Теплообменник на трубу отопления: виды и конструкции (воздушный, водяной), установка теплосъемника своими руками

Содержание

Страница не найдена — Все о трубах

Вентиляция и дымоход 1 652 просмотров

Приветствую всех читателей этой заметки. Я расскажу о вентиляции, вернее, что представляет собой тройник

Вентиляция и дымоход 4 447 просмотров

Приветствуем постоянных и новых читателей наших обзорных циклов! При использовании огня в помещениях всегда

Полимерные 2 664 просмотров

Здравствуйте, уважаемый читатель! Труба нпвх обсадная все чаще применяется в обустройстве водяных скважин. Чем

Фитинги и заглушки 1 371 просмотров

Здравствуйте, уважаемый читатель! Относительно недавно на отечественном рынке появился новый тип соединителей труб – пуш-фитинги.

Монтаж и ремонт 4 400 просмотров

С вопросом, как согнуть профильную трубу в домашних условиях без трубогиба, приходится сталкиваться практически всем дачникам и владельцам

Отопление 23 871 просмотров

Тепло еще с давних времен ассоциируется у нас с домом – защищенным теплым родным

Теплообменник на трубу дымохода для отопления или банной печи

Печи на твердом или жидком топливе дают большое количество тепла, однако немало его уходит беспрепятственно в трубу. Не потерять полезную энергию и перестать отапливать улицу поможет теплообменник на трубу дымохода. Простое и компактное устройство способно повысить теплоотдачу фактически на треть, не снижая характеристик самой печи, однако следует учесть целый ряд факторов, таких как поддержание нормальной тяги и возможность чистки дымохода, чтобы не попасть впросак с теплообменником.

Принцип работы

При горении жидкого топлива или угля, особенно в самодельных печах, на входе в дымоход температура газов достигает 600°С и даже выше. Для поддержания активной тяги такие температуры не нужны, они только ухудшают ситуацию. Ничто не мешает забрать часть тепла без ущерба для функционирования печи и отдать воздуху в помещении или воде в системе отопления или ГВС. Так если снизить температуру газов с 600°С до 400°С, то в зависимости от качества теплообменника и объема протекающих газов мощность нагрева может достигать нескольких киловатт.

Задача заключается в том, чтобы обеспечить активный теплообмен между перегретыми газами, вырывающимися из стопки, и целевой средой: водой или воздухом. Ключевой является площадь контакта. Располагать, например, воздуховоды или змеевик водяной трубы внутри дымохода не лучшая идея, даже с учетом всех остальных особенностей любые объекты в канале будут способствовать лишь образованию сажи и конденсата, что быстро выведет из строя дымоход и соответственно превратит работу печи в опасное для окружающих мероприятие.

Есть три оптимальных варианта для теплосъема с дымохода:

  • Змеевик вокруг дымохода.
  • Водяная рубашка. Поверх трубы дымохода одевается цилиндр большего диаметра и заполняется теплоносителем. Разбивка канала дымохода на группу каналов меньшего диаметра позволяет повысить площадь контакта.
  • Тормоз для дымохода. Канал дымохода формируется в виде змеевика, лабиринта, по которому движение газов замедляется, что увеличивает теплоотдачу.

Первые два варианта подойдут для формирования водяного контура и использования тепла в системе отопления или ГВС. Третья конструкция больше подходит для локального обогрева воздуха.

У всех типов теплообменников есть особенности, которые не стоит игнорировать. Если нагреваемой средой является вода, то возникает проблема с чрезмерным теплообменом. Когда дымоход уже горяч, и печь активно топится, подача в теплообменник холодной воды вызывает резкое понижение температуры стенок дымохода. Это неизбежно приводит к конденсации влаги из отработанных газов на стенках дымохода, и, как следствие, происходит быстрое заполнение канала гарью и золой. Чтобы справиться с этим, необходимо снизить скорость теплообмена и разницу температур.

Воздушный теплообменник

Наряду с высокой производительностью получить долговечность очень сложно. С одной стороны увеличение площади контакта теплообменника и дымохода увеличивают выход тепла, с другой стороны чрезмерный забор тепла грозит большими проблемами вплоть до полного выхода дымохода из строя.

Оптимальные характеристики теплообменника для дымохода:

  1. Водяной контур должен снабжаться отдельным теплоаккумулирующим баком, исключая подачу холодной воды непосредственно на теплообменник.
  2. Конструкция теплообменника должна быть легкосъемной, для чистки и обслуживания.
  3. Мощность теплообменника подбирается исходя из реальных показателей печи и дымохода так, чтобы температуры газов выше теплообменника было достаточно для поддержания тяги.

В качестве материалов для теплообменника лучше выбирать нержавеющую сталь, способную выдержать резкие перепады температур. Внутренняя поверхность теплообменника, контактирующая с дымом по возможности должна быть идеально гладкой, чтобы конденсат даже при появлении срывался в конденсатосборник, не создавая лишних проблем.

Самодельные теплообменники для дымохода часто собираются без учета этих требований и без предварительного расчета, от чего возникает масса проблем, как с нагревом воды, так и состоянием дымохода.

С воздушными теплообменниками все обстоит проще. Если не подавать большой объем холодного воздуха с улицы, а использовать его для подогрева внутреннего объема в помещении, то перепада температур не будет достаточно для активной конденсации.

Для отопления

Для организации водяного отопления в доме теплообменник для дымохода будет отличным решением, но только при наличии теплоаккумулирующего бака. Для обогрева дома нет нужды постоянно нагревать холодную воду, теплоноситель в системе теряет после прохода контура 20-25°С и только. Соответственно снижается риск образования конденсата на поверхности дымохода.

Самый простой вариант теплообменника – змеевик из медной трубки, закрученный по спирали вокруг дымохода. Длина трубки не должна быть слишком длинной, учитывая даже маршрут до котла и обратно, и зависит от ее диаметра. Если взять, например размер ¼ дюйма, то желательно ограничиться протяженностью в 3,5-4 метра. Так можно будет обеспечить нормальный теплообмен с естественной циркуляцией воды в контуре «теплообменник — накопительный бак».

Если нет возможности установить котел близко к печи, то лучше использовать циркуляционный насос и принудительно прокачивать воду через теплообменник, тогда длина трубки уже не имеет особого значения. Использовать пайку или каким-либо образом улучшать контакт змеевика и дымохода не нужно. Слишком хороший теплоперенос больше сыграет в минус.

Большую теплоотдачу позволяет получить водяная рубашка, конструкция в которой поверх секции дымохода оборудуется внешний цилиндр, и вода заливается между ними. Секцию дымохода можно заменить на сборку труб меньшего диаметра, например 5-6 штук, так, чтобы их суммарное сечение равнялось каналу дымохода или немногим превышало его.

Основная сложность заключается в определении мощности теплоотдачи. Фактическое значение получается только на практике, и такой вариант мало кого устроит. Приблизительно можно подсчитать исходя из температуры горячих газов на выходе печи и по прохождению теплообменника. Удельная теплоемкость уходящих горячих газов составляет приблизительно 1,042 кДж/кг*К, чуть выше, чем насыщенный водяными парами воздух. В зависимости от перепада температур на входе и выходе теплообменника, площади контакта подсчитывается мощность.

Удельная теплоемкость воды 4,183 кДж/кг*К. Допустим перепад температур 150 градусов, тогда с каждого килограмма выходящего дыма можно нагреть килограмм или литр воды на 38°С. Далее вступает в расчет объем проходящих газов и КПД теплообменника, который, по факту, не превышает 60%.

Для отопления небольшого помещения достаточно будет и одного теплообменника для дымохода, однако лучше использовать его как вспомогательный источник тепла в дополнение к основному водяному контуру или водогрейному котлу, повышая общую отдачу тепла.

На практике небольшой дом или соседнее помещение проще обогреть с помощью воздушного теплообменника для дымохода. В нем применяется тот же принцип, что и в водяной рубашке, только в пространство между группой труб пускают газ от печки, а саму конструкцию ориентируют перпендикулярно дымоходу. Получается, что дым обтечет трубки теплообменника и нагревает воздух в них, дальше путем принудительного вентилирования он подается по воздуховоду в другие комнаты дома.

Для банной печи

В бане использовать тепло от дымохода актуально только для ГВС или приспосабливать отопление воздушное. Воздушный теплообменник будет актуален в первую очередь для прогрева предбанника и раздевалки и других банных помещений, кроме парилки, где и так достаточно тепла от самой каменки.

Контур ГВС актуален для отдельно стоящего здания бани. Достаточно установить небольшую по объему емкость под потолком в соседней к парилке комнате и с помощью теплообменника нагревать воду в нем.

Монтировать контур отопления на основе теплообменника для дымохода, по меньшей мере, не актуально. Он по определению слишком завышен для обеспечения естественной циркуляции, а установка циркуляционного насоса и соответственно захолаживание стенок дымохода скажутся на тяге. Все упирается в повышенную теплоемкость любого, даже самого примитивного контура водяного отопления.

Недостатки

Основная сложность с теплообменниками для дымохода состоит в отсутствии адекватного регулирования мощности, нет хорошо отработанных способов прекратить нагрев теплоносителя или воды ГВС во время работы печки. Если просто перекрыть контур с водой, то остаток в теплообменнике может закипеть и разорвать дымоход и корпус устройства. Нужно полностью сливать жидкость.

Кое-как ограничивать мощность можно с помощью заслонок, но тогда пострадает тяга и отрегулированная работа самой печки. Обходной путь, фактически байпас, существенно усложняет конструкцию дымохода и делает его чрезмерно объемным.

Все сводится к простой идее. Не нужно мириться с потерей тепла, которое уходит в трубу. Но при установке теплообменника стоит учитывать, что он может играть лишь вторичные роли, как в отоплении, так и в горячем водоснабжении, существенно снижая нагрузку на основной источник тепла. При выборе актуальной модели необходимо тщательно подбирать мощность и режимы работы, чтобы не испортить условия эксплуатации самой печи.

Теплообменник на трубу дымохода для отопления или банной печи

Как самостоятельно сделать такой теплообменник?

Домашние мастера могут сделать теплообменник на дымоход своими руками. Технология его изготовления довольно проста. Рассмотрим ее на примере конструкции для печки-буржуйки. Для работы понадобятся:

  • листовой металл размером 350х350 мм два куска;
  • восемь отрезков трубы диаметра 32 мм или 1,25 дюйма длиной 300 мм;
  • труба диаметром 57 мм или 2,25 дюйма длиной 300 мм;
  • металлическое ведро объемом 20 л.

Начинаем работу с изготовления торцевых заглушек. Для этого берем листовой металл и вырезаем две окружности радиусом 150 мм. Размечаем на них отверстия под трубы. В центре каждой детали должна располагаться самая большая труба диаметром 57 мм, на равном от нее расстоянии по кругу размещаем восемь элементов диаметром 32 мм. Расстояние от центра заглушки до центра каждой из восьми труб должно составлять 100 мм. Проверяем разметку и выполняем отверстия.

Для точности сборки теплообменника следует изготовить шаблон из фанеры толщиной 20 мм. Установив в него детали, будет гораздо проще собирать устройство

Для точности сборки рекомендуется изготовить шаблон, он выполняется из фанеры толщиной 20 мм. Отрезки труб поочередно вставляем в подготовленные отверстия и надежно привариваем к плоской детали. Сначала работаем с одной заглушкой, затем переворачиваем конструкцию и повторяем операцию с другой. В результате получаем «сердцевину» теплообменника, подготовленную к установке в корпус.

Фрагменты труб привариваются к заглушкам. В результате получается «сердцевина» теплообменника, готовая к установке в корпус

Для корпуса теплообменника можно использовать стальное ведро, в которых продаются технические жидкости. Его нужно хорошо очистить от остатков содержимого. Лучше всего в таком случае обжечь ведро и тщательно пройтись по стенкам металлической щеткой. Дно вырезаем угловой шлифовальной машинкой. Теперь нужно присоединить выходной и входной патрубки. Это фрагменты обычной дымоходной трубы, приобретенные в магазине.

На корпусе намечаем место для входного патрубка. Он должен располагаться по центру боковой части конструкции. Ножницами по металлу вырезаем отверстие. Примеряем патрубок. На нижней части дымовой трубы делаем насечки. Вставляем подготовленный таким образом патрубок в заготовку корпуса и с помощью молотка отгибаем насечки, закрепляя деталь на месте. Снаружи крепим деталь к основе сварочными прихватками. Установка входного патрубка завершена. Аналогично проводится монтаж выходного. Он должен быть расположен с противоположной стороны корпуса.

Подготовленную «сердцевину» теплообменника вставляем в корпус, закрепляем сваркой и обязательно герметизируем все швы огнеупорным герметиком. Просохшую конструкцию красим специальной краской

В подготовленный корпус устанавливаем теплообменник и надежно фиксируем его сварочными прихватками. Все швы тщательно промазываем специальным огнеупорным герметиком. Оставляем изделие для высыхания на сутки. Теперь готовый теплообменник можно покрасить специальной краской или печным лаком. Монтируем готовое устройство на дымоход буржуйки. Для усиления эффекта можно установить около теплообменника вентилятор, который будет усиливать циркуляцию воздуха. Прибор может быть переносной или стационарно закрепленный на корпусе устройства. Второй вариант более практичный и удобный.

Чтобы улучшить циркуляцию воздуха в устройстве используется обычный вентилятор. Он может быть переносной. Как на фото, но гораздо более удобно закрепить прибор с помощью кронштейнов прямо на теплообменнике

Ну и как говориться, лучше один раз увидеть. Поэтому предлагаем вам к просмотру видео с примером создания похожей конструкции:

Воздушный теплообменник на дымоход – чрезвычайно полезная конструкция, дающая возможность серьезно увеличить эффективность использования приборов отопления. Выросший КПД системы позволяет уменьшить расход топлива и, соответственно, сэкономить на отоплении. Теплообменник можно сделать самостоятельно, однако это достаточно сложная и кропотливая работа, справиться с которой смогут только довольно опытные домашние умельцы.

Выбор мощности

Не зная, каковы потребности здания в обогреве, подобрать оборудование сложно. Расчёт может быть приблизительным и точным. Первый вариант предпочитают продавцы, реализующие отопительную технику, так как это обеспечивает относительно точный результат. В этом случае тепловая мощность вычисляется в соответствии с площадью помещений, которые отапливаются.

Рассматривают отдельно взятую комнату, выясняют, какую она имеет площадь. Полученное значение умножается на 120. Необходимая для всего загородного дома энергия определяется после объединения показателей всех помещений. Но куда лучше точный метод. Он предполагает:

Умножение площади помещений, у которых с улицей контактирует только одна стена, на 100

Важно, чтобы на этой же стороне присутствовало одно окно.
Умножение на 120, если речь идет об угловой комнате, имеющей одно окно.
Умножение на 130, когда подразумевается помещение с двумя окнами и более, а также двумя наружными стенами. При подсчете приближенным методом жители холодных регионов могут недополучить тепла, а южных — переплатить за чересчур мощное оборудование.

В этом видео вы узнаете, как сделать теплообменник:

Точный расчётный способ производится специалистами. Именно он обеспечивает четкое понимание, сколько тепла может быть потеряно в любом здании. Прежде чем приступить к конкретным вычислениям, определяют площадь дверей, окон и стен. Каждый строительный материал имеет ту или иную толщину слоя. Ее также необходимо учитывать.

Монтаж трубопроводов

Мы уже упоминали, что для трубопроводов лучше использовать трубы диаметром 3/4″, такой диаметр наиболее часто используется во всех отопительных системах и подходит по всем показателям для теплообменника бани.

Труба диаметром 3/4″

Трубы могут быть металлическими или пластиковыми. Можно пользоваться и гибкими гофрированными шлангами, но нужно иметь в виду, что у них значительно меньше диаметр условного прохода, а это негативно сказывается на скорости водяного потока.

Дадим несколько советов по монтажу трубопроводов.

  1. Старайтесь максимально сокращать длину трубопроводов, не делайте много поворотов и изгибов трубы. Ваша задача – создать наиболее благоприятные условия для циркуляции воды.

  2. При использовании пластиковых труб не допускайте их перегрева в местах соединения с теплообменниками. Наличие внутри воды не допустит их полного прорыва из-за потери прочности, вызванного нагревом, но деформации возможны.

  3. Не забывайте в самом низком месте поставить сливной кран. Если баня длительное время не используется, то в зимний период нужно спускать всю воду из системы.

  4. Во время соединения трубопроводов предусматривайте возможность их демонтажа для выполнения ремонтных или регламентных технических работ.
  5. Старайтесь, чтобы длина горизонтальных участков трубопровода была минимальной. Все такие участки монтируйте под углом не менее 10°. Такие мероприятия положительно сказываются на скорости потока воды.

Конструкция жидкостного теплообменника

Данный агрегат представляет собой обычный змеевик с водой, который контактирует с внешней поверхностью дымохода. Тонкие трубки вставляют в металлический корпус и изолируют при помощи базальтовой ваты. В качестве материала для изготовления трубок для теплоносителя используется медь. Она имеет высокий коэффициент теплопроводности, что позволяет максимально уменьшить диаметр трубопровода.

