Які бувають види теплообмінників: типи та класифікація теплообмінних апаратів

Теплообмінники оточують нас буквально всюди, хоча частіше за все ми їх навіть не бачимо. Вони використовуються практично скрізь – від автомобіля до величезного промислового підприємства, від побутового котла до такого складного пристрою, як чилер. Але які бувають види теплообмінників і чим вони розрізняються?

Насправді типи теплообмінних апаратів настільки різноманітні, що можна заплутатися. Кожен створений для своїх завдань – одні працюють з водою, інші з маслом або газом. Одні крихітні, інші розміром з будинок.

Теплообмінники – види за конструкцією

Кожухотрубні теплообмінники

Уявіть велику трубу, всередині якої багато маленьких трубок – це кожухотрубний тип. Одна рідина тече по маленьких трубках, інша – навколо них у великій трубі.

Рекомендуємо прочитати: принцип роботи кожухотрубного теплообмінника

Такі теплообмінники дуже надійні, витримують високий тиск і температуру. Тому їх ставлять на заводах та електростанціях. Служать десятки років без поломок. Недолік – великі розміри, тож для дому не підійдуть. Зате для промисловості це незамінна робоча конячка.

Пластинчасті теплообмінники

А ось пластинчасті зовсім інші. Це стос металевих пластин з каналами. Рідини течуть по різних каналах і обмінюються теплом через пластини. Головний плюс – компактність. При тій же потужності пластинчастий теплообмінник у рази менший за кожухотрубний. Легко розбирається для чищення.

Мінус – не любить високий тиск, прокладки між пластинами можуть протекти. Тому його переважно використовують у системах опалення та водопостачання.

Спіральні теплообмінники

Уявіть два листи металу, згорнутих у спіраль, між якими залишаються канали для рідин. Виходить дуже компактний пристрій з великою поверхнею теплообміну.

Спіральні теплообмінники добре працюють із забрудненими рідинами, оскільки форма каналів перешкоджає засміченню. Але робити їх складно і дорого.

Повітряні теплообмінники

Це радіатори з трубками та ребрами. Рідина тече по трубках, а повітря обдуває ребра – як в автомобільному радіаторі або кондиціонері.

Повітряні типи не потребують води для охолодження і працюють у будь-якому кліматі. Але ефективність нижча, ніж у водяних. До того ж, потрібен вентилятор для обдуву.

Класифікація теплообмінних апаратів за принципом роботи

Класифікація теплообмінних апаратів за способом передачі тепла включає кілька основних груп:

Рекуперативні теплообмінники

Найпоширеніший тип. Тепло передається через стінку між рідинами, які не змішуються. Саме так працюють усі описані вище конструкції.

Плюс рекуперативних пристроїв – чистота рідин, оскільки вони не контактують одна з одною. Можна, наприклад, нагрівати питну воду технічною парою без побоювань.

Регенеративні теплообмінники

Тут тепло спочатку накопичується в насадці, а потім віддається. Гарячий газ нагріває цегляну кладку, потім через цю кладку пропускають холодний газ.

Такі теплообмінники використовують у металургії. Доменні печі працюють саме за цим принципом. Дуже ефективно при високих температурах.

Змішувальні теплообмінники

Рідини напряму контактують і змішуються. Просто й ефективно, але, природно, рідини повинні бути сумісними.

Приклад – градирня на електростанції. Гаряча вода розбризкується в повітрі та охолоджується. Частина води випаровується, решта стікає вниз уже холодною.

Типи теплообмінних апаратів за призначенням

Теплообмінники види розрізняються залежно від сфери застосування:

У системах опалення використовують пластинчасті та кожухотрубні теплообмінники невеликих розмірів. Вони нагрівають воду для радіаторів гарячою водою з котельні. Головна вимога – надійність. Взимку поломка може залишити без тепла цілий будинок, тому роблять із запасом міцності.

