HİCSERÉLİK
A hıcserélı olyan berendezés, amelyben egy áramló közeg hıt ad át egy másik áramló közegnek. A hıátvitel rendszerint hıvezetésbıl és konvekcióból álló összetett folyamat. A hıcserélı teljesítménye szempontjából meghatározó szerepe a konvekciónak van, amely az esetek többségében turbulens konvekció.
Hıcserélık csoportosítása
Hımérsékletváltozás a hıcserélıkben
Hıátvitel differenciális felületre:
dQ = k dA t − t 2 1
(1)
Q = k A ∆t
A Q = ∫ k dA t − t 2 1 A=0
köz
Hıcserélık hımérlege:
⋅ Q = m c t − t 1 1 1e 1v ⋅ Q = m c t − t 2 2 2v 2e
ahol
⋅ W =m c 1 1 1
⋅ W =m c 2 2 2
⋅ ⋅ m c t − t = m c t − t 1 1 1e 1v 2 2 2v 2e
⋅ t −t m c 1e 1v = 2 2 ⋅ t −t m c 2v 2e 1 1
dQ = −W dt 1 1
∆t W 1= 2 ∆t W 1 2
dQ = +W dt 2 2
(2)
(3)
Egyenáramú hıcserélı felülete mentén kialakuló hımérsékletváltozást a következı függvény írja le: (1) és (2) -bıl
(1) és (3) -ból
dQ = −W dt = k t − t dA 1 1 1 2
(4)
dQ = +W dt = k t − t dA (5) 2 2 1 2
d t − t = − 1 + 1 t − t k dA 2 1 2 1 W W 1 2
(6)
legyen t1-t2=∆
ϑ és (1/W1 -1/W2)=β így
d∆ϑ = − β kdA ∆ϑ d∆ϑ = A− β kdA ∫ ∆ϑ ∫ A=0
ln ∆ϑ = − β kA ∆ϑ 0 ∆ϑ = ∆ϑ e − β kA 0
(7)
(8)
(9/a) (9/b)
ahol ∆ ϑ o=t1e-t2e egyenáramú hıcserélı esetén, ∆ ϑ pedig az 1-es és 2-es közeg hımérséklet különbségének megváltozása.
Logaritmikus közepes hıfokkülönbség
ln ∆ϑ = − β kA ∆ϑ 0 ∆ϑ = ∆ϑ e − β kA 0 A 1 ∆t = ∆ϑ dA köz A ∫ 0
∆ϑ A 0 e − β kA dA ∆t = ∫ köz A 0
∆ϑ − β kA ∆t = − 0 e − 1 köz β kA
(9/a)
(9/b)
(10)
(11)
(12)
∆t
köz
=
- ∆ϑ 0
∆ϑ − 1 ∆ϑ 0 - ln ∆ϑ ∆ϑ 0
∆ϑ − ∆ϑ = 0 ∆t köz ∆ϑ ln 0 ∆ϑ
∆ϑn − ∆ϑ k ∆t = köz ∆ϑn ln ∆ϑ k
Q = k A ∆t
köz
(13)
(14)
(15)
(16)
∆t
köz
=
∆ ϑ n + ∆ ϑk
∆ϑk 〉 0,5 ∆ϑn
2
A Bosnjakovic-féle Φ tényezı A Φ tényezı a hıcserélı hatásosságát jellemzı tényezı, amely a kisebb vízértékáramú közeg hımérsékletének megváltozása és a közegek belépı hıfok különbségeinek hányadosa. Mivel Φ=f(W1/W2; kA/W1), így különösen alkalmas arra, hogy a hıcserélık változó hımérsékleti viszonyok közötti viselkedését meghatározzuk, adott hıcserélı „jósági fokát”, azaz milyen hımérséklet érhetı el egy meglévı berendezésben.
