Сравнение теплообменников в чиллерах, что выбрать и в каких случаях

Теплообменные аппараты — ключевые элементы чиллеров, от которых напрямую зависят эффективность теплопередачи, энергетическая эффективность и надёжность работы всей холодильной установки.

В предыдущем материале мы уже затрагивали критерии выбора среды охлаждения конденсатора. Если в результате анализа вы остановились на водяном охлаждении, следующим логичным шагом станет выбор типа теплообменника.

Рис 1. Пример чиллера на базе пластинчатых теплообменных аппаратов

Рис 2. Пример чиллера на базе кожухотрубных теплообменных аппаратов

В данной статье приведено сравнение двух основных применяемых в качестве испарителя и/или конденсатора вида теплообменных аппаратов: пластинчатые теплообменники (ПТО) и кожухотрубные теплообменники (КТО). Оба решения имеют свои конструктивные особенности, достоинства и ограничения, которые критически важны при подборе оборудования под конкретные условия эксплуатации. Хорошая новость, что параметры, по которым мы с вами будем сравнивать теплообменники – справедливы как для конденсатора, так и для испарителя чиллера. Редко бывает, что на одном агрегате установлены два разных вида теплообменных аппаратов водяного охлаждения.

Если вы не уверены, какой тип теплообменника лучше всего соответствует вашим требованиям, наши специалисты помогут вам с выбором!

Пластинчатый теплообменный аппарат (ПТО)

В пластинчатом теплообменнике передача теплоты между двумя не смешивающимися потоками (жидкостями или газами) осуществляется через тонкие пластины с гофрированной поверхностью различного профиля. Такая конструкция обеспечивает интенсивный турбулентный режим и высокую эффективность теплопередачи.

В зависимости от типа сборки пластинчатые теплообменники классифицируются на:

• разборные;
• паяные;
• полусварные;
• сварные (узкоспециализированные, вне рамок данной статьи).

Пластинчатые разборные теплообменные аппараты

Ключевое отличие данного аппарата в том, что пакет пластин полностью разбирается и собирается во время регулярного обслуживания, что позволяет производить не только промывку пластин, но и их механическую очистку. Не смешивание двух сред обеспечивается за счет установки герметизирующей прокладки между двумя одинарными пластинами.

Рис 3. Схема потоков сред в пластинчатом теплообменном аппарате

Рис 4. Одинарная пластина разборного ПТО с уплотнителем

Также стоит отметить, что возможность полной разборки агрегата позволяет не заменять его целиком в случаях протечек, а быстро выявить нерабочие элементы, поменять их и вновь запустить теплообменник в эксплуатацию. При наличии необходимых запасных частей, вся процедура займет до нескольких часов.

Непосредственно в составе чиллера, такой аппарат скорее всего вы не встретите, т.к. он не рассчитан на давления, при которых работает хладоновый контур, а установка такого ПТО в качестве испарителя или конденсатора приведет к выдавливанию прокладок и утечкам холодильного агента. Тем не менее, как дополнительный теплообменник для отделения «чистого контура» — это одно из лучших решений.

Полусварные теплообменники

В полусварных теплообменных аппаратах пакет пластин сделан комбинированным способом. Пластины попарно свариваются между собой, а с внешней стороны такой пары прикрепляются уплотнения и далее чередуется со следующей сварной парой пластин.

Подобный тип конструкции позволяет использовать полусварные теплообменные аппараты в чиллере, где внутри сварной пластины происходит конденсация или кипение хладона, а с другой стороны – охлаждение или нагрев теплоносителя. Сварка пластин исключает возможность утечки хладона в холодильном контуре.

Рис 5. Пластина полусварного ПТО 

Паяные теплообменные аппараты

Паяные теплообменники также в своей основе содержат пакет пластин, но отличие от разборных заключается в том, что они спаяны между собой, и поэтому сборка/разборка такого пакета – невозможна. Пайка производится с помощью никеля или меди, поэтому обозначают два основных вида паяных пластинчатых теплообменников: никельпаяный и меднопаяный. Никелевый припой используется для аппаратов, которые будут работать с более агрессивными средами.

