Fizik yasaları, bir sistemin enerjisinin dengeye gelene kadar akmaya devam ettiğini açıklar. Termodinamik yasasına göre, her iki sistem arasındaki ısı veya sıcaklık farkları nedeniyle ısı bir sistemden diğerine akar. Eşanjör denge prensibine göre çalışır. Isı eşanjörleri, bir akışkandan diğerine ısı transferinde en önemli rolleri oynarlar. Isı eşanjörlerinin farklı türleri vardır ve plakalı eşanjör (PHE) bunlardan biridir. Plakalı eşanjör, yüzeyden ısıyı çeker ve soğuk sıvıyı sıcak sıvıdan ayırır. Bu makale esas olarak plakalı ısı eşanjörünün çeşitli yönlerini açıklamaktadır.

Plakalı Eşanjör Nedir?

Bir plakalı ısı eşanjörü , ısıyı bir sıvıdan diğerine taşımak için bir dizi metal plaka kullanır . Bu plakalar, sıvının aralarında hareket edebilmesi için bir kanal dizisi oluşturmak için birbirinin üzerine yerleştirilmiştir. 1920’lerde Dr. Richard Seligman plakalı ısı eşanjörünü (PHE) icat etti.

Plakalı ısı eşanjörlerinin geleneksel ısı eşanjörlerine göre ana avantajı, akışkanın daha geniş bir yüzey alanına maruz kalması nedeniyle akışkanın plaka üzerine dağılmasıdır. Bu, ısı transfer oranını arttırır ve sıcaklık değişim oranını önemli ölçüde hızlandırır.

Günümüzde plakalı eşanjörler yaygın olarak kullanılmaktadır ve çok küçük kaynaklı tasarımlarda sıcak su bölümünde milyonlarca kombi kullanılmaktadır . Bu kadar küçük boyuttaki yüksek ısı transfer verimliliği, bir kombide kullanım sıcak suyu (DHW) akışını artırır .

Küçük plakalı ısı eşanjörlerinin ev ısıtması ve sıcak su üzerinde büyük etkisi vardır. Büyük iş modelleri, plakalar arasında contalar kullanırken, daha küçük modeller kaynak yapma eğilimindedir.

Plakalı Eşanjörün Çalışması

Plakalı ısı eşanjörü, ısıyı akışkanlar arasında iletmek için bir dizi metal plaka içeren bir tür ısı eşanjörüdür. Plakalı eşanjör termodinamik prensibine göre çalışır . Bu eşanjörlerde, her bir plaka, kapalı, içi boş boru şeklinde bir kabuğa sahiptir.

Plakalar, yarım parçalar arasında ısı alışverişi yapmak için ince dikdörtgen kanallar geliştirilecek şekilde düzenlenmiştir. İşletme sıvısı bu bükülmüş ve dar kanallar arasında hareket eder.

Bu eşanjörün plakaları, sıvı akışını kontrol etmek için contalarla çevrilidir. Bu contalar, bir plaka üzerinde yalnızca bir tür sıvı (örneğin ısıtılmakta olan yağ) ve bir sonraki plaka üzerinde başka bir sıvı (sıcak su gibi) dağıtılacak şekilde düzenlenir. Aşağıdaki şekil iki bitişik panoyu temsil etmektedir.

Bu düzenlemeden sonra, soğuk ve sıcak akışkanlar dönüşümlü olarak plakadan geçer, bu sayede bir ısı değişimi gerçekleşir. Plakalar geniş bir yüzey alanına sahiptir; bu nedenle borulu ısı eşanjörlerinden daha mükemmel bir ısı transfer oranı sunarlar.

Yukarıdaki şemada da görebileceğiniz gibi, soğutma sıvısı girişi (mavi) altta, soğutma sıvısı çıkışı üstte ve aksine, sıcak sıvı çıkışı (kırmızı) için. Soğuk sıvı yukarı doğru akar ve soğutulacak sıvı aşağı doğru akar ve ısıyı plakalardan geçirir. Bu işlemin tamamlanmasından sonra, ısıtma ortamı nihayet soğutulur ve soğutma ortamı ısıtılır.

Plakalı ısı eşanjörlerinin ısı transfer prensibi ve tasarımı, kompakt tasarımları, düşük ısı kayıpları, geniş uygulama yelpazesi, esnek çalışma, yüksek ısı transfer verimliliği, küçük kurulum alanı ve uygun kurulum ve temizleme fonksiyonları ile karakterize edilir.

Plakalı ısı eşanjörü aşağıdaki ana parçalara sahiptir:

• Plakalar
• Taşıma kirişi
• Sabit Plaka
• Destek sütunu
• Basınç plakası
• Kılavuz Çubuk
• Sıkma Ünitesi
• PHE Plakalar ve conta
• plakalı eşanjör parçaları

1. Plakalar: Tek bir plakalı ısı eşanjörü maksimum 700 plaka içerebilir. Plaka paketi sıkıştıkça, plakanın köşelerindeki delikler, sıvının plaka paketi içinden akmasına ve cihazdan çıkmasına izin veren sabit bir tünel veya manifold oluşturur.

Isı eşanjörünün ince plakaları arasındaki boşluk, soğuk ve sıcak akışkanlar tarafından dönüşümlü olarak geçen ve ısı transferine karşı çok küçük direnç sunan sıkı bir kanal oluşturur.

2. Taşıma Kirişi: Üst kısım, destek kolonu ile baskı plakalarının ve eşanjör plakalarının bağlı olduğu sabit plaka arasına monte edilir.

3. Sabit Plaka: Sabit plaka, plakalı eşanjör ünün temel bir parçasıdır. Bu levhanın adından da anlaşılacağı gibi sabit çerçeveli bir levhadır. Genel olarak eşanjör boruları sabit plakalara bağlanır.

4. Destek Sütunu: Bu, PHE’nin hareket etmeyen bir parçasıdır. Kılavuz çubuk ve taşıma kirişi bu parçaya takılır.

5. Baskı Plakası: PHE, plakalı eşanjör taşıma kirişine bağlı bir mobil baskı plakası çerçevesine sahiptir. Bu çerçeve eşanjörün plakalarını sıkıştırır.

6. Kılavuz Çubuk: Bu parça, baskı plakasını ve ısı eşanjör plakalarını aşağı doğru yönlendirir.

7. Sıkma Ünitesi: Plaka paketinin çerçeve bileşenlerini sıkıştırmak için kullanılır. Sıkma rondelaları, sıkma somunları ve sıkma cıvataları vardır.

8. PHE Plakaları ve Contası: Plakaların ambalajı, baskı plakası ile sabit çerçeve plakası arasına kurulur. Bu plaka paketi, iki plaka arasına takılan vidaları sıkarak sıkıştırır. Contalar , akışı düzenlemek için plakaları kaplar.

Plakalı Eşanjör Çeşitleri

Plakalı ısı eşanjörü aşağıdaki ana tiplere sahiptir:

• Contalı plakalı eşanjör
• Lehimli ısı eşanjörü
• Kaynaklı plakalı ısı eşanjörleri
• Yarı Kaynaklı ısı eşanjörü
• Plakalı ve Çerçeveli ısı eşanjörü

1. Contalı plakalı eşanjör: Bu ısı eşanjörü, en kaliteli contalar ve yapı kullanır. Bu conta plakaları kapatır ve sızıntıyı durdurur. Plakaların değiştirilmesi, genişletilmesi veya temizlenmesi için bu eşanjörün plakalarını kolayca çıkarabilirsiniz, bu da bakım maliyetlerini önemli ölçüde azaltır.

2. Lehimli Plakalı Eşanjör: Lehimli plakalı eşanjör, çoklu soğutma ve endüstriyel uygulamalarda kullanılır. Paslanmaz çelik levha, mükemmel korozyon direncine sahip olduğu için bakırla lehimlendiğinden.

Bu tip plakalı ısı eşanjörleri, kompakt tasarımları ve mükemmel verimlilikleri nedeniyle ekonomik olarak üstün bir seçenektir.

Lehimli plakalı ısı eşanjörlerinin avantajları:

• En sık kullanılan eşanjördür
• Düşük ısı kaybına sahiptir
• Bu eşanjörler kompakt tasarıma sahiptir
• Düşük maliyetleri var

3. Kaynaklı plakalı eşanjörler: Bu eşanjörlerin çalışması contalı eşanjörlerle aynıdır ancak bu eşanjörlerin plakaları birbirine kaynaklanmıştır.

Bunlar mükemmel dayanıklılığa sahiptir ve en iyi şekilde sıcak sıvıların ve aşındırıcı maddelerin taşınması için uygundur. Bu eşanjörler kaynaklı plakalara sahiptir; bu nedenle, plaka ve çerçeve ısı eşanjörü gibi plakayı mekanik olarak temizleyemezsiniz.

4. Yarı Kaynaklı plakalı eşanjör: Bu ısı eşanjörü, contalı plakalar ve kaynaklı plakaların bir kombinasyonudur. Birbiriyle kaynaklanmış bir çift iki plakaya ve daha sonra başka bir plaka çiftine sahip bir contaya sahiptir, böylece bir sıvı kaynaklı içinden akabilir ve diğer sıvı contalı kısımdan akabilir.

Plakalı ısı eşanjörünün bu düzenlemesi, onarımı kolaylaştırır. Dolayısıyla bu eşanjör, diğerine daha güçlü akışkan da aktarabilir. Bu eşanjörlerin sıvı kaybı riski çok azdır ve pahalı malzemelerin taşınması için çok uygundur.

5. Contalı Plakalı Eşanjör: Plakaların bir çerçeve oluşturduğu ısı eşanjörü, plakalı ve çerçeveli ısı eşanjörü olarak bilinir. Bu eşanjör, çerçeve içinde oluklu plakalardan oluşmaktadır. Bu yapı, yüksek duvar kesme gerilimi ve türbülans üreterek, yüksek leke direncine ve yüksek ısı transfer oranına yol açar.

