Scambiatori di calore saldobrasati ad alto coefficiente di scambio termico

1. Concetti di base sullo scambio termico.

Il calore si sposta sempre da oggetti ad alta temperatura a oggetti a bassa temperatura, e maggiore è la differenza di temperatura tra loro, maggiore è la velocità di trasferimento del calore. Quando la differenza di temperatura è zero, il trasferimento di calore si interrompe.
Esistono tre modalità fondamentali di trasferimento del calore: radiazione, conduzione e convezione.
Il calore irradiato viene trasmesso verso l'esterno sotto forma di onde elettromagnetiche.
La conduzione termica è lo scambio di calore che avviene quando gli oggetti entrano in contatto diretto. Al fine di migliorare l'effetto di trasferimento del calore dello scambiatore di calore, materiali con buona conduttività termica come il rame, alluminio, ecc. vengono spesso utilizzati. L'acciaio inossidabile ha anche buone prestazioni di trasferimento del calore.
La convezione è un processo in cui il calore viene trasferito mediante movimento relativo delle molecole dopo che il fluido stesso si è riscaldato.
Nel processo di trasferimento del calore di uno scambiatore di calore, spesso si verificano più metodi di trasferimento del calore contemporaneamente.
Poiché la quantità di trasferimento di calore per convezione è ampia e facile da controllare, è il principale metodo di trasferimento del calore negli scambiatori di calore.

Le formule di base per la conduzione del calore e il trasferimento di calore per convezione sono: Q=KA(Tg-Td)

Nella formula, Q è il trasferimento di calore, l'unità è KW
K è il coefficiente di scambio termico, l'unità è W/m2°C
A è l'area di scambio termico dello scambiatore di calore
Tg è la temperatura sul lato ad alta temperatura
Td è la temperatura sul lato a bassa temperatura

La differenza di temperatura tra le alte e le basse temperature cambia effettivamente, quindi in pratica per calcolarla viene utilizzata la differenza di temperatura media logaritmica Δt.

2. Tipo di scambiatore di calore.

Esistono molti metodi di classificazione, ma il metodo di classificazione più importante è la classificazione per forma strutturale:

1. Scambiatore di calore a fascio tubiero: Questo è lo scambiatore di calore più antico, ma è anche lo scambiatore di calore più affidabile e pratico.

Come mostrato nella figura seguente, si tratta di un evaporatore a secco con tubo a forma di U spesso utilizzato nei sistemi di refrigerazione. Il refrigerante scorre all'interno del tubo e dell'acqua (refrigerante secondario) scorre fuori dal tubo.

Il refrigerante liquido entra dalla parte inferiore del coperchio terminale sinistro, vaporizza dopo aver attraversato il tubo a forma di U, e si trasforma in gas refrigerante ed esce dalla parte superiore della copertura terminale sinistra.

Per aumentare la portata dell'acqua (refrigerante) e fare in modo che il refrigerante entri in contatto migliore con la parete esterna del tubo, i deflettori sono installati nel guscio dello scambiatore di calore a fascio tubiero.

2. Scambiatore di calore a tubi e mantello: Vengono utilizzati due tipi di tubi con diametri diversi, che sono impilati e avvolti in una bobina serpentina o circolare. Il refrigerante scorre all'esterno del tubo e l'acqua scorre all'interno del tubo. È a basso costo, ma funziona in modo irregolare.

3. Scambiatore di calore a piastre: Si tratta di uno scambiatore di calore efficiente e compatto che è stato sviluppato e ampiamente utilizzato negli ultimi decenni. È composto da una serie di metalli sottili paralleli tra loro e dotati di superfici ondulate. Sotto lo stesso consumo di metallo, l'area di trasferimento del calore degli scambiatori di calore a piastre è molto più ampia di quella degli scambiatori di calore a fascio tubiero. Perché il flusso del fluido nei canali ondulati tra le piastre di scambio termico può causare gravi disturbi, il coefficiente di scambio termico è elevato. Per scambiatori di calore a piastre liquido-liquido, il coefficiente di trasferimento del calore può arrivare fino a 2500-7000 W/(㎡·℃), che è 2-4 volte superiore rispetto al tipo a fascio tubiero. Quando i fluidi caldi e freddi si scambiano calore in controcorrente, si possono ottenere temperature molto vicine. Gli scambiatori di calore a piastre trovano largo impiego in settori industriali come quello dell'energia termica, cibo, medicinale, vinificazione, bevande, fibre sintetiche, metallurgia e chimica, e con miglioramenti nella forma e nella struttura della piastra, i suoi ambiti di applicazione si stanno ulteriormente espandendo.

