„Šilumos perdavimo teorija. Plokšteliniai šilumokaičiai“ – straipsnis, paruoštas remiantis šilumos mainų moksliniais tyrimais.

Šilumos perdavimo teorija

Fizikos dėsniai leidžia šilumos energijai judėti sistemoje, kol bus pasiekta pusiausvyra. Dėl temperatūrų skirtumo šiluma palieka šiltesnį kūną arba skystį ir yra pernešama į šaltesnę terpę.

Šilumokaičių veikimas grindžiamas temperatūros išlyginimo principu. Plokšteliniame šilumokaityje šiluma labai lengvai praeina per karštos ir šaltos terpių atskyrimo medžiagos paviršių. Todėl galima pašildyti arba atvėsinti skysčius (dujas), kurių energijos skirtumas yra minimalus.

Šilumos perdavimo iš vienos terpės į kitą teorija pagrįsta tuo, kad:

  • šiluma visada perduodama iš karštos terpės į šaltą,
  • tarp vienos ir kitos terpių visuomet turi būti temperatūrų skirtumas,
  • karštos terpės atiduotas šilumos kiekis lygus šaltos terpės priimtam šilumos kiekiui, atmetus nuostolius į išorę.

Šilumos mainų teorija leidžia optimizuoti šildymo sistemas, tinkamai parenkant plokštelinius šilumokaičius.

Šilumokaičiai

Šilumokaitis – įrenginys, kuris perduoda šilumą iš vienos terpės į kitą. Yra du šilumokaičių tipai:

  • Tiesioginio veikimo šilumokaitis, kai abi terpės, tarp kurių vyksta šilumos mainai, turi tiesioginį kontaktą.

Šio tipo šilumokaičių pavyzdys yra aušintuvo arba aušinimo bokštas, kuriame nutekantis vanduo aušinamas tiesiogiai liečiantis su aplinkiniu oru.

  • Netiesioginio veikimo šilumokaitis, kuriame šilumos perdavimas vyksta per dvi terpes skiriančią sienelę.
Šilumos mainų – perdavimo teorija

Šiluma gali būti perduodama trimis būdais.

  • Vykstant šilumos perdavimui spinduliavimo būdu šilumos energija perduodama elektromagnetiniu spinduliavimu. Kaip pavyzdį galima pateikti žemės paviršiaus įšilimą nuo saulės spindulių.
  • Šilumos perdavimas kieta medžiaga.
  • Šiluma perduodama dėl vienos terpės kontakto su kita.

Yra dvi konvekcijos rūšys:

  1. natūrali (laisva) konvekcija, kai terpės judėjimas visiškai priklauso nuo jos tankių ir temperatūrų skirtumo, kurie išsilygina šilumos perdavimo proceso metu;
  2. priverstinė konvekcija, kai terpės judėjimas dalinai ar visiškai priklauso nuo išorinio poveikio į šią terpę, pavyzdžiui, siurblio, perpumpuojančio skystį, veikimas.
Šilumos perdavimo rūšys

Čia nagrinėjami tik netiesioginio veikimo šilumokaičiai, kuriuose du skysčiai nėra maišomi, o šiluma perduodama per šilumos perdavimo paviršių (sienelę, skiriančią dvi terpes).

Nagrinėjant šilumokaičių veikimą, nebuvo atsižvelgta į šilumos nuostolius į aplinką, kuriuos galima ignoruoti dėl mažo dydžio.

Yra keli pagrindiniai netiesioginių šilumokaičių tipai (plokšteliniai, vamzdeliniai, spiraliniai, kt.). Daugeliu atvejų plokštelinis šilumokaitis laikomas efektyviausiu. Paprastai šio tipo šilumokaičių naudojimas reiškia optimaliausią problemų, susijusių su šilumos perdavimu plačiame darbinio slėgio ir temperatūros diapazone, sprendimą pagal apribojimus, kuriuos šiems parametrams nustato naudojama gamybos įranga. Svarbiausi plokštelinio šilumokaičio pranašumai:

  • Dėl kompaktiškos konstrukcijos šio tipo šilumokaičiams reikia daug mažiau vietos nei tradiciniam vamzdeliniam šilumokaičiui.
  • Plonasienės skardos panaudojimas šio šilumokaičio šilumos perdavimo plokštelių gamyboje leidžia optimaliai perduoti šilumą, nes šiluma lengviau praeina per labai ploną sienelę.
  • Didelė terpės srauto turbulencija sudaro geras sąlygas intensyvesnei konvekcijai arba efektyvesniam šilumos perdavimui tarp skysčių. Tai reiškia didesnį šilumos perdavimo koeficientą šilumos perdavimo paviršiaus ploto vienetui, kas leidžia gauti ne tik ypač kompaktišką, bet ir efektyviau veikiantį šilumokaitį.

Didelė terpės srauto turbulencija sukuria savaiminio valymo efektą. Be to, lyginant su įprastu vamzdeliniu šilumokaičiu, plokštelinio šilumokaičio šilumos perdavimo paviršiai yra daug mažiau linkę užsiteršti (nuosėdų susidarymas). Tai reiškia, kad plokštelinis šilumokaitis gali veikti daug ilgiau tarp praplovimo ciklų.

  • Paprastas naudojimas. Plokštelinį šilumokaitį sudaro rėmas ir tam tikras skaičius atskirų plokštelių. Pridėjus papildomų plokštelių, tokio tipo šilumokaityje lengva padidinti jo našumą. Be to, jį lengva išmontuoti valymui (tai taikoma išardomiems plokšteliniams šilumokaičiams).
  • Kintamas šiluminis (terminis) ilgis. Daugelyje plokštelinių šilumokaičių, kuriuos gamina „Alfa Laval“, yra dviejų skirtingų štampavimo profilių plokštės. Jei naudojama plokštelė su „H“ kanalais, tokiame šilumokaityje atsiranda didesnis slėgio kritimas arba slėgio sumažėjimas, ir jis veikia efektyviau, nes turi ilgą terminį kanalą šilumos perdavimo trukmę.

Kai naudojama „L“ formos plokštelė, šilumokaitis dirba su nedideliais slėgio nuostoliais ir atitinkamai su šiek tiek mažesniu šilumos perdavimo koeficientu. Toks šilumokaitis turi trumpą šiluminį kanalą.

Kompromisą tarp „H“ ir „L“ (siauro ir plataus) kanalų, taip pat tarp slėgio nuostolių ir šilumokaičio efektyvumo galima pasiekti naudojant skirtingų štampavimo modelių plokšteles surinkimo metu.

Skaičiavimo metodas

Norint išspręsti šilumos perdavimo uždavinį, būtina žinoti kelių parametrų reikšmes. Žinant jas, galima nustatyti kitus duomenis. Svarbiausi yra šie šeši parametrai:

  • Šilumos kiekis, kuris turi būti perduotas (šiluminė galia).
  • Įėjimo – išėjimo temperatūros pirminio ir antrinio šilumokaičio kontūro pusėse.
  • Didžiausias leistinas slėgio nuostolis pirminiame ir antriniame kontūruose.
  • Maksimali darbinė temperatūra.
  • Maksimalus darbinis slėgis.
  • Terpės srautas pirmojo ir antrojo kontūro pusėje.

Jei žinomas terpės srautas, santykinė šiluminė talpa ir temperatūrų skirtumas vienoje kontūro pusėje, galima apskaičiuoti šiluminės apkrovos dydį.

Temperatūros programa

Šis terminas apibūdina abiejų kontūrų terpių temperatūros pokyčio tarp šilumokaičio įėjimo ir išėjimo pobūdį.

T1 = Temperatūra įėjime – karštoji pusė
T2 = Temperatūra išėjime – karštoji pusė
T3 = Temperatūra įėjime – šaltoji pusė
T4 = Temperatūra išėjime – šaltoji pusė
Temperatūros programos grafikas parodytas paveikslėlyje.

Žemiau pateikiama „Šilumos perdavimo teorija. Plokšteliniai šilumokaičiai“ pagrindinė teorinė dalis.

