Deskový výměník tepla je zařízení, ve kterém se teplo přenáší z horkého chladiva do studeného (ohřátého) média přes ocelové, měděné, grafitové, titanové vlnité desky, které jsou vtaženy do obalu. Horké a studené vrstvy se vzájemně prolínají.
První téměř moderní deskový výměník tepla vynalezl Dr. Richard Seligman, zakladatel společnosti Aluminium Plant & Vessel Company Limited v roce 1923. Podle jiných zdrojů byla tvůrcem prvního moderního deskového výměníku tepla švédská společnost Gustaf de Laval , která v roce 1938 uvedla na trh první model pasterizačního zařízení .
Tato konstrukce tepelného výměníku poskytuje účinné uspořádání teplosměnné plochy a v souladu s tím i malé rozměry samotného zařízení. Všechny desky v balení jsou stejné, pouze jsou po sobě pootočeny o 180°, proto se při smršťování balíku desek vytvoří kanály, kterými proudí kapaliny podílející se na přenosu tepla . Tato instalace desek zajišťuje střídání horkých a studených kanálů.
Hlavním prvkem výměníku jsou teplosměnné desky vyrobené z korozivzdorných slitin o tloušťce 0,4-1,0 mm lisováním za studena. V pracovní poloze jsou desky pevně přitlačeny k sobě a tvoří štěrbinové kanály. Na přední straně každé desky je ve speciálních drážkách instalováno pryžové těsnění, které zajišťuje těsnost kanálů. Dva ze čtyř otvorů v desce zajišťují přívod a odvod topného nebo ohřívaného média do kanálu. Další dva otvory jsou navíc izolovány malými obrysy těsnění zabraňujícími mísení (přetečení) topného a ohřívaného média. Pro zabránění promíchání média v případě porušení jednoho z malých obrysů těsnění jsou k dispozici drenážní drážky.
Prostorové klikaté proudění kapaliny v kanálech přispívá k turbulenci proudění a protiproud mezi ohřívaným a topným médiem přispívá ke zvýšení teplotního rozdílu a v důsledku toho k zesílení přenosu tepla při relativně malých hydraulických odporech. To prudce snižuje usazování vodního kamene na povrchu desek.
Při velkém rozdílu průtoku médií, jakož i při malém rozdílu konečných teplot médií existuje možnost mnohonásobné výměny tepla médií pomocí smyčkovitého směru jejich proudů. U takových výměníků tepla jsou odbočné trubky pro přívod média umístěny nejen na pevné desce, ale také na přítlačné desce a média se pohybují podél usměrňovačů v jednom směru.
Těsnění jsou jedním z nejdůležitějších prvků v konstrukci deskových výměníků tepla. Těsnění ve výměníku tepla izolují a usměrňují sousední proudy tekutiny a zabraňují úniku. Prvky jsou pevné pryžové těsnění a jsou upevněny ve speciálních drážkách podél obrysu desky.
Systém uchycení těsnění na desky se používá jak lepený, tak bezlepový pomocí speciálních zámků. Pro výrobu těsnění se používají 4 druhy standardních materiálů (NBR, EPDM, Viton I, Viton S), navíc řada materiálů určených přímo pro nestandardní aplikace.
Nejběžnější typy těsnění jsou:
- 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 KROUŽKOVÉ TĚSNĚNÍ (MA30W-FKMS-CLIP-kroužek)
GL-85 NBR (NITRIL)
ET004C NBR (NITRIL).
Výběr správného materiálu výrazně ovlivňuje životnost těsnění. Jsou ale i další faktory, na kterých vhodnost těsnění závisí: teplotní podmínky, tlakové ztráty, agresivita prostředí, přirozené stárnutí. Bylo zjištěno, že teplota s indikátory nižšími, než je maximální přípustná hodnota, prodlužuje životnost.
V procesu přenosu tepla se kapaliny pohybují k sobě (v protiproudu). V místech, kde mohou zatékat, je buď ocelová deska, nebo dvojité pryžové těsnění, které prakticky eliminuje míšení kapalin.
Typ zvlnění desek a jejich počet instalovaných v rámu závisí na provozních požadavcích na deskový výměník tepla . Materiál, ze kterého jsou desky vyrobeny, se může lišit od levné nerezové oceli až po různé exotické slitiny schopné pracovat s agresivními kapalinami .
Materiály těsnění se také liší v závislosti na podmínkách použití deskových výměníků tepla . Běžně se používají různé polymery na bázi přírodního nebo syntetického kaučuku .
Deskové výměníky tepla jsou následujících typů:
Pro skládací deskové výměníky tepla jsou charakteristické následující parametry:
Podle schématu provozu jsou výměníky tepla rozděleny do dvou typů:
Jednoprůchodový výměník tepla je navržen tak, aby každé médium proteklo štěrbinovými kanály jednou.
Poté kapalina vstupuje do sběrného potrubí a odtud do potrubí.
U této konstrukce jsou všechny spojovací trubky umístěny na jedné straně zařízení - na pevné desce. Pohyblivou desku lze libovolně posouvat, takže vám nic nebrání výměník rozebrat kvůli údržbě a opravě.
Víceprůchodový obvod se používá v případech, kdy po jednom průchodu zůstává v topném médiu hodně tepla.
To je pozorováno v následujících případech:
Desky s pouze dvěma porty umístěnými na jedné straně jsou přidány do kazety víceprůchodového deskového výměníku tepla. Díky tomu každé médium protéká kanály dvakrát nebo vícekrát, takže ohřáté médium absorbuje mnohem více tepla z topného média než u jednoprůchodového schématu.
Při výměně tepla dochází k pohybu tekutin směrem k sobě. Přítomnost speciálního prvku vyrobeného z oceli nebo přídavného pryžového těsnění pomáhá zabránit smíchání kapalin v místech, kde existuje možnost úniku.
V závislosti na podmínkách, za kterých se plánuje provoz konkrétního výměníku tepla, se může počet desek, stejně jako způsob zpracování jejich povrchu, lišit. To platí i pro použitý spotřební materiál.
Výrobci tedy nabízejí nejen cenově dostupné výrobky z nerezové oceli, ale také modely vyrobené z moderních slitin, které jsou odolné vůči dlouhodobému vystavení agresivnímu prostředí.