Una breve introduzione agli scambiatori di calore Pillow-Plate

Gli scambiatori di calore Pillow-Plate (PPHE) sono classificati come scambiatori di calore innovativi e sono utilizzati oggi in una vasta gamma di applicazioni come macchine per il ghiaccio, pompe di calore, column reboilers, sistemi di stoccaggio del calore latente, recupero del calore residuo, serbatoi incamiciati, ecc. Stanno guadagnando attenzione nell’industria a causa della loro produzione a basso costo e delle buone prestazioni termoidrauliche oltre al fatto di avere una costruzione resistente alla pressione.

La loro caratteristica principale è una piastra superficiale tridimensionale ondulata, da cui deriva il termine “pillow”, appunto “cuscino”. La figura 1 mostra l’aspetto ondulato di una piastra pillow. Un’altra caratteristica del PPHE è che le piastre hanno un basso peso specifico, che è un attributo che permette loro di essere collegate nelle sezioni di testa delle colonne di distillazione, per esempio.

Figura 1. Struttura di un Pillow Plate

I PPHE hanno una costruzione resistente alla pressione che offre basse perdite di carico e un alto coefficiente di scambio. Questo tipo di scambiatore di calore è composto da un certo numero di piastre pillow affiancate. Sono dotati di un distributore in entrata e di un collettore in uscita per il fluido all’interno dei canali. Le piastre sono formate da due lamiere metalliche posate l’una sull’altra mediante saldatura a punti con metodo laser o a resistenza, come si può vedere nella figura 1.

Per quanto riguarda il processo di fabbricazione delle piastre, dopo che sono state saldate, passano attraverso un processo di idroformatura che le gonfia con pressioni normalmente da 60 a 80 bar, che sono molto più alte delle pressioni operative. I canali formati da questo processo sono separati ermeticamente e fissati senza guarnizioni.

Di solito le piastre sono fatte con lo stesso spessore, quindi quando si applica il processo di idroformatura, entrambe le piastre si deformano allo stesso modo. Se il PPHE è composto da piastre con spessori diversi, solo la più sottile si deforma, dando luogo a un’espansione su un solo lato. A seconda dello spessore delle piastre si possono ottenere diversi modelli di piastre, come si può osservare nella figura 2.

Figura 2. Rappresentazione di diversi tipi di Pillow Plates.
Behrend (1993, apud J. M. Tran et al. 2018, p. 237)

Questa era la nostra brevissima introduzione sugli scambiatori di calore pillow-plates. Sotto, nella figura 3, si possono osservare alcune delle applicazioni che abbiamo menzionato qui. Questo è solo il primo di una lunga serie di post sui Pillow Plate! Nei prossimi post, approfondiremo ulteriormente questo argomento!

Figura 3. Esempi di applicazioni PPHE: Macchine per il ghiaccio (www.thermolazere.com) e jacketed tanks (https://www.hanputech.com)

Riferimenti

• Piper, M., Zibart, A., Tran, J. M., Kenig, E. Y., “A numerical study on turbulent single-phase flow and heat transfer in pillow plates”, Proceedings of the 15th International Heat Transfer Conference, IHTC-15 August 10-15, 2014, Kyoto, Japan, (2014)
• Tran J.M., Piper M., Kenig E.Y., Scholl S. (2018) Pillow-Plate Heat Exchangers: Fundamental Characteristics. In: Bart HJ., Scholl S. (eds) Innovative Heat Exchangers. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71641-1_7
• “Products. Pillow Plate” Hanputech.com
  https://www.hanputech.com/dimple-plate/pillow-plate.html (accessed November 03, 2021)
• “Urunler” Thermolazere.com
  http://www.thermolazer.com/urunler/#iLightbox[feature]/4  (accessed November 03, 2021)