Рис 6. Паяный пластинчатый теплообменник 

Рис 7. Технология производства паянного ПТО. Лист нержавеющей стали и медная фольга спрессовываются в гидравлическом прессе (1A). Полученные гофрированные пластины собираются в пакет (1В). Этот пакет пластин затем помещается в вакуумную печь и нагревается до температуры плавления меди. Из-за поверхностного натяжения жидкая медь будет скапливаться у краев и у точек соприкосновения пластин, образуя герметичные каналы(1С).

Плюсы и минусы пластинчатых теплообменников

Преимущества:

• Удобство транспортировки и монтажа, поскольку пластинчатый теплообменник имеет меньшие габариты, чем другие виды рекуперативных теплообменных аппаратов.
• Простота обслуживания – разборные, полусварные и сварные теплообменники легко промывать, так как они либо полностью разбираются, как в случае с разборными агрегатами, либо частично, предоставляя доступ к пластинам, как полусварные и сварные аппараты. Для неразборных ПТО существует технология CIP мойки.
• Высокая производительность – коеффициент теплопередачи ПТО в 3-5 раз выше, чем у кожухотрубных теплообменников.
• Цена – стоимость пластинчатых теплообменников ниже, чем аналогичных кожухотрубных за счет существенно более низкой металлоемкости.

Недостатки:

• Часто требуется заземление. Поскольку пластины имеют малую толщину – они подвержены воздействию блуждающих токов, что приводит к появлению дырок в них.
• Более требовательны к качеству очистки теплоносителя. Благодаря высокой скорости рабочих сред внутри разборных теплообменных аппаратов отложения и засоры скапливаются на его внутренних поверхностях медленнее, чем на поверхностях кожухотрубных аппаратов. Но, так как между пластинами расстояние небольшое, то каналы более чувствительны к загрязнениям, чем внутренние поверхности кожухотрубного теплообменника, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи.

Обращайтесь к нашим специалистам для получения технической консультации и профессионального подбора теплообменного оборудования под вашу задачу, либо выбирайте уже доступное оборудование, представленное в нашем каталоге.

Кожухотрубный теплообменный аппарат (КТО)

Кожухотруный теплообменный аппарат состоит из пучка трубок, расположенных внутри цилиндрического кожуха. Одна среда протекает по трубкам, а другая — вокруг них, что способствует теплообмену. Для того чтобы избежать прогиба труб при большом отношении длины труб к их диаметру, в кожухе теплообменника используют поддерживающие перегородки.

Инсайд: У кожухотрубных теплообменных аппаратов с низким качеством сборки в местах прохода труб через поддерживающую перегородку происходит перетирание трубки в следствии неплотного контакта и возникающей при этом вибрации. 

Преимущества 

• Рассчитаны на более высокие давления и температуры
• Подходят для работы с загрязненными жидкостями. Менее подвержены загрязнению, чем пластинчатые теплообменники. 

Недостатки 

• Громоздкая конструкция, требуют больше места для установки. Как следствие – чиллер также обладает большими габаритами и массой. 
• Менее эффективны, чем пластинчатые теплообменники, при небольших перепадах температур. 
• Сложность обслуживания: Очистка трубок может занимать много времени.

В зависимости от применения, кожухотрубный теплообменник может иметь различную конфигурацию подключений.

Кожухотрубрый конденсатор

В кожухотрубном конденсаторе перегретые пары холодильного агента, поступающие из компрессора, охлаждаются до температуры насыщения и конденсируются. В некоторых случаях образовавшийся конденсат охлаждается ниже температуры конденсации (переохлаждается).

Промежуточный теплоноситель протекает по трубам, холодильный агент конденсируется на их наружной поверхности. Нижняя часть кожуха, обычно не заполнена трубами и может использоваться в качестве ресивера для жидкого хладагента.

