Трубчатый теплообменник своими руками: виды, принцип работы воздушного и водяного, из чего они сделаны, чем и как промыть устройство для банной печи

Содержание

Как и из чего сделать теплообменники своими руками.

Теплообменник, змеевик – непонятные для многих слова, которые никак не связаны с представлением об этих предметах. Радиатор, батарея, полотенцесушитель – более понятны, потому что эти предметы мы видим и пользуемся ими каждый день. Между тем, это ведь тоже теплообменники, один из многочисленных их видов.

   Что такое – теплообменник.

Понятно, что, не выяснив, что же такое теплообменник  и принципов его работы, мы вряд ли сможем его сделать или применить в качестве теплообменника что-либо другое.

Если говорить простыми словами, теплообменник – это устройство для обмена энергией между различными средами, не имеющее собственного источника энергии. Т.е. печка – это не теплообменник, а тепловой щит или лежанка, через которые проходят дымовые газы от печки, и которые греют воздух в помещении, — это теплообменники.

Элементарный теплообменник мы сооружаем, когда хотим    охладить бутылки с пивом в раковине мойки, используя холодную воду из водопровода. При этом наше пиво охлаждается, а вода наоборот – нагревается.

Из определения теплообменника можно сделать выводы по оценке и увеличению его эффективности. Получается, что эффективность теплообменника зависит:

— от разницы температур между средами: чем больше разница, тем больше передается энергии.

— от площади соприкосновения различных сред с теплообменником, чем больше – тем лучше.

— и от теплопроводности материала самого теплообменника: чем лучше материал проводит тепловую энергию, тем эффективней теплообменник.

По сути, любая труба, в которой течет вода (или другая жидкость) с температурой отличной от температуры окружающей среды (воздуха или тоже жидкости) – является теплообменником.

   Как сделать теплообменник.

Получается, что если мы возьмем какое-то количество метров трубы, свернем её в кольца и запихнем в бочку, выведя наружу вход и выход этой трубы, мы получим теплообменник, который будет, либо греть воду в бочке, либо охлаждать, в зависимости от того, что нам нужно (обычно – греть).

Теперь, неплохо бы выяснить, какое именно количество метров трубы равно по мощности, например, 1,5 кВт ТЭНу. И вот тут на первое место выступает теплопроводность материала, из которого сделана труба. При прочих равных, а именно: диаметр трубы – 20 мм, разность температур ~ 40

оC, получается, что металлопластиковой трубы нам понадобиться  больше 4300 метров (коэффициент теплопроводности равен – 0,3), стальной – 25 метров (50), а медной – 3,5 метра (380). Вот такая вот арифметика. Вполне естественно, что лучший выбор материала для теплообменника – это медная отожженная труба, которая легко гнется, и к ней без особого труда можно присоединить резьбовой фитинг с помощью обжимного соединения (можно и припаять, но это на любителя). В этом случае у нас получится теплообменник змеевикового типа.

Своими руками, кроме змеевиков, можно сделать теплообменник типа «водяная рубашка». Это когда теплообмен происходит между двумя герметичными емкостями, вложенными одна в другую. Такой теплообмен часто используется в небольших твердотопливных котлах систем отопления. Недостатком таких теплообменников является небольшое эксплуатационное давление, на которое они обычно рассчитаны. Изготовить их сможет, пожалуй, только опытный сварщик. На «коленке» из подручных материалов сделать такой теплообменник очень проблематично.

И уж совсем сложно сделать один из самых эффективных теплообменников типа «трубная доска» из-за большого количества вальцовочных соединений. Этот теплообменник представляет собой три герметичных емкости, две из которых, по краям, соединены между собой трубами развальцованными в торцах этих емкостей. Теплообмен происходит в средней части при движении жидкости от одного края к другому.

Что еще можно использовать в качестве теплообменника.

Если негде достать медную трубу, а во дворе присутствует небольшая свалка металлолома, то можно попробовать найти какую-нибудь альтернативу. Например, полотенцесушители – прекрасно подойдут на роль змеевика в самодельном теплообменнике. Подойдут старые радиаторы системы отопления, лишь бы не текли. Автомобильные радиаторы и радиаторы автомобильных печек – это тоже готовые теплообменники, которые можно использовать как греющий элемент, придумав переходники для них, и ,если нужно, объединив их для увеличения общей площади теплообмена.

Прекрасные теплообменники получатся из старых газовых водогрейных колонок, тем более, что при этом практически ничего переделывать не нужно.

Принцип действия любого теплообменника везде, где бы он не находился, одинаков, поэтому, в зависимости от конкретных условий, он может греть или охлаждать любую среду: жидкость, газ или твердое вещество. Все зависит от задачи, которую наш теплообменник должен будет решать, и от вашей инженерной фантазии.

Теплообменники своими руками - как сделать для отопления

Теплообменник – сердце отопительной системы, предназначен для передачи тепла по средам и обогрева помещения. Среда в системе может быть жидкой, паро – газообразной. Простым устройством считается комнатный радиатор с водным источником тепла.

От промежуточного материала в системе, то есть теплообменника, зависит степень проводимости тепла, лучшие показатели проводимости у серебра и меди. Медь используется, естественно, чаще. Передача тепла у нее почти в 8 раз выше, чем например, у стали, пластик во много раз еще хуже.

Принцип работы

Без медного теплообменника не обходится ни одна отопительная система котлов. Принцип работы прост. Вода начинает циркулировать по змеевикам в трубах, нагревается, течет в трубопровод системы, в радиаторы, из которых возвращается назад, в уже остывшем виде.

В частных домах теплообменник устанавливают в целях превращения печки в водонагревательный котел. При самодельном устройстве важно учитывать размер и форму, чтобы обменник сочетался с габаритами камеры печки.

К обменнику подключаются радиаторы, трубопровод, трубы нагреваются равномерно, тепло распределяется по всему дому.

Плюсы и минусы

К явным преимуществам теплообменника можно отнести:

  • простоту его изготовления и установки;
  • отопление можно сделать комбинированным, кроме обогрева установить водяную систему отопления;
  • топливо для устройства может быть разнообразным: твердым, газо – жидкообразным;
  • приборы красивы внешне, можно придать интерьеру национальный стиль.

Недостатков у теплообменника два:

  • отсутствует автоматический контроль за нагревом носителя;
  • КПД не слишком высок.

Теплообменник с использованием трубной доски

Виды теплообменников

Теплообменники в зависимости от своего назначения бывают охладительными и нагревательными:

  1. Охладительное устройство контактирует с жидкостью или холодным газом, остужая при этом горячий теплоноситель.
  2. Нагревательное устройство с разогретым газом, или жидкостью отдает тепло циркулирующим потокам холодной жидкости, газа, происходит обмен.

Конструктивно теплообменники бывают:

  • поверхностными, при контактах сред через промежуточную поверхность;
  • регенеративными, при подаче к насадке то холодной, то горячей воды за счет нагревания и охлаждения регулируется и поддерживается температурный режим;
  • смесительными, подача сред из одной в другую путем их смешивания.

Поверхностные теплообменники могут иметь разную форму, бывают:

  • пластинчатыми, состоящими из множества пластин с проходящей жидкостью через их лабиринты;
  • в виде змеевиков, тонких трубок, закрученных в спираль;
  • труба в трубе, состоящих из двух трубок разных по диаметру и размещенных одна в другой.

Как сделать обменник своими руками

  1. Для теплообменника с емкостью потребуется бак, пара трубок из меди. Можно использовать листовую сталь в толщину 2,5- 3 мм, сварить из нее резервуар нужногО объема.
  2. Установите емкость от пола не менее 1 метра, от печи – не менее 3 метров.
  3. Проделайте два отверстия справа, ближе к конструкции и слева – наверху.
  4. Подведите к печи нижний отвод, под наклоном в 2- 3 градуса.
  5. Подключите верхний отвод под углом в 20 гр., только в обратную сторону.
  6. Врежьте в нижний отвод на выходе кран для слива воды из бака.
  7. Внизу еще один кран для слива воды из всей системы.
  8. Проверьте конструкцию, она должна быть герметичной, можно заполнить водой и под легким напором выявить места протечки, устранить их.

Необходимые материалы, инструменты чертежи

Для теплообменника стоит подобрать:

  • Емкость на 90 -110 литров.
  • Анод.
  • Медную трубку в длину до 400 см для термонагревателя. Если нет медной трубы, можно воспользоваться алюминием, металлопластом, лишь бы хорошо гнулся.
  • Регулятор мощности для регулирования подачи тепла.

Не нужно изготавливать змеевик из стали, материал плох на теплоотдачу не важно гнется, воздух нагревается благодаря меди во много раз быстрее. При использовании стали дополнительно потребуется трубогиб.

Пошаговое руководство

Изготовление бесканального теплообменника

  1. Подготовьте емкость, лучше металлическую, пластиковая будет дольше нагреваться.
  2. Установите бак к началу системы отопления.
  3. Проделайте в емкости 2 отверстия для выходов. Одно – вверху, через которое горячая вода будет выводиться. Второе – внизу, холодная жидкость будет поступать из труб системы.
  4. Разместите выходы правильно, от этого будет зависеть скорость отдачи тепла.
  5. Запаяйте герметично отверстия, чтобы температура воздуха не тратилась на батарею, а помещение равномерно прогревалось.
  6. Для трубки используйте медь, она должна хорошо гнуться и отдавать максимально тепло в помещение.
  7. Согните трубку в форме спирали, получился змеевик.
  8. Поместите спираль в бак, концы трубки нужно вывести наружу, хорошо закрепить их.
  9. Подсоедините к концам деталей фитинг с резьбой.
  10. Подсоедините к трубе регулятор мощности, его можно купить в магазине, стоит недорого, поэтому на самостоятельном изготовлении не стоит зацикливаться.
  11. Система вполне будет работать исправно и без регулятора, но он нужен для регулирования мощности, экономии электроэнергии. Мощность можно выставить по своему усмотрению.
  12. Подсоедините к термостату клеммы, после чего – провода питания.
  13. Чтобы бак не изнашивался от перепадов температуры, установите анод.
  14. Закройте герметично все элементы.
  15. Наполните бак водой, теплообменник готов.

Изготовление разных видов теплообменника

Водяной

Устройство имеет два сектора, нагревающих друг друга. Циркуляция воды при большой мощности происходит по замкнутому контуру в резервуаре отопительной системы, где нагревается до 180 гр. После обтекания установленных трубок вода направляется в основную систему, где температура нагрева увеличивается.

Для изготовления водяного теплообменика приготовьте:

  • Емкость в форме стального бака. Установите ее к началу системы. Для водной циркуляции нужны 2 ответвления из труб, нижнее – для входа холодной воды, верхнее – для входа горячей.
  • Проверьте бак на герметичность.
  • Разместите медные трубчатые спирали внутри бака, 4 метра трубы на 100 литров бака хватит вполне.
  • Подсоедините к медной трубке регулятор мощности.
  • Чтобы перепады давления и температуры не разрушили емкость, установите анод ближе к нагревательном элементу.
  • Запаяйте герметично бак.
  • Наполните водой.
  • Проверьте систему в работе.

Пластинчатый

Цельный блок конструкции состоит их поочередно размещенных пластин с горячими и холодными средами. Смешивания сред не происходит, поскольку уплотнитель резиновый и многослойный. Пластинчатые виды сложны для собственноручного изготовления, важна герметичность внутренних платин, а для этого нужно специальное оборудование.

Труба в трубе

Обменник состоит из большой трубы и меньшей по диаметру, вставленной внутрь. Среды перемещаются по меньшей трубе, для охлаждения подаются во внешнюю трубу. Конструкция:

  • проста в изготовлении;
  • легко чистится;
  • долговечна;
  • применима к любому теплоносителю;
  • в отличие от пластинчатой трубы может работать под давлением;
  • изменив размеры труб, можно подобрать оптимальную скорость для движения жидкости.

Чтобы трубы не влетели вам в копеечку, тщательно рассчитывайте расход материала.

Для изготовления конструкции подберите две медных трубки по диаметру одна больше другой на 4 мм для зазора:

  1. Приварите боковой стороной тройник к обеим сторонам наружной трубы.
  2. Вставьте меньшую по диаметру трубку, приварите торцы большой трубки, зафиксируйте положение меньшей трубы.
  3. приварите короткие трубки к тройникам на выходе, по ним будет передвигаться жидкость.
  4. При использовании стального материала, увеличьте площадь поверхности, соберите батарею из обменников в отдельности.
  5. Соедините трубки отрезками, приварите поочередно к обоим тройникам, чтобы получилась змейка.

Воздушный

Воздушный теплообменник состоит из радиатора и вентилятора. Вентилятор охлаждает потоки воздуха, разгоняет их по всей системе вентиляции. Данные вид обменника устанавливают в зданиях администрации, для общественных целей.

Теплообменник своими руками

Как сделать бустер для промывки теплообменника

Бустер состоит из резервуара, насоса для циркуляции воды и электронагревательного элемента. Не нужно разбирать котел отопления для промывки, достаточно отсоединить патрубки, к одному из них подсоединить шланг с нагнетанием через него химического раствора внутрь агрегата. Через другой патрубок раствор будет выливаться, но к нему тоже нужно подсоединить шланг.

Из химических реагентов в основном используется соляная, серная кислота, может заливаться фосфорная, азотная.

Промыть теплообменник не сложно, но соблюдать технику безопасности необходимо, то есть отключить сначала прибор от источника питания, будь то газ, вода, электроэнергия. Демонтаж нужно производить осторожно, поврежденный уплотнитель может привести к протечке конструкции, оборудование быстро выйдет из строя.

Советы и рекомендации

  1. Теплообменник важно правильно спроектировать, рассчитать экономическую эффективность, процент гидравлики, обозначить потери тепла, рассчитать конструкцию по геометрическим параметрам агрегата и его узлов, рассчитать тепловую изоляцию устройства.
  2. Выбирайте конструкцию для изготовления своими руками по-проще, сделать заводской агрегат практически невозможно.
  3. Присоединить теплообменник к системе можно при помощи штуцеров, один поставить внизу для входа холодной воды, второй сверху для входа горячей.
  4. При установке обменника ставьте трубы под уклоном согласно схеме.
  5. При установке агрегата к печи и использования для топки угля в качестве материала для обменника лучше подобрать чугун, он долговечный, непрогораемый.
  6. Для изготовления обменника своими руками возьмите любую модель для примера и следуйте ее параметрам.
  7. При использовании печи в целях обогрева и водоснабжения обменник должен забирать на себя не более десятой части вырабатываемого тепла.
  8. Пеллеты – хорошее горючее и дешевое по цене, не выделяется сажа, для чистоты очень важно.
  9. Проверьте швы у обменника, нельзя допустить их течи, под давлением или высокими температурами в негодность может прийти вся конструкция.
  10. Правильно производите расчеты, иначе труды дорого вам обойдутся.
  11. Теплообменник по типу труба в трубе легко чистится, долго служит, просто изготовляется, может работать под давлением. Считается самым приемлемым вариантом при собственноручном изготовлении.

Как видите изготовить теплообменник самостоятельно не трудно. Для простой конструкции достаточно бака, двух медных трубок разных по диаметру, змеевика и вентилятора. За счет устройства можно не только обогреть помещение, но и охладить его.

Вещь, подобно обменнику в той, или иной форме имеется практически в каждом доме. Подойдите к работе конструктивно и обстоятельно, изготовьте чертежи, определитесь с выбором материала, следуйте вышеописанной инструкции по изготовлению, сборке и подключению устройства.

При желании и последовательных действиях соберете конструкцию не хуже магазинной, в доме будет тепло и уютно, а устройство – работать безотказно в течение длительного времени.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Теплообменник своими руками

Легко ли сделать теплообменник своими руками и как установить отопление в доме: подавляющее большинство владельцев дач и загородных домов рано или поздно задаются вопросами.

Теплообменники – промышленные и бытовые технические устройства для передачи энергии между двумя средами с разной температурой. Среды называются теплоносителями и могут быть однородными (например, жидкость/жидкость) и разнородными (жидкость/газ). В быту это важная часть системы отопления. Он может быть нагревательным и охлаждающим. В большинстве случаев на границе двух сред имеется твердая перегородка с хорошей теплопроводностью. Среды никогда не соприкасаются между собой, передача энергии всегда идёт в одном направлении. Такие аппараты называются рекуперативными. В металлургической и химической промышленности есть также регенераторные устройства, в которых один и тот же теплоноситель то отдаёт, то забирает тепло. В отдельных случаях к ним относят смесители, в которых встречаются две струи газа или жидкости с разной температурой, но в техническом плане такое определение не выдерживает критики.

Виды теплообменников

В большинстве случаев задача теплообменника – нагрев холодной жидкости, воздуха или твёрдых тел (строительных конструкций). Однако существуют и охлаждающие устройства, примеры которых мы видим в холодильниках и морозильных камерах. Рабочим теплоносителем в них служит газ фреон, принимающий на себя тепло окружающей среды. В двигателях внутреннего сгорания избыток тепла забирает тосол.

В ходе технического прогресса инженеры разработали различные варианты нагревательного теплообменного оборудования рекуперативного типа, в которых используются разные виды активных теплоносителей – горячая вода, водяной пар, нагретая парогазовая смесь, выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания и т.д. Конструктивно можно выделить следующие виды теплообменников:

  • кожухотрубные, где под общим кожухом с низкой теплопередачей тесно проложены пучки труб с горячей и холодной жидкостями;
  • “труба в трубе”, когда конструкция состоит из внешнего и внутреннего цилиндрических контуров. По внутренней трубе циркулирует горячий теплоноситель, по внешней – холодный. При этом внутренняя труба должна быть сделана из меди или другого материала с хорошей теплопроводностью, а внешняя – из материала с минимальным коэффициентом теплопередачи – например, из полипропилена;
  • погружные (змеевиковые), представляющие собой бак с помещённым в нём проточным змеевиком. Горячая жидкость, протекающая по змеевику, нагревает содержимое бака;
  • спиральные, в которых нагревающий носитель перемещается по трубкам, завитым в форме спирали. Такая форма обеспечивает максимальную поверхность теплопередачи;
  • пластинчатые и пластинчато-ребристые. Они оптимальны как для разогрева теплоносителя внутри них, так и для нагревания воздуха и строительных конструкций вокруг.

Пример такого теплообменника – привычные плоские радиаторы отопления, которые устанавливаются вдоль стен или размещаются в них.

Пластинчатые и цилиндрические конструкции размещаются также и в зоне горения топлива в котлах м печах. В них вода мгновенно превращается в пар и устремляется по контуру.

К теплообменному оборудованию не относятся нагревательные элементы, которые сами генерируют тепло (например, за счёт высокого электрического сопротивления или химических реакций). Часто мы сталкиваемся с многоступенчатым теплообменом. Характерный пример – замкнутый нагревательный контур с горячей водой. С одной стороны, вода проходит через топку котла, где принимает энергию горения топлива, с другой - отдаёт тепло помещению через поверхность радиаторов отопления или труб, проложенных в полу.

Из чего делают теплообменники?

Лучше всех в мире проводит тепло искусственная разновидность углерода под названием графен. Его теплопроводность – более 4.000 ватт на метр-Кельвин, в 10 раз выше теплопередачи серебра. Графит и алмаз значительно отстают от графена, но тоже проводят тепло гораздо лучше любых металлов. Вполне возможно, в недалёком будущем обогрев зданий будет осуществляться с помощью батарей из кристаллического углерода. Опыты в этом направлении ведутся уже давно.

