Wymiennik freonowy - charakterystyka, zasady działania, budowa

1411 Wyświetlenia 5 Lubię
Wysłany dnia: 2023-10-02
 

Wymiennik freonowy, zwany również płytowym wymiennikiem ciepła ciecz-freon (wymiennikiem gaz-woda itp) jest powszechnie stosowany w procesach chłodniczych, klimatyzacyjnych i grzewczych. Jest to urządzenie o stosunkowo wąskim spektrum zastosowań ze względu na obsługiwane media. Jeśli chcesz dowiedzieć się, czym jest freonowy wymiennik ciepła i gdzie jest wykorzystywany, koniecznie przeczytaj poniższy artykuł. Czytając poniższy wpis blogowy, dowiesz się z również, jak działa wymiennik freonowy, jak jest zbudowany oraz w jakich branżach i do jakich zastosowań jest wykorzystywany. Zapraszamy do lektury.

Czym jest freonowy wymiennik ciepła?

✅ Co to właściwie jest freonowy wymiennik ciepła?

Freonowy wymiennik ciepła to lutowany płytowy wymiennik ciepła o specjalnej konstrukcji umożliwiającej pracę z dwoma mediami w różnym stanie skupienia. Wymiennik freonowy jest urządzeniem służącym do przekazywania ciepła między dwoma płynami, które mają różne stany skupienia. Jednym z płynów jest ciecz, na przykład woda lub woda z glikolem, a drugim jest gaz, taki jak freon, czynnik R404, R32, R290 lub podobne. 

Wymiennik freonowy ten jest stosowany w różnych systemach chłodniczych i klimatyzacyjnych, gdzie konieczne jest skuteczne przekazywanie ciepła. Gdzie konkretnie spotyka się go najczęściej, jeśli chodzi o urządzenia, z którymi mamy częstą styczność? Odpowiedź brzmi: w pompach ciepła.

Parownik, czyli wymiennik freonowy w praktyce

✅ Parownik pompy ciepła to nic innego jak freonowy wymiennik ciepła

Wymiennik freonowy stosowany jest jako parownik w agregatach chłodniczych, pompach ciepła oraz klimatyzatorach, zawsze z uwzględnieniem maksymalnego ciśnienia roboczego, jakie w takiej instalacji może wystąpić - z uwagi na to, że każdy wymiennik ciepła posiada maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze.

Parowniki chłodnicze lub parowniki pompy ciepła są elementami kluczowymi z punktu widzenia działania każdego z powyższych urządzeń. Są to urządzenia odpowiedzialne za przeprowadzanie wymiany ciepła między różnymi mediami. W parowniku ciepło z otoczenia przekazywane jest do medium chłodniczego. W wyniku dostarczenia ciepła, czynnik chłodniczy (np. freon), zmienia swój stan skupienia z ciekłego na gazowy. Proces ten znany jest powszechnie jako parowanie. 

Skraplacz, czyli drugie zastosowanie wymiennika freonowego

✅ Podstawowy element pomp ciepła - czyli skraplacz - również jest rodzajem wymiennika ciepła gaz-woda

Freonowy wymiennik ciepła używany jest również jako skraplacz, czyli drugie urządzenie kluczowe z punktu widzenia wymiany ciepła w pompach ciepła, klimatyzatorach oraz agregatach chłodniczych.

Skraplacz chłodniczy lub skraplacz pompy ciepła jest podstawowym elementem w cyklu chłodniczym wymienionych wyżej urządzeń. Jego zadaniem jest przekształcenie gazowego medium chłodniczego (np. freonu) do stanu ciekłego. Proces ten zachodzi po tym, jak gazowy czynnik chłodniczy został uprzednio odparowany i odebrał ciepło w parowniku.

Jak działa wymiennik płytowy freonowy?

Wymiennik płytowy freonowy jest urządzeniem, które umożliwia wymianę ciepła między dwoma substancjami: gazem - np. freonem oraz cieczą, np. glikolem lub mieszanką wody z glikolem. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu specjalnej konstrukcji, składającej się z płyt, między którymi przepływają oba media, nie mieszając się (co jest kluczowe). Dzięki temu płytowy wymiennik ciepła zapewnia efektywną i szybką wymianę ciepła między dwoma mediami - także o różnym stanie skupienia.

Ale czym się różni wymiennik do freonu od zwykłych modeli płytowych?

