Пластинчатый теплообменник: устройство и особенности

Тепло в наши дома поступает из котельной либо от центрального теплопункта, в котором холодная вода нагревается от теплообменника, выполняющего важную роль в системах отопления и горячего водоснабжения. В индивидуальных домах теплообменник пластинчатый и вовсе считается центральным элементом системы, потому как нагревание теплоносителя выполняется именно в нем. Такие приборы могут различаться конструкцией и видом, но принцип действия — во многом общий для всех типов.

Пластинчатые теплообменники

Конструкция пластинчатого теплообменника

Назначение теплообменников всех видов — преобразовывать непрогретую жидкостную среду в нагретую (и наоборот).

Пластинчатые теплообменники обладают разборной конструкцией, состоящей из таких частей:

• недвижимой плиты;
• подвижной плиты;
• комплекта пластин;
• деталей крепежа, объединяющих две плиты в единую раму;
• нижнего и верхнего направляющего элемента круглой формы.

Конструкция пластинчатого теплообменника

Размеры рам различных моделей могут существенно отличаться. Они зависят от мощности и тепловой отдачи подогревателя — с большим числом пластин увеличивается продуктивность прибора и, соответственно, возрастают его габариты и масса.

Пластины теплообменника

Конструкция пластинчатого теплообменника зависит от модификации устройства и может содержать различное количество пластин с закрепленными на них прокладками, герметизирующими каналы с протекающим по ним теплоносителем. Для достижения требуемой по условию герметичности плотности прилегания пар соседних прокладок одной к другой достаточно скрепления этих двух пластин с неподвижной плитой.

Нагрузки, действующие на аппарат, прилагаются главным образом на прокладки и пластины. Крепежные детали и рама, по сути, представляют собой корпуса прибора.

Рельефная окантовка пластин при сжатии гарантирует надежное крепление и дает конструкции теплообменника требуемую жесткость и прочность.

Конструкция пластин теплообменника

Прокладки закрепляются на пластинах посредством клипсового замка. Следует отметить, что прокладки при их зажатии самоцентрируются по направляющей. Утечка теплоносителя предотвращается окантовкой обшлага, создающей дополнительный барьер.

Для теплообменников производятся два типа пластин:

• с термически мягким рифлением;
• с термически жестким рифлением.

В деталях с мягким рифлением каналы устроены под углом 30°. Такой вид пластин отличается повышенной теплопроводимостью, но меньшей устойчивостью к давлению теплоносителя.

В частях с термически жестким рифлением при устройстве канавок соблюден угол в 60°. Этим пластинам не свойственна высокая теплопроводность, их преимущество — способность переносить высокое давление в системе.

Достижение оптимального режима теплоотдачи возможно при комбинировании пластин в теплообменнике. При этом необходимо учесть, что для эффективной работы прибора нужно, чтобы он функционировал в режиме турбулентности — теплоноситель должен перемещаться по каналам без каких-либо помех. К слову, кожухотрубный теплообменник, в котором реализована конструктивная схема «труба в трубе» — с ламинарным режимом течения жидкости.

Какая от этого выгода? При идентичных теплотехнических параметрах пластинчатый прибор обладает меньшими в несколько раз размерами.

Прокладки

К устройствам с пластинами предъявляются очень жесткие требования относительно герметичности, в связи с чем в последнее время прокладки стали выпускать из полимеров. Этиленпропилен, например, способен без проблем работать в условиях высоких температур — и воды, и пара. Но очень быстро разрушается в среде с содержанием масел и жиров.

Прикрепление прокладок к пластинам выполняется преимущественно клипсовым соединением, реже — посредством клея.

Принцип действия

Принцип работы теплообменника нельзя назвать слишком простым. Пластины развернуты одна к другой под 180°. Как правило, в одном пакете устанавливается по две пары пластин, создающих два коллекторных контура: ввода и отведения теплоносителя. При этом следует учесть, что пара расположенных с края элементов в тепловом процессе не задействуются.

На сегодняшний день производится несколько вариантов исполнения теплообменных приборов, устройство и принцип работы которых различны:

• одноходовые;
• многоходовые;
• двухконтурные.