Пока же человек пользуется почти исключительно металлическими теплообменниками. Ввиду дороговизны серебра чаще всего применяются медные трубы и пластины. Теплопроводность меди – 401 Вт/(м-K), что лишь на 29 единиц меньше теплопередачи серебра. Недостаток – значительный удельный вес. Поэтому в помещениях медь заменяют лёгким алюминием. Правда, коэффициент теплопередачи этого металла в 2 раза ниже, чем у меди.

Нержавеющая сталь при всей своей коррозионной стойкости и внешней привлекательности, в качестве материала для теплопередачи не годится. Она проводит тепло в 10 раз хуже, чем серебро и медь.

Бак с теплообменником для печи

Эксплуатация отопительного и нагревательного оборудования связана с потенциальным риском. Горячие носителтели в случае протечки или прорыва трубопровода могут причинить вред здоровью и испортить имущество. Лучший вариант – использовать сертифицированное нагревательное оборудование ведущих мировых производителей. Но если вы имеете техническое образование и навыки работы своими руками, можно для начала попробовать собрать и установить несложный, но эффективный пластинчатый теплообменник для бани.

Несомненный плюс этой конструкции состоит в том, что бак с горячей водой не обязательно встраивать в печь-каменку. Бак располагается автономно, не раскаляется докрасна и не представляет опасности для неосторожных банщиков. Циркуляция воды происходит по двум жаропрочным каучуковым шлангам и медному змеевику, который размещается непосредственно в топке. Секрет в том, что входное отверстие бака находится в его дне, а выходное – ближе к крышке. Змеевик должен располагаться на уровне дна циркуляционного бака. Когда баня не топится, контур находится в состоянии покоя. Как только в змеевике повышается температура, нагретая вода устремляется через отверстие в дне бака, а её место занимает холодная вода из верхней части резервуара. В результате интенсивной конвекции бак объёмом 100 литров можно нагреть до 80 градусов меньше чем за час. Стенки бака делаются из нержавеющей стали, здесь её невысокая теплопроводность играет уже вам на руку, вода не остывает, пока не остынет воздух в бане.

Дополнительным преимуществом такой мини-системы является то, что её монтаж не требует сварки. Отверстия в корпусе бака можно просверлить перфоратором, соединения шлангов и змеевика производится с помощью герметичных переходников. Сделать такой теплообменник своими руками вполне может человек, не имеющий большого опыта работы в области водоснабжения и отопления.

Если вы не понаслышке знаете, что такое электросварка и задумались, как сделать теплообменник для дополнительного обогрева дома, то лучше всего использовать пластинчатую или трубчатую конструкцию, о которой уже говорилось выше. Оптимальный материал для такого устройства – медь. Медный регистр из труб, секция пластин или спираль размещаются непосредственно в топке печи или в нижней части дымохода. При изготовлении самодельного теплообменника важно соблюдать технические условия, следить за качеством сварных швов и герметичностью соединений. Иначе можно вместо тепла в доме или подсобных помещениях получить нешуточную аварию.

Планируя работы, важно помнить, что вход холодной воды в нагревательную часть контура (так называемая "обратка") должен располагаться в самой нижней точке контура. Если дом имеет больше одного этажа и нагрев теплоносителя ведётся постоянно, на чердаке можно устроить накопительный бак. Также не представляет сложности установить на контуре термостаты, которые будут автоматически перекрывать циркуляцию при достижении заданной температуры теплоносителя. Это поможет обеспечить оптимальную температуру в доме. Система должна иметь кран для слива теплоносителя в случае неисправности или перед консервацией дома на зиму.

Теплообменник своими руками | Как сделать теплообменник

       Здравствуйте! Теплообменники являются составной частью отопительных систем как бытового назначения, так и промышленного. Этот сегмент рынка предлагает множество моделей теплообменников от различных производителей, характеристики которых отличаются, однако, сконструировать, собрать и подключить теплообменник своими руками также возможно. Для этого необходимо понимать принцип работы и установки этого устройства.

Что из себя представляет теплообменник?

      Схема и принцип работы этих устройств подразумевает передачу тепловой энергии от контура горячей воды к контуру холодной воды. Теплообменник – это узел или отдельный элемент магистрали системы теплоснабжения, через которое тепловая энергия передается от головного отопительного прибора к теплоносителю (вода, антифриз, пар и т. п.). Он нужен для обеспечения эффективного и рационального распределения тепла и не является самостоятельным устройством, а работает в комплексе с другим оборудованием.

      Выбор определенной конструкции теплообменника (пластинчатый, трубчатый и т. п.) во многом зависит от сферы использования этого устройства, а эффективность работы таких аппаратов зависит от того, насколько правильно был осуществлен расчет совместимости с головным нагревательным устройством системы теплоснабжения, а также насколько корректно разработана схема его установки. Для многоквартирных домов возможны варианты оборудования как зависимых систем центрального отопления, так и независимых.

      Наиболее эффективными и рациональными являются, конечно же, независимые типы, которые, наряду с главным теплонакопительным модулем, оснащены и дополнительными компактными теплообменниками для отдельной квартиры или контура центрального теплоснабжения. Их использование уместно и выгодно в магистралях с большим объемом, длинной протяженностью или во многоуровневых сооружениях. При этом важно правильно рассчитать мощность и подобрать необходимые модели для конкретных условий. Зависимые же системы менее функциональны в плане регулировки допустимой температуры и других показателей.

Изготовление теплообменника своими руками

      Перед тем как сделать теплообменник, необходимо определиться с материалом и произвести расчет эффективности изделия из различных металлов. Характеристики теплообменника, спаянного из медной трубы, считаются лучшими в плане отдачи тепловой энергии от горячей воды. По сравнению со стальными конструкциями, медные трубы проводят тепло горячей воды практически в 7 раз эффективнее. Таким образом, для одинакового количества горячей воды и энергии в системе теплоснабжения медный теплообменник потребует меньше материала, чем стальной.

      Приблизительный расчет соотношения упомянутых материалов конструкции должен быть примерно 1 м медной трубы к 7,14 м стальной трубы. Такое соотношение и расчет являются общепринятым правилом при сборке своими руками описываемых устройств.

      Расчет мощности теплообменника достаточно сложен и при его вычислении следует учитывать многие факторы, такие как диаметр трубопровода, тип металла, общую длину змеевика, среднюю температуру в головном отопительном приборе, скорость передвижения воды в системе и т. п. Правильный расчет непосредственно влияет на эффективность работы всей системы.

      Когда проводится расчет этого показателя, берут за основу формулу, при которой труба теплообменника диаметром в 50 мм в среднем дает 1 кВт тепловой энергии. Более развернутая методика расчета мощности теплообменной конструкции выглядит следующим образом:

Р = 1,16 x ΔТ/t x V;

где Р — это мощность теплообменника,

1,16 — специальный коэффициент,

ΔТ — разница температур,

t — это время нагрева,

V — объем.

      Трубчатый теплообменник изготавливается своими руками из отрезков гладкостенных труб в виде решетки. Такой принцип работы устройства теплового обмена является одним из наиболее популярных и простых при сборке. Еще более простыми считаются конструкции в виде куба или цилиндрических конструкций. Однако эффективность таких моделей немного ниже регистровых, так как циркуляция горячей воды проходит медленнее. Основной принцип, которого необходимо придерживаться при конструировании устройства – это обеспечение максимальной площади для нагрева воды, для чего могут использоваться также плоские металлические емкости, через которые будет циркулировать теплоноситель.

      Чтобы правильно рассчитать, собрать и подключить теплообменник следует придерживаться нижеперечисленных правил, а именно:

• Толщина стенок труб должна быть не менее 3 мм, в противном случае металл может быстро прогореть;

• При размещении устройства в головных нагревательных сооружениях систем теплоснабжения необходимо предусмотреть обязательный зазор между теплообменником и стенками топки, размер которого должен быть в пределах от 10 до 15 мм. При движении горячей воды металлическая конструкция расширяется, что и является причиной обеспечения компенсационного зазора;

• Расчет должен предусматривать диаметр труб или пустот в местах соединения отдельных отрезков не менее 5 мм.

      Теплообменник в виде конструкции из труб укладывается непосредственно в печь, а схема монтажа системы теплоснабжения должна предусматривать два отверстия для входа трубопровода и для его выхода. После полной укладки печи осуществляется подключение теплообменника к трубопроводной магистрали системы отопления. После чего осуществляется пробный запуск отопления и проводится проверка работы всех составных частей и устройств, а также визуальный осмотр труб на предмет возможной течи. Если расчет был правильным, то нагрев системы должен произойти достаточно быстро и равномерно.

      Помимо трубного типа, возможно собрать и пластинчатый тип теплообменника. Схема такого устройства предусматривает соединение множества пластин с небольшим зазором между ними. Пластины располагаются последовательно в зависимости от контура системы и соединены в единый модуль.

      Существует три разновидности пластинчатых теплообменников:

• Паяные;

• Разборные;

• Сварные.

      Использование пластинчатых устройств в основном распространено в промышленной сфере.

Инструкция по сборке

      Одним из наиболее популярных и востребованных типов теплообменников считаются конструкции для водяного отопления из двух горизонтальных труб и нескольких вертикальных, которые располагаются между ними. При этом все места соединений должны быть проточными.

      Чтобы сделать самодельный теплообменник для отопления, необходимо использовать стальные трубы, диаметр которых составляет не менее 2,5 см. В зависимости от размера печи подбираются оптимальные размеры продольных горизонтальных труб теплообменника с заранее подготовленными отверстиями для вертикальных труб, количество которых может колебаться от 6 до 9 штук. После чего осуществляется сварка конструкции. При этом необходимо следить за качеством шва, поскольку устройство будет использоваться в крайне агрессивной среде при высоких температурах.

      Выходной патрубок из теплообменника для подключения к системе оборудуется с верхней части, входной для подключения обратки – с нижней. При этом на каждом из патрубков нарезается резьба для муфтового соединения с основным трубопроводом.

     При расчете мощности применяется формула, при которой на каждые 3-5 кВт мощности печи требуется около 1 м2 площади устройства.


Теплообменники для отопления дома своими руками: подключение, водяные, воздушные

На чтение 9 мин Просмотров 623 Опубликовано Обновлено

Теплообменник из медной трубы с припаянными пластинами — важнейший элемент современных отопительных котлов

Главным элементом любой из систем отопления служит особое устройство — теплообменник для отопления дома, в котором происходит передача тепла от генератора тепла к теплоносителю. На современном рынке представлено большое количество различных отопительных котлов, но все их разнообразие не ограничивает фантазию домашних умельцев по части самостоятельного изготовления подобных устройств. В нашей статье читателям будет предложено узнать, для чего нужен теплообменник в системе отопления, как его сделать своими руками и каким способом подключить.

Функция теплообменника в системе отопления

В домашних отопительных системах воздух наиболее часто используются поверхностные теплообменники системы отопления, где тепловая энергия передается через поверхности металлических стенок данного устройства.

Принцип отопления через теплообменник наиболее полно реализован в конструкции газовых, твердотопливных или электрических котлов. Вода циркулирует по изогнутым в виде змеевика трубам, установленным внутри отопительного агрегата, и нагревается от температуры горящего топлива. Нагревшийся теплоноситель уходит в трубопровод отопительной системы, а ему на смену в теплообменник поступает остывшая вода из радиаторов.

До сих пор во многих индивидуальных домах традиционным источником тепла остается печь. Она хороша для обогрева небольшой избы, однако в условиях многокомнатного коттеджа ее тепловая мощность недостаточна. Поэтому в частном доме теплообменник в системе отопления нужен для того, чтобы превратить печку в полноценный водонагревательный котел. Размер и форма самодельного теплообменника для отопления должна вписываться в габариты топливной камеры печи. К этому устройству можно подключить трубопроводы и радиаторы, и тогда отопление дома станет более эффективным.

Виды теплообменников

Если вмонтировать в печь водяной теплообменник для отопления, во всем доме станет гораздо теплее

Более практичны водяные теплообменники для отопления. Это обусловлено тем, что вода намного лучше передает тепловую энергию, чем воздух. Вместе с тем, воздушный теплообменник для отопления также находит применение. Кроме водяного и воздушного, применяется также и теплообменник на дымоход для отопления, который устанавливают не внутрь, а снаружи.

Все выпускаемые промышленностью отопительные устройства оснащены теплообменниками, конструкция которых максимально приспособлена для эффективного нагрева воды.

В заводских условиях теплообменные устройства изготавливают из меди.  Труба представляет собой змеевик, поперек изгибов которого расположено множество пластин, обеспечивающих большую площадь теплообмена.

Соорудить у себя дома самодельный теплообменник для отопления, чтобы он был точно как заводской, практически нереально. Поэтому придется выбрать вариант попроще.

Устройство системы

Несложный по конструкции самодельный теплообменник послужит для отопления дома

Принцип действия самодельного теплообменника состоит в том, что печь передает ему энергию от сгорания дров или угля, а нагревшаяся вода расходится по трубам во все комнаты. Такой способ отопления позволяет обитателям дома наслаждаться равномерным распределением тепла. Кроме того, все помещения прогреваются гораздо быстрее, а расходы на приобретение топлива снижаются.

Усовершенствовать печное отопление частного дома можно двумя способами:

  • построить печь «с нуля» под конкретный размер теплообменника;
  • установить в существующую печь самодельный теплообменник, изготовленный по размерам топки.
Схема кирпичной печи с теплообменником

Изготовив теплообменник для отопления своими руками, домовладелец может быть уверенным, что его печь с водяным контуром станет действовать не хуже настоящего твердотопливного котла. Отличие будет только в том, что у печки расположение входного отверстия теплообменника получится немного выше над полом, чем у заводских котлов. Это довольно существенная разница, которая может влиять на скорость естественной циркуляции теплоносителя.

Подключение теплообменника к системе отопления нужно сделать таким образом, чтобы труба поступления холодной воды (обратка) была расположена как можно ниже.

Так же, как в обычной системе отопления, в верхней точке трубопроводов нужно вмонтировать расширительный бачок. Он будет компенсировать изменение объема нагретой воды и выпускать из системы пузырьки воздуха. Если отопление через теплообменник с естественной циркуляцией окажется недостаточным для обогрева большого коттеджа, придется установить в систему циркуляционный насос.

Для присоединения самодельного теплообменника для отопления используют 2 штуцера: один снизу (вход холодной воды), другой сверху (выход горячей). При монтаже теплообменника нужно обеспечить необходимый уклон труб, как требуется по схеме.

Преимущества отопления с теплообменником

Принцип подключения теплообменника к системе отопления

Если разбираться, для чего нужен теплообменник в системе отопления, можно заметить несколько явных преимуществ:

  1. Простота изготовления. Если в доме уже существует печь, то придется потратиться только на изготовление самодельного теплообменника и монтаж системы отопления.
  2. Комбинированное отопление. Дополнительно к обогреву дома от поверхности печки прибавится водяная система отопления.
  3. Разнообразие видов топлива. Можно топить печь любыми твердыми энергоносителями, в отличие от котлов, ориентированных только на определенный вид топлива.
  4. Красивый внешний вид. Сохранить традиционный вид русской печи бывает полезно при создании интерьера в национальном стиле.

Среди недостатков отопления через теплообменник можно назвать: менее высокий КПД по сравнению с заводскими котлами и отсутствие автоматического контроля за интенсивностью нагрева теплоносителя.

Как изготовить самодельный теплообменник

Регистр из нескольких труб

Форма теплообменника для отопления, сделанного своими руками, может быть разной. Наиболее распространенный вариант — регистр из нескольких стальных или медных труб, но также используются и образцы пластинчатого типа.

Температура в зоне горения очень высока, особенно, когда горит уголь. Поэтому повышенные требования предъявляются к металлу, из которого будут изготовлены элементы теплообменника, рациональности его конструкции и качеству сварных швов.

Материалы для изготовления

Пример использования чугунных радиаторов в качестве теплообменника в кирпичной печи

Задача водяных теплообменников для отопления — обеспечивать оптимальную передачу тепла, и в этом процессе важна степень теплопроводности металла. Например, стальная труба проводит тепло в 7 раз слабее, чем медная. Поэтому при одинаковом диаметре трубы для передачи одного и того же количества тепла понадобится 25 метров стальной трубы взамен 3,5 метров медной.

Медные теплообменники самые экономичные в работе, но и дорогие. Более доступными для самостоятельного изготовления считаются теплообменники из стальной трубы диаметром не менее 32 мм.

Если предполагается топить печь углём, лучше установить теплообменник из чугуна. Этот металл более крепкий, и стенки устройства долго не будут прогорать.

Расчет мощности теплообменника

Вычислить заранее мощность теплообменника для системы отопления довольно трудно. Для этого нужно учитывать слишком много факторов: диаметр труб, длину змеевика, теплопроводность металла, температуру сгорания топлива, скорость циркуляции теплоносителя и др. Реальная способность теплообменника справляться со своими функциями выяснится только после начала эксплуатации отопительной системы.

При расчетах можно ориентироваться, что 1 метр трубы диаметром 50мм, служащей теплообменником, даст 1 кВт тепловой мощности.

Можно взять для примера какую-либо известную модель котла и в соответствии с его параметрами изготовить свой самодельный теплообменник.

Особенности конструкции

Теплообменник для водяного отопления дома, сваренный из гладкостенных труб, называют регистром. Он выглядит как своеобразная «решетка», и это наиболее популярная форма самодельного теплообменника. Кроме такой конструкции, делают и более простые устройства в виде прямоугольного или цилиндрического бака. Главное, чтобы площадь поверхности для теплового обмена была максимально большой.

При изготовлении теплообменника своими руками нужно соблюдать несколько условий:

  • ширина внутренних пустот в теплообменнике должна быть не меньше 5 мм, иначе вода в нем может закипеть;
  • толщина стенок труб должна быть не меньше 3 мм, чтобы металл не прогорал;
  • зазор величиной 10–15 мм между теплообменником и стенками топки должен компенсировать расширение металла при нагреве.

Особенности монтажа

Теплообменник устанавливают внутрь печи в процессе ее кладки

Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.

Порядок действий:

  1. На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
  2. При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
  3. После завершения кладки печи подключают теплообменник к системе отопления, заполняют систему водой и производят пробную топку печи.

Видео материал предлагает ознакомиться с полезными советами по самостоятельному изготовлению теплообменника:

До сих пор мы говорили только о теплообменниках в системе водяного отопления. Обратим внимание и на другие сферы их применения.

Воздушное отопление

Если охарактеризовать воздушную систему отопления, можно сказать, что у нее больше минусов, чем плюсов. Воздушные теплообменники для отопления мало распространены в частном жилом секторе, они пока еще не стали привычными.

Преимуществом этой системы называют возможность совмещать обогрев с принудительной вентиляцией. Однако возможные ошибки при ее проектировании и монтаже могут свести преимущества к минимуму. В воздуховодах бывает слышен шум вентилятора, а в помещениях ощущается температурный дисбаланс.

Теплообменники для воздушного отопления существуют прямого нагрева, а также косвенного. В первых из них газовое или дизельное топливо сгорает непосредственно в самом теплообменнике. В других моделях используется промежуточный теплоноситель.

