Soojusvahetaja

Soojusvahetaja on laite, joka siirtää lämpöenergiaa kahden tai useamman virtaavan väliaineen välillä ilman että ne sekoittuvat toisiinsa. Lämpö siirtyy pääasiassa johtumalla läpi mitoitettujen seinämäkerrosten ja konvektion avulla kummankin virtaavan aineen virtauksen aikana. Sijoitusvaihteluja hyödyntämällä voidaan saavuttaa tehokas lämmön siirto pienin painehäviöin ja järjestelmän kustannuksin.

Toimintaperiaate ja tyypit

Soojusvahetimet voidaan luokitella ensisijaisesti rakenteen mukaan. Levyvaihdin (plate heat exchanger) koostuu ohuiden levyjen muodostamista kanavista, joiden väliin virtaavat väliaineet kulkevat vastakkain tai samansuuntaisesti; ne ovat tehokkaita, helposti puhdistettavia ja soveltuvat nesteille, joissa on vähän likaa. Putki-kotelo-vaihdin (shell-and-tube) sisältää putkikimaran, jonka sisällä virtaavat väliaineet ja jonka ympäriltä virtaava nesteesi suojaus, ja sitä käytetään usein korkeissa paineissa ja suurilla virtaamilla. Muita tyyppejä ovat ilmasuojatut tai kiinteäainesoveltuvat lämmönvaihtimet sekä erityisesti kaasujen tai höyryjen käsittelyyn tarkoitetut ratkaisut. Suunnittelussa ratkaisevat tekijät ovat virtaamien lämpötilaerot, viskositeetti, paine ja kemiallinen yhteensopivuus.

Käyttökohteet ja suunnittelu

Soojusvahtimia käytetään laajasti rakennusten lämmittämisessä ja jäähdytyksessä, teollisissa prosesseissa, sähkön ja öljyn joukkojen jäähdytyksessä sekä ajoneuvojen jäähdytys- ja jäähdytysverkostoissa. Suunnittelussa arvioidaan lämpötilavaihtelun aiheuttama LMTD-arvo tai NTU-menetelmä, tilavuus- ja pinta-ala, painehäviöt sekä materiaalin vastustuskyky korroosiolle. Huomioitavia ovat puhdistus-, likaantumis- ja tukkeutumisriskit sekä mahdolliset lämpötilan ja paineen laajenemistarpeet.

Yhteenveto

Soojusvahetajat ovat keskeisiä laitteita energiankäytön optimoinnissa, mahdollistavat tehokkaan lämmön siirron eri virtaavien aineiden välillä ilman sekoittumista, ja niitä sovelletaan laajasti sekä teollisissa että rakennus- ja liikennejärjestelmissä.