Принцип работы прибора

Как работает одноходовой аппарат? Циркуляция жидкости в нем осуществляется перманентно по всей площади в едином направлении. Кроме того, выполняется и противоток теплоносителей.

Аппараты многоходовые используются только при не слишком большой разнице между температурой подающейся жидкости и температурой обратки. Ток жидкостей при этом будет осуществляться в различных направлениях.

Двухконтурные теплообменники состоят из двух независимых контуров. При условии постоянной корректировки подачи тепла применение такого оборудования наиболее целесообразно.

Сфера применения

Существует несколько видов теплообменников, каждый из которых имеет свой принцип работы и специфику конструкции:

Прибор разборной конструкции часто используется в теплосетях, подведенных к жилым домам и сооружениям различного назначения, в бассейнах, климатических установках и холодильниках, системах ГВС, теплопунктах.

Вид сварного пластинчатого агрегата

Теплообменники паяного вида нашли свое применение в:

• сетях вентиляции и системах кондиционирования;
• холодильных установках;
• турбинных приборах и компрессорах;
• промышленных агрегатах различного назначения.

Приборы сварные и полусварные используются в:

• химической и фармацевтической отраслях;
• сетях вентиляции и климат-системах;
• пищевой промышленности;
• тепловых насосах;
• в системах ГВС и отопления;
• агрегатах для охлаждения оборудования различного назначения;
• системах рекуперации.

Самым распространенным типом теплообменников, применяющихся в индивидуальных домовладениях, считается паяный, обеспечивающий нагрев или охлаждение воды.

Технические характеристики

Прокладки и пластины, как основные элементы теплообменных устройств, изготавливаются из различных по своим свойствам и характеристикам материалов. При выборе в пользу той или иной модели решающую роль играет назначение теплообменника и область его использования.

Если остановиться сугубо на системах ГВС и теплоснабжения, то в этой области больше распространены пластины, изготовленные из нержавеющей стали, а пластичные прокладки — из особой резины EPDM либо NBR. Установка пластин из нержавейки позволяет работать с теплоносителем, прогретым до 110°С, в другом же случае устройство пластинчатого теплообменника позволяет нагревать жидкость до 170°С.

Фрагмент пластины теплообменника

При использовании теплообменников в промышленном производстве и задействовании их в технологических процессах с воздействием щелочей, кислот, масел и иных агрессивных веществ, применяются пластины из никеля, титана и других сплавов. В таких случаях устанавливаются фторкаучуковые или асбестовые прокладки.

Подбор теплообменника производится согласно расчетам, выполняемым при помощи специализированных программ. При расчетах учитываются:

• первоначальная температура теплоносителя;
• относительный расход прогреваемой жидкости;
• требуемая температура нагревания;
• расход теплоносителя.

В роли нагревающей среды, протекающей через пластинчатый испаритель, может использоваться подогретая до температуры 95 или 115°С вода, а также пар температурой до 180°С. Вид теплоносителя подбирается в зависимости от вида применяемого котла и оборудования. Размеры и количество пластин подбираются с таким расчетом, чтобы в результате получить воду с температурой, соответствующей установленным стандартам — не более 70°С.

Стоит отметить, что основной технической характеристикой, являющейся также и главным преимуществом, считаются небольшие размеры устройства и способность обеспечить достаточно большой расход.

Вариативность возможных расходов и площадей обмена у пластинчатых приборов достаточно высока. Самые компактные из них, например, от бренда Alfa Laval, обладают площадью поверхности до 1 м2, обеспечивая протекание объема жидкости до 0,2 м3/час. Самые же крупные теплообменники имеют площадь порядка 2000 м2 и расход, превышающий 3600 м3/час.

Обвязка теплообменника

Теплообменные установки преимущественно монтируются в отдельных котельных, обслуживающих многоквартирные дома, индивидуальные постройки, предприятиях промышленности, теплопунктах центральных теплосетей.

Относительно небольшие размеры и масса устройств позволяют выполнить монтаж достаточно быстро, хотя некоторые обладающие большой мощностью модели требуют постановки на фундамент.