Теплообменник на дымоход

Смонтированный на дымоход теплообменник использует вылетающую в трубу тепловую энергию

На дачах и в банях у «народных умельцев» можно увидеть самодельный водяной или воздушный теплообменник, установленный на дымоход небольшой печи. Получается очень выгодно: тепло не уходит вместе с дымом, а часть его служит для нагрева воды.

Установив теплообменник на дымоход для отопления, можно получать довольно большое количество горячей воды. Конечно, этого не хватит, чтобы обогреть весь дом, но достаточно, чтобы поставить в предбаннике один-два радиатора. Использовать теплообменник на дымоход можно как для отопления, так и для быстрого нагрева воды в бане.

Подобное устройство может быть очень простым в изготовлении. За основу можно взять отрезок большой трубы диаметром 500–700 мм, или сварить бак из нержавейки. В центре конструкции будет проходить вертикальная труба, соответствующая диаметру дымохода, а сверху и снизу должны быть приварены два патрубка.

Отдавая свою температуру теплообменнику, выходящие из печи продукты сгорания быстро остывают. Из-за этого уменьшается тяга в дымоходе и несколько замедляется горение топлива.

Изготовление теплообменника для отопления своими руками может стать способом устроить в доме полноценное водяное отопление без приобретения дорогостоящего оборудования.

виды, устройство, необходимые материалы и инструменты

На чтение 9 мин Просмотров 247 Опубликовано Обновлено

Теплообменник (ТО) – устройство, осуществляющее передачу тепла между средами с разной температурой. Такое оборудование используется в промышленности, системах отопления, кондиционирования и вентилирования. Простейшим примером служит комнатный радиатор, он нагревается от жидкости-теплоносителя и обеспечивает обогрев помещения, в котором расположен.

Строение теплообменника

Теплообменник можно изготовить своими руками в домашних условиях

Оборудование состоит из неподвижной и подвижной плит, в каждой имеются отверстия для движения среды. Между основными пластинами устанавливаются множество других более мелких второстепенных, так что каждая вторая из них повернута к соседним на 180 градусов. Второстепенные пластины герметизируются резиновыми прокладками.

Второй важный элемент ТО – теплоноситель. Он протекает по каналам гофрированной нержавейки. Холодная и горячая среды движутся по всем пластинам, кроме первой и последней, одновременно, но с разных сторон, не допуская смешивания. При высокой скорости потока воды в гофрированном слое возникает турбулентность, которая увеличивает теплообменный процесс.

К трубопроводу устройство подключается при помощи отверстий на передней и задней стенках. Теплоноситель поступает с одной стороны, проходит через все каналы и покидает оборудование с другой. Входное и выходное отверстия уплотняют специальной прокладкой.

Пластины, образующие каналы, – очень важный элемент ТО. При выборе теплообменника необходимо учитывать его рабочие характеристики. Чем выше требования к оборудованию, тем больше должно быть в нем пластин. Их число отвечает за общую эффективность устройства и способность обогреть определенное помещение.

Виды ТО

Схема и принцип работы рекуперативного теплообменника

По принципу работы оборудование делится на рекуперативное и регенеративное. В первых движущиеся теплоносители разделены стенкой. Это самый распространенный вид, он может быть различных форм и конструкций. Во втором случае с одной и той же поверхностью по очереди контактируют горячий и холодный теплоносители. Высокая температура нагревает стенку оборудования во время контакта с горячей средой, далее температура передается холодной жидкости при контакте с ней.

По назначению ТО делятся на два вида: охладительные – работают с холодной жидкостью или газом, остужая при этом горячий теплоноситель; и нагревательные – взаимодействуют с разогретой средой, отдавая энергию потокам холодной.

По конструкции теплообменники бывают нескольких видов.

Разборные

Состоят из рамы, двух концевых камер, отдельных пластин, разделенных термостойкими прокладками и крепежных болтов. Такое оборудование отличается простотой очистки и возможностью увеличения эффективности путем добавления пластин. Но разборные ТО чувствительны к качеству воды. Для продления срока их службы требуется установка дополнительных фильтров, что увеличивает стоимость проекта.

Пластинчатые

Пластинчатый теплообменник нуждается в установке дополнительных фильтров на теплоноситель

Отличаются методом соединения внутренних пластин:

  • В паяных ТО гофрированные пластины из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм сделаны путем холодной штамповки. Между ними устанавливается прокладка из специальной термостойкой резины.
  • В сварных пластины свариваются и образуют кассеты, которые затем компонуются внутри стальных плит.
  • В полусварных ТО кассеты скрепляются посредством паронитовых соединений в конструкции из небольшого количества сварных модулей. Эти модули уплотняются резиновыми прокладками и соединяются лазерной сваркой. После чего собираются между двумя плитами при помощи болтов.

Пластинчатые теплообменники используются в условиях повышенного давления и экстремальных температурах. Такие устройства требуют минимального технического обслуживания, экономичны и отличаются высокой эффективностью. Кроме того, по необходимости можно увеличить или уменьшить эффективность оборудования путем увеличения или уменьшения количества стальных пластин.

Единственным недостатком теплообменника из гофрированной нержавейки служит чувствительность к качеству теплоносителя, необходима установки дополнительных фильтров.

Кожухотрубные

Состоят из цилиндрического корпуса, куда помещены пучки трубок, собранных в решетки. Концы труб крепятся развальцовкой, сваркой или пайкой. Достоинством такого оборудования служит нетребовательность к качеству теплоносителя и возможность использования в технических процессах, где присутствуют агрессивные среды и высокое давление (в нефтяной, газовой, химической промышленности). Недостатки кожухотрубных ТО – относительно низкая теплоотдача, большие габариты, высокая стоимость и сложность в ремонте.

Спиральные

Состоят из двух листов металла, свернутых в спирали. Внутренние края соединены перегородкой и закреплены штифтами. Такие теплообменники компактны и обладают эффектом самоочистки. Они способны работать с жидкими неоднородными средами, любого качества. При повышении скорости движения жидкости, увеличивается интенсивность теплообмена. Недостатки: сложность в изготовлении и ремонте, ограничение давления рабочей жидкости до 10 кгс/см².

Спиральный Кожухотрубный

Двухтрубные и труба в трубе

Схема теплообменника «труба в трубе»

Первые состоят из труб разного диаметра. В качестве теплоносителя используется жидкость и газ. Устройства используются в местах с повышенным давлением, имеют высокий уровень теплоотдачи. Отличаются простотой монтажа и обслуживания. Единственный недостаток – высокая стоимость.

Теплообменник «труба в трубе» состоит из двух труб разного диаметра, соединенных между собой. Они используются при небольшом расходе теплоносителя и чтобы оборудовать дымоход.

От вида устройства зависит тип его работы. От конструкции оборудования — эффективность при эксплуатации в тех или иных условиях. Поэтому следует уделить достаточное внимание изучению особенностей каждого вида оборудования.

Изготовление теплообменника своими руками

Теплообменник для банной печи спиральный

Чтобы сделать ТО самостоятельно, необходимо обладать определенными знаниями и навыками. Для начала стоит определить, какие требования должно выполнять оборудование, от этого зависит вариант устройства. Необходимо произвести расчет материалов и выполнить чертеж будущего ТО.

Баня – место, где довольно часто возникает необходимость сделать самодельный теплообменник. Так как обычная печь с топкой нагревает ограниченный объем жидкости, может понадобиться водяной погружной витой ТО. Он предназначен для нагрева большего количества воды. В бак с нагретым теплоносителем опускается змеевик, через него проходит вода.

Когда нужно поддерживать воду в баке в горячем состоянии, емкость при помощи двух труб подачи и обратки соединяется с нагревательным котлом.

Вода-вода

Спираль из медной трубы монтируется в емкость из нержавеющей стали

Для изготовления теплообменника вода-вода своими руками понадобится:

  • Емкость из нержавеющей стали высотой 50-60 см и диаметром 30-40 см. Можно использовать и обычную сталь, но она должна быть защищена прочным полимерным покрытием.
  • Крышка для бака.
  • Медная трубка около 10м. Длину берут из расчета: на каждый виток спирали диаметром 30 см уходит примерно 1 м трубки. Лучше взять с небольшим запасом.
  • Сварочный аппарат для нержавейки и пайки меди.
  • Средства защиты: перчатки, маска для сварки.

Работы выполняются в следующем порядке:

  1. Делается крышка для бака и обеспечивается ее прочное герметичное крепление. Приваривать ее нельзя, т.к. она должна сниматься для возможности очистки внутренней части емкости. Самый удобный вариант крепления в этом случае – фланцевое. Его можно заказать сразу вместе с баком, или сделать самостоятельно. Количество отверстий рассчитывают с учетом расположения уплотнителя, обычно это 4 или 6 креплений.
  2. Далее создается вход для холодной воды на дне емкости и выход для нагретой в верхней ее части в боковой стенке. В отверстия ввариваются резьбовые переходники для подсоединения трубопровода. Следует предусмотреть возможность съема конструкции для его промывки или ремонта.
  3. Следующим этапом будет изготовление спирали из меди. Если трубка мягкая, она легко навивается с помощью оправки. Если же она жесткая, необходимо воспользоваться горелкой. На свободные концы навариваются фитинги. Они проводятся через отверстия на крышке. Важно следить за герметичностью пайки, т.к. к переходникам будет подсоединяться трубопровод для горячей воды.
  4. Заключительным этапом будет сборка теплообменника. Для этого крышка со спиралью из медной трубы и резиновым уплотнителем накрывает бак. Фланцетные крепления затягиваются при помощи болтов. При этом необходимо следить, чтобы спираль находилась строго в середине емкости, не касаясь стенок. Иначе эффективность ТО сильно понизится.

Рассмотренный вариант подходит и для нагрева воды в частных домах. Такие устройства функционируют на принципе естественной циркуляции: дровяной или газовый котел нагревает воду, она поднимается по трубе подачи вверх, отдает тепло и спускается обратно. Далее процесс повторяется.

Не всегда получается обеспечить постоянную естественную циркуляцию. Поэтому лучше использовать циркуляционный насос.

Воздушный

Воздушный теплообменник устанавливается на трубу дымохода печи

Устройство состоит из корпуса и установленных в нем трубок с нагретой средой. Через них вентилятор прогоняет поток воздуха, которому передается тепло. Происходит теплообменный процесс. Такой вариант называется калорифером.

Также для систем вентиляции и воздушного отопления применяются пластинчатые конструкции. Там роль теплопередающей стенки выполняют гофрированный металл. Где два потока воздуха, холодный и теплый, движутся перпендикулярно друг к другу. Они разделены пластинами так, что в зазорах теплый и холодный потоки располагаются поочередно. Эффективность этих устройств высока, но они сложны для самостоятельного изготовления.

Порядок монтажа воздушного ТО:

  1. Из листа металла делается корпус. Площадь его нижней части должна быть равна размеру вентилятора. Для центробежной конструкции берется короб с площадью на 70% больше чем выходная труба.
  2. В стенках короба на противоположных сторонах просверливаются отверстия для медной трубки.
  3. В проделанные отверстия устанавливаются, подготовленные отрезки труб, чтобы их края выходили за пределы короба на 2 см с обеих сторон.
  4. К свободным концам трубок привариваются угловые фитинги. Они соединяются в виде змейки. Можно сделать две параллельные. Так теплоноситель будет меньше остывать при обдуве.
  5. На выходной и входной концы припаиваются переходники с резьбой, к ним присоединяется водопровод. Подается вода, проверяют, чтобы соединения были герметичны.
  6. Корпус крепится на основание с вентилятором. Конструкция закрывается кожухом, чтобы воздушный поток не уходил в стороны.

Чтобы сделать теплообменник для отопления частного дома своими руками, необходимо представлять принцип его работы, произвести точный расчет требуемой мощности для достаточного обогрева помещения особенно в зимний период. Применять нужно наиболее теплопроводные материалы, лучшим вариантом послужит медь. Она обладает эффективностью, намного превышающей другие металлы. Все действия при изготовлении ТО следует производить аккуратно, не допуская попадания внутрь посторонних предметов. Если присутствует неуверенность в себе, лучше обратиться к опытному мастеру. Он выполнит соединение всех элементов качественно и герметично.

Теплообменники своими руками - как сделать пластинчатый, водяной, труба в трубе, воздушный, чертежи

Теплообменник – устройство, предназначенное для эффективной передачи тепла от одного теплоносителя другому.

Такой процесс может быть осуществлён несколько раз в одной системе, ведь частным случаем теплообменника является и радиатор отопления, и газовый или электрический котёл.

Наиболее распространённая модель теплообменника, используемая в системе отопления, представляет собой 2 металлические ёмкости, которые подобно матрёшке находятся одна в другой, и через металлическую стенку производят передачу тепла.

Достоинства такого механизма заключается в том, что благодаря герметичной конструкции не происходит взаимное перемешивание однородных сред, а при использовании разных по физическим свойствам теплоносителей не происходит перемешивания.

Делаем своими руками

Прежде, чем приступать к изготовлению теплообменника, необходимо определиться с тем какой принцип передачи тепла будет реализован в таком устройстве.

Изготовление пластинчатого теплообменника

Для изготовления такого устройства необходимо приготовить следующие материалы и инструменты:

  • сварочный аппарат;
  • болгарка;
  • 2 листа нержавеющей рифлёной стали толщиной 4 мм;
  • плоский лист нержавеющей стали толщиной 4 мм;
  • электроды;

Процесс сборки:

  1. Из нержавеющей, рифлёной стали нарезаются квадраты со стороной 300 мм, в количестве 31 шт.
  2. Затем, из плоской нержавейки нарезается лента шириной 10 мм и общей длиной 18 метров. Данная лента разрезается на отрезки длиной 300 мм.
  3. Рифлёные квадраты свариваются друг с другом, полосой 10 мм с двух противоположных сторон, таким образом, чтобы каждая следующая секция была перпендикулярна предыдущей.
  4. В итоге, получается 15 секций, обращённых в одну сторону, и 15 в другую в одном корпусе кубической формы. Рифлёная поверхность таких секции позволяет эффективно передавать теплоту от одного теплоносителя другому, при этом, не происходит взаимное перемещение различных или однородных сред.
  5. В том случае, когда используется для передачи тепла не воздушная масса, а жидкость, к тем секциям, в которых будет циркулировать вода, приваривается коллектор из нержавеющей стали. Коллектор изготавливается из плоской нержавейки. Для этой цели болгаркой вырезаются прямоугольники: 300 *300 мм – 2 шт; 300 *30 мм – 8 шт. Таким образом, получится комплект, из которого сваривается 2 коллектора, которые напоминают по своей форме квадратную крышку от коробки.
  6. В каждом из коллекторов делается отверстие, к которому приваривается патрубок для последующего соединения с трубами отопительной системы или обеспечения горячим водоснабжением.
  7. Отверстия на коллекторах делаются у одного из углов а, а при установке их на теплообменник входной патрубок должен быть расположен в нижней части такой конструкции, а выходной – в верхней.

Рассмотренный выше теплообменник устанавливается открытой стороной в систему циркуляции горячих газов.

Таким образом, раскалённый газообразный теплоноситель будет передавать теплоту рифлённым стенкам нержавеющих пластин, которые, в свою очередь, будут нагревать жидкость.

Теплообменник такой конструкции можно использовать для передачи тепла от одной жидкости, к другой. Для этого на открытые части пластин приваривается с 2 сторон стальная рубашка с патрубком вышеописанной конструкции.

Чертеж:

Изготовление водяного теплообменника для печи

Обычная дровяная печь может не только отапливать помещение традиционным способом, но и использоваться для нагрева воды для отопления комнат, в которых данный обогревательный прибор не установлен.

Для изготовления такого устройства понадобятся следующие материалы и инструменты:

  • труба стальная диаметром 325 мм, длиной 1 метр;
  • труба стальная диаметром 57 мм, длиной 6 метров;
  • стальной лист толщиной 4 мм;
  • сварочный аппарат;
  • электроды;
  • газовый резак;
  • белый маркер;

Процесс изготовления:

  1. Цилиндр из трубы диаметром 325 мм устанавливается вертикально на стальной лист и обводится маркером или мелом.
  2. Обведённая окружность вырезается газовым резаком. Затем по получившемуся металлическому блину изготавливается ещё одна окружность такого же диаметра.
  3. В каждом из таких блинов вырезается 5 отверстий диаметром 57 мм. Такие отверстия должны быть равноудалены друг от друга, а также от середины блина и его края. Блины привариваются к цилиндру таким образом, чтобы их отверстия располагались напротив друг друга.
  4. Труба 57 мм нарезается болгаркой на отрезки длиной 101 см. Необходимо подготовить 5 таких отрезков.
  5. Каждый отрезок трубы устанавливается в отверстия таким образом, чтобы края этой трубы на 1 мм выходили из отверстий верхних и нижних “блинов”. Электросваркой отрезки труб свариваются. В результате, получается металлический цилиндр, внутри которого находятся трубы меньшего диаметра. По этим трубам будет проходить горячий воздух и  дымовые газы, в результате чего, труба будет нагреваться и через свои стенки передавать тепло жидкости, которая будет находиться внутри цилиндра.
  6. Для осуществления циркуляции жидкости внутри металлического цилиндра, в нижней и верхней его части привариваются патрубки. Снизу такой конструкции будет подаваться холодная вода, в верхней – осуществляться забор нагретой таким образом жидкости.

Воздушный теплообменник

Воздушный теплообменник – это пластинчатый прибор, который изготавливается по тому же принципу, как и вышеописанный в данной статье пластинчатый теплообменник, только с той лишь разницей, что коллектор на такое устройство не устанавливается.

Как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости, через устройство в качестве теплоносителя используется газ. Только для нагрева используются горячие газы образованные в результате горения топлива, а в качестве нагреваемого газа выступает воздух, который для большей эффективности может подаваться через теплообменник принудительно с помощью вентилятора.

Труба в трубе

Теплообменники такой конструкции очень просты в изготовлении и в эксплуатации.

Для того, чтобы изготовить такой прибор самостоятельно, понадобятся следующие материалы и инструменты:

  • электросварка;
  • электроды;
  • болгарка;
  • труба диаметром 102 мм, длиной 2 метра;
  • труба диаметром 57 мм. длиной 2 метра;
  • стальной лист толщиной 4 мм;

Процесс изготовления:

  1. Из листовой стали вырезаются заглушки, в середине которых делаются отверстия диаметром 57 мм.
  2. Эти заглушки привариваются к трубе 102 мм, таким образом, чтобы отверстия заглушек оказались посередине диаметра трубы. В эти отверстия заводится труба 57 мм и качественно проваривается по окружности.
  3. В основной трубе 102 мм делается 2 отверстия для установки входящего и выходного патрубков. Эти отверстия должны располагаться как можно дальше друг от друга.

Принцип работы такого теплообменника очень прост: горячий теплоноситель, проходя по трубе меньшего диаметра, через металлические стенки трубы отдаёт тепло, жидкости, которая находится в полости трубы большего диаметра. Таким образом, происходит передача тепловой энергии, в то же время не происходит перемешивания жидкостей, которые могут быть не однородны, например вода и минеральное масло.

При подключении такой системы, как правило, теплообменник располагается в горизонтальной плоскости, а циркуляция жидкостей для повышения КПД осуществляется разнонаправлен

о.

