• fűtés
• hőcserélő

Hőcserélők kialakítása és fajtái

Abban az esetben, ha rendszerünkben megtalálható mind a radiátoros, mind pedig a padlófűtés, azt vegyes fűtésnek nevezzük. A padlófűtési körünk fűtő vizének hőmérséklete jóval alacsonyabb, mint a radiátoros fűtésé. Meg kell oldanunk, hogy ne áramoljon túl meleg fűtővíz a padlófűtési körünkbe, mert káros a vezetékszakaszra, és a fogyasztóra is.

Ilyenkor vagy azt a megoldást választjuk, hogy kevesebb magasabb hőmérsékletű fűtővizet áramoltatunk a padlófűtési körbe, azaz visszakeverünk. Másik megoldás, ha hőcserélőt építünk be a rendszerbe és ezzel a berendezéssel állítjuk elő a kívánt hőmérsékletű közeget.

A hőcserélő működése

Hőcserélőnek nevezzük azokat a készülékeket, melyekben az áramló nagyobb hőmérsékletű közeg hő átadásával felmelegíti a kisebb hőmérsékletű köze­get. A hőcserélők közvetett hőcserélők, ami azt jelenti, hogy a két közeg nem keveredik egymással (9.1. ábra).

9.1. ábra. Hőcserélő működési elve.

A hőcsere folyamán a melegebb közegnek csökken a hőmérséklete, a hidegebb pedig felme­legszik. Előfordulhat olyan eset, hogy a hőfelvevő közeg felmelegszik, a hőleadó közegnek viszont nem változik a hőmérséklete. Ez csak abban az esetben lehetséges, ha a hőleadó kö­zeg gőz.

Ha a leadott hőmennyiség kisebb, mint a párolgáshő, akkor annak hőmérséklete nem változik meg. Ilyenkor a hőleadó közeg nem a hőmérsékletét, hanem a halmazállapotát változtatja meg. Többféleképpen csoportosíthatjuk a hőcserélőket.

Hőmérséklet-változás szerint:

• Egyáramú hőcserélő: Az olyan hőcserélők tartoznak ide, amelyiknél csak az egyik kö­zegnek változik meg a hőmérséklete.
• Kétáramú hőcserélők: Azokat a hőcserélőket sorolhatjuk ide, melyeknél mindkét kö­zegnek megváltozik a hőmérséklete.

Áramlási irány szerint:

• Egyenáramú hőcserélők: Azon hőcserélők, melyek áramlási iránya közös.
• Ellenáramú hőcserélők: Azon hőcserélők, melyeknek az áramlási iránya ellentétes egymással.

Természetesen a hőcserélők kialakítás szerint a fent említett csoportosítások kombinációi.

Ebben a tekintetben vizsgáljuk meg őket külön-külön:

1. Egyenáramú – egyáramú hőcserélők:

Csak az egyik közegnek változik meg a hő­mérséklete és mindkét közeg áramlási iránya azonos. A hőcserélőben lejátszódó fo­lyamatokat hőmérséklet-felület diagramban is lehet ábrázolni (9.2. ábra).

9.2. ábra. Egyenáramú – egyáramú hőcserélő diagramja.

Vizsgáljuk meg a 9.2. ábra szerinti hőmérséklet-változási diagramot. Minél na­gyobb felületről van szó, annál jobban fel tudja melegíteni a hőleadó közeg a hőfelvevő közeget. A hőleadó közeg jelen esetben gőz, amely csak a párolgáshőjét adja le, a hőfelvevő közeg pedig víz. Látható, hogy a hőleadó közeg belépési és ki­lépési hőmérséklete ugyanakkora.

A hőfelvevő közeg belépését követően folyama­tosan melegszik, eleinte nagyobb mértékben, majd egyre kevesebb hőt vesz át. Per­sze, ha az érintkező felület végtelen hosszú lenne, akkor a hőmérsékletek találkoznának. A gőz párolgáshőjét leadva halmazállapot-változáson megy keresztül, folya­dékká kondenzálódik. Végtelen felület esetén természetesen a hőleadónak is csök­ken a hőmérséklete.

