Levylämmönvaihdin on laite, jossa lämpöä siirretään kuumasta jäähdytysnesteestä kylmään (lämmitettyyn) väliaineeseen teräs-, kupari-, grafiitti-, titaaniaaltolevyjen kautta , jotka vedetään pakkaukseen. Kuumat ja kylmät kerrokset ovat välissä.
Ensimmäisen lähes nykyaikaisen levylämmönvaihtimen keksi tri Richard Seligman, Aluminium Plant & Vessel Company Limitedin perustaja vuonna 1923. Muiden lähteiden mukaan ruotsalainen Gustaf de Laval , joka toi markkinoille pastörointilaitteiden ensimmäisen mallin vuonna 1938, oli ensimmäisen modernin levylämmönvaihtimen luoja .
Tämä lämmönvaihtimen rakenne tarjoaa tehokkaan lämmönvaihtopinnan asettelun ja vastaavasti itse laitteen pienet mitat. Kaikki pakkauksen levyt ovat samanlaisia, vain niitä kierretään peräkkäin 180°, joten levypakkauksen kutistuessa muodostuu kanavia, joiden läpi lämmönsiirtoon osallistuvat nesteet virtaavat . Tämä levyjen asennus varmistaa kuuman ja kylmän kanavan vuorottelun.
Lämmönvaihtimen pääelementti on korroosionkestävistä seoksista valmistetut lämmönsiirtolevyt, joiden paksuus on 0,4-1,0 mm kylmämeistamalla. Työasennossa levyt puristuvat tiukasti toisiaan vasten ja muodostavat uritettuja kanavia. Jokaisen levyn etupuolelle on asennettu erityisiin uriin kuminen muototiiviste, joka varmistaa kanavien tiiviyden. Kaksi levyn neljästä reiästä syöttävät ja poistavat lämmitys- tai lämmitetyn väliaineen kanavaan. Kaksi muuta reikää on lisäksi eristetty pienillä tiivistemuodoilla, jotka estävät lämmitys- ja lämmitysaineen sekoittumisen (ylivuodon). Tyhjennysurat estävät väliaineiden sekoittumisen, jos jokin tiivisteen pienistä muodoista katkeaa.
Kanavissa oleva tilallinen mutkikas nestevirtaus myötävaikuttaa virtausten turbulenssiin, ja vastavirta kuumennetun ja lämmitysväliaineen välillä edistää lämpötilaeron kasvua ja sen seurauksena lämmönsiirron tehostumista suhteellisen pienillä hydraulisilla vastuksilla. Tämä vähentää jyrkästi kattilakiven kertymistä levyjen pinnalle.
Väliaineen virtausnopeuden suurella erolla sekä väliaineen loppulämpötilojen pienellä erolla on mahdollisuus väliaineiden moninkertaiseen lämmönvaihtoon niiden virtausten silmukkamaisen suunnan avulla. Tällaisissa lämmönvaihtimissa väliaineen syöttämiseen tarkoitetut haaraputket sijaitsevat paitsi kiinteässä levyssä, myös painelevyssä, ja väliaineet liikkuvat ohjauslevyjä pitkin yhteen suuntaan.
Tiivisteet ovat yksi tärkeimmistä elementeistä levylämmönvaihtimien suunnittelussa. Lämmönvaihtimen tiivisteet eristävät ja ohjaavat viereiset nestevirrat ja estävät vuodot. Elementit ovat kiinteää kumitiivistettä ja kiinnitetään erityisiin uriin levyn ääriviivaa pitkin.
Järjestelmää tiivisteiden kiinnittämiseksi levyihin käytetään sekä liimattuina että liimattomasti erityisten lukkojen avulla. Tiivisteiden valmistukseen käytetään 4 tyyppiä vakiomateriaaleja (NBR, EPDM, Viton I, Viton S), lisäksi käytetään useita materiaaleja, jotka on suunniteltu erityisesti epästandardeihin sovelluksiin.