Чертеж собранного водо-водяного теплообменника  труба в трубе:

Промывка теплообменника

Своевременная промывка и очистка таких устройств, позволяет служить таким приборам много лет безотказно. Особенно нуждаются в своевременной очистке теплообменники, которые в качестве теплоносителя используют разогретые газы от сжигания твёрдого топлива.

Как правило, в таких системах, пластинчатые каналы забиваются сажей, что резко снижает КПД такого устройства, а при чрезмерном забивании рабочих отверстий продуктами горения, устройство может полностью выйти из строя.

Для качественной очистки таких теплообменников, устройство полностью демонтируется и каналы, тщательно очищают от сажи с последующей промывкой пластин.

Контур, в котором циркулирует вода повышенной жёсткости, необходимо промыть специальным средством от накипи или раствором лимонной кислоты. При значительном слое известковых отложений, производят механическую очистку пластин. Для этой цели, коллектор срезается болгаркой по шву. Пластины очищаются от накипи, затем коллектор приваривается на прежнее место.

Подобным образом происходит очистка системы теплообмена “труба в трубе”. Если не удаётся химическим способом эффективно удалить накипь, труба разрезается, накипь удаляется механическим способом. Затем происходит сборка устройства.

Виды

Существует 2 типа теплообменников:

Поверхностный

Наиболее распространённый тип теплообменника, который получил распространение не только в системах отопления зданий, но и во многих производственных процессах. В качестве теплоносителя, который может быть использован для передачи тепла в таких устройствах, используется не только вода, но и водяной пар, различные  минеральные масла и химические вещества.

Поверхностные модели разделяются на рекуперативные и регенеративные:

  1. Рекуперативные – передают тепло через стенку теплоносителя.
  2. Регенеративные – такие теплообменники функционируют в периодическом режиме. Сначала горячий теплоноситель нагревает поверхность теплообменника, затем к стенкам, которые аккумулировали тепло, подводится холодный теплоноситель.

Смесительный

При использовании такого вида устройств, происходит проникновение горячего теплоносителя в холодный. В результате такого смешивания, происходит прямая передача тепла. В системе отопления такой вид теплопередачи используется редко.

Обычно, смесительный способ, применяется при солнечном нагреве воды, когда теплоноситель из теплогенератора поступает в накопительную ёмкость, в которой происходит смешивание, горячей и холодной жидкости.

Блиц-советы

  1. Чтобы избежать образования накипи в системе отопления, необходимо использовать только дистиллированную воду. Большое количество дистиллированной воды для этой цели можно изготовить в домашних условиях пропуская через теплообменник “труба в трубе” водяной пар.
  2. Используя самодельное устройство для теплообмена между газами, образованными в результате сгорания топлива и жидкостью, необходимо все монтажные работы производить с наивысшей тщательностью, чтобы в результате недостаточной герметизации дымохода не поступал угарный газ в помещение.
  3. При использовании котлов или печек, в которых используется естественная тяга воздуха в дымоходе, площадь сечения дымохода внутри теплообменника не должна быть меньше площади патрубка котла или печки.

Как построить - Теплообменник перекрестного потока воздух-воздух своими руками HRV

Сообщение блогера LouDawson.com Лу Доусона | 12 февраля 2016 г.

Готовый теплообменник, расположенный под потолком в офисной мастерской. Фактический теплообменник покрыт блестящей пузырчатой ​​изоляцией, выступающий влево белый стержень трубы - это воздухозаборник для внутреннего воздуха, он удлинен для предотвращения короткого замыкания входных / выходных отверстий. Два вентилятора с регулируемой скоростью вращения - это черные объекты, расположенные на концах. Щелкните все изображения, чтобы увеличить.

Моя студия-офис-мастерская, где мы занимаемся лыжным снаряжением и многим другим, переделана, чтобы сделать ее более герметичной. Нужна вентиляция. Летом здесь, в нашем умеренном климате, я могу просто открыть окно и подпереть коробчатый вентилятор, если мне нужно больше, чем нормальный поток инфильтрационного воздуха. Но платить за обогрев атмосферы планеты во время горных зим не входит в наш бизнес-план. Решение : теплообменник свежего воздуха воздух-воздух, также известный как вентилятор с рекуперацией тепла или HRV. Но хочу ли я продать свою душу за дорогое коммерческое предприятие, которое, как я слышал, имеет тенденцию бросать работу всего через несколько лет? Забудь это.Сделай сам на помощь.

Я придумал эту самодельную конструкцию, основанную на многолетнем опыте работы с деталями сантехники и вентиляции, а также на знании основ теплообмена воздух-воздух. Это просто. Легко переосмыслить. Моя конструкция предназначена для работы и прослужит долгие годы, это не временный научный эксперимент.

Суть : Установите что-нибудь, что направляет поток воздуха снаружи рядом с выдувом воздуха из помещения - вы меняете два потока - и позволяете одному потоку воздуха нагреть / охладить другой, чтобы вы «рекуперировали» энергию.Для этого вам понадобится «элемент» или «сердечник», который хорошо проводит тепло, способ пропускания воздуха рядом с сердечником и оболочка, вмещающая все это. Вентиляторы с регулируемой скоростью, изоляция и беспроводные термометры завершают конструкцию этого HRV.

Моя конструкция делает все это довольно просто. Сердцевиной этого теплообменника является 3-дюймовый алюминиевый ребристый расширяемый канал «осушитель». Алюминий обладает высокой теплопроводностью, поэтому является хорошим материалом для сердечника теплообменника. Корпус представляет собой 4-дюймовую тонкостенную водопроводную трубу из белого ПВХ CL200.(Обратите внимание, комментаторы предполагают, что жесткая алюминиевая труба воздуховода будет работать так же хорошо, как расширяемый воздуховод осушителя, и с ней будет легче работать. Я согласен. Если вы строите, используйте жесткий воздуховод, возможно, с наклеенными точками из пеноматериала для распорок.)

При тестировании временного натяжения буровой установки, проходящей через окно в холодный наружный воздух здесь, в Колорадо, моя конструкция с самого начала работала достаточно хорошо. Возможно, это могло быть короче. Слишком большая площадь поверхности ядра на самом деле ничему не повредит, это просто отбрасывает ваши наблюдения за эффективностью, потому что входящий воздух продолжает «закаляться» за пределами равномерного обмена энергией.Все это можно контролировать с помощью скорости воздуха, а также размера, поэтому не зацикливайтесь на размере. Обменник легко укорачивать, а удлинять труднее.

Спецификация трубы важна. Обычный ПВХ сортамента 40 имеет слишком толстые стенки, чтобы обеспечить достаточное пространство для воздуха вокруг алюминиевого сердечника воздуховода. «Дренажная» или «канализационная» труба ПВХ имеет достаточно тонкие стенки, чтобы создать воздушное пространство, но не имеет наружного диаметра, как у обычной трубы сортамента 40, что ограничивает ваши возможности выбора фитингов. ПВХ-труба CL200 имеет такой же внешний диаметр, как и у сортамента 40, но имеет более тонкую стенку, поэтому вокруг сердечника достаточно места для потока воздуха.Идеально. (Другие типы трубок могли быть лучше, но их добыча в нашей горной долине занимала много времени, см. Примечания ниже).

Сборка

Я выбрал произвольную длину (8 футов). Тестирование показывает, что этот размер полностью соответствует моему выбору вентиляторов (см. Список деталей ниже) и, возможно, может работать с более высокими объемами воздуха. Вам понадобится место, где можно установить что-нибудь такой длины, не испортив интерьер. место с температурой окружающей среды, близкой к вашей жилой площади.В доме может работать подвал или подвал. Летом на чердаке будет слишком жарко, а зимой - слишком холодно. Для жилых помещений творческий подход к местоположению может быть столь же важным, как и сама инженерия, поскольку вам необходимо учитывать такие вещи, как распределение приятного свежего воздуха. Более того, при размещении вентиляционного отверстия, которое втягивает воздух в помещении возле потолка, используется более теплый многослойный воздух, который в противном случае просто сохраняет неиспользованную энергию. Здесь, в моем магазине с одной комнатой размером 25 х 20 футов, я просто установил под потолком деревянную балку, идущую по центру комнаты.Это работает, так что выглядит красиво. Если бы это не сработало, я бы оставил это там, чтобы смирить себя.

Имейте в виду, что вам нужно сделать примерно 5-дюймовый круглый проход во внешней стене, убедитесь, что требуемое отверстие не прорезает непосредственно элемент каркаса стены и, конечно же, подумайте о косметике и солнечном нагреве вашей вентиляции. (подробнее об этом ниже.) Внутренний вход и выход разделены достаточно далеко, чтобы избежать короткого замыкания вентиляционного отверстия. Внешние вентиляционные отверстия также должны быть разделены, это не так важно, как в помещении, так как воздух снаружи обычно немного пронизан.

Начните с 8-футового куска 4-дюймовой трубы из ПВХ, надеюсь, на верстаке, а не на коленях.

1. Возьмите 4-дюймовые Т-образные фитинги из ПВХ. Сделайте заглушки, вставив 5-дюймовый кусок 4-дюймового ПВХ в одну сторону 4-дюймовых Т-образных фитингов. Забейте трубу из ПВХ пластиковым или резиновым молотком до тех пор, пока соединение не станет плотным. Не переусердствуйте (возможно, позже вам придется перевернуть) и ничего не склеивайте. Более того, будьте осторожны, чтобы ничего не испортить или иным образом не повредить, поэтому вы можете вернуть большую часть запчастей в магазин с большими коробками, если вам не понравятся результаты.Ваши резиновые муфты 3 × 4 будут устанавливаться на 5-дюймовые части 4-дюймового ПВХ, но пока не устанавливайте муфты 3x4.

Ваши "заглушки" в конечном итоге будут выглядеть так. Резиновая гибкая муфта 3 × 4 центрирует сердцевину 3-дюймовой трубы внутри 4-дюймовой оболочки, поэтому воздух может обтекать сердцевину.

2. Вытяните алюминиевый воздуховод примерно на 7 футов. Прикрепите 3-футовый кусок 3-дюймового ПВХ к одному концу алюминиевого сплава (это ваша внутренняя сторона) и 18-дюймовый кусок 3 дюйма к другому концу алюминиевого сплава.Я сделал несколько соединительных муфт из алюминиевых соединителей воздуховодов сушилки и заклеил стыки изолентой. Вы не сможете получить доступ к этим соединениям для обслуживания, и если они выйдут из строя, система не будет работать, поэтому подумайте о том, чтобы натянуть проволочные стяжки поверх изоленты или иным образом добавить страховку.

Вытяжка вентиляционного канала сушилки, используемого в качестве сердечника. Будьте осторожны, не сжимайте и не сжимайте, держите его красивым и круглым.

3. Вставьте полученный сердечник в 4-дюймовую оболочку из ПВХ.

4.Наденьте заглушки (из шага 1) на концы сердечника и запрессуйте 4-дюймовые Т-образные фитинги на концах 4-дюймовой оболочки.

5. Распылите немного воды на выступающую 3-дюймовую трубу и сдвиньте резиновые муфты 3 × 4 так, чтобы они сопрягались между 3-дюймовым ПВХ и 4-дюймовым.

Стыки сердечника выполнены из алюминиевого листа и ленты Gorilla Tape. Добавьте много ленты для хорошего уплотнения. Я не использовал силикон, так как хотел, чтобы все было обратимо, если я разберу его, чтобы проверить наличие плесени и уплотнений.

6. Критический шаг: вам нужно что-то, чтобы поддерживать воздушное пространство между ядром и оболочкой. Некоторые сборки, которые я видел на Youtube и в других местах, используют куски липкой пены и тому подобное, чтобы отделить одну поверхность от другой. Мне нужно было что-то более стабильное и механическое, поэтому я установил несколько дюжин крепежных винтов в оболочку трубы из ПВХ на тщательно рассчитанной глубине, чтобы они действовали как прокладка для основного компонента. На каждом конце оболочки убедитесь, что три из этих винтов поддерживают 3-дюймовую трубу из ПВХ. Таким образом, после затяжки фитинга 3 × 4 3-дюймовый ПВХ становится устойчивым и устойчивым.См. Список деталей для размеров крепежных винтов, которые я использовал, но из-за точного выбора материалов обязательно оцените свою установку и выберите винты правильного размера. Я поместил шайбы под головки винтов, чтобы настроить точную глубину проникновения.

Обратите внимание, что вы используете «крепежные винты», потому что у них плоский конец, который не проткнет алюминиевый сердечник, если вы будете осторожны с глубиной и поверните корпус так, что вы вставляете винты сверху, позволяя сердечнику чтобы он не отходил от винта при установке.Я разобрал свой прототип и осмотрел, винты не причинили никаких повреждений, но я был очень осторожен при установке.

Чтобы установить крепежные винты для центрирования сердечника, нарисуйте тройку прямых линий на оболочке, используя верстак в качестве направляющей, просто проведите маркером по прокладке, в этом случае я установил маркер на свой рулон ленты.

Измерение расстояния между тремя рядами шурупов равноудалено, так что внутреннее ядро ​​удерживается аккуратно и равномерно от корпуса, создавая воздушное пространство для потока.

Крепежный винт с шайбами ​​для точного установочного расстояния.Важно, чтобы эти винты не проделывали отверстия в сердечнике.

Вставляя винты в направляющие отверстия, они легко ввинчиваются в пластик.

7. Теперь у вас должен получиться длинный кусок 4-дюймовой трубы с 3-дюймовыми заглушками, выступающими с обоих концов. Более длинный огрызок проходит внутрь вашего жилого помещения, короче - до дневного света.

8. Установите теплообменник так, чтобы наружный конец (с более короткой 3-дюймовой трубкой) выходил на дневной свет. В моем случае я вырезал довольно аккуратное отверстие в наружной обшивке здания, снял Т-образный фитинг с наружной стороны теплообменника, продвинул 4-дюймовый ПВХ через отверстие, затем заменил Т-образный фитинг снаружи, чтобы он выступал в качестве воротника, плотно прилегающего к сайдингу здания, чтобы помочь сделать внешний вид более аккуратным.Наклоните весь теплообменник как минимум на 1/4 дюйма на улицу, чтобы конденсат быстро стекал наружу. Вам понадобится какая-то система поддержки в помещении. Я установил сбоку на потолочную балку, для чего потребовалось просто использовать кронштейны для одной трубы и винты. Вы можете повесить на балку пола в подвесном пространстве с помощью сантехнических ремней. Все, что работает, просто помните, что все это должно быть разбито, и вам нужно подумать о том, как вы получите как вход, так и выход в ваше жилое пространство с минимальными изгибами труб.

Это хорошее место для упоминания «короткого замыкания», означающего ситуацию, когда ваш входящий вентиляционный воздух оказывается захваченным выходящим потоком, не смешиваясь с объемом воздуха в жилом помещении. В помещении для предотвращения этого следует подумать о том, чтобы расположить вентиляционные отверстия на расстоянии не менее 3 футов друг от друга. В моем случае я хотел использовать более теплый стратифицированный воздух у потолка, поэтому я поставил выходное отверстие высоко, а входной - ниже.

9. Наружная отделка проста.

A) Уплотните трубу в том месте, где она проходит через стену, используя что-нибудь реверсивное на случай, если вам придется снять установку для обслуживания.Если вы ожидаете много влаги, возможно, добавьте кусок листового металла, который будет действовать как защита от дождя над проемом в стене.

B) Если вы еще этого не сделали, обрежьте конец 3-дюймовой трубы так, чтобы получился наклонный проем, обращенный вниз. C) Закройте 3-дюймовое отверстие сеткой от насекомых. D) Поместите примерно 24-дюймовый отрезок 4-дюймового ПВХ во внешний Т-образный фитинг.

C) Добавьте что-то вроде «звонка» к наружному вентиляционному отверстию. Я использовал дорогую муфту увеличенного размера из ПВХ 4 × 6, что-то из мира вентиляции листового металла было бы намного дешевле и, вероятно, подойдет.Идея состоит в том, чтобы создать держатель пылевого фильтра с большой площадью поверхности. Вырежьте круглый кусок дешевого печного фильтра и запрессуйте его в 6-дюймовую сторону вашего «раструба».

D) Заверните несколько шурупов для листового металла в запрессованные соединения внешних труб, чтобы они не разъединились во время расширения и сжатия. Опять же, не используйте клей, сделайте так, чтобы все было двусторонним и дружественным к вашей системе подачи воздуха.

10. Установите вентиляторы в помещении. Установите короткий отрезок 4 дюйма на открытую 4-дюймовую сторону внутреннего Т-образного фитинга, обрежьте 4-дюймовый фланец, чтобы он соответствовал вентилятору, и установите вентилятор так, чтобы он втягивал воздух в жилое пространство.Аналогичным образом установите 3-дюймовый фланец на открытую 3-дюймовую трубу, выступающую из конца сборки. Этот вентилятор забирает воздух из помещения и выдувает его наружу через теплообменник. Используйте крепежные винты довольно небольшого диаметра, чтобы прикрепить 120-миллиметровые вентиляторы, и вы можете сделать диагональные отверстия во фланцах из ПВХ, чтобы они совпадали с отверстиями в вентиляторах. Я использовал маленькие гайки с накаткой, чтобы снимать и заменять вентиляторы без инструментов.

Фланец «под шкаф» из ПВХ

идеально подходит для крепления 4-дюймового вентилятора. При выборе убедитесь, что фланец крепится к трубе таким образом, чтобы ограничивать поток воздуха как можно меньше.См. Список деталей для предложений.

11. Установите два датчика термометра в небольшие отверстия, которые вы просверливаете в трубе из ПВХ. Один наружный датчик в конце вентиляционного отверстия, обеспечивающего воздух в помещении (датчик с пылевым фильтром). Это будет ваша температура наружного воздуха - обычно такая же, как и ваша температура наружного воздуха, хотя расположение компонентов теплообменника на открытом воздухе в солнечном месте может вызвать колебания температуры. Установите датчик номер два сразу за вентилятором приточного воздуха.

Говоря о расположении наружных вентиляционных отверстий, в моем случае я использую этот теплообменник только тогда, когда на улице холодно, поэтому я подумал, почему бы не установить там, где наружное вентиляционное отверстие нагревается солнцем, для небольшого дополнительного солнечного нагрева моего входа воздух? Аналогичным образом, если вас беспокоит, что солнце влияет на работу теплообменника, расположите вентиляционные отверстия снаружи в тени.

12. Важно изолировать самодельный кожух теплообменника, чтобы избежать ложного теплообмена, когда входящий воздух забирает тепло из окружающей среды через внешнюю стенку трубы теплообменника.На мой взгляд, достаточно тонкого слоя утеплителя. Я сделал куртку из этой пузырчатой ​​пленки с фольгой от Lowe’s, зашитой изолентой. Мне нравится этот материал, потому что он огнестойкий (я думаю о пожарной безопасности со всеми своими проектами, сделанными своими руками, поскольку они, как правило, так далеко выходят за рамки параметров каких-либо стандартов строительных норм). Для бюджетной изоляции просто оберните пузырчатой ​​пленкой. Обратите внимание, что мы используем нашу обычную пластиковую трубу для внешней оболочки, которая замедляет паразитную теплопередачу. Но вам нужен слой изоляции, особенно при очень высоких или низких температурах наружного воздуха.Поскольку наш теплообменник в основном используется в холодную погоду, я установил его на высоте потолка, чтобы паразитная теплопередача происходила от более теплого стратифицированного воздуха в помещении, вероятно, с почти нулевой чистой денежной потерей в счетах за отопление. Если сомневаетесь, просто добавьте еще один слой изоляционной пленки.

