A lemezes hőcserélő olyan berendezés, amelyben a hőt a forró hűtőközegből a hideg (fűtött) közegbe acél, réz, grafit, titán hullámlemezeken keresztül adják át, amelyeket csomagba húznak. A meleg és a hideg rétegek egymásba fonódnak.
Az első, közel modern lemezes hőcserélőt Dr. Richard Seligman, az Aluminium Plant & Vessel Company Limited alapítója találta fel 1923-ban. Más források szerint a svéd Gustaf de Laval cég , amely 1938-ban piacra dobta a pasztőröző berendezés első modelljét, volt az első modern lemezes hőcserélő megalkotója .
A hőcserélőnek ez a kialakítása biztosítja a hőcserélő felület hatékony elrendezését, és ennek megfelelően magának a készüléknek a kis méreteit. A csomagban minden lemez egyforma, csak egymás után 180°-kal elfordulnak, ezért a lemezcsomag összehúzásakor csatornák alakulnak ki, amelyeken keresztül a hőátadásban részt vevő folyadékok áramlanak . A lemezek ilyen beépítése biztosítja a meleg és hideg csatornák váltakozását.
A hőcserélő fő eleme a korrózióálló ötvözetekből készült hőátadó lemezek, amelyek vastagsága 0,4-1,0 mm hidegsajtolás útján. Munkahelyzetben a lemezek szorosan egymáshoz vannak nyomva, és réses csatornákat képeznek. Minden lemez elülső oldalán speciális hornyokba van beépítve egy gumi kontúrtömítés, amely biztosítja a csatornák tömítettségét. A lemezen lévő négy lyuk közül kettő biztosítja a fűtő- vagy fűtött közeg betáplálását és elvezetését a csatornába. A másik két furat kis tömítésekkel van szigetelve, amely megakadályozza a fűtő- és fűtőközeg keveredését (túlfolyását). A vízelvezető hornyok megakadályozzák a közeg keveredését a tömítés egyik kis kontúrjának megszakadása esetén.
A folyadék térbeli kanyargós áramlása a csatornákban hozzájárul az áramlások turbulenciájához, a fűtött és a fűtőközeg közötti ellenáram pedig a hőmérséklet-különbség növekedéséhez, és ennek eredményeként a hőátadás felerősödéséhez viszonylag alacsony hidraulikus ellenállás mellett. Ez jelentősen csökkenti a vízkő lerakódását a lemezek felületén.
A közeg áramlási sebességének nagy különbsége, valamint a közeg végső hőmérsékletének kis különbsége esetén lehetőség nyílik a közegek többszörös hőcseréjére az áramlásuk hurokszerű iránya révén. Az ilyen hőcserélőkben a közeget ellátó elágazó csövek nemcsak a rögzített lemezen, hanem a nyomólapon is találhatók, és a közeg a terelőlemezek mentén egy irányban mozog.
A lemezes hőcserélők tervezésének egyik legfontosabb eleme a tömítés. A hőcserélő tömítései elszigetelik és irányítják a szomszédos folyadékáramot, és megakadályozzák a szivárgást. Az elemek tömör gumi tömítés, és speciális hornyokba vannak rögzítve a lemez kontúrja mentén.
A tömítések lemezekhez való rögzítésének rendszerét ragasztott és ragasztómentesen is alkalmazzák, speciális zárak segítségével. A tömítések gyártásához 4 féle szabványos anyagot (NBR, EPDM, Viton I, Viton S) használnak, emellett számos, kifejezetten nem szabványos alkalmazásokhoz tervezett anyagot használnak.
A tömítések leggyakoribb típusai a következők:
- 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 GYŰRŰ TÖMÍTÉS (MA30W-FKMS-CLIP-gyűrű)
GL-85 NBR (NITRIL)
ET004C NBR (NITRIL).
A megfelelő anyag kiválasztása jelentősen befolyásolja a tömítések élettartamát. De vannak más tényezők is, amelyektől a tömítések alkalmassága függ: hőmérsékleti viszonyok, nyomásesések, a környezet agresszivitása, természetes öregedés. Megállapítást nyert, hogy a megengedettnél alacsonyabb mutatókkal rendelkező hőmérséklet meghosszabbítja az élettartamot.
A hőátadás során a folyadékok egymás felé haladnak (ellenáramban). Azokon a helyeken, ahol folyhatnak, vagy acéllemez, vagy dupla gumitömítés van , ami gyakorlatilag kiküszöböli a folyadékok keveredését.
A lemezek hullámosításának típusa és a keretbe beépített számuk a lemezes hőcserélő működési követelményeitől függ . A lemezek anyaga az olcsó rozsdamentes acéltól a különféle egzotikus ötvözetekig változhat, amelyek képesek agresszív folyadékokkal dolgozni .
A tömítések anyaga is különbözik a lemezes hőcserélők használati körülményeitől függően . Általában különféle természetes vagy szintetikus gumi alapú polimereket használnak .
A lemezes hőcserélők a következő típusúak:
Az összecsukható lemezes hőcserélőkre a következő paraméterek jellemzőek:
A működési séma szerint a hőcserélők két típusra oszthatók:
Az egyjáratú hőcserélőt úgy tervezték, hogy minden közeg egyszer áramlik át a réscsatornákon.
Ezt követően a folyadék a gyűjtőcsonkba kerül, majd onnan a csővezetékbe.
Ezzel a kialakítással az összes csatlakozó cső a készülék egyik oldalán található - egy rögzített lemezen. A mozgatható lemez tetszés szerint mozgatható, így semmi sem akadályozza meg a hőcserélő szétszerelését karbantartás és javítás céljából.
A többutas kört olyan esetekben használják, amikor egy áthaladás után sok hő marad a fűtőközegben.
Ez a következő esetekben figyelhető meg:
A többjáratú lemezes hőcserélő kazettájához olyan lemezek kerülnek, amelyeknek az egyik oldalán csak két port található. Emiatt minden közeg kétszer vagy többször áramlik át a csatornákon, így a felmelegített közeg sokkal több hőt vesz fel a fűtőközegből, mint az egyáteresztő rendszernél.
A hőcsere során a folyadékok egymás felé haladnak. Egy speciális acél elem vagy egy kiegészítő gumitömítés jelenléte segít megakadályozni a folyadékok keveredését azokon a helyeken, ahol fennáll a szivárgás lehetősége.
Attól függően, hogy egy adott hőcserélőt milyen körülmények között terveznek üzemeltetni, a lemezek száma, valamint felületük megmunkálásának módja eltérő lehet. Ez vonatkozik a használt fogyóeszközökre is.
Tehát a gyártók nem csak megfizethető rozsdamentes acéltermékeket kínálnak, hanem modern ötvözetekből készült modelleket is, amelyek ellenállnak az agresszív környezetnek való tartós kitettségnek.