Výměníky tepla - deskové a spirálové
Výměníky tepla jsou zařízení, která zprostředkují výměnu tepla mezi teplonosnými médii (plyn, kapalina). Dělí se na výměníky povrchové, kontaktní a směšovací. Mezi výměníky tepla patří parní generátor, výparník apod.
Výměníky tepla se dělí podle způsobu vydávání tepla
- Povrchové, resp. rekuperátorové (rekuperátory) - k výměně tepla dochází prostřednictvím teplosměnné plochy,
- kontaktní, příp. regenerátorové (regenátory) - k výměně tepla dochází na ploše vytvořené například i hladinou kapaliny,
- směšovací (ejektory a směšovací čerpadla) - dochází k promíchání kapalin.
Povrchové výmění tepla
V povrchových výměnících tepla nedochází ke kontaktu teplonosných médií, které jsou navzájem odděleny pevnou teplosměnnou plochou. Tyto teplovodní látky mají různé provozní tlaky a způsob napojení výměníků je charakterizován jako tlakově nezávislý. Provozní tlak na primární straně je obvykle vyšší než na sekundární. V současnosti se tyto typy nejčastěji instalují do předávacích stanic tepla. V regenerátorových výměnících tepla obtékají teplonosné látky střídavě teplosměnnou plochu, která má velkou akumulační schopnost. V první fázi teplonosné médium obtéká teplosměnnou plochu a zahřívá ji, v další fázi obtéká teplonosnou plochu sekundární médium a odebírá z ní teplo. Tento způsob předávání tepla je charakteristický pro výměnu tepla ve větracích a klimatizačních zařízeních. Ve směšovacích zařízeních chybí teplosměnná plocha, což znamená, že se teplonosné látky mísí. Tento způsob předávání je charakteristický pro tlakově závislé předávací stanice tepla.Teplonosné látky po smíchání nelze od sebe rozdělit a zároveň dochází k přenosu tlakových poměrů z jedné tepelné sítě do druhé.
Rozdělení výměníků
Podle provedení můžeme výměníky rozdělit na klasické trubkové, deskové a spirálové. Klasické trubkové výměníky tepla obvykle tvoří válcovitý plášť, ve kterém je umístěna topná vložka složená ze svazku vhodně tvarovaných trubek. Ohřevnou vložku vlastně tvoří teplosměnné plochy, přičemž jedna teplonosná látka proudí vnitřním prostorem trubek a druhá teplonosná látka proudí kolem jejich venkovního prostoru. Používají se převážně na přípravu teplonosné látky pro soustavy ústředního vytápění a na přípravu ohřáté vody. Při umísťování těchto výměníků tepla jsou poměrně vysoké nároky na prostor a dispoziční řešení technické místnosti, aby se zajistila jednoduchá demontáž a údržba teplosměnných ploch.
Deskové výměníky tepla
Deskové výměníky tepla jsou složeny ze speciálních desek z velmi kvalitní tvarované oceli. Sousedící desky vytvářejí kanál, ve kterém se vede střídavě teplé a studené médium přes svazek desek. Běžně používané jednocestné deskové výměníky tepla využívají 100-procentní protiproud obou médií. Všechny otvory jsou umístěny v pevné desce rámu a umožňují snadnější instalaci. V případě, že teplotní rozdíly teplonosných látek jsou malé, je výhodnější použít vícecestný deskový výměník tepla. Počet desek ve výměníku tepla závisí na požadovaném výkonu. Uvnitř balíku desek mají desky v opěrných bodech kovové spoje. Skupina desek se skládá buď pouze z jednoho typu profilu nebo z kombinace několika profilů. Pokud se použije pouze jeden druh profilu, každá druhá deska je otočena o 180 ° C. Takto formované průtokové kanály mezi deskami vytvářejí mnoho opěrných bodů. Dvoustěnný výměník tepla nabízí zvýšenou bezpečnost provozu díky použití dvou lisovaných desek, které jsou spolu svařeny ve vstupních a výstupních dírách. Mezi každým párem desek je prosakující mezera. I v případě poškození desky korozí se média nemohou promíchat, protože uniklá kapalina by vytekla mezi spojenými deskami do okolního prostředí, kde je viditelná. Ve speciálních případech, kde deskové výměníky tepla dosahují obvykle své limity, může být použit výměník tepla s širokými mezerami mezi deskami (mohou dosahovat šířku až 12 mm). Takové deskové výměníky umožňují bezproblémový přenos tepla a jsou řešením pro teplonosné média, která například mohou obsahovat pevné látky, krystaly, drť nebo viskózní produkty. Deskové výměníky tepla poskytují vysoký stupeň tepelného přenosu díky turbulenci způsobené tvarem desek. Speciální uspořádání těsnění v deskách zamezuje jakémukoli smíchání. V oblasti otvoru jsou obě média odděleny dvojitým těsněním. Používají se na přípravu teplonosné látky a ohřáté vody. Při umísťování nejsou velké požadavky na dispoziční řešení a navíc se dají umístit i do malých prostor. Deskové rekuperátorové výměníky jsou samostatná vzduchotechnická zařízení. Výměníky lze zařadit do potrubní sítě nebo doplnit ventilátory a nezbytnými i spojovacími potrubními díly. Speciálním druhem jsou lamelové výměníky, které se vyrábějí na bázi měděných trubek a hliníkových lamel. Maximální velikost jednoho lamelového bloku může být přibližně 3,5 × 4 m. Každý výměník tepla určený do vzduchotechnického systému se testuje na těsnost suchým vzduchem na 34 barů, aby se vyloučilo riziko možných netěsností.
Spirálové výměníky tepla
Spirálové regenerační výměníky tepla patří s ohledem ke své konstrukci a způsob provozu mezi zařízení s největší účinností. Jejich název je odvozen od tvaru teplosměnné plochy, kterou tvoří trubky ohnuté do tvaru spirály. Jsou z kvalitní oceli nebo mědi. Vnější povrch trubek je upraven tak, aby se zvětšila teplosměnná plocha. Ve vzduchotechnice se používají především jako součást sestavy do jednotek pro přívod a odvod větracího vzduchu, lze je použít i jako samostatné díly.
Důležitá je kvalita
Výměník tepla musí být vyroben z materiálu, který mě minimálně tak dlouhou životnost jako ostatní komponenty topné nebo vzduchotechnické soustavy (nejméně 30 let). U výměníků se doporučuje použít těsnění, které se nemusí lepit. Optimální uložení těsnění v jeho žlábku a upevnění pomocí vylisovaných zoubků ve žlábku má vysokou odolnost proti tlaku a umožňuje rychlou a snadnou výměnu těsnění. Rozebíratelné výměníky šetří náklady díky svým vysokým výkonům, nízkým investicím, kompaktní instalaci a snadné údržbě. Porušení upozorní prosakující mezery.
Základní díly deskových výměníků tepla
- Složení a počet desek výměníku závisí od požadovaného tepelného přenosu,
- těsnění desek zaručuje, že průtokové kanály jsou vzájemně bezpečně utěsněny a určuje směr toku ve výměníku,
- rám obsahující soubor desek je přitažen stahovacími šrouby,
- příruby pro primární a sekundární okruh média jsou obvykle součástí pevného rámu výměníku tepla.