Šiluminė apkrova

Jei nevertinti šilumos nuostolių į aplinką, kurių galima nepaisyti, galėtume teigti, kad vienoje plokštelinio šilumokaičio pusėje atiduotas šilumos kiekis (šiluminė apkrova) yra lygus kitos pusės gaunamam šilumos kiekiui.

Šiluminė apkrova (P) išreiškiama kW arba kcal/h.

Vidutinė logaritminė temperatūros apkrova

 Vidutinė logaritminė temperatūros apkrova (LMTD) yra efektyvia šilumokaičio varomąja jėga. Žr. grafiką 6 puslapyje.

Šiluminis ilgis

Kanalo šiluminis ilgis arba teta-parametras (Θ) yra matmens neturintis dydis, apibūdinantis santykį tarp temperatūros skirtumo δt vienoje šilumokaičio pusėje ir jos LMTD.

Θ =  δt / LMTD

Šiluminis ilgis apibūdina šilumokaičio šiluminį efektyvumą.

Tankis

Tankis (ρ) yra terpės masė, tenkanti tūrio vienetui, išreikšta kg/m3 arba g/dm3.

Srautas

Šis parametras gali būti išreikštas, vartojant du skirtingus terminus: masės srautas arba tūrio srautas. Jeigu kalbama apie masės srautą, jis išreiškiamas kg/s arba kg/h, esant tūrio srautui yra naudojami matavimo vienetai m3/h arba l/min. Norint tūrio srautą pervesti į masės, reikia tūrio srauto dydį padauginti iš terpės tankio.

Šilumokaičio parinkimas konkrečios užduoties įvykdymui paprastai priklauso nuo reikiamo terpės srauto dydžio. „Alfa Laval“ plokšteliniai šilumokaičiai gali būti naudojami esant masės srautui nuo 0,05 iki 1 000 kg/s. Jeigu kaip darbinė terpė naudojamas vanduo, šis diapazonas yra ekvivalentiškas tūrio srautui nuo 0,18 iki 3600 m3/h. Jeigu šilumokaityje terpės srautas išeina už šių ribų, būtina pasikonsultuoti su „Alfa Laval“ atstovais.

Slėgio nuostoliai

Plokštelinio šilumokaičio dydis tiesiogiai priklauso nuo slėgio nuostolio dydžio (Δp). Jeigu yra galimybė padidinti leidžiamus slėgio nuostolius, tai bus galima panaudoti labiau kompaktišką ir tuo pačiu pigesnį šilumokaitį. Kaip rekomendacija plokšteliniams šilumokaičiams vanduo/vanduo terpei leistini slėgio nuostoliai gali būti nuo 20 iki 100 kPa.

Santykinė šiluminė talpa

Santykinė šiluminė talpa (сp) parodo energijos kiekį, kurio reikia 1 kg kokios nors medžiagos temperatūrai pakelti 1 °C, esant tam tikrai temperatūrai. Pavyzdžiui, vandens šiluminė talpa, esant 20 °C temperatūrai, yra 4,182 kJ/(kg х °C) arba 1,0 kcal/(kg х °C).

Klampumas

Klampumas yra skysčio takumo matas. Kuo mažesnis klampumas, tuo didesnis skysčio takumas.

Klampumas matuojamas centipuazais (cP) arba centistoksais (cSt).

Šilumos perdavimo koeficientas

Šilumos perdavimo koeficientas (k) parodo pasipriešinimą šilumos srautui, kurį sukelia įvairios priežastys, pavyzdžiui, medžiaga, iš kurios pagamintos plokštelės, nuosėdų kiekis ant plokštelių paviršiaus, skysčio savybės ir naudojamo šilumokaičio tipas.

Šilumos perdavimo koeficientas matuojamas W/(m2 x °C) arba kcal/(h x m2 x °C).

