Yastık plakalı eşanjör - Pillow plate heat exchanger
Yastık plakalı ısı eşanjörleri , bir şişirme işlemiyle oluşturulmuş dalgalı, "yastık şeklinde" bir yüzey sergileyen, tamamen kaynaklı bir ısı eşanjörü tasarımı sınıfıdır . Kabuk ve borulu ve plakalı ve çerçeveli ısı eşanjörleri gibi daha geleneksel ekipmanlarla karşılaştırıldığında , yastık plakalar oldukça genç bir teknolojidir. Geometrik esneklikleri nedeniyle “plakalı” ısı eşanjörlerinin yanı sıra kapların soğutulması veya ısıtılması için ceketler olarak da kullanılırlar. Yastık plakası ekipmanı şu anda proses endüstrisinde artan ilgi ve uygulama yaşıyor.
İnşaat
Yastık plakaları, iki ince metal levhanın lazer veya direnç kaynağı ile tüm yüzey üzerinde birbirine punta kaynaklandığı bir şişirme işlemi ile üretilir . Plakaların kenarları, bağlantı portları dışında dikiş kaynağı ile kapatılmıştır. Son olarak, ince metal levhalar arasındaki boşluk, bir hidrolik sıvı tarafından basınçlandırılır ve sonunda, karakteristik dalgalı yüzeylerine yol açan plakaların plastik bir oluşumuna neden olur.
Prensip olarak iki farklı tipte yastık plakası vardır: tek kabartmalı ve çift kabartmalı. Birincisi genellikle ceketli kapların çift duvarlarını oluştururken , ikincisi yastık plakalı ısı eşanjörleri üretmek için bir yığına (banka) monte edilir. Taban plakası üst plakadan önemli ölçüde daha kalın olduğunda tek kabartmalı yastık plakaları oluşturulur. Daha ince olan üst plaka deforme olurken, taban plakası düz kalır.
Ayrıca, yastık plakalar genellikle, akış dağılımının veya sıvı hızının bir sorun olabileceği durumlarda yastık plaka kanallarında hedeflenen bir akış kılavuzu sunan "bölme" dikiş kaynaklarıyla donatılmıştır. Son zamanlarda, yastık plakalı ısı eşanjörlerinde bitişik yastık plakaları arasındaki kanallarda bölmeler aracılığıyla akış kılavuzu elde etmek için bir yöntem önerilmiştir.
Yapıları nedeniyle yastık plakaları hava geçirmez şekilde kapatılmıştır, yüksek yapısal stabiliteye sahiptirler ve imalatları çoğunlukla otomatik ve oldukça esnektir. Yastık plakaları, > 100 MPa basınçlarda ve 800 °C'ye kadar sıcaklıklarda çalıştırılabilir.
Uygulama
Yastık plakaların uygulaması, yüksek geometrik esneklik ve hemen hemen her işleme iyi uyum sağlama gibi olumlu özelliklerinden dolayı çok kapsamlıdır. Bunların uygulanması, temel yapılarına, yani yastık plaka sıralarına veya yastık plaka ceketli tanklara bağlıdır.
Yastık plaka sıraları (ısı eşanjörleri)
Yastık plaka sıraları tipik olarak sıvı-sıvı, gaz-sıvı, yüksek viskoziteli veya kirli ortam, düşük basınç kaybı gereksinimleri, yoğuşma (örneğin üst yoğunlaştırıcılar), düşen film buharlaşması (örneğin kağıt ve kağıt hamuru endüstrisi), yeniden kaynatıcılar , su soğutma gibi uygulamalarda kullanılır. , katıların kurutulması, yaprak buz üretimi (gıda endüstrisi) ve daha fazlası. Ayrıca, sıraların doğrudan tanka daldırıldığı daldırma soğutma grupları olarak da (örn. elektrokaplamada ) kullanılırlar . Tek tek plakaların istiften ayrılmasına izin verecek şekilde sıralar oluşturulabilir, bu da kolay temizlik veya bakım sağlar.