Окончательная установка перед обертыванием оболочки двумя слоями изоляции «пузырчатая фольга».

13. Тест. Включите вентиляторы, когда температура в помещении и на улице значительно различается. Следите за своими показаниями на термометрах.Надеюсь, вы удивитесь, насколько хорошо это работает. Я был.

Наружная вентиляция, на солнечной стороне моей студии-магазина-офиса. Солнечное тепло зимой повышает эффективность и предотвращает появление плесени. Вентиляционное отверстие из помещения внутрь закрыто (вверху), чтобы не допустить насекомых или мелких людей, входное отверстие в помещении фильтруется с помощью печного фильтра в «колоколе», сделанном из водопроводной арматуры. Эта странно выглядящая конфигурация связана с тем, что входное и выходное отверстия должны быть разделены, чтобы предотвратить короткое замыкание и смешивание входящего и выходящего воздуха.К сожалению, эта конфигурация находится на стороне моего магазина, выходящей на улицу, но должна быть на солнечной стороне для повышения эффективности и смягчения любых проблем с конденсацией. Чтобы сделать его красивым, я, вероятно, построю деревянную балку поверх всего этого, чтобы это не выглядело так, как будто я занимаюсь тем, что мы вежливо называем «домашнее садоводство в Колорадо».

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ

Термометр, датчик несколько от Amazon, один. $ 56,00

Полужесткий гибкий алюминиевый воздуховод 3 ″ x 8-0, продукт № L301 от Lowe’s (используется для сердечника, который является ключом к реализации этого проекта), 10 долларов США, один.

4 ″ A-2000 PVC (более тонкая стена, чем у спецификации 40), 12 футов, 22,00 долл. США (от поставщика сантехники).

3 ″ A-2000 PVC (более тонкая стена, чем у спецификации 40), 6 футов, 10,00 долларов США (от поставщика сантехники).

4 дюйма, тип 40, Т-образные фитинги из ПВХ, 2, не удалось найти в Lowe’s, по 11 долларов за штуку в магазине сантехники.

6 ″ x 4 ″ Переходная муфта Sch 40 (используется для фильтра на внешнем входе блока) $ 11,00

(Важно, чтобы два нижних фланца, используемые для крепления вентиляторов, подходили НАД вашей трубой, чтобы не создавать препятствий потоку воздуха из-за толщины внутренней муфты.Все фитинги в этом проекте имеют фрикционную посадку, клей не используется, поэтому, если фитинг необходимо стабилизировать, вставьте винт для листового металла через пилотное отверстие. Оставьте большую часть фитингов без фрикционной посадки, чтобы можно было легко разобрать теплообменник для последующей очистки, обслуживания или модификации.)

Фланец из ПВХ (штуцер для унитаза, фланец для туалета) для монтажа НАД 3-дюймовой трубкой для монтажа вентилятора на 3-дюймовом ПВХ, артикул 253221 Lowe’s, 4,00 доллара США, 1 штука

Фланец из ПВХ, как указано выше, для монтажа НАД 4-дюймовой трубой, товар Lowe’s 253231, 5 долларов США.00, одна

(Эти резиновые соединители работают очень хорошо, но являются немного дорогими, но необходимы для упрощения сборки проекта.)
Резиновые «без ступицы» Гибкие соединительные фитинги из ПВХ диаметром 4 x 3 дюйма с зажимами для шлангов, товар 23478 Lowe, По 9,30 долларов США, два

Небольшой кусок фильтрующего элемента печи, вырезанный круг для запрессовки в наружный конец блока.

Это модель вентилятора Cooltron, которую я использовал, заявленная мощность 56 куб. Футов в минуту при максимальной скорости.

А это регулятор скорости вентилятора.

Сверло для установки центрирующих винтов для стержня, 9/64 позволяет самонарезание крепежных винтов, используемых в качестве центрирующих опор для стержня.Не используйте винты с острым концом, так как они могут пробить сердцевину.

3/4 дюйма Крепежные винты 10/24 с головкой под крестовую отвертку 20 плоских шайб 3/16 дюйма, чтобы крепежные винты не заходили слишком далеко внутрь, используйте по две на каждый винт. 40

Предупреждение о плесени: Любой воздухо-воздушный теплообменник создает возможность роста плесени в ваших воздуховодах, независимо от того, какая часть производит конденсацию (в нашем случае воздуховод, перемещающий воздух из помещения на улицу, является местом, где может образоваться конденсат). не беспокойтесь об этом, так как воздух в выхлопном пространстве нашего теплообменника выдувается наружу, предотвращение образования плесени всегда является хорошей идеей.Тестирование покажет реальность этого, но, по крайней мере, мы думаем, что простое хранение аэрозольного баллончика увлажнителя для предотвращения образования плесени и время от времени разбрызгивание его на вентиляторы решит проблему, а также позволит солнцу запекаем нашу внешнюю вентиляцию. Говоря о загрязнении, не забудьте в конце концов установить фильтр тканевого типа на входе (в помещение) вашего вентиляционного отверстия, а также провести сетчатый провод над другим наружным вентиляционным отверстием (наружный воздух в помещение). К счастью, наш дизайн начинается с красивого 4-дюймового входа большего размера; Я увеличил это до фитинга диаметром 6 дюймов, который удерживает круглый кусок печного фильтра.

http://www.engineeringtoolbox.com/ventilation-heat-recovery-d_244.html

Комплект вентилятора AC Infinity AI-120SCX с регулировкой скорости для охлаждения шкафа, одинарный, 120 мм

ПРИМЕЧАНИЯ
Насколько я понимаю, эффективный теплообменник приведет к тому, что температура входящего воздуха будет близка к комнатной. По-видимому, это легко сделать с холодным наружным воздухом и теплым влажным воздухом в помещении, если вы достаточно замедлите движение воздуха, чтобы обеспечить неторопливый обмен тепловой энергией между двумя объемами воздуха.

В реальных условиях вы хотите, чтобы ваш теплообменник был достаточно эффективным, но тратить целое состояние и занимать место для чего-то сверхэффективного может оказаться непрактичным. Возможно, лучшее практическое правило - пока ваш воздух, поступающий с улицы, по температуре довольно близок к температуре окружающей среды в помещении, у вас все в порядке. Если разница становится слишком большой, либо разница температур снаружи и внутри слишком велика, либо вам нужно замедлить работу вентиляторов, либо построить теплообменник с большей площадью поверхности сердечника (или и то, и другое).Кроме того, по мере увеличения разницы между температурами на улице и в помещении ваша производительность может ухудшиться. Моя установка невероятно хорошо работает при перепаде температур около 30 градусов по Фаренгейту, но я уверен, что увижу падение производительности, когда на улице 10 градусов, а в помещении - 68.

В случае этого проекта испытания показали поразительную эффективность: температура в помещении составляет около 67 градусов, а на открытом воздухе - около 38 градусов. Температура поступающего воздуха составляла 66,4 градуса, при этом корпус был хорошо изолирован, чтобы предотвратить паразитный нагрев корпуса от окружающего воздуха в помещении.Оказалось, что мой первый выбор вентиляторов 45 куб. Фут / мин был временами слишком ограничен для вентиляции, в которой я нуждался, преодолевая сопротивление трения воздушного потока, поэтому в моей окончательной сборке используются вентиляторы с регулируемой скоростью с заявленной скоростью 56 куб. Я обычно не запускаю вентиляторы на максимальной скорости, и кажется, что они пропускают достаточно воздуха, поэтому, возможно, в конце концов я мог бы использовать вентиляторы 45 CFM. Как бы то ни было, экспериментировать с различными вентиляторами несложно (мои крепятся к устройству винтами с накатанной головкой, так что я могу поменять их за считанные минуты).

Я также обращал пристальное внимание на производительность холодным зимним утром в Колорадо, иногда около нуля по Фаренгейту. Производительность была в порядке.

ВАЖНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Расположите элементы управления вентиляторами для облегчения доступа. Помните, что вы - мозг этой установки, а не микропроцессор, как у коммерческих теплообменников. Например, предположим, что у вас на всю ночь было отключено отопление, теперь в вашем жилом помещении прохладно, а на улице у входного вентиляционного отверстия стало теплее из-за солнечного утра? Просто выключите выходной вентилятор (тот, который выталкивает воздух из вашего жилого помещения) и включите входной вентилятор на полную мощность, чтобы всасывать это бесплатное отопление в помещении.Кроме того, вместо того, чтобы запускать эту штуку 24/7, подумайте о том, чтобы подключить своих поклонников к таймеру, который полностью отключает ваш обменник в самое холодное (или самое жаркое) время дня. Например, я настроил свой так, чтобы он отключался около 23:00 и просыпался утром за час или около того до того, как обычно сажусь за свой стол.

Кто-то может спросить: «Может ли инженер вычислить все эти вентиляторы с рекуперацией тепла с помощью математики, чтобы я знал, какой длины, каких вентиляторов CFM и тому подобного?» Возможно, с помощью сложного компьютерного моделирования и полевых измерений это можно было бы сделать.Но в практическом смысле нет. Инженер должен знать точную CFM движения воздуха внутри каналов, а также точную площадь поверхности вашего сердечника. Даже в этом случае у них не было бы точного способа учесть турбулентность воздушного потока. Паразитное охлаждение или нагрев агрегата воздухом в помещении также будет трудно рассчитать. Вероятно, лучший способ усовершенствовать эти единицы - это просто использовать краудсорсинг экспериментов.

Одно из измерений, которое вы, вероятно, захотите, - это CFM, который вы получаете, когда все работает и ваши температуры выглядят хорошо.Приблизительно измерить CFM можно, поместив пластиковый мешок для мусора известного объема над входным отверстием в помещении, посчитав, сколько секунд требуется для заполнения, а затем посчитав.

Я мог бы представить, что человек, у которого достаточно времени, мог бы создать мой теплообменник свежего воздуха, используя весь «дренажный / канализационный» ПВХ, известный как тонкостенный DWV. Это было бы отлично. Crux приобретает детали, такие как фланцы крепления вентилятора. Следующая сборка, которую я делаю, я пробую DWV - это, вероятно, сэкономит как минимум 50 долларов по сравнению со сборкой, которую я сделал с использованием местных безрецептурных материалов.См. Http://www.pvcfittingsonline.com/fittings/dwv.html

.

Регуляторы скорости вентилятора необходимы для настройки производительности и шума.

Таймер, на мой взгляд, тоже важен, нет причин перемещать слишком много воздуха.

Многосенсорный термометр для дома и улицы

также важен, иначе вы просто будете гадать о производительности.



Комментарии

Все о двухтрубных теплообменниках

Теплообменники - это фундаментальный инструмент, который используется практически во всех отраслях промышленности, и не зря.

Эти устройства передают или «обменивают» тепло между двумя потоками (жидкостью или газом) через проводящий барьер, не смешивая их физически. Это тепло является формой энергии, и инженеры разработали системы, в которых теплообменники используются для эффективной передачи энергии между путями. Теплообменники бывают разных видов, потому что есть много разных способов добиться такой теплопередачи; В этой статье будет рассказано о двухтрубном теплообменнике - одной из самых простых, но гибких конфигураций.Сначала мы рассмотрим, что делает теплообменник двухтрубной конструкцией, как они осуществляют передачу энергии и каковы основные преимущества и применения такой конструкции.

Что такое двухтрубные теплообменники?

Рис. 1: Пример двухтрубного теплообменника в реальной жизни; обратите внимание на маленькие трубки на изгибах и большие на прямых.

Изображение предоставлено: https://jcequipments.com/double-pipe-heat-exchanger.html

Цель любого теплообменника - позволить двум потокам взаимодействовать на некотором проводящем барьере, где этот барьер физически разделяет потоки, но позволяет передавать тепловую энергию.Чтобы получить общее представление о принципах, лежащих в основе этих конструкций, прочитайте нашу статью о теплообменниках, в которой исследуется теория, лежащая в основе этих устройств.

Двухтрубный теплообменник в своей простейшей форме представляет собой одну трубу, удерживаемую концентрически внутри большей трубы (отсюда и название «двойная труба»). Внутренняя труба действует как проводящий барьер, где одна жидкость течет через эту внутреннюю трубу, а другая течет вокруг нее через внешнюю трубу, образуя форму кольцевого пространства. Внешний или «межтрубный» поток проходит по внутреннему, или «трубному» потоку, что вызывает теплообмен через стенки внутренней трубки.Их также часто называют шпильками, трубами с рубашкой, U-образными трубками с рубашкой и теплообменниками типа труба в трубе. Внутри они могут содержать одну трубу или пучок трубок (аналогично кожухотрубным теплообменникам), но пучок должен быть <30 трубок, а внешняя труба должна быть <200 мм в диаметре, иначе теплообменник квалифицируется как другая конструкция (см. нашу статью о кожухотрубных теплообменниках для получения дополнительной информации). На внутренней трубе (ах) также могут использоваться продольные ребра, которые дополнительно увеличивают теплопередачу между двумя рабочими жидкостями.

Как работают двухтрубные теплообменники?

Рис. 2: упрощенная схема, показывающая работу двухтрубных теплообменников. Обратите внимание, как внутренняя жидкость (синий цвет) движется слева направо, а внешняя жидкость (серый цвет) движется справа налево.

Изображение предоставлено: Ченгель, Юнус А. и Афшин Дж. Гаджар. Тепло- и массообмен: основы и приложения. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 2011. Печать.

Изучите Рис. 2. Более горячий поток пересекает внутреннюю трубу, в то время как внешняя оболочка содержит холодный поток (обратите внимание, что это не всегда так).Двухтрубный теплообменник работает за счет теплопроводности, когда тепло от одного потока передается через внутреннюю стенку трубы, которая сделана из проводящего материала, такого как сталь или алюминий. Двухтрубный теплообменник часто используется в противотоке, когда его жидкости движутся в противоположных направлениях (как показано выше). Истинный противоток достигается в двухтрубных теплообменниках благодаря концентрической трубе (ам), и разработчики используют это преимущество для увеличения коэффициента теплопередачи системы. Их также можно использовать в параллельном потоке, когда обе жидкости движутся в одном направлении, но противоток часто является наиболее термически эффективным режимом.

Двухтрубные теплообменники могут выдерживать высокое давление и высокие температуры, поскольку они могут свободно расширяться и имеют прочную и простую конструкцию. Они также могут испытывать температурный перекрест в противотоке, когда температура на выходе холодного потока ( T c, на выходе ) становится выше, чем температура на выходе горячего потока ( T ч, на выходе ). Это может быть, а может и не быть выгодным в определенных приложениях, но примечательно, поскольку некоторые другие конструкции, такие как пластинчатый теплообменник, обычно не могут достичь температурного пересечения.

Двухтрубный теплообменник представляет собой небольшую модульную конструкцию, которая наиболее полезна в приложениях, где обычные кожухотрубные теплообменники слишком велики или слишком дороги в использовании. Двухтрубные теплообменники могут быть соединены последовательно или параллельно для увеличения скорости теплопередачи через систему без каких-либо осложнений. Кроме того, добавление ребер и создание U-образных изгибов может еще больше увеличить теплопередачу, делая эти устройства универсальными, простыми в ремонте и модернизации и весьма эффективными в своей работе.

Преимущества и недостатки пластинчатых теплообменников

Двухтрубный теплообменник - одна из самых простых в изготовлении, установке и ремонте благодаря своей простой конструкции.У них есть некоторые уникальные преимущества по сравнению с некоторыми из более сложных конструкций теплообменников, а также некоторые важные недостатки, поэтому в этой статье покупателям будет показано, когда им следует - и не следует - рассматривать возможность использования одной из этих систем:

Ниже приводится список основных преимуществ использования двухтрубного теплообменника:

  • Они могут выдерживать как высокое давление, так и высокие температуры
  • Их детали стандартизированы в связи с их популярностью, что упрощает поиск и ремонт деталей.
  • Это одна из самых гибких конструкций, позволяющая легко добавлять / снимать детали.
  • Они имеют небольшую площадь основания, что не требует или почти не требует места для обслуживания, но при этом имеет хорошую теплопередачу

Однако важно понимать недостатки такой конструкции, которые включают:

  • Они ограничены более низкими тепловыми нагрузками, чем другие, более крупные конструкции
  • Несмотря на то, что они могут использоваться в параллельном потоке, они чаще используются только в режимах противотока, что ограничивает некоторые приложения
  • Возможна утечка, особенно при подключении к большему количеству устройств
  • Трубки легко загрязняются и их трудно чистить без разборки всего теплообменника
  • Если есть бюджет и место для кожухотрубного теплообменника, то двухтрубная конструкция часто является менее эффективным методом теплопередачи

Технические характеристики, критерии выбора и области применения

Двухтрубный теплообменник, как видно выше, является, пожалуй, самым простым теплообменником в промышленности.В результате существует множество вариантов для покупки, или они могут быть изготовлены по индивидуальному заказу в соответствии с конкретными потребностями проекта. Они наиболее полезны для приложений малой мощности, где общая площадь поверхности теплопередачи составляет <500 квадратных футов, поскольку на единицу площади более экономично использовать другую конструкцию сверх этой величины.

При выборе двухтрубного теплообменника для проекта учитывайте используемые рабочие жидкости. При использовании двух разных жидкостей, более агрессивная из двух будет работать лучше всего в потоке со стороны оболочки, так как у него больше места для протекания.Если вы используете пар, подумайте о том, чтобы пропустить его по трубопроводу, так как он будет течь лучше в меньшем объеме. Затем определите необходимую теплопередачу между двумя потоками, желаемую температуру на выходе и любые другие параметры, характерные для конкретного проекта. Зная эту информацию, поставщик может помочь согласовать ваши потребности с подходящим теплообменником на рынке. Важно знать, что, хотя конструкции с двумя трубами являются модульными и простыми, они становятся более дорогими по мере увеличения площади поверхности, поэтому рассмотрите варианты.

Трудно охватить все области применения двухтрубных теплообменников. Называя лишь некоторые из них, они популярны в системах с высоким давлением и температурой, таких как бойлеры и компрессоры, а также для рационального нагрева и охлаждения в технологических системах. Они используются в самых разных областях, от нефтепереработки до охлаждения, очистки сточных вод и отопления помещений, поэтому ясно, что возможности безграничны с таким полезным и элегантным дизайном. Если пространство ограничено и простота имеет первостепенное значение, подумайте о двухтрубном теплообменнике для работы.

Резюме

В этой статье представлено понимание того, что такое двухтрубные теплообменники и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:
  1. https://www.brighthubengineering.com/hvac/64548-double-pipe-heat-exchanger-design/
  2. http://www.thermopedia.com/content/705/
  3. https: // www.che.utah.edu
  4. https://jcequipments.com/double-pipe-heat-exchanger.html
  5. http://web.iitd.ac.in/~pmvs/courses/mel709/classification-hx.pdf

Прочие изделия из теплообменников

Больше от технологического оборудования

теплообменников | IPIECA

Последнее рассмотрение темы: 1 февраля 2014 г.

