Wat is een warmtewisselaar?
Wilt u meer weten over warmtewisselaars? Waar ze voor worden gebruikt en hoe ze werken? Deze FAQ-pagina is een goede introductie tot het onderwerp.
Index van veelgestelde vragen;
Algemeen
- Wat is een warmtewisselaar
- Welke types warmtewisselaar zijn er?
Ontwerpen van een warmtewisselaar
- Hoe wordt een warmtewisselaar ontworpen?
- Mariene warmtewisselaars
- Met welke vloeistoffen kan een warmtewisselaar werken?
- Wat is Temperature Cross Over?
- Wat houdt een Heat Exchanger “Pass” in en hoeveel heb ik er nodig?
- Hoe maak ik een Heat Exchanger ontwerp efficiënter
- Welke industrie specifieke Heat Exchanger kan Thermex leveren?
Inbedrijfstelling/installatie
- Hoe installeer ik een warmtewisselaar
- Hoe verleng ik de levensduur van een warmtewisselaar
- Waardoor kan een warmtewisselaar defect raken?
Warmtewisselaarsterminologie
Algemeen
1. Wat is een warmtewisselaar?
Een warmtewisselaar is eenvoudig gezegd een apparaat dat warmte van het ene medium naar het andere overbrengt, een hydraulische oliekoeler bijvoorbeeld zal warmte uit hete olie verwijderen door koud water of lucht te gebruiken. Een andere mogelijkheid is een warmtewisselaar voor zwembaden die warm water van een boiler of een door zonne-energie verwarmd watercircuit gebruikt om het zwembadwater te verwarmen. De warmte wordt overgedragen door geleiding door de materialen van de wisselaar die de gebruikte media scheiden. Een shell and tube-warmtewisselaar voert vloeistoffen door en over buizen, terwijl een luchtgekoelde warmtewisselaar koele lucht door een kern van vinnen voert om een vloeistof af te koelen.
2. Welke types warmtewisselaar zijn er?
Er zijn veel verschillende types warmtewisselaar verkrijgbaar, de drie belangrijkste types die Thermex levert zijn;
Shell and Tube; Shell and Tube Heat Exchangers bestaan uit een groot aantal kleine buisjes die zich in een cilindrisch omhulsel bevinden. De buizen worden in de cilinder geplaatst met behulp van een buizenbundel of “buizenstapel” die ofwel vaste buisplaten kan hebben (permanent bevestigd aan het huis) of, in het geval van Thermex-warmtewisselaars, een drijvende buizenstapel waardoor de buizenbundel kan uitzetten en inkrimpen bij variërende warmtecondities en waardoor de buizenbundel gemakkelijk kan worden verwijderd voor service en onderhoud.
Plaattype; Plaatwarmtewisselaars werken op vrijwel dezelfde manier als een buizenwarmtewisselaar, met een reeks gestapelde platen in plaats van buizen. Platenwarmtewisselaars zijn meestal gesoldeerd of met pakkingen, afhankelijk van de toepassing en de gebruikte vloeistoffen. Door hun compacte roestvrijstalen constructie zijn ze een ideale keuze voor gebruik met koelmiddelen of in de levensmiddelen- en drankenindustrie.
Air Cooled; Luchtgekoelde warmtewisselaars worden vaak gebruikt in voertuigen of andere mobiele toepassingen waar geen permanente koelwaterbron beschikbaar is. Thermex ontwerpt en levert gecombineerde koelpakketten (of combi-koelers) die een motormantelwaterkoeler, oliekoeler en laadluchtkoeler combineren in één enkele unit, waardoor minder ruimte nodig is en de efficiëntie wordt verbeterd. De koele lucht wordt aangevoerd door een ventilator of door de luchtstroom die door de beweging van het voertuig wordt veroorzaakt.
Ontwerpen van een warmtewisselaar
1. Hoe wordt een warmtewisselaar ontworpen?
Om een warmtewisselaar te kunnen selecteren, moeten we het volgende weten;
- Vloeistoftype, temperatuur en debiet van het primaire circuit (meestal de hete vloeistof)
- Wat u uit het primaire circuit wilt halen (warmtedissipatie of een gewenste uitlaattemperatuur)
- Vloeistoftype, temperatuur en debiet van het secundaire circuit (meestal de koelvloeistof)
De bovenstaande velden zijn slechts de basis. Bij het samenstellen van een aanvraag dient u Thermex ook op de hoogte te stellen van eventuele drukverlies beperkingen en andere speciale vereisten.
Klik hier om het Thermex data sheet sjabloon te downloaden waarin de vereiste velden voor de selectie van de warmtewisselaar zijn aangegeven. Het gegevensblad moet ook worden opgeslagen en naar ons worden verzonden als u een offerte voor een warmtewisselaar wenst.
