Теплообменники: предназначение, виды, рейтинг производителей, теплообменники Alfa Laval

Строение и принцип работы

Механизм действия легко рассмотреть на примере пластинчатого теплообменника заводской сборки. Структура предусматривает два контура и четыре выхода. Пластинчатое устройство разделяет потоки по давлению и температуре. Теплоносителями выступают кислоты и другие жидкости.

Теплообменники для отопления предполагают подключение к одному контуру теплых полов, а к другому – теплоцентрали.

Прямое подключение центрального теплоносителя невозможно, поскольку это приводит к выходу из строя теплого напольного покрытия.

Это происходит из-за повышения давления в теплоцентрали, температурных перепадов и присутствия химически агрессивных веществ в теплоносителе.

Строение теплообменника представлено на рисунке ниже.

Схематичное устройство пластинчатого теплообменника

Структуру теплообменника составляют:

станина, которая с одной стороны устройства прикрепляется к неподвижной прижимной плите и служит элементом опоры;
пакет пластин, образующий между составляющими элементами каналы для теплоносителя;
рама, которая состоит из подвижной прижимной плиты , неподвижной прижимной плиты и задней стойки;
кожух, служащий для защиты устройства от внешних воздействий;
шпильки, которые размещены по краю отверстий, через которые в устройство поступает теплоноситель;
прокладка, необходимая для герметичности каналов;
опорные и крепежные элементы (направляющие балки, несущая база, лапы станины и рамы, подшипники, болты, гайки, шайбы).

Синие и красные стрелки на рисунке обозначают направления движения холодного и горячего теплоносителя внутри теплообменника соответственно.

В быту применяют теплообменник, чей принцип функционирования основан на разделении потоков и поддержании автономного функционирования теплых полов при пониженном уровне рабочего давления в 1,5 бара и подключении чистой воды.

Структуру теплообменного оборудования составляют три группы пластин:

Набранные, принадлежащие автономной системе отопления с пониженным уровнем давления.
Набранные, принадлежащие центральной системе отопления с повышенным уровнем температуры и давления.
Разделительные, характеризующиеся малой толщиной и передающие тепло от централизованной системы к автономной.

Число и параметры пластин предопределяют мощность теплообменного оборудования. Каждое устройство предполагает установку очистительного фильтра. Он способен удержать грубые частицы: окалины, стружку и прочие. Фильтр нуждается в периодическом промывании очистительными растворами.

Принцип работы теплообменника

Принцип работы теплообменника заключается в передаче тепловой энергии от одного теплоносителя к другому. В устройство поступает прямая греющая среда и холодная среда. При прохождении их между пластинами по каналам происходит нагревание холодной среды. На выходе из теплообменника получают нагретую среду и обратную греющую среду. Внутри оборудования теплообменивающие жидкости движутся навстречу друг другу, то есть в противотоке, и не могут смешиваться, поскольку разделены пластинами.

Широкие возможности кожухотрубного теплообменника

Давление в трубках может достигать разных значений, от вакуума до наивысших;
Можно достичь необходимого условия по термическим напряжениям, при этом цена устройства существенно не поменяется;
Размеры системы тоже могут быть различными: от бытового теплообменника в ванную комнату до промышленного площадью 5000 кв. м.;
Нет необходимости предварительно очищать рабочую среду;
Для создания сердцевины используют разные материалы, в зависимости от затрат на производство. Однако все они соответствуют требованиям температуры, давления и устойчивости к коррозии;
Отдельный участок труб можно извлечь для чистки или ремонта.

Есть ли у конструкции недостатки? Не без них: кожухотрубчатый теплообменник весьма громоздкий. Из-за своих габаритов он нередко требует отдельного технического помещения. Ввиду большой металлоемкости стоимость изготовления такого устройства тоже велика.