P = m x cp x δt,
kur:
P = Šiluminė apkrova, kW
m = Masės srautas, kg/s
cp = Santykinė šiluminė talpa, kJ/(kg x °C)
δt = Temperatūrų skirtumas vienos pusės įėjime ir išėjime, °C

Skaičiavimo metodas

Šilumokaičio šiluminės apkrovos koeficientas gali būti paskaičiuojamas pagal šias formules:

  1. Šiluminės apkrovos, šiluminio ilgio ir LMTD paskaičiavimas

P = m х cр х δt ( m = P1  / cр х δt  ; δt =  P1 / m х cр )

P = k х A х LMTD,

kur:
P = šiluminė apkrova, kW
m = masės srautas, kg/s
cр = santykinė šiluminė talpa, kJ/(kg х °C)
δt = temperatūrų skirtumas vienos pusės įėjime ir išėjime, °C
k = šilumos perdavimo koeficientas, W/(m2 х °C)
A = šilumos apsikeitimo paviršius, m2
LMTD = Vidutinė logaritminė temperatūros apkrova

Θ = teta-parametras = δt / LMDT = k x A / m x cр

T1 = Temperatūra įėjime – karštoji pusė
T2 = Temperatūra išėjime – karštoji pusė
T3 = Temperatūra įėjime – šaltoji pusė
T4 = Temperatūra išėjime – šaltoji pusė
LMTD dydis gali būti paskaičiuojamas pagal formulę:

LMTD = ΔT1 – ΔT2 / In ΔT1/ΔT2

kur: ΔT1 = T1 – T4 ir ΔT2 = T2 – T3

  1. Šilumos perdavimo koeficientas ir apskaičiuotasis rezervas

Bendras šilumos perdavimo koeficientas apskaičiuojamas pagal formulę:

1 / k =  1 / α1 + 1 / α2 + δ /  λ + Rf  = 1 / kc +Rf

Apskaičiuotasis rezervas (M) paskaičiuojamas pagal formulę:

M = kc – k / k

kur:
α1 = vietinis šilumos atidavimo iš karštos terpės į šilumos perdavimo paviršių koeficientas, W/(m2 х °C)
α2 = vietinis šilumos atidavimo nuo šilumos perdavimo paviršiaus į šaltą terpę koeficientas, W/(m2 х °C)
δ = sienelės, per kurią vyksta šilumos perdavimas, storis, m
Rf = taršos koeficientas, (m2 х °C)/W
λ = sienelės, skiriančios dvi terpes, medžiagos šilumos laidumo koeficientas, W/(m х °C)
kc = švarios sienelės šilumos perdavimo koeficientas (Rf = 0), W/(m2 х °C)
k = paskaičiuotasis šilumos perdavimo koeficientas, W/(m2 х °C)
M = apskaičiuotas rezervas, %

Apjungus šias dvi formules gaunama kita formulė: M = kc х Rf, tai reiškia, kad tas pats apskaičiuotasis rezervas gali būti gaunamas dviem būdais: didinant kc reikšmę ir mažinant Rf reikšmę.

Kiekvienas šiose formulėse esantis parametras gali daryti įtaką šilumokaičio pasirinkimui. Medžiagos pasirinkimas paprastai nedaro įtakos šilumokaičio efektyvumui,  nuo jų priklauso tik tvirtumas ir atsparumas korozijai.

Šilumos perdavimo teorija. Plokšteliniai šilumokaičiai

Naudojant plokštelinius šilumokaičius yra šie privalumai – nedidelis temperatūrų skirtumas ir mažas plokštelių storis, kuris paprastai būna nuo 0,3 iki 0,6 mm. Šilumos atidavimo koeficientai (α1 ir α2) bei taršos koeficientas (Rf) dažniausiai būna labai maži dėl terpės takumo didelio turbulentiškumo abejuose šilumokaičio kontūruose. Tuo pačiu galima paaiškinti ir didelę šilumos perdavimo koeficiento (k) apskaičiuotą reikšmę, kuri, esant palankioms sąlygoms, gali siekti 8 000 W/( m2 х °C).

Įprastų šilumokaičių su apvalkalu ir vamzdžiu šilumos perdavimo koeficientas (k) neviršija 2 500 W/(m2 х °C).