Змеевик непосредственно подключают к отопительной системе и устанавливают на дымоотвод. В верхней точке агрегата должен находиться специальный бачок, который предназначен для забора, расширившейся от нагрева, жидкости.

Жидкостный теплообменник

КАК ИЗГОТОВИТЬ ТЕПЛООБМЕННИК(ЗМЕЕВИК)

Принцип работы жидкостного теплообменника:

  • от воздействия высокой температуры, которая образуется внутри дымохода, жидкость в трубопроводе нагревается;
  • горячая вода расширяется, отчего движется по змеевику и самотеком попадает в радиатор отопления;
  • в отопительном приборе горячая жидкость вытесняет холодную;
  • процесс повторяется сначала. Холодная вода обратно попадает в теплообменник, где снова нагревается.

Несмотря на высокую продуктивность данного агрегата, он имеет много недостатков. В первую очередь жидкостный теплообменник достаточно сложно установить, нужно постоянно производить контроль работы отопительной системы, наблюдать за показателями давления. Такую установку нельзя использовать в зимний период, когда жидкость в змеевике может замерзнуть. Также можно получить обратный эффект, когда из-за сниженной температуры в дымоходе уменьшается тяга, что влечет увеличение объема дров для получения определенного количества тепла.

Как установить теплообменник «труба в трубе» на дымоход

Эта витая конструкция считается самой простой. Она является прямоточной, поэтому многое будет зависеть от диаметра навиваемой трубки и скорости движения воды внутри нее. Здесь соотношения такие:

  • Чем больше диаметр змеевика, тем больше в нем объема воды, который придется дольше нагревать.
  • Чем быстрее движется по виткам вода, тем меньше она забирает тепловой энергии, просто не успевая.

Решить эти две проблемы можно двумя способами:

  1. Увеличить длину трубы, скручиваемую в змеевик. То есть вода как можно дольше должна находиться внутри теплообменника.
  2. Установить перед змеевиком отсекающий вентиль, с помощью которого можно было бы контролировать подачу жидкости. Таким способом можно увеличивать или уменьшать скорость движения воды.

Монтаж водяного теплообменника этого типа проводится на стадии установки дымохода. Потому что надо в змеевик вставить дымоходные трубы.

Для этого потребуется:

  • труба из меди, алюминия или стали длиною 3 м;
  • два гибких шланга для подключения к системе горячего водоснабжения, требуемой длины;
  • вентиль.

Как правильно согнут трубу в змеевик

Самое сложное – согнуть трубу в змеевик. Если это стальное изделие диаметром меньше 25 мм, то ее можно согнуть на ручном трубогибе. Если диаметр больше данного значения, или используется алюминиевая, медная труба, то без нагрева их не обойтись. Для этого используется стандартная газовая горелка, работающая на пропане.

Следующий этап – нарезка резьбы на конце змеевика. Для этого используют лерку. Если теплообменник изготовлен из стальной трубы, то к концам можно приварить электросваркой сгоны с соответствующим диаметром под гибкие переходные шланги.

Все готово, можно монтировать теплообменник. Чтобы он не спадал с дымохода, можно его прикрепить к нему с помощью пайки. При этом увеличиться и теплообмен между двумя элементами. Далее в нижней части вкручивается вентиль, к нему гибкая вставка, которая противоположным концом присоединяется к водопроводу.

Змеевик из медной трубы на дымоходе печки

У теплообменников этого типа есть один серьезный недостаток. Если его не использовать при эксплуатируемой печке, то вода внутри трубок закипит. А это недалеко и до гидроудара, который может разорвать стыки соединений.

Чисто конструктивно теплообменник этого типа представляет собой бак, в котором установлена труба диаметром чуть больше диаметра дымохода. К примеру, если размер последнего 115 мм, то трубный участок должен быть в сечении 120 мм. То есть дымоход должен свободной пройти сквозь теплообменный аппарат.

Можно подойти к решению монтажа теплообменника с другой стороны. То есть диаметры двух трубных элементов выбираются одного сечения. Но соединяться они должны раструбным способом, как все элементы дымоходной системы. Это когда у участка трубного элемента один конец имеет стандартный диаметр, а второй немного расширен.

Трубы из нержавейки с раструбами на концах

То есть получается, что труба, формирующая сквозной проход через водяной бак, становится после сборки частью дымохода. Этот вариант более эффективный в плане передачи тепловой энергии от угарных газов воде, потому что в конструкции теплообменника нет воздушной прослойки, как в первом случае.

Необычная форма водяного бака теплообменника

Отметим, что баки для воды, устанавливаемые на дымоходы, сегодня продаются в готовом виде, но их несложно сделать своими руками. Для этого надо иметь навыки работы со сварочным аппаратом и некоторыми видами слесарных инструментов. Проще – приобрести готовое изделие определенного объема, в котором уже вмонтирована труба под дымоход требуемого сечения. Здесь же установлены патрубки (штуцера) под подачу и выход воды.

Сборка всей конструкции основывается на создании герметичных соединений. Поэтому стыки обязательно промазываются жаропрочными герметиками.

Теплообменник «труба в трубе» в полной сборке

Устройство системы

Несложный по конструкции самодельный теплообменник послужит для отопления дома

Принцип действия самодельного теплообменника состоит в том, что печь передает ему энергию от сгорания дров или угля, а нагревшаяся вода расходится по трубам во все комнаты. Такой способ отопления позволяет обитателям дома наслаждаться равномерным распределением тепла. Кроме того, все помещения прогреваются гораздо быстрее, а расходы на приобретение топлива снижаются.

Усовершенствовать печное отопление частного дома можно двумя способами:

  • построить печь «с нуля» под конкретный размер теплообменника;
  • установить в существующую печь самодельный теплообменник, изготовленный по размерам топки.

Схема кирпичной печи с теплообменником

Изготовив теплообменник для отопления своими руками, домовладелец может быть уверенным, что его печь с водяным контуром станет действовать не хуже настоящего твердотопливного котла. Отличие будет только в том, что у печки расположение входного отверстия теплообменника получится немного выше над полом, чем у заводских котлов. Это довольно существенная разница, которая может влиять на скорость естественной циркуляции теплоносителя.

Подключение теплообменника к системе отопления нужно сделать таким образом, чтобы труба поступления холодной воды (обратка) была расположена как можно ниже.

Так же, как в обычной системе отопления, в верхней точке трубопроводов нужно вмонтировать расширительный бачок. Он будет компенсировать изменение объема нагретой воды и выпускать из системы пузырьки воздуха. Если отопление через теплообменник с естественной циркуляцией окажется недостаточным для обогрева большого коттеджа, придется установить в систему циркуляционный насос.

Конструктивные особенности

Чаще всего в качестве теплообменника выступает металлический бак емкостью до 5 литров с вмонтированными патрубками. Непосредственный контакт с огнем отсутствует. Прибор позволяет нагреть холодную воду, которая затем поступает в радиаторы или съемный бак большей емкости, расположенный в этой же или соседней комнате.

В результате, протапливая печь в одной комнате, можно будет обогреть и другую. По своему конструктивному исполнению теплообменник для печи может быть внешним и внутренним.

Внешний

Такой тип очень напоминает резервуар, заполняемый теплоносителем. Внутри емкости располагается часть трубы, используемая для отвода продуктов горения. По своему конструктивному исполнению внешний теплообменник более сложный, чем внутренний, так как предъявляет повышенные требования к выполнению сварочных работ.

Однако его техническое обслуживание осуществлять намного проще. При необходимости резервуар может быть демонтирован с целью удаления накипи или устранения протечки.

Внутренний

Монтируется над топкой прямо внутри печи. Отличается простотой монтажа, но при необходимости проведения технического обслуживания могут возникнуть определенные трудности. Особенно если печь выложена из кирпича.

Чтобы этого избежать, в момент разработки конструкции стоит позаботиться о ремонтопригодности будущего теплообменника.

Назначение и особенности устройства

Данная конструкция предназначена для отбора тепла у нагретой дымовой трубы и передачи его теплоносителя, циркулирующему в теплообменнике. Сама конструкция такого устройства зависит от формы и сечения дымохода, материала, из которого он изготовлен, мощности отопительного устройства и теплоносителя, в качестве которого может выступать воздух, вода, масло и различные незамерзающие жидкости.

По циркулирующему внутри устройства теплоносителю, все теплообменники можно классифицировать на воздушные и жидкостные. Воздушные – более просты в изготовлении, но имеют не самую высокую эффективность. Например, для обогрева второго помещения, предбанника или мансарды, необходимо провести туда воздуховод, а если такое помещение расположено достаточно далеко от печи, то необходимо установить вентилятор для создания принудительного воздушного потока.

Теплообменники с жидким теплоносителем, более требовательны к качеству изготовления и материалу, но имеют большую эффективность. Например, дымоход с теплообменником, по которому циркулирует вода, может служить полноценной системой водяного отопления для небольшого дачного домика, если к входу и выходу устройства подключить подачу и обратку на один-два радиатора.

Несколько общих советов

Во время пользования теплообменников возникают некоторые проблемы, способные «испортить настроение». Какие это неприятности и как их можно решать?

Температура нагрева воды в баке

Температура нагрева воды в баке

Нужно «ловить» момент, когда она будет приемлемой, но такой «момент» поймать почти невозможно. Дело в том, что во время приема душа печь продолжает гореть, соответственно, температура воды постоянно повышается. Что делать? Тушить огонь в печи? Это, конечно, не выход.

Мы предлагаем решить проблему при помощи смесителя. Если в бане есть водовод – отлично, он поможет не только создавать комфортную температуру, но и с помощью простейшей автоматики сделать наполнение емкости под воду автоматическим. Можно будет мыться без экономии воды, несколько уменьшаются риски ее закипания в теплообменнике. Если подвод воды отсутствует, то рекомендуем установить дополнительную емкость для холодной воды рядом с баком для теплой воды. Подсоединять его к душу нужно через смеситель.

Схема подключения

Закипает вода в теплообменнике

Закипает вода в теплообменнике

Особенно часто такое случается во время монтажа теплообменника непосредственно в топке печи. Мы гарантируем, что вам никогда не удастся рассчитать параметры теплообменника таким образом, чтобы полностью исключить такое явление. Слишком сложные это расчеты и слишком много есть неизвестных и нерегулируемых показателей. Расчеты по скорости движения водного потока может выполнить только квалифицированный инженер-конструктор, отлично знающий законы теплотехники, гидротехники и монтажа. Но самая главная неизвестная величина – пламя в печи.

Никто и никогда не сможет точно сказать, сколько тепла дает печь в каждую отдельно взятую единицу времени. Оперативно увеличивать или уменьшать интенсивность горения пламени в зависимости от температуры воды невозможно. Решить проблему закипания воды предлагаем при помощи обыкновенных однофазных водяных насосов для отопительных систем. Встраиваются они непосредственно в трубопровод, мощность устройств 100÷300 Вт. Установка циркуляционного насоса не только устраняет риски закипания, но и значительно ускоряет время нагрева воды.

Схема подключения циркуляционного насоса

Надеемся, что наша информация будет полезной для владельцев бань и даст возможность не решать проблемы с теплообменниками, а предупреждать их возникновение еще на этапе изготовления и монтажа.

Строение теплообменника

Теплообменник можно изготовить своими руками в домашних условиях

Оборудование состоит из неподвижной и подвижной плит, в каждой имеются отверстия для движения среды. Между основными пластинами устанавливаются множество других более мелких второстепенных, так что каждая вторая из них повернута к соседним на 180 градусов. Второстепенные пластины герметизируются резиновыми прокладками.

Второй важный элемент ТО – теплоноситель. Он протекает по каналам гофрированной нержавейки. Холодная и горячая среды движутся по всем пластинам, кроме первой и последней, одновременно, но с разных сторон, не допуская смешивания. При высокой скорости потока воды в гофрированном слое возникает турбулентность, которая увеличивает теплообменный процесс.

К трубопроводу устройство подключается при помощи отверстий на передней и задней стенках. Теплоноситель поступает с одной стороны, проходит через все каналы и покидает оборудование с другой. Входное и выходное отверстия уплотняют специальной прокладкой.

Принцип работы

При топке любого вида топлива, особенно в котлах изготовленных самостоятельно, температура выходящих газов может достигать более 600 градусов. Для того чтобы сохранять постоянную тягу, такие высокие температуры просто не нужны, они наоборот будут только ухудшать обогрев. Поэтому нет ничего плохого, если владелец заберет часть тепла, при этом никакого ущерба для работы печи не будет. К примеру, на выходе образовалось 600 градусов, забираем «двести», остается 400, которых вполне достаточно для надежного дымоотделения. В таком случае, 200 градусов смогут дать нам не менее пары киловатт.

Задача состоит в том, чтобы обеспечивать постоянный и активный теплообмен между излишне нагретыми газами и средой, в данном случае – это вода либо воздух. Ключевой считается площадь контакта. Например, некоторые размещают змеевик внутри самого дымохода, данное решение не выгодно, хотя бы с той точки зрения, что канал будет постоянно засоряться. Даже любое препятствие на пути будет влиять на силу тяги.

Принцип работы и конструкция сочетает три основных типажа монтажа теплосъемника на дымоход:

  • Змеевик.
  • Водяная «рубашка». Это своеобразный цилиндр, который надевается на трубу и заполняется водой. Запомните важный нюанс, не стоит делать одну общую зону для заполнения, лучше провести через цилиндр несколько меньших по диаметру каналов.
  • Тормоза. Выходящий канал формируется в виде лабиринта, то есть того же самого змеевика, когда потоки замедляются и соответственно теплопередача усиливается.

Два первых вида отлично подходят для формирования водяного контура, организации системы отопления. А вот, третий тип отлично справится с локальным обогревом.

У каждого теплообменника есть свои особенности, их обязательно нужно учитывать. К примеру, если используется вода для нагрева, то помните, что возникает излишне чрезмерный теплообмен. Когда печь сильно растоплена, поставка холодной воды вызывает резкое снижение, тем самым стенки самого канала охлаждаются, что приводит к образованию влаги. Происходит скорое заполнение пространства гарью и сажей.

Для обеспечения нормальных характеристик теплообменника на дымоходе, нужно:

  1. Оснащать контур отдельными теплоаккумулирующими баками, тем самым, исключая прямую передачу холодной воды.
  2. Изготавливайте конструкцию простую, для её быстрого съема и прочистки.
  3. Рассчитывайте площадь таким образом, чтобы в итоге, после теплообменника, температура была достаточной для поддержания допустимой тяги.

Использовать из материалов лучше «нержавейку», она способна переносить перепады температуры. Кстати, учитывайте, что внутренняя сторона теплообменника, должна быть обязательно гладкой.

Изготовление теплообменника своими руками

Не всегда есть возможность купить готовый проект печи с теплообменником. Так же не все могут сами работать сваркой. Но соорудить теплообменник в печь для отопления своими руками, не такая тяжелая задача. Применив алюминий или медь можно избежать сварочных работ. При хорошей подготовке, правильном расчёте это возможно и не обременительно. Вдобавок экономит семейный бюджет.

Расходные материалы

Выбрав место и размер, стоит обдумать из чего проще соорудить теплообменник. Можно использовать как перечисленные выше материалы, так и чугунные радиаторы отопления, автомобильные радиаторы и тому подобное. Главное правильно учитывать тепло проводимость. Точно продумать какой инструмент понадобится и подготовить его заранее. Все эти мелочи облегчат установку.

Алгоритм сборки

Начинать надо с проекта — продумывая мелочи и подбирая варианты. Исходить стоит из размера — если печь слабая, то несоразмерно большой теплообменник только навредит. Если вы используете в качестве трубы для змеевика медь, то длина не должна превышать трёх метров.

Самый простой вариант изготовления — змеевик.  Для него потребуется медная труба, длинной от 2 м до 3 м.

От длины трубы и количества витков зависит скорость нагрева. Но стоит помнить — надо учитывать размер печи, топки и не злоупотреблять увеличением змеевика. Перекосы в размерах понижают срок службы печи.

Для закручивания трубы в спираль нужен шаблон. Это любая подсобная деталь цилиндрической формы. Диаметр шаблона должен вписываться в топочный размер. 

Подготовив материалы приступаем:

  • Изгибая трубу, наматываем её на заготовленную болванку для получения спирали;
  • Соблюдаем размеры, в которые надо змеевик поместить;

Средний показатель расчётной мощности теплообменника, равен 1кВт на 10 метров площади.

Если вас не устраивает такой тип теплообменника, можно изготовить другой тип, например сварив стальные трубы. Выглядит это примерно так:

Примеры чертежей, по которым проводить работы:

Как установить?

Установить теплообменник в печь удобно во время кладки новой печи. Это позволит капитально смонтировать его, соблюдая все зазоры и размеры. При такой установке легче соблюсти правильный размер. Смонтировав теплообменник на фундамент печи, обложить его кирпичом легче, чем разбирая готовую печь, пытаться приспособить его на место. Но это тоже возможно.