При установке прибора необходимо соблюсти основной принцип: заливание фундаментных болтов, посредством которых теплообменник надежно фиксируется, осуществляется во всех случаях. Схема обвязки непременно предусматривает подведение теплоносителя к расположенному сверху патрубку, а к размещенному снизу штуцеру выполняется подключение обратной магистрали. Подача нагретой воды подсоединяется наоборот — к нижнему патрубку, а выход ее — к верхнему.

Пример внедрения теплообменников

В подающем теплоноситель контуре необходима установка циркуляционного насоса. Кроме основного обязательно ставится и равный ему по мощности резервный насос.

Если в ГВС предусмотрена магистраль обратного движения жидкости, то схема и принцип работы пластинчатого теплообменника несколько изменяется. Нагревшаяся вода, подающаяся по замкнутому контуру, смешивается с холодной из водопровода, и лишь затем получившаяся смесь приходит в теплообменник. Корректировка температуры на выходе осуществляется посредством электронного блока, управляющего клапаном подающей теплоноситель магистрали.

При двухступенчатой схеме используется тепловая энергия обратной магистрали, что позволяет наиболее рационально использовать имеющееся тепло и снять с котла лишнюю нагрузку.

В каждой из рассмотренных систем на входе в теплообменник обязательно должны быть установлены фильтры, благодаря которым удается избежать загрязнения системы и продлить срок ее службы.

Итоги по теме

При всех прочих преимуществах современные пластинчатые теплообменники не смогли опередить устаревшие кожухотрубчатые по единственному, но очень важному критерию. При обеспечении значительного расхода, пластинчатые приборы немного не догревают воду. Такой недостаток легко устраняется созданием небольшого запаса при подборе количества пластин и расчете их площади.

Принцип работы и устройство пластинчатого теплообменника

Любой теплообменник представляет собой аппарат, выполняющий теплообмен в одном конкретном месте либо же помещении, преобразуя холодную среду в горячую или наоборот. И пластинчатый теплообменник, принцип работы которого рассматривается в данной статье, может «питаться» не только паром, газами, но также и различными жидкостями. Какие функции он выполняет? Все верно – он прогревает или, напротив, охлаждает необходимую среду.

пластинчатый теплообменник принцип работы

О принципе действия

Пластинчатый теплообменник принцип действия имеет достаточно сложный. Пластины в конструкции располагаются под углом в 180 градусов относительно друг друга. Зачастую производители делают это попакетно, следовательно, компонуются сразу четыре изделия и создается пара коллекторных контуров – подача жидкости и «обратка». Хотя стоит знать, что крайние пластины не принимают никакого участия в процессе теплообмена.

Собственно, с принципом действия устройства все более-менее понятно. Сейчас же рассмотрим классификацию данной конструкции – в соответствии с ней теплообменники могут быть трех типов.

• Одноходовые приборы, в которых теплоноситель циркулирует перманентно, в одном и том же направлении по всей площади системы. Помимо того, здесь имеет место и противоток жидкостей.
• Многоходовые приборы, которые можно использовать исключительно в тех случаях, когда разница в температуре носителей тепла не слишком высокая. Потоки жидкости здесь будут двигаться в различных направлениях.

Двухконтурные приборы. Они отличаются тем, что состоят из двух автономных контуров, находящихся на какой-либо из сторон. И если постоянно регулировать термальную мощность, то данной оборудование будет идеальным вариантом для покупки.

Что же касается технических характеристик таких теплообменников, то они следующие:

• рабочая температура колеблется в пределах между -25 и +200 градусами;
• потребление рабочей жидкости составляет от 5 до 2 000 кубометров в час;
• площадь системы – разная, в зависимости от того, с какой целью ее будут использовать.

Средние цены пластинчатые теплообменники

Средняя стоимость варьируется между 20 000 и 80 000 рублей, более конкретная цифра зависит от количества пластин, а значит, от мощности устройства.

