ним и излишней энергии по каналам вверх. Пластинчатый теплообменник, в котором используется эффект испарения фреона, направление движения – вниз. Сами же хладоносители, такие как вода, гликоль, различные растворы при этом задают обратное направление.
Основным отличием одноходовых пластинчатых теплообменников является противоток теплоносителя. Реализация данного принципа позволяет значительно повысить коэффициент полезного действия установки при значительной разности температур. Если в точке отвода нагрев незначительный, больший эффект дает применение более сложного по устройству оборудования.
Многоходовые теплообменники
В устройствах такого типа реализована технология щадящего охлаждения носителя энергии. Пластинчатые многоходовые теплообменники применяются для условий, когда разница температур в рабочей области и точке охлаждения минимальна. Расположение патрубков обусловлено необходимостью повторного (кругового) прохождения воды или другой среды на неподвижной и нажимной плитах соответственно. Потоки рабочей среды меняют направление вне зависимости от количества циклов.
Учитывая то, что сам конденсатор обычно рассчитан на максимальную и минимальную нагрузку (от 0 до 100%), при малых разницах температур может наблюдаться его затопление. Чтобы минимизировать неблагоприятные последствия при восходящем потоке, часть рабочей среды перенаправляется в нижний контур. Указанный эффект достигается в ходе проектирования многоходовых теплообменников. Снижение нагрузок на сам конденсатор не только исключает его затопление, но и позволяет избежать ошибок, которые могут возникнуть в системе управления устройством. Программатор теплообменника автоматически меняет направление рабочей среды в случае, если нагрузка устройства значительно отклоняется от расчетных (контрольных) значений.
Что касается испарителя, он также может застаиваться в каналах из-за критического снижения разницы температур. Добавление в контур теплообменника нисходящего контура позволяет решать проблему, но частично. Недостаточное давление в системе обеспечит неполное заполнение каналов, в последних из которых будет накапливаться пар. По этой причине используется несколько схем расположения пластин, как правило, в зависимости от параметров конкретного технологического процесса на производстве.
Устранение вышеуказанной проблемы достигается изменением направления движения теплоносителя вверх. За счет слабой скорости потока не происходит перезаполнения в точке отвода энергии. Такая схема хорошо зарекомендовала себя в реверсивных чиллерах, которые рассчитаны как на охлаждение, так и на отопление производственной зоны. При смене направления в такой схеме кондиционеры функционируют как испарители.
На первом рисунке представлена часть контура, вторая сторона относительно оси горизонтальной выполнена симметрично с аналогичной функциональностью. На обеих имеются отверстия для выпуска газов и слива конденсата. При этом количество проходов в контуре по двум сторонам различно.
Схемы А и Б. Функция отверстий для слива и отвода пара передана соединительным патрубкам.
Схемы В и Г. В усложненном варианте двухходовых теплообменников устанавливаются дополнительные спускные патрубки.
Варианты Д и Е. Стороны контура оборудуются дополнительными патрубками для трехходовых схем.
Варианты исполнения Ж и З. Слив и выпуск пара не предусмотрен, патрубки не устанавливаются.
Более сложные схемы пятиходовых теплообменников. Слив и выпуск пара компенсируется дополнительными проходами рабочей среды.
На втором рисунке теплообменник, с двумя проходами по воде и одним по хладагенту.
Смотрите также: Основные принципы подключения теплообменника
Применение указанной схемы дает следующие преимущества:
- Патрубки для входа и выхода не более одного;
- Каждая из сторон выполняется независимой. При этом количество ходов вариативно, но устанавливается эмпирически;
- Количество проходов с рабочей средой по воде превышает каналы с хладагентом на 1, что делается для создания одного контура вокруг другого;
- При разработке теплообменников для работы с малой разностью температур выполняется один незадействованный канал с холодильным пропуском. В этом случае превышение каналов с водой будет равно количеству ходов;
- Исполнение устройства в несимметричной компоновке задает разное направление рабочей среды в трубках. В одних группах каналов теплоноситель движется прямоточно, в других – в противотоке. Процесс независим от расположения входного патрубка;
- В симметричном исполнении устройства становятся критичны к малым перепадам температур. Зависимость от условий применения корректируется числом дополнительных каналов;
- Исполнение контура хода в виде U создает некоторые проблемы в виде застаивания рабочей среды в нижней точке. При обратном исполнении П в верхней точке соответственно происходит скопление паров.
Конструктивные доработки в виде установки дополнительных патрубков позволяют своевременно отводить газы и жидкости с точек застаивания. Варианты исполнений представлены на рисунке 1. На практике в условиях промышленности не применяются схемы с более чем 3 ходами, поэтому проблема застаивания, как правило, не возникает. В нормальном режиме работы пластинчатых агрегатов устранение газовых пузырей достигается компенсацией давлений на каждом ходу.
Применение многоходовых схем при построении теплообменников обусловлено следующими факторами:
- Положением патрубков, которые можно включить в схему на одной линии с проходом теплоносителя;
- Возможностью устранения негативных последствий промерзания или забивания каналов;
- Масштабированием схемы (увеличением протяженности контура);
- Вариативностью перепада давлений.
Смотрите также: Сферы применения пластинчатых теплообменников
Многоконтурные теплообменники
Применяются при разработке схем с применением нескольких стадий охлаждений. Системы исполняются с двумя независимыми контурами для следующих условий применения:
- Когда стоит задача применения различных рабочих сред, например, при смене технологической линии или продолжении тока по производственной площади. В таком случае один многоконтурный теплообменник призван заменить два аналогичных устройства, приняв на себя две точки перегрева;
- Когда возникает необходимость плавной корректировки тепловой мощности. В такой схеме ток хладагента организуется по двум подконтурам, один из которых подключается в работу при возрастании нагрузки.