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Geprüfter Lieferant Ein Plattenaustauscher besteht aus einer Reihe paralleler Platten, die übereinander angeordnet sind, um die Bildung einer Reihe von Kanälen zu ermöglichen, zwischen denen Flüssigkeiten fließen können.
Der Raum zwischen zwei benachbarten Platten bildet den Kanal, in dem die Flüssigkeit fließt.
Ein- und Auslassöffnungen an den Ecken der Platten ermöglichen heiße und kalte Flüssigkeiten durch wechselnde Kanäle im Wärmetauscher, so dass eine Platte immer auf der einen Seite mit der heißen Flüssigkeit und die andere mit der Kälte in Kontakt ist.
Die Größe einer Platte kann von wenigen Quadratzentimetern (100 mm x 300 mm Seite) bis zu 2 oder 3 Quadratmeter (1000 mm x 2500 mm Seite) reichen. Die Anzahl der Platten in einem einzigen Wärmetauscher reicht von nur zehn bis zu mehreren hundert, so dass Oberflächenaustauschflächen bis zu Tausenden von Quadratmetern erreicht.
Da Plattenwärmetauscher für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, müssen sie so ausgelegt sein, dass sie den Prozessbedingungen, in denen sie arbeiten, standhalten können. Dies kann korrosive und erosive Umgebungen umfassen. Es ist möglich, Plattenwärmetauscher aus verschiedenen Materialien, einschließlich Metallen, Legierungen und Kunststoffen zu konstruieren. Unterschiedliche Materialien machen den Plattenwärmetauscher für verschiedene Anwendungen besser geeignet. Reagiert beispielsweise ein bestimmtes Fließmedium aggressiv, wenn es mit bestimmten Metallen in Berührung kommt, können stattdessen polymerbasierte Materialien wie z. B. verwendet werden.
Mit Plattenwärmetauschern gibt es zahlreiche Vorteile:
Aber es gibt auch einige Nachteile mit Plattenwärmetauscher verbunden:
Die Abbildung zeigt den Flüssigkeitsfluss im Inneren des Wärmetauschers. Flüssigkeiten werden in mehrere parallele Ströme unterteilt und können einen perfekten Gegenstrom erzeugen.
Im Allgemeinen sind diese Platten gewellt, um die Turbulenz, die thermische Austauschfläche zu erhöhen und um dem Wärmetauscher mechanische Steifigkeit zu verleihen. Die Wellung wird durch Kaltschmieden von Blechen mit einer Dicke von 0,3mm bis 1 mm erreicht.
Die am häufigsten verwendeten Materialien für die Platten sind Edelstahl (AISI 304, 316), Titan und Aluminium.
Die Wellung auf den Platten zwingt die Flüssigkeit auf einen gewundenen Pfad und setzt einen Abstand zwischen zwei benachbarten Platten b, von 1 bis 5 Millimeter.
Die Flüssigkeiten können die Kanäle in Reihe (eine weniger häufig vorkommende Lösung) oder parallel durchlaufen, indem sie Gegenstrom- oder Stromkonfigurationen vornehmen.
Die serielle Konfiguration wird verwendet, wenn für jede Flüssigkeit ein geringer Durchfluss, aber ein hoher Wärmesprung vorhanden ist; das größte Problem besteht in einem hohen Druckabfall und einem unvollkommenen Gegenstrom.
Die parallele Konfiguration mit Gegenstromkanälen wird für hohe Durchflussraten bei moderaten Temperaturabfällen verwendet und ist die am häufigsten verwendete.
Wenn es einen großen Unterschied zwischen den Durchflussraten (oder zwischen dem maximal zulässigen Druckabfall) der beiden Flüssigkeiten gibt, kann der Wärmetauscher zweimal durch das Fluid mit einem geringeren Fluss (oder höheren Verlusten) laufen, um die Werte von Druckabfällen oder spezifischen Durchflussraten in den Kanälen auszugleichen.
Die Abbildung zeigt die verschiedenen Konfigurationen: Parallel, in Reihe und gemischt
Eines der häufigsten Probleme bei Plattenwärmetauschern ist eine unregelmäßige Zufuhr aller Kanäle parallel. Tatsächlich neigt die Flüssigkeit dazu, sich in größeren Mengen in den ersten Kanälen zu verteilen, anstatt in den letzten, um den Druckabfall auszugleichen.
Mit zunehmender Plattenanzahl nimmt die gleichmäßige Verteilung ab, was zu einer Abnahme der Gesamtleistung des Wärmetauschers führt.
Es gibt zwei grundlegende Arten von Plattenwärmetauschern: BPHE-Gelötete Plattenwärmetauscher und PHE-Plattenwärme
Wärmetauscher.
In der PHE bilden die Platten einen Rahmen , in dem die Platten mit Überkopfstücken und Verbindungsstangen gepresst werden und die Dichtung durch Dichtungen gewährleistet ist. Dichtungen dienen neben ihrer Dichtungswirkung der Leitung des Flüssigkeitsflusses und werden entlang der Rillen an den Rändern der Platten platziert.
Die Höchsttemperaturen für die Abdichtung von Wärmetauschern liegen zwischen 80 und 200 Grad Celsius, während der Druck bis zu 25 bar betragen kann.
Dichtungen sind in verschiedenen Typen von Butyl- oder Silikonkautschuk erhältlich.