Ennél a kialakításnál a két közeg között a belépési pontoknál van a legnagyobb és a kilépési pontoknál a legkisebb hőmérséklet-különbség.

2. Egyenáramú – kétáramú hőcserélők:

Ebben az esetben mindkét közeg megváltoztat­ja hőmérsékletét, és a két közeg áramlási iránya egymással megegyezik. Nézzük meg a diagramot. A hőleadó közeg leadja a hőjét, csökken a hőmérséklete, eleinte gyorsan, majd egyre kevésbé (9.3. ábra).

9.3. ábra. Egyenáramú – kétáramú hőcserélő diagramja.

Hasonlóan, a hőfelvevő közeg hőmérséklete is a belépési oldalnál intenzívebben melegszik, majd egyre kevesebb hőt képes felvenni. Azt is megfigyelhetjük, hogy a hőfelvevő kilépési hőmérséklete soha nem lehet nagyobb, mint a hőleadó közeg ki­lépési hőmérséklete. Ez logikus, hiszen nem melegítheti fel jobban a hőleadó közeg a hőfelvevő közeget a kilépő oldalnál.

3. Ellenáramú – egyáramú hőcserélő:

Ennél a hőcserélőnél is csak az egyik közeg vál­toztatja meg a hőmérsékletét, de a két közeg áramlási iránya egymással ellentétes.

A hőleadó közeg, jelen esetben gőz, csak halmazállapot-változáson megy keresztül, hőmérséklete nem változik (9.4. ábra).

9.4. ábra. Ellenáramú – egyáramú hőcserélő diagramja.

A hőfelvevő közegnek, hasonlóan az előbbiekhez eleinte nagymértékben, majd egy­re kisebb intenzitással változik a hőmérséklete. Ennél a hőcserélő típusnál a na­gyobb hőmérsékletkülönbség a hőleadó közeg kilépő oldalán van. Itt is érvényes az a megállapítás, hogy a hőfelvevő közeg kilépési hőmérséklete nem lehet nagyobb, mint a hőleadó közeg kilépési hőmérséklete.

4. Ellenáramú – kétáramú hőcserélők:

Mindkét közeg változtatja a hőmérsékletét, és a közegek áramlási iránya ellentétes. Az első, ami szembeötlő lehet az, hogy a hőleadó közegnek a kilépési hőmérséklete alacsonyabb is lehet, mint a hőfelvevő közeg kilépési hőmérséklete. Ez a hőcserélő üzemel a legnagyobb hatékonysággal (9.5. ábra).

9.5. ábra. Ellenáramú – kétáramú hőcserélő diagramja.

Hőcserélők szerkezeti kialakítása

Építőelemes hőcserélő

Az építőelemes hőcserélők nagy számban kerültek felhasználásra a házgyári technológiával épült lakóépületek hőközpontjaiban, melyeket a felújítások során folyamatosan korszerűbb hőcserélőkre cserélnek. Amennyiben a hőleadó közeg víz, akkor az a fűtőcsövekben áramlik, a hőfelvevő közeg pedig a köpenyben (9.6. ábra).

9.6. ábra. Építőelemes hőcserélő felépítése.

Abban az esetben, ha a hőleadó közeg gőz, célszerűbb azt a köpenyben vezetni, mert a fűtőcsőben a kondenzátum filmszerű ré­teget alkotna. Emiatt a filmréteg miatt le­romlik a hőátbocsátási tényező értéke, ami hatásfokromlást eredményez.

