Deskový a rámový výměník tepla: Co, Jak, Typy, Práce, Dimenzování, Čištění, Aplikace

V průmyslové oblasti se v různých oblastech používá „deskový a rámový výměník tepla“. Uvnitř deskového a rámového výměníku se teplota a přenos tepla vždy přenáší z vyšší do nižší.

V průmyslové oblasti se výměníky tepla používají ve velkém množství, mezi nimi deskový a rámový výměník tepla je jedním z nich. Deskový a rámový výměník tepla se používá jako kovová deska, kterou lze přenášet teplo mezi přítomnými dvěma tekutinami. Nese rám a je upnut mezi kladičkou a hlavou.

Co je deskový a rámový výměník tepla?

Deskový a rámový výměník tepla je zařízení, které je nejvhodnějším výměníkem tepla pro výměnu tlaku z nízkého tlaku na středotlaký pomocí média tlakových kapalin. Používá se ve volném chlazení, kotlích.

Deskový a rámový výměník tepla je zařízení, které se používá v řadě kovových desek, kde teplo volně přenáší jednu tekutinu do druhé. Desky deskového a rámového výměníku jsou umístěny přes sebe, takže by mohly vytvořit sekvenční kanál, aby se v něm mohla pohybovat tlaková kapalina.

Deskový a rámový výměník tepla
Deskový a rámový výměník tepla Image Credit – Wikimedia Commons
Samostatná deska deskového a rámového výměníku tepla
Samostatná deska desky a rámu výměník tepla
Image Credit - Wikipedia

Jak funguje deskový a rámový výměník tepla?

Deskový a rámový výměník tepla je zařízení, které je široce používáno v malých svařovaných konstrukcích. Hlavní výhodou deskového a rámového výměníku tepla je, že tlaková kapalina se snadno rozvádí po kovových deskách.

Těsnící desky deskového a rámového výměníku tepla snižují teplo povrchem výměníku a pomáhají oddělovat médium od horkého od média studeného. Z tohoto důvodu kapalina, plyn s nižší teplotou a kapalina, plyn s vyšší teplotou spotřebují minimální úroveň energie.

Princip fungování deskového a rámového výměníku tepla je hluboce odvozen v části níže,

Na začátku procesu více desek je naskládáno dohromady.

Uvnitř deskového a rámového výměníku je použito těsnění, což umožňuje zabránit kapaliny, které vstupují ze střídajících se desek. Těsnění lze snadno pohybovat doleva nebo doprava pro vytvoření bloku. V každém kanálku desek budou určitě proudit dvě tekutiny. Otvory těsnících desek v deskovém a rámovém výměníku tepla se tímto způsobem vyrovnávají od a potrubí jako kanál, odkud může proudit tekutina.

Pokud projdeme těsnicími deskami deskového a rámového výměníku tepla, můžeme pozorovat, že strana těsnící desky alternátorů je blokovaná.

Pokud chladicí kapalina může procházet deskovým a rámovým výměníkem tepla, pak kapalina vstupuje z levého horního vstupu.

Po vstupu do chladicí kapaliny může proudí skrz desku 2, desku 4 a desku 6. Poté chladicí kapalina opustila vysokou teplotu a vytékala z ní levá strana dole venku.

V dalším kroku vysokoteplotní kapalina vstupuje přes pravou stranu spodního vstupu, než může proudí skrz desku 1, desku 3 a desku 5. Poté horká tekutina vytéká z pravého horního vývodu.

Těsnění deskového a rámového výměníku tepla umožňuje proudění tekutiny uvnitř konkrétního kanálu.

V tomto procesu desky, které obsahovaly kanály, z nichž jsou tekutiny proudí s různou teplotou a vždy má tendenci proudit tekutinu z horké teploty do nízké teploty.  

Kapalina s vyšší teplotou přenáší malé množství tepelné energie do kapaliny s nižší teplotou. Rozdílný typ dvou tekutin nikdy nekombinuje k sobě navzájem a oni nikdy se nesetkat k sobě právě kvůli oddělení se provádí stěnou kovové desky. Z tohoto důvodu se kapalina s nižší teplotou zahřívala a kapalina s nižší teplotou chladla. Množství výměny tepla v deskovém a rámovém výměníku tepla je jednoduchého typu.

Vždy bychom měli zajistit, ochranná pouzdra je třeba připevnit pomocí stahovacích tyčí přes závity. Izolace by měla být udržována více tepelně energie.

Proudění tekutiny je protiproud.

Princip činnosti protiproudu je nejúčinnější pouze z důvodu logaritmického středního rozdílu teplot. Logaritmický průměr teplotního rozdílu (LMTD) je největší.