Ha W1< W2 akkor
t −t φ = 1e 1v t −t 1e 2e
Egyenáramú
Ellenáramú
Hıcserélık kialakítása
Építıelemes hıcserélı
Az építıelemes hegesztett kivitelben készültek, köpenye acél forrcsı, mind két végén csıfallal van lezárva. A csıfalak egyben csatlakozó peremek is. A csıfalakban vannak behegesztve a hıátadó felületet adó acél főtıcsövek. A csıfalakhoz az excentrikusan csatlakozó kúpok peremekkel illeszkednek. A köpeny egyik végén felül, másik végén alul karimás csatlakozó csonk van. Max túlnyomás 16 bar, max hımérséklet 180 oC. Ezeket a berendezéseket elsısorban főtési rendszerben alkalmazták, amelyeknél primer közeg forróvíz, vagy gız, szekunder közeg melegvíz volt.
SKRX-hıcserélı
A másik kedvelt Főtıber gyártmány volt az 1980-as évek elején megjelent, úgynevezett SKR-X típusú hıcserélı, amely alkalmas volt használati melegvíz elıállítására is. Ezek a berendezések víz-víz hıcserélık voltak. Leglényegesebb eleme a különleges mintázatú rozsdamentes acélcsıbıl készült csıspirál köteg. A csıspirálok alul felül egy-egy rozsdamentes acélból készült elosztóba csatlakoznak. A főtött közegnek az alsó elosztóba való bevezetésére, ill. a felsı elosztóba történı kivezetésére azonos mérető rozsdamentes acél karimás csonkok szolgálnak. A csıspirálköteg szénacélból készült magcsı és a köpeny közötti hengeres köpenytérben helyezkedik el. A főtıvíz ezen a köpenytéren keresztül a csıköteg körül áramlik. A főtıvíz ki és belépése szénacélból készült csonkokon keresztül történik. A max nyomás 16 bar, a maximális főtıközeg hımérséklet 150 oC. A készülék hátránya meghibásodása esetén javítása nehézkes.
SKRX - hıcserélı
SPIREC
A felcsavart lap hıcserélı, az úgynevezett FÉG-Spirec típusú ma is alkalmazott kis helyigényő hıcserélı. A berendezés korrúziálló 0,8 mm vtg polírozott, domborításokkal ellátott lemezbıl készül, amelyet összehajtanak, majd az így kialakult lemezt spirálisan feltekercselik a főtött víz bevezetésére szolgáló magcsıre. A hıcserélı felületet szénacél köpenycsıbe helyezik. A hıcserélı keresztirányú, max üzemi nyomás 16 bar, maximális közeghımérséklet 150 oC.
FÉG- Spirec
FÉG-Spirec
Lemezes hıcserélık megjelenése gyökeresen megváltoztatták hıközpontjaink kialakítását. A speciális felületi kialakítású lemezek csatornáiban turbulens áramlás biztosított. A lemezek készülnek rozsdamentes acélból, nikkel-ötvözetekbıl és titán-palládium ötvözetbıl. A lemezek között tömítést helyeznek el, amelyeknek anyaga lehet nitril NBR, EPDM és a fluór tartalmú gumi FPM. A lemezes hıcserélık 25 bar üzemi nyomás és 160 oC üzemi hımérséklet alatt alkalmazható. VITON lemezanyag, VITON tömítıanyag esetén 30 bar üzemi nyomás és 185 oC hımérséklet is megengedett. Készülnek forrasztott és csavaros kivitelben. A tömített csavaros kivitel esetében a hıcserélı szétszedhetı, könnyen tisztítható, javítható.
Lemezes hıcserélı
A forrasztott hıcserélık profilirozott, saválló, rozsdamentes lemezekbıl állnak, amelyekben a lemezek száma elérheti a 200-at is. Minden második lapot az elızıhöz képest 180 fokkal elforgatják és ezáltal és a profilirozás miatt a csatlakozási pontok sokasága alakult ki. Az egymáshoz kapcsolódó forrasztási helyekkel alakul ki a kompakt, nyomásálló hıcserélı, amelyben a felhasznált összes anyag mint hıcserélı-felület mőködik. A kompakt forrasztott lemezes hıcserélıt mindig álló helyzetben kell beépíteni, a biztos kilégtelenedés és teljes leürítés biztosítása miatt. A hıcserélı kemény forrasztással, rézzel forrasztva készül és réz az amóniával szemben nem ellenálló, gız közeg ezért nem tartalmazhat amóniát. Tisztítása tisztító folyadékkal történik.
Lemezes hıcserélı
