Lemezes hőcserélők az épületgépészetben
2000/9. lapszám | VGF&HKL online | 25 212 |
Figylem! Ez a cikk 25 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Történeti áttekintés, felépítés, működési elv, a lemezes hőcserélő alaptípusai, alkalmazhatósági határok, méretezés, kiválasztás
Történeti áttekintés
A lemezes hőcserélők tömeges felhasználása épületgépészeti területen több mint egy évtizedes múltra tekint vissza. Korábban is építettek be ezen a területen ilyen készülékeket, ismertségük azonban csak a közelmúltban vált széles körűvé. Korábban, alkalmazástól függően a csőköteges vagy más néven építőelemes hőcserélőkkel találkozhattunk nagyobb számban. Ezenkívül forgalomban van még ma is spirálcsöves hőcserélő (SPIREC), mely kisebb teljesítmények átvitelére alkalmas. Az 1. ábra ábra jól érzékelteti a méretbeli különbséget ugyanarra a feladatra beépítendő, csőköteges és lemezes hőcserélő között. Elmondható, hogy a lemezes hőcserélő tömege átlagosan 1/6-a az ugyanarra a feladatra szánt csőköteges hőcserélőnek. A méretbeli eltérés nemcsak kisebb anyagfelhasználást és így alacsonyabb árat, hanem egyéb más, a beruházással kapcsolatos költséget is csökkent. Így például a hőközponti helyiség mérete kisebb lehet (meglévő csőköteges hőcserélő lemezesre történő cseréje során értékes hely szabadulhet fel!), és a szállítási költség is alacsonyabb lehet. Mint látható, nemcsak a lemezes alaphőcserélő mérete kisebb, de a hőcserélő esetleges bővítése is sokkal egyszerűbben, helykímélően oldható meg: a meglévő keretre újabb lemezek helyezhetőek fel, addig míg a szerkezet azt megengedi. A csőköteges, építőelemes hőcserélő csak újabb elem beépítésével bővíthető, mellyel ismételten a méret növekszik. Egyéb ipari területeken már több mint egy évszázada használnak lemezes hőcserélőt. Az első készülékek megjelenése többek között tejipari fejlesztéseknek volt köszönhető. A tej gyors hűtése sokáig nem volt más elven működő hőcserélővel megoldható. Az elmúlt évtizedekben azonban a lemezes hőcserélők egyre több területre betörtek és mára már majdnem minden hőátadási feladatra alkalmasak. Ezzel az épületgépészeti területen szinte kiszorították a magyar piacon jól ismert csőköteges és spiráltekercses hőcserélőket.
Felépítés, működési elv
A lemezes hőcserélők ellen- és párhuzamos áramban egyaránt működhetnek. Általában azonban a jobb hatásfok elérése érdekében ellenáramúra tervezik őket. A készülék csonkjai az esetek többségében az előlapon helyezkednek el, de előfordul, hogy a véglapon kell elhelyezni őket. Mint az a 2. ábrán látható, a lemezek páronként egy-egy csatornát alkotnak. A csatornák közötti hőátadás az igen vékony (0,3-0,6 mm vastagságú) lemezen át történik. A csöves hőcserélőkhöz képest valamivel nagyobb nyomáseséssel is kell számolnunk a lemezes hőcserélőben. Ez az „ára” a megasabb hatásfoknak. Nem kell persze megijedni, hiszen a lemezes hőcserélő már alacsony nyomásesés mellett is kitűnően működik megfelelő méretezés esetén. Kedvezőbb azonban, különösen a különböző szennyeződések és vízkőlerakódás csökkentése szempontjából, ha magasabb nyomásesést engedünk meg. Ekkor a készülék öntisztulási képessége magasabb fokú. Az előbbiekből következik, hogy a hőcserélő-méretezés sarkalatos pontja a nyomásesés.
A lemezes hőcserélő alaptípusai
A lemezes hőcserélők alapvetően két típusát különböztetjük meg. A hagyományos, szerelhető kivitelű készülékben a gumitömítésekkel ellátott lemezek által alkotott lemezköteg az úgynevezett elő- és véglap között van. Az elő- és véglapot szorítócsavarok húzzák össze. A lemezek tartósínre vannak felfüggesztve. A szerelhető lemezes hőcserélő felépítését a 3. ábra mutatja.
A forrasztott lemezes hőcserélő egy változata a hagyományos lemezes hőcserélőknek. Felépítése hasonlít a tömítéssel ellátott lemezes hőcserélőhöz, vagyis szintén egy lemezkötegből áll, azzal a különbséggel, hogy nem tartalmaz tömítéseket, szorítócsavarokat, tartósíneket. Így a forrasztott lemezes hőcserélő csak hullámosított, rozsdamentes acéllemezekből, két zárólemezből és csatlakozókból áll. A lemezeket és a többi alkatrészt a vákuumkemencében végzett keményforrasztás tartja össze, ami még a hagyományos lemezes hőcserélőnél is kompaktabb készüléket eredményez. A forrasztott lemezes hőcserélő a következő elven működik:
A hőátadó felületet az egymásra rakott lemezek alkotják. Így a lemezek között csatornák alakulnak ki. A közegeket a lemezek széle körül, illetve a lemezek érintkezési pontjai között lévő keményen forrasztott rézréteg tartja össze. Ez a rézréteg szolgál egyben a lemezek közti tömítésként is. A szállított közegek nyomásából eredő igénybevételt az ellentétes irányban hullámosított lemezek érintkezési pontjainál lévő forrasztások veszik fel.
A csatornalemezeket a fedőlapok zárják le. Az általában négy csatlakozó valamelyik fedőlapon helyezkedik el.
