Виды теплообменников

Аппараты, механизм работы которых заключается в обмене теплом между двумя средами, имеют общее название – теплообменники. При этом их конструкции и сферы применения чрезвычайно разнообразны. В группу этих устройств входят испарители и парогенераторы, водонагреватели и пастеризаторы, конструктивные элементы систем кондиционирования и охладительного оборудования.

Широкая потребность производства и частного сектора в теплообменных устройствах, использование в качестве носителей разных сред создали предпосылки к созданию большого числа модификаций теплообменников. Поэтому при выборе оборудования очень важно уделить внимание классификации и особенностям строения, соотнести возможности конструкций с потребностями вашего производства.

Основные виды теплообменных аппаратов

Согласно формам строения теплообменники разделяют на две большие группы – пластинчатые и трубчатые. Первые получили наибольшее распространение в пищевой промышленности, горячем водоснабжении и отоплении частных домов. Они представляют собой набор пластин с рифленой поверхностью и каналами, соединенные в единый аппарат с помощью прокладок и стяжек. Патрубки, по которым теплоноситель и теплоприемник поступают в устройство и выходят из него чаще всего располагаются на передней и задней поверхностях плит, что обеспечивает легкость эксплуатации.

Согласно методу соединения виды теплообменников пластинчатого типа разделяются на группы:

• Разборные – герметизацию которых обеспечивают резиновые уплотнители. Их главными преимуществами являются легкость установки и эксплуатационного обслуживания, благодаря чему их активно используют на заводах и в домах. Недостатком же следует считать необходимость регулярной замены прокладок, а также отсутствие возможности работы с агрессивными средами.
• Паянные теплообменники имеют более прочную конструкцию. Их изготавливают сугубо из высококачественной нержавеющей стали, а процесс пайки производится при создании условий вакуума. Они редко требуют эксплуатационного ремонта и способны эффективно работать с кислотами и щелочами, что сделало их неотъемлемой частью химической промышленности.
• Сварные теплообменники, изготовленные из стали, титана или никелевых сплавов, используются в самых экстремальных условиях высокого давления и температур.

Трубчатые теплообменники применяются преимущественно в производстве, а также в качестве конструктивного элемента бытовой техники – холодильников и кондиционеров. Их общим преимуществом является устойчивость к суровым условиям работы: высоким и низким температурам, агрессивным средам и создающемуся внутри давлению.

Наиболее простой моделью трубчатого теплообменника является конструкция «труба в трубе», при которой по внутреннему контуру проходит теплоноситель, а по внешнему – теплоприемник. Возможность вариации диаметра труб с целью обеспечения оптимальной скорости движения сред и легкость обслуживания послужили главным фактором применения этой модели. Но ее внушительные габариты при малой эффективности нагрева заставили конструкторов искать иные варианты конструкций.

Ныне виды теплообменных аппаратов трубчатого типа включают достаточно большой ассортимент конструкций, используемых во всех отраслях промышленности:

• Кожухотрубные теплообменники представляют собой множество труб малого сечения, объединенных одним кожухом. Соединенные в решетку, они представляют собой компактное устройство с высокой эффективностью работы. При необходимости увеличения объема жидкостей и скорости кожухотрубные теплообменники объединяют между собой в секционные конструкции.
• Витые устройства – система труб, предназначенных для теплоносителя и теплоприемника, плотно закрученные вокруг сердечника. Компактные и высокопродуктивные аппараты.
• Спиральные теплообменники имеют аналогичную конструкцию, с той лишь разницей, что оба смежных канала обвивают центральную перегородку устройства. Их главная функция – нагрев и охлаждение вязких, тягучих жидкостей.
• Оросительные устройства представляют собой спираль с желобом, на который стекает жидкость. Такая конструкция теплообменника актуальна для создания систем вентиляции и кондиционирования, обеспечения работы морозильных и охладительных камер.

Наибольшую распространенность во всех сферах промышленности и жизни людей ныне занимают пластинчатые теплообменники, которые за счет рифленой поверхности контуров обеспечивают максимальное прилегание и циркуляцию сред. Такая конструкция обеспечивает наивысшую эффективность при компактных размерах и простоту технического обслуживания.

Способы теплообмена и типы устройств

Теплообменное оборудование, виды которого рассмотрены выше, важно классифицировать и еще одному ключевому фактору – способу взаимодействия сред в нем. Одни устройства обеспечивают передачу тепла путем непосредственного контакта теплоносителя с теплоприемником и называются смесительными, другие имеют раздельные контуры для течения двух сред и называются поверхностными.

Второй тип устройств получил более широкое распространение и нагрев жидкостей в нем происходит путем контакта носителей через металлическую стенку контура. Поверхностные теплообменники принято также разделять на две группы:

• Рекуперативные, в которых течение жидкостей всегда происходит в одном направлении и характеризуется стабильной константой.
• Регенеративные теплообменные устройства характеризуются поочередностью и нестабильностью контактов двух сред.

Наиболее эффективное взаимодействие происходит в рекуперативных устройствах, которые широко применяются в быту. Это все виды пластинчатых теплообменников, кожухотрубчатые и оросительные аппараты.

Среды теплового обмена

Самая простая классификация теплообменников основана на средах, которые они способны использовать в работе. Если рассматривать системы коммунальных услуг и повышения комфортабельности частного дома, то наиболее актуальными устройствами можно смело назвать парожидкостные системы, в которых роль носителя выполняет вода, которая, закипая, передает свою энергию в пар. На этом принципе работают системы парового отопления, горячего водоснабжения, водяных «теплых полов» и парогенераторов для бань.

Но, пароводяная система генерирует внутри себя повышение давления, ввиду чего не может быть использована в жестких условиях работы, требующих разогрева свыше 150-160 градусов по Цельсию.

Наиболее актуальными системами в производстве являются теплообменники, способные выдерживать высокие нагрузки и взаимодействие с агрессивными средами. Используются все три возможных типа:

• Газожидкостные – в холодильниках и камерах, системах кондиционирования, где роль газа чаще всего выполняет фреон.
• Парожидкостные теплообменники нашли широкое применение в пищевом производстве. На этом принципе работают пастеризаторы и консерваторы, где роль жидкости нередко выполняет растительное масло.
• Жидкостно-жидкостные аппараты теплообмена используются преимущественно в химической промышленности при использовании кислот и прочих агрессивных компонентов.

Большое значение в конструкции теплообменника имеет и материал, из которого он изготовлен. В условиях жесткой эксплуатации, критических температур и высокого давления наиболее целесообразно использование конструкций из латуни и титана. В пищевом производстве актуальной окажется нержавеющая сталь, которая легко подвергается промыванию дезинфицирующими средствами. Критически важным требованием СанПина является и возможность разбора конструкции для тщательной ее промывки и получения смывов для последующего лабораторного анализа.

Вид и конструкцию теплообменника следует выбирать, исходя из нагрузки, которую вы намерены на него возложить, условий эксплуатации и технических требований. Не стоит забывать и о таком важном параметре, как возможность ремонта и эксплуатационного обслуживания. В обустройства частного дома самыми востребованными являются разборные пластинчатые конструкции из нержавейки, обеспечивающие надежную работу при относительно малых затратах на покупку и ремонт.

Вас может заинтересовать:

Теплообменное оборудование
Горизонтальные теплообменники с U-образным трубным пучком