С этим читают

Теплообменник на трубу дымохода
Помпейская печь
Печи кузнецова своими руками
Котлы со скелетным теплообменником: какие бывают и как сделать своими руками
Печь для казана своими руками: инструкция по изготовлению кирпичной и металлической печи
Еще больше возможностей для отдыха! строительство русской печи на улице своими руками: схема и инструкция
Как сварить печь для бани из трубы или баллона
Делаем самую простую печку своими руками (10 фото)
Пример порядовки отопительной печи
Как правильно установить печь каменку в бане и сауне

Воздушные конденсаторы

Разработанные для решения задач кондиционирования воздуха и охлаждения, конденсаторы производства компании Альфа Лаваль могут использоваться со стандартными хладагентами. Аппараты имеют перекрестное оребрение из медных трубок и инновационные офрированные алюминиевые ребра, они сочетают в себе компактные размеры и высокую производительность. Альфа Лаваль также поставляет воздушные аммиачные конденсаторы с трубками, выполненными из нержавеющей стали. Все модели имеют некоторые общие характеристики. Они имеют прочную конструкцию, привлекательный дизайн и обладают чрезвычайно высокой коррозионной устойчивостью (уровень С4). Уровень шума и энергопотребления являются низкими.Они рассчитаны на интенсивное использование в температурном диапазоне от -30С до +50С. Модели СRC и CRI представляют собой индивидуальный тип конденсатора с радиальным вентилятором. Аппараты этого типа используются внутри помещений, где охлаждающий воздух подается через воздуховоды. Они также успешно используются для рекуперации тепла. Конструкция этих моделей гарантирует высокую надежность при жестких условиях эксплуатации. Корпус выполнен из оцинкованных стальных листов.

Общие характеристики:
— Высокая производительность;
— Низкое потребление хладагента;
— Низкое энергопотребление;
— Низкий уровень шума;
— Широкий опцион (устройство для распыления воды, кабельная разводка, переключатели, управление скоростью вентилятора, покрытие змеевика, изменяемая высота опор и т.д.).

Четыре базовые модели:
1. Исполнение с одним рядом вентиляторов (моно) – 400–1000 мм вентиляторы.
2. Исполнение с двумя рядами вентиляторов – 800–1000 мм вентиляторы.
3. V-образное исполнение – 800–1000 мм вентиляторы.
4. Аппараты с радиальным вентилятором (для применения внутри помещений).

Прочная конструкция аппарата AlfaBlue очевидна даже в варианте с одним рядом вентиляторов (Моно). Данная версия предлагается в различных типоразмерах и с двумя альтернативными вариантами геометрии змеевика.

AlfaBlue – версия с двумя рядами вентиляторов. Инновационная конструкция теплообменного аппарата обеспечивает прекрасные показатели теплопередачи при минимальном объеме используемого хладагента благодаря новому гофрированию ребер, разработанному Альфа Лаваль, в сочетании с перекрестным оребрением трубами.

Благодаря своей компактной конструкции V-образные аппараты являются оптимальным решением там, где требуется высокая производительность, а пространство ограничено.

SOLAR CAG жидкостные охладители с воздушным охлаждением

Жидкостные охладители и конденсаторы SOLAR с воздушным охлаждением, предназначенные для наружного применения, используются в торговле, промышленности и для кондиционирования воздуха. Благодаря различным вариантам моделей по уровню шума, SOLAR применимы и в самых жестких условиях окружающей среды.

— Блок теплообмена изготовлен из медных труб иалюминиевых пластинок. Стандартный шаг пластинок 2,3мм. Также имеются в ассортименте и другие варианты материалов для пластинок.
— Корпус сделан из горячеоцинкованной стали.
— Блок теплообмена может быть разделен на несколько контуров охлаждения или оснащен секцией недогревания в соотношении с делениями. Блок теплообмена жидкостного охладителя оснащен спускными и сливными патрубками, но в стандартных моделях блок полностью не опорожняется.
— Стоит позаботиться о морозостойкости раствора для жидкостного охлаждения с учетом эксплутационных условий. Так же удостоверьтесь, что жидкость подходит для строительных материалов теплообменника. Всегда следуйте за рекомендациям и инструкциями блока теплообмена жидкостного охладителя производителя холодильных установок.