Модель	Фото	Тип среды	Мощность	Темпер-атура среды на входе С	Темпера-тура среды на выходе С	Количе-ство пластин	Цена
Пластинчатый теплообменник НН №04		вода — вода	21500 ккал/ч	греющая среда 95 нагреваемая среда 5	греющая среда 75 нагрева-емая среда 65	13	от 24000
Пластинчатый теплообменник НН №08		вода — вода	64500 ккал/ч	греющая среда 95 нагреваемая среда 5	греющая среда 75 нагрева-емая среда 65	23	от 37000
Пластинчатый теплообменник НН №14		вода — вода	258000 ккал/ч	греющая среда 95 нагреваемая среда 5	греющая среда 75 нагрева-емая среда 65	18	от 65000
Пластинчатый теплообменник НН №20		вода — вода	86000 ккал/ч	греющая среда 95 нагреваемая среда 70	греющая среда 75 нагрева-емая среда 95	18	от 77000

Таблица средних цен и характеристик на различные модели теплообменников

Конструктивные особенности пластинчатых теплообменников

Прибор данного типа представляет собой сборную конструкцию, которая состоит из:

• недвижимой плиты;
• направляющих, расположенных сверху и снизу и представляющих собой длинные металлические пруты, которые имеют круглое сечение;
• подвижной плиты;
• крепежей, стягивающих между собой обе плиты;
• соответствующего количества пластин.

Сама рама может иметь самые разнообразные габариты – все в данном случае зависит от того, какова мощность теплообменника. Другими словами, чем большим будет количество этих пластин, тем выше будет производительность оборудования. Следовательно, общий вес и габариты также увеличатся.

Обратите внимание! В каждой конкретной модели число этих пластин обладает определенными параметрами. Их конструкция включает в себя специальные резиновые прокладки, герметизирующие протоки, посредством которых циркулирует носитель тепла.

Помимо того, упомянутого выше стягивания пластин более чем достаточно для установки требуемой плотности состыковки резиновых прокладок, находящихся на соседствующих пластинах. А если говорить о самом теплообменнике с точки зрения нагрузок, которые воздействуют на него, то те влияют преимущественно на прокладки с пластинами. В это же время крепежи с рамой являются всего лишь своего рода корпусом. По этой причинно целесообразно рассматривать не только их.

Видео – Пластинчатый теплообменник принцип работы (ТИЖ)

Роль пластин в конструкции

Прежде всего, стоит сказать о том, что такие пластины производятся исключительно из «нержавейки». Каждый знает, что данный материал невосприимчив к негативному влиянию теплоносителя низкого качества, равно как и к повышенной температуре в камере сжигания. Следовательно, изготовители сделали поистине правильный выбор. В технологическом плане производственная процедура представляет собой обычную штамповку. И в этом нет ничего удивительного, так как изготовить плиту, имеющую сложную конфигурацию, причем таким образом, чтобы использованный материал сохранил свои первоначальные свойства, возможно исключительно по данной технологии.

Обратите внимание! Далеко не каждая «нержавейка» пригодна для производства пластин в теплообменники. Существуют особые марки, которые нужно использовать. Что же касается отечественных марок, то можем посоветовать лишь сталь 08Х18Н10Т.

Сами плиты имеют весьма необычное устройство. Они изготавливаются с применением специальной технологии «Офф-сет». Она заключается в создании на плоскостях канавок, способных располагаться как симметрично, так и асимметрично. Благодаря подобного рода рельефной плоскости площадь теплоотбора увеличивается, более того, сам теплоноситель распределяется равномерно.

Обратите внимание! Огромное значение имеет также и окантовка пластин. Выполняется она рельефно, благодаря чему надежно фиксируется при зажиме и обеспечивает лучшую жесткость/прочность аппарата.

Для крепления резиновых прокладок к пластинам используются клипсовые соединения. Крепеж достаточно прост, но при этом предельно надежен. Да и сами прокладки при этом выполнены так, что самостоятельно центруются по направляющей – точнее говоря, на автомате. А это значит, что пользователю не нужно ничего придерживать, подталкивать и проч., поскольку и без его вмешательства все будет находиться на своих местах. И по причине особой окантовки манжеты образуется вспомогательный барьер, способствующий минимизации утечки носителя тепла.

На данный момент пластины такого рода производятся в двух модификациях, ознакомимся с ними.