Du parametrai yra svarbūs, siekiant minimizuoti šilumokaičio kainą:

  1. Slėgio nuostoliai. Kuo didesni leistini slėgio nuostoliai, tuo mažesnis šilumokaičio dydis.
  1. LMTD. Kuo didesnis skysčių, esančių pirminiame ir antriniame kontūruose, temperatūrų skirtumas, tuo mažesnis šilumokaičio dydis.
Konstrukcinės medžiagos

Daugumoje „Alfa Laval“ vandens / vandens tipo plokšteliniuose šilumokaičiuose naudojamos aukštos kokybės AISI 316 markės nerūdijančio plieno plokštelės. Jeigu chloro junginių vandenyje kiekis, parodytas 17 puslapyje esančioje lentelėje, yra toks, kad nebūtina naudoti AISI 316 markės plieną, kartais gali būti naudojamas pigesnis AISI 304 markės nerūdijantis plienas. Įvairiems plokšteliniams šilumokaičiams gali būti tinkamos ir kai kurios kitos lakštinės medžiagos. Gaminant sulituotų „Alfa Laval“ plokštelinių šilumokaičių plokšteles visuomet naudojamas AISI 316 markės nerūdijantis plienas. Jeigu plokšteliniame šilumokaityje bus naudojamas jūros ar sūrus vanduo, jo plokšteles gaminamos tik iš titano.

Slėgio ir temperatūros apribojimai

Plokštelinio šilumokaičio kaina priklauso nuo maksimalių leistinų slėgio ir temperatūros reikšmių. Pagrindinė taisyklė yra tokia: kuo mažesnė leistinos darbinės temperatūros ir slėgio reikšmė, tuo mažesnė šilumokaičio kaina.

Tarša ir taršos koeficientai

Leidžiama tarša turi būti įvertinama, skaičiuojant rezervą (M), tai yra, įvertinant papildomą šilumos apykaitos paviršiaus plotą arba panaudojant taršos koeficientą (Rf), kurio matavimo vienetai yra (m2 х °C)/W arba (m2 х h х °C)/kcal.

Skaičiuojant plokštelinį šilumokaitį taršos koeficientas turi būti žymiai mažesnis nei skaičiuojant vamzdelinį šilumokaitį.

Tam yra dvi priežastys.

1. Didesnis srauto turbulentiškumas (k) reiškia mažesnį taršos koeficientą.

Plokštelinių šilumokaičių konstrukcija užtikrina žymiai didesnį turbulentiškumą ir atitinkamai didesnį šiluminį naudingo veikimo koeficientą (NVK), palyginus su tradiciniais vamzdeliniai šilumokaičiais. Paprastai plokštelinio šilumokaičio (vanduo/vanduo) šilumos perdavimo koeficientas (k) gali siekti nuo 6 000 iki 7 500 W/(m2 х °C), o tradicinio vamzdelinio šilumokaičio, naudojamo tokiomis pačiomis sąlygomis, šilumos perdavimo koeficientas siekia tik 2 000-2 500 W/(m2 х °C). Skaičiuojant vamzdinius šilumokaičius Rf reikšmė lygi 1 х 10-4 (m2 х °C)/W. Šiuo atveju k reikšmė, nuo 2 000 iki 2 500 W/(m2 х °C), duoda apskaičiuotąjį rezervą (M = kc х Rf) 20–25 %. Norint gauti tokį patį apskaičiuotąjį rezervą (M) plokšteliniame šilumokaityje su šilumos perdavimo koeficientu, lygiu 6 000–7 500 W/(m2 х °C), reikia naudoti taršos koeficientą, kuris lygus vos 0,33 х 10-4 (m2 х °C)/W.

2. Apskaičiuotojo rezervo pridėjimo skirtumai.

Skaičiuojant vamzdelinį šilumokaitį apskaičiuotasis rezervas pridedamas, padidinant vamzdžių ilgį ir paliekant tą patį terpės srautą per kiekvieną vamzdį. Skaičiuojant plokštelinį šilumokaitį toks pats apskaičiuotasis rezervas užtikrinamas, padidinant lygiagrečių kanalų skaičių arba sumažinant srautą kiekviename kanale. Tai sumažina terpės srauto tubulentiškumą, sumažina šilumos apykaitos efektyvumą ir padidina šilumokaičio kanalų užteršimo pavojų. Jeigu naudojamas per didelis taršos koeficientas, gali būti padidėjusio intensyvumo nuosėdų susidarymas!
Plokšteliniam šilumokaičiui, dirbančiam vanduo/vanduo režime, nuo 0 iki 15 % (priklausomai nuo vandens kokybės) apskaičiuotasis rezervas gali būti visiškai pakankamas.