секторов: нисходящий, средний, восходящий

Теплообменники используются для передачи тепла от одной среды к другой.Эти среды могут быть газом, жидкостью или их комбинацией. Среда может быть разделена сплошной стенкой для предотвращения смешивания или может находиться в прямом контакте. Теплообменники могут повысить энергоэффективность системы за счет передачи тепла от систем, где оно не нужно, другим системам, где оно может быть использовано с пользой.

Например, отработанное тепло в выхлопе газовой турбины, производящей электричество, может быть передано через теплообменник для кипячения воды для приведения в действие паровой турбины для выработки большего количества электроэнергии (это основа для технологии газовых турбин с комбинированным циклом).

Другое распространенное использование теплообменников - предварительный нагрев холодной жидкости, поступающей в нагретую технологическую систему, с использованием тепла от горячей жидкости, выходящей из системы. Это снижает затраты энергии, необходимые для нагрева поступающей жидкости до рабочей температуры.

  • Особые области применения теплообменников:
  • Нагревание более холодной жидкости за счет тепла более горячей жидкости
  • Охлаждение горячей жидкости за счет передачи тепла более холодной жидкости
  • Кипячение жидкости с использованием тепла более горячей жидкости
  • Кипение жидкости при конденсации более горячего газообразного флюида
  • Конденсация газообразной жидкости с помощью более холодной жидкости [Ссылка 1]

Жидкости в теплообменниках обычно текут быстро, что способствует передаче тепла посредством принудительной конвекции.Этот быстрый поток приводит к потерям давления в жидкостях. Под эффективностью теплообменников понимается то, насколько хорошо они передают тепло относительно потери давления, которую они несут. Современная технология теплообменников сводит к минимуму потери давления, одновременно увеличивая теплопередачу и достигая других целей проектирования, таких как выдерживание высокого давления жидкости, сопротивление загрязнению и коррозии, а также возможность очистки и ремонта.

Для эффективного использования теплообменников в многопроцессорном оборудовании тепловые потоки следует учитывать на системном уровне, например, с помощью «пинч-анализа» [вставьте ссылку на страницу пинч-анализа].Существует специальное программное обеспечение для облегчения этого типа анализа, а также для выявления и предотвращения ситуаций, которые могут усугубить засорение теплообменника (см. Пример 1 ).

Применение технологий

Теплообменники

доступны во многих типах конструкций, каждый со своими преимуществами и ограничениями. Основные типы теплообменников:

Кожух и трубка - Наиболее распространенный тип конструкции теплообменника состоит из параллельного расположения трубок в кожухе [Рис. 1]. Одна жидкость течет по трубкам, а другая жидкость течет через кожух по трубкам. Трубки могут быть расположены в оболочке для обеспечения параллельного потока, противотока, поперечного потока или того и другого. Теплообменники также могут быть описаны как имеющие расположение труб в однопроходном, многопроходном или U-образном исполнении. Благодаря своей трубчатой ​​конструкции этот тип теплообменника может выдерживать большие давления. Теплообменник может иметь одну или две головки на кожухе и несколько впускных, выпускных, выпускных и сливных патрубков [Ссылка 2].

Рисунок 1 : Поперечное сечение кожухотрубного теплообменника с одинарным проходом с, конфигурацией противотока , большими сегментными перегородками и двумя кожухами [Ref 3].

Элементы отклонения потока часто устанавливаются в кожухотрубных теплообменниках для улучшения теплообмена между жидкостями за счет создания более турбулентного потока жидкости на стороне кожуха и более перпендикулярного потока по трубам. Такие элементы должны быть тщательно спроектированы, чтобы минимизировать потери давления и образование «мертвых зон».Мертвые зоны - это области медленного или остановленного потока жидкости, которые могут привести к засорению (отложению твердых частиц) в теплообменнике.

Общие функции отклонения потока включают:

  • Сегментные перегородки (расположенные в шахматном порядке перпендикулярные перегородки, каждая из которых блокирует часть стороны оболочки; см. Рисунок 1),
  • Дисковые и кольцевые перегородки - расположенные в шахматном порядке круглые и кольцевые барьеры поочередно вытесняют поток со стороны оболочки поочередно в сторону и в сторону оси оболочки
  • Спиральные перегородки - расположены под углом для обеспечения спиралевидного обтекания стороны кожуха
  • Стержневые перегородки - решетки стержней, обычно перпендикулярные оси оболочки.Трубки проходят в осевом направлении через промежутки между стержнями
  • .
  • Вставки для трубок - вставки, такие как катушки из длинной проволоки, помещаются внутри труб для обеспечения турбулентного потока и минимизации загрязнения

Рисунок 2 - Расположение спиральных перегородок - Обратите внимание, что перегородки на самом деле имеют много отверстий, позволяющих проходить трубам по всей длине кожуха. [Ссылка 4]

Другой подход к отклонению потока - это конструкция «витой трубы» от Koch Heat Transfer Company.В этой конструкции трубки сплющиваются в овалы и скручиваются в длинные спирали, а затем складываются вместе. Спиральный поток жидкостей как со стороны кожуха, так и со стороны трубы обеспечивает хорошую теплопередачу при относительно низких перепадах давления.

Рисунок 3 - Трубные вставки, выступающие из трубок кожухотрубного теплообменника 5

Рисунок 4 - Трубки теплообменника с витыми трубками и схема потока 6

Пластина и рама - тонкие параллельные пластины сложены вместе, образуя широкие параллельные каналы.Горячие и холодные жидкости проходят через чередующиеся каналы. Пластины разделены прокладкой или сваркой и могут иметь рисунок, способствующий турбулентному потоку. Пластины штабелируются вместе, и дополнительные пластины могут быть добавлены к конструкциям прокладок для увеличения теплопроизводительности. Поток может быть как параллельным, так и противотоком. Большая площадь поверхности пластин означает, что пластинчатые и рамные теплообменники могут обеспечивать больший теплообмен между двумя жидкостями для заданного объема по сравнению с кожухотрубными теплообменниками.

Рисунок 5: Схема пластинчато-рамного теплообменника

Другие типы - вариации предыдущих типов теплообменников включают пластинчатый и ребристый, пластинчатый и кожух, спиральный, воздухоохладитель с мокрой поверхностью и двухтрубный.

Все теплообменники, которые обсуждались до сих пор, удерживают обе жидкости по отдельности. Однако существуют две другие категории теплообменников:

  • Открытый поток - одна жидкость содержится, а другая нет.Примеры включают автомобильный радиатор, погружной нагреватель бака, охладители ребер / вентиляторов или воздуховоды
  • Прямой контакт - несмешивающиеся среды вступают в прямой контакт. Градирня используется для охлаждения воды, когда она распыляется в поток охлаждающего воздуха. Воздух и вода не смешиваются, но тепло передается в процессе испарения. Затем охлажденная вода собирается и возвращается на завод8. Другие теплообменники этого типа включают регенеративные колонны с вращающимся колесом и распылительные колонны. Обратите внимание, что если две жидкости не разделяются, устройство называется нагревателем или охладителем.Например, в распределителе резервуара для воды пар поглощается водой, когда она охлаждается и конденсируется.

Рисунок 6: Градирня с поперечным потоком, тип теплообменника с прямым контактом

Краткое описание преимуществ и ограничений этих типов теплообменников показано в таблице ниже:

Таблица 1: Сравнение различных типов теплообменников

  • Тип Преимущества Ограничения
  • Кожухотрубный с высоким КПД
  • Высокое рабочее давление Большой размер
  • Двойное пространство, необходимое для очистки
  • Трудно очистить кожух
  • Пластина и рама Наивысшие коэффициенты теплопередачи
  • Низкий перепад давления
  • Легче чистить, чем кожух и трубка
  • Малый размер
  • Расширяемая емкость
  • Более близкие температуры Низкое рабочее давление
  • Более склонны к обрастанию более крупными частицами, чем кожухотрубные
  • Прямой контакт Большой расход
  • Низкий перепад давления
  • Высокая эффективность
  • Меньше обрастания
  • Большой
  • Требуется подпиточная вода
  • Потребности в химической обработке
  • Ограниченные заявки

Конфигурации потока теплообменника

Теплообменники имеют три (3) конфигурации первичного потока:

Параллельный поток - две жидкости входят в один конец теплообменника и текут в одном направлении, параллельно друг другу.В этой конструкции разница температур на входе велика, но температура жидкости на выходе будет приближаться к аналогичному значению.

Противоток - две жидкости входят на противоположных концах теплообменника и протекают навстречу друг другу. В этой конструкции разница температур меньше, но более постоянна по длине теплообменника. Возможно, что нагретая текучая среда может покидать теплообменник при более высокой температуре, чем температура на выходе нагревающей текучей среды.Это наиболее эффективная конструкция из-за более высокого перепада температур по длине теплообменника.

Поперечный поток - две жидкости текут перпендикулярно друг другу.

В теплообменнике может быть несколько методов передачи тепла. Передача тепла будет происходить с использованием одного или нескольких режимов передачи, теплопроводности, конвекции или излучения.

Реализация

Правильная реализация теплообменников в многопроцессорных системах, таких как нефтеперерабатывающие заводы, требует учета сети тепловых потоков на системном уровне.Это часто выполняется с помощью «пинч-анализа», который сопоставляет доступные источники тепла в системе с потребностями в тепле с точки зрения как количества, так и температуры тепла. В помощь дизайнеру в этом процессе доступно сложное программное обеспечение. Снижение загрязнения также является соображением проектирования и может включать рассмотрение различных технологий, скоростей, байпасов для очистки отдельных HX во время работы и включение запасных теплообменников.

Аналогичным образом доступно программное обеспечение для управления загрязнением теплообменника.На основании условий процесса и выбора компонентов некоторые программные пакеты могут прогнозировать скорость, с которой теплообменники могут подвергаться загрязнению. Также доступны пакеты программного обеспечения для мониторинга загрязнения путем изучения характеристик теплообменника с течением времени. Также рассчитываются оценки затрат на очистку теплообменников по сравнению с экономической выгодой (с точки зрения снижения энергопотребления).

Зрелость технологий

Имеется в продаже ?: Есть
Жизнеспособность на шельфе: Есть
Модернизация Браунфилда ?: Есть
Многолетний опыт работы в отрасли: 21+

Ключевые показатели

.

Область применения:

Добывающие скважины, установки FPSO, рекуперация тепла из воды или нефти, нагрев, охлаждение и конденсация воды, продуктовых сред, углеводородов и газов, нагрев или охлаждение воздуха для горения, производство пара из выхлопных газов.
Эффективность: 2. 80% до почти 100%
Ориентировочные капитальные затраты: Общие «практические правила» для расчета стоимости недоступны из-за большого количества доступных обменников. Затраты, которые следует учитывать, включают теплообменник, платформу или фундамент, средства управления, соединительные входные и выходные трубопроводы, входные фильтры, приборы, клапаны, вентиляторы, насосы, резервуары, химикаты, резервирование, а также расходы на установку, запуск и ввод в эксплуатацию.
Ориентировочные эксплуатационные расходы: Включает текущее обслуживание, такое как очистка труб и пластин, устранение утечек, восстановление насосов, замена наполнителя градирни. Дополнительные затраты или упущенная выгода связаны с простоями завода, когда оборудование отключено. Эксплуатационные расходы включают электроэнергию для насосов, вентиляторов и средств управления, а также химикаты для очистки воды.

Потенциал сокращения выбросов парниковых газов:

Теплообменники могут значительно снизить потребность процесса в энергии, уменьшая связанные с этим выбросы парниковых газов.
Время на проектирование и монтаж: 1 неделя - 6 месяцев
Описание типового объема работ: Теплообменники используются в самых разных отраслях промышленности. Типичный проект будет рассматривать использование теплообменников во время первоначального планирования проекта, определять условия эксплуатации и составлять спецификации оборудования. Теплообменник обычно изготавливается специализированным производителем, тестируется и доставляется на площадку готовым к установке.Более крупные теплообменники могут быть доставлены по частям или даже собраны или построены на объекте

Решение драйверов

Технический: Диапазоны давлений рабочих жидкостей и разность давлений между ними
Допустимый перепад давления жидкостей в теплообменнике
Диапазоны температур рабочих жидкостей и требуемая температура приближения
Свойства рабочих жидкостей (физические свойства, таких как плотность, вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температура)
Тенденция рабочих жидкостей к засорению
Наличие воды для охлаждения
Доступное пространство
Основные коды проектирования
Избыточность
Оперативный: Сложность системы
Уровень автоматизации
Потребности в обслуживании
Коммерческий: Срок поставки
Затраты на оборудование
Паразитные потребности в электроэнергии
Выбор материала
Окружающая среда: Водные ресурсы и доступность
Температура сброса
Устранение выброса шлейфа
Разрешительные требования
Требования к шуму

Альтернативные технологии

Существуют технологии, которые можно рассматривать как альтернативу использованию теплообменников.

Пруды-охладители могут использоваться для естественного охлаждения теплой воды за счет испарения в атмосферу. Затем воду из пруда можно рециркулировать в растение в качестве охлаждающей воды. Эти пруды могут использоваться для вторичных рекреационных целей, таких как рыбалка, катание на лодках или плавание. Подпиточная вода необходима для учета потерь на испарение. Для этого варианта требуется большой участок земли.

Прямой отвод пара может снизить потребность в охлаждении технологической воды, но этот вариант игнорирует основные причины охлаждения, которые заключаются в повышении эффективности системы и сохранении воды технологического качества, а также в дополнительных количествах добавочной воды и химикатов для обработки воды.Эта опция обычно не используется, за исключением операций запуска, аварийного сброса воздуха и останова.

Модификации технологического процесса и управления могут избежать или уменьшить потребность в теплообменниках.

Операционные проблемы / риски

Теплообменники

требуют регулярного технического обслуживания для работы с высокой эффективностью и обычно требуют строгого графика капитального ремонта. Большая часть этих усилий направлена ​​на противодействие эффектам загрязнения, когда твердые частицы (например, посторонние частицы или осадки) накапливаются на поверхностях теплообменника, препятствуя передаче тепла и ограничивая поток жидкости.Химические добавки также могут предотвращать осаждение частиц и могут быть экономически эффективным средством предотвращения загрязнения.

Капитальный ремонт может варьироваться от простого профилактического обслуживания (например, промывка) до ремонта, который требует снятия пучка труб с кожуха теплообменника для очистки. Это время простоя также следует учитывать при определении размеров теплообменников и проектировании технологической сети.

Многие теплообменники работают при высоких давлениях и температурах или с опасными жидкостями, поэтому необходимо соблюдать соответствующие рабочие процедуры, чтобы избежать рисков для персонала и сбоев системы.

Теплообменники обычно регулируются отраслевыми нормами, такими как ANSI и TEMA. Конструкции нового оборудования и любой ремонт должны соответствовать применимым нормам.

Возможности / бизнес-пример

Многие конструкции теплообменников доступны в различных материалах и могут быть адаптированы для конкретных применений, а также в стандартных конструкциях, которые доступны с минимальным временем выполнения заказа и меньшими затратами. Некоторые преимущества использования теплообменников перечислены ниже:

  • Повышение энергоэффективности производственных систем
  • Снижение расхода топлива, парниковых газов и выбросов
  • Заменить существующее оборудование из-за износа
  • Модернизация существующего оборудования на более новые и более эффективные конструкции
  • Дополнительная мощность обогрева или охлаждения в связи с увеличением производительности установки

Примеры из практики

1.Воздухо-воздушный теплообменник для рекуперации отработанного тепла
В этом исследовании рассматривается, как предприятие пищевой промышленности использовало теплообменник для рекуперации отработанного тепла технологического процесса и использовало его для нагрева рабочего воздуха.

Стремясь контролировать запах от процесса обжарки, предприятие установило новый эффективный регенеративный термический окислитель (RTO). Для экономии топлива в этот агрегат включен дополнительный впрыск топлива (SFI) в периоды низкого содержания летучих органических соединений. Чтобы еще больше снизить эксплуатационные расходы, компания стремилась утилизировать отходящее тепло от RTO для предварительного нагрева входящего воздуха.Для этого они наняли консультанта по проектированию для анализа и разработки решения HX.

Критическими расчетными факторами для этого проекта были расход воздуха, температура воздушного потока, допустимый перепад давления в системе и желаемое тепло, передаваемое в теплообменник. Вторичный пластинчатый теплообменник был выбран из-за его универсальности и прочных, но поддающихся очистке пластин. Он имеет относительно низкий перепад давления, небольшую занимаемую площадь и низкие капитальные затраты, что делает его наиболее экономичным вариантом для этого применения.

Консультационная компания проанализировала данные приложения с помощью программного обеспечения для моделирования производительности теплообменника. С помощью этого программного обеспечения они выполнили анализ пограничного слоя и отрегулировали толщину пластин и расстояние между пластинами теплообменника, чтобы максимизировать производительность.

Тепло выхлопных газов RTO использовалось для предварительного нагрева 3,3 м3 / с воздуха примерно до 88 ° C. Этот горячий воздух смешивается без бокового воздуха, чтобы обеспечить 15,6 м3 / с нагретого воздуха для блока подпиточного воздуха. Вторичный теплообменник передает примерно 1.5 млн БТЕ / ч тепла от выхлопа RTO в воздух, возвращающийся в блок подпиточного воздуха, и расчетная годовая экономия по проекту составила около 45 000 долларов США.

Источник: http://www.anguil.com/case-studies/energy-recovery/air-to-air-heat-exchanger-provides-plant-heat-and-big-savings.aspx?alttemplate=PDFCaseStudy&

2. Прогнозирование загрязнения теплообменника

Скопление отложений или загрязнений на металлических поверхностях теплообменников нефтехимических заводов является серьезной экономической и экологической проблемой во всем мире.Были сделаны оценки затрат на загрязнение, в основном из-за потерь энергии из-за избыточного сжигания топлива, которые достигают 0,25% валового национального продукта (ВНП) промышленно развитых стран. Многие миллионы тонн выбросов углерода являются результатом этой неэффективности. Затраты, связанные, в частности, с загрязнением сырой нефтью в линиях предварительного нагрева нефтеперерабатывающих заводов по всему миру, по оценкам в 1995 г., составили порядка 4,5 млрд долларов.

В данном тематическом исследовании рассматривается использование программного обеспечения для прогнозирования обрастания французской нефтяной компанией Total.Это программное обеспечение, разработанное консалтинговой компанией по промышленному дизайну совместно с крупными нефтяными компаниями, направлено на уменьшение или даже устранение загрязнения сырой нефтью в теплообменниках предварительного нагрева. В 2002 году компания Total столкнулась с сильным обрастанием линии предварительного нагрева вскоре после реконструкции НПЗ для повышения эффективности. Это привело к значительному снижению производительности, так как печь стала узким местом. Компания Total применила программное обеспечение консалтинговой компании, которое успешно идентифицировало засоряющиеся теплообменники и указывало на варианты модернизации.Они были реализованы, что позволило решить проблему и восстановить нормальную работу системы.