Есть также важные моменты и требования, которые стоит соблюдать для увеличения сроков эксплуатации:

  • не стоит фиксировать трубы конструкций металлическими крепежами;
  • не стоит заливать ледяную воду, для избежания появления конденсата;
  • соблюдать пропорции между печью и теплообменником, избегая большой разницы;
  • использовать уплотнительные материалы с высокой жаропрочностью;
  • соблюдать полностью все меры противопожарной безопасности;

Нехитрые правила помогут избежать опасных ситуаций, помогут продлить срок службы печи. Не забывайте так же о пожарной безопасности.

Примеры установки на фото:

Регистр воздушного типа

Основное назначение теплообменника – передавать энергию от продуктов горения в дымоходе теплоносителю, в качестве которого выступает вода или воздух. Установленные в дымоходах теплообменники (это относится к водяным модификациям) часто называют экономайзерами.

Эти устройства собирают и передают в помещение тепло, которое просто уходит в атмосферу, благодаря чему вырабатываемая печью тепловая энергия используется по максимуму. Кроме обычной водопроводной воды иногда используют и другие жидкости – масло или «незамерзайку».

В связи с этим все устройства делят на две большие категории:

  • воздушные;
  • жидкостные (водяные).

Выбор того или иного вида зависит от нескольких факторов. Важнейшие из них – это конфигурация и материал дымохода, а также характеристики самого прибора.

Схема воздушного теплообменника. Он считается менее эффективным, чем жидкостный аналог, но имеет простую конструкцию, что делает его подходящим для самостоятельного изготовления

Некоторые перегородки (заслонки) не припаивают, а делают подвижными. С помощью задвигания/выдвигания металлических пластин можно регулировать силу тяги, тем самым снижая или увеличивая производительность обогревательного прибора.

Воздушные теплообменники называют конвекторами, та как в основе их работы лежит принцип конвекции. Холодный воздух из помещения попадает внутрь устройства, где от воздействия горячих дымовых газов повышается его температура. В нагретом состоянии он через другое отверстие движется дальше – обратно в помещение или в отопительную систему.

Выбираем конструкцию прибора

Выбирая подходящий теплообменник для печи, стоит стремиться к тому, чтобы общая площадь поверхности готового изделия была наибольшей. Это позволит обеспечить наиболее эффективный обогрев помещения.

Змеевик

Наибольшее распространение получили регистры (змеевики). Такие теплообменники варят из гладкостенных труб диаметром 40 – 50 мм. Внешне они напоминают решетку характерной Г-образной формы. Для их изготовления можно использовать не только круглые, но и профильные трубы с близкой площадью поперечного сечения.

Обратку и выход горячей воды можно располагать как с одной стороны регистра, так и с разных.

Бак

Следующими по популярности можно назвать прямоугольные или цилиндрические баки, внутри которых располагается труба или змеевик. Длина такого теплообменника зависит от параметров топливника печи.
Теплообменник, устанавливаемый на дымоход, как правило, имеет цилиндрическую форму. Внутри него проходит труба, диаметр которой равен диаметру дымохода. Патрубки привариваются снизу. Может использоваться как для обогрева помещения, так и для нагрева воды.

Такая конструкция требует особого внимания. Из-за быстрого остывания продуктов сгорания значительно снижается тяга в самом дымоходе. Это способствует замедлению горения топлива.

Установка изделия на отопительно-варочную печь требует особого внимания. Необходимо позаботиться о том, чтобы горячие газы проходили над его верхней полкой и входили в дымоход в передней части топливника.

В таком случае плита для приготовления пищи может располагаться прямо над теплообменником. Допустимо также без верхней полки. Так называемая полка состоит из нижней и боковых частей, соединенных между собой трубами.

Функции

  • Чаще всего используются теплообменники для получения второго нагревающего контура. Без него топливо сгорая, нагревает стенки топки. Взаимодействуя с воздухом, нагретые кирпичи отдают тепло. Но оно по газоходу улетает.
  • С помощью теплообменника в кирпичной печи, горячий воздух отдает излишки тепла циркулирующей жидкости. Позволяет повысить экономичность, получая на выходе двойной коэффициент на одну топливную единицу.
  • Используется теплообменники в печах для бани, гаража, дома. В каждом перечисленном варианте у теплообменника своя функция — нагрев воды для душа, нагрев теплоносителя для отопления и тому подобное. Различные конструкции повышают области применения.

Электрические и жидкотопливные

Самым эффективным считается электрическое отопление. Только оно может обеспечивать КПД 99%. К тому же для него не требуются вентиляция и дымоходы, обслуживание как таковое не предусмотрено, разве что есть необходимость чистить устройство раз в 2-3 года.

Монтаж, как и стоимость самого оборудования, отличается дешевизной. Конечно, все эти свойства электрокотла делают его привлекательным в глазах покупателя, но стоит он всё же недёшево. Финансовые затраты обусловлены необходимостью платить за электричество. Можно устанавливать многотарифный счетчик, хотя и это не позволит обойти по функциональным характеристикам дровяной теплогенератор.

Жидкотопливные котлы  работают на дизельном топливе и отработанном масле. Этот тип отопления считается самым грязным. После посещения котельной непременно придется отмывать руки от солярки. Также от одежды будет исходить соответствующий запах. Один раз в год понадобится чистка агрегата. Это отдельное событие, после которого придётся отмывать сажу чуть ли не со всего тела. Не самым выгодным решением является применение солярки. Стоимость ее может перечеркнуть все очевидные плюсы. Отработанное масло сейчас поднялось в цене и может быть выгодно только тем, у кого есть дешевый его источник.

https://youtube.com/watch?v=d0idwQchW3s

В современных отопительных котлах присутствует много важных элементов. Среди них — теплообменник для кирпичной печи со сваренными пластинами. Именно внутри него осуществляется передача тепла к носителю от генератора. Сегодня представлен большой ассортимент различных отопительных котлов, но это не мешает владельцам частных домовладений самостоятельно изготавливать подобные устройства.

Выбираем материал

Змеевик традиционно изготавливается из трубы, протяженность и диаметр которой определяются желаемым уровнем теплоотдачи. Эффективность работы конструкции будет зависеть от теплопроводности используемого материала. Чаще всего используются трубы:

  • медные с коэффициентом теплопроводности 380;
  • стальные с коэффициентом теплопроводности 50;
  • металлопластиковые с коэффициентом теплопроводности 0,3.

Медный или металлопластиковый?

При одинаковом уровне теплоотдачи и равных поперечных размерах длина металлопластиковых труб будет в 11, а стальных в 7 раз больше, чем медных.

Именно поэтому для изготовления змеевика лучше всего использовать отожженную .

Ищем подручные средства

Учитывая высокую стоимость материалов, будет уместно рассмотреть возможность использования уже отслуживших свое изделий, но еще не выработавших полностью ресурс. Это не только снизит затраты на изготовление теплообменника, но сократит время на выполнение монтажных работ. Как правило, предпочтение отдается:

  • любым радиаторам отопления, не имеющим течи;
  • полотенцесушителям;
  • радиаторам от автомобилей и другим похожим по конструкции изделиям;
  • проточным водонагревателям.

Зачем нужен теплообменник на трубу дымохода

Особенностью печей на твердом или жидком топливе является невысокий общий КПД. При сжигании данных видов топлива образуется большое количество тепловой энергии, однако основная ее часть уходит в атмосферу вместе с продуктами сгорания. Улучшить теплосъем можно, установив дополнительный теплообменник на трубу дымохода.

Принцип работы

На выходе из котла температура газообразных продуктов сгорания топлива может достигать 600 °С более. Для обеспечения нормальной тяги в дымоходе такой нагрев является чрезмерным и в отдельных случаях даже вредным, поскольку способен привести к перегреву конструкций.

Рациональнее пустить избыток тепла в отводимых газах на приготовление горячей воды, или нужды дополнительного жидкостного или воздушного отопления. При этом работоспособность печи не будет нарушена, а величина дополнительно снимаемой мощности может достигнуть нескольких киловатт.

Съем избыточной тепловой мощности производят дополнительным теплообменником, монтируемым на дымоходе. Размещается теплообменник снаружи дымохода. Устанавливать его внутри дымоотводящей трубы не рекомендуется, т.к. это приведет к ухудшению тяги, быстрому накоплению сажи и интенсивному образованию конденсата в холодное время года.

В качестве теплоносителя для подобного теплообменника может использоваться воздух и вода. Воздух обычно применяется для организации дополнительного воздушного отопления. Вода может использоваться как на нужды отопления, так и для ГВС.

Конструктивные особенности. Варианты исполнения

Чаще всего дополнительные теплообменники устраивают в виде следующих конструкций:

  • змеевик с внешней стороны дымоотводящей трубы;
  • водяная рубашка. Представляет собой заполненный теплоносителем герметичный цилиндр, надеваемый на дымоход. Для увеличения эффективности теплосъема участок дымохода под водяной рубашкой нередко разделяют на несколько каналов меньшего диаметра;
  • тормоз для дымохода. Для устройства такого теплообменника дымоход прокладывается не вертикально, а змейкой. Это увеличивает площадь контакта с окружающей средой и, соответственно, величину снимаемой тепловой мощности.

Последний вариант пригоден лишь для местного отопления в непосредственно близости от котла или печи. Первые два могут применяться для организации ГВС и жидкостного отопления.

Главной особенностью теплообменников для дымоходов является интенсивный теплосъем с отработанных газов. С одной стороны, эффективный теплообмен позволяет уменьшить потери дорогостоящего тепла. С другой, — эксплуатация подобного устройства может привести к тому, что участок дымохода под теплообменником всегда будет прохладным. Это чревато образованием конденсата.

Избавиться от конденсации влаги в дымоходе можно несколькими путями:

  • применением теплоаккумулятора для жидкостного контура. Дополнительный бак в системе избавит от риска подачи слишком холодной жидкости к дымоходу;
  • дополнительный теплообменник конструируется таким образом, чтобы всегда была возможность оперативно его демонтировать, очистить и установить обратно;
  • мощность устройства подбирается таким образом, чтобы продукты сгорания на участке выше него сохраняли достаточно высокую температуру, необходимую для обеспечение тяги.

В качестве материала изготовления приборов для дополнительного теплообмена обычно применяется нержавеющая сталь. Она устойчива к температурным перепадам и легко шлифуется, чтобы конденсат быстро стекал и не способствовал образованию сажи.

Теплообменник для дымохода при водяном отоплении дома

Одним из наиболее рациональных вариантов организации подобных систем является змейка из медной трубы небольшого диаметра, намотанная вокруг дымохода. Для частного дома средних размеров оптимальный теплосъем можно обеспечить, намотав 3-4 метра трубы диаметром ¾ дюйма. Добиваться плотного контакта с трубой дымоудаления нет смысла, т.к. это может привести к чрезмерному теплосъему и нарушению тяги в трубе.

Для профилактики образовании конденсата в дымоотводящей трубе рекомендуется использовать теплоаккумулирующие баки. Емкость таких баков рассчитывается индивидуально в зависимости от мощностей котла и дополнительного теплообменника, а также с учетом объема циркулирующего теплоносителя.

Вариант с водяной рубашкой чуть более сложен в реализации, поскольку при монтаже подобной системы могут возникнуть сложности с установкой цилиндрического бака на уже действующий дымоход. Вместе с тем, такие конструкции более компактны из-за лучшего теплосъема.

Использовать для отопления дома одну лишь энергию отводимых от котла газов вполне возможно, но не всегда рационально. Как правило, подобные конструкции применяются лишь в качестве вспомогательных для основных систем отопления.

Теплообменник на дымоход банной печи

Для банной печи съем тепла с дымохода в отопительных целях применяется крайне редко. Банные печи, как правило, обладают значительной мощностью, несопоставимой с мощностью устройств косвенного нагрева. Поэтому более разумно в качестве основного отопительного прибора рассматривать именно печь. Теплосъемники на дымовые трубы могут пригодиться лишь для организации дополнительного отопления в предбанниках, коридорах и прочих помещениях, непосредственно не контактирующих с печью.

Вместе с тем, установленный на трубе теплосъемник вполне способен обеспечить горячее водоснабжение.

Недостатки использования

При всех удобствах и очевидной экономии, теплообменники на трубе дымохода способны озадачить одной серьезной проблемой: трудностью регулирования мощности. При работающем котле или банной печи прекратить нагрев теплоносителя почти невозможно. Если перекрыть контур, то остановившаяся внутри теплосъемника вода быстро перегреется, закипит и разрушит всю конструкцию. Поэтому нагретую воду приходится сливать в отдельную емкость, что не всегда удобно.

Уменьшить скорость нагрева воды можно путем перекрытия дымохода заслонками. Однако такие действия могут нарушить работу котла или печи, что может привести к отравлению угарным газом, пожару и прочим печальным последствиям. Решением проблемы может стать прокладка байпаса – параллельного дымохода. Однако в этом случае увеличивается стоимость монтажа, плюс все сооружение получается весьма громоздким.

Поэтому перед установкой на трубу дополнительного теплообменника будет разумным тщательно взвесить все плюсы и минусы использования таких систем, а также определиться с их мощностными характеристиками. Лучше всего при решении подобных задач привлечь опытного специалиста.

Теплообменник на трубу дымохода своими руками

Без дымохода не способно нормально функционировать ни одно отопительное устройство, работающее за счёт сгорания топлива.

Через трубу для отвода дыма выходят вредные продукты, представляющие опасность для человека. Но одновременно теряется и значительное количество ценного тепла.

Его можно было бы использовать для обогрева комнаты. Чтобы не допустить подобных утечек, устанавливается увеличивающий КПД теплообменник на трубу дымохода.

Теплообменник увеличивает КПД

Специфика работы

Сегодня выпускают теплообменники различных видов. В целом особенности их работы, как и характеристики конструкции, схожи. Свойства строения такого элемента:

  1. Наличие полного корпуса.
  2. Присутствие выходных и выходных патрубков.
  3. Тормозной механизм для продуктов сгорания. Его роль играют клапана с вырезами, которые устанавливаются на осях.

Заслонки можно поворачивать. Формируется зигзагообразный дымоход различной длины. Клапаны можно настраивать, чтобы соотношение тяги и теплообмена получалось максимально эффективным. Стандарты безопасности соблюдаются.

Выпускаются и простые модификации, которые не оснащены системой регулируемых клапанов.

В этом видео вы узнаете, как сделать теплообменник:

Правильный выбор материала

Лучше всего применять теплообменник из нержавеющей стали. Даже под воздействием больших температур физические характеристики металла остаются стабильными. Вот почему сварные швы кажутся достаточно крепкими, а при взаимодействии с кислородом формируют защитную пленку. Она стойко переносит кислотную среду. Говоря о применении цинка, при достижении температурных отметок 200 градусов он испаряется.

При показателе 500 градусов содержание паров в воздухе достигает критичных отметок. В то же время если имеется оцинковка, можно не волноваться. Правда, предельная температура не должна достигать отметки выше 200 градусов. Можно применять оцинкованный материал, так как он способствует усиленному смешению обтекающего устройство воздуха. Такого рода теплообменник неприменим для постоянного обслуживания, но чтобы согреть мансарду или баню — это оптимальный вариант.

Такой элемент можно установить легко и просто. Допускается его монтаж на простой буржуйке, фасад его облицовывают кирпичом, как и печь непосредственно.

Это интересно: дровяные чугунные печи для дачи.

Если выполнить укладку материала на ребро, конструкция не будет шаткой.

Предназначение элемента

Теплообменник используется для забора тепловой энергии, идущей через дымоход. Источником является нагретый воздух. Особенности конструкции агрегата зависят от:

  • формы и диаметра трубы;
  • материала изготовления;
  • мощности носителя и прибора, генерирующего тепло.

Выделяют воздушные и жидкостные модификации. Первая имеет более примитивное устройство, но не считается самой эффективной. Для нее требуется качественный материал.

Жидкостный теплообменник имеет форму металлического змеевика. Он контрастирует с внутренней плоскостью дымохода и отличается высоким показателем теплопроводности. Змеевик находится в корпусе из металла для безопасности применения и оптимального теплообмена. Его изолируют с внутренней стороны негорючим утеплителем. Чаще это базальтовая вата.

Теплообменники различаются по материалу, из которого они сделаны

Конструкция обустраивается на дымоходе. Через корпус проводят наружу края змеевика и подсоединяют к системе отопления. В верхней области устанавливается расширительный бачок. Трубка из меди лучше всего годится для изготовления змеевика. К тому же этот элемент отличается высоким КПД, а потому габариты у него в разы меньше, чем у стальных изделий.

Сначала идет нагрев жидкости с ее последующим расширением. После этого она перемещается по змеевику и направляется в радиатор. Здесь теплая вода вытесняет прохладный теплоноситель, нагрев которого осуществляется повторно в змеевике. Наблюдается постоянная циркуляция теплоносителя в системе.

