Порівняння теплообмінників у чиллерах: який обрати і в яких випадках

Теплообмінні апарати – ключові елементи чиллерів, від яких безпосередньо залежать ефективність теплопередачі, енергетична ефективність і надійність роботи всієї холодильної установки.

У попередньому матеріалі ми вже зачіпали критерії вибору середовища охолодження конденсатора. Якщо в результаті аналізу ви зупинилися на водяному охолодженні, наступним логічним кроком стане вибір типу теплообмінника.

Рис 1. Приклад чилера на базі пластинчастих теплообмінних апаратів

Рис 2. Приклад чилера на базі кожухотрубних теплообмінних апаратів

У цій статті наведено порівняння двох основних застосовуваних як випарник і/або конденсатор видів теплообмінних апаратів: пластинчасті теплообмінники (ПТО) і кожухотрубні теплообмінники (КТО). Обидва рішення мають свої конструктивні особливості, переваги та обмеження, які критично важливі під час підбору обладнання під конкретні умови експлуатації. Хороша новина, що параметри, за якими ми з вами будемо порівнювати теплообмінники, справедливі як для конденсатора, так і для випарника чилера. Рідко буває, що на одному агрегаті встановлено два різні види теплообмінних апаратів водяного охолодження.

Якщо ви не впевнені, який тип теплообмінника найкраще відповідає вашим вимогам, наші фахівці допоможуть вам з вибором!

Пластинчастий теплообмінний апарат (ПТО)

У пластинчастому теплообміннику передача теплоти між двома потоками, що не змішуються (рідинами або газами), здійснюється через тонкі пластини з гофрованою поверхнею різного профілю. Така конструкція забезпечує інтенсивний турбулентний режим і високу ефективність теплопередачі.

Залежно від типу складання пластинчасті теплообмінники класифікуються на:

• розбірні;
• паяні;
• напівзварні;
• зварні (вузькоспеціалізовані, поза рамками цієї статті).

Пластинчасті розбірні теплообмінні апарати

Ключова відмінність цього апарату в тому, що пакет пластин повністю розбирається і збирається під час регулярного обслуговування, що дає змогу здійснювати не тільки промивання пластин, а й їх механічне очищення. Не змішування двох середовищ забезпечується завдяки встановленню герметизуючої прокладки між двома одинарними пластинами.

Рис 3. Схема потоків середовищ у пластинчастому теплообмінному апараті

Рис 4. Одинарна пластина розбірного ПТО з ущільнювачем

Також варто зазначити, що можливість повного розбирання агрегату дає змогу не замінювати його цілком у випадках протікання, а швидко виявити неробочі елементи, поміняти їх і знову запустити теплообмінник в експлуатацію. За наявності необхідних запасних частин, уся процедура займе до кількох годин.

Безпосередньо в складі чилера, такий апарат, найімовірніше, ви не зустрінете, тому що він не розрахований на тиск, за якого працює хладоновий контур, а встановлення такого ПТО як випарника або конденсатора призведе до витискання прокладок і витоків холодильного агента. Проте, як додатковий теплообмінник для відділення “чистого контуру” – це одне з найкращих рішень.

Напівзварні теплообмінники

У напівзварних теплообмінних апаратах пакет пластин зроблений комбінованим способом. Пластини попарно зварюють між собою, а із зовнішнього боку такої пари прикріплюють ущільнення, а далі чергують з наступною зварною парою пластин.

Подібний тип конструкції дає змогу використовувати напівзварні теплообмінні апарати в чилері, де всередині звареної пластини відбувається конденсація або кипіння хладону, а з іншого боку – охолодження або нагрівання теплоносія. Зварювання пластин унеможливлює витік хладону в холодильному контурі.

Рис 5. Пластина напівзварного ПТО

Паяні теплообмінні апарати

Паяні теплообмінники також у своїй основі містять пакет пластин, але відмінність від розбірних полягає в тому, що вони спаяні між собою, і тому збирання/розбирання такого пакета – неможливе. Пайка проводиться за допомогою нікелю або міді, тому позначають два основних види паяних пластинчастих теплообмінників: нікельпаяний і міднопаяний. Нікелевий припій використовується для апаратів, які працюватимуть з більш агресивними середовищами.