Az építőelemes hőcserélők előnye, hogy amennyiben egy hőcserélővel nem tud­juk elérni a tervezett hőmérsékletet, ak­kor még egyet ráépítenek. Sorba kötve a hőcserélőt könnyebben elérhetjük a kí­vánt hőmérsékletű közeget. Az építőele­mes hőcserélők hátránya, hogy helyigé­nyük nagy.

Az építőelemes hőcserélőket karimákkal csatlakoztatják egymáshoz. A csőveze­tékhez való csatlakozást excentrikus szű­kítőkkel oldják meg, ezáltal a légtelenítés megoldható (9.7. ábra).

9.7. ábra. Építőelemes hőcserélő kialakítása.

A hőcserélők beépítésekor törekedni kell arra, hogy a karbantartásokat, javításokat meg le­hessen oldani. Az összeszereléskor a csavarokat az excentrikus szűkítő oldala felől kell a ka­rimába bedugni. A hőcserélő külső burkolata szigeteléssel ellátott, onnan csak a szigetelő megbontásával lehetne a csavarokat kihúzni. Ügyelni kell a hőcserélők üríthetőségére is. Ezt a feladatot egy ürítő szeleppel lehet megoldani.

Az építőelemes hőcserélők épületek fűtési rendszereiben alkalmazhatók, az épületben kerin­getett fűtővíz forró vízzel vagy telített vízgőzzel történő felmelegítésére. Az építőelemes hő­cserélők csöves rendszerű készülékek. A külső köpeny két végén elhelyezett csőfalakba van­nak hegesztve a hőátadó felületeket képező acél fűtőcsövek.

A köpeny egyik végén felül, a másik végén alul egy-egy azonos méretű karimás csatlakozócsonk van. Két típuselem 180°-os karimás ívcsővel köthető sorba. A fűtő- és fűtött közeg a hőcserélőkben, ellenáramban áramlik. Mindkét tér maximális üzemi nyomása 16 bar, és maximális üzemi hőmérséklete 180°C lehet (9.1. táblázat).

9.1. táblázat. Építőelemes hőcserélők műszaki adatai.

Az alábbi diagramban az építőelemes hőcserélők kiválasztási diagramja látható víz – víz kö­zegek esetén (9.8. ábra).

9.8. ábra. Építőelemes hőcserélők diagramja.

Spirálcsöves hőcserélő

A kis helyigényű, nagy teljesítményű spirálcsöves hőcserélők víznek vagy más folyékony közegnek fűtővízzel vagy más folyékony fűtőközeggel való felmelegítésére szolgálnak (9.9. ábra).

9.9. ábra. Spirálcsöves hőcserélő kialakítása.

A hőcserélők elsősorban használati melegvíz előállítására alkalmasak, de értelemszerűen bármely más hőcserélési feladatra (pl. fűtési rendszerekben, vegyiparban, élelmiszeriparban) is felhasználhatóak.

Használati melegvíz előállítására kiválóan alkalmas az alapkivitelű (KO – acél) készülék, ahol a fűtött közeg csak rozsdamentes anyaggal érintkezik. Gőz fűtőközeg esetén mindkét közeg rozsdamentes anyaggal érintkezik (KO-KO kivitel). A fűtő-, és a fű­tött közeg eltömődést, lerakódást okozó anyagot nem tartalmazhat (9.10. ábra).

HMV

1. Primer Előremenő
2. Primer visszatérő
3. HMV kilépő
4. Hidegvíz belépő
5. Légtelenítő
6. Ürítő
7. Emelőfül

FŰTÉS

1. Szekunder előremenő
2. Szekunder visszatérő
3. Primer visszatérő
4. Primer előremenő
5. Légtelenítő
6. Ürítő
7. Emelőfül

9.10. ábra. Spirálcsöves hőcserélő felépítése.

A rozsdamentes felületekre lecsapódó enyhe lerakódások a rozsdamentes acélanyagot nem támadó oldószerrel, illetve mosószerrel eltávolíthatóak. Amennyiben a fűtött közeg haszná­lati melegvíz, úgy a fűtőközeg hőmérséklete a 150 °C-ot, egyéb esetben a 180 °C-ot nem ha­ladhatja meg. A fűtő- és a fűtött közeg nyomása maximálisan 16 bar lehet (9.2. táblázat).