Bu ısı eşanjörünün contaları vardır. Conta, sızdırmazlık etkisine ek olarak, sıvı akışını da yönlendirir ve plaka kenarındaki oluk boyunca kurulur.

Plakalı ve çerçeveli ısı eşanjörü, orta ila düşük basınçta sıvı ve sıvı arasında ısı alışverişi yapmak için kullanılır. Contasız plakalı ve çerçeveli eşanjörü yüksek sıcaklık ve basınçta güvenle kullanabilirsiniz. Bu tip ısı eşanjörü, çeşitli durumlarda plakalar sıkıştırılabildiği veya eklenebildiği için yüksek esnekliğe sahiptir.

Contalı Plakalı Eşanjörünün özellikleri aşağıda verilmiştir:

• Plakalı ve çerçeveli eşanjör, kolay ve hızlı montaj ve demontaj özelliğine sahiptir.
• Debiyi değiştirmek için ısı plakalarını çıkararak veya ekleyerek farklı çalışma koşullarında çalışabilme kapasitesine sahiptir.
• Bu eşanjörün contalarının maliyeti yüksektir.
• Bu ısı eşanjörü, contanın çalışması nedeniyle maksimum sıcaklık ve basıncı sınırlar.
• Kalıpları ve karmaşık tasarımı nedeniyle maliyetleri yüksektir.
• Titanyum gibi kaynağa uygun olmayan malzemeleri kullanamayız.

Plakalı ve çerçeveli ısı eşanjörünün tasarımı

• Plakalı ısı eşanjörleri (PHE), düşük basınçlı sıvı ile orta basınçlı sıvı arasındaki ısıyı aktarmak için özel olarak tasarlanmıştır. Lehimli, yarı kaynaklı ve kaynaklı eşanjörler, yüksek basınçlı akışkanlar arasında ısı alışverişi yapmak için kullanılır.
• Haznenin yanından geçen bir boru yerine, bu eşanjör, genellikle çok ince olan iki alternatif hazneye sahiptir, daha büyük yüzey oluklu bir metal plaka ile ayrılır.
• Plakalar paslanmaz çelikten yapılmıştır çünkü çelik yüksek korozyon direncine, mukavemete ve sıcaklık direncine sahiptir.
• Plakalı ısı eşanjörleri, içinden akışkanın akabileceği bir dizi kanal oluşturmak için birbirine monte edilmiş birden fazla plakaya sahiptir. Bu plakaları ayırmak için kauçuk bir conta kullanılır. Bu conta, plakanın kenarındaki parçalara bağlanır.
• İki bitişik plaka arasındaki boşluk, sıvının akışı için bir kanal oluşturur.
• Plaka köşelerindeki çıkış ve giriş delikleri, soğuk ve sıcak ortamın ısı eşanjörü alternatif kanallarından geçmesine izin verir, böylece plaka her zaman bir uçta soğuk ortam ve diğer ucunda sıcak ortam ile temas edebilir.
• Plakalı ısı eşanjörü, binlerce metrekareye kadar bir değişim alanı elde etmek için birden fazla plaka kullanır.

Plakalı ısı eşanjörlerinin avantajları ve dezavantajları

Plakalı eşanjörün avantajları

• Plakalı eşanjör kolay bir tasarıma sahiptir.
• Bu tip ısı eşanjörleri, gövde borulu ısı eşanjörlerinden daha büyük bir ısı transfer hızına sahiptir .
• Eşanjör demontajı için ekstra alana gerek yoktur.
• Basit bakım ve temizlikleri vardır.
• Plakalı eşanjörler, gövde borulu eşanjörlerden daha küçük boyutlara sahiptir .
• Küçük bir kirlilik faktörüne sahiptir.
• Kolay tamir ve yıkama özelliğine sahiptir.
• Bu eşanjörlerin kurulum maliyetleri düşüktür.

Plakalı ısı eşanjörlerinin dezavantajları

• Bu eşanjörlerin sızdırmazlığı zayıftır ve sızdırması kolaydır.
• Plakalı eşanjörler, borulu eşanjörlerden daha büyük akış direncine sahiptir.
• Bunlar yüksek basınç düşüşüne sahiptir.
• Özellikle sıvıda asılı kalan maddeler olmak üzere yüksek tıkanma indeksine sahiptir.
• Sızdırmazlık malzemesinin ısı direnci, çalışma sıcaklığını sınırlar.
• Tipik olarak 1,5 MPa’dan az olan sınırlı bir çalışma basıncına sahiptir.
• Yetersiz sızdırmazlık, sızıntılara neden olabilir ve değiştirmeyi zorlaştırabilir.

Plakalı Eşanjör Uygulamaları

Plakalı ısı eşanjörleri aşağıdaki uygulamalarda kullanılır:

• Isı pompası izolasyonu
• Püre Soğutucular
• Glikol Soğutucular
• Soğutma kulesi izolasyonu
• Madeni Yağ Soğutucular
• Toplu Isıtma ve Soğutma
• Serbest soğutma
• Isı Geri Kazanım Değiştiriciler
• Proses Isıtma ve Soğutma
• Su ısıtıcıları
• Atık ısı geri kazanım