Zamknięty układ chłodzenia wodnego z wymiennikami ciepła

Zamknięty układ chłodzenia wodnego z wymiennikiem ciepła typu rurowego, znanym również jako wymiennik płaszczowo-rurowy, opiera się na zasadzie przekazywania ciepła pomiędzy dwoma oddzielnymi obiegami cieczy bez bezpośredniego kontaktu między nimi. W tego rodzaju instalacji wykorzystywane są dwa obiegi: pierwotny (wewnętrzny) i wtórny (zewnętrzny).

W obiegu wewnętrznym krąży ciecz chłodząca, której zadaniem jest odbieranie ciepła bezpośrednio z chłodzonego urządzenia, takiego jak silnik elektryczny lub przekładnia przemysłowa. Woda lub mieszanina wody z glikolem przepływa przez specjalnie zaprojektowane kanały chłodzące, najczęściej znajdujące się w obudowie silnika lub w kadłubie przekładni. Ciecz odbiera tam energię cieplną wytwarzaną podczas pracy urządzenia. Następnie, dzięki działaniu pompy obiegowej, która zapewnia stały i stabilny przepływ, ciecz trafia do wymiennika ciepła gdzie przepływa przez przestrzeń między rurą centralną a zewnętrzną obudową wymiennika. W tej przestrzeni ciecz oddaje zgromadzone ciepło poprzez kontakt z powierzchnią rury wewnętrznej, przez którą jednocześnie przepływa ciecz chłodząca z obiegu wtórnego.

Obieg zewnętrzny (wtórny) może być otwarty lub zamknięty i wykorzystuje wodę technologiczną dostarczaną z chłodni, instalacji zakładowej lub naturalnego źródła chłodu. Woda z tego obiegu przepływa wewnątrz rury centralnej wymiennika rurowego. Przepływ często jest przeciwny względem kierunku przepływu w przestrzeni płaszcza (czyli obiegi pracują przeciwprądowo), co zwiększa sprawność cieplną urządzenia.

Ciepło przekazywane jest przez ściankę rury wewnętrznej: z cieczy znajdującej się w płaszczu (czyli z obiegu chłodzącego silnik/przekładnię) do chłodniejszego medium płynącego wewnątrz rury. W ten sposób ciecz z obiegu wewnętrznego zostaje schłodzona i może ponownie trafić do urządzenia, utrzymując jego temperaturę roboczą w wymaganym zakresie. Z kolei ciecz z obiegu wtórnego, po odebraniu ciepła, trafia dalej – zwykle do chłodni lub instalacji odprowadzającej nadmiar energii cieplnej.

Taka konstrukcja wymiennika rurowego, gdzie centralna rura przewodzi ciecz wtórną, a przestrzeń między nią a obudową stanowi przestrzeń przepływu medium pierwotnego, zapewnia wyjątkowo dobrą separację cieczy i bardzo kompaktową budowę. Co więcej, dzięki dużej powierzchni wymiany ciepła możliwe jest skuteczne chłodzenie nawet przy relatywnie niewielkiej różnicy temperatur między obiegami.

Rozwiązanie to znajduje zastosowanie w aplikacjach przemysłowych, gdzie dostęp do czystej wody chłodzącej jest ograniczony, a urządzenia muszą być chronione przed zanieczyszczeniami. Dzięki odwróceniu typowego kierunku przepływu – gdzie obieg wtórny znajduje się wewnątrz rurki, a nie na zewnątrz – można dodatkowo zminimalizować wpływ ewentualnych osadów z obiegu wtórnego, ponieważ łatwiej je wypłukać z rury niż z wielości cienkich kanalików. Dodatkowo, taka konstrukcja może być korzystna w warunkach morskich lub górniczych, gdzie chłodzenie wodą z zewnętrznych źródeł wiąże się z ryzykiem korozji lub zabrudzeń.