Класифікація та типи теплообмінних апаратів 1

Теплообмінники - прилади, призначені для передачі тепла більш холодним об'єктів. Спосіб передачі, в залежності від конструкції апарату, може бути різним. Саме по цих способів і виділяють різні типи теплообмінників. Можна розбити всі типи апаратів на дві великі групи: теплообмінні способи передачі енергії і змішувальні.

Теплообмінні пристрої, в свою чергу, можуть мати два типи діючих елементів: регенеративні та рекуперативні. В регенеративних потік рідини, що передає тепло, змінює свій напрямок, а в рекуперативних напрямок одне. Для них є загальна назва: поверхневі теплообмінники. Вони характеризуються поділом нагревающей і нагрівається середовищ тонкою стінкою (наприклад, радіатор автомобіля, де в ролі стінки виступає решітка радіаторних трубок). У змішувальних (контактних) теплообменниках потоки двох робочих середовищ змішуються (як приклад - струменевий конденсатор). Контактні апарати простіше в конструкції, відрізняються більшою теплоємністю, проте мають обмежену сферу застосування (тільки там, де можливо змішування робочих середовищ).

Від конструкції апарату залежать особливості його експлуатації і ефективність.

Розглянемо види теплообмінників докладніше:

Кожухотрубні - мають просту конструкцію і відрізняються вражаючою широтою застосування (холодильники, конденсатори, підігрівачі, випарники). Є як мінімум чотири типи кожухотрубних теплообмінників, вони розрізняються по конструкції трубок і розташування температурного компенсатора. Одна з різновидів кожухотрубного теплообмінника - це водоводяний підігрівач, в якому джерелом тепла виступає гаряча вода. Такі підігрівачі також можуть мати різну конструкцію (одна або кілька секцій). Нагріває і нагрівається потоки рухаються в протилежні сторони. За експлуатаційними характеристиками поступаються пластинчастим.

Елементні - по влаштуванню повторюють багатоходові кожухотрубні теплообмінники, проте складаються з окремих секцій, що дозволяє зменшити гідравлічний опір і ступінь забруднення простору між трубками. Крім того, такий пристрій найбільш повно реалізує схему чистого противотока. Широко застосовуються в тих галузях промисловості, де необхідно витримувати високий тиск.

Кручені - також здатні працювати в умовах високого тиску. В основі конструкції - концентричний змійовик. Один потік рідини рухається по трубках, інший - заповнює простір між ними. Ці пристрої компактні і ефективні (тепловіддача в півтора-два рази вище, ніж в кожухотрубних). Область застосування - кріогеніка.

Спіральні - досить складні в збірці (непросто домогтися герметичності), обслуговуванні та ремонті, мають обмеження в умовах роботи, проте характеризуються вкрай невеликими габаритами при високому ступені теплообміну. Тому широко застосовуються на підприємствах різних галузей промисловості - від харчової до хімічної. Втім, частина експлуатаційних складнощів була вирішена з появою самоочисних спіральних теплообмінників. Конструктивні особливості: робоче середовище рухається по двом спіральним каналам, розташованим навколо спеціальної перегородки - керна. Канали виготовлені з тонких листів металу, закріплених бобишками. Бувають двох типів - розбірні і зварні.

Двотрубні. Або «труба в трубі». Їх вартість висока, проте вони можуть працювати в умовах високого тиску, прості в експлуатації і характеризуються високою теплопередачей. Складаються з декількох ланок. Кожна ланка - це дві труби, з'єднані спеціальними колінами. Робоче середовище - газ і рідина. Газ заповнює простір між трубами. Варіюючи діаметри зовнішньої і зовнішньої труб, можна добиватися оптимальної інтенсивності теплообміну між робочими середовищами. Застосовуються як для нагріву, так і для охолодження.

Графітові теплообмінники. Графіт - унікальний матеріал, незамінний там, де метал виявляється не на висоті через корозію, а скло і тефлон недостатньо добре пропускають тепло. Конструкції бувають найрізноманітніші. Один з варіантів - в блоках графіту, просоченого смолами, проробляються канали для матеріалу, що є переносником тепла. Графітові теплообмінники характеризуються дуже високою теплопровідністю і корозійну стійкість, тому використовуються в агресивних середовищах. Можуть бути як пластинчастими, так і кожухотрубні.

Занурювальні (змієвикові). Їх використовують як холодильники або конденсатори. Основний теплоелемент такого апарату - це змійовик, занурений в рідину. Одна робоче середовище проходить по змійовику, інша (саме вона є нагрівається) - по судині, в який занурений змійовик. Пристрій може бути доповнено змішувачем, який підвищує ефективність передачі тепла від змійовика до другої, зовнішньому середовищі.