Теплообменник отвечает за передачу высокой температуры от носителя среде. Благодаря этому устройству стало возможным создавать отопительные системы, приборы кондиционирования и прочие агрегаты, где необходим подобный обмен. Во время проектирования и производства используются разнообразные конструктивные решения, благодаря которым создаются изделия, отличающиеся повышенной эффективностью. У каждого теплообменного устройства имеются и свои особенности. Все характеристики способны повлиять на выбор потребителя, для которого и производятся данные приборы.

Какими бывают теплообменники

Теплообменное устройство можно поделить на несколько категорий. Они привязаны к определённым свойствам или процессам, протекающим в приборе. Так по способу функционирования теплообменник можно поделить на два варианта:

• Рекуперативный;
• Регенеративный.

В первом варианте исполнения температура передаётся от одной жидкости к другой. Непосредственным передатчиком служит разделительная стенка, с которой контактирую обе среды. Характерной особенностью рекуперативных теплообменников является регулируемый поток обеих циркулирующих жидкостей. При необходимости его можно усилить или ослабить относительно другого потока.

В регенеративном теплообменнике передача температуры осуществляется за счёт нагрева тела прибора. При подачи горячей жидкости он аккумулирует тепло, а потом отдаёт его обратно, когда начинается поток среды с низкой температурой. При данном варианте исполнения направление теплового потока можно менять исходя из необходимости и поставленных задач.

Как работают теплообменники

Современные теплообменные устройства работают по одному из двух способов:

• Смесительному;
• Теплообменному.

В основе смесительного способа работы лежит взаимодействие жидкой и воздушной сред. Благодаря этому достигается быстрая передача температуры, а теплообменник имеет более простое конструктивное решение. Следует отметить, что эффективность подобного способа близится к максимальному уровню.

Теплообменный способ заключается в циркуляции двух одинаковых сред, разделённых обменной перегородкой. При этом жидкости могут перемещаться как в одном направлении, так и в противоположном. Внутри каждого трубопровода, по которому перемещается поток, может находиться принципиально разная среда. Таким способом можно передавать температуру от воды к, например, кислоте.

Конструктивные отличия теплообменных устройств

Производители изготавливают теплообменники следующих типов:

• Пластинчатые;
• Кожухотрубные;
• Спиральные.

Перечисленные виды теплообменников могут иметь свои разновидности. Они различаются размерами, весом и внутренним устройством, но общий принцип конструкции просматривается для каждого типа в отдельности.

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые устройства представляют собой трубопровод, по которому движется теплоноситель, с установленными на него пластинами. Проходом для теплоносителя служат отверстия в пластинах, из которых он состоит. Конструкция теплообменника может быть разборной, скреплённой болтами, и неразборной. Вне зависимости от варианта, между пластинами устанавливаются прокладки из резины. Крепление прокладок обеспечивается за счёт силы болтового соединения.

Для улучшения теплообменных качеств площадь пластин может быть увеличена за счёт придания им рельефа. Помимо этого, могут быть использованы профильные вставки, если конструктивно применяются плоские пластины. Данный тип теплообменника является достаточно эффективным, потому что переток теплоносителя не имеет большого сопротивления, а конструкция отличается простотой и удобством обслуживания.

Кожухотрубные теплообменники

В составе конструкции кожухотрубного теплообменника имеются:

• Набор труб, по которым осуществляется движение теплоносителя;
• Трубные решётки, поддерживающие вставленные в них трубы;
• Элементы, компенсирующие напряжение при изменении температуры и давлении.

Все перечисленные части располагаются в едином корпусе, закрываемом крышками с торцевых сторон. Трубы внутри теплообменника могут быть установлены как по прямой, так и в форме змеевика. Во втором случае допускается перепад давления между циркулирующими средами более 10 МПа. На торцевых сторонах подобных устройств устанавливаются специальные распределительные коллекторы.

Особенностью кожухотрубных теплообменников является компактность. Также агрегат показывает высокую скорость теплообмена при небольших расходах теплоносителя. Данные устройства довольно вариативны, что позволяет подобрать оптимальную конструкцию.

Спиральные теплообменные конструкции

Спиральный теплообменник состоит из металлических листов, закрученных в спираль. Листы свариваются между собой, образуя каналы. Другим вариантом обеспечения герметичности является использование прокладок, с помощью которых образуются теплообменные каналы. Данное устройство используется довольно редко, несмотря на свои характеристики. Эффективность теплообмена спиральных теплообменников высока, а габариты минимальные. Но производство приборов очень сложное, как и его обслуживание.

Чтобы обеспечить максимальную площадь передачи температуры, толщина каналов не превышает 12 мм. Этим обеспечивается их большое количество при минимальных габаритах конструкции. Толщина стальных листов может достигать 3 мм для обеспечения более высокого рабочего давления внутри агрегата. Но даже такие технические решения не позволяют создавать большого давления в теплообменнике.

Материалы для изготовления теплообменника

В зависимости от назначения теплообменника для его изготовления могут быть использованы:

• Сталь;
• Чугун;
• Цветные металлы.

Главным требованием для используемого материала для теплообменника является устойчивость к воздействию коррозии. Применяемая рабочая среда может быть достаточно агрессивной, поэтому чтобы устройство смогло эксплуатироваться длительное время без возникновения аварий, металлам необходимо быть наиболее стойкими. Среди таких можно выделить:

• Нержавеющую сталь;
• Медь;
• Латунь;
• Чугун с высоким содержанием хрома.

Но устойчивость к агрессивной среде не единственное требование, предъявляемое к материалам для изготовления теплообменников. Они должны быть устойчивы и к перепадам температуры. Особенно это касается материалов для изготовления теплообменников отопительных приборов, где температура может достигать 1000 ^оС. Чаще всего для подобных изделий используется чугун с высоким содержанием хрома. Этот материал способен выдержать не только высокую температуру, но и воздействие кислот.

Нередко производители теплообменников комбинируют материалы, изготавливая разные элементы из конкретных металлов. Так теплообменные поверхности могут быть изготовлены из цветных металлов, потому что они обладают высоким показателем теплопроводности. Для этой цели чаще всего применяют медь и её сплавы. Латунь и бронза получили не менее широкое использование.

Для производства других составляющих теплообменника берутся неметаллические материалы. Наиболее часто они имеют следующее происхождение:

• Каучуковое;
• Углеродистое;
• Силикатное.

Помимо этих материалов в процессе изготовления теплообменника может участвовать пластмасса. Ко всем неметаллическим компонентам предъявляется требование, согласно которому они должны иметь низкую теплопроводность. Из подобных материалов изготавливаются теплоизоляционные элементы для теплообменника.