- Shell and Tube Heat Exchangers – Inlichtingenformulier
Neem gerust contact met ons op als u hulp nodig heeft met het formulier.
2. Marine Heat Exchangers
De werkingsprincipes van een marine warmtewisselaar zijn dezelfde als een koeler ontworpen voor zoet water gebruik, de belangrijkste overweging voor de ontwerper is echter dat de marine warmtewisselaar bestand moet zijn tegen erosie of corrosie veroorzaakt door zeewater. Dit betekent dat materialen die in contact komen met het zeewater geschikt moeten zijn, zoals 90/10 Cupro-Nikkel, 70/30 Cupro-Nikkel, Brons en Titanium.
Er zijn nog andere factoren die in overweging moeten worden genomen bij het ontwerpen van een mariene warmtewisselaar. Een daarvan is de snelheid, als die te laag is, bestaat het risico dat zand en andere deeltjes de buizen blokkeren. Is de snelheid daarentegen te hoog dan kunnen diezelfde deeltjes de buisplaat en buizen snel eroderen.
Aanvullende bescherming kan worden geboden door het aanbrengen van een opofferingsanode welke Thermex op verzoek kan bijleveren. Deze wordt geïnstalleerd in het draadgat dat normaal gebruikt wordt voor een aftapplug en staat in direct contact met de zeewaterstroom.
3. Met welke vloeistoffen kan een warmtewisselaar werken?
De geschiktheid van een vloeistof voor een warmtewisselaar is afhankelijk van het type warmtewisselaar dat gebruikt wordt en de materialen die beschikbaar zijn. Standaard Thermex warmtewisselaars zijn geschikt voor de meeste vloeistoffen, waaronder olie, water, water-glycol en zeewater. Voor meer corrosieve vloeistoffen zoals gechloreerd zout water, koelvloeistoffen en zuren zullen andere materialen zoals Roestvrij staal en Titanium gebruikt moeten worden.
4. Wat is temperatuur cross over?
Temperatuur cross over is een term die gebruikt wordt om het scenario te beschrijven waar de temperaturen van beide circuits in een vloeistof gekoelde warmtewisselaar elkaar beginnen te kruisen. Dit kan een belangrijke factor zijn in het ontwerp van een warmtewisselaar, omdat de efficiëntie van een koeler aanzienlijk zal afnemen wanneer de temperaturen elkaar kruisen. In veel gevallen is een platenwarmtewisselaar de beste optie voor toepassingen waar een temperatuursovergang niet kan worden vermeden.
| Olie | Water | |
| Inlaat Temperatuur | 80 | 30 |
| Uitlaattemperatuur | 50 | 51.5 |
| Flow Rate | 25 L/min | 15 L/min |
Uit bovenstaande tabel blijkt dat de koelwateruittredetemperatuur iets hoger is dan de uittredetemperatuur van de olie. Een eenvoudige manier om dit tegen te gaan en de efficiëntie van de oliekoeler te verhogen is het verhogen van de stroomsnelheid van de koelvloeistof. In dit specifieke voorbeeld zou een verhoging van het waterdebiet tot 25 L/min de wateruittredetemperatuur doen dalen tot 43°C
5. Wat is een “doorgang” van een warmtewisselaar en hoe weet ik hoeveel doorgangen ik nodig heb?
Een doorgang van een warmtewisselaar verwijst naar de beweging van een vloeistof van het ene uiteinde van de warmtewisselaar naar het andere. Bijvoorbeeld, wanneer wordt verwezen naar het “door buizen” circuit (gewoonlijk de koelvloeistof); – Single Pass – Vloeistof komt aan het ene uiteinde van de warmtewisselaar binnen, en verlaat het aan het andere uiteinde. – Double Pass – De vloeistof komt de warmtewisselaar binnen en verlaat deze aan hetzelfde uiteinde. – Drievoudige doorgang – De vloeistof doorloopt de lengte van de warmtewisselaar driemaal alvorens de warmtewisselaar te verlaten. De onderstaande afbeeldingen helpen om dit te demonstreren;
Single Pass (1-pass)
Double Pass (2-pass)
Triple Pass (3-pass)
- Een groter aantal passes verhoogt de hoeveelheid beschikbare warmteoverdracht, maar kan ook leiden tot hoge drukverliezen en hoge snelheden.
- Met een volledige set van operationele gegevens, kan Thermex de meest efficiënte warmtewisselaar selecteren die mogelijk is binnen de grenzen van drukverlies en snelheid.
- Het aantal passes op het primaire circuit kan ook worden aangepast om de thermische prestaties en efficiëntie te optimaliseren door de hoeveelheid baffles en de pitch te wijzigen.