✅ Warto zaznaczyć, że konstrukcja freonowego płytowego wymiennika ciepła jest przystosowana do obsługi gazów pod wysokim ciśnieniem, nawet do 4,5 MPa (lub 45 bar). Właśnie to jest podstawowy wyznacznik - który pozwala na stosowanie wymienników także z mediami gazowymi, z uwagi na to, że właśnie te media mają tendencję do pracy na wysokich ciśnieniach.

Budowa freonowego wymiennika

Wymienniki freonowe składają się z serii płyt, które są ze sobą zlutowane. Płyty mają specjalne kanały, przez które przepływają płyny, umożliwiając szybką i skuteczną wymianę ciepła. Wymiennik jest wykonany z wysokiej jakości materiałów, które są odporne na korozję i zapewniają długą trwałość urządzenia (stal 316L lutowana próżniowo z wykorzystaniem miedzi). Przyłącze do czynnika gazowego ma nieco mniejszą średnicę od przyłącza do czynnika ciekłego.

Dzięki swojej budowie i właściwościom ten rodzaj wymiennika jest szeroko stosowany w różnych dziedzinach, takich jak przemysł chemiczny, energetyka czy przemysł spożywczy. 

Wymienniki ciepła do freonu i czynnika chłodniczego Blog pl

Wymiennik ciepła przeznaczony do gazów, do freonu, do czynników chłodniczych itp - zwykle posiada przynajmniej jeden kanał bez gwintów przyłączeniowych - są to rurki przystosowane do lutowania. Właśnie w ten sposób przyłącza się je do obiegu gazowego. To jednak nie najważniejsza cecha wymienników ciepła do gazu. Najważniejsza jest odporność na wysokie ciśnienia. Szczególnie praca w charakterze skraplacza pompy ciepła wymaga od wymiennika ciepła odporności na wysokie ciśnienia, także powyżej 40 bar. Oznacza to, że klasyczne wymienniki ciepła woda-woda - nie sprawdzą się w tym zastosowaniu.

Gdzie stosowany jest freonowy wymiennik ciepła?

Freonowy wymiennik ciepła jest stosowany w wielu różnych gałęziach przemysłu. Często jest wykorzystywany w klimatyzatorach i chłodziarkach, gdzie pełni funkcję skraplacza. Ponadto freonowe wymienniki ciepła są również używane w urządzeniach chłodniczych, takich jak chłodnie, zamrażarki i witryny chłodnicze, aby utrzymać odpowiednią temperaturę i zapobiegać psuciu się produktów spożywczych. Poza sektorem chłodniczym freonowe wymienniki ciepła można znaleźć także w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym oraz w procesach przemysłowych, gdzie wymagane jest skuteczne chłodzenie lub ogrzewanie substancji w celu zachowania stabilnych warunków produkcji.

Jako ciekawostkę można dodać, że wymienniki tego typu stosuje się także przy przeróbkach klimatyzacji na pompy ciepła - co jest ostatnio dość interesującym trendem rynkowym i odpowiedzią rynku na zbyt wysokie ceny pomp ciepła.

Freonowe wymienniki ciepła stosowane są w następujących urządzeniach:

  • pompy ciepła (w tym przypadku wymiennik freonowy może funkcjonować jako parownik pompy ciepła oraz skraplacz do pompy ciepła), 
  • klimatyzatory (w branży wentylacji i klimatyzacji wymiennik freonowy stosowany jest z powodzeniem jako parownik klimatyzatora oraz skraplacz klimatyzatora),
  • agregaty chłodnicze (z kolei w przemyśle chłodniczym wymiennik freonowy wykorzystywany jest jako parownik chłodniczy oraz skraplacz chłodniczy).

W naszej ofercie znajdziesz m.in. następujące freonowe wymienniki ciepła:

Z jakimi czynnikami chłodniczymi współpracują wymienniki freonowe?

Płytowe freonowe wymienniki ciepła współpracują z następującymi czynnikami chłodniczymi: 

  • R32 - difluorometan. Czynnik ten wykorzystywany jest w systemach klimatyzacji, pompach ciepła oraz chłodnictwie - np. w transporcie żywności (samochody chłodnicze).
  • R404A - to mieszanina difluorometanu, pentafluoroetanu oraz heksafluoropropenu. Czynnik ten stosowany jest w chłodnictwie przemysłowym.
  • R407C - to mieszanina difluorometanu, pentafluoroetanu i oktafluoropropanu. Stosuje się go w klimatyzacji oraz chłodnictwie.
  • R410A - to mieszanina difluorometanu i pentafluoroetanu. Obecnie jeden z najpopularniejszych czynników chłodniczych. Stosowany jest w systemach klimatyzacji oraz pompach ciepła.
  • R290 - podobny do powyższych, całkowicie bezpieczny, zdobywający popularność w ostatnich latach czynnik chłodniczy