Чтобы этот процесс проходил максимально точно, необходимо подсчитать диаметр и длину элемента, а еще в точности определить угол наклона обратки и подачи. Все эти особенности важно учитывать не столько ради того, чтобы устройство продолжало работать, сколько ради предотвращения гидроудара, последствия которого могут быть неблагоприятными. В то же время у описываемого вида теплообменника есть определенные минусы:

  1. Проблемы при обустройстве и проведении расчетов.
  2. Контроль температурного режима и показателей давления, носящий постоянный характер.
  3. Значительный расход теплоносителя. Он вызван испарением влаги из расширительного бака. Зимой при использовании водяной системы приходится жидкость сливать.
  4. Существенное понижение температуры отходящих газов, из-за чего топливо может сгорать не полностью с одновременным снижением тяги.
Невзирая на все эти недостатки, указанный теплообменник способен сделать всякий человек, который умеет обращаться с инструментом и обладает знаниями физики.
У подобного агрегата имеются минусы

Воздушное устройство

Такая конструкция включает металлический корпус. На нём установлены входные и выходные патрубки. Воздушный теплообменник на дымоход функционирует предельно просто. Холодный воздух идет в патрубке, после чего поступает в отапливаемую комнату из верхней области теплообменника.

Это происходит после его нагрева. Такая особенность обеспечивает большую эффективность устройства для генерации тепла и ощутимую экономию топлива. Сделать теплообменник на дымоход своими руками вполне возможно, имея болгарку и аппарат для сварки. Придется запастись еще и металлическими трубами. Понадобятся:

  • металлические листы размером 350×350×1 мм;
  • 2 трубы по 50 мм в диаметре и еще одна длиной 2,4 м;
  • емкость из металла объемом 20 л.

Сначала на трубу дымохода изготавливают торцевые детали. Для этого вырезают в металлических листах окружности. Диаметр емкости должен совпадать с аналогичным показателем у заглушек. В их середине вырезают отверстия для проведения центральной трубы диаметром 60 мм. По краям наносят разметку и проделывают отверстия для трубы. В общей сложности должно получиться 2 окружности.

Разрезают трубу длиной 2,4 м на 8 фрагментов по 30 см в длину. На отверстие посередине заглушек приваривается фрагмент трубы диаметром 60 мм и длиной 300 мм. Приваривают 8 отрезков из нее по кругу.

Из подготовленной емкости дальше необходимо соорудить корпус теплообменника на трубу дымохода в баню или другое помещение. Для этого отрезают болгаркой дно тары. По центральной линии полученной трубы для выхода дыма делают отверстия с боковых частей корпуса. Сюда направляются патрубки подходящего диаметра и привариваются. Готовый сердечник вставляют в корпус и фиксируют его на кожухе сваркой. Когда конструкция будет готова, надо покрыть ее огнестойкой краской. Вслед за этим остается лишь поставить теплообменник на трубу дымохода для отопления.

Гофра и оловянная труба

Гофра представляет собой экономичный вариант. Берут 3 гофрированные трубы из алюминия и устанавливают вокруг дымохода. Воздух прогревается от стенок последнего. Его можно перенаправлять в любую комнату. Чтобы добиться максимальной теплоотдачи, можно заворачивать трубы в слой фольги.

Есть возможность установки своими руками теплосъемника, функционирующего по типу колпаковой печи. Теплый воздух направляется вверх, после чего медленно опускается. В большинстве случаев металлическая труба греется до такой степени, что прикосновение к ней может привести к ожогам. В указанном случае теплообменник на дымоход для отопления незаменим, так как он снижает вероятность появления таких травм, а также пожаров. Некоторые мастера практикуют облицовку сеткой с камнями. Это не только декоративный прием, но и способ удержать ещё больше тепла. Мансардное помещение становится теплым и уютным.

Труба на олове также обустраивается просто. Дымоход оборачивают ею, после чего она начинает нагреваться. Воздух, который циркулирует в такой трубе, становится тёплым. Аргоновой или полуавтоматической сваркой приваривают спираль.

Дымоход следует обработать ортофосфорной кислотой для удаления жира.

Обустроить хороший теплообменник на дымоход своими руками несложно. Надо запастись качественными инструментами и материалами. Создав такое приспособление самостоятельно, можно сделать жилище тёплым, а также сберечь немало денег.

водонагреватели и бойлер электрический, что такое и как использовать

К числу ключевых элементов отопительной системы можно отнести такие агрегаты, как теплообменники для отопления, а также бойлер или водонагреватель. Бойлер – это емкость достаточно большого объема, под или в которой располагается источник тепла. Для нагревания воды может использоваться либо водяной, либо паровой теплообменник. Этот прибор оборудован специальным отопительным котлом, задача которого заключается в нагреве воды, циркулирующей в замкнутом пространстве. Такие устройства получили название водонагревателей (бойлеров) косвенного нагрева.

Типы теплообменников

Функции теплообменников для котлов достаточно многочисленны и важны, поскольку именно от данного прибора во многом зависит назначение и конструкция самого используемого котла. Кроме этого с помощью теплообменника холодный теплоноситель получает необходимый объем тепла от уже нагретого. Еще одна важная функция: устройство осуществляет передачу энергии тепла от теплоносителя к санитарной воде, а также от сгораемого газа непосредственно к теплоносителю.

В зависимости от способа передачи тепла жидкостям выделяют следующие виды теплообменников:

  1. Первичный – передача энергии осуществляется от газа к теплоносителю;
  2. Вторичный (водоводяной) – передача энергии осуществляется от жидкости к теплоносителю;
  3. Битермический (совмещенный), особенностью которых является двойной обмен тепла от теплоносителя к воде и от газа к теплоносителю.

Первичный

Первичный теплообменник – это достаточно большая медная труба, которая изогнута в одной плоскости в виде змеевика. В этой же плоскости располагаются пластины различного размера, выполненные из меди. Для предотвращения появления ржавчины поверхность данного агрегата покрыта специальной защитной краской. Мощность первичного теплообменника для отопления в первую очередь зависит от количества ребер и длины трубы.

В большинстве случаев такие приборы обладают примерно одинаковым конструктивным решением, различия же заключаются в способе подключения трубы, в размерах самого теплообменника, а также его мощности. Стоит отметить, что процесс обмена теплом между теплоносителями может быть существенно затруднен в случае загрязнения копотью и грязью.

Не меньшее отрицательное влияние оказывают и отложения солей внутри самого агрегата, препятствующие прохождению воды через бойлер. Это является следствием нарушения циркуляции теплоносителя, а также уменьшения теплопроводности стен прибора. По этой причине необходимо в профилактических целях заниматься своевременным обслуживанием теплообменника для отопления дома, а также выполнять его промывку и очистку.

Специалисты рекомендуют вместе с теплообменником покупать также и фильтры, которые помогут справиться с лишними отложениями и увеличить срок их полезного использования.

Вторичные

Вторичные теплообменники (они также получили название теплообменники горячего водоснабжения – ГВС), отличаются специальными пластинами, которые соединены друг с другом. Данные пластины производятся из нержавеющей стали. Подобные приборы чаще всего устанавливаются в котлах Linea (Bongioanni), Mini kW, Major kW (Immergas), а также Micra 2 (Hermann).

Водоводяной прибор позволяет рассчитывать на необходимый теплообмен благодаря высокому уровню теплопроводности пластин, а также большой площади теплообмена. Таких показателей удается достичь даже несмотря на тот факт, что скорость потока носителя тепла достаточно велика.

Однако благодаря большой скорости практически полностью исключена вероятность появления солей и отложений на стенках. Благодаря некоторым особенностям конструкции, водоводяной теплообменник отличается особыми качествами. К примеру, от количества пластин напрямую зависит мощность и площадь теплообмена. Кроме этого, в остальных разновидностях теплообменников холодная вода и теплоноситель двигаются навстречу, тогда как здесь направление их движения полностью совпадает.

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.

Если используется битермический теплообменник для отопления дома, то отпадает необходимость в установке таких гидравлических отопительных агрегатах, как вторичный теплообменник и трехходовой клапан.

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.

Бойлеры косвенного нагрева

Если же говорить непосредственно о водонагревателях и электрических бойлерах, то стоит отметить, что наибольшей популярностью пользуются бойлеры косвенного нагрева. Может быть несколько основных источников нагрева теплоносителя – нагревательная газовая горелка, которая находится под бойлером, трубчатый электронагреватель внутри него, а также тепло системы отопления. Емкость, в которой осуществляется непосредственно процесс нагревания, с внешней стороны защищена специальным кожухом, а также слоем теплоизоляции, чтобы через водонагреватель не происходило дополнительных теплопотерь.

Нагревательный прибор соединен с пультом управления, который обязательно оснащен специальным датчиком для проверки температуры. В качестве такого датчика зачастую выступает биметаллический термостат. Если датчик сигнализирует о том, что температуры ниже нормы, то автоматически начинается нагрев жидкости.

Бойлеры закрытого типа

Выделяют две разновидности водонагревателей для отопления – открытые и закрытые. Закрытые бойлеры нашли свое применение в централизованной системе водоснабжения. В таких устройствах используются различные металлы (медь, нержавеющая сталь, эмалированная сталь) для изготовления бойлеров для отопления.

Стоит отметить, что подобные водонагреватели отличаются повышенным давлением, причиной которого является расширение жидкости во время нагревания.

Во избежание поломок агрегата и выхода его из строя используется специальный расширительный бак, который предназначен для излишков воды. К тому же такой бак может быть дополнительно оборудован термосмесителем, манометром, а также редуктором давления.

Открытые бойлеры

Открытые водонагреватели для отопления отличаются в первую очередь тем, что они могут снабжать горячей водой лишь одну водоразборную точку, для чего используется специальное оборудование под названием спецсмеситель. При включении спецсмесителя подключение теплообменника к магистральной трубе перекрывается. Давление сетевой воды достаточно велико именно на входе в нагреватель, а не на выходе из него. В результате этого компании-производители имеют возможность использовать не самые прочные и дорогие материалы для создания нагревательной емкости, поскольку давление на стенки емкости не самое высокое.

Кроме этого, данная арматура призвана исполнить роль группы безопасности и расширительного бака, сливая лишнюю воду в раковину при ее расширении. Закрытые бойлеры также могут быть оборудованы подобным спецсмесителем, однако открытые бойлеры для отопления дома без данного агрегата функционировать не смогут.

Нюансы подачи холодной воды

Напоследок отметим, что не нагретая вода должна подаваться под очень высоким давлением в емкость, чтобы уже нагретая жидкость начала выливаться из бойлера – лишь в этом случае можно утверждать, что водоразбор успешно завершился. Ведь если давление воды на входе очень маленькое, то горячая вода не сможет покинуть бак, поскольку трубка для выхода нагретой жидкости находится в самой высшей точке нагревателя. Холодная вода заливается с нижней части, причем благодаря специальному приспособлению – штуцеру – эта жидкость стелется на дне бойлера.

Таким образом, имеется несколько видов водонагревательных элементов, которые предназначены для нагрева воды и ее подачи. Каждая из этих разновидностей отличается собственными достоинствами и недостатками, и лишь потребитель решает, какой из бойлеров является оптимальным именно для его системы.

Самостоятельное изготовление теплообменника

Теплообменник вполне доступен для самостоятельного изготовления, что неоднократно использовалось многими домашними умельцами для создания этого агрегата отопления с минимальными финансовыми затратами. Если рассматривать основные типы теплообменников, изготовленные своими силами, можно выделить следующие их разновидности: выполненные собственными руками бойлеры открытого типа и расположенные вблизи источника тепла змеевики.

Вариант первый

В первом случае используется любая открытая емкость, имеющая достаточную прочность для накопления воды под нормальным давлением. Нагрев в таком изготовленном своими руками агрегате осуществляется с помощью погружения в емкость источника передачи тепла. Такие конструкции популярны для получения горячей воды в небольших загородных домах и других постройках для временного использования.

Вариант второй

Второй тип доступных для изготовления своими руками теплообменников представляет собой изогнутую трубу (змеевик), которую пропускают в непосредственной близости от котла отопления, домовой печи либо другого источника высокой температуры. Вода в трубе нагревается косвенным путем и поступает потребителю.

Как и из чего сделать теплообменники своими руками.

Теплообменник, змеевик – непонятные для многих слова, которые никак не связаны с представлением об этих предметах. Радиатор, батарея, полотенцесушитель – более понятны, потому что эти предметы мы видим и пользуемся ими каждый день. Между тем, это ведь тоже теплообменники, один из многочисленных их видов.

   Что такое – теплообменник.

Понятно, что, не выяснив, что же такое теплообменник  и принципов его работы, мы вряд ли сможем его сделать или применить в качестве теплообменника что-либо другое.

Если говорить простыми словами, теплообменник – это устройство для обмена энергией между различными средами, не имеющее собственного источника энергии. Т.е. печка – это не теплообменник, а тепловой щит или лежанка, через которые проходят дымовые газы от печки, и которые греют воздух в помещении, — это теплообменники.

Элементарный теплообменник мы сооружаем, когда хотим    охладить бутылки с пивом в раковине мойки, используя холодную воду из водопровода. При этом наше пиво охлаждается, а вода наоборот – нагревается.

Из определения теплообменника можно сделать выводы по оценке и увеличению его эффективности. Получается, что эффективность теплообменника зависит:

— от разницы температур между средами: чем больше разница, тем больше передается энергии.

— от площади соприкосновения различных сред с теплообменником, чем больше – тем лучше.

— и от теплопроводности материала самого теплообменника: чем лучше материал проводит тепловую энергию, тем эффективней теплообменник.

По сути, любая труба, в которой течет вода (или другая жидкость) с температурой отличной от температуры окружающей среды (воздуха или тоже жидкости) – является теплообменником.

   Как сделать теплообменник.

Получается, что если мы возьмем какое-то количество метров трубы, свернем её в кольца и запихнем в бочку, выведя наружу вход и выход этой трубы, мы получим теплообменник, который будет, либо греть воду в бочке, либо охлаждать, в зависимости от того, что нам нужно (обычно – греть).

Теперь, неплохо бы выяснить, какое именно количество метров трубы равно по мощности, например, 1,5 кВт ТЭНу. И вот тут на первое место выступает теплопроводность материала, из которого сделана труба. При прочих равных, а именно: диаметр трубы – 20 мм, разность температур ~ 40оC, получается, что металлопластиковой трубы нам понадобиться  больше 4300 метров (коэффициент теплопроводности равен – 0,3), стальной – 25 метров (50), а медной – 3,5 метра (380). Вот такая вот арифметика. Вполне естественно, что лучший выбор материала для теплообменника – это медная отожженная труба, которая легко гнется, и к ней без особого труда можно присоединить резьбовой фитинг с помощью обжимного соединения (можно и припаять, но это на любителя). В этом случае у нас получится теплообменник змеевикового типа.

Своими руками, кроме змеевиков, можно сделать теплообменник типа «водяная рубашка». Это когда теплообмен происходит между двумя герметичными емкостями, вложенными одна в другую. Такой теплообмен часто используется в небольших твердотопливных котлах систем отопления. Недостатком таких теплообменников является небольшое эксплуатационное давление, на которое они обычно рассчитаны. Изготовить их сможет, пожалуй, только опытный сварщик. На «коленке» из подручных материалов сделать такой теплообменник очень проблематично.

И уж совсем сложно сделать один из самых эффективных теплообменников типа «трубная доска» из-за большого количества вальцовочных соединений. Этот теплообменник представляет собой три герметичных емкости, две из которых, по краям, соединены между собой трубами развальцованными в торцах этих емкостей. Теплообмен происходит в средней части при движении жидкости от одного края к другому.

Что еще можно использовать в качестве теплообменника.

Если негде достать медную трубу, а во дворе присутствует небольшая свалка металлолома, то можно попробовать найти какую-нибудь альтернативу. Например, полотенцесушители – прекрасно подойдут на роль змеевика в самодельном теплообменнике. Подойдут старые радиаторы системы отопления, лишь бы не текли. Автомобильные радиаторы и радиаторы автомобильных печек – это тоже готовые теплообменники, которые можно использовать как греющий элемент, придумав переходники для них, и ,если нужно, объединив их для увеличения общей площади теплообмена.

Прекрасные теплообменники получатся из старых газовых водогрейных колонок, тем более, что при этом практически ничего переделывать не нужно.

Принцип действия любого теплообменника везде, где бы он не находился, одинаков, поэтому, в зависимости от конкретных условий, он может греть или охлаждать любую среду: жидкость, газ или твердое вещество. Все зависит от задачи, которую наш теплообменник должен будет решать, и от вашей инженерной фантазии.

Теплообменник с тепловыми трубками: Воздухо-воздушный теплообменник

Характеристики:

  • Экономия энергии более 40%, холодный или жаркий климат
  • Отсутствие перекрестного загрязнения между изолированными воздушными потоками
  • экономически улучшает качество воздуха в помещении
  • Быстрая окупаемость инвестиций за счет экономии энергии
  • Уменьшение требований к обогреву или охлаждению
  • Полностью пассивный, без движущихся частей и обслуживания системы
  • Разработанная эффективная и компактная конструкция

Области применения: Выделенные установки вне помещений в соответствии с ASHRAE 90.1 рекомендации по установке

  • Больницы и медицинские учреждения
  • Лаборатории государственных учреждений (без перекрестного заражения)
  • Муниципальные гаражи (где может быть взрывоопасная атмосфера)
  • Театры
  • Фитнес-центры
  • Университеты
  • Кондо / Отели
  • Еда и рестораны

Оптимизируйте свои специализированные установки для наружного воздуха

Снижение общих требований к отоплению и охлаждению системы HVAC: размер систем отопления и / или охлаждения может быть уменьшен в зависимости от эффективности нашего теплообменника с воздушно-воздушной трубкой.Дорогой нагретый или охлажденный воздух, покидающий предприятие, теперь можно безопасно рекуперировать и пассивно передавать для повышения производительности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Соответствие стандартам и кодам: Теплообменники с тепловыми трубками ACT позволяют разработчикам систем HVAC соответствовать стандартам ASHRAE 62.1 и 90.1, повышая комфорт здания и экономя владельцу здания тысячи долларов в год.