6. Hoe maak je een warmtewisselaar efficiënter.
Warmtewisselaar efficiëntie kan op vele manieren worden gedefinieerd, in termen van thermische prestaties zijn er verschillende belangrijke factoren om te overwegen;
Temperatuurverschil – Zoals besproken in punt 3 (temperatuur cross-over) is het verschil tussen de hete vloeistof en de koelvloeistof zeer belangrijk bij het ontwerpen van een warmtewisselaar. De koelvloeistof moet altijd een lagere temperatuur hebben dan de hete vloeistof. Lagere koelvloeistoftemperaturen zullen meer warmte onttrekken aan de hete vloeistof dan warmere koelvloeistoftemperaturen. Als je bijvoorbeeld een glas drinkwater op kamertemperatuur zou hebben, is het veel effectiever om het af te koelen met ijs dan met gewoon koel water, hetzelfde principe geldt voor warmtewisselaars.
Stroomsnelheid – Een andere belangrijke factor is de stroomsnelheid van de vloeistoffen in zowel de primaire als de secundaire zijde van de warmtewisselaar. Een groter debiet verhoogt het vermogen van de warmtewisselaar om de warmte over te dragen, maar een groter debiet betekent ook een grotere massa, waardoor het moeilijker kan zijn om de energie te verwijderen en de snelheid en het drukverlies toenemen.
Installatie – De warmtewisselaar moet altijd worden geïnstalleerd volgens de richtlijnen van de fabrikant. Over het algemeen is de meest efficiënte manier om een warmtewisselaar te installeren dat de vloeistoffen in tegenstroom stromen (dus als de koelvloeistof van links naar rechts stroomt, stroomt de hete vloeistof van rechts naar links) en bij shell- en tube-warmtewisselaars moet de koelvloeistof op de laagste inlaatpositie binnenkomen (zoals in de bovenstaande diagrammen) om ervoor te zorgen dat de warmtewisselaar altijd vol water zit. Voor luchtgekoelde warmtewisselaars is het belangrijk om bij de installatie van een koeler rekening te houden met de luchtstroming, elk deel van de kern dat geblokkeerd is zal de koelcapaciteit in gevaar brengen. Om meer te weten te komen over tegenstroom en waarom het efficiënter is, lees onze blog post “Waarom tegenstroom warmtewisselaars efficiënter zijn”
7. Welke industrie-specifieke warmtewisselaars kan Thermex leveren?
Soms kan een specifiek type warmtewisselaar worden geselecteerd op basis van de industrie waar het voor zal worden gebruikt. Enkele voorbeelden hiervan zijn;
| Hydrauliek en Industrieel Proces |
|
| Marine |
|
| Food Process Equipment |
|
| Mobiele Installatie |
|
| stroomopwekking |
|
| Mining |
|
| Spas and Swimming Zwembaden |
|
Inbedrijfstelling en installatie
1. Hoe een warmtewisselaar te installeren
De juiste methode voor het installeren van een warmtewisselaar varieert, afhankelijk van het exacte type unit en de omgeving waarin deze wordt gebruikt. Voor installatie-instructies verwijzen wij u naar een van onze Installatie- en Bedieningshandleidingen
- Shell and Tube Heat Exchangers – IOM
- Brazed Plate Heat Exchangers – IOM
2. Hoe de levensduur van een warmtewisselaar te verlengen
Warmtewisselaars zijn gemaakt van robuuste materialen, hebben geen bewegende delen en werken bij verschillende drukken en temperaturen, dus als een warmtewisselaar op de juiste manier wordt gebruikt, is er geen reden waarom deze niet vele jaren operationeel zou kunnen blijven. Om de levensduur van een warmtewisselaar te verlengen zijn er een aantal stappen die genomen moeten worden;
Zorg ervoor dat de ontwerpgegevens accuraat zijn – Als u gegevens naar onze engineers stuurt voor de selectie van een warmtewisselaar, dan is het het beste om ervoor te zorgen dat deze zo accuraat mogelijk zijn. Dit zal er niet alleen voor zorgen dat uw warmtewisselaar thermisch efficiënt is, maar ook dat hij gedurende een lange periode zal kunnen werken. Als het debiet te hoog is, kan erosie een probleem zijn, als de druk te hoog is, kunnen er lekken ontstaan en als er ongewone chemicaliën in de vloeistoffen zitten (zoals zuren in koelwater), neem dan contact met ons op om de compatibiliteit te controleren. Als onze standaard materialen niet geschikt zijn dan kunnen we meestal een alternatief leveren dat dat wel is.