Рис 8. Схема протока сред в кожухотрубном конденсаторе

Кожухотрубрый испаритель

В кожухотрубном испарителе жидкий холодильный агент кипит, превращаясь в пар, который отсасывается компрессором. Кипение холодильного агента осуществляется за счёт теплоты, отбираемой от среды, охлаждаемой в испарителе. В кожухотрубных испарителях холодильный агент может кипеть как внутри труб, так и в межтрубном пространстве. Кожухотрубный испаритель, в котором холодильный агент кипит в межтрубном пространстве, а хладоноситель протекает в трубах – называют «затопленым» ипарителем. Основным недостатком кожухотрубных испарителей затопленного типа является опасность замерзания хладоносителя в трубах в случае прекращения его циркуляции, что может привести к разрыву труб.

Для чиллеров полупромышленного и коммерческого применения большее распространение получил кожухотрубный испаритель с внутритрубмым кипением холодильного агента, что лишен данного недостатка. 

Рис 9. Схема протока сред в кожухотрубном испарителе с внутритрубным кипением

Нужна помощь в выборе теплообменного аппарата или холодильной установки?

Обратитесь к нашим инженерам за технической консультацией — мы поможем подобрать оптимальное решение под ваши задачи. Также загляните в каталог чиллеров и другого климатического оборудования на нашем сайте — актуальные модели, подробные характеристики и индивидуальный подход к каждому клиенту.

Сравнение

Какой теплообменник подходит для вашей задачи? Выбор между пластинчатым и кожухотрубным теплообменником зависит от ваших конкретных потребностей: Используйте пластинчатый теплообменник, если вам нужна высокая эффективность, компактная конструкция и простота обслуживания для чистых жидкостей. Используйте кожухотрубный теплообменник в условиях высокого давления, для работы с загрязненными жидкостями или когда долговечность имеет первостепенное значение. Это короткий простой ответ на сложный вопрос. Большое количество параметров необходимо принять во внимание для принятия решения об использовании того или иного типа теплообменного аппарата. Неполный перечень факторов для сравнения представлен в таблице 1.

Таблица 1. Сравнения кожухотрубных и пластинчатых теплообменных аппаратов

Выводы

Как пластинчатые, так и кожухотрубные теплообменники обладают явными преимуществами. Для таких отраслей, где требуется компактное и эффективное охлаждение, чиллер на базе пластинчатых теплообменников может стать идеальным решением. С другой стороны, чиллер на базе кожухотрубных теплообменников лучше подойдет для применений, где важны долговечность и возможность работы с грязными средами и под высоким давлением. Выбор подходящего теплообменника будет зависеть от таких факторов, как тип жидкости, диапазон температур, наличие свободного пространства и необходимость в обслуживании. 

Если у вас остались вопросы по подбору оборудования — обратитесь к специалистам Европром. Мы поможем выбрать подходящее решение и предложим надёжные чиллеры, представленные в нашем каталоге.

Что вы получаете с EVROPROM

Профессиональный технический подбор: учитываем рабочие параметры, среду, условия эксплуатации и конфигурацию системы — предлагаем оптимальное решение под конкретную задачу.

Инженерную экспертизу и консультации: объясняем плюсы и минусы каждого варианта с позиции надежности, обслуживания, энергоэффективности и ресурса работы.

Каталог проверенного оборудования: широкий выбор чиллеров с кожухотрубными и пластинчатыми теплообменниками от надёжных производителей, адаптированных под промышленные и коммерческие задачи.

Снижение рисков в эксплуатации: благодаря правильному выбору конструкции теплообменника — минимизируете вероятность утечек, перегревов, замерзания или потери эффективности.

Экономику владения под контролем: оптимизация затрат на монтаж, обслуживание и энергопотребление в течение всего срока службы оборудования.

Автор статьи:
Андрей Кохан, инженер холодильного оборудования
29.08.2025