Материалы

Современные тепловые обменники изготавливают из различных материалов. Именно от этого параметра зависят многие качества данных деталей, а также их плюсы и минусы. Рассмотрим подробнее, из чего обычно производят теплообменники для газовых котлов.

Стальной

Чаще всего в газовом отопительном оборудовании встречаются тепловые обменники из стали. Их распространенность объясняется демократичной стоимостью стали и простотой ее обработки. Стальные детали имеют свои отличительные характеристики, например, такой теплообменник получается довольно пластичным. Кроме того, подобные варианты отличаются долгим сроком службы, что привлекает многих потребителей.

Нужно отметить, что пластичность стальных экземпляров играет одну из важнейших ролей, если речь идет о контакте обменника с высокими температурами. Благодаря такой характеристике на составляющих элементах котла не образуются трещины, когда во внутренней части металла рядом с горелкой формируется серьезное тепловое напряжение.

Однако у стальных вариантов есть один серьезный минус – они подвержены образованию коррозии. Разумеется, появление ржавчины сокращает срок службы обменника. Кроме того, нужно учитывать, что дефекты такого рода могут появиться и на внутренней, и на внешней половине устройства.

Еще одним минусом стальных обменников является их большой размер и вес. Кроме того, с подобными деталями будет возрастать потребление газа. Это происходит, потому что большинство современных производителей стремятся добиться высокого уровня инертности и расширяют объем внутренних полостей теплового обменника.

Теплообменники, виды устройство и принцип работы которых будут описаны в статье, представляют собой специальные приборы для передачи тепловой энергии от нагреваемого теплоносителя к холодному. Последним может выступать газообразная или жидкая субстанция.

Монтаж

Монтаж пластинчатого теплообменника, как наиболее распространенного, осуществляется по трем вариантам:

параллельному;
смешанному двухступенчатому;
последовательному двухступенчатому.

При параллельном монтаже требуется установить терморегулятор. Этот способ экономит пространство, время, а также не требует больших затрат. Двухступенчатая смешанная схема обеспечивает значительную экономию теплоносителя. Это достигается благодаря использованию обратного тока теплой воды для обогрева потока с более низкой температурой.

Использование последовательной схемы применяет разделение входящего потока на две ветки. Одна из них проходит сквозь регулятор, другая – сквозь подогреватель. Далее оба потока смешиваются, после чего попадают в отопительный блок. Это экономит теплоноситель. Полная автоматизация оборудования невозможна.

Теплообменники закрепляются на стене с помощью крепежной ленты, консоли и уголка, прикрепленного к нижней части устройства. После этого требуется провести установку фильтров. Минимальное условие – присутствие фильтрующей системы в системе теплоцентрали. Перед установкой стоит подготовить краны и американки – резьбовые разъемные соединительные компоненты. Каждый из них включает в состав накидную гайку, прокладку и два фитинга

Важно правильно подбирать запчасти, чтобы они подходили к диаметру системы подключения. Тогда монтаж не вызовет затруднений

Внешний вид пластинчатого теплообменника

Битермические

Конструктивной особенностью данной группы приборов является наличие сразу двух контуров: горячего водоснабжения и отопления. Такие агрегаты используются в котлах Linea Isy (Bongioanni), Immergas Star kW (Immergas) и Hermann Habitat 2 (Hermann). Если говорить непосредственно о строении модели, то отметим, что она представлена так называемой «трубой в трубе» (коаксиальной). Кроме этого, присутствуют медные пластины, которые расположены на поверхности прибора.

Отличия

Наружная труба предназначена для циркуляции теплоносителя в системе отопления, тогда как внутренняя – для движения санитарной воды. В отопительном режиме функционирования сгораемые газы выделяют тепло, которое доставляется прямо к теплоносителю. Если же теплообменник функционирует в режиме горячего водоснабжения, то тепло сначала передается теплоносителю, после чего оно достается контуру.

Это самым положительным образом сказывается на цене котла, к тому же существенно увеличивается надежность функционирования устройства.