Легко определяется: Теплообменники с тепловыми трубками серии ACT-HP-AAHX имеют конструкцию с тонким профилем планировщика. Тонкий профиль обеспечивает простоту установки в новое или существующее оборудование AHU, в промышленных или коммерческих энергетических приложениях.Несколько отдельных герметичных тепловых трубок большой емкости обеспечивают надежную работу в течение всего срока службы. Размер каждой установки оптимизирован для обеспечения максимальной практической передачи БТЕ / час между воздушными потоками.

Уход и эксплуатационные расходы: поскольку наши системы рекуперации энергии полностью пассивны (отсутствие внешней электроэнергии для работы), ваша экономия энергии увеличивается год за годом. Нет никаких требований к периодическому техническому обслуживанию, необходимых для типичных условий эксплуатации, за исключением содержания катушек тепловых трубок в чистоте от пыли и мусора.

Опции управления

Эти системы позволяют производить рекуперацию энергии круглый год.

AAHX с регулируемым наклоном для рекуперации энергии через сезон
    • Для отвода тепла в обратном направлении змеевик можно наклонять
    • Tilt также помогает размораживать выхлопные газы зимой или для обслуживания
    • Повышенная производительность в любое время года с оптимизированной возможностью наклона
Теплообменник с рекуперацией энергии с разделенным контуром и насосом
    • Совместимость с большими системами или дистанционными
    • Контроль температуры опционально
    • Компактная упаковка и большая гибкость дизайна

Все, что вам нужно знать о теплообменниках воздух-воздух (AAHX)

Что такое AAHX?

БЛОГ: ПРАВИЛЬНАЯ СИСТЕМА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЗАВИСИТ ОТ ВАШИХ ПОТРЕБНОСТЕЙ В КАЧЕСТВЕ ВОЗДУХА

AAHX — теплообменник с воздушно-воздушными трубками.Они обычно используются в приложениях, где есть вытяжной поток. Воздух, который выпускается из здания для поддержания благоприятного качества воздуха в помещении, был охлажден (летом) или нагрет (зимой) до типичной температуры помещения от 70 до 75 ° F. Этот поток выхлопных газов и AAHX можно использовать для предварительного охлаждения или подогрева входящего наружного подпиточного воздуха. Летом, когда температура на улице выше температуры выхлопного потока 75 ° F, AAHX будет предварительно охлаждать наружный воздух. Зимой, когда температура снаружи ниже температуры выхлопного потока 70 ° F, AAHX будет предварительно нагревать наружный воздух, обмениваясь энергией в AAHX.

Что означает эффективность AAHX?

Эффективность теплообменника с тепловыми трубками воздух-воздух — это отношение переданной энергии к максимально возможному количеству энергии, которое может быть передано в условиях, в которых он находится. Для разумных устройств, таких как теплообменники с тепловыми трубками, эффективность обычно указывается как температурная эффективность. Для типичного применения в жилых зданиях наружный воздух, необходимый для вентиляции, может входить при температуре 90 ° F, а температура выходящего воздуха — 75 ° F.Максимальная разница температур составляет 90-75 = 15 ° F.

В приложении AAHX скорость потока через змеевик предварительного охлаждения и змеевик повторного нагрева обычно почти одинакова, хотя это и не обязательно. Фактически, в большинстве систем вентиляции зданий будет больше наружного воздуха по сравнению с вытяжным воздухом, потому что часть воздуха теряется через вытяжные воздуховоды без каналов, такие как двери и окна, вентиляторы в ванных комнатах и ​​т.д. отношение расхода оцениваемой стороны к меньшему из двух расходов.

Давайте посмотрим на пример. Наружный воздух с температурой 90 ° F втягивается в здание со скоростью 10 000 кубических футов в минуту и ​​предварительно охлаждается до 80 ° F с помощью AAHX. Отработанный воздух с температурой 75 ° F удаляется из здания со скоростью 8000 кубических футов в минуту. Следовательно, 90-75 = 15 ° F — это максимально возможная разница температур, которая может быть достигнута. Фактическая разница температур предварительно охлажденного воздуха составляет 90-80 = 10 ° F. Таким образом, температурная эффективность потока наружного воздуха составляет (10,000 / 8,000) x (90-80) / (90-75) = 83,3%. Температура вытяжного воздуха составит 83.3% = (8,000 / 8,000) x (X-75) / (90-75) или X = 87,5 ° F.

Является ли более высокая эффективность AAHX лучше, чем более низкая эффективность AAHX?

Для приложений, пытающихся добиться максимальной рекуперации энергии, верна поговорка «чем больше, тем лучше». Например, в наиболее распространенном применении AAHX, рекуперации энергии из воздушного потока вентиляции здания, максимальная рекуперация является наилучшей. Следовательно, AAHX обычно представляют собой 6, 8 или 10 рядов тепловых трубок. Выбор рядов зависит от соображений стоимости и способности преодолеть дополнительный перепад давления в системе.

Как можно управлять AAHX?

AAHX, как и все теплообменники с тепловыми трубками, полагаются на силу тяжести для возврата жидкого хладагента от конденсаторного (холодного) конца теплообменника с тепловыми трубками к (теплому) концу испарителя. В горизонтальном приложении, где воздуховоды расположены рядом, если AAHX идеально выровнен, он будет работать в обоих направлениях; однако, если тепловая трубка находится вне уровня даже на минимальное расстояние, жидкость будет течь под действием силы тяжести только в одном направлении, что делает ее полезной только в течение одного сезона.

Чтобы решить эту проблему и обеспечить метод управления, в комплект AAHX часто входит механизм наклона. Кожух AAHX в центре внизу спроектирован с отверстием для вала номинальным диаметром 1 дюйм. Вал устанавливается на прочную опорную плиту из стального канала через опорный подшипник. Вторичный, неподвижный кожух построен на опорной плите примерно на 4-6 дюймов больше, чем кожух змеевика. Соединители для гибких воздуховодов используются для соединения наклонного змеевика с неподвижной рамой, обеспечивая отсутствие перекрестного загрязнения.Электрический привод используется для наклона AAHX примерно на один дюйм вверх и вниз. Летом его наклоняют так, чтобы поток наружного воздуха был слабым, а зимой он наклоняется так, чтобы поток выхлопных газов был слабым. Регулировку наклона можно использовать в любое время для отключения теплообменника. Часто эта функция используется для размораживания змеевика, замерзшего в очень холодных условиях.

Что такое термосифон с разделенным контуром AAHX?

В конструкции теплообменной системы с пассивным разделением контура (SLT) AAHX змеевики предварительного охлаждения и повторного нагрева — это не одна сплошная плоская плита с центральным разделителем.Фактически, две секции змеевика могут быть разделены множеством футов и / или ориентированы под углом друг к другу. В SLT AAHX трубки змеевика диаметром ½ дюйма повернуты на 90 °, так что трубки змеевика расположены вертикально. Каждый ряд вертикальных труб впаян в верхний и нижний коллектор. Верхний коллектор представляет собой паровую трубку, которая будет передавать испаренный пар из змеевика предварительного охлаждения в змеевик повторного нагрева. Нижний коллектор представляет собой жидкостную трубку, которая будет возвращать сконденсированную жидкость из змеевика повторного нагрева в змеевик предварительного охлаждения.Змеевик подогрева расположен немного выше змеевика предварительного охлаждения, так что жидкость может возвращаться под действием силы тяжести. Когда жидкость закипает в змеевике предварительного охлаждения, образующийся пар естественным образом поднимается и движется к змеевику повторного нагрева, чтобы конденсироваться и замкнуть контур.

Управление является простым и рентабельным, поскольку в паропроводе между змеевиками предварительного охлаждения и повторного нагрева помещается шаровой клапан с приводом от класса хладагента. Закрытие клапанов останавливает поток пара, по существу отключая SLT. Клапаны могут быть добавлены ко всем или только к некоторым контурам катушек для отключения различных пропорций устройства для более полного контроля.

Существуют ли какие-либо ограничения на конструкцию термосифона с разделенным контуром AAHX?

Термосифоны с разделенным контуром полагаются на кипение хладагента в вертикальных трубках, чтобы поддерживать всю длину трубки, увлажненной жидкостью, готовой к испарению. Если трубки слишком длинные, сила тяжести предотвращает разбрызгивание жидкости в верхнюю часть трубок при кипении. Эти области больше не эффективны для испарительной теплопередачи. Следовательно, SLT ограничены ребрами примерно 36 дюймов в вертикальном направлении.Если требуется больше, единицы складываются.

Существуют ли какие-либо онлайн-инструменты для выбора, которые помогут разработать AAHX?

Онлайн-инструмент / калькулятор AAHX для выбора

ACT можно использовать для проектирования и оценки характеристик AAHX в различных условиях. Его можно найти по адресу www.1-ACT.com/HVAC/AAHX . Не требуется вход в систему или настройка учетной записи. Просто введите размеры змеевика (высоту оребрения и длину оребрения), скорость потока, условия воздуха на входе и желаемую температуру воздуха на выходе.Нажмите на расчетное дно. Результаты доступны в формате .pdf, или вы можете отправить результат в ACT для проверки. Вы также можете перевести калькулятор в «режим нормы» и зафиксировать количество рядов и ребер на дюйм, чтобы увидеть, как конкретная конструкция будет работать в различных условиях.

Теплообменники и тепловые трубы (Энергетика)

Аннотация

В этой статье дается обзор конструкции и работы теплообменников и тепловых труб. Обсуждаются различные типы теплообменников, включая теплообменники с концентрическими трубами, с перекрестным потоком и кожухотрубные теплообменники. Кратко обсуждаются методы анализа с поправками и геометрическими факторами для сложных конфигураций. Более подробно описаны конденсаторы и испарители. Тепловые трубы — это дополнительные типы теплообменных устройств, в которых в трубчатой ​​конструкции используется пористый фитильный материал. Обсуждаются характеристики и работа тепловых трубок. Обозначены ограничения капиллярного, уносового, звукового воздействия и условий кипения с учетом их влияния на характеристики тепловой трубы.

ВВЕДЕНИЕ

Теплообменники — это устройства, позволяющие обмениваться энергией между потоками жидкости при различных температурах. Они обычно используются во многих приложениях, включая производство электроэнергии, накопление энергии, системы кондиционирования воздуха, обработку материалов и многие другие. Некоторые распространенные конфигурации включают теплообменники с концентрическими трубами, с перекрестным потоком и кожухотрубные теплообменники (см. Рис. 1 и 2). Еще одно широко используемое устройство для теплообмена — тепловая труба, для таких приложений, как терморегулирование космических аппаратов и управление тепловой энергией в микроэлектронных сборках.В этой статье объясняются основные принципы работы теплообменников и тепловых труб.

В теплообменнике с концентрическими трубками внутренняя жидкость протекает через внутреннюю трубку, а внешний поток проходит через кольцевую область между внутренней и внешней трубками. В конфигурации с параллельным потоком внешняя жидкость течет в том же направлении, что и внутренний поток. В противном случае, если внешняя жидкость течет в направлении, противоположном внутреннему потоку, это называется противоточным теплообменником.Для анализа теплообменников обычно требуются эмпирические методы или методы компьютерного моделирования.

Теплообменник с поперечным потоком состоит из внешнего потока, проходящего по трубам, несущим жидкость, которая, , течет в направлении, перпендикулярном поперечному потоку. Примером такого типа теплообменника является радиатор автомобиля, где внешний и внутренний потоки состоят из воздуха и воды соответственно. Трубки часто покрыты ребрами или другими кольцевыми насадками для увеличения скорости теплопередачи между различными потоками жидкости.Для систем, в которых потоки текучей среды отделены друг от друга ребрами или перегородками, конфигурация называется несмешанной, тогда как смешанная конфигурация позволяет полностью перемешивать потоки текучей среды во внешнем поперечном потоке.

Другой распространенный тип теплообменника — кожухотрубный теплообменник. В этом случае конфигурация состоит из трубы с внешней оболочкой, в которую жидкость входит через один конец, проходит по внутренним трубкам, по которым переносится жидкость с другой температурой, и выходит через другой конец.Перегородки часто размещаются перпендикулярно внутренним трубам для улучшения перемешивания и турбулентности внешнего потока жидкости. Перегородки относятся к перфорированным пластинам, которые препятствуют некоторой области внешнего потока, направляя поток вокруг оставшихся непокрытых участков. Конденсаторы на электростанциях — распространенные примеры кожухотрубных теплообменников. В этих конденсаторах внешний поток представляет собой пар, который конденсируется и уходит в виде воды после теплообмена с внутренними трубками, по которым проходит холодная вода.

Теплообмен происходит между жидкостями при разных температурах или фазах. В случае теплообмена между жидкостями одной и той же фазы, но при разных температурах, тепло, полученное более холодным потоком жидкости, уравновешивает тепло, потерянное более горячим потоком жидкости, за вычетом любых внешних тепловых потерь в окружающую среду (часто предполагаемых незначительными). Расстояние и упаковка трубок в теплообменниках варьируется в зависимости от области применения. Плотность поверхности характеризует эту насадку в зависимости от количества и диаметра трубок внутри теплообменника. Уплотнение часто выражается в виде гидравлического диаметра трубок Dh.Типичный диапазон составляет 0,8 см

АНАЛИЗ ТЕПЛООБМЕННИКА

Теплообмен между двумя потоками жидкости в теплообменнике с концентрическими трубками зависит от общего коэффициента теплопередачи между обоими потоками, включая тепловое сопротивление из-за конвекции, загрязнения (из-за примесей жидкости, таких как образование ржавчины) и проводимости через стенка трубы.Частая очистка поверхностей теплообменника необходима для уменьшения и сведения к минимуму неблагоприятных последствий загрязнения, таких как повышенное падение давления и снижение эффективности теплопередачи. Ребристые поверхности создают дополнительное тепловое сопротивление в теплообменнике. Эти эффекты часто моделируются на основе эффективности поверхности оребрения, которая включает в себя эффективность теплообмена через ребро, а также теплопередачу через базовую поверхность (между ребрами).

Фиг.1 Типы теплообменников.

Используя аналитические методы для основных конфигураций теплообменников с параллельным потоком, общий теплоперенос от потока горячей текучей среды к холодному потоку между входом (1) и выходом (2) может быть легко определен на основе заданных (или измеренных) ) перепады температур А7 \ и АТ2. Аналогичный анализ можно провести как для теплообменников с параллельным, так и с противотоком. В теплообменнике с параллельным потоком наибольшая разница температур наблюдается между двумя входящими потоками жидкости.В продольном направлении теплопередача от горячего потока к холодному снижает разницу температур между жидкостями. Но в противоточном теплообменнике разница температур увеличивается в направлении потока, поскольку температура входящего потока холодной жидкости увеличивается из-за передачи тепла от горячего потока, текущего в противоположном направлении. Противоточный теплообменник обычно считается более эффективным, поскольку для достижения той же скорости теплопередачи требуется меньшая площадь поверхности (при условии эквивалентных коэффициентов теплопередачи между потоками текучей среды).

Прогнозируемые результаты для теплообменников с параллельным и противотоком можно распространить на более сложные геометрические конфигурации, , такие как теплообменники с перекрестным потоком и кожухотрубные теплообменники, после умножения скорости теплопередачи на поправочный коэффициент F. , который обычно основан на экспериментальных данных для учета перегородок и других геометрических параметров. Значение F зависит от типа теплообменника. Например, F = 1 для однопроходного однотрубного теплообменника.Для более сложных схем значения F обычно представлены в виде таблиц и графических изображений. Например, результаты поправочных коэффициентов для различных конфигураций теплообменников были представлены и графически проиллюстрированы Bowman et al. [1] Incropera и Dewitt, [5] и другие. Стандарты Ассоциации производителей трубных обменников (6-е издание, Нью-Йорк, 1978) предоставляют дополнительные результаты в терминах алгебраических выражений или графических представлений.

Фиг.2 Кожухотрубный теплообменник.

Конкурирующие влияния перепада давления и теплообмена являются важными факторами при проектировании теплообменника. Больших скоростей теплопередачи обычно можно достичь за счет увеличения упаковки трубок внутри теплообменника или использования перегородок или других устройств повышения температуры. Но это происходит за счет повышенного падения давления, что является невыгодным из-за дополнительной насосной мощности, необходимой для перемещения жидкости через систему с заданным массовым расходом.С другой стороны, меньшее количество теплообменных трубок может привести к меньшему падению давления, но часто за счет более низкой теплопередачи по сравнению с конструкцией с высокой плотностью поверхности. Таким образом, оптимизация служит для обеспечения эффективного баланса между теплообменом и потерями давления. Эмпирические корреляции часто используются для прогнозирования падения давления в теплообменниках с точки зрения дополнительных параметров, таких как скорость жидкости, отношение площади свободного прохода ребристых каналов к фронтальной площади теплообменника, коэффициент трения, длина потока. , и гидравлический радиус проточного канала (общий объем теплообменника, деленный на общую площадь поверхности теплопередачи).Значения коэффициентов трения были подробно задокументированы Кейсом и Лондоном [6] для различных теплообменников, включая ребристые и различные трубчатые конфигурации.

