Coaxial – opatentowany wymiennik ciepła

Coaxial to parownik (wymiennik ciepła) koncentryczny typu rura w rurze, pracujący w przeciwprądzie z czynnikiem chłodniczym (R410A, R454B, R32) w rurach miedzianych i z wodą w rurach stalowych. Na rynku istnieją różne rodzaje wymienników zanurzonych w buforze, ale to Hitema, włoski producent, opatentowała własne rozwiązanie oparte o specjalną konstrukcję, która sprawdza się już ponad 25 lat (tyle lat ma najstarszy działający parownik Coaxial). 

Czym jest wymiennik Coaxial? 

Wymiennik jest zanurzony w zbiorniku ze stali czarnej lub nierdzewnej. Zbiornik wykonany z blachy czarnej o grubości ścianki od 2 do 3 mm jest dodatkowo zaizolowany. Ten bufor jest „akumulatorem ciepła i chłodu”. Parowniki Coaxial dostępne są w wydajnościach do 200 kW. Powyżej tej wartości Hitema stosuje w standardzie parownik płaszczowo-rurowy. Stosowane są one w agregatach wody lodowej Hitema wykorzystywanych w chłodzeniu procesowym, w przetwórstwie tworzyw sztucznych, przemyśle farmaceutycznym, chemicznym, inżynierii mechanicznej, a nawet w rolnictwie. 

Budowa i specyfikacja techniczna 

Parownik Coaxial jest zanurzony w buforze i może pracować zarówno w układzie otwartym, jak i zamkniętym. Wężownica chłodnicza wykonana została z rurek miedzianych o grubości ścianki 0,5 mm. Wężownicę wodną wykonano ze stali czarnej o grubości ścianki 3 mm. W chillerach do modelu ENR.055 parownik może być stosowany w obiegu wody typu otwartego, co oznacza, że zbiornik nie jest pod ciśnieniem. Wyposażono go w przezroczysty wskaźnik poziomu z tworzywa sztucznego, który jest widoczny przez obudowę agregatu – umożliwia monitorowanie poziomu wody przy ręcznym napełnianiu lub odpowietrzaniu. 

W chillerach z układem zamkniętym (od 8 do 200 kW) stosuje się zawór bezpieczeństwa ustawiony na maksymalne ciśnienie 3 bary i ręczny lub automatyczny odpowietrznik.  Odpowietrzenie wymiennika jest kluczowe w celu zapobieganiu korozji. Konfiguracja chillera z obiegiem zamkniętym może być rozszerzona o naczynie wzbiorcze i automatyczny system napełniania. W układzie zamkniętym zabezpieczeniem przepływu jest Flow Switch, a w układzie otwartym – czujnik poziomu cieczy. Rura miedziana przed wyjściem z bufora ukształtowana jest w tak zwany separator cieczy, usytuowany w górnej części zbiornika. Ten element chroni sprężarkę przed zalaniem oraz zapewnia dodatkowe odparowanie czynnika na wyjściu z wymiennika. 

W dolnej części wężownica stalowa ma otwory zabezpieczające ją przed zamarzaniem. Otwory są umiejscowione od góry ze względu na ryzyko pęknięcia podczas wyginania wężownicy. W agregatach wody lodowej z parownikiem Coaxial zarządzanie całym systemem odbywa się według danych z czujnika na wlocie lub wylocie. W niektórych modelach włączenie lub wyłączenie agregatu zależy od temperatury na wylocie (czujnik B2), a w innych (większych) - od temperatury na wlocie do parownika (czujnik B1). 

Zakresy pracy parownika 

Parownik może pracować z wodą lub glikolem w następującym zakresie temperatur: 

1. Po stronie wodnej: woda wylotowa od –10°C (opcja LW) do +20°C (opcja HW).
2. Po stronie otoczenia: od -25°C (z opcją LT) do +45°C (z opcją TR45).

Hitema, jako producent agregatów procesowych, czyli urządzeń nietypowych i dostosowanych do zróżnicowanych warunków pracy, wykorzystuje również nietypowe zawory rozprężne, pracujące w zakresie od -4°C do +20°C. Jeżeli nie ma innych wymagań, stosuje się zawór termostatyczny (opcja VTS). W urządzeniach przystosowanych do pracy powyżej tych limitów montowany jest elektroniczny zawór rozprężny (opcja ETS). 

Zalety i charakterystyka wymiennika Coaxial  

1. Samooczyszczanie:  

Przestrzeń pomiędzy rurami miedzianymi w kolektorze a rurami wodnymi ze stali jest większa niż w parowniku płytowym lub płaszczowo-rurowym, zatem w przypadku brudnej wody małe części kamieni i pyłu zostaną usunięte wraz z przepływem wody. Zbiornik ma dodatkowy zawór spustowy w dolnej części, dzięki któremu możliwe jest oczyszczenie zbiornika z zalegających zanieczyszczeń.  

2. Duża zdolność adaptacji do zmieniających się przepływów oraz zmiennych obciążeń chłodniczych: 

Coaxial może pracować okresowo ze spadkiem przepływu do 50% bez aktywacji alarmu przeciwzamrożeniowego. Podczas zmniejszonego przepływu zład zbiornika o wyższej temperaturze podgrzewa wymiennik i redukuje spadek odparowania czynnika do poziomu alarmowego. Podczas napływu wody o wysokiej temperaturze (np. 50°C) zład zbiornika o niższej temperaturze obniża parowanie czynnika, a zarazem nie pozwala na nagły wzrost ciśnienia skraplania, co zabezpiecza uruchomienie się alarmu wysokiego ciśnienia. 