Inbedrijfstelling en installatie – Zorg er bij de installatie van uw warmtewisselaar voor dat de juiste koppelingen en pijpwerk worden gebruikt. Raadpleeg bij twijfel de Thermex Installatie- en Bedieningshandleiding voor meer informatie. Voor warmtewisselaars op toepassingen die vervuild, ondiep of brak zeewater als koelmiddel gebruiken en koperlegering buizen hebben, is het aanbevolen om de warmtewisselaar eerst een aantal weken in schoon zeewater te laten draaien, dit creëert een beschermende laag over het buismateriaal wat helpt om te beschermen tegen corrosie. Meer informatie over dit onderwerp is te vinden op www.copper.org. Waar mogelijk moeten ook filters worden gebruikt waar vloeistoffen vaste deeltjes kunnen bevatten om buiserosie te voorkomen.
Regulier onderhoud en revisie – Alle Thermex buizenwarmtewisselaars zijn zo ontworpen dat onderhoud en revisie eenvoudig kunnen worden uitgevoerd. De eindkappen kunnen worden verwijderd zodat de interne buizenbundel kan worden verwijderd voor reiniging. Nieuwe afdichtingssets kunnen ook uit voorraad worden geleverd en zijn te koop in onze Web Shop. Voor informatie en tips over het onderhoud van uw warmtewisselaar verwijzen wij u naar de Thermex Installatie- en Bedieningshandleiding.
3. Waardoor kan een warmtewisselaar defect raken tijdens bedrijf?
Er zijn vele mogelijke oorzaken voor het defect raken van een warmtewisselaar, enkele voorbeelden voor shell and tube zijn;
| Symptoom | Mogelijke oorzaak | Mogelijke oplossing | Preventie | Olie en water vermenging | O Ring defect | Normaal gesproken is een afdichtingsset alles wat nodig is om het probleem op te lossen, maar de temperaturen moeten worden gecontroleerd om er zeker van te zijn dat de gekochte afdichtingen geschikt zijn. | Voordat u een oliekoeler aanschaft, moet u zich ervan vergewissen dat Thermex op de hoogte is van de drukken en temperaturen die worden gebruikt. |
| Splijtbuis | |||
| Erosie aan de voorkant van de buisplaat | Watersnelheid is te hoog | Controleer de waterdoorstroming en adviseer Thermex. In sommige gevallen kan een hogere kwaliteit materiaal zoals 70/30 CuNi of Titanium nodig zijn. | Bij gebruik van zeewater, zorg ervoor dat de stroomsnelheid de mogelijkheden van de warmtewisselaar niet overschrijdt. Neem contact met ons op voor advies. |
| Header / End cap split | Verzet water in de warmtewisselaar / oliekoeler. | Nieuwe header kit en Seal Kit zijn nodig. | Leg het watersysteem af gedurende de winter als de koeler niet wordt gebruikt. |
| Onvoldoende thermische capaciteit, of verminderde prestatie. | Bedrijfsomstandigheden komen niet overeen met ontwerpomstandigheden | Overleg met Thermex ingenieurs de ontwerpomstandigheden en de bedrijfsomstandigheden, een nieuwe buizenstapel of pomp kan nodig zijn. | Zorg ervoor dat de aan Thermex verstrekte bedrijfsgegevens zo nauwkeurig mogelijk zijn. |
| Verwijder de koppen om de buizen te controleren, reinig deze met een geschikte vloeistof of pijpenreiniger. | Gebruik een filtratiesysteem om verstoppingen in de buizen te voorkomen, of verhoog het koelwaterdebiet. | ||
| Te veel verstopte buizen | Nieuwe buizenstapel zal nodig zijn. | Vermijd maatregelen waardoor buizen verstopt raken of waardoor het aantal in bedrijf zijnde buizen vermindert. |
Warmtewisselaar Afkortingen en Terminologie
Hieronder vindt u enkele afkortingen en termen die vaak in de warmtewisselaarindustrie worden gebruikt;
- ETD Extreem Temperatuurverschil
- EGC Uitlaatgaskoeler
- MGO Marine Gas Oil Cooler
- HTHE Header Tank Heat Exchanger
- CAC Charge Air Cooler
- ACOC Air Cooled Oil Cooler
- PHE / PHEX Plate Heat Exchanger
- Shell Side Flow/Connections – (Schilzijde stroom/aansluitingen) Shell-zijde verwijst naar de stroming van een vloeistof, zoals olie, over het buitenoppervlak van de buizenstapel
- Buiszijde stroom/aansluiting – de buiszijde verwijst naar de vloeistofstroom door de buizen van de buizenstapel, gewoonlijk de koelvloeistof Drukverlies/Daling Het niveau van tegendruk dat door het pompen van de vloeistoffen door de warmtewisselaarkringen wordt veroorzaakt