Alkalmazhatósági határok
A szerelhető kivitelű készülékek gyártónként változó nyomásfokozatokra készülnek, de a legjellemzőbb a 10 és a 16 bar-os kivitel. Legmagasabb nyomásfokozatú készülék ebben a kategóriában 25 bar üzemi nyomásra készül. A forrasztott készülékek alapvetően magasabb nyomásfokozatúak, bár itt is létezik 10 bar rendszernyomásra gyártott készülék. A legtöbb forrasztott készülék felár nélkül biztosítja a 25, 30 bar nyomással szembeni helytállást. A szerelhető kivitelű készülék hőmérséklettűrése az üzemi nyomástól és -hőmérséklettől függ. Jellemző, hogy ritka kivételektől eltekintve alkalmazhatóságuk felső határa 140-145 °C. A pillanatnyi magasabb terhelések megengedettek, de ezek a gumitömítés élettartamát jelentősen megrövidítik. A rézzel forrasztott készülékek üzemi hőmérséklete 225 °C-ban van maximalizálva. Megjegyezzük azonban, hogy a primer- és szekunder közegek magas belépő hőmérsékletkülönbsége mechanikailag erősen igénybe veszi a készülék szerkezetét.
Méretezés, kiválasztás
A hőcserélő méretezését bízzuk mindig olyan szakemberre, aki jártas egy-egy gyártó teljes típusválasztékában. Ma már a gyártóknál és forgalmazóknál olyan számítógépes programok állnak rendelkezésre, melyekkel nemcsak kiválasztást, de optimalizálást és a meglévő hőcserélők újraméretezését is el lehet végezni. A számítógépes program a gyártó szaktudásának a tükre egyben. Ebben halmozódik fel az a tudásbázis, mellyel egy-egy gyártó rendelkezik. Ezért tehát vásárláskor nemcsak jó anyagminőségű készüléket vásároljunk, hanem legyünk biztosak abban is, hogy a megvásárolandó hőcserélő megfelelően méretezett legyen. Bizonyára nem kell bemutatni az alulméretezés bosszúságait. Ugyanígy azonban a túlméretezettség is gondot okozhat (pl. szabályzási problémák, indokolatlan költségnövekedés).Megjegyezzük ugyanakkor, hogy a padlófűtési feladatokban egyre inkább elterjedő forrasztott lemezes hőcserélő kiválasztására létezik nyomtatott segédlet is, mely megfelelő biztonsággal teszi lehetővé az ismert nagyságrendű készülék megfelelő lemezszámú változatának kiválasztását. (Írásbeli kérésre a Víz-, gáz-, fűtéstechnika szaklap szerkesztősége kiválasztó táblázatot postáz az érdeklődőknek.)
Az előzőekben már szóltunk róla, hogy fontos bemeneti adat a hőcserélőben mért nyomásveszteség mind a primer mind szekunder oldalra vonatkozóan. Ennek hiányában azonban a méretezés elvégezhető, de különböző nyomásveszteség adatokra különböző méretű hőcserélők adódnak. Két ugyanarra a feladatra számolt hőcserélő esetében ez a paraméter is okozhatja az árkülönbséget! Ezért két ajánlat esetén figyeljünk a nyomásesésre is, hiszen az olcsóbb készülék sokszor nagyobb szivattyú beépítését igényli, nem beszélve az üzemeltetőnél jelentkező magasabb szivattyúzási munka költségeiről. Mint minden berendezés, így a lemezes hőcserélő is karbantartásra szorul. Nem kell persze megijedni, hiszen klasszikus értelemben nem beszélhetünk kopó alkatrészekről ennél a berendezésénél.A szerelhető kivitelű készülékek esetén ügyelni kell arra, hogy ne várjuk meg a gumitömítés teljes elrevülését. Mivel a gumi idővel elveszíti rugalmasságát tömítetlenségi problémák alakulhatnak ki. Legkésőbb ilyenkor ajánlott a teljes tömítésgarnitúra cseréje. Sohase húzzunk nagyon utána a szorítócsavaroknak, mert ezzel deformálhatjuk a hőátadó lemezeket!
A forrasztott kivitelű készülékeknél ilyen problémával nem találkozunk. Itt azonban fokozottabban kell ügyelni a vízkövesedésre, lerakódásra. A teljes eltömődés esetén a készülék sajnos menthetetlenné válik, hiszen a vegyszeres tisztítás is csak esetlegesen és igen hosszantartó munka árán tud segíteni. Az eltömődés vagy lerakódás kiszűrésére építsünk a hőcserélő előremenő és visszatérő csonkjai elé nyomásmérőket, hogy ellenőrizhessük a nyomásesés változását. Amennyiben a differenciálnyomás drasztikusan megnövekszik, biztosak lehetünk benne, hogy valami akadály került az áramlás útjába.Vegyszeres tisztításhoz csak hőcserélő tisztításra alkalmazott speciális vegyszert alkalmazzunk, ne bízzunk bármelyik sav hatásában! A sav által tönkretett lemezek pótlása többe kerül mint a megfelelő vegyszer beszerzése. Vegyszeres tisztítást alkalmazhatunk egyébként szerelhető kivitelű készülékek esetén is, megóvva ezzel a tömítéseket a felesleges deformációtól. A lemezes hőcserélők épületgépészeti felhasználása ma már tehát nem újdonság, a készülékek tulajdonságainak az ismerete még nem mindenkinél van meg. Reméljük, cikkünk segített ennek a tudásnak a gyarapításában!
Szádóczki Iván okl. gépészmérnök