Недостатки

Однако без некоторых недостатков также не обошлось. К примеру, несколько ограничена передача тепловой энергии в режиме ГСВ, что, соответственно, ведет к уменьшению объемов приготовляемой нагретой воды, если сравнивать с остальными разновидностями теплообменников для отопления. Еще одно ограничение – специалисты не советуют эксплуатировать данное устройство в тех регионах, где вода отличается повышенным содержанием жестких солей в своем составе. Причиной является более интенсивное и ускоренное отложение солей из-за достаточно чувствительного перепада температур в режиме горячего водоснабжения и отопления.

Также стоит отметить, что некоторые теплообменники отличаются увеличенной емкостью. Установка таких котлов ведется в отопительных котлах самого высокого класса — Eura (Hermann). Своим внешним видом они больше всего напоминают 6-8-литровый бойлер для отопления, который оборудован специальным медным змеевиком, расположенным по всему объему агрегата. Такие теплообменники получили название мини-бойлеров. По змеевику проходит контур теплоносителя, а через стенки – контур горячего водоснабжения.

Виды по принципу работы

Принцип работы и устройство смесительного теплообменника

По способу взаимодействия сред тепловые обменники могут быть поверхностными и смесительными. Схема подключения смесительного теплообменника считается более сложной.

Смесительные

В основе работы смесительных агрегатов лежит контакт двух веществ и смешивание потребителя и носителя тепла. Смесительный теплообменник для отопления делится на несколько категорий, сюда входят градирни с дымоходом, паровые барботеры, а также конденсаторы барометрического типа и сопловые подогреватели.

Поверхностные

Схема работы поверхностного теплообменника

Поверхностный теплообменник работает в котельной за счет передачи тепла сквозь контактную поверхность. Это могут быть пластины или труба в зависимости от типа прибора. Среды внутри таких агрегатов не смешиваются между собой, в чем заключается их главное отличие от смесительных аналогов.

По принципу передачи тепла поверхностные тепловые обменники делятся на два типа: регенеративные и рекуперативные.

Принцип действия рекуперативного теплообменника основан на непрерывной передаче тепла сквозь контактную поверхность. Таким образом работают многие приборы пластинчатого типа.
Стандартный или вторичный регенеративный агрегат предназначен для охлаждения и нагревания воздуха. В этих устройствах движение носителя и потребителя тепла происходит в периодическом режиме. Такие установки часто применяются в офисных многоэтажных зданиях.

Кожухотрубные

Кожухотрубной прибор изготовлен из ребристых труб, увеличивающих площадь поверхности, которая передает тепло. Он может иметь конструкцию, включающую трубные решетки, с жесткой сцепкой всех деталей и элементов. Решетки в таком устройстве привариваются к стенкам корпуса, на сцепке к нему прикрепляются трубы. Конструкция с плавающей головкой считается более совершенной, аппараты этого типа стоят дороже, но считаются более практичными.

Погружные

Приборы такого типа часто устанавливают в многоэтажках. В них установлен змеевик в форме цилиндра, размещенный в сосуде с жидкостью. За счет простой конструкции время на отдачу тепла заметно сокращается.

Спиральные

Обвязка такого теплообменника состоит из металлических листов, скрученных в спираль и закрепленных на крене. Агрегатам этого типа нужна хорошая герметизация. Также нужно учесть, что установка спирального теплообменника требует специальных навыков. Спиральные приборы не используют в системах с давлением более 10 кгс/см2.

Пластинчатые

Пластинчатые приборы заслуженно считаются наиболее совершенными и идеально подходят как для частных домов, так и для производственных помещений. Они не доставляют проблем во время сборки и чистки, имеют минимальную степень сопротивления гидравлике. Схема подачи рабочей среды в них может осуществляться тремя способами: прямоточным, смешанным и противоточным.

Погружной

Спиральный

Пластинчатый

Кожухотрубный

Классификация

Классификация теплообменников предусматривает их деление на такие виды:

пластинчатые;
трубчатые.