Источник: http://www.ihs.com/news/overcoming-effect-oil-fouling.htm


Ссылки:

  1. Справочник по основам энергетики Департамента энергетики, Механика, Модуль 2, Теплообменники, DOE-HDBK-1018 / 1-93.
  2. Институт теплообмена, Основы кожухотрубных теплообменников.
  3. -удалено-
  4. http://en.hx-hr.com
  5. http: //www.stamixco-usa.ru / products / теплообменники / default.html
  6. http://www.oxide.co.il/en/twisted-tube.html
  7. http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/steam-engineering-principles-and-heat-transfer/steam-consuming-of-heat-exchangers.asp
  8. www.spxcooling.com/brands/cooling-towers/marley-cooling-tower/

Производители теплообменников | Поставщики теплообменников

Теплообменники

Теплообменники определяются как устройства, передающие тепло от одного жидкого или газообразного вещества к другому с целью изменения температуры вещества для другого процесса.Теплообменники состоят из теплопроводных трубок или пластин. Теплообменники обычно используются для передачи тепла от воздуха к воздуху, от воды к воде или от воздуха к воде к пару или множеству других жидкостей. Подробнее…

Производители Надежный источник информации о теплообменниках и ресурс для доступа к ведущим производителям и поставщикам теплообменников.

Список производителей теплообменников

Существует множество процессов, для которых требуются теплообменники. Теплообменники играют жизненно важную роль в работе и проектировании многочисленных машин, таких как системы кондиционирования воздуха, системы отопления, генераторы энергии, транспортные средства, холодильники, нефтяные вышки, а также различные инженерные и химические системы обработки.В процессах утилизации отработанного тепла в промышленных условиях также используются теплообменники.

В зависимости от общего назначения и расположения теплообменники бывают разных конфигураций. Как правило, они имеют конструкцию с плоской пластиной или кожухотрубную конструкцию. Воздух, жидкости или пар проходят через сеть теплопроводящих трубок или полостей, покрытых теплопроводными пластинами.

Пластинчатые теплообменники бывают двух основных конфигураций: плоские пластинчатые теплообменники или пластинчато-рамные теплообменники.Теплообменники воздух-воздух и вода-воздух изготавливаются с такой конфигурацией. Кожухотрубные теплообменники доступны в таких конфигурациях, как теплообменники с оребрением, трубчатые теплообменники, спиральные теплообменники или маслоохладители. Такой конструкцией обычно оснащаются судовые и другие водо-водяные теплообменники.

Пластинчатые и трубчатые теплообменники различаются по конструкции, но в обоих этих типах используются одни и те же концепции термодинамики. Проводящие металлические пластины или стенки трубы действуют как перегородки, и они действуют как проводники между двумя газами или жидкостями и в то же время разделяют эти два вещества.


Heat Exchangers - Industrial Heat Transfer, Inc.

Эти пластины и стенки обычно изготавливаются из нержавеющей стали из-за высокой прочности металла и его способности действовать как проводник, выдерживая при этом высокое давление и экстремальные температуры. С одной стороны барьера нагретое вещество передает свое тепло более холодному раствору с другой стороны, что временно создает тепловое напряжение внутри стенки или трубы.

Для устранения теплового напряжения и достижения равновесия тепловая энергия тяготеет к более холодному раствору.Эффективность и скорость процесса во многом зависит от размера площади поверхности перегородки. Чем больше площадь поверхности перегородки, тем быстрее и эффективнее будет передаваться тепло.

По этой причине пластинчатые теплообменники используются в основном для передачи тепла между газами и воздухом, поскольку газы не передают тепло так же легко, как жидкости. Теплообменники обычно изготавливаются из коррозионно-стойких и прочных материалов, таких как чугун, алюминий, сталь, нержавеющая сталь, бронза, медь и титан.

Теплообменники обычно используются электростанциями для рециркуляции тепла и предотвращения перегрева технологических процессов. Отрасли, которые используют теплообменники для своих процессов и оборудования, включают автомобильную, электронную, химическую, нефтехимическую, полупроводниковую, морскую и авиакосмическую промышленность.

Теплообменники также широко используются для рекуперации отработанного тепла. В этом процессе избыточное тепло от одного процесса улавливается и используется в другом процессе, который требует тепла. Этот процесс экологически безопасен и, помимо нагрева различных веществ, также может использоваться для охлаждения воздуха для кондиционирования воздуха и охлаждения.

Поскольку для рекуперации отработанного тепла используется уже существующий источник тепла, процесс устраняет необходимость в ископаемом топливе или электричестве для выработки тепла, что позволяет экономить как энергию, так и деньги. Процессы, которые выигрывают от рекуперации отходящего тепла, включают производство стали, целлюлозно-бумажную промышленность, текстильное производство, водоочистку, пищевую промышленность и фармацевтику.

Теплообменники обладают многими преимуществами, такими как более низкие затраты на техническое обслуживание, улучшенная производительность, а также экономия времени и энергии.Однако есть несколько недостатков. Материалы, используемые для изготовления теплообменников, должны быть высококачественными и долговечными, поскольку в процессе используются высокие уровни давления и нагрузки.

Коррозия - самая серьезная проблема теплообменников, и ее очень трудно избежать из-за постоянного высокого уровня влажности и постоянного потока жидкости. К счастью, проблемы с работой системы, связанные с коррозией, можно свести к минимуму. Это можно сделать, используя стены и трубы, устойчивые к выщелачиванию, растрескиванию, точечной коррозии и коррозии.

Существуют также жидкости, которые могут вызывать накопление остатков с течением времени. Остатки могут быть очищены, и процесс очистки может быть выполнен без излишних задержек. Теплообменники используются в большом количестве машин и не всегда называются теплообменниками. Помимо промышленных процессов, теплообменники могут использоваться в энергетических, химических и механических системах для процессов, которые в определенной степени требуют передачи тепла. Например, радиатор автомобиля отвечает за передачу тепла воздуху от двигателя автомобиля.

Теплообменники используются для других коммерческих целей, включая нагреватели для гидромассажных ванн и бассейнов, радиаторы для горячей воды, кондиционеры и домашние радиаторы. Теплообменники важны для того, чтобы сделать все эти приложения более эффективными с точки зрения затрат и энергии, независимо от того, используются ли они в коммерческих или промышленных целях.

Теплообменник Информационное видео

Трубчатый теплообменник

- обзор

9.2 Промышленное применение

Системы конденсации дымовых газов проектируются двумя способами: как одноступенчатые рекуперативные кожухотрубные теплообменники и как двухступенчатые системы с первым ступень охлаждающего рекуператора (сухой экономайзер, ДЭ) и вторая ступень в виде скруббера, конденсирующего водяной пар и очищающего дымовые газы (мокрый экономайзер, ВЕ).Примером первого типа является установка, представленная на рис. 9.1.

Рисунок 9.1. Схема одноступенчатой ​​системы конденсации дымовых газов.

DA , Деаэратор; WS , Хранение воды; MW , Подпиточная вода

Конденсационный экономайзер находится на байпасе дымового газа от котла. Примерная температура дымовых газов, поступающих в конденсационную систему, составляет 150 ° C. Эта система предназначена для обработки только части дымовых газов. В описанном примере дымовой газ выходит из конденсационного экономайзера при 50 ° C, а смесь двух потоков входит в дымовую трубу примерно при 120 ° C.Такое расположение при правильной балансировке исключает необходимость в новой, устойчивой к коррозии дымовой трубе и не останавливает естественную тягу, которая не может быть получена в классических конденсационных котлах. Очевидно, что повышение КПД такой установки ограничено по сравнению с тем, что получается в двухступенчатых системах.

Другая система предназначена для сочетания рекуперации тепла, улавливания твердых частиц и десульфуризации дымовых газов. Он состоит из двух отдельных секций экономайзера DE и WE (рис. 9.2). Первый восстанавливает физическую энтальпию, приближая дымовой газ к насыщению.На выходе из этой секции дымовой газ проходит через секцию очистки, в которую распыляется раствор реагента для улавливания SOx. Второй теплообменник с прямым контактом и массообменником обеспечивает большую часть скрытой рекуперации тепла. Подобная система, описанная в [3]. [1] был испытан на пилотной установке, где были достигнуты следующие сокращения выбросов: 89,3% для твердых частиц, более 99% для SOx и 84% для ртути. Аналогичные или даже лучшие результаты (выбросы Hg ниже 1 мкг / м 3 n ) были достигнуты на установке DCFS [13].

Рисунок 9.2. Схема системы с двухступенчатым охлаждением и конденсацией водяного пара, содержащегося в дымовых газах.

DA , Деаэратор; DE , Экономайзер сухой; MW , Подпиточная вода; WE , Мокрый экономайзер;

WS , водохранилище

Эти ранние разработки показали, что конденсация дымовых газов в сочетании с удалением вредных веществ может быть эффективной для всех типов котлов и сжигаемого топлива. Рентабельность модернизации, включающей конденсацию дымовых газов, увеличивается с увеличением затрат на топливо и включением выбросов CO 2 в расходы на топливо.Поэтому во всем мире строится все больше и больше установок этого типа [14,15].

Из-за высокого содержания воды КПД котла особенно высок в случае конденсации дымовых газов котлов, работающих на биомассе. Поэтому эта технология разработана, например, в Швеции и Германии [16–18]. Технические данные в Ref. [17] указывают, что повышение эффективности за счет конденсационной технологии достигает 25 п.п. Подробные расчеты повышения КПД от конденсационной технологии представлены в [3].[19].

В то время как первая ступень ECO на рис. 9.2 всегда является теплообменником с косвенным контактом, вторая ступень конденсации может быть теплообменником с косвенным или прямым контактом. Непрямые контакты HE используются в котлах, работающих на чистом топливе, например, на природном газе. Скрубберы, которые реализуют прямой контакт между выхлопным газом и охлаждающей водой, могут эффективно снизить выбросы твердых частиц и газообразных веществ. Они сочетают теплообмен с очисткой дымовых газов, что необходимо в твердотопливных котлах.

Оба этих решения далее представлены как примеры промышленных приложений, реализованных E-Nergia Ltd.[20,21] как технология EWHR (Экологическая утилизация отработанного тепла). Первый установлен на байпасе дымохода за тремя угольными жаротрубными паровыми котлами производительностью 3 Мг / ч каждый (рис. 9.3). Технические компоненты обеих установок были предоставлены Kelvion [22].

Рисунок 9.3. Концепция EWHR для твердотопливных паровых котлов.

AH , Воздухонагреватель; C , конденсат; CAH , Нагреватель воздуха для горения; DA , Деаэратор;

DE , Экономайзер сухой; PHE , Пластинчатый теплообменник; MW , Подпиточная вода;

WE , Мокрый экономайзер; WS , Хранение воды; WT , Резервуар для воды

Схема EWHR для описываемой модернизации угольных котлов представлена ​​на рис.9.4. В качестве реагента FGD в скруббере с барботажным псевдоожиженным слоем (BFB) использовали NaOH. Оба экономайзера (DE и WE) представляют собой теплообменники с непрямым контактом аналогичной конструкции. Разница в том, что WE опрыскивается водой, содержащей реагент. Образующийся пар частично используется в технологиях производства пищевых продуктов. Поэтому поток холодной подпиточной воды (около 15% мощности котла) подходит для охлаждения выхлопных газов.

Рисунок 9.4. Схема EWHR для сжигания твердого топлива.

AH , Воздухонагреватель; C , конденсат; CAH , Нагреватель воздуха для горения; DA , Деаэратор;

DE , Экономайзер сухой; DS , Отделение капель; E , сточные воды; PHE , Пластинчатый теплообменник; MC , Мультициклон; MW , Подпиточная вода; RS , Раствор реагента; СП , Набивка скруббера; W , вода; WS , Хранение воды; WT , Резервуар для воды

Полученные результаты подтверждают, что описанная технология EWHR увеличивает энергоэффективность системы примерно на 11 п.п.п. и снижает выбросы твердых частиц и вредных газов, включая CO 2 и SO 2 (таблица 9.2).

Таблица 9.2. Результаты измерения выбросов для EWHR.

r мг r 90Δ ΔSO 2
NO 2 SO 2 Твердые частицы
мг / м 3 r мг / м 3
До модернизации 401 1313 165
После модернизации 390 98 ΔP
2.8% 92,5% 80,0%

Еще одна модернизация коснулась двух газовых котлов VKK Standardkessel GmbH (рис. 9.5). Это жаротрубные котлы производительностью 30 Мг / ч пара, которые также частично используются в технологии пищевых производств. Поток холодной подпиточной воды находится в пределах 35% мощности. Повышение КПД котла составляет около 12–15 п.п.

Рисунок 9.5. Схема EWHR для сжигания природного газа.

AH , Воздухонагреватель; C , конденсат; CAH , Нагреватель воздуха для горения; DA , Деаэратор;

DE , Экономайзер сухой; E , сточные воды; PHE , Пластинчатый теплообменник; MW , Подпиточная вода;

W , Вода; WS , Хранение воды; WT , Резервуар для воды

Рекуперированное тепло от обеих установок используется для подогрева воздуха и обогрева котельной и окружающих зданий.Простая окупаемость модернизации газовых котлов составила около 11 месяцев, угольных - около 2,5 года.

Существенным ограничением использования систем конденсации дымовых газов является проблема поиска достаточно холодной воды для рекуперации тепла. В исх. [23]. имеется система понижения температуры охлаждающей воды за счет испарения в закрытом вакуумном баке. Водяной пар выбрасывается из этого резервуара и вводится в дымовой газ перед непосредственным контактом с HE, повышая точку росы и облегчая процесс конденсации.Также есть идеи использования для этой цели тепловых насосов [15,24].

Трубчатый теплообменник: полное руководство по часто задаваемым вопросам

Это исчерпывающее руководство по системам трубчатых теплообменников.

Итак, если у вас есть какие-либо вопросы по системам теплообменников, ваш ответ прямо здесь.

Продолжайте читать, чтобы узнать больше.

Что такое трубчатый теплообменник?

Трубчатый теплообменник - это система теплообменника между холодной и горячей жидкостью.

Он предоставляет практические решения для охлаждения и нагрева продуктов, которые могут вызвать проблемы при использовании альтернативных методов теплообмена.

Вы можете использовать его в приложениях, требующих большей площади поверхности.

Трубчатый теплообменник

Каковы особенности трубчатого теплообменника?

Решение о покупке трубчатого теплообменника часто бывает очень сложным.

Однако пользователи могут использовать указанные ниже функции, чтобы сделать свой выбор.

  • Простая установка
  • Легко чистить, поскольку вы можете легко демонтировать трубы
  • Низкие затраты на обслуживание
  • Стоимость
  • Эффективность теплопередачи
  • Компактная / прочная конструкция
  • Гладкие и гофрированные внутренние трубы
  • Полностью сварная конструкция / прочная конструкция
  • Конструкция из нержавеющей / углеродистой стали гарантирует долгий срок службы
  • Максимально допустимое давление / температура
  • Высокая коррозионная стойкость

Каковы области применения трубчатого теплообменника?

Это устройство часто идеально подходит для продуктов с твердыми частицами или продуктов с высокой вязкостью.

Они могут поддерживать целостность продукта за счет бережного обращения с ним.

Тем не менее, все же соответствовать требованиям вашего приложения.

Ниже приведены некоторые из мест, где вы можете использовать свое устройство:

  • Повторный нагрев биогаза и производство пара
  • Производство топлива
  • Бумажная промышленность
  • Сталелитейная промышленность
  • Сельское хозяйство
  • Энергетическая промышленность
  • Химическая промышленность
  • Нефтехимическая промышленность
  • Производство продуктов питания и напитков

Какова конструкция трубчатого теплообменника?

Ниже приведен процесс проектирования трубчатого теплообменника:

Трубчатый теплообменник

1.Анализ приложения

Это могут быть промышленные приложения, приложения пищевой промышленности или любые другие приложения.

Инженер-проектировщик должен точно определить тип необходимого теплообменника и будет ли он соответствовать требованиям приложений.

Некоторые важные данные, необходимые для проектирования трубчатого теплообменника:

  • Физические свойства продуктов
  • Температура
  • Скорость потока процесса

При этом основные данные процесса для проектирования трубчатого теплообменника являются:

  • Потоки услуг и продуктов
  • Потоки
  • Температура на выходе и входе

Такие параметры подтверждают принцип энергосбережения.

Расход, максимально допустимое падение давления и падение давления одинаково важны, но они зависят от области применения.

2. Определите свойства жидкости

Проанализируйте соответствующие газы или жидкости. Четыре основных физических свойства задействованных флюидов:

i. Удельная теплоемкость

ii. Плотность

iii. Вязкость

iv. Теплопроводность

3. Определение геометрии трубчатого теплообменника

На этом этапе определяется геометрия устройства.

Вы должны выбрать правильную конфигурацию для вашего трубчатого теплообменника.

Такие конфигурации состоят из трубок, пучков трубок, съемных / несъемных трубок.

4. Тепловой расчет

Затем проведите тепловой расчет устройства для достижения желаемых температур.

Поскольку в этом устройстве часто используется гофрированная технология, уменьшается длина устройства, а также количество соединенных между собой блоков.

Эта технология также делает устройство более компактным, улучшает коэффициент теплопередачи и турбулентность.

5. Расчет механической конструкции

После этого вы выполняете расчет механической части устройства.

Разработчик проверяет соответствие выбранной толщины каждого элемента требуемым проектным нормам.

Эти элементы включают кожухи, внутренние трубы, соединения или пучок труб.

Коды проектирования включают PD5500, EN 13445, ASME Section VIII Div. 1 или AD2000-MERKBLÄTT среди других.

6. Подготовьте производственные чертежи

Вы можете подготовить производственные чертежи, когда у вас будут определены все размеры устройства.

Пользователь может получить доступ к пакету чертежей с подробной информацией обо всех компонентах устройства.

Из каких материалов изготовлен трубчатый теплообменник?

Для изготовления этого устройства можно использовать нержавеющую и углеродистую сталь.

Однако вы можете использовать комбинацию различных материалов для изготовления элементов устройства.

Некоторые из этих материалов включают алюминий, медь, композитные материалы, латунь и сплавы.

Трубчатый теплообменник

Собираются ли трубчатые теплообменники на производственных предприятиях?

Абсолютно да.

Обычно трубчатые теплообменники собираются на заводах, где они построены.

После изготовления различных частей устройства операторы собирают их, чтобы сформировать окончательное устройство, которое доставляется клиенту.

Что такое проверки и тесты качества для трубчатых теплообменников?

Лабораторные тесты помогают определить основные свойства устройства.

Кроме того, эти тесты помогают точным образом охарактеризовать поведение продукта.

  • Неразрушающий контроль ; Как следует из названия, это проверка качества, используемая для определения качества компонентов, материала или системы без причинения каких-либо повреждений.
  • Испытание давлением ; в соответствии со стандартами ASME для сосудов под давлением убедитесь, что температура металла во время испытания на 17 0 ° C превышает минимальную расчетную температуру металла. Однако вы не должны превышать 48 0 ° C, чтобы снизить риск хрупкого разрушения.

Этот тест проводится на пучке трубок, кожухе и крышке устройства в течение примерно 15 минут.

  • Дистанционные полевые испытания ; вы можете использовать этот тест на THE, только если он сделан с использованием сырья, состоящего из частиц железа.

Осматривает трубки устройства для прореживания.

  • Проверка / испытание всей единицы ; Этот тест заключается в проверке всех компонентов устройства, чтобы убедиться, что они находятся в хорошем состоянии и готовы к использованию.
  • Рентгенологический тест ; это экономит не только деньги, но и время.

Этот тест включает в себя рентгеновский снимок сварных частей устройства для выявления слабых участков, трещин, пористости или трещин.

Этот тест очень важен, поскольку он показывает, что устройство безопасно для использования в течение длительного времени.

