Разновидности и типы теплообменников

Теплообменниками называют устройства, которые передают тепловую энергию от нагретой среды к холодной. В качестве теплоносителя может быть задействована как жидкость, так и газ.

Типы теплообменников в зависимости от метода передачи тепла

Смесительные

Здесь передача тепла осуществляется за счет смешивание двух рабочих сред. Эти устройства имеют несложную конструкцию, а тепловая энергия в них используется в более полном объеме, чем в поверхностных теплообменниках. Существенное преимущество – высокий КПД, отсутствие необходимости в периодичной очистке. Недостаток этих аппаратов заключается в том, что использование их возможно лишь при смешивании теплоносителей. Подобные устройства используются в случаях, когда теплоносители после смешивания можно легко разделить, например, когда в качестве рабочих сред выступают воздух и вода. Типичный представитель такого теплообменника – струйный конденсатор, в котором разбрызгиваемая вода применяется для конденсации водяного пара.

Поверхностные

В этих агрегатах обмен энергией у рабочих теплоносителей осуществляется через разделительную стенку. Теплообменники поверхностного типа делятся на два вида: рекуперативные и регенеративные.

• В рекуперативных аппаратах поток передаваемого через разделительную стенку тепла обладает одним направлением в каждой из точек стенки, то есть рабочие среды со стенкой контактируют одновременно.Стенки обычно изготавливаются из металла.
• В регенеративных аппаратах тепло также передается с помощью специальных стенок, но нагреваемая и нагревающая среда в таких аппаратах со стенкой нагрева соприкасаются поочередно.

Типы рекуперативных теплообменников

Кожухотрубные

Данные агрегаты имеют следующую конструкцию: в полости общего кожуха имеется пучок труб, кончики которых закреплены в трубчатых решетках. По трубам движется одна из рабочих сред, а другая рабочая среда при этом движется между трубами и кожухом. Эти теплообменники подразделяются на горизонтальные, вертикальные и наклонные, в зависимости от условий монтажа. Разность температур кожуха и труб делит кожухотрубные теплообменники на агрегаты нежесткой, полужесткой и жесткой конструкции. Также эти теплообменники могут быть одноходовыми и многоходовыми. Одноходовой теплообменник характеризуется тем, что движение обеих рабочих сред происходит без изменения направления по всему сечению. Многоходовой теплообменник отличается тем, что в нем направление рабочих сред изменяется за счет специальных перегородок, что позволяет ускорить движение потока и увеличить теплоотдачу. Еще один вид кожухотрубных агрегатов – витой теплообменник. Здесь трубы по винтовой линии намотаны на сердечник и помещены в кожух. Кожухотрубные теплообменники широко используются в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей отрасли и в тяжелой промышленности.

Погруженные теплообменники

Их конструкция представляет собой один теплоноситель, погруженный в емкость, в котором находится другой, жидкий теплоноситель, в качестве которого часто выступает вода. Поверхность нагрева выполнена в виде змеевиков, имеющих плоскую или цилиндрическую форму. Эти агрегаты отличаются простотой исполнения и дешевизной, но из-за небольшой скорости жидкости в пространстве между трубами теплоотдача в них довольно низкая.

Теплообменники, смонтированные по типу «труба в трубе»

Изготавливаются из двух труб, расположенных концентрически. При этом нагреваемая среда движется в трубе, расположенной внутри, а другой – по пространстве между двумя трубами. Если правильно подобрать трубы по диаметру, то можно значительно усилить теплообмен за счет скорости передвижения рабочих сред. Подобные конструкции легко изготавливаются, но имеют большой объем, что значительно повышает их стоимость. Они применяются при небольших расходах теплоносителя и высоком давлении в системе.

Оросительные теплообменники

Представлены системой труб, расположенных друг над другом, которые снаружи орошаются водой. Здесь теплоприемником выступает воздух, вода же за счет испарения повышает теплоотдачу. Оросительные теплообменники обладают большими габаритами и невысокой эффективностью, их используют тогда, когда не нужна большая производительность. Они отличаются легкостью изготовления и эксплуатации. Подобные агрегаты нашли применение как конденсаторы для холодильных установок.

Графитовые теплообменники

Составлены из графитовых блоков, имеющих цилиндрическую, либо прямоугольную форму. Блоки уплотнены друг между другом при помощи прокладок из резины или тефлона. Рабочие среды в агрегатах такого вида движутся по перекрестным линиям. Графит обладает очень хорошей теплопроводностью, а чтобы избавиться от его пористости, материал пропитывают с помощью специальных смол. Такие теплообменники применяются для агрессивных жидкостей.

Пластинчатые теплообменники

Имеют большое гидравлическое сопротивление, не просто чистятся, однако быстро собираются и обладают компактной конструкцией. В своем составе они содержат стяжные болты, концевые камеры, раму и рабочие пластины, между которыми установлены резиновые прокладки. В основе пластин лежит тонколистовая сталь, а резиновые прокладки прикрепляются к их поверхности по бесклеевой технологии, играя еще и роль герметичного разделителя. Рабочая жидкость в них движется по противоточной, прямоточной и смешанной схеме вдоль пластины. Пластинчатые теплообменники просты в изготовлении, характеризуются высоким процентом теплоотдачи, а количество пластин в них можно легко изменить. Благодаря небольшим габаритам, пластинчатые теплообменники широко используются в блочно-модульных котельных. Минусом подобных конструкций является то, что они не выдерживают высокого давления.

Спиральные теплообменники

Здесь поверхность нагрева выполнена в виде спиралей, изготовленных из пары тонких металлических листов. За герметичность их корпуса отвечает упругая прокладка, либо глухое заваривание. Спиральные теплообменники очень сложны в сборке, обслуживании и ремонте. Но они также популярны за счет своих небольших габаритов, высокой степени теплообмена и низкому гидравлическому сопротивлению. Используют их, как правило, тогда, когда необходим нагрев и охлаждение жидкостей, обладающих высокой степенью вязкости.

Оребрённо-пластинчатые теплообменники

В своей основе имеют тонкие оребрённые панели, которые изготавливаются путем высокочастотной сварки. За счет особенностей своей конструкции и применяемых материалов такие теплообменники обладают высоким КПД, длительным сроком службы, небольшой стоимостью и маленьким гидравлическим сопротивлением. Все эти качества, наряду с высокими температурами теплоносителей, делают такие агрегаты подходящими для того, чтобы утилизировать тепловую энергию газов.

Элементные теплообменники

Состоят из соединенных между собой отдельных секций. Принцип их работы схож с таковым кожухотрубных аппаратов. В них сочетаются элементы с небольшим числом труб, а также противоточная система.