Пластинчатые устройства включают набор пластин с волнистыми каналами со штамповкой и поверхностями, предназначенными для циркуляции жидкостей. Пластины соединены при помощи прорезиненных прокладок и стяжек. Преимущества подобных устройств – легкость в применении и компактность.

Пластинчатые теплообменники находят все более широкое применение. Сфера их использования не ограничивается только промышленным оборудованием, возможен также монтаж этих устройств в жилых домах для монтажа отопительных систем.

Пластинчатые теплообменники классифицируются на группы:

неразборные (они же сварные и паяные);
полусварные;
разборные.

Разборные устройства наиболее популярны. В них пластины разделены при помощи резиновых уплотнителей. Установка не занимает много времени, а эксплуатация не вызывает трудностей.

Классический вариант пластинчатых теплообменников имеет входные и выходные патрубки на поверхности передней плиты. Некоторые устройства имеют патрубки и на передней, и на задней панелях. Рабочие среды подсоединяются к патрубкам посредством фланцевых, резьбовых, стальных соединений. Некоторые модели имеют меньшее количество патрубков, тогда теплоносители подсоединяются непосредственно к плите.

Трубчатые теплообменники включают трубы малого диаметра, вваренные в другие трубы. Достоинствами устройства считается применение в условиях повышения давления.

По критерию способа теплообмена техника подразделяется на смесительную и поверхностную. Устройства смесительного типа передают тепло при плотномконтактировании носителей. Поверхностные теплообменники содержат два контура, в которых происходит перемещение сред с отличными температурами. Обмен теплом между ними возможен через поверхностные элементы пластин, стенок, листов или труб, которые выполнены из теплопроводящих материалов (нержавеющей или высокоуглеродистой стали, сплавов цветных металлов). Этот тип оборудования применяется в жилищно-коммунальном хозяйстве, промышленных предприятиях и в организации малого бизнеса.

Поверхностные теплообменники делятся виды: рекуперативные и регенеративные. Рекуперативные теплообменники характеризуются константным обменом тепла посредством стенок контуров при однонаправленном движении носителей. В регенеративных устройствах происходит поочередный контакт носителей с теплообменивающей поверхностью.

Рекуперативные теплообменники тоже классифицируются:

Погружные. Принцип работы предусматривает движение одного теплоносителя по змеевику, который погружен в бак, содержащий второй жидкий теплоноситель. Модель отличается удобством в применении, характеризуется оптимальной стоимостью.
Оросительные. Сфера применения – как конденсаторы в системах охлаждения. Теплобменники выглядят как змеевики из горизонтальных труб, которые размещены в вертикальной плоскости. У каждого ряда труб есть желоб, по которому на них стекает вода пониженной температуры. Вода, которая не испарилась, возвращается в систему благодаря насосу.
Витые. Представляют собой систему труб, намотанных на сердечник. Компактны и высокоэффективны.
Спиральные. Для оборудования характерен вид двух спиральных каналов, которыми обвита центральная перегородка. Предназначены для охлаждения и нагрева вязких жидкостей.
Кожухотрубные. Трубные решетки присоединены к кожуху посредством сварки. В них закрепляются трубы. Крепление их происходит плотно при помощи развальцовки. Решетки закрыты крышками на шпильках, болтах и прокладках. Кожух включает штуцера (патрубки). Принцип работы заключен в циркуляции носителя тепла в межтрубном пространстве и по трубам. Увеличение теплоотдачи происходит при помощи оребрения.
Секционные – последовательность секций, которые представляют собой кожухотрубные устройства.
Пластинчатые. Включают набор пластин с волнистыми поверхностями со штамповкой и каналами для движения жидкостей. Возможна работа только при пониженном давлении.