9.2. táblázat. Spirálcsöves hőcserélők műszaki adatai.

Spirállemezes hőcserélők

Ezek a hőcserélők alkalmasak használati melegvíz készítésére víz-víz hőcserélőként, de használhatók egyéb közegekre is (9.11. ábra).

9.11. ábra. Spirállemezes hőcserélő kialakítása.

Elsősorban családi házak, kisebb vízigényű intézmények átfolyó rendszerű melegvíz készí­tésekor alkalmazzák. Több készülék párhuzamos üzeme rendkívül kis helyigénnyel valósít­ható meg. Nyomás- és hőmérséklet-tűrése alapján forró víz távfűtőhálózatok primer vizével is fűthető.

A vízkőkiválás elkerülése érdekében az előállított víz hőmérséklete ne haladja meg az 50 °C-ot, a fűtővíz hőmérsékletét célszerű úgy megválasztani, hogy a hőcserélő maximá­lis hőmérséklete ne haladja meg a 65 °C-ot. Az alkalmazott rozsdamentes lemezanyagnak kö­szönhetően, teljes körű korrózióvédelem való­sítható meg, növelve ezzel a hőcserélő élettar­tamát (9.12. ábra).

9.12. ábra. Spirállemezes hőcserélő felépítése.

A hőcserélő korrózióálló 0,8 mm vastag políro­zott domborításokkal ellátott lemezből készül, amelyet összehajtanak, majd ezt a „szendvics” szerkezetet spirálisan feltekercselik. A pirmer és a szekunder oldal megválasztása mindig az adott feladat követelményétől függ.

A hőcse­rélőnek két változata van:

• Menetes csatlakozású,
• Karimás csatlakozású (kialakításuk a 9.13. ábra szerint).

9.13. ábra. Menetes és karimás csatlakozású spirállemezes hőcserélő csatlakozási méretei.

A hőcserélők maximális üzemi hőmérséklete 150 °C, és a maximális üzemi nyomása 16 bar. A hőcserélőket az érvényben levő szabványok előírásainak megfelelően kell beépíteni. A hő­cserélők mindig függőlegesen legyenek beépítve. Olyan helyeken, ahol fennáll a vízkövesedés, gondoskodni kell vegyszeres kezelésről (Hydrogel).

A beépített kétútú szelep méretét mindig a fűtő víz tömegárama alapján kell meghatározni. A nyitott szelepen létrejövő nyo­másesést úgy válasszuk meg, hogy legalább fele legyen a változó tömegáramú ág ellenállá­sának. A szivattyú emelőmagassága minimum 4-5-szöröse legyen, mint az előbb említett ág ellenállása.

Célszerű beépíteni egy határoló termosztátot, amivel elérhető, hogy egy beállí­tott fűtő víz-hőmérséklet elérésekor a keringtető szivattyút leállítja. Az újbóli szivattyúindí­tás csak kézi beavatkozással lehetséges. Mindenféleképp építsünk iszapleválasztót a hőcse­rélő elé. Az üzemeltetés alatt soha ne lépjük túl a megengedett maximális hőmérsékletet és nyomást.

Abban az esetben, ha mindent betartunk, a hőcserélő rendszeres karbantartást nem igényel. Amennyiben az üzemeltetés során teljesítmény-csökkenést tapasztalunk, akkor du­gulás, vagy elvízkövesedés lehet a probléma. Ebben az esetben a hőcserélőt szereljük ki és tisztítsuk ki. Öblítéshez mindig savas oldatot használjunk.

A menetes és a karimás hőcserélő beépítési méreteit a 9.3. tartalmazza.