Typy deskových a rámových výměníků tepla:

Deskový a rámový výměník tepla lze rozdělit do čtyř kategorií. Oni jsou,

  1. Pájený deskový a rámový výměník tepla
  2. Utěsněný deskový a rámový výměník tepla
  3. Svařovaný deskový a rámový výměník tepla
  4. Polosvařovaný deskový a rámový výměník tepla

Popis klasifikace typů deskových a rámových výměníků tepla je uveden níže,

Pájený deskový a rámový výměník tepla:

Konstrukce pájeného deskového a rámového výměníku tepla nese jak těsnění, tak rám. Pájené deskové a rámové výměníky tepla se používají hlavně pro malé aplikace, ale nyní se běžně používají pájené deskové a rámové výměníky tepla široce pro velké aplikace. Používá se především v chladicím a automobilovém sektoru.

V pájených deskových a rámových výměnících tepla K výrobě jejích desek se používá pájení z nerezové oceli a mědi z tohoto důvodu má vysokou odolnost proti korozi. Tyto pájené deskové a rámové výměníky tepla jsou velmi lehké a efektivní z tohoto důvodu tento typ výměníku tepla je ekonomický.

Pájená deska a rámový výměník tepla obsahují tenké kovové desky k izolaci tlakové kapaliny, ale všechny kovové lopatky dohromady zajišťují úplné utěsnění. Těsnění tohoto výměníku tepla je vytvořeno pomocí polohování a pájení kovových desek, kterými bude tekutina proudit. Obsahuje jak vysoký tlak, tak vyšší teplotu.

Výhody použití pájených deskových a rámových výměníků tepla jsou,

  1. Používají se výměníky.
  2. Nízké náklady na údržbu.
  3. Návrh konstrukce je snadný.
  4. Tepelné ztráty jsou velmi minimální.

Utěsněný deskový a rámový výměník tepla:

V utěsněném deskovém a rámovém výměníku tepla se pro vytvoření struktury kanálu používá několik tenkých kovových plechů. Topný nebo chladicí výkon lze zvýšit nebo snížit přidáním nebo odečtením vnitřních tenkých plechů. Účel pro opravu nebo mytí lze také rozebrat. Kovy, které se používají k výrobě tenkých desek, jsou nerezová ocel, platina a měkká ocel. V utěsněné desce a rámu jsou těsnění výměníku tepla vyrobena z pryže.

V procesním inženýrství, automobilovém sektoru, HVAC pro vysoké zatížení se široce používá deskový a rámový výměník tepla s těsněním.

Přečtěte si více o SUPERHEAT HVAC: JE TO DŮLEŽITÉ KONCEPCE A 3 ČASTÉ OTÁZKY

Výhody použití utěsněných deskových a rámových výměníků tepla jsou,

  1. Nízké náklady na údržbu.
  2. Úniku lze snadno zabránit.
  3. Výměna expanzního ventilu není náročná.
  4. Čištění tenkých kovových desek není obtížné.

Svařovaný deskový a rámový výměník tepla:

Pokud jsme se podívali na strukturu svařovaného deskového a rámového výměníku tepla, pak můžeme pozorovat, že vnitřní struktura je tak podobná s utěsněným deskovým a rámovým výměníkem tepla.

Výhody použití svařovaných deskových a rámových výměníků tepla jsou,

  1. Ztráta tekutin je velmi malá.
  2. Jedná se o vysoce robustní typ.
  3. Může se v něm snadno pohybovat korozivní nebo horká kapalina.

Polosvařovaný deskový a rámový výměník tepla:

S pomocí dvou talířových párů vnitřní kovové desky jsou vyrobeny a jsou svařeny. Další páry těsnění, jeden pár je svařen pro vytvoření dráhy tekutiny a další pár je utěsněn pro vytvoření dráhy tekutiny.

Výhody použití polosvařovaných deskových a rámových výměníků tepla jsou,

  1. Ztráta tekutin je velmi malá.
  2. Stěhování těžkých materiálů není obtížné.

Schéma deskového a rámového výměníku tepla:

Schéma deskového a rámového výměníku tepla je uvedeno níže,

Deskový a rámový výměník tepla
Deskový a rámový výměník tepla diagram
Image Credit - Wikipedia

Aplikace deskových a rámových výměníků tepla:

Projekt použití deskového a rámového výměníku tepla jsou uvedeny níže,

  1. Izolace tepelného čerpadla
  2. Ohřívače vody
  3. Rekuperace odpadního tepla
  4. Volné chlazení
  5. Izolace chladicí věže

Izolace tepelného čerpadla:

Pro ochranu tepelné čerpadlo z kontaminantů v přívodu vody jsou použity grahamové deskové výměníky. Vysoký stupeň turbulence kabiny lze snadno udržovat grahamovým deskovým výměníkem, který snižuje zanášení a je vhodný pro proudění kapaliny s vyšší teplotou.

Ohřívače vody:

Nerezová ocel se používá k výrobě ohřívačů vody. Má vysokou rychlost přenosu tepla a odolnost proti korozi. V ohřívači vody se používá především grahamový deskový výměník, který je vhodný pro proudění kapaliny o vyšší teplotě.