• Изделия, покрытые термально жестким рифлением с канавками, выполненными под углом в 30 градусов. У этих пластин повышен показатель теплопроводимости, но главный недостаток в том, что выдерживать большого давления жидкости они, увы, не могут.
• Изделия с термально мягким рифлением. В данном случае угол равен уже 60-ти градусам. У этих пластин теплопроводимость достаточно низкая, зато давление в отопительной магистрали, которое они могут выдерживать, высокое.

К слову, если менять пластины в пластинчатом теплообменнике, принцип работы которого рассматривается в этой статье, то можно подобрать наиболее подходящий вариант отдачи тепла оборудованием в целом. Проще говоря, если теплоотдача будет высокой, то теплоноситель будет беспрепятственно двигаться по каналам.

Любопытный факт: в теплообменнике «кожухотрубного» типа (в нем труба находится в другой трубе) внутренний режим работы прибора является ламинарным.

О чем это говорит? Только об одном: при одних и тех же термотехнических параметрах габариты пластинчатого теплообменника примерно вчетверо меньшие. А значит, прибор во столько же раз более компактно.

Печь с теплообменником для бани

Советуем вам ознакомиться с нашим руководством о том как сделать банную печь с собственным теплообменником подробности смотрите тут

Роль прокладок в конструкции

По причине строгих требований, касающихся герметичности приборов, прокладки начали производить из различных полимеров. Сегодня в большинстве случаев применяется материал под названием этиленпропилен, поскольку он прекрасно переносит повышенную температуру и воды, и даже пара.

Хотя у материала есть существенный недостаток – под действием масла или жира он разрушается моментально. К слову, диапазон выдерживаемой температуры для этиленпропилена составляет 30-160 градусов, что, по сути, очень даже неплохо. Но отметим, что это далеко не единственный материал, который может использоваться с подобной целью.

Зачастую прокладки фиксируются посредством специальных замков-клипсов, хотя может использоваться и клеевой состав.

Сферы применения пластинчатых теплообменников

Пластинчатый теплообменник, принцип работы которого был рассмотрен выше, имеет достаточно широкое применение. Их можно встретить практически везде, где они, собственно, вообще могут встречаться.

1. В нефтяной отрасли – нефтяным продуктам, как мы знаем, очень часто требуется охлаждение.
2. В централизованном отоплении, в ГВС, для подогрева воды в бассейнах и проч.
3. В автомобилестроении.
4. В металлургии, машиностроении – там пластинчатые теплообменники применяются для того, чтобы при необходимости охлаждать различные станки и другое оборудование.
5. В пищевой отрасли – здесь охлаждать следует не только оборудование, но и, к примеру, молочные продукты. И описываемая система является для этого идеальным вариантом!
6. В судостроении – немногие знают, но на кораблях порой нужно охлаждать системы или, напротив, нагревать морскую воду. Для этого отлично подходит теплообменник.

Разумеется, это далеко не полный перечень того, где можно использовать пластинчатые конструкции.

Как промыть теплообменник в газовой печи ?!

В дополнении к этой статье, рекомендуем вам ознакомиться с нашим руководством о способах и технологии промывки газовых котлов подробности смотрите тут

Видео – Как собрать разборной теплообменник

Особенности монтажа и установки

Теплообменник крепится в строгом соответствии с инструкцией производителя. Он прижимается к стене (для этого используется специальная лента либо консоль). Кроме того, устройство можно закрепить посредством уголка, зафиксированного в нижней части корпуса. В дополнение его еще свяжут трубы.

Обратите внимание! Обязательно устанавливаются фильтры. Для контура требуется как минимум один фильтр, предназначающийся для грубой очистки. Если речь идет о старой системе отопления, то таких фильтров должно быть два – снизу и сверху.

Другой важный момент – диаметр подключения (дело в том, что устройство достаточно компактно). Объем жидкости в нем незначительный, равно как и расстояние между пластинами. Поэтому нужно подбирать только такой диаметр, который подходит, или же несколько больший – к примеру, один дюйм. Да и мощность должна подбираться исключительно с запасом (можно на 50 или даже на 100 процентов), поскольку на габариты данный параметр никак не влияет. Но производительность при этом увеличивается!

Видео – Подключение пластинчатого теплообменника

На этом все, вот мы и разобрали это устройство, предназначенное для распределения тепла. Теплых вам зим!