เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น
(Plate Heat Exchanger)   

        

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น (Plate Heat Exchanger) หรือ (PHE) ได้ถูกนักวิจัยชาวอังกฤษ ชื่อ Dr. Richard Seligman ประดิษฐ์ขึ้นในปี ค..1923 เป็นเครื่องแรกเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมต่อมาในปี ค.. 1930 ได้มีการนำแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิมมาใช้ผลิตแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน และมีการพัฒนาความดันใช้งานเพิ่มขึ้นจากประมาณ 1 kg/cm2 เพิ่มเป็น 20 kg /cm2 จนกระทั่งปัจจุบันได้มีการพัฒนา PHE อย่างต่อเนื่อง อาทิ พัฒนารูปแบบใหม่ขึ้นมาเพื่อสามารถใช้งานได้กว้างขวางมากยิ่งขึ้น และมีประสิทธิภาพสูงขึ้น

การใช้ PHE ในปัจจุบันเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทั้งในด้านให้ความร้อน ทำความเย็น และการนำความร้อนกลับมาใช้อีก ดังเช่นแขนงงานดังต่อไปนี้
         
อุตสาหกรรมเคมี                             - โรงไฟฟ้า
         
อุตสาหกรรมกระดาษ                     -  อุตสาหกรรมเหล็ก
         
อุตสาหกรรมอาหาร                        -  อุตสาหกรรมจักรกล
         
ระบบปรับอากาศ (HVAC)            -  อุตสหากรรมน้ำมันก๊าซ

   

ลักษณะโครงสร้างของ PHE

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ประกอบด้วยชุดแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน มีลักษณะเป็นลอนใช้เป็นตัวกลางแลกเปลี่ยนความร้อนของของไหลสองด้าน ชุดแผ่นนี้จะถูกประกอบอยู่ระหว่าง เฟรมหน้า และเฟรมอัด โดยมีชุดสลักยึดให้แน่นอีกที่หนึ่ง บนแผ่นโลหะนี้จะมีปะเก็นอยู่รอบแผ่น เพื่อป้องกันการรั่วออก และบังคับทิศทางการไหลของของไหล การกำหนดจำนวนแผ่นที่ใช้จะขึ้นอยู่กับอัตราการำหล คุณสมบัติกายภาพของของไหล ความดันลดและอุณหภูมิเข้า – ออกที่ต้องการ โดยลักษณะที่แผ่นจะเป็นลอนซึ่งจะก่อให้เกิดการไหลแบบปั่นป่วนหรือพุ่งพล่านและทนความดันได้สูง

ชุดแผ่นและเฟรมอันแขวนอยู่บนคานแขวนบน และตั้งอยู่บนคานรับล่าง ซึ่งคานทั้งสองจะติดอยู่กับขาตั้งข้างหลัง โดยมีท่อเข้า-ออกอยู่บนเฟรมหน้า แต่อาจจะอยู่บนทั้งสองเฟรมก็ได้ ถ้ามีการจัดการไหลในชุดแผ่นมากกว่าหนึ่งรอบ

แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นนี้เป็นชิ้นส่วนสำคัญทำให้  PHE ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และประหยัดพลังงานนั้น คือ ลักษณะที่เป็นลอนฟูกของแผ่น PHE จะก่อให้เกิดการไหลแบบปั่นป่วนและทนความดันได้สูง

               ปะเก็น ทำหน้าที่ชีลระหว่างแผ่น PHE และเป็นตัวกำหนดทิศทางการไหลของของไหลให้ไหลสลับกันระหว่างแผ่น นอกจากนี้บริเวณช่องว่างระหว่างปะเก็นที่แบ่งทิศทางการำหลก็จะมีปะเก็นที่มีรูระบายเพื่อป้องกันของไหลไหลปะปนกัน กรณีที่มีการรั่วไหล วัสดุที่ใช้ทำปะเก็นจะพิจารณาจากคุณสมบัติทางกายภาพของของไหล อุณหภูมิ และความดัน และจะต้องเป็นวัสดุพวกยืดหยุ่นได้

              เฟรม จะประกอบด้วยเฟรมหน้าและเฟรมอัด ทำหน้าที่ประกอบชุดแผ่น
PHE เข้าด้วยกันโดยมีคาดแขวนบนและคานรับล่างเป็นตัวประคองให้ประกอบกันเป็นชุด ความแข็งแรงของเฟรมเกิดจากการยึดเฟรมด้วยสลักยึด ดังนั้นจึงทำให้สามารถถอดประกอบชิ้นส่วนเมื่อมีการเพิ่มหรือลดขนาดความจุของ PHE เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงหรือตรวจซ่อม และทำความสะอาด

      ประโยชน์จากการใช้ Plate Heat Exchanger

ได้ค่าถ่ายความร้อนมากขึ้น 5 เท่า

ด้วยลักษณะของแผ่นสองรูปแบบ คือ แบบลายกระดาษซักผ้า ลักษณะนี้จะสร้างการำหลแบบปั่นป่วน โดยการเปลี่ยนทิศทางการไหลและความเร็ว ส่วนแผ่นลายก้างปลา เมื่อประกอบเข้าด้วยกัน จะมีจุสัมผัสของส่วนนูนทำให้เกิดการไหลแบบควงสว่านขึ้น

ลักษณะทั้งสองรูปแบบ จะสร้างการไหลแบบปั่นป่วน ซึ่งจะขจัดการเกิดตะกรันได้

 

 

ประโยชน์ได้รับจากลักษณะของ Plate Heat Exchanger มีดังต่อไปนี้

รูปแบบ ประโยชน์ ผลที่ได้
ลักษณะของ  PHE

- ให้ประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนสูง และน้ำหนักเบา

- ลดต้นทุน
โครงสร้างถอดเปลี่ยนได้ ปรับปรุงได้ - ใช้ฐานรองรับขนาดเล็ก
  = ลดค่าก่อสร้าง

มี Frame หน้าตั้งอยู่กับที่ส่วน Frame อัดเลื่อนได้

- ง่ายต่อการตรวจสอบแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน

ง่ายต่อการปรับให้ใช้งานได้หน่วยหน้าที่
- มีจุดสัมผัสระหว่างแผ่นโลหะ เกิดการสั่นน้อยที่สุด

ลดเวลาหยุดเครื่องจักร
ค่าใช้จ่ายในการซ่อมและและการใช้งานต่ำลง

 การเปรียบเทียบระหว่าง
Plate Heat Exchanger กับ Shell-and-Tube Heat Exchanger

 

Plate Heat Exchanger

Shell-and-Tube Heat Exchanger

- อุณหภูมิข้ามกัน

- ทำอุณหภูมิใกล้ที่สุด

- ใช้งานได้หลายหน้าที่

- การต่อท่อเข้า-ออก

- อัตราส่วนการแลกเปลี่ยน

ความร้อน

- อัตราส่วนน้ำหนักขณะใช้งาน

ทำได้

10 C (20 F)

ทำได้

ทิศทางเดียว (บนเฟรมหน้า)

3 – 5

 

1

ทำไม่ได้

50 C (100 F)

ทำไม่ได้

หลายทิศทาง

1

 

3 - 10

 

  ที่มา : เอกสารเผยแพร่ความรู้เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย