Lange tijd werd gedacht dat een spiraalvinontwerp de enige optie was voor gebruik in omgevingen die zware materialen, een lange levensduur en algehele stevigheid vereisten. Men dacht dat plaatvinrollen te kwetsbaar waren voor de ontberingen van veel industriële toepassingen. Maar de laatste decennia is het steeds gebruikelijker geworden om platenwarmtewisselaars in industriële toepassingen te zien.
Dat wil niet zeggen dat plaatvinspoelen de spiraalvin hebben vervangen. Er zijn nog steeds talloze toepassingen waarbij spiraalvinspiralen de beste optie zijn, maar nieuwe processen die zaken als zwaardere lamellen mogelijk maken, hebben ervoor gezorgd dat plaatvinopties populairder zijn geworden voor toepassingen waar voorheen alleen spiraalvinconstructies zouden zijn overwogen.
In dit bericht bespreken we beide soorten warmtewisselaars: enkele details over hoe ze zijn geconstrueerd en de voordelen van elk.
Plaat vin
In een platenwarmtewisselaar worden buizen door een reeks metalen ‘vinnen’ gestoken. Deze vinnen worden gemaakt met behulp van een doorlopende rol (0,004” tot 0,032”) metaal – koper of aluminium bijvoorbeeld – die door een pers wordt gevoerd die gaten voor buizen ponst en de plaat op maat snijdt. Om dit te bereiken, gebruiken persen verschillende soorten matrijzen, die variabele configuraties van vinnen per inch (FPI), buis-tot-buis-afstand en buisdiameter mogelijk maken.
Vervolgens worden buizen door de vinnen gestoken. Vervolgens worden de buizen uitgezet om een veilige verbinding binnen het vinnenpakket te vormen om de warmteoverdracht tussen buizen en vinnen te maximaliseren. Dit kan worden bereikt via een mechanisch proces of door water onder druk te gebruiken.
Voordelen
1. Verscheidenheid aan materiaalopties: Bij plaatvinrollen kunnen vinnen van een willekeurig aantal materialen worden gemaakt. Enkele populaire voorbeelden zijn koper, aluminium, koolstofstaal en roestvrij staal, waarbij materialen als koper-nikkel minder gebruikelijk zijn, maar niet ongehoord.
2. Verscheidenheid aan configuratiemogelijkheden voor het vinoppervlak: Vinnen kunnen worden gemaakt met behulp van een verscheidenheid aan patronen en verbeteringen die onder meer de luchtturbulentie vergroten of de spoel gemakkelijker schoon te maken maken. Enkele populaire vinoppervlakken zijn:
Platte vin
Gegolfde vin
Sinusvormige vin
Verhoogde lansvin
Gelouverde vin
3. Warmteoverdrachtsprestaties: Platvinspiralen kunnen een betere warmteoverdrachtscoëfficiënt aan de luchtzijde bieden dan die van spiraalvormig gewikkelde vinnen vanwege het grotere secundaire oppervlak, wat betekent dat energie efficiënter door de spiraal wordt overgedragen.
4. Variabiliteit van de lameldichtheid: Het ontwerp van de lamellenwarmtewisselaars maakt een breed scala aan lameldichtheden mogelijk, met een typisch bereik van 1 tot 25 FPI. Spoelen met standaard spiraalvormig gewikkelde vinnen zijn doorgaans beperkter op dit gebied, waarbij 4 tot 13 FPI een typisch bereik is, maar sommige spiraalvormig gewikkelde vinnen met zeer lage vinhoogten kunnen een veel grotere FPI bereiken.
Spiraalvormige vin
Spiraalvormig gewikkelde vinnen, ook wel een spiraalvormig vinontwerp genoemd, zijn in wezen precies dat: een helixvormige vin die om een buis is gewikkeld. In tegenstelling tot plaatvinontwerpen, waarbij meerdere buizen door een gemeenschappelijke vin gaan, wordt bij spiraalvormig gewikkelde vinnen elke buis over de gehele lengte omgeven door spiraalvinnen.
Voordelen
1. Potentieel voor gemakkelijke vervanging: In tegenstelling tot plaatvinontwerpen, waarbij het verwijderen en vervangen van afzonderlijke componenten minder economisch kan zijn dan het vervangen van de hele spoel, kunnen bepaalde spiraalvormige ontwerpen ervoor zorgen dat buizen gemakkelijk kunnen worden verwisseld als er één beschadigd raakt.
2. Zeer goed contact en hechting tussen vin en buis (vooral bij gebruik van de ingebedde vinmethode): Er zijn een paar verschillende methoden die worden gebruikt om een spiraalvormig gewikkelde vinbuis te maken. De ingebedde vinmethode zorgt voor de beste vin-buisverbinding en kan worden gebruikt bij hogere temperaturen, terwijl de edge-wound- en L-foot-opties beter geschikt zijn voor toepassingen bij lagere temperaturen.
• Randgewikkeld – een strook vinmateriaal wordt loodrecht op de buis gewikkeld, waardoor een doorlopende spiraalvormige vin langs de lengte van de buis ontstaat. De vin en de buis zijn door spanning met elkaar verbonden.
• Wrap-on of “L”-voet – een strook vinmateriaal wordt zo op de buis bevestigd dat een deel van de vinstrip 90° buigt en evenwijdig aan de buis ligt, waardoor een “voet” ontstaat. Deze voet vergroot het contactoppervlak van de vin met de buis, wat zorgt voor extra warmteoverdracht. Deze methode is ook afhankelijk van een spanningsverbinding.
• Ingebed: bij deze methode wordt er een groef in het oppervlak van de buis geploegd en wordt de lamellenstrook in de groef gewikkeld. De randen van de groef worden over de rand van de vin naar beneden gedrukt om de vin op zijn plaats te vergrendelen. Deze methode zorgt ervoor dat het buismateriaal zelf zich hecht aan de vin, een verbinding die zelfs bij toepassingen met hoge temperaturen behouden blijft.
3. Meer materiaalopties bij hoge temperaturen: Voor toepassingen waarbij luchttemperaturen tussen 400 en 700 ° F betrokken zijn, zijn spiraalvormig gewikkelde vinnen gemaakt van aluminium en staal haalbaar, terwijl plaatvinspiralen gemaakt moeten worden met stalen vinnen en buizen bij gebruik bij dergelijke temperaturen.