Esistono due tipi di scambiatori di calore a piastre: tipo assemblato e tipo brasato integrale. Il tipo assemblato è composto da diverse piastre di trasferimento termico in metallo ondulato pressato, con fori angolari ai quattro angoli, come mostrato nella Figura 6-33. Le piastre adiacenti sono separate da apposite guarnizioni di tenuta, in modo che i fluidi freddi e caldi entrino rispettivamente da un foro angolare, flusso tra le piastre ad intervalli lungo i canali di flusso stabiliti dalle guarnizioni e dalle ondulazioni, e poi fluire dall'altra parte. Fuoriesce un foro angolare diagonale, come mostrato nella Figura 6-34. Lo scambiatore di calore a piastre assemblato ha il vantaggio di essere facile da smontare e pulire, ma la sua resistenza alla pressione è limitata. Figura 6-35 mostra uno scambiatore di calore a piastre interamente saldobrasato. Le piastre di questo tipo di scambiatore di calore a piastre sono le stesse del tipo assemblato. Le estremità delle piastre sono integralmente brasate. Ha un'elevata capacità di carico, ma è scomodo da pulire. Dovresti prestare attenzione quando lo usi. Assicurarsi che il fluido sia pulito. Generalmente, la capacità di scambio termico di un singolo scambiatore di calore saldobrasato integrale è inferiore a quella di uno scambiatore assemblato.

Le piastre di trasferimento del calore sono i componenti principali degli scambiatori di calore a piastre. Ciascuna piastra di trasferimento del calore si sovrappone in un certo ordine per formare un canale di flusso tra le piastre. I fluidi freddi e caldi scorrono nei rispettivi canali di flusso su entrambi i lati della piastra e attraversano la piastra. I trucioli vengono scambiati di calore, come mostrato nella Figura 6-34. La superficie della piastra è ondulata, e la direzione del flusso del fluido è perpendicolare alle ondulazioni, o ad un certo angolo di inclinazione.

Diverse forme di piastre influiscono direttamente sul coefficiente di trasferimento del calore, resistenza al flusso e resistenza alla pressione. Il materiale delle piastre è solitamente acciaio inossidabile. Attualmente, le piastre di scambio termico adottano per lo più una forma a spina di pesce, come mostrato nella Figura 6-35. È stato segnalato che gli scambiatori di calore a piastre assemblati vengono utilizzati come condensatori ed evaporatori nei refrigeratori ad assorbimento al bromuro di litio, mentre gli scambiatori di calore saldobrasati integrali sono stati ampiamente utilizzati nelle piccole unità a pompa di calore con sorgente d'acqua come evaporatori.

1. Il passaggio di una sostanza dallo stato liquido a quello vapore si chiama evaporazione, e i relativi componenti sono chiamati evaporatori; il passaggio da vapore a liquido si chiama condensazione.
Il componente associato è chiamato condensatore.
In questi cambiamenti è necessario molto calore.

Tutti lo abbiamo sperimentato quando l'alcol evapora sulla nostra pelle, sentiamo freddo. Questa è evaporazione, che è la refrigerazione.

Per esempio, 1 chilogrammo di acqua viene riscaldato da 50°C a 90°C. Non vi è alcun cambiamento di stato. Il calore richiesto è:
Q=1(kg)x1(kcal/kg.°C) X(90-50°C)=40kcal= 40x1,163=46,52 watt
Ma girando 1 richiede chilogrammo di acqua a 100°C in vapore acqueo a 100°C 838.8 kcal = 838,8x1,163 = 9116.5 calorie.
La differenza è 20.97 volte.
Questo calore si chiama "calore latente"
Per esempio, il calore latente di vaporizzazione dell'R22 liquido è 48.51 kcal/kg, e il calore specifico del gas R22 è 0.157 kcal/kg°C.
Perciò, il calore assorbito durante l'evaporazione del 1 kg di R22 da 2°C a 7°C è:
Q=48,51 kcal/kg+0,157 kcal/kg°Cx(7-2)°C=48,51+0,785=49,3 kcal/kg
È ovvio che il calore latente nel mezzo è quello principale, contabilità 98%.
Per rendere piccolo il sistema di refrigerazione, è necessario utilizzare il calore latente

2. Ciclo di refrigerazione.

Il refrigerante liquido viene ridotto di pressione nell'evaporatore ed evapora continuamente in vapore. Allo stesso tempo, assorbe continuamente calore dal mezzo circostante, provocando un abbassamento della temperatura del mezzo.

Questi vapori refrigeranti vengono aspirati nel compressore e compressi, aumentando la pressione e la temperatura, questo è, convertendo il lavoro in calore. Quindi viene scaricato nel condensatore per dissipare il calore e condensarsi nel liquido refrigerante.

Questi liquidi refrigeranti entrano nella valvola a farfalla, accelerare e ridurre la pressione, ed evaporare dopo essere entrati nell'evaporatore...

Finché il compressore continua a funzionare ed eseguire lavori sul refrigerante, il refrigerante continuerà ad evaporare nell'evaporatore e ad assorbire continuamente calore dal mezzo circostante, raggiungendo così lo scopo della refrigerazione.

3. Come funziona lo scambiatore di calore a piastre saldobrasate nel sistema di refrigerazione?

Manuale operativo per la brasatura

Guida all'installazione dello scambiatore di calore brasato 1

Guida all'installazione dello scambiatore di calore brasato 2