Wärmetauscher Für Gelötete Platten
Gelötete Plattenwärmetauscher haben keine Schneidköpfe, Zugstangen oder Dichtungen, da die Platten bei Temperaturen von 1100 Grad Celsius gelötet sind
Während der Montagephase wird eine Platte aus Lötmaterial (in der Regel Kupfer, aber auch Nickel) zwischen die Platten gelegt, die Packung gepresst und anschließend für einige Stunden gebacken.
Der BPHE -Wärmetauscher ist kompakter, leichter und weniger sperrig als ein Wärmetauscher mit Dichtungen.
Das Bild zeigt den Pfad, den die heiße und kalte Flüssigkeit macht.
Das Lötmaterial erfüllt sowohl die Funktion der Dichtungen als auch des Rahmens.
Diese Wärmetauscher werden im Allgemeinen mit Wellenplatten verwendet, die abwechselnd in Wellenrichtung montiert werden, um einen Gitterkontakt zu erzeugen.
Die Schnittpunkte zwischen den Wellungen zweier gekoppelter Platten bilden ein dichtes Netz von Kontaktpunkten, die die Dichtigkeit des Drucks fördern und wirbelnde Ströme induzieren, die den Wärmeaustausch verbessern.
Auf diese Weise ist die Turbulenz der Flüssigkeiten auch bei niedrigen Nenneingangsgeschwindigkeiten hoch und die Strömung geht von laminar zu turbulent für niedrige Durchflussraten über.
Die Abbildung zeigt einen Querschnitt eines Wärmetauschers mit insgesamt 8 Platten (davon 6 für den Wärmeaustausch), in dem die 3 Kanäle für den Durchgang der Kältemittelflüssigkeit (in hellblau) und die 4 für Wasser (in rot) zu sehen sind.
Es ist sofort bemerkbar, dass der Weg, den die Flüssigkeiten machen, chaotisch ist, tatsächlich variiert der Querschnitt kontinuierlich.
Der Hauptnachteil dieser Wärmetauscher ist, dass sie nicht abnehmbar sind und daher Wartung und Reinigung nicht möglich oder zumindest schwierig sind, und es gibt keine Flexibilität, da die Anzahl der Platten in keiner Weise variiert werden kann.
Die Oberfläche der Platten ist gewellt, um die Turbulenz des Fluids während des Flusses in die Kanäle zu erhöhen.
Die Abbildung zeigt die wichtigsten geometrischen Parameter der Wellung:
Wellpappenabstand p; Wellpappenhöhe b und Winkel β im Vergleich zur Hauptrichtung des Flusses.
Die Neigung der Plattenwellungen hat einen bestimmenden Einfluss auf den thermischen Austausch und die Lastverluste. Tatsächlich erzeugt ein Paar Platten mit einem hohen β-Winkel (> 45 Grad) eine Turbulenz und somit einen hohen Wärmeaustausch mit einem höheren Druckabfall.
Ein kleinerer Winkel (β <45) führt zu einem geringeren Turbulenzstrom und geringeren Wärmeaustauschkoeffizienten, aber auch zu geringeren Druckabfällen.
Die Suche nach einem kompromittierenden β-Winkel zwischen hohen Wechselkoeffizienten und akzeptablen Lastverlusten ist daher unerlässlich.
Die Wellenneighöhe b hat einen wichtigen Einfluss auf die Austauschkoeffizienten, da eine größere Tiefe zu größeren Turbulenzen führt.
Diese beiden Bilder unten zeigen eine Onda Fallstudie des Flusses innerhalb des Kanals eines Löt-Platte Wärmetauschers, können Sie sehen, wie der Fluss innerhalb des Kanals in und aus dem BPHE
Der tatsächliche Bereich ist schwer zu berechnen, so dass, um verschiedene Austauscher zu vergleichen, wird auf den projizierten Bereich verwiesen.
Es sollte beachtet werden, dass Wärmetauscher mit der gleichen projizierten Fläche (dh Platten der gleichen Größe) unterschiedliche effektive Bereiche je nach dem Wert der Flächenvergrößerung Faktor φ haben können.
Das Verhältnis zwischen der Plattenlänge L und der Plattenbreite W wirkt sich ebenfalls auf die Leistung aus, jedoch in geringerem Maße als andere Variablen. Im Allgemeinen führt ein hohes Verhältnis zwischen Plattenlänge und -Breite zu hohen Wechselraten, aber höheren Lastverlusten.
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Die Haupteigenschaften dieser Arten von Wärmetauschern sind:
- schnelles und einfaches Demontieren für Reinigungs- und Kontrollarbeiten
- Anpassung an variable Betriebsbedingungen durch Hinzufügen oder Entfernen Heizplatten zur Modifizierung des installierten thermischen Durchflusses
- eventuelle Flüssigkeitslecks aufgrund von nicht-perfekter Abdichtung des Dichtungen verunreinigen die andere Flüssigkeit nicht, sondern sind gerichtet Entfernt
- Materialien, die schlecht an das Löten angepasst sind, wie Titan, können verwendet werden
- die Dichtungen begrenzen den maximalen Druck und die Temperatur
- potenziell hohe Kosten durch die Konstruktion von Formen, Pressen und den gesamten Produktionsprozess
- hohe Kosten für die Dichtungen
Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Kühlleistung eines Plattenwärmetauschers zu variieren:
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