Yleisimmät tiivistetyypit ovat:
- S187 VITON (FPM)
FP71 NBR (NITRIL)
GL-265 VITON (FPM)
XGM032 VITON GF/STEAM
NT 500M VITON (FPM)
ET014C NBR (NITRIL)
S20 VITON GF/STEAM
NT 250M VITON (FPM)
MA30W-FKMS-C/PEAK RING TIIVITE (MA30W-FKMS-CLIP-rengas)
GL-85 NBR (NITRIL)
ET004C NBR (NITRIL).
Oikean materiaalin valinta vaikuttaa merkittävästi tiivisteiden käyttöikään. Mutta on muitakin tekijöitä, joista tiivisteiden soveltuvuus riippuu: lämpötilaolosuhteet, painehäviöt, ympäristön aggressiivisuus, luonnollinen ikääntyminen. On todettu, että lämpötila, jonka indikaattorit ovat pienempiä kuin suurin sallittu, pidentää käyttöikää.
Lämmönsiirtoprosessissa nesteet liikkuvat toisiaan kohti (vastavirrassa). Paikoissa, joissa ne voivat virrata, on joko teräslevy tai kaksoiskumitiiviste , joka käytännössä eliminoi nesteiden sekoittumisen.
Levylämmönvaihtimen aallotustyyppi ja runkoon asennettujen levyjen lukumäärä riippuvat levylämmönvaihtimen käyttövaatimuksista . Materiaali, josta levyt on valmistettu, voi vaihdella edullisesta ruostumattomasta teräksestä erilaisiin eksoottisiin metalliseoksiin , jotka voivat toimia aggressiivisten nesteiden kanssa .
Myös tiivistemateriaalit vaihtelevat levylämmönvaihtimien käyttöolosuhteiden mukaan . Usein käytetään erilaisia luonnon- tai synteettisiin kumeihin perustuvia polymeerejä .
Levylämmönvaihtimia on seuraavan tyyppisiä:
Kokoontaitettavissa levylämmönvaihtimissa seuraavat parametrit ovat ominaisia:
Toimintasuunnitelman mukaan lämmönvaihtimet jaetaan kahteen tyyppiin:
Yksikierroslämmönvaihdin on suunniteltu siten, että jokainen väliaine virtaa urillisten kanavien läpi kerran.
Sen jälkeen neste tulee keräyssarjaan ja sieltä putkistoon.
Tällä mallilla kaikki liitäntäputket sijaitsevat laitteen toisella puolella - kiinteällä levyllä. Siirrettävää levyä voi siirtää haluamallaan tavalla, joten mikään ei estä sinua purkamasta lämmönvaihdinta huoltoa ja korjausta varten.
Monikiertopiiriä käytetään tapauksissa, joissa lämpöväliaineeseen jää paljon lämpöä yhden läpikäynnin jälkeen.
Tämä havaitaan seuraavissa tapauksissa:
Monivaiheisen levylämmönvaihtimen kasettiin lisätään levyt, joissa on vain kaksi porttia toisella puolella. Tästä johtuen jokainen väliaine virtaa kanavien läpi kaksi tai useampia kertoja, jolloin lämmitetty väliaine imee lämpöväliaineesta paljon enemmän lämpöä kuin yksikierrospiirissä.
Lämmönvaihdon aikana nesteet liikkuvat toisiaan kohti. Teräksestä valmistetun erikoiselementin tai ylimääräisen kumitiivisteen läsnäolo auttaa estämään nesteiden sekoittumisen paikoissa, joissa on vuotomahdollisuus.
Riippuen olosuhteista, joissa tiettyä lämmönvaihdinta on tarkoitus käyttää, levyjen lukumäärä sekä niiden pinnan käsittelymenetelmä voivat vaihdella. Tämä koskee myös käytettyjä kulutusosia.
Joten valmistajat eivät tarjoa vain edullisia ruostumattomia terästuotteita, vaan myös malleja, jotka on valmistettu moderneista seoksista, jotka kestävät pitkäaikaista altistumista aggressiivisille ympäristöille.