Пластинчато-ребристые теплообменники обычно используются в приложениях, связанных с теплообменом между газообразными потоками. Например, теплообменники типа «воздух-воздух» обычно основаны на схеме «пластина-ребро». Эти плавники подразделяются на различные типы, такие как гладкие, полосовые, штифтовые, перфорированные и другие.Подробные проектные данные, касающиеся этих типов теплообменников, изложены в Кейс и Лондоне. [6]

КОНДЕНСАТОРЫ И ИСПАРИТЕЛИ

Другими распространенными типами теплообменников являются конденсаторы и испарители, — двухфазные теплообменники, используемые в различных инженерных системах, таких как системы производства электроэнергии и охлаждения. Когда поток текучей среды испаряется или конденсируется внутри теплообменника и испытывает фазовое изменение, тогда обычно более полезно оценивать энтальпию (а не температуру) в энергетических балансах для анализа теплообменника.Температура жидкости может оставаться почти постоянной во время фазового перехода, даже если тепло передается между потоками жидкости. При вычислении разности энтальпий анализ теплопередачи будет включать в себя как скрытую, так и явную теплоту передачи энергии между различными потоками текучей среды в теплообменнике.

В отличие от ранее обсуждавшихся теплообменников с однофазными потоками, основная трудность при анализе конденсаторов и испарителей заключается в диапазоне режимов фазового перехода, испытываемых потоком текучей среды.Коэффициент теплопередачи зависит от локальной доли фазы, которая меняется на всем пути потока, поэтому коэффициент теплопередачи становится зависимым от положения. К сожалению, фазовое распределение обычно неизвестно, пока не будет получено решение для поля течения. Таким образом, необходима систематическая процедура анализа процессов теплопередачи в конденсаторах и испарителях.

Энергетический баланс включает энтальпию для компенсации скрытой теплоты фазового превращения, а также части явного тепла теплообмена. Жидкость, возможно, претерпевает различные режимы фазового перехода, поэтому длина трубки обычно подразделяется на дискретные элементы, а энергетические балансы применяются индивидуально для каждого элемента. После вычисления энтальпии в конкретном элементе ее значение может превышать значение энтальпии насыщенного пара при давлении потока. В этом случае энтальпия жидкости может использоваться для расчета температуры перегретого пара на основе таблиц термодинамических свойств или компьютерной таблицы значений перегретых свойств.В качестве альтернативы, удельную теплоемкость жидкости можно использовать для прогнозирования изменения температуры, соответствующего разнице энтальпий. Этот подход предполагает локально постоянное значение удельной теплоемкости, что требует достаточно небольшого изменения температуры между элементами. Этот метод можно использовать, когда жидкость существует полностью в виде перегретого пара, так как можно использовать удельную теплоемкость пара при средней температуре.

Однако, , если вычисленная энтальпия меньше энтальпии насыщенного пара, тогда необходимо качество (массовая доля пара в элементе).Обновленная оценка коэффициента конвекции может быть рассчитана на основе фракции фазы и соответствующего режима потока. Дополнительные эмпирические факторы (такие как коэффициент перехода) часто используются для определения режима потока и соответствующей корреляции для теплопередачи. Затем обновленный общий коэффициент теплопередачи может быть определен из фазовой доли и режимов потока.

Типичную численную процедуру для анализа двухфазных теплообменников можно резюмировать следующим образом: граничное условие сначала применяется внутри начального элемента трубы.Затем используется подходящая корреляция принудительной конвекции до элемента, в котором фазовый переход реализуется впервые. Затем для этого режима фазового перехода может быть выбрана соответствующая корреляция теплопередачи. Вблизи точек насыщенного пара или насыщенной жидкости можно использовать подходящую однофазную корреляцию со значениями свойств вдоль линий насыщенной жидкости и пара. Затем эту процедуру можно повторить для каждого элемента в домене. Для проблем с конденсацией или кипением может быть применена аналогичная процедура.В последнем случае (кипение) обычно используется карта двухфазного потока для определения режима потока на основе вычисленной доли фазы. Это отображение будет различать режимы потока, такие как волнистый, кольцевой и снарядный режимы потока.

Различные конструктивные особенности и аспекты технического обслуживания важны с точки зрения эффективной работы конденсаторов и испарителей. Пробирки должны легко очищаться на регулярной основе либо с помощью съемных водяных головок, либо с помощью других средств.Более высокая скорость потока внутри теплообменника может уменьшить загрязнение (накопление накипи и грязи на стенах), сократить время обслуживания и продлить срок службы теплообменника. Кроме того, более высокая эффективность работы может быть достигнута за счет размещения труб в штабелях с металлическим контактом между ребрами, чтобы обеспечить лучший отвод конденсата. Меньшее тепловое сопротивление возникает, когда на ребрах скапливается меньше жидкости, тем самым повышается термический КПД теплообмена. Кроме того, выгодна легкая и компактная конструкция, поскольку она требует меньше места и снижает трудности при установке и перемещении, а также часто снижает затраты, связанные с обслуживанием.

Еще одним важным фактором правильной работы конденсаторов и испарителей является безопасность. Для систем, работающих при давлении, отличном от окружающего давления окружающей среды (атмосферного), может произойти утечка. В процедурах технического обслуживания конкретные точки утечки могут быть обнаружены и устранены с помощью основного метода нанесения мыла или моющего средства щеткой на поверхности, где предполагается утечка, в результате чего образуются пузырьки, указывающие на точки утечки. В качестве альтернативы, повышение давления в системе и регистрация изменений давления с течением времени могут указывать на герметичность системы (но не обязательно на место утечки).Определенные химические утечки можно обнаружить индивидуально. Например, диоксид серы можно обнаружить по белому дыму, образующемуся при тесном контакте аммиака с местом утечки.

Рабочие материалы должны быть правильно подобраны в сочетании с рабочими жидкостями. Большинство хладагентов можно использовать в нормальных условиях с большинством металлов (таких как сталь, алюминий и железо), но некоторые материалы и жидкости никогда не следует использовать вместе. Примером является жидкость хлористого метила с алюминиевыми оболочками и трубками, которая может производить побочные горючие газы.Кроме того, при любых условиях эксплуатации необходимо полностью учитывать предел прочности на разрыв, твердость и другие свойства материалов, подвергшихся воздействию. Воздействие некоторых пластиковых материалов на хладагенты часто бывает трудно предсказать, особенно из-за быстрого роста количества и типов полимерных материалов. Эффективная общая конструкция конденсаторов и испарителей требует тщательного изучения как термических, так и материаловедческих аспектов.

ТЕПЛОВЫЕ ТРУБЫ

Тепловая трубка — это закрытое устройство, содержащее жидкость, которая передает тепло в изотермических условиях. Он работает за счет испарения жидкости в испарителе, переноса и конденсации пара и обратного потока жидкости за счет капиллярного действия через структуру фитиля обратно в испаритель. Из-за геометрических требований адиабатическая секция спроектирована таким образом, чтобы соответствовать ограничению расстояния между тепловой трубкой. Адиабатика подразумевает нулевую теплопередачу, как в хорошо изолированном участке. Тепловая энергия от внешнего источника передается рабочему телу в тепловой трубе в секции испарителя.В конце тепловой трубы может быть сконструирован буферный объем, вмещающий неконденсирующийся газ (например, гелий или аргон) для регулирования рабочей температуры на основе регулирования давления в инертном газе. Поток пара происходит через внутреннюю часть ядра тепловой трубы с высокими скоростями к секции конденсации (в некоторых случаях до 500 миль в час).

Вдоль внутренней стенки контейнера тепловой трубы расположен пористый фитильный материал с небольшими, случайными взаимосвязанными каналами для капиллярной откачки.Поры в фитиле действуют как капиллярный «насос», который действует аналогично обычному перекачиванию жидкостей в трубах с помощью насосов. Фитиль обеспечивает эффективное средство транспортировки жидкости обратно в испаритель за счет сил поверхностного натяжения, действующих внутри фитиля. Кроме того, он служит эффективным разделителем между паровой и жидкой фазами, тем самым позволяя переносить больше тепла на большие расстояния, чем другие системы труб (рис. 3).

Различные приложения используют тепловые трубы, включая системы рекуперации тепла, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC); охлаждение микроэлектроники; и терморегулирование космических аппаратов.Тепловые трубы в системах рекуперации тепла HVAC типа воздух-воздух позволяют эффективно хранить тепловую энергию, содержащуюся в выходящих дымовых газах. Тепловые трубки обладают ключевыми преимуществами по сравнению с традиционными технологиями, включая низкие эксплуатационные расходы (отсутствие движущихся частей), долгий срок службы и экономию средств. Другой пример — охлаждение микроэлектроники. Тепловые трубки могут быть в 1000 раз более токопроводящими, чем медные (при том же весе). Примеры включают портативные компьютеры, а также телекоммуникационное оборудование, которое успешно применяет тепловые трубки в своих тепловых конструкциях.Кроме того, тепловые трубки используются в нескольких приложениях для управления тепловым режимом космических аппаратов. Тепловые трубки используются в спутниках для передачи тепла, вырабатываемого электронным оборудованием, к радиационным панелям, которые рассеивают тепло в космос. Еще одно применение — это трубки в спутниках, которые обеспечивают эффективный контроль температур, необходимых для надежной работы электрических компонентов на спутнике.

В испарительной секции тепловой трубы тепло передается за счет теплопроводности от источника энергии через стенку контейнера и матрицу фитиля с жидкостью к границе раздела пар-жидкость.Затем жидкость испаряется на границе раздела пар-жидкость, и передача тепла происходит за счет конвекции пара (ламинарной или турбулентной) от испарителя к конденсатору. Температура пара приблизительно равна средней между температурами источника и стока на концах тепловой трубки. После конденсации пара на конце конденсатора происходит теплопередача за счет теплопроводности через матрицу фитиля к жидкости и стенку емкости к радиатору. Наконец, жидкий конденсат возвращается в испаритель через возвратный поток фитильной конструкции (обычно ламинарный).

Рис. 3 Схема тепловой трубы.

Рабочая жидкость и тип фитиля являются важными конструктивными факторами в тепловой трубе. Рабочая жидкость должна иметь высокую скрытую теплоту испарения, высокую теплопроводность, высокое поверхностное натяжение, низкую динамическую вязкость и подходящую температуру насыщения. Кроме того, он должен эффективно смачивать материал фитиля. Некоторыми типичными примерами рабочих жидкостей являются вода или аммиак при умеренных температурах или жидкие металлы, такие как натрий, литий или калий, при высоких температурах (выше 600 ° C).В типичном примере тепловой трубы с водой в качестве рабочего тела и материалом корпуса из медно-никелевого сплава осевой тепловой поток около 0,67 кВт / см2 при 473 K и поверхностный тепловой поток около 146 Вт / см2 при 473 K. генерируются. Для умеренных рабочих температур (например, 400-700 К) вода является наиболее подходящей и широко используемой рабочей жидкостью в тепловых трубках.

Интересно сравнить тепловые трубки с твердыми материалами по эффективной теплопроводности. Рассмотрим осевой тепловой поток в тепловой трубе, использующей воду в качестве рабочего тела при 200 ° C, в сравнении с тепловым потоком в медном стержне (длиной 10 см), испытывающем разницу температур 80 ° C.Для медного стержня при температуре 200 ° C тепловой поток на единицу площади можно оценить примерно в 0,03 кВт / см2. Напротив, осевой тепловой поток для водяной тепловой трубы в данных условиях составляет около 0,67 кВт / см2, поэтому тепловая труба передает тепло со скоростью, более чем в 20 раз превышающей скорость медного стержня. Этот пример показывает, что тепловые трубы могут быть полезны, поскольку обеспечивают более высокую эффективную теплопроводность материала.

В тепловой трубе надлежащая циркуляция жидкости поддерживается внутри тепловой трубы до тех пор, пока движущее давление (капиллярные силы) внутри фитиля превышает сумму потерь давления на трение (жидкость и пар) и потенциального (гравитационного) напора жидкость в структуре фитиля.Капиллярное действие в фитиле возникает из-за сил поверхностного натяжения на границе раздела жидкости. В фитильной структуре поток жидкости создается капиллярным действием из-за захвата жидкости внутри фитильной структуры. Пространственные различия капиллярного давления (из-за разной кривизны жидких менисков) вызывают капиллярный поток. Другое падение давления происходит, когда жидкость течет (обычно ламинарно) через канавки в фитиле от конденсатора обратно в испаритель. Этот поток жидкости можно проанализировать с помощью закона Дарси для ламинарного течения в пористой среде.Фитильные конструкции могут иметь обернутый экран вдоль внутренней стенки тепловой трубы или покрытые экраном канавки для улучшения их рабочих характеристик. Примерами обычных материалов для фитилей являются медная пена, медный порошок, войлочный металл, никелевое волокно и никелевый порошок.

Падение давления пара возникает, поскольку сопротивление пара в области сердечника может препятствовать потоку жидкости в канавках фитиля при высоких скоростях пара. Выражение для этого падения давления может быть определено стандартными методами механики жидкости.Это падение давления обычно является небольшим вкладом в общий баланс сил, поскольку плотность пара намного меньше плотности жидкости. Кроме того, эффекты сопротивления пара можно уменьшить, закрыв канавки в конструкции фитиля экраном.

Расчетное состояние равновесия тепловой трубы определяется из баланса предыдущих сил давления, включая фактор силы тяжести, который может быть положительным (с помощью силы тяжести) или отрицательным. Положительный напор означает, что испаритель находится над конденсатором.Расчетное условие имеет большое значение, поскольку работа за пределами максимального капиллярного давления может привести к высыханию фитиля и возникновению состояния «выгорания».

Затекание, унос, звуковые, и кипящие ограничения существенно влияют на характеристики тепловых трубок. Ограничение капиллярности происходит на осевом тепловом потоке из-за максимальной скорости потока через фитиль для максимального повышения капиллярного давления. Унос относится к каплям, уносимым паром из возвратного потока жидкости.При определенных рабочих условиях скорость пара может стать достаточно высокой для создания эффектов сдвига в обратном потоке жидкости из конденсатора в испаритель. Возможно, что на поверхности жидкости могут генерироваться волны, а капли могут быть захвачены потоком пара, поскольку в фитиле будут неадекватные сдерживающие силы поверхностного натяжения жидкости.

Еще одним фактором является ограничение звука. В условиях запуска из условий, близких к температуре окружающей среды, низкое давление пара в тепловой трубке может привести к высокой результирующей скорости пара.Если скорость пара приближается к скорости звука, состояние закупорки в трубе ограничивает осевой тепловой поток. Этот звуковой предел и другие предыдущие зависят от рабочей температуры жидкости. Пределы теплового потока обычно увеличиваются с температурой на выходе из испарителя из-за влияния температуры на скорость звука в паре. Например, предел теплового потока для натрия увеличивается с 0,6 кВт / см2 при 500 ° C до 94,2 кВт / см2 при 900 ° C. Для жидкого калия предел теплового потока составляет 0,5 кВт / см2 при 400 ° C (температура на выходе из испарителя), а предел увеличивается до 36.6 кВт / см2 при 700 ° C. В высокотемпературных приложениях можно использовать литий. Его предел теплового потока составляет от 1,0 кВт / см2 при 800 ° C до 143,8 кВт / см2 при 1300 ° C.

В отличие от ограничений на осевой тепловой поток, ограничение кипения связано с радиальным тепловым потоком через стенку контейнера и фитиль. Начало кипения внутри фитиля препятствует обратному потоку жидкости из конденсатора. Кипячение внутри фитиля может вызвать выгорание из-за высыхания оболочки испарителя.Последние достижения в области технологии тепловых труб позволяют разработать инновационные методы устранения этого теплового ограничения и расширения общих возможностей тепловых труб. Дополнительные ссылки по теме анализа тепловых труб даны Крейтом и Боном [7], Хьюиттом и др. [4] Данн и Рей, [3] и Чи. [2]

Тепловые трубки с рекуперацией энергии

HRM серии

Тепловые трубы с рекуперацией энергии от Heat Pipe Technology (HPT) обеспечивают экономичную и надежную рекуперацию тепла и холода.Это означает, что срок окупаемости ваших вложений минимален. Тепловые трубки HPT экономичны из-за их низкой начальной стоимости и минимальных требований к техническому обслуживанию.

В течение многих лет тепловые трубы с рекуперацией энергии строились с использованием труб относительно большого диаметра. Это потому, что они были одиночными трубками, которые должны одновременно обрабатывать пар, текущий в одном направлении, и жидкость, текущую в противоположном направлении. В HPT используется контур контура, который обеспечивает равную рекуперацию тепла и холода (см. HRM-H ™) или оптимизацию для более заметной рекуперации тепла или холода, при этом обеспечивая заметную рекуперацию в остальное время (см. HRM-Z ™).