Wymienniki freonowe są projektowane tak, aby efektywnie wymieniać ciepło pomiędzy płynem chłodniczym a medium, które ma być ochłodzone. Wymienione wyżej gazy są wykorzystywane ze względu na ich dobre właściwości termodynamiczne i stabilność chemiczną. Dzięki współpracy z tymi czynnikami chłodniczymi płytowe freonowe wymienniki ciepła są efektywne i niezawodne w klimatyzacji, pompach ciepła, chłodzeniu przemysłowym czy produkcji lodu. 

Co odróżnia freonowy wymiennik ciepła od klasycznego płytowego wymiennika ciepła?

Freonowy wymiennik ciepła różni się od płytowego wymiennika ciepła typu ciecz-ciecz konstrukcją umożliwiającą obsługę gazów. Do tych różnic można zaliczyć obecność przyłącza do mediów gazowych oraz budowę, która gwarantuje odporność wymiennika na wysokie ciśnienia dochodzące nawet do 45 bar (4,5 MPa). Dla porównania płytowe wymienniki ciepła przeznaczone do obsługi cieczy posiadają najczęściej certyfikację jedynie do 20-30 bar. 

Użycie klasycznego wymiennika płytowego zamiast wymiennika freonowego do pompy ciepła

Część osób jest przekonanych, że można zaprojektować instalację z czynnikiem chłodniczym typu R32, R404, R407, R410, R290 czy podobnym - mając pewność, że nie zostaną przekroczone parametry ciśnienia rzędu 25-30 bar. Oznaczałoby to możliwość użycia standardowego - tańszego wymiennika ciepła typu ciecz-ciecz, certyfikowanego do 30 bar. Raczej są to jednak pochopne i ryzykowne działania, co postaramy się wykazać:

  • ✅ Zmienność ciśnień przy mediach gazowych jest właściwie niekontrolowana w pełni, a media tego typu mają tendencję do nagłych wahań ciśnień w zależności od wahań temperatur, na co również tradycyjny wymiennik ciepła z reguły nie jest przygotowany (ryzyko rozszczelnienia). 
  • ✅ Poza tym media tego typu wraz ze wzrostem temperatury szybko osiągają jednak dużo wyższe ciśnienia, w niektórych układach już przy osiągnięciu 30-35 stopni Celsjusza ciśnienie może przekroczyć 25-30 bar. Oznacza to, że zmuszeni bylibyśmy do użytkowania naszej domowej pompy ciepła (profesjonalnej czy z agregatu chłodniczego - to już bez znaczenia) jedynie na skrajnie niskich temperaturach, co ewidentnie pozbawiłoby ją funkcjonalności.

Ostatnim aspektem jest honorowanie gwarancji przez producentów wymienników. W większości wypadków samo użytkowanie wymiennika ciepła z ciśnieniem roboczym max. 30 bar - z mediami gazowymi czy czynnikiem chłodniczym może już oznaczać uchylenie gwarancji, jako użytkowanie niezgodne z przeznaczeniem. Tłumaczenie, że w naszym układzie freonu nie wystąpiły ciśnienia wyższe niż 30 bar - w zasadzie mija się z celem, każdy rzeczoznawca powie bowiem, że wskazane media mają tendencję do pracy na ciśnieniach zdecydowanie wyższych i w zasadzie używając ich z samej natury rzeczy, nie będziemy w stanie udowodnić, że w naszym układzie nie przekroczyły wskazanych parametrów. Ślady lutów czy spawów na przyłączach - z reguły będą oczywistą przesłanką dla stosowania mediów gazowych. Warto więc rozważyć czy tworząc własną pompę ciepła warto ryzykować - prawdopodobnie lepszym rozwiązaniem zawsze będzie zakup profesjonalnego wymiennika ciepła do czynnika chłodniczego.

___________

Aktualizacja: listopad 2024

 
Opublikowany w: Wymienniki ciepła i wszystko z nimi związane, Czynniki chłodnicze i Wymienniki ciepła do gazu, Pompy ciepła i wszystkie aspekty ich funkcjonowania

Zostaw komentarz

Kod bezpieczeństwa