9.3. táblázat. Menetes és karimás hőcserélők csatlakozási méretei.

Lemezes hőcserélők

A speciálisan kialakított hőleadó felületeknek köszönhetően a lemezes hőcserélők tömege át­lagosan 1/6-a az ugyanolyan feladatot ellátó hagyományos csőköteges hőcserélőknél.

Elő­nyei a korábban alkalmazott hőcserélőkhöz képest:

• Nagyobb teljesítmény-átvitelre képesek,
• Tömegük jóval alacsonyabb,
• Helyigényük töredéke a korábbiaknak,
• Bővítésük jóval egyszerűbb.

Működési elv:

Ezekkel a hőcserélőkkel megvalósítható mind egyenáramú, mind pedig ellen­áramú áramlási irány. Viszont azt már a korábbiakban kiderítettük, hogy az ellenáramú hőcserélővel jobb hatásfokot lehet elérni. A lemezes hőcserélő, frappáns elnevezése révén, pré­selt lemezekből áll, melyek csatornákra vannak osztva.

Ezekben a csatornákban áramlik a hőleadó közeg és a lemez túloldalán pedig a hőfelvevő közeg. A kis csatornák miatt nagyobb nyomáseséssel kell számolnunk, mint a hagyományos hőcserélőknél. Célszerű magasabb nyomáseséssel számolni, ami azt fogja eredményezni, hogy nem marad szennyeződés a hő­cserélőben, jó lesz a berendezés öntisztulása.

Lemezes hőcserélő típusai

A) Szerelhető lemezes hőcserélő

Melyben gumitömítésekkel ellátott lemezkötegek találhatóak az előlap és a hátlap kö­zött. Ezt a két záró lapot csavarokkal húzzák össze (9.14. ábra).

9.14. ábra. Szerelhető lemezes hőcserélő.

A hőátadás hatékonyságát és szabályozhatóságát jelentős mértékben befolyásolja a lemezek vastagsága. A szerelhető lemezes hőcserélők lemezeinek vastagsága mindössze 0,4 mm vas­tag rozsdamentes acél, nagyon jó hőátadást és tartósságot biztosítva.

A lemezek bordázatának köszönhetően turbulens áramlást tudunk biztosítani a hőcserélő já­rataiban. Ennek a kialakításnak köszönhetően el lehet kerülni a holt terek kialakulását a hő­cserélőn belül. A szerelhető lemezes hőcserélő tömítése általában EPDM-ből (etilén-propilén-dién-kaucsukból készült fekete színű szintetikusan gyártott térhálósított tömítőa­nyag) készül.

A kialakított lemezárkoknak köszönhetően a szállított közeg csak csekély mér­tékben érintkezik a gumitömítéssel, csökkentve ezzel a nagyobb mértékű öregedést (9.15. ábra).

9.15. ábra. Szerelhető lemezes hőcserélő elemei.

A lemezes hőcserélőket nagy biztonsággal lehet alkalmazni fűtési rendszerekben, illetve ahol nagy hőenergia átvitelére van szükség (9.16. ábra).

9.16. ábra. Lemezes hőcserélő beépítve a fűtési rendszerbe.

Szigetelés

Kétféle szigetelőanyag közül lehet választani, az egyik az ásványgyapot, a másik a poliure­tán-szigetelés. Amennyiben fennáll a benedvesedés veszélye célszerű inkább a poliuretán-szigetelést választani. Az alábbi ábrán látható 1 mm vastag burkolat alatt 65 mm vastag szi­getelőanyag-réteg található. A szigetelés elemeit rögzítő fülek tartják össze (9.17. ábra).

9.17. ábra. Szerelhető lemezes hőcserélő szigeteléssel ellátva.

B) Forrasztott lemezes hőcserélő

Mely nem tartalmaz gumitömítéseket. Rozsdamentes acéllemezekből készítik a lemezköte­geket, amit keményforrasztással kötnek össze (9.18. ábra).