Благодаря уникальной конструкции контура HPT, рекуперация тепла и холода обычно может выполняться без механизма наклона или какой-либо другой процедуры сезонного переключения.Чтобы использовать эту уникальную функцию двунаправленной передачи энергии, воздушные потоки должны быть расположены бок о бок, как в A и B, или с однонаправленной передачей энергии, показываемой сверху и снизу, как C.

  • A: параллельные горизонтальные воздушные потоки с тепловыми трубками в вертикальной плоскости (HRM-H ™)
  • B: параллельные горизонтальные воздушные потоки с тепловыми трубками в вертикальной плоскости, оптимизированные для рекуперации тепла или холода (HRM-Z ™)
  • C: Горизонтальные воздушные потоки сверху и снизу с тепловыми трубками в вертикальной плоскости (HRM-O ™)

Пассивная работа

Для работы тепловых труб не требуется подвод энергии.Действие тепловой трубки использует теплоемкость, доступную, когда рабочая жидкость меняет фазу с жидкости на пар и обратно.

Прочность

В тепловых трубках нет ничего, что могло бы изнашиваться! Тепловые трубки пассивные. Тепловые трубки изготавливаются с множеством заряженных цепей. При нормальных условиях эксплуатации у них нет причин протекать. Кроме того, поскольку трубки в тепловых трубках Heat Pipe Technology изготовлены из меди, утечки можно легко устранить.Большинство других тепловых трубок с рекуперацией энергии изготавливаются из алюминиевых труб, которые трудно ремонтировать.

Изолированные воздушные потоки

Перегородки для разделения двух воздушных потоков являются неотъемлемой частью тепловых трубок с рекуперацией энергии Heat Pipe Technology. Медные трубки, несущие рабочую жидкость тепловых трубок, расширяются в сопрягаемые отверстия в перегородках, обеспечивая отличное уплотнение для предотвращения перекрестного загрязнения. HPT также может предоставить теплообменники с разделительной пеной для дополнительной надежности в критических областях применения.Тепловые трубки HPT сертифицированы ZERO EATR ( Скорость передачи отработанного воздуха)

Минимальный уход

Поскольку тепловые трубки не имеют движущихся частей, рекомендуется только периодическая очистка. Для этой цели можно использовать очиститель змеевика, как и любой охлаждающий змеевик.

Наименьшая занимаемая площадь

Тепловые трубы с рекуперацией энергии от Heat Pipe Technology занимают гораздо меньше места, чем другие схемы рекуперации энергии.Как правило, они также значительно тоньше других тепловых трубок. Шестирядный рекуператор тепла — это трубы, обычно изготавливаемые толщиной 9 дюймов.

Сертифицировано AHRI и внесено в список ETL

Тепловые трубки

HPT сертифицированы по стандарту AHRI Std. 1060 и ETL внесены в список UL Std. 207 и CSA Std. C22.2 # 140.3

Почему важны сертификация и внесение в список:

  • Протестировано и подтверждено третьей стороной
  • Позволяет сравнивать производительность между производителями
  • Дизайнеры, производители и владельцы уверены в производительности и безопасности продукта
  • Помощь в соблюдении местных и национальных норм
  • Продукция постоянно тестируется на соответствие

Этот продукт идеально подходит для:

Медицинские учреждения

Лаборатории

Учебные заведения

Процессы

Дата Центры


Пусть наши решения по рекуперации энергии с нулевым перекрестным загрязнением помогут вашей прибыли.

Все о двухтрубных теплообменниках

Теплообменники — это фундаментальный инструмент, который используется практически во всех отраслях промышленности, и не зря.

Эти устройства передают или «обменивают» тепло между двумя потоками (жидкостью или газом) через проводящий барьер, не смешивая их физически. Это тепло является формой энергии, и инженеры разработали системы, в которых теплообменники используются для эффективной передачи энергии между путями. Теплообменники бывают разных видов, потому что есть много разных способов добиться такой теплопередачи; В этой статье будет рассказано о двухтрубном теплообменнике — одной из самых простых, но гибких конфигураций.Сначала мы рассмотрим, что делает теплообменник двухтрубной конструкцией, как они осуществляют передачу энергии и каковы основные преимущества и применения такой конструкции.

Что такое двухтрубные теплообменники?

Рис. 1: Пример двухтрубного теплообменника в реальной жизни; обратите внимание на маленькие трубки на изгибах и большие на прямых.

Изображение предоставлено: https://jcequipments.com/double-pipe-heat-exchanger.html

Цель любого теплообменника — позволить двум потокам взаимодействовать на некотором проводящем барьере, где этот барьер физически разделяет потоки, но позволяет передавать тепловую энергию.Чтобы получить общее представление о принципах, лежащих в основе этих конструкций, прочитайте нашу статью о теплообменниках, в которой исследуется теория, лежащая в основе этих устройств.

Двухтрубный теплообменник в своей простейшей форме представляет собой одну трубу, удерживаемую концентрически внутри большей трубы (отсюда и название «двойная труба»). Внутренняя труба действует как проводящий барьер, где одна жидкость течет через эту внутреннюю трубу, а другая течет вокруг нее через внешнюю трубу, образуя форму кольца. Внешний или «межтрубный» поток проходит по внутреннему, или «трубному» потоку, что вызывает теплообмен через стенки внутренней трубки.Их также часто называют шпильками, трубами с рубашкой, U-образными трубками с рубашкой и теплообменниками типа труба в трубе. Внутри они могут содержать одну трубу или пучок трубок (аналогично кожухотрубным теплообменникам), но пучок должен быть <30 трубок, а внешняя труба должна быть <200 мм в диаметре, иначе теплообменник квалифицируется как другая конструкция (см. нашу статью о кожухотрубных теплообменниках для получения дополнительной информации). На внутренней трубе (ах) также могут использоваться продольные ребра, которые дополнительно увеличивают теплопередачу между двумя рабочими жидкостями.

Как работают двухтрубные теплообменники?

Рисунок 2: упрощенная схема, показывающая работу двухтрубных теплообменников. Обратите внимание, как внутренняя жидкость (синяя) движется слева направо, а внешняя жидкость (серая) движется справа налево.

Изображение предоставлено: Ченгель, Юнус А. и Афшин Дж. Гаджар. Тепло- и массообмен: основы и приложения. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 2011. Печать.

Изучите Рис. 2. Более горячий поток пересекает внутреннюю трубу, в то время как внешняя оболочка содержит холодный поток (обратите внимание, что это не всегда так).Двухтрубный теплообменник работает за счет теплопроводности, когда тепло от одного потока передается через внутреннюю стенку трубы, которая сделана из проводящего материала, такого как сталь или алюминий. Двухтрубный теплообменник часто используется в противотоке, когда его жидкости движутся в противоположных направлениях (как показано выше). Истинный противоток достигается в двухтрубных теплообменниках благодаря концентрической трубе (ам), и разработчики используют это преимущество для увеличения коэффициента теплопередачи системы. Их также можно использовать в параллельном потоке, когда обе жидкости движутся в одном направлении, но противоток часто является наиболее термически эффективным режимом.

Двухтрубные теплообменники могут выдерживать высокое давление и высокие температуры, поскольку они могут свободно расширяться и имеют прочную и простую конструкцию. Они также могут испытывать перекрестную температуру в противотоке, когда температура на выходе холодного потока ( T c, на выходе ) становится выше, чем температура на выходе горячего потока ( T h, на выходе ). Это может быть, а может и не быть выгодным в определенных приложениях, но примечательно, поскольку некоторые другие конструкции, такие как пластинчатый теплообменник, обычно не могут достичь температурного перехода.

Двухтрубный теплообменник представляет собой небольшую модульную конструкцию, которая наиболее полезна в приложениях, где обычные кожухотрубные теплообменники слишком велики или слишком дороги в использовании. Двухтрубные теплообменники могут быть соединены последовательно или параллельно для увеличения скорости теплопередачи через систему без каких-либо осложнений. Кроме того, добавление ребер и создание U-образных изгибов может еще больше увеличить теплопередачу, делая эти устройства универсальными, простыми в ремонте и модернизации и весьма эффективными в своей работе.

Преимущества и недостатки пластинчатых теплообменников

Двухтрубный теплообменник — одна из самых простых в изготовлении, установке и ремонте благодаря своей простой конструкции.У них есть некоторые уникальные преимущества перед некоторыми из более сложных конструкций теплообменников, а также некоторые важные недостатки, поэтому в этой статье покупателям будет показано, когда им следует — и не следует — рассматривать использование одной из этих систем:

Ниже приводится список основных преимуществ использования двухтрубного теплообменника:

  • Они хорошо справляются как с высоким давлением, так и с высокими температурами
  • Их детали стандартизированы в связи с их популярностью, что упрощает поиск и ремонт деталей.
  • Это одна из самых гибких конструкций, позволяющая легко добавлять / удалять детали.
  • Они имеют небольшую занимаемую площадь, что не требует много места для обслуживания, но при этом имеет хорошую теплопередачу.

Однако важно понимать недостатки такой конструкции, которые включают:

  • Они ограничены более низкими тепловыми нагрузками, чем другие, более крупные конструкции
  • Несмотря на то, что они могут использоваться в параллельном потоке, они чаще используются только в режимах противотока, что ограничивает некоторые приложения
  • Возможна утечка, особенно при подключении к большему количеству устройств
  • Трубки легко загрязняются и их трудно очистить без разборки всего теплообменника
  • Если есть бюджет и место для кожухотрубного теплообменника, то двухтрубная конструкция часто является менее эффективным методом теплопередачи.

Технические характеристики, критерии выбора и области применения

Двухтрубный теплообменник, как видно выше, является, пожалуй, самым простым теплообменником в промышленности.В результате есть много-много вариантов для покупки, или они могут быть изготовлены по индивидуальному заказу в соответствии с конкретными потребностями проекта. Они наиболее полезны для приложений малой мощности, где общая площадь поверхности теплопередачи составляет <500 квадратных футов, поскольку на единицу площади более экономично использовать другую конструкцию сверх этой величины.

При выборе двухтрубного теплообменника для проекта учитывайте используемые рабочие жидкости. При использовании двух разных жидкостей более агрессивная из двух будет работать лучше всего в потоке на стороне оболочки, так как у него больше места для протекания.Если вы используете пар, подумайте о том, чтобы пропустить его по трубопроводу, так как он будет течь лучше в меньшем объеме. Затем определите необходимую теплопередачу между двумя потоками, желаемую температуру на выходе и любые другие параметры, характерные для конкретного проекта. Зная эту информацию, поставщик может помочь согласовать ваши потребности с подходящим теплообменником на рынке. Важно знать, что, хотя конструкции с двумя трубами являются модульными и простыми, они становятся более дорогими по мере увеличения площади поверхности, поэтому рассмотрите варианты.

Трудно охватить все области применения двухтрубных теплообменников. Называя лишь некоторые из них, они популярны в системах с высоким давлением и температурой, таких как бойлеры и компрессоры, а также для рационального нагрева и охлаждения в технологических системах. Они используются в самых разных областях, от нефтепереработки до охлаждения, очистки сточных вод и отопления помещений, поэтому ясно, что возможности безграничны с таким полезным и элегантным дизайном. Если пространство ограничено и простота имеет первостепенное значение, подумайте о двухтрубном теплообменнике для работы.

Сводка

В этой статье представлено понимание того, что такое двухтрубные теплообменники и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:
  1. https://www.brighthubengineering.com/hvac/64548-double-pipe-heat-exchanger-design/
  2. http://www.thermopedia.com/content/705/
  3. https: // www.che.utah.edu
  4. https://jcequipments.com/double-pipe-heat-exchanger.html
  5. http://web.iitd.ac.in/~pmvs/courses/mel709/classification-hx.pdf

Прочие изделия из теплообменников

Больше от технологического оборудования

(PDF) Тепловые трубы в современных теплообменниках

[3] Л.Л. Васильев, В.М. Богданов, патент СССР 174411 «Тепловая труба», Б.И. № 24, 30.06.1992, 1992.

[4] C. Kren, C. Schweigler, F. Ziegler, E ffi cient Li-Br абсорбционные чиллеры для европейского рынка кондиционирования воздуха, in:

ISHPC’02 Proceedings of the Международная конференция по сорбционным тепловым насосам, Шанхай, Китай, 24–27 сентября

2002, стр.76–83.

[5] Л.Л. Васильев, Л.Е. Канончик, А.Г. Кулаков, А.А. Antuh, цеолит NaX, углеродное волокно и CaCl2 / аммиак

реакторы для тепловых насосов и холодильников, журнал адсорбции, США (2) (1996) 311–316.

[6] Б. Спиннер, Д. Ститу, П.Г. Грини, Каскадные сорбционные машины: новые концепции для регулирования мощности твердо-газовых термохимических систем

: к устойчивым технологиям, в: Proceedings of the Absorption Heat Pump Con-

ference, Montreal, Canada, vol.2, 17–20 сентября 1996 г., стр. 531–538.

[7] R.Z. Ван, Исследования адсорбционного охлаждения в SJTU, в: Материалы IV Минского международного семинара «Тепловые

трубы, тепловые насосы, холодильники», Минск, Беларусь, 4–7 сентября 2000 г., стр. 104–114.

[8] В.А. Бабенко, Л. Канончик, Л.Л. Васильев, Интенсификация тепломассопереноса в твердых сорбционных системах,

Энхан. Теплообмен 5 (1998) 111–125.

[9] Л.Л. Васильев, Л.Е. Канончик, А.А. Антух, А.Г. Кулаков, И. Розин, Твердые сорбционные охладители, работающие на отработанном тепле,

Технический документ SAE 941580, 24-я Международная конференция по экологическим системам и 5-й Европейский симпозиум

по космическим системам контроля окружающей среды, Фридрихсхафен, Германия, 20–23 июня 1994 г.

[10] Васильев Л.Л., Л.Е. Канончик, А.А. Антух, А.Г. Кулаков, В.К. Куликовский, Твердые сорбционные охладители

с тепловыми трубками для терморегулирования, приводимые в движение отходящим теплом, J. Адсорбция. (США) (1) (1995) 303–312.

[11] Л.Л. Васильев, Д.А. Мишкинис, А.А. Антух А.Г., Кулаков А.Г., Васильев Л.Л. Твердотельный сорбционный холодильник с тепловыми трубками и обогревом

// Материалы XIX Международного конгресса по холода. IIIa, Голландия, 1995,

, с. 200–208.

[12] Л.Л. Васильев, Д.А. Мишкинис, А.А. Антух А.Г., Кулаков А.Г., Васильев Л.Л. Твердотельные сорбционные машины на тепловых трубах

// Материалы международного форума «Тепломассообмен –– 96», Минск, Беларусь, 1996, с.183–

192.

[13] Л.Л. Васильев, Д. Никанпур, А. Антух, К. Снельсон, Л. Васильев-младший, А. Лебру, Multisalt –– угольный химический охладитель

для космического применения, в: Материалы Международной конференции по сорбционным тепловым насосам, Мюнхен, Германия,

, 24–26 марта 1999 г., стр. 579–584.

[14] Л.Л. Васильев, А. Антух, В. Мазюк, А. Кулаков, М. Рабецкий, Л. Васильев-младший, О Се Мин, Миниатюрные тепловые трубки

, экспериментальный анализ и разработка программного обеспечения // Труды 12-я Международная конференция по тепловым трубам

«Наука, технология, применение тепловых труб», Москва – Кострома – Москва, Россия, 19–24 мая 2002 г., с.329–335.

[15] В. Мазюк, А. Кулаков, М. Рабецкий, Л. Васильев, М. Вукович, Тепловые характеристики миниатюрных тепловых трубок

Инструмент прогнозирования –– разработка программного обеспечения, Прил. Thermal Eng. 21 (2001) 559–571.

[16] Л.Л. Васильев и др., Устройство теплопередачи, Патент США № 455966, 26 ноября 1985 г.

[17] Л.Л. Васильев, Л.А. Канончик, Ф.Ф. Молодкин, М. Рабецкий, Адсорбционный тепловой насос с использованием углеродного волокна / тепловых трубок Nh4 и

, в: Труды 5-й конференции МЭА по тепловым насосам, Торонто, Канада, 22–26 сентября 1996 г., стр.

35–43.

[18] Л.Л. Васильев, Д.А. Мишкинис, А.А. Антух, Л.Л. Васильев мл., Солнечно-газовый твердотельный сорбционный холодильник, Журн. Адсорб. 7

(2001) 149–161.

[19] Л.Л. Васильев, Д.А. Мишкинис, А.А. Антух Л.Л. Васильев-мл. Солнечно-газовый твердосорбционный тепловой насос // Прикл. Тепловой

Eng. 21 (2001) 573–583.

[20] Л.Л. Васильев, Л.Л. Васильев-младший, Двухфазная система терморегулирования с петлевой тепловой трубкой и твердым сорбционным охладителем,

Серия технических статей SAE 2000-01-2492, 2000.

[21] Л.Л. Васильев, Сорбционные машины с терморегулятором тепловой трубы, в: Труды Международной конференции по сорбционным

тепловым насосам, Шанхай, Китай, 24–27 сентября 2002 г., стр. 408–413.