Ohřívač vody
Ohřívač vody
Image Credit - Wikipedia Commons

Rekuperace odpadního tepla:

Odpadní teplo lze generovat pomocí chladiče, parní kondenzátor a mnoho dalších procesů se používá k výrobě tepla ze vzduchu nebo vody. Vysoká účinnost a nižší teplota pomáhá snižovat náklady na energii.

Volné chlazení:

Pro provoz volného chlazení je chladicí systém chladicího systému odstaven a pomáhá snižovat náklady na provoz zařízení. Ve volném chlazení je použit grahamový deskový výměník. Během procesu volného chlazení je vzduch předchlazen pomocí vody z chladicí věže.

Izolace chladicí věže:

Pomocí izolace chladicí věže dochází k cirkulaci chladicí vody v budovách. . V izolace chladicí věže grahamový deskový výměník se používají k minimalizaci turbulence vody.

Chladící věž
Chladící věž
Image Credit - Wikipedia Commons

Rozměry deskového a rámového výměníku:

Pro proces měření dimenzování deskového a rámového výměníku je dodrženo několik kroků. Oni jsou,

  1. Získejte data o designu
  2. Výpočet toku tepla
  3. Výpočet potřebného počtu tenkých desek
  4. Potvrďte velikost výměníku tepla

Získejte data o designu:

Na začátku pro výpočet velikosti deskového a rámového výměníku tepla Prvním krokem, který je třeba dodržet, je získat údaje o designu. Údaje, které je třeba dodržovat pro spuštění tohoto procesu, jsou uvedeny níže,

  • Vlastnosti přítomné v kapalinách.
  • Teplota pro každou kapalinu na výstupu a vstupu.
  • Tlak pro kapalinu na vstupu.
  • Přípustný pokles tlaku.

Výpočet tepelného toku:

Pokud je průtok proudící tekutiny, měrné teplo, vstupní teplota, výstupní teplota nebo je známa studená nebo horká strana, lze tepelný tok snadno vypočítat.

Pomocí vzorce, ze kterého lze vypočítat tepelný tok, je uvedeno níže,

gif

Kde,

mc = Hmotnostní průtok na straně nižší teploty v kg za sekundu

Cpc= Specifické teplo na straně nižší teploty

T2= Výstupní teplota na straně nižší teploty v Kelvinech

T1= Vstupní teplota na straně nižší teploty v Kelvinech

mh = Hmotnostní průtok na straně vyšších teplot v kg za sekundu

Cph= Měrné teplo na straně vyšší teploty

T4 = Výstupní teplota na straně vyšší teploty v Kelvinech

T3 = Vstupní teplota na straně s vyšší teplotou v Kelvinech

S pomocí Přenos tepla lze určit koeficient tepelného toku.

gif

Kde,

H = Celkový součinitel výměny tepla v kw.m2.K-1

S = Plocha výměníku tepla v metrech čtverečních

Výpočet potřebného počtu tenkých desek:

Potřebný počet tenkých desek lze určit pomocí tohoto vzorce,

N = S/s

Kde,

N = Potřebný počet tenkých desek

S = Celková plocha tepelného výměníku v metrech čtverečních

s = Velikost konkrétního jednotlivého talíře v metrech čtverečních

Potvrďte velikost výměníku tepla:

Za použití Nusseltovo číslo lze určit velikost výměníku tepla.

Kde,

Nu = Nusseltovo číslo

a = Koeficient v závislosti na zvlnění desky

Re = Reynoldsovo číslo

b = Koeficient v závislosti na zvlnění desky

Pr= Prandtl číslo

Prw = Prandtl číslo u stěny desky

Přečtěte si více o Reynoldsovo číslo: Je to 10+ Důležitá fakta

Čištění a údržba deskových a rámových výměníků tepla:

Čištění a údržba deskového a rámového výměníku tepla se provádí ve třech krocích. Jsou uvedeny níže,

  1. Naplánovaná údržba
  2. Vyčistěte na místě
  3. Ruční údržba

Naplánovaná údržba:

Běžným procesem údržby čištění a údržby deskového a rámového výměníku tepla je plánovaná údržba. V tomto procesu plánujte a pravidelně udržujte a čistíte zařízení výměníku tepla. Tyto druhy čištění a údržby vydrží minimálně šest měsíců.

Čištění na místě:

V tomto procesu pravidelně udržujte a čistěte zařízení výměníku tepla. Tento způsob čištění a údržby, u kterého se deska nemusí otevírat, pomáhá pokles nadměrného tlaku uvnitř tepla výměník.

Ruční údržba:

Při tomto procesu každoročně provádět údržbu a čištění zařízení výměníku tepla. Tento způsob čištění a údržby trvá minimálně jeden rok.