Plokštelinių šilumokaičių diapazonas

Plokšteliniai šilumokaičiai yra tinkami išspręsti daugumą gana paprastų šilumos mainų tarp tokių skysčių porų kaip vanduo ir vanduo, vanduo ir alyva, vanduo ir glikolis, problemų. Kalbant apie efektyvų ir ekonomišką veikimą, plokštelinis šilumokaitis laikomas neprilygstamu oro kondicionavimo įtaisu, veikiančiu kaip šaldymo įrangos dalims, šildyti tiekiamą komunalinį vandenį, taip pat vykdant pramonės įmonių gamybos procesus, kuriems reikia naudoti įvairius šildymo ir atšaldymo režimus.

Gaminamų plokštelinių šilumokaičių diapazonas labai platus – nuo didžiausių įrenginių, turinčių maksimalaus 2 000 m2 ploto šilumos perdavimo paviršius ir
kurių srautas yra 3 600 m3/h, iki pačių mažiausių, kurių tų pačių parametrų reikšmės yra mažiau kaip 1 m2 ir 0,18 m3/h.

Kiekvienas kataloge nurodytas plokštelinis šilumokaitis gali spręsti keletą technologinių uždavinių. Šilumokaičiai naudojami pakaitinti ar atvėsinti įvairius skysčius pramonės įmonėse, kondicionuoti orą, atšaldyti technologinio proceso metu ir kt. Visas galimų šilumokaičių panaudojimo būdų sąrašas yra labai ilgas,
nes šioje brošiūroje aprašyti ne visi mūsų gaminami plokšteliniai šilumokaičiai.

Šilumos mainų teorija Šilumos mainų teorija
Lituoti plokšteliniai šilumokaičiai Išardomi plokšteliniai šilumokaičiai
su sandarinimo tarpinėmis

Panaudojimas

Nors šilumos perdavimo principas išlieka toks pat, nepriklausomai nuo naudojamos terpės, reikia išskirti mūsų gaminamų plokštelinių šilumokaičių panaudojimo būdus. Dauguma technologinių užduočių, sprendžiamų su plokšteliniais šilumokaičiais, galima suskirstyti į tris pagrindines šių įrenginių panaudojimo grupes.

Vanduo/vanduo
Didžiojo dalis mūsų gaminamų šilumokaičių šilumos perdavimo užduoti sprendžia, kai abiejų kontūrų terpė yra vanduo (vanduo/vanduo režimas). Sprendimai gali būti įvairūs.

Vandens atvėsinimas
Šiuo atveju naudojamas žemesnės temperatūros vanduo, pavyzdžiui, iš aušinimo bokšto, upės ar jūros.

Vandens pašildymas
Šiuo atveju naudojamas vanduo su aukštesne temperatūra, pavyzdžiui, iš centralizuoto šildymo sistemos, katilo ar karšto vandens ruošimo vamzdyno.

Vanduo/alyva
Kai kuriose pramonės šakose alyva turi būti aušinama vandeniu. Šis vanduo po to gali būti nukreiptas į šalinamos šilumos panaudojimo sistemą šilumos, gautos iš alyvos ją aušinant, rekuperavimui, kuri po to gali būti panaudota įvairiems tikslams.

Vanduo/glikolis
Jei yra pavojus, kad vanduo gali užšalti, į jį reikia įpilti glikolio.
Glikolio šiluminė talpa skiriasi nuo vandens, todėl turi būti didesnio ploto šilumos perdavimo paviršius.
Reikia pažymėti, kad įvairių glikolių fizinės savybės yra beveik vienodos. Glikolių pavyzdžiai:
– etilenglikolis (mono-, di- ar tri-);
– propilenglikolis.