  • Гидростатические испытания ; этот тест помогает оценить структурную целостность устройства.
  • Гелий / испытание на герметичность ; этот тест помогает установить энергоэффективность THE, поскольку он определяет низкое качество сборки устройства.

Он включает помещение устройства в вакуумную камеру и тестирование его с использованием газообразного гелия.

Запечатываете устройство в камере, закрываете крышку камеры и тянете насос вакуумной камеры.

Детали камеры заполнены гелием.

Этот газ переходит в негерметичную часть устройства.

Тест на гелий часто бывает точным, высокочувствительным, экономичным, а метод тестирования не зависит от влажности и температуры.

  • Тест на проникновение ; он определяет любые дефекты на поверхности устройства. Это могут быть изломы от перегрузки, усталостные трещины или трещины шлифования.
  • Вихретоковый контроль ; этот тест качества помогает выявить дефекты в трубке.

Некоторые из дефектов включают расслоение сплава, трещины, подповерхностные пустоты или утонение стенок.

  • Осмотр фланцев и внутренних поверхностей труб. После строительства команда по качеству тщательно проверяет эти компоненты, чтобы определить, безопасны ли они для использования.
  • Проверка компенсатора ; это испытание включает проверку соединений и внутренней поверхности на предмет эрозии или коррозии.

Это также включает испытание воздухом.

Все эти испытания показывают, имеют ли компенсаторы отличную структурную целостность и высокое качество.

Каковы различные компоненты трубчатого теплообменника?

Основными компонентами трубчатого теплообменника являются:

Трубчатые теплообменники

  • Трубный пучок
  • Трубные листы
  • Перегородки
  • Кожух
  • Трубки
: 9
  • Сопла
  • Стяжные шпильки
  • Прокладка
  • Имеют ли трубчатые теплообменники функцию самоочистки?

    Конечно, да.

    Трубчатые теплообменники часто имеют самоочистку в зависимости от количества и характеристик пыли.

    Очистное устройство работает, очищая поверхность элементов устройства и удаляя чрезмерную пыль, тем самым поддерживая эффективность трубчатого теплообменника.

    Тем не менее, вы все равно можете очистить устройство вручную, удалив различные части, такие как трубки, пучки и перегородки, а затем очистите.

    После очистки вы возвращаете компоненты на свои места.

    Очистка устройства увеличивает срок его службы и эффективность работы, так как устраняет любые возможные сбои.

    Каков принцип работы трубчатых теплообменников?

    Трубчатые теплообменники работают по принципу тяговой конвекции.

    Технологические газы движутся по внешней поверхности элементов устройства.

    Охлаждающий воздух генерируется центробежными или осевыми вентиляторами окружающего воздуха, а затем продувается через поры элементов устройства, что способствует передаче тепла.

    Каковы важные параметры конструкции трубчатого теплообменника?

    Приведены конструктивные параметры и параметры деталей устройства.

    К проектным параметрам относятся:

    Температура часто на 10 0 C выше максимальной рабочей температуры.

    Давление обычно на 5-10% выше максимального рабочего давления.

    Это то же значение давления, которое используется для расчета толщины оболочки.

    Параметры деталей:

    Корпус; внутренний диаметр оболочки зависит от внешнего предела трубы.

    Эта деталь может быть изготовлена ​​из стандартной трубы.

    Трубки этого устройства часто бывают гладкими.

    Длина трубки включает длину трубок внутри трубной решетки, расстояние между двумя трубными решетками и любое удлинение за пределами трубной решетки.

    Общее количество трубок зависит от внешнего диаметра трубки и площади теплопередачи.

    Трубка листовая; Вы всегда можете использовать трубную решетку с фланцем, если материал трубной решетки доступен по цене (углеродистая сталь).

    Однако вы можете выбрать трубную решетку без фланца, если материал дорогой (нержавеющая сталь).

    Ширина прокладки; толщина этой детали основана на размерах, установленных производителями.

    Конфигурации трубок; Конфигурации представлены в четырех вариантах.

    Есть треугольные, квадратные, повернутые треугольные или повернутые квадратные участки.

    Треугольная и квадратная формы являются общими конфигурациями, потому что они облегчают очистку внешних частей.

    Трубки часто не расположены симметрично в трубной решетке.

    В кожухе имеется дополнительное пространство для входа за счет устранения трубок непосредственно под впускным и выпускным патрубками.

    Форсунки; есть входные и выходные патрубки, сливные патрубки и патрубки.

    Перегородки; выбрал лучшую перегородку для своего устройства.

    Материал конструкции; Тип материала, выбранного для всего устройства или компонентов, зависит от предполагаемого применения, текучей среды или общих свойств материала.

    Тяги анкерные; диаметр этого компонента зависит от необходимой прочности.

    Длина трубы определяет длину стяжных шпилек.

    Можно использовать 4-6 стяжек.

    Как рассчитать трубчатый теплообменник?

    При проектировании устройства необходимо точно и надежно определить коэффициенты теплообмена.

    Однако для расчета трубчатого теплообменника необходимо знать его тепловые свойства.

    Эти свойства включают удельную теплоемкость, плотность, вязкость и проводимость.

    Дизайнер должен знать изменение этих свойств при различных температурах в пределах рабочего диапазона.

    Далее вы выполняете тепловой расчет трубчатого теплообменника.

    Дизайнер должен сначала рассчитать оптимальную площадь обмена, которая легко удовлетворяет всем требованиям, предложенным клиентом.

    Затем вы применяете следующее уравнение теплопередачи.

    В этом случае Q = коэффициент теплообмена, U = общий коэффициент теплообмена, A = площадь теплообмена и LMTD = средняя логарифмическая разница температур.

    Это уравнение применяется к нескольким частям устройства.

    Кроме того, эффективность теплопередачи устройства между жидкостями различается в зависимости от оборудования.

    Термические свойства меняются с изменением температуры, а также сложные тепловые явления, происходящие в устройстве.

    Чтобы определить тепловой режим устройства, используйте эту формулу:

    Он основан на данных процесса, уже имеющихся в продукте, и всегда будет обрабатываться из внутренней трубы.

    Используйте приведенную ниже формулу для расчета средней логарифмической разницы температур.

    Эта функция зависит от температуры на выходе и входе устройства и рабочих жидкостей.

    Затем, чтобы определить общий коэффициент теплопередачи, сложите различные тепловые сопротивления, используя приведенную ниже формулу.

    Наконец, рассчитайте необходимую площадь теплообмена.

    Площадь теплообмена можно получить, применив уравнение теплообмена.

    Так как у вас есть диаметр области внутренней трубы, вам нужно только включить общую длину устройства, используя формулу ниже

    Теоретически ответом из этого уравнения является требуемая площадь устройства.

    Если длина устройства меньше теоретической, то необходимо последовательно разместить целый набор теплообменников (n).

    Используйте эту формулу для достижения этой цели

    Как правило, предпочтительно, чтобы площадь теплообмена была выше теоретической.

    Существует неопределенность при оценке тепловых свойств жидкостей, коэффициентов теплопередачи или сопротивления загрязнению.

    Вы можете использовать приведенную ниже формулу для количественной оценки загрязненного K-значения, общего коэффициента теплообмена или избыточного расчета.

    Имеют ли трубчатые теплообменники гофрированные или гладкие внутренние трубы?

    Трубчатый теплообменник

    Обычно трубчатые теплообменники могут иметь гладкие или гофрированные внутренние трубы.

    Однако лучший выбор - гофрированная внутренняя труба.

    Гофрированная внутренняя труба - это труба винтовой формы, полученная из гладкой трубы путем холодной штамповки.

    Гофрированные внутренние трубы оптимизируют производительность и теплопередачу.

    Кроме того, оригинальные механические свойства гладких внутренних труб сохраняются, что делает гофрированные трубки более эффективными, чем последние.

    Сколько стоят трубчатые теплообменники?

    В целом трубчатые теплообменники экономичны.

    Есть трубчатые теплообменники, которые стоят менее 500 долларов, и те, которые стоят до 20 000 долларов.

    Цена зависит от таких факторов, как размер, предполагаемое использование, материалы и наличие запчастей.

    Стоимость трубчатого теплообменника включает затраты на сырье, проектирование, изготовление, монтаж, техническое обслуживание и транспортировку.

    Если вы используете углеродистую сталь для изготовления трубчатого теплообменника, вы понесете меньшие затраты, потому что он дешевле.

    Однако, если ваша нержавеющая сталь зачастую дорогая, вы можете понести более высокие затраты.

    Если конструкция вашего устройства сложна, вам потребуются специальные машины или специалисты для сборки THE, что приведет к более высоким затратам.

    Благодаря высокому качеству и долговечности устройство имеет более длительный срок службы, который может составлять до 20 лет.

    Вам не нужно постоянно проводить техническое обслуживание устройства, что снижает затраты на обслуживание.

    Какие типы жидкости используются в трубчатом теплообменнике?

    В этом приборе можно использовать различные типы жидкостей; вязкие, твердые или прозрачные:

    • Воздух
    • Газ
    • Гликоль; этилен и гликоль
    • Вода
    • Деионизированная вода
    • Гидравлическое / моторное / машинное масло

    Как вы гарантируете качество ваших трубчатых теплообменников?

    Вы можете гарантировать качество своих трубчатых теплообменников, создав мощную команду по контролю качества, которая контролирует качество в каждом производственном процессе.

    Кроме того, устройства имеют знаки стандарта качества, такие как CE / ASME / TEMA, которые показывают, что на трубчатых теплообменниках были проведены проверки качества и испытания.

    Следовательно, они высокого качества и безопасны для использования клиентами.

    Когда можно заменить трубчатый теплообменник?

    Обычно срок службы трубчатого теплообменника составляет от 10 до 20 лет в зависимости от нескольких различных факторов.

    Вы можете заменить все устройство или неисправные компоненты.

    Если на вашем устройстве есть незначительные трещины, вы можете их отремонтировать, чтобы предотвратить дальнейшие угрозы безопасности и повреждения.

    Однако, если трещины большие и серьезные, вы можете заменить все устройство.

    Замена также может производиться при наличии проблем с воздушным потоком внутри устройства.

    Обычно проблемы с воздушным потоком могут способствовать перегреву устройства, что полностью ухудшает его работу.

    Если вы обнаружите какие-либо из этих сбоев / рисков, вам придется заменить устройство на новое.

    Какая гарантия на трубчатые теплообменники?

    Трубчатые теплообменники часто имеют гарантию более 1 года.

    Есть гарантия на трубчатый теплообменник и еще на основные компоненты.

    Гарантия начинается со дня доставки до истечения срока.

    Она покрывает любые производственные дефекты, но не физические повреждения, нанесенные устройству пользователями.

    Какова рабочая температура трубчатого теплообменника?

    Рабочая температура трубчатого теплообменника варьируется в зависимости от предполагаемого применения.

    Может варьироваться от - 50 до 150 ℃

    Каковы недостатки трубчатого теплообменника?

    Некоторые из недостатков трубчатого теплообменника включают:

    Трубчатый теплообменник

    • Загрязнение является серьезной проблемой в этом устройстве, особенно для устройств с трубками небольшого размера.

    Поэтому вам необходимо часто чистить устройство, чтобы избежать загрязнения, а это утомительно.

    • Первоначальная стоимость трубчатого теплообменника высока.Одно устройство может стоить до 20 000 долларов.

    Несмотря на то, что затраты на обслуживание невелики, необходимо иметь большую сумму, чтобы иметь право приобрести само устройство.

    • Предотвратить утечки или отремонтировать это устройство сложно.

    Если вы не проведете эти различные проверки качества и проверки, вы сможете выявить участки с дефектами.

    • Очень вероятно падение давления в устройстве. Таким образом, вы должны постоянно проверять компоненты устройства.
    • Трещины - обычное явление в трубчатых теплообменниках из-за использования стальных материалов, а также воздействия горячих / холодных жидкостей под высоким давлением

    Каковы преимущества трубчатых теплообменников?

    Из-за различных форм теплообменников, имеющихся на рынке, трубчатый теплообменник является наиболее популярной формой.

    Основными причинами этого выбора являются:

    Трубчатый теплообменник

    • Высокая рабочая температура до 285 ° C
    • Высокое рабочее давление до 871 фунт / кв. Дюйм изб. / 60 бар
    • Низкие затраты на техническое обслуживание
    • Легкая разборка и осмотр.Трубки легко разбираются для очистки.
    • Легко увеличить
    • Некоторые из них имеют самоочищающееся устройство
    • Эффективная теплопередача
    • Высокая безопасность в асептических процессах
    • Обработка волокна или твердых частиц
    • Высокая гибкость строительных материалов от специальных сплавов до углеродистой стали
    • Универсальны
    • Продаются по конкурентоспособным ценам
    • Имеют компактную / прочную конструкцию
    • Прочная конструкция
    • Устойчивость к загрязнению

    Как видите, система трубчатых теплообменников играет неотъемлемую роль в современных промышленных установках.

    Однако его эффективность и надежность зависят от вашей способности выбрать лучший трубчатый теплообменник.

    В FilSon Filters у нас есть ряд систем теплообменников, таких как трубчатый и кожухотрубный теплообменник, газовый теплообменник, титановый теплообменник и теплообменник газоохладителя, среди прочего.

    Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, обратитесь к команде FilSon Filters прямо сейчас.

    Выбор материалов в конструкции теплообменника: алюминий или медь

    От рекуперации тепла до змеевиков и охлаждения до электростанций, выбор правильного материала для теплообменников - особенно с учетом тепловых характеристик, устойчивости к провисанию при пайке и коррозионной стойкости - является ключевым моментом.

    Знаете ли вы, что лучший пример теплообмена в мире природы так же очевиден, как нос на вашем лице? Ну, технически это нос на вашем лице, который согревает вдыхаемый воздух и охлаждает выдыхаемый. Но конструкция теплообменника зависит от гораздо большего, чем интуитивное понимание биологии.

    Требуется внимательное рассмотрение рабочей среды , приложения и, что особенно важно, свойств используемых материалов .

    К счастью, выбор материалов становится проще после оценки окружающей среды и области применения. Если теплообменник будет эксплуатироваться на открытом воздухе или на перерабатывающем предприятии с агрессивными средами, тогда потребуется высокая коррозионная стойкость .

    Как работает кожухотрубный теплообменник?

    Точно так же инженеры-проектировщики должны учитывать, какая жидкость будет проходить через теплообменник, и соответственно указать материалы.

    Например, может быть критичным, чтобы вещество оставалось чистым при прохождении через стандартный кожухотрубный теплообменник в фармацевтической промышленности. В такой среде трубки должны быть изготовлены из инертного материала, возможно, даже из нетрадиционного неметаллического материала, например из стекла.

    Обычно два наиболее часто выбираемых материала для теплообменников - это алюминий и медь . Оба металла имеют оптимальные термические свойства и коррозионную стойкость, что делает их идеальным выбором, при этом большая часть различий зависит от области применения.

    Медь для теплообменников

    Типичная теплопроводность обычной чистой меди составляет 386,00 Вт / (м · К) при 20 ° C. Это делает медь наиболее теплопроводным обычным металлом, что, наряду с ее относительно низкой удельной теплоемкостью - примерно 0,385 Дж / (г · ° C, - определяет ее популярность в теплообменниках.

    Эти характеристики имеют несколько завышенную цену. Большинство инженеров-проектировщиков и дизайнеров изделий считают это одним из важнейших решающих факторов между медью и алюминием для небольших проектов.

    Однако есть несколько практических соображений, которые следует учитывать при использовании меди. Плотность материала , например, может означать, что он не подходит для определенных применений, где требуется легкий теплообменник.

    Медные трубки для теплообменников.

    Кроме того, медь имеет более низкую гибкость, чем алюминий , что затрудняет формование определенных форм. Из-за этого инженеры-конструкторы, работающие над пластинчато-ребристым теплообменником, который представляет собой тип теплообменника, в котором используются пластины и оребренные камеры для передачи тепла между жидкостями, могут обнаружить, что алюминий лучше подходит для ребер.

    Кроме того, важно, чтобы медные трубы соединялись пайкой, а не пайкой, поскольку последняя, ​​как известно, создает наросты веществ в соединениях. Это означает, что инженеры-конструкторы должны также использовать медь с хорошим сопротивлением провисанию , чтобы уменьшить деформацию во время пайки.

    Паяный пластинчатый теплообменник SWEP (ППТО) - один из наиболее эффективных способов передачи тепла от одной среды к другой.

    Медь также требует длительного воздействия на коррозию.По мере старения материала на нем может образоваться ядовитый цвет - тонкий слой патины, образовавшийся со временем в результате окисления, который придает материалу зеленый оттенок.

    Это та же химическая реакция, благодаря которой статуя свободы приобрела культовый зеленый цвет, которым она является сегодня. Этот процесс обычно занимает 15 или более лет, в зависимости от того, как используется материал и его окружающая среда.

    Конечно, нет гарантии, что изменение внешнего цвета теплообменника будет так же хорошо воспринято, как зеленая статуя свободы, поэтому дизайнеры продуктов могут выбрать альтернативу меди, чтобы обеспечить другой эстетический вид.В любом случае патина является диэлектрической и может привести к снижению теплопроводности по мере ее накопления.

    На самом деле, хотя коррозионная стойкость не является естественным свойством меди, Lebronze Alloys, ведущий французский производитель высокоэффективных материалов, работал над составами сплавов, которые обеспечивают медь с хорошей стойкостью к окислению , даже при воздействии морская вода.

    Несмотря на эти факторы, теплопроводность меди , вероятно, компенсирует необходимость технического обслуживания за счет эффективного отвода тепла.В некоторых случаях высокая относительная теплопроводность меди означает, что медная трубка может проводить тепло так же эффективно, как две алюминиевые трубы.

    Алюминий для теплообменников

    Для инженеров-конструкторов, которым требуется более легкий, термически эффективный материал или которые работают с ограниченным бюджетом на проектирование, лучшим кандидатом является алюминий.

    Обладая теплопроводностью 237 Вт / (м · К) для чистого алюминия или ~ 160 Вт / (м · К) для большинства сплавов, алюминий является третьим по теплопроводности материалом и, возможно, наиболее экономичным.Алюминий также имеет удельную теплоемкость 0,44 Дж / (г · ° C), что делает его почти таким же эффективным при рассеивании тепла, как и медь.

    Алюминий также легче и гибче меди , чем медь, что решает многие практические проблемы, с которыми инженеры могут столкнуться с медью. Он гораздо более податлив, поэтому инженеры, проектирующие пластинчато-ребристый теплообменник для газовой печи, обнаружат, что он лучше подходит для тонкостей ребер.

    Металлическая пластина в теплообменной машине и насосе на предприятии пищевой промышленности.

    Однако алюминий обычно имеет на более низкое сопротивление провисанию , чем медь, что делает его более склонным к деформации во время процесса пайки и после повторяющихся циклов нагрева.

    К счастью, этому можно противодействовать, выбрав алюминиевый сплав, который был специально разработан для приближения свойств металла к свойствам меди без значительного увеличения цены.

    Например, поставщик металла Gränges предлагает алюминиевый сплав FA6825 h24SR, который подходит для теплообменников в энергетике.Этот сплав обогащен такими элементами, как цинк и марганец, чтобы придать сплаву более высокий предел прочности на разрыв после пайки. Во время процесса металл образует крупные зерна, которые улучшают его характеристики провисания.