Теплообменники

Кожухотрубные теплообменники

Пластинчатые теплообменники

Назначение

Теплообменник представляет собой устройство, в котором происходит обмен тепловой энергией между двумя средами, имеющими разные температуры. Теплообменники очень широко применяются в следующих сферах:

• промышленность;
• сельское хозяйство;
• коммунально-бытовая сфера;
• научные исследования.

Особенности

Существует большое количество устройств, таких как конденсаторы, испарители, градирни, в которых происходит обмен тепловой энергий между разными средами. Если данный процесс является побочным эффектом, и устройство не спроектировано именно для осуществления этого процесса, то обычно эти устройства не относят к классу теплообменников.

Устройство

Все теплообменники по направлению движения сред относят либо к прямоточным (теплообменные среды движутся параллельно в одном направлении), либо противоточным (среды движутся навстречу друг другу), либо поперечным (среды движутся под углом, близком к 90⁰). Также теплообменники разделяются на рекуператоры и регенераторы. В рекуператорах горячая и холодная среда взаимодействуют с поверхностью теплообмена одновременно. В регенераторах взаимодействие осуществляется последовательно. Устройство каждого из видов будет рассмотрено ниже.

Типы

Существуют следующие типы теплообменников:

• кожухотрубные;
• пластинчатые;
• элементные;
• витые;
• погружные;
• ребристые.

В данной статье рассматриваются только первые два типа теплообменников.

Кожухотрубные теплообменники конструктивно представляет собой узел или пучок труб, герметично закрепленных в трубной решетке. Сами трубные решетки помещаются внутрь корпуса (обечайки). Один из теплоносителей попадает внутрь корпуса через входной патрубок, проходит через межтрубное пространство и выводится через выходной патрубок, второй теплоноситель циркулирует по трубам. Теплообменные трубы в ряде случаев делают ребристыми для повышения площади теплообменной поверхности. Также в ряде случае в межтрубном пространстве устанавливаются дополнительные решетки, увеличивающие турбулентность потока теплоносителя, перемещающегося через межтрубное пространство. Также для увеличения КПД кожухотрубные теплообменники могут быть многоходовыми, когда теплообменные трубы образуют не прямой участок внутри кожуха, а змеевик. Для создания оптимального теплового потока скорость перемещения сред в таких теплообменниках должна быть весьма высока: до 1,5 м/с для жидкостей и до 30 м/с для газов.

Пластинчатые теплообменники представляют собой систему теплопередающих модульных пластин прямоугольной формы, изготовленных методом холодной штамповки. Пластины герметично прижаты друг к другу, а по углам каждая пластина имеет отверстия, через которые движутся теплоносители. Два отверстия предназначены для теплоносителя с более высокой температурой, два с более низкой. Оба теплоносителя проходят в теплообменнике сначала в прямом, а затем в обратном направлении. Завихрения и петли потока жидкой среды создают условия для многократного обмена теплотой. Чем больше тепловая мощность системы и чем выше разница температур, тем больше пластин необходимо иметь в наборе. При малой разнице температур теплоносителей и/или большой разнице в их потоках искусственно создаются завихрения для увеличения КПД системы в целом.

В зависимости от рода теплоносителя материал для изготовления пластин может быть различным: от нержавеющей стали и меди до специальных сплавов для химически агрессивных сред. Также пластинчатые теплообменники в зависимости от способа сборки подразделяют на:

• сварные и полусварные пластинчатые теплообменники;
• паяные пластинчатые теплообменники;
• разборные пластинчатые теплообменники.