Кожухотрубный теплообменник

Теплообменники вода-вода – типы, характеристики, особенности применения

Теплообменник вода-вода обеспечивает теплопередачу между двумя жидкими средами. В качестве водоводяного теплообменника могут использоваться разборные пластинчатые, пластинчатые паяные или кожухотрубные теплообменники в зависимости от сферы применения. Конкретный тип выбирается на основании объемного расхода и химических свойств жидкостей, между которыми происходит теплопередача. Каждая конструкция имеет свои преимущества и недостатки для конкретного применения. Стоит отметить, что водоводяной теплообменник в настоящее время является одним из наиболее востребованных типов на рынке.

Применение теплообменников вода-вода

Теплообменники вода-вода применяются во множестве отраслей промышленности и хозяйства. Основными сферами применения являются:

– Бытовые системы горячего водоснабжения

– Подогрев воды для бассейнов

Для продления срока службы водоводяных теплообменников необходимо обеспечить правильную водоподготовку для исключения образования водного камня и засорения каналов. Большинство крупных производителей указывают требования к чистоте и химическому составу воды в технической документации.

Пластинчатые теплообменники вода-вода

В последнее время наибольшее распространение получили пластинчатые теплообменники вода-вода благодаря целому ряду преимуществ:

– Длительный срок службы

– Простота эксплуатации и технического обслуживания

– Низкое загрязнение теплообменных поверхностей благодаря самоочищающимся каналам

– Невысокая стоимость относительно кожухотрубных теплообменников

Пластинчатый теплообменник вода-вода состоит из набора штампованных пластин, которые образуют параллельные изолированные друг от друга каналы. Потоки греющей и нагреваемой жидкостей распределяются по каналам, направление жидкостей в каналах обычно противоположное. Теплопередача между жидкостями происходит через стенки каналов, т.е. через пластины теплообменника. Поверхность пластин имеет волнистую форму для турбулизации потоков с целью увеличения эффективности теплопередачи.

Паяные пластинчатые теплообменники вода-вода наиболее компактны и эффективны в работе. Пластины выполняются из нержавеющей стали и спаяны медным припоем для герметизации внутренних контуров. Максимальное давление жидкости в таком теплообменнике может достигать 30 бар, но существуют специальные модели, давление в которых может быть выше.

Разборные пластинчатые теплообменники вода-вода подходят для больших потоков жидкостей. Пластины в таких теплообменниках собираются в единый пакет через резиновые прокладки и стягиваются длинными болтами между рамными плитами. Такой аппарат может быть разобран для очистки и замены пластин и прокладок. Более того, такая конструкция позволяет добавить дополнительные пластины для увеличения мощности теплообменника. Для применения с морской водой применяются пластины изготовленные из титана.

Расчет теплообменников вода-вода

Чтобы рассчитать теплообменник вода-вода необходимо определить следующие параметры:

– Температуру воды на входе и выходе контуров

– Максимально допустимую температуру рабочих сред

– Максимально допустимое давление рабочих сред

– Допустимые потери напора

– Тепловую нагрузку (мощность теплообменника)

– Коэффициент загрязнения, который учитывает загрязнение рабочих жидкостей

Примеры пластинчатых теплообменников вода-вода

Alfa Laval cерия CB

Конструкция: паяный пластинчатый теплообменник

Материал пластин: нержавеющая сталь

Твердый припой: медь

Теплообменники Alfa Laval CB имеют компактные размеры и имеют различные классы давления для различных применений.

Alfa Laval cерия M

Конструкция: разборный пластинчатый теплообменник

Материал пластин: 304/304L, 316/316L, 904L, Ni, Ti, TiPd

Промежуточные уплотнения: NBR, EPDM, FKM, Q

Теплообменники Alfa Laval M3, M6, M10, M15 имеют широчайший спектр применения и могут быть изготовлены из различных материалов.

FUNKE cерия FP/FPS

Конструкция: разборный пластинчатый теплообменник

Максимальное давление: 25 бар

Материал пластин: 304, 316/316L, 904L, C-276, Ni, Ti, TiPd

Промежуточные уплотнения: NBR, EPDM, хлоропрен, бутил, витон

Неподвижная и прижимная плита: Углеродистая сталь с покрытием

SWEP cерия B