Рис 6. Паяний пластинчастий теплообмінник

Рис 7. Технологія виробництва паяного ПТО. Лист неіржавкої сталі та мідна фольга спресовуються в гідравлічному пресі (1A). Отримані гофровані пластини збираються в пакет (1В). Цей пакет пластин потім поміщають у вакуумну піч і нагрівають до температури плавлення міді. Через поверхневий натяг рідка мідь буде накопичуватися біля країв і у точок дотику пластин, утворюючи герметичні канали (1С).

Плюси і мінуси пластинчастих теплообмінників

Переваги:

• Зручність транспортування і монтажу, оскільки пластинчастий теплообмінник має менші габарити, ніж інші види рекуперативних теплообмінних апаратів.
• Простота обслуговування – розбірні, напівзварні та зварні теплообмінники легко промивати, оскільки вони або повністю розбираються, як у випадку з розбірними агрегатами, або частково, надаючи доступ до пластин, як напівзварні та зварні апарати. Для нерозбірних ПТО існує технологія CIP мийки.
• Висока продуктивність – коефіцієнт теплопередачі ПТО в 3-5 разів вищий, ніж у кожухотрубних теплообмінників.
• Ціна – вартість пластинчастих теплообмінників нижча, ніж аналогічних кожухотрубних за рахунок істотно нижчої металоємності.

Недоліки:

• Часто потрібне заземлення. Оскільки пластини мають малу товщину – вони схильні до впливу блукаючих струмів, що призводить до появи дірок у них.
• Більш вимогливі до якості очищення теплоносія. Завдяки високій швидкості робочих середовищ усередині розбірних теплообмінних апаратів відкладення і засмічення скупчуються на його внутрішніх поверхнях повільніше, ніж на поверхнях кожухотрубних апаратів. Але, оскільки між пластинами відстань невелика, то канали більш чутливі до забруднень, ніж внутрішні поверхні кожухотрубного теплообмінника, що призводить до зниження коефіцієнта теплопередачі.

Звертайтеся до наших фахівців для отримання технічної консультації та професійного підбору теплообмінного обладнання під ваше завдання, або вибирайте вже доступне обладнання, представлене в нашому каталозі.

Кожухотрубний теплообмінний апарат (КТО)

Кожухотрубний теплообмінний апарат складається з пучка трубок, розташованих усередині циліндричного кожуха. Одне середовище протікає по трубках, а інше – навколо них, що сприяє теплообміну. Для того щоб уникнути прогину труб за великого відношення довжини труб до їхнього діаметра, у кожусі теплообмінника використовують підтримувальні перегородки.

Інсайд: У кожухотрубних теплообмінних апаратів з низькою якістю збірки в місцях проходу труб через підтримуючу перегородку відбувається перетирання трубки через нещільний контакт і вібрацію, що виникає при цьому.

Переваги

• Розраховані на більш високі тиск і температури
• Підходять для роботи із забрудненими рідинами. Менш схильні до забруднення, ніж пластинчасті теплообмінники.

Недоліки

• Громіздка конструкція, вимагають більше місця для встановлення. Як наслідок – чиллер також має великі габарити і масу.
• Менш ефективні, ніж пластинчасті теплообмінники, за невеликих перепадів температур.
• Складність обслуговування: Очищення трубок може займати багато часу.

Залежно від застосування, кожухотрубний теплообмінник може мати різну конфігурацію підключень.

Кожухотрубний конденсатор

У кожухотрубному конденсаторі перегріті пари холодильного агента, що надходять із компресора, охолоджуються до температури насичення і конденсуються. У деяких випадках конденсат, що утворився, охолоджується нижче температури конденсації (переохолоджується).

Проміжний теплоносій протікає трубами, холодильний агент конденсується на їх зовнішній поверхні. Нижня частина кожуха, зазвичай не заповнена трубами і може використовуватися як ресивер для рідкого холодоагенту.