9.18. ábra. Forrasztott lemezes hőcserélő.

A rozsdamentes acéllemezek összeforrasztása révén nincs szükség külön tömítésre. A leme­zeket a széleken, illetve a lemezek érintkezési pontjai között a keményforrasztás során kiala­kuló réteg tartja össze. A forrasztott lemezes hőcserélők minden érintkezési pontjuknál össze vannak forrasztva, ezáltal optimális hőátadást biztosítanak (9.19. ábra).

9.19. ábra. Forrasztott lemezes hőcserélő metszeti képe.

A kialakításnak köszönhetően lehet egy-, kettő-, vagy többjáratú, többfajta csatlakozású és csonkelhelyezésű (9.20. ábra).

9.20. ábra. Egyjáratú és kétjáratú hőcserélők kialakítása.

Szigetelés

A gyártó cégek által kínált szigetelések könnyen és gyorsan felszerelhetők. Ezekkel a szigetelőbetétekkel csökkenthetőek a hőveszteségek. A hőállóságtól függően kétféle szigetelés közül lehet választani. Az egyik esetben a maximális üzemi hőmérséklet 110 °C, a másik ka­tegóriájú szigetelőanyag alkalmazása esetén pedig 140 °C (9.21. ábra).

9.21. ábra. Forrasztott lemezes hőcserélő szigetelése.

Forrasztott lemezes hőcserélők konzoljai

Többféle kialakítású tartókonzolt lehet alkalmazni, függően attól, hogy milyen építészeti adottságokkal rendelkezik az adott helyiség. A tartókonzolok, felépítésüknek köszönhetően, teljes mértékben feszültségmentes csőhálózat-szerelést biztosítanak (9.22. ábra).

9.22. ábra. Forrasztott lemezes hőcserélők tartókonzoljai.

Szerelhető lemezes és forrasztott lemezes hőcserélők alkalmazása

A lemezes hőcserélők általában 10-16 bar nyomásfokozatra készülnek, a forrasztott hőcseré­lőknél pedig nem ritka a 25 bar nyomású közeg sem.

A szerelhető hőcserélők maximális közeghőmérséklete 140-150 °C lehet. E feletti hőmérsék­let esetén a gumitömítések élettartama jelentősen csökkenhet.

A forrasztott lemezes hőcserélőknél a maximális üzemi hőmérséklet 225 °C. Azonban mindenféleképpen meg kell jegyezni, hogy a nagyon magas belépő primer és szekunder oldali hőmérséklet-különbségek nagymértékben igénybe veszik a készülékeket.

Karbantartás

A szerelhető kivitelű hőcserélőknél a gumitömítések állagára kell ügyelni. Ha csepegést, szi­várgást észlelünk, akkor célszerű inkább a komplett tömítést kicserélni. Összehúzásnál vi­szont figyeljünk, hogy ne húzzuk túl a csavarokat, mert az deformálódást okozhat.

Forrasztott hőcserélőknél a vízkő jelentheti a legnagyobb problémát. El vízkövesedés miatt ugyanis ezt a hőcserélőt cserélni kell, mert vegyszeres tisztítással ugyan el lehet távolítani a vízkövet, de ez hosszú ideig tartó folyamat lehet.

Hőcserélős vegyi, műszaki tisztítás

A hőcserélők tisztítását lehet akár mechanikai, akár vegyi úton is megoldani, de a legcélsze­rűbb, ha e két tisztítási mód kombinációját alkalmazzuk.

Ilyenek például:

• Ha pusztán melegvizes közeget cirkuláltatunk benne, akkor néhány sófajtától szaba­dulhatunk meg.
• Laza lerakódások eltávolítására alkalmasak a különböző savas és lúgos kémhatású vegyszerek.
• Nagy nyomású vízsugárral is megoldható a tisztítás.
• Mechanikai tisztítás drótkefével, csőgörénnyel.