Yastık plakası ceketli tanklar
Yastık plakaların bugüne kadarki en kapsamlı uygulaması, esneklikleri, ısı transferi için tam yüzey alanı kaplaması, düşük sıvı tutma, uygun üretim maliyetleri ve süresi ve özellikle steril uygulamalarda kolay temizlik nedeniyle ceketli kaplardır . Tanklar, örneğin konik veya bombeli tank tabanı da dahil olmak üzere yüzeyi üzerinde birden fazla ceket ile donatılabilir ve tankın içinde ilave silindirik kabuklar içerebilir. Yastık plaka ceketli tankların tipik uygulama alanları, yiyecek ve içecek endüstrisi ile kimya ve ilaç endüstrisidir. Bu ceketlere "gamzeli ceketler" de denilmektedir.
Diğer
Geometrik esneklikleri nedeniyle yastık plakaları, ihtiyaç duyulan yerde hedeflenen ısı transferi sağlamak için hemen hemen her geometriye özelleştirilebilir/uyarlanabilir. Bazı örnekler, otomotiv endüstrisindeki elektrikli araçlar için termal işlemlerde boruların veya hatta pil takımlarının ve elektrik motorlarının soğutulmasıdır .
Yastık plakaları hakkında bilgi ve araştırma
Daha geleneksel ısı eşanjörlerinin aksine , yastık plakaların termohidrolik performansı hakkında bilgi ve tasarımlarıyla ilgili deneyim sınırlıdır. Bu darboğazın üstesinden gelmek için, 2019 yılında Almanya'dan Flocess adlı genç bir teknoloji şirketi , yastık plakası ekipmanı tasarımı için özel bir yazılım geliştirdi. Yastık plakalarında son teknoloji ürünü kaba bir genel bakış burada bulunabilir.
Yastık plakalar üzerine yapılan araştırmalar üç ana kategoriye ayrılabilir: geometrik analiz, yastık plakalarda sıvı akışı ve ısı aktarımının analizi ve bitişik yastık plakaları arasındaki boşlukta sıvı akışı ve ısı aktarımının analizi.
geometrik analiz
Termohidrolik hesaplamalarda ihtiyaç duyulan yüzey alanı, akışkan tutma hacmi, kesit alanı ve hidrolik çapın hesaplanması için yöntemler önerilmiştir. Söz konusu geometrik parametreler şişirmeyi taklit eden Sonlu Elemanlar Analizi (FEM) kullanılarak belirlenmiştir. yastık plakalarının üretimi sırasında süreç. Ayrıca, yastık plakaların teorik patlama basınçları FEM ile tahmin edilebilir.
Yastık plakalarda (iç kanallar) sıvı akışı ve ısı transferi
Yastık plaka kanallarındaki karmaşık dalgalı geometri, sıvı karışımını teşvik eder, bu da uygun ısı transfer oranlarına yol açar, ancak aynı zamanda basınç kaybı için elverişsizdir (kaynak noktalarının ardından devridaim bölgelerinin oluşumu). Yastık plakalarda sıvı akışı ve ısı transferi ile ilgili bilgiler şurada bulunurken, yastık plakalarda Darcy-Sürtünme-Faktörü ve Nusselt sayısının hesaplanması için çok çeşitli geometrik parametre varyasyonları ve işlem koşulları üzerinde korelasyonlar bulunur.
Bitişik yastık plakaları (dış kanallar) arasındaki boşlukta sıvı akışı ve ısı transferi
Yastık plakaların iç kanallarına benzer şekilde, bitişik yastık plakaları (dış kanallar) arasında oluşturulan kanallar da dalgalıdır ve sıvı karışımını teşvik eder, bu da ısı transfer oranları için elverişlidir . Bununla birlikte, akış için engel oluşturan kaynak noktalarının olmaması (kaynak noktalarının etrafındaki akış) nedeniyle dış kanallardaki basınç kaybı, iç kanallardakinden önemli ölçüde daha düşüktür. Yastık plakalı eşanjörlerin dış kanallarındaki akışkan akışı ve ısı transferi ile ilgili bilgiler de mevcuttur.
Yastık plakalarının yüzeyinden düşen film akışı
Kondenserlerin, düşen film evaporatörlerinin ve su soğutucularının güvenilir tasarımı, sıvı dinamiği hakkında ayrıntılı bilgi ve düşen sıvı filminin yastık plakalarının yüzeyi üzerindeki ısı transferini gerektirir . Düşen sıvı filmin akış fenomeni hakkında ilk bilgiler şurada mevcuttur: