Levylämmönsiirtimen mitoitus ja optimointi erityisesti lämpöpumpuissa

Työn tavoitteena on laatia käsikirjamainen läpileikkaus levylämmönsiirtimen rakenteesta ja käytöstä lämpöpumppulaitteistoissa. Kylmäprosessin tarkastelun lisäksi on eri lähteistä haettu yhtälöitä lämmönsiirron ja painehäviönlaskentaan. Lähdeaineistona on käytetty lämmönsiirron oppikirjoja, joiden lisäksi on käyty läpi suuri joukko tieteellisen tutkimuksen julkaisemia tutkimusraportteja levylämmönsiirtimen mitoituksesta erilaisissa käyttökohteissa. Oppikirjoissa ei ole esitetty varsinaisesti levylämmönsiirtimen laskentamenetelmiä, vaan niissä esitetään lämmönsiirron perusyhtälöt. Varsinainen lämmönsiirtolevyprofiilin laskentaan perustuva lähdeaineisto on löytynyt lämmönsiirtoon erikoistuneista julkaisuista. Lämmönsiirto tapahtuu aina kuumemmasta kylmempään tilaan. Lämmönsiirto eri virtausaineiden välillä toteutetaan lämmönsiirtimien avulla. Lämmönsiirrintyyppejä on olemassa lukuisia, joista yksi yleisesti käytetty tyyppi on levylämmönsiirrin. Tässä konstruktiossa on mahdutettu paljon lämmönsiirtopintaa ulkomitoiltaan pieneen tilaan. Tämä siirrintyyppi on eduksi silloin, kun virtaavat aineet ovat puhtaita ja niillä ei ole likaavaa vaikutusta lämmönsiirtopinnoille. Lämpöpumpulla tarkoitetaan laitetta, jolla voidaan käyttää hyödyksi lämmönlähteen matalaa lämpötilatasoa nostamalla lämpötilatasoa kompressorin puristustyön avulla korkeampaan lämpötilatasoon. Lämpöpumppulaitteiston toiminta perustuu kylmäprosessin toimintaan. Kylmäprosessin läpikäynti auttaa lukijaa hahmottamaan, millainen prosessi on kysymyksessä ja mitä komponentteja liittyy kylmäprosessiin. Tässä diplomityössä esitetyt yhtälöt antavat suuntaa, millä tavalla levylämmönsiirtimien ominaisuuksia voidaan laskea ja mitkä tekijät vaikuttavat siirtimien mitoittamiseen. Tarkemmat vaihdinkohtaiset laskentakorrelaatiot muotoutuvat vasta sitten, kun valmis tuote on testattu laboratorio-olosuhteissa ja siitä on saatu lämpötila-, virtaus- ja painesuhteet selville. Tämän jälkeen voidaan mittaustuloksiin perustuen rakentaa matemaattinen malli, jolla laskennallisesti määritelläänvaihtimien ominaisuudet. Lisäksi on esitetty yleisiä tapoja, joilla voidaan määritellä lämmönsiirtimien lämpöpintoja.

The objective of thisthesis is to create a reference guide of the build-up and use of plate heat exchanger in heat pump mechanisms. In addition to cold process observation there has been gathered equations for calculating heat exchange and pressure loss. As source material there has been used heat exchange textbooks with additional examination of large number of scientific research publications and reports of plate heat exchanger design and dimensioning in a variety of usage target. There has been no special arithmetic design value in the textbooks but they only presented the basic equations of heat exchange. The primary source material for calculating the heat exchange profile has been found on publications specializing in heat exchange. Heat exchange always takes place from more temperate to colder state.Heat transfer between different flowing materials is being accomplished by heatexchanger. There are a number of heat exchanger types, of which one commonly used is plate heat exchanger. This construction houses considerable amount of heattransfer plane in small/economical space. This transfer type is beneficial whenflowing substances are clean and they do not have contaminating effect on heat exchange surfaces. By heat pump we determine a device, which can exploit the heat source's low temperature level by increasing its thermal planar by work of supercharger's compression work. Heat pump device's operation is based on cold process' action. Getting through the cold process helps the reader to identify what kind of process is in question, and what components are attached to cold process. The equations presented in this thesis point to the direction of how to calculate heat exchanger equipment characteristics and what factors have effect on scaling the transformer. More precise exchanger specified computational correlations will be formed not until the finished product has been tested in laboratory conditions and all thermal, flow and pressure quotients have been perceived. After this we can build a mathematical model, based on measured facts where the characteristics of the heat exchanger are defined. In addition there has been presented general ways of defining heat exchanger's thermionic surfaces