Płytowo-żebrowe wymienniki ciepła składają się zwykle z przegród, żeberek, uszczelek i łopatek prowadzących. Żebra, łopatki prowadzące i uszczelki są umieszczone pomiędzy dwiema sąsiadującymi przegrodami, tworząc kanapkę zwaną kanałem. Takie kanapki są układane w stosy według różnych wzorców przepływu płynu i lutowane w całość, tworząc wiązkę płyt. Wiązka płyt stanowi rdzeń płytowo-żebrowego wymiennika ciepła.
Cechy płytowo-żebrowych wymienników ciepła
(1) Wysoka wydajność wymiany ciepła. Ponieważ żebra zakłócają płyn, warstwa graniczna jest stale przerywana, dzięki czemu ma duży współczynnik przenikania ciepła. Jednocześnie, ponieważ przegrody i żebra są bardzo cienkie i mają wysoką przewodność cieplną, płytowo-żebrowy wymiennik ciepła może osiągnąć bardzo wysoką wydajność.
(2) Kompaktowy. Ponieważ płytowo-żebrowy wymiennik ciepła ma większą powierzchnię wtórną, jego powierzchnia właściwa może osiągnąć 1000㎡/m3.
(3) Lekki. Powodem jest to, że jest kompaktowy i wykonany głównie ze stopu aluminium. Obecnie masowo produkuje się także stal, miedź, materiały kompozytowe itp.
(4) Silna zdolność adaptacji. Płytowo-żebrowy wymiennik ciepła może być stosowany do: gazu-gazu, gazu-cieczy, cieczy-cieczy, wymiany ciepła pomiędzy różnymi płynami, wymiany ciepła ze zmianą fazową przy zbiorowych zmianach stanu. Dzięki rozmieszczeniu i kombinacji kanałów przepływowych może dostosować się do różnych warunków wymiany ciepła, takich jak przepływ przeciwprądowy, przepływ krzyżowy, przepływ wielostrumieniowy i przepływ wieloprzepływowy. Dzięki połączeniu jednostek szeregowych, równoległych i szeregowo-równoległych może zaspokoić potrzeby w zakresie wymiany ciepła dużych urządzeń. W przemyśle można go standaryzować i produkować masowo, aby obniżyć koszty, a wymienność można rozszerzyć poprzez kombinację elementów składowych.
(5) Wymagania dotyczące procesu produkcyjnego są surowe, a proces skomplikowany.
(6) Łatwo się zatyka, nie jest odporny na korozję i jest trudny do czyszczenia i naprawy. Dlatego można go stosować tylko w przypadkach, gdy czynnik wymiany ciepła jest czysty, niekorozyjny, niełatwy do osadzania się kamienia i niełatwy do zatykania.
Z punktu widzenia mechanizmu wymiany ciepła wymiennik płytowo-żebrowy nadal należy do wymiennika przegrodowego. Jego główną cechą jest to, że posiada wydłużoną wtórną powierzchnię wymiany ciepła (żeberko), dzięki czemu proces wymiany ciepła odbywa się nie tylko na pierwotnej powierzchni wymiany ciepła (przegrodzie), ale także na wtórnej powierzchni wymiany ciepła. Oprócz ciepła z czynnika wysokotemperaturowego wlewanego do czynnika niskotemperaturowego z powierzchni pierwotnej, część ciepła jest również przenoszona wzdłuż kierunku wysokości powierzchni żebra, to znaczy wzdłuż kierunku wysokości przez żebro przegroda wylewa ciepło, które następnie poprzez konwekcję jest przekazywane do czynnika strony niskotemperaturowej. Ponieważ wysokość żebra znacznie przekracza grubość żebra, proces przewodzenia ciepła wzdłuż kierunku wysokości żebra jest podobny do przewodzenia ciepła przez jednorodny smukły pręt prowadzący. W tym momencie nie można zignorować oporu cieplnego żebra. Najwyższa temperatura na obu końcach żebra jest równa temperaturze przegrody. W miarę jak żebro i medium uwalniają ciepło na drodze konwekcji, temperatura nadal spada, aż do osiągnięcia temperatury medium w środkowym obszarze żebra.
Zastosowanie płytowo-żebrowych wymienników ciepła
Płytowo-żebrowe wymienniki ciepła są coraz szerzej stosowane w różnych sektorach przemysłu ze względu na ich doskonałą wydajność i zaawansowaną technologię.
1. Urządzenia do separacji powietrza: Zastosowanie płytowo-żebrowych wymienników ciepła w głównym wymienniku ciepła, dochładzaczu, parowniku skraplacza i innych niskotemperaturowych wymiennikach ciepła w urządzeniach do separacji powietrza może zaoszczędzić koszty inwestycji i instalacji sprzętu oraz zmniejszyć jednostkowe zużycie energii.
2. Petrochemia: Płytowo-żebrowe wymienniki ciepła mają zalety dużej wydajności przetwarzania, dobrego efektu separacji i niskiego zużycia energii. Stosowano je w procesach takich jak głębokie oddzielanie na zimno etylenu, przemywanie syntetycznego azotu amonowego, gazu ziemnego, oddzielanie i upłynnianie gazu z pól naftowych.
3. Maszyny inżynieryjne: Po ponad 20 latach badań i praktyki kraje na całym świecie masowo produkowały i stosowały płytowo-żebrowe wymienniki ciepła w samochodach, chłodnicach lokomotyw, chłodnicach oleju w koparkach, chłodnicach lodówek i grzejnikach transformatorowych dużej mocy.
4. Nadprzewodnictwo i technologia kosmiczna: Rozwój niskotemperaturowego nadprzewodnictwa i technologii kosmicznej stworzył nowy sposób zastosowania płytowo-żebrowych wymienników ciepła. Płytowe wymienniki ciepła zastosowano zarówno w amerykańskim statku kosmicznym Apollo, jak i w chińskim statku kosmicznym Shenzhou.