Kai kurie būdingi plokštelinių šilumokaičių panaudojimo būdai:
  • Centralizuotas šilumos tiekimas
  • Centralizuotas šalčio tiekimas
  • Vandentiekio vandens pašildymas
  • Saulės šildymas
  • Plaukimo baseinų vandens šildymas
  • Šilumos rekuperavimas va riklių aušinimas
  • Žuvų auginimo vandens temperatūros reguliavimas
  • Stiklo pramonė krosnių aušinimas
  • Energetikos pramonė pakaitinimas ir aušinimas technologinio proceso metu
  • Chemijos pramonė aušinimas technologinio proceso metu
Kai kurie būdingi plokštelinių šilumokaičių panaudojimo būdai:
  • Hidraulinio skysčio aušinimas
  • Padidinto atsparumo šalčiui alyvų atvėsinimas
  • Variklių alyvos aušinimas

Dirbant su sintetinėmis alyvomis, gali būti, reikės panaudoti specialius tarpiklius .
Plokšteliniai šilumokaičiai gali dirbti su alyva, kurios klampumas siekia 2 500 sP .
Plokšteliniuose šilumokaičiuose galima vietoje vandens naudoti emulsiją, kurios koncentracija mažiau kaip 5 %.

Kai kurie būdingi plokštelinių šilumokaičių panaudojimo būdai:
  • Šilumos siurblio tarpinis aušinimo įrenginys
  • Šalto vandens paruošimas maisto pramonės gamyklose
  • Oro atvėsinimas vėdinimo sistemose
  • Saulės šildymo sistemose

Plokštelinio šilumokaičio konstrukcija

Plokštelinį šilumokaitį sudaro tam tikras skaičius šilumos apykaitos plokštelių, kurios pritvirtintos tarp šilumokaičio atraminių sijų ir prilaikomos vietoje atramine (rėmine) ir prispaudimo plokštėmis, sudarydamos su jomis vieną mazgą. Visos plokštelės turi tarpiklius, kurie užtikrina kanalų, kuriais teka darbiniai skysčiai, hermetiškumą.

Tarpiklių sistema užtikrina, kad terpės pratekės vieninteliais joms skirtais kanalais, taip užtikrinant kontūrų skysčių nuolatinį tekėjimą priešpriešinėmis kryptimis. Tarpiklių konstrukcija ir konfigūracija užtikrina, kad šie skysčiai tarpusavyje nesusimaišys.

Šilumos apykaitos plokštelės abejose pusėse turi gofruotą (rifliuotą) paviršių, ir taip yra užtikrinamas kiekvieno skysčio tekėjimo kanalais turbulentiškumas. Skysčio tekėjimo didelis turbulentiškumas kartu su tinkamu terpės tūrio ir šilumokaičio dydžio santykiu užtikrina aukštą šilumos perdavimo koeficientą.

Toks pats konstrukcijos principas naudojamas ir sulituotuose šilumokaičiuose. Tik šios rūšies šilumokaičiuose terpių kanalų hermetizavimui vietoje elastomerinių tarpiklių naudojamos specialios lydymo technologijos, užtikrinančios tokį patį rezultatą.

Plokštelinio šilumokaičio detalės

Pagrindinės plokštelinio šilumokaičio konstrukcijos detalės: šilumos apykaitos plokštelės, atraminė (nejudri) ir prispaudimo (judri) plokštės, sujungimo elementai ir atraminės sijos. Šilumos apykaitos plokštelės užkabinamos ant viršutinės ir remiasi į apatinę atraminę siją. Atraminės sijos dar skirtos šilumos apykaitos plokštelių centravimui.

Šios plokštelės viena po kitos sudedamos tarp atraminės ir prispaudimo plokščių, sudarydamos komplektą, kuris po to varžtais suveržiamas į monolitinį mazgą.

Tarpikliai

 Naudojamos medžiagos

Nitrilo kaučiukas Bendras naudojimas, atspari alyvai medžiaga
EPDM Bendras naudojimas, aukštos temperatūros
Originali medžiaga „HeatSeal“ ™ Aukštos temperatūros, ypač kaitinant garais

Beklijai sandarinimo tarpikliai „Clip-on“ prie šilumos apykaitos plokštelės krašto tvirtinami specialiais spaustukais.