У холодильниках та кондиціонерах працюють випарники та конденсатори. Це теж теплообмінники, тільки вони працюють з холодоагентом. Випарник відбирає тепло з повітря в кімнаті, холодоагент кипить і перетворюється на пару. Конденсатор віддає тепло назовні і пара знову стає рідиною.

В авто кілька теплообмінників. Радіатор двигуна охолоджує антифриз, радіатор пічки нагріває повітря в салоні, інтеркулер охолоджує повітря після турбіни. Всі вони повинні бути легкими та компактними і при цьому витримувати вібрації та удари. Тому їх роблять з алюмінію з посиленими кріпленнями.

Які бувають види теплообмінників за типом матеріалу

Відповідаючи на питання, які бувають види теплообмінників, не можна не згадати про матеріал виготовлення. Від нього залежить, де можна використовувати теплообмінник. Вуглецева сталь – найдешевший матеріал. Добре зварюється, міцний, але іржавіє у воді та кислотах. Тому використовують тільки для неагресивних середовищ при невисоких температурах. А ось в опаленні сталеві теплообмінники працюють нормально. Вода в системі практично не змінюється, а корозія йде повільно.

Нержавіюча сталь стійка до корозії, витримує високі температури. Підходить для харчової промисловості. Правда, дорожча за звичайну сталь у кілька разів. Нержавійку використовують у пивоварінні, виробництві соків, фармацевтиці. Там важлива чистота та гігієнічність.

Мідь і латунь – хороші та сучасні рішення. Мідь відмінно проводить тепло, а тому теплообмінники з неї дуже ефективні. Але мідь дорога та м'яка, до того ж, легко пошкоджується при монтажі.

Латунь міцніша за мідь, але гірше проводить тепло. Зате не окислюється і гарно виглядає. Використовують у дорогому обладнанні.

Класифікація теплообмінних апаратів також включає в себе моделі з алюмінію. Це легкий метал з хорошою теплопровідністю. З алюмінію роблять автомобільні радіатори та побутові кондиціонери. Дешевший за мідь, але менш стійкий до корозії. А ще алюміній не любить лужне середовище і у звичайній воді може розчинятися, тому потрібна водопідготовка.

Титан – найстійкіший матеріал. Не боїться жодних кислот і лугів, легший за сталь при тій же міцності, але дуже дорогий. Титанові теплообмінники ставлять у хімічній промисловості, де інші матеріали просто розчиняються.

FAQ: типи теплообмінних апаратів

Теплообмінники – види для дому

Для приватного будинку підійде пластинчастий теплообмінник потужністю 30-100 кВт. Він компактний, ефективний і відносно недорогий. При жорсткій воді вибирайте розбірну конструкцію для зручності чищення.

Чим відрізняється кожухотрубний теплообмінник від пластинчастого

Кожухотрубний більший за розмірами, але витримує високий тиск і температуру. Пластинчастий компактніший та ефективніший, але працює при менших тисках. Вибір залежить від конкретних умов експлуатації.

Читайте також: конструкція та устрій кожухотрубного теплообмінника

Чи можна використовувати один теплообмінник для різних рідин

Так, але матеріал повинен бути сумісний з усіма робочими середовищами. При зміні рідини потрібне ретельне промивання системи. Краще мати окремі теплообмінники для кожного типу рідини.

Як часто потрібно чистити теплообмінник

Частота залежить від якості води та режиму роботи. Якщо мова про жорстку воду, то чистити потрібно приблизно кожні 3-6 місяців. Якщо м'яка – то десь раз на рік.

Що краще – мідний чи сталевий теплообмінник

Мідь краще проводить тепло, але дорожча і менш міцна. Сталь дешевша і міцніша, але може іржавіти. Для питної води краща мідь або нержавійка. Для технічних потреб підійде сталь.

Чому падає ефективність теплообмінника з часом

Головна причина – відкладення на поверхнях теплообміну. Накип, іржа, органічні забруднення створюють теплоізоляційний шар. Також можливе засмічення каналів, що порушує циркуляцію рідин.