Рис 8. Схема протоку середовищ у кожухотрубному конденсаторі

Кожухотрубний випарник

У кожухотрубному випарнику рідкий холодильний агент кипить, перетворюючись на пару, яка відсмоктується компресором. Кипіння холодильного агента здійснюється за рахунок теплоти, що відбирається від середовища, охолоджуваного у випарнику. У кожухотрубних випарниках холодильний агент може кипіти як усередині труб, так і в міжтрубному просторі. Кожухотрубний випарник, у якому холодильний агент кипить у міжтрубному просторі, а холодоносій протікає в трубах – називають “затопленим” випарником. Основним недоліком кожухотрубних випарників затопленого типу є небезпека замерзання холодоносія в трубах у разі припинення його циркуляції, що може призвести до розриву труб.

Для чилерів напівпромислового та комерційного застосування більшого поширення набув кожухотрубний випарник із внутрішньотрубним кипінням холодильного агента, що позбавлений цього недоліку.

Рис 9. Схема протоку середовищ у кожухотрубному випарнику з внутрішньотрубним кипінням

Потрібна допомога у виборі теплообмінного апарата або холодильної установки?

Зверніться до наших інженерів за технічною консультацією – ми допоможемо підібрати оптимальне рішення під ваші завдання. Також зазирніть до каталогу чиллерів та іншого кліматичного обладнання на нашому сайті – актуальні моделі, докладні характеристики та індивідуальний підхід до кожного клієнта.

Порівняння

Який теплообмінник підходить для вашого завдання? Вибір між пластинчастим і кожухотрубним теплообмінником залежить від ваших конкретних потреб: Використовуйте пластинчастий теплообмінник, якщо вам потрібна висока ефективність, компактна конструкція і простота обслуговування для чистих рідин. Використовуйте кожухотрубний теплообмінник в умовах високого тиску, для роботи із забрудненими рідинами або коли довговічність має першорядне значення. Це коротка проста відповідь на складне запитання. Велику кількість параметрів необхідно взяти до уваги для ухвалення рішення про використання того чи іншого типу теплообмінного апарату. Неповний перелік факторів для порівняння наведено в таблиці 1.

Таблиця 1. Порівняння кожухотрубних і пластинчастих теплообмінних апаратів

Висновки

Як пластинчасті, так і кожухотрубні теплообмінники мають явні переваги. Для таких галузей, де потрібне компактне й ефективне охолодження, чилер на базі пластинчастих теплообмінників може стати ідеальним рішенням. З іншого боку, чиллер на базі кожухотрубних теплообмінників краще підійде для застосувань, де важливими є довговічність і можливість роботи з брудними середовищами і під високим тиском. Вибір відповідного теплообмінника залежатиме від таких чинників, як тип рідини, діапазон температур, наявність вільного простору і необхідність в обслуговуванні.

Якщо у вас залишилися питання щодо підбору обладнання – зверніться до фахівців Європром. Ми допоможемо вибрати відповідне рішення і запропонуємо надійні чиллери, представлені в нашому каталозі.

Що ви отримуєте з EVROPROM

Професійний технічний підбір: враховуємо робочі параметри, середовище, умови експлуатації та конфігурацію системи – пропонуємо оптимальне рішення під конкретне завдання.

Інженерну експертизу та консультації: пояснюємо плюси і мінуси кожного варіанта з позиції надійності, обслуговування, енергоефективності та ресурсу роботи.

Каталог перевіреного обладнання: широкий вибір чиллерів з кожухотрубними і пластинчастими теплообмінниками від надійних виробників, адаптованих під промислові та комерційні завдання.

Зниження ризиків в експлуатації: завдяки правильному вибору конструкції теплообмінника – мінімізуєте ймовірність витоків, перегрівів, замерзання чи втрати ефективності.

Економіку володіння під контролем: оптимізація витрат на монтаж, обслуговування та енергоспоживання протягом усього терміну служби обладнання.

Автор статті:
Андрій Кохан, інженер холодильного обладнання
29.08.2025