История развития пластинчатых теплообменных аппаратов

Первые упоминания о пластинчатых теплообменных аппаратах историки относят к VI веку до нашей эры. До наших дней сохранились фрески древней Галлии, на которых изображены воины, которые использовали одни из первых принцип передачи тепла в древнеримских банях «Термах». В таких банях горячая вода нагревалась в котлах, практически до кипения, чтобы уничтожить микроорганизмы, и пользоваться ею приходилось очень осторожно. В силу религиозных верований в Галлии был широко распространен культ боевых лошадей, и омовение в банях совершалось совместно с ними. Поэтому постоянная потребность именно в меру горячей воде была велика. Смешение же кипятка с холодной водой считалось недопустимым из-за риска наличия микроорганизмов. Богатые люди могли позволить себе разбавлять кипяток вином или молоком, что было непозволительной роскошью для простых воинов или обычных граждан.

Как следствие, потребность в большом количестве теплой воды для мытья повлекла за собой развитие первых теплообменных аппаратов, которые в то время изготавливались либо специально, как стационарные устройства, либо в походе использовалась часть пластинчатого доспеха или щиты.

Фактически первый пластинчатый теплообменник представлял собой вогнутую пластину из сплава, по которой с одной стороны протекала горячая вода, а другая сторона была частично погружена в бассейн с прохладной водой. Принцип теплообмена, который используется в пластинчатом теплообменном аппарате был определен при помощи обмена теплом через фигурную пластину двумя средами: греющей и нагреваемой, не смешиваясь друг с другом.

Обширное применение аппаратов привело, к наиболее нейтральному общению жителей Римской Империи в банях, а также к формированию первого в мире демократического государства, где любой человек имел возможность воспользоваться правом на безопасное мытье в бане теплой водой за незначительные средства.

Падение Римской Империи означало, что о пластинчатом теплообменнике в Европе можно забыть на долгие года. Но, как ни странно, в этот темный для Европы период пластинчатый теплообменник начинает активно применяться в странах Азии, а особенно на территории Монголии и Восточной Сибири, откуда хлынули орды кочевников, которые разрушили Римскую Империю и вывезли античные трофеи, в их состав вошли и несколько теплообменников. Также брали с собой много пленников, среди которых находились и техники Римской Империи, которые со временем смогли восстановить культ мытья в банях. Особенно это было характерно для регионов Восточной Сибири, Индии и Тибета.

Со II по XII век, в конструкции пластинчатого теплообменника не было изменений, он оставался однопластинчатым. Только на Руси в конце XIII века был изготовлен первый многопластинчатый теплообменник, по аналогии с боевым доспехом русских воинов. Это было вызвано желанием получить более компактный аппарат, который был более удобен при транспортировке на большие расстояния в боевых походах, чем аппарат с одной большой пластиной.

Первым разработчиком пластинчатого теплообменного аппарата, который напоминающие современные аналоги, является Драхе. Он выпустил весной в 1878 г. совершенно новое оборудование, которое в последствие завоевало популярность. Немного позже Брейтвишен и Мелезин создали аналогичный продукт, но их начинания не увенчались таким успехом, как у Драхе.

Более усовершенствованная модель появилась в середине 1917 г. Ее предложил Гаррисон. Оборудование отличается наличием 4 отверстий, которые располагаются в угловых зонах. Сама пластина по всей площади имеет специальные каналы. Именно такой вариант агрегата начали выпускать в 1923 году серийно. Во время производства использовали фильтр-пресс.

Только по прошествии десятилетия оборудование снова претерпело изменения. Его усовершенствованиями занимались Зелингман и

Фельдмейер. Они создали агрегат, который имел волнистообразные тонкие пластины вытянутой формы. За счет такого приема теплоотдача повышалась в несколько раз по сравнению с предыдущими агрегатами.

В конце 1930-х гг. ученый из Швейцарии Рамэен создал нестандартную конструкцию оборудования для подогрева. Он соединил сваркой парные листы металла и получил аналоги плоских трубных конструкций.

Создателем первого пластинчатого теплообменника была шведская компания Густава де Лаваля, выпустившая первую модель, которая была предназначена для пастеризационного оборудования, в 1938 году. Модели первых теплообменников не отличались компактностью и были весьма неудобны в использовании. Толщина пластины теплообменников варьировалась в диапазоне 5-10мм, тогда как в современных моделях пластинчатых теплообменных аппаратов она не превышает 0,5мм.

До настоящего времени на рынках России преобладали кожухотрубные теплообменники, пластинчатые же являлись относительно новым видом теплотехнического оборудования. Пластины для первых пластинчатых теплообменников нарезались из металлических листов толщиной 15-30мм в отличие от современного метода изготовления путем штампования. Для уплотнения использовались специальные прокладки, укладываемые между пластинами по их периметру.

Первые пластинчатые теплообменники, использовались, в основном, для охлаждения и нагрева соков. Недостаточность сферы применения ограничивала и технические характеристики первых теплообменников: значения давления и температуры не превышали величин 6 атм. и 110 градусов соответственно. Причиной подобных ограничений являлась и неразвитость существующих в то время технологий обработки металлов: так, к примеру, использующаяся в настоящее время для изготовления пластин, технология тонколистового проката нержавеющей стали появилась лишь в середине 20 века. Только в 1960-70-х годах значительно расширилась сфера применения теплообменников: помимо пищевой промышленности их стали использовать также и в энергетике, морском и речном судостроении, фармацевтике и т. д. Толчком к этому послужило в первую очередь развитие химической, обрабатывающей и металлургической промышленности, приведшее к созданию более совершенных материалов для пластин теплообменников и уплотнителей, улучшивших их технико-эксплуатационные характеристики, к серийному производству рам для пластинчатых теплообменников и др. Современные модели пластинчатых теплообменников могут выдерживать температуры до 180 градусов Цельсия и иметь рабочее давление до 25 атмосфер. Площадь поверхности единичного теплообменника может доходить до 2500м2, а максимальный расход воды через такой единичный пластинчатый теплообменник составляет 2500 т/час. Мощность его может достигать значения 150 МВт. Подобные технические характеристики дали возможность пластинчатым теплообменникам значительно увеличить перечень областей их применения: они являются необходимым атрибутом технических устройств чуть ли не во всех существующих на сегодняшний день отраслях промышленности. Конденсация паров, охлаждение и нагрев жидкостей и газов, рекуперация тепла – все это неполный список основных сфер использования данного вида теплообменников, позволяющий, несмотря на невозможность их применения в условиях высоких температур и давлений, в отличие от трубчатых теплообменников, занять значительный сегмент рынка теплообменных устройств. Востребованность именно данного вида теплообменных аппаратов во многом обусловлена их более высокой эффективностью при использовании в водных средах в сравнении с трубчатыми.