W zbiorniku zamontowany jest czujnik temperatury wody wylotowej z funkcją zabezpieczenia przeciwzamrożeniowego, dzięki temu chiller jest odporny na wahania temperatur i na zamarzanie. 

3. Proste napełnianie:  

W przypadku OWC (otwarty obieg wody) można wodę napełniać do zbiornika bezpośrednio z przezroczystej rurki (RM), dzięki czemu można również sprawdzić poziom wody. W przypadku CWC (zamknięty obieg wody) system można po prostu napełnić automatycznie z VSC (zawór wody spustowej) za pomocą automatycznego napełniania RA. 

4. Szeroki zakres temperatur pracy chillera:  

(od -10°C do +20°C temperatury wody na wylocie) 

5. Dystrybutor czynnika:  

Dzięki zamontowanemu dystrybutorowi czynnika, w każdej rurce jest taka sama ilość czynnika chłodniczego, co wpływa na właściwą dystrybucję czynnika chłodniczego. 

6. Ochrona sprężarki przed zalaniem: 

Dzięki dodatkowemu separatorowi cieczy w górnej części bufora. 

7. Umiejscowienie pompy: 

Pompa jest zamontowana w najniższym punkcie wymiennika (delikatnie powyżej osadnika brudu na dnie), co zabezpiecza ją przed suchobiegiem i pozwala pracować bez oporów wymiennika na pełnej wydajności przepływu. 

8. Kompaktowość: 

Kompaktowy system o dużej wymianie ciepła – zajmuje mniej miejsca w chillerze. 

9. Odporność:  

Zbiornik chroni parownik przed awarią podczas transportu i jest niezawodny przy ciśnieniu bezpieczeństwa wynoszącym 3 bary. 

10. Wysoka efektywność: 

Wymiennik osiąga wysokie współczynniki SEPR, powyżej 5. 

11. Elastyczność w zakresie pracy na czynniku chłodniczym:  

obecnie opracowane serie mogą pracować na czynnikach: R410A, R454B, R32, ale z zaostrzeniem wymagań dot. GWP. 

W jakich agregatach Hitemy stosowany jest Coaxial? 

Parownik typu Coaxial stosowany jest w agregatach wody lodowej Hitema następujących serii: 

• ENR (z powietrznym chłodzeniem skraplacza),  
• ENRF (z powietrznym chłodzeniem skraplacza i wbudowanym freecoolingiem), 
• ENW (z wodnym chłodzeniem),  
• ENRC (ze zdalnym skraplaczem),  
• CSE (z powietrznym chłodzeniem skraplacza, ale do instalacji wewnątrz i wyrzuceniem ciepła na zewnątrz kanałami dzięki wentylatorom odśrodkowym). 

W związku ze wzrastającymi cenami za prąd, coraz większą popularnością cieszą się agregaty wody lodowej z free-coolingiem. Biorąc pod uwagę potrzeby Klientów Hitema produkuje również serię agregatów ENRF z free-coolingiem bezpośrednim, które wyposażone są w Coaxial – a skraplacz ma dodatkową wężownicę wodną usytuowaną na zewnątrz. 

Wyżej wymienione serie w standardzie mają parownik Coaxial zanurzony w buforze. Jeśli zachodzi taka potrzeba, chiller może być wyposażony w parownik płytowy ze stali nierdzewnej (często ma to miejsce w przemyśle spożywczym). To samo dotyczy sytuacji, kiedy wymagane są 2 obiegi zamiast 1, a w buforze nie ma miejsca na 2 wymienniki (np. model z serii ENR.061, o mocy 63 kW, do pracy na wodzie o temperaturze 7/12°C). 

Agregaty ENR dostępne są również z odzyskiem ciepła, co daje możliwość uzyskania dodatkowego źródła ciepła dla celów sanitarnych. Seria HNR pozwala na wykorzystanie parownika Coaxial jako skraplacza w agregacie z pompą ciepła. Agregaty ENR o wydajnościach od 1,5 do 100 kW są dostępne prosto z magazynu Schiessl Polska. Urządzenia zostały wykonane standardowo (z filtrem skraplacza oraz pompą P3). Agregaty z parownikiem Coaxial w wykonaniu niestandardowym mają również szybki termin dostawy dzięki produkcji własnej w fabryce Hitemy.  

Przed wysyłką przez producenta wszystkie urządzenia przechodzą badania fabryczne wykonywane przez inżynierów kontroli jakości. Agregaty pracujące na tym wymienniku posiadają deklarację zgodności, która potwierdza wykonanie urządzenia zgodnie z dyrektywami Unii Europejskiej. Autoryzowany Serwis Hitema w Polsce zapewnia wsparcie zarówno w trakcie okresu gwarancyjnego, jak i po jego zakończeniu. 

Na co należy zwrócić uwagę podczas użytkowania urządzeń z wymiennikiem Coaxial? 

Jeśli zbiornik nie jest całkowicie napełniony, w górnej części zbiornika może znajdować się powietrze, które może powodować rdzę. Dzieje się tak, ponieważ zbiornik jest wykonany ze stali węglowej. W stalowych rurkach parownika może znajdować się również powietrze, więc dzięki systemowi ASFA (automatyczny odpowietrznik) powietrze może być usunięte z obiegu.  

Zawór bezpieczeństwa wody ma ustawione maksymalne ciśnienie 3 bary, więc należy uważać, aby nie zostało ono przekroczone. Jeśli do tego dojdzie, zawór się otworzy i istnieje ryzyko zwiększenia objętości zbiornika i pęknięcia spawu.