Lituoti plokšteliniai šilumokaičiai

Lituotas plokštelinis šilumokaitis  yra nedidelis ir nesunkus, jis nėra ardomas ir nebrangus. Šio tipo šilumokaičiuose nenaudojami tarpikliai, o vietoje jų taikomas litavimas, kuris plokšteles sujungia į vieną tvirtą ir hermetišką konstrukciją.

Lituoti plokšteliniai šilumokaičiai ypač tinka ten, kur darbinis slėgis siekia 50 barų, o aplinkos temperatūra kinta nuo -196 iki +550 °C.

Surinkimas

„Alfa Laval“ tiekia iš anksto surinktus šilumokaičius, išbandytus slėgiu.
Išardomus plokštelinius šilumokaičius su tarpikliais galima lengvai atidaryti apžiūrai ir valymui.
Jei reikia padidinti išardomo šilumokaičio našumą, tai galima padaryti gana paprastai – tereikia sumontuoti papildomas šilumos perdavimo plokšteles.
Piešinėliuose parodyta išardomo plokštelinio šilumokaičio surinkimo eiga.

1. Surinktas šilumokaičio rėmas. Jį sudaro atraminė ir prispaudimo plokštelės, viršutinė ir apatinė atraminės sijos ir antgaliai. 2. Pirmiausia ant rėmo dedama galinė šilumos perdavimo plokštelė.
3. Po to pagal technines sąlygas uždedamos kitos plokštelės. 4. Į atraminę ir prispaudimo plokštes įstatomi varžtai, kurie veržliniu raktu (ar kitu tinkamu instrumentu) plokštelių paketą (atitinkantį technines sąlygas) suveržia ir sudaro vientisą hermetišką šilumokaičio mazgą.

Montavimas

Visi šiame straipsnyje paminėti plokšteliniai lituoti bei išardomi šilumokaičiai turi jungtis pagrindinėje plokštėje. Patogumo dėlei jos pažymimos S1, S2, S3 ir S4.

Išardomas plokštelinis šilumokaitis su tarpikliais gamybos vietoje gali stovėti tiesiai ant grindų. Jei įmanoma, dėl patikimumo visada pritvirtinkite prie grindų tvirtinimo varžtais. Atminkite, kad plokštelinis šilumokaitis užima mažiau vietos nei tradiciniai šilumokaičiai. Planuodami plokštelinio šilumokaičio įrengimą, turite palikti laisvą vietą tik vienoje jo pusėje. Vamzdžių jungtys gali būti srieginės arba flanšinės. Tai priklauso nuo pasirinkto šilumokaičio tipo.

Sulituotas plokštelinis šilumokaitis paprastai yra įmontuojamas į vamzdyną arba montuojamas ant nedidelės konsolės ar stovo.
Antgalis, skirtas vienos terpės įleidimui, yra šalia antgalio, skirto išleisti kitą terpę. Jei S1 yra 1 terpės įėjimas, tada S4 bus 2 terpės išėjimas.
Kiekvienas šilumokaitis iš gamintojo tiekiamas su vadovu, kuriame aprašytas antgalių kiekvienos terpės įleidimo ir išleidimo angoms naudojimas.
Atsižvelgiant į pasirinktą vamzdžių sujungimo būdą, paruoškite vamzdžių galus sriegimui, flanšų montavimui ar suvirinimui.
„Alfa Laval“ tiekia priedus savo plokšteliniams šilumokaičiams, tokius kaip kondensato išleidimo padėklai ir šilumą izoliuojančios lakštinės medžiagos.

Straipsnis „Šilumos perdavimo teorija. Plokšteliniai šilumokaičiai“ parsisiuntimui – PDF.
Šaltinis: https://www.alfalaval.com/
Dėl išsamesnės informacijos kreipkitės į UAB „Absoliuta“, oficialų „Alfa Laval“ partnerį Lietuvoje.