[22] Л.Л. Васильев, А.С. Журавлев, Ф.Ф. Молодкин, В. Хроленок, С. Адамов, А.А. Турин, Медицинская тепловая трубка

, прибор для локальной полостной гипотермии, в: Материалы 1-го международного семинара «Тепловые трубы, тепловые

насосы, холодильники», Минск, Беларусь, 12–15 сентября 1995 г., стр.104–114.

[23] Смирнов Х.Ф., Косой Б.В. Холодильные тепловые трубы. Thermal Eng. 21 (2001) 631–641.

[24] Васильев Л.Л. Теплообменники с тепловыми трубками. Минск: Наука и техника, 1981.

[25] Л.Л. Васильев, В.Г. Киселев, Ю.Н. Матвеев, Ф.Ф. Молодкин, Теплообменники с тепловыми трубками, Наука и техника,

Минск, 1987.

18 Л.Л. Васильев / Прикладная теплотехника 25 (2005) 1–19

Обзор: теплообменники с тепловыми трубками на ИРОСТ | Международный журнал низкоуглеродных технологий

Аннотация

Использование тепловой трубки в качестве компонента устройства рекуперации тепла получило всемирное признание.Тепловые трубки пассивны, очень надежны и обеспечивают высокую скорость теплопередачи. Это исследование обобщает исследования различных типов систем рекуперации тепла с тепловыми трубами (HPHRS). Исследования классифицируются по типу HPHRS. Это исследование основано на 30-летнем опыте работы с тепловыми трубками и системами рекуперации тепла, представленными в данном исследовании.

1 ВВЕДЕНИЕ

Тепловая труба — это термодинамическое устройство, которое передает тепловую энергию из одного места в другое с очень небольшим перепадом температуры.На рис. 1 показана обычная тепловая труба с тремя секциями: (i) секция испарителя, где тепло добавляется в систему; (ii) конденсаторную секцию, где тепло отводится от системы; и (iii) адиабатическая секция, которая соединяет испаритель и конденсатор.

Рис. 1.

Гравитационный теплообменник с тепловыми трубками.

Рис. 1.

Гравитационный теплообменник с тепловыми трубками.

В последние годы значительный интерес вызывает теплообменник с тепловыми трубками как система рекуперации тепла [1–8].Тепловая трубка — относительный новичок в области теплопередачи, и ее потенциал еще предстоит оценить. Тепловые трубы идеально подходят для многих применений по рекуперации отработанного тепла благодаря их способности действовать как трансформаторы теплового потока, их неприхотливости в обслуживании и их способности создавать изотермическую поверхность с низким тепловым сопротивлением. Блоки с тепловыми трубками могут обеспечить гибкость конструкции при планировании систем рекуперации отработанного тепла, и их можно использовать при модернизации существующих систем.

2 КЛАССИФИКАЦИИ СИСТЕМ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ

Можно разделить на четыре основные области применения оборудования для утилизации отходящего тепла. Тепловые трубы идеально подходят для многих систем рекуперации отработанного тепла. Блоки с тепловыми трубками могут обеспечить гибкость конструкции при планировании систем рекуперации отработанного тепла, и их можно использовать при модернизации существующих систем. Ниже описаны различные теплообменники с тепловыми трубками.

  • газ-газ,

  • газ-жидкость,

  • жидкость-газ,

  • жидкость-жидкость.

2.1 Теплообменник газ-газ с тепловой трубкой

Azad и Geoola [9] представили теоретический подход к проектированию гравитационных теплообменников с тепловыми трубками (GAHPHE). Теплообменник с тепловыми трубками, используемый для рекуперации тепла воздух-воздух, по сути представляет собой набор оребренных тепловых трубок, которые похожи на обычные паровые змеевики. Каждая отдельная трубка представляет собой тепловую трубку, и они работают независимо. Теплообменник с тепловыми трубками может располагаться горизонтально или под наклоном, при этом горячие секции (испарители) располагаются ниже холодных секций (конденсаторов).В последнем случае сила тяжести может быть использована для возврата конденсата в испаритель, т. Е. «С помощью силы тяжести». В гравитационном режиме наличие капиллярной структуры не обязательно, как в чисто капиллярной тепловой трубке. Тем не менее, большинство гравитационных тепловых трубок действительно имеют капиллярную структуру для защиты жидкости от напряжения сдвига, создаваемого встречным потоком пара, а также для обеспечения распределения рабочей жидкости по окружности внутри секции испарителя.В тепловых трубках, работающих под действием силы тяжести, относительно высокая скорость теплопередачи может быть достигнута даже с рабочими жидкостями, имеющими низкое поверхностное натяжение. Горячий отработанный воздух проходит через секции испарителя тепловых труб, а холодный воздух проходит через секции конденсатора в противоположном направлении, то есть в противотоке. Схема GAHPHE показана на рисунке 1.

В этом исследовании представлен теоретический подход к конструкции GAHPHE. Вариация общей эффективности GAHPHE с C e / C c , где C e — расход жидкости на горячей стороне ( м e C p ) и C c расход жидкости на холодной стороне ( м c. C p ) для различных значений расстояния между трубками перпендикулярно направлению потока, количества ребер на метр, толщины ребер и длины испарителя и конденсатора. Также были представлены оптимальная конструкция для GAHPHE и изменение общей эффективности в зависимости от коэффициента проводимости для различных значений модифицированного числа единиц передачи для довольно широкого диапазона расчетов.

Азад и Алиахмад [10] исследовали тепловые характеристики теплообменника с тепловой трубой для рекуперации тепловой энергии из горячих выхлопных газов котла, чтобы заменить обычную систему рекуперации тепла (Ljungstrom) на тепловой электростанции.Котел (рис. 2) включает пароперегреватели; газ также проходит через подогреватели и экономайзер и, наконец, через температурные профили системы рекуперации тепла для выхлопных газов из котла, показанные на рисунке 3 для разных уровней: выход из пароперегревателей, выход из подогревателей и экономайзер и вход в тепло система восстановления.

Рисунок 2.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Температурный профиль отходящих газов в котле.

Рисунок 3.

Температурный профиль отходящих газов в котле.

Азад и Канан [11] разработали многоступенчатую каскадную сушилку непрерывного действия. Горячий воздух вводился в основание слоя и заставлял материал в слое псевдоожижаться. На рисунках 4 и 5 показаны сушильная система и плоские солнечные коллекторы. Псевдоожиженный слой идеален для сушки влажного материала в форме гранул, и благодаря тесному контакту между горячим воздухом и поверхностью кукурузы с желаемой скоростью он будет способствовать высокой теплопередаче за счет сочетания конвекции и теплопроводности.В конструкции солнечной сушилки для кукурузы сочетание двух технологий: псевдоожиженного слоя для сушки гранулированных материалов для непрерывной работы и тепловых труб в качестве устройства передачи тепловой энергии для теплообменника вода-воздух и рекуперации тепла воздух-воздух. система утилизации отработанного влажного воздуха. Подробно представлена ​​тепловая модель солнечной сушилки в сочетании с накопителем энергии и вспомогательной системой для постоянной температуры воздуха, поступающего в сушилку. В многоступенчатой ​​грядке кукуруза будет переходить с одной грядки на другую, когда содержание влаги достигнет заданного значения.Конечное содержание влаги в каждой секции определяется высотой перегородки над уровнем кукурузы и получается из следующего соотношения. Влажный отработанный воздух, удаляемый из осушителя, направляется в испарительную секцию системы рекуперации тепла воздух-воздух с тепловыми трубками и предварительно нагревает поступающий свежий воздух. Предварительно нагретый воздух дополнительно нагревается в теплообменнике вода-воздух с тепловыми трубками. Горячая вода для нагрева теплообменника подается солнечными коллекторами.

Рисунок 4.

Солнечная сушилка для кукурузы с псевдоожиженным слоем.

Рисунок 4.

Солнечная сушилка для кукурузы с псевдоожиженным слоем.

Рисунок 5.

Рисунок 5.

Два новых метода, которые использовались при сушке, то есть тепловая труба и псевдоожиженный слой, имеют общее преимущество высокой способности теплопередачи. Комбинация этих двух новых технологий впервые применяется в сушилке для кукурузы. Благодаря преимуществам сушилки этого типа по сравнению с обычным методом, эта система может применяться для сушки многих зерновых продуктов с эффективным контролем влажности путем изменения только высоты.

Азад и др. . [12] представили теоретический анализ многоступенчатой ​​системы рекуперации тепла с тепловыми трубками (HPHRS). В этом исследовании были разработаны тепловые характеристики и температурный профиль в направлении потока испарительной и конденсаторной секций HPHRS. В этом исследовании представлены характеристики теплопередачи различных конфигураций HPHRS. В этом исследовании тепловые характеристики и температурный профиль в направлении потока секций испарителя и конденсатора HPHRS представлены на рисунках 6a и b, 7a и b.

Рисунок 6.

Многоступенчатый теплообменник с тепловыми трубками. Испаритель в серии ( a ) и ( b ) параллельно.

Рисунок 6.

Многоступенчатый теплообменник с тепловыми трубками. Испаритель в серии ( a ) и ( b ) параллельно.

Рисунок 7.

Распределение температуры в направлении потока (для трех ступеней). ( a ) Испарители включены последовательно; ( b ) Конденсаторы включены последовательно.

Рисунок 7.

Распределение температуры в направлении потока (для трех ступеней). ( a ) Испарители включены последовательно; ( b ) Конденсаторы включены последовательно.

Azad [13] описывает теоретический анализ системы рекуперации тепла с разделенными тепловыми трубками (SHPHR). Анализ основан на подходе NTU эффективности для определения характеристик теплопередачи. В этом исследовании представлено изменение общей эффективности рекуперации тепла в зависимости от количества единиц передачи.В SHPHR испаритель соединен с конденсатором через систему трубопроводов. Секция конденсатора расположена над испарителем, так что конденсат возвращается самотеком. Пар проходит через трубку (паропровод) к конденсатору, а конденсат возвращается в испаритель через трубку (жидкостный трубопровод) под действием силы тяжести. Паропровод соединяет верх испарителя с верхом конденсатора, а жидкостной трубопровод соединяет нижнюю часть конденсатора с нижней частью испарителя (Рисунок 8).SHPHR обладает всеми основными преимуществами обычного HPHR. Единственное различие между SHPHR и традиционной системой рекуперации тепла с использованием тепловых трубок заключается, главным образом, в разделении испарителя и конденсатора. В SHPHR испаритель и конденсатор могут быть расположены в разных местах.

Рисунок 8.

Система рекуперации тепла с разделенными тепловыми трубками.

Рисунок 8.

Система рекуперации тепла с разделенными тепловыми трубками.

2.2 Теплообменник газ-жидкость с тепловыми трубками

Азад и др. . [14] описали коаксиальный HPHRS. Он состоял из двух труб разного диаметра, которые смонтированы одна внутри другой, образуя концентрическое кольцевое пространство. Внутренняя поверхность внешней трубы покрыта фитильным материалом, заполнена водой и герметично закрыта. Работа тепловой трубы основана на испарении жидкости в секции испарителя и последующем потоке в ядре в направлении области низкого давления.Пар конденсируется на внешней поверхности внутренней трубы (конденсатора). После того, как скрытая теплота конденсации высвобождается в конденсаторе, жидкость падает в нижнюю часть испарителя и за счет капиллярной откачки через фитиль возвращается к источнику тепла, где снова испаряется. Представлен теоретический анализ коаксиального теплообменника с тепловыми трубками, основанный на подходе эффективности NTU для определения его характеристик теплопередачи. На рисунке 9 представлена ​​схема коаксиальной тепловой трубы.

Рис. 9.

Рис. 9.

2.3 Теплообменник с тепловым трубопроводом жидкость-газ

Азад и Гиббс [15] исследовали систему, состоящую из многорядного аксиального теплообменника с тепловыми трубками с конденсатором наверху и соединенных последовательно в ряд. В этой системе конденсаторные трубы каждого ряда, параллельные друг другу, присоединяются на концах к коллекторам труб (Рисунок 10). Горячий выхлопной газ проходит через испарительные секции тепловых трубок; тепловые трубы отводят тепло от потока выхлопных газов и передают его воде в трубке конденсатора, вызывая тем самым повышение температуры воды на выходе.Теоретический анализ, представленный в этом исследовании, может быть использован для прогнозирования тепловых характеристик теплообменника с тепловыми трубками типа воздух-вода.

Рис. 10.

Воздухо-водяной теплообменник с тепловыми трубками.

Рис. 10.

Воздухо-водяной теплообменник с тепловыми трубками.

В работе Азада и Бахара [16] теплообменник с тепловыми трубками вода-воздух, показанный на рис. 11, по сути, представляет собой набор тепловых трубок с частичным оребрением (только секции конденсатора).Секции испарителя заключены в прямоугольную коробку, а водяной канал перекрыт трехходовой конструкцией для направления потока через массив тепловых труб и достижения равномерного распределения температуры. Холодный воздух проходит через секции конденсатора в противотоке с горячей водой, протекающей в секциях испарителя. Некоторые потенциальные преимущества тепловой трубы в этом применении включают низкий перепад температуры, теплопередачу и резервирование. Каждый блок представляет собой автономную насосную систему, и ряд отказов не повлияет на работу системы.В данном исследовании описан анализ конструкции теплообменника с тепловыми трубками вода-воздух. Характеристики теплообменника изучаются аналитически, чтобы представить производительность теплообменника.

Рис. 11.

Теплообменник типа «вода-воздух» с тепловыми трубками.

Рис. 11.

Теплообменник типа «вода-воздух» с тепловыми трубками.

Азад и Каримеддини [17] разработали процесс сухого охлаждения (рис. 12) для тепловой электростанции, в котором номинальные характеристики охлаждения могут поддерживаться даже при высокой температуре окружающей среды.Модуль воздушного охлаждения состоит из двух рядов тепловых трубок Y-образной формы. В каждой банке по 180 тепловых трубок. Они устанавливаются на трубопровод, по которому охлаждающая вода проходит мимо нижних концов тепловых трубок (испарителя). Тепловые трубки передают тепловую энергию от испарителей к конденсаторам, и тепло отводится воздуху, сначала за счет конвекции от поверхностей круглых ребер, а затем под действием воздушного потока, втягиваемого вентилятором, проходящего через ребра и выходящего наружу. атмосфера.Количество тепла, которое отводится воздухоохладителем, в значительной степени зависит от объемного расхода воздуха через теплообменник. Тепловая трубка как отдельный компонент сетчатого фитиля HPAC используется в испарителе тепловой трубки для распределения жидкости в испарителе двухфазного термосифона. Металлическая трубная решетка разделяет две секции и содержит необходимые герметичные уплотнения (уплотнительные кольца) для каждой тепловой трубы, которые предотвращают утечку воды и легкое извлечение тепловых трубок из охладителя, если они не работают.

Рисунок 12.

Воздухоохладитель с тепловыми трубками. (а) Воздухоохладитель с тепловой трубкой; (б) Тепловая трубка как охлаждающий элемент.

Рисунок 12.

Воздухоохладитель с тепловыми трубками. (а) Воздухоохладитель с тепловой трубкой; (б) Тепловая трубка как охлаждающий элемент.

Азад [18] сообщил, что всасывающий нагреватель с тепловой трубкой на ТЭЦ показывает тепловую трубу как компонент всасывающего нагревателя. Тепловая труба имеет продольные ребра только в секции конденсатора, внутренняя поверхность труб облицована сетчатой ​​структурой для распределения рабочей жидкости, а также для возврата конденсата из конденсатора в испаритель.

Несколько тепловых трубок размещены параллельно в кожухе, как показано на рисунке 13. Пар входит из верхней части теплообменника и передает скрытое тепло рабочей жидкости тепловых трубок и конденсируется на поверхностях труб. а конденсат удаляется из нижних частей теплообменника. Тепло, поглощаемое тепловыми трубками вязкой жидкости, вызывает повышение ее температуры и, как следствие, снижение вязкости, в результате чего жидкость легко течет.

Рис. 13.

Всасывающий нагреватель с тепловыми трубками.

Рис. 13.

Всасывающий нагреватель с тепловыми трубками.

3 ВЫВОДЫ

В этом документе представлены различные типы HPHRS.

Системы рекуперации тепла были спроектированы с использованием тепловых труб в качестве транспортных устройств. Тепловые трубы эффективно извлекают отходящую тепловую энергию из горячего выхлопного газа и передают ее для повышения температуры жидкости на входе. HPHRS имеет следующие преимущества:

ССЫЛКИ

1.

Обзор систем рекуперации тепла газ-газ

,

J Heat Recov Syst

,

1980

, vol.

1

(стр.

3

41

) 2,.

Оптимальная конструкция теплообменника с тепловыми трубками

,

J Heat Recov Syst

,

1984

, vol.

4

(стр.

9

24

) 3,,.

Рекуперация тепла с низкой потерей давления для естественной вентиляции

,

Energy Build

,

1998

, vol.

28

(стр.

179

84

) 4,,.

Моделирование комбинированного газотурбинного двигателя и системы тепловых труб для рекуперации и утилизации отработанного тепла

,

J Energy Convers Manage

,

1998

, vol.

39

(стр.

81

6

) 5,,.

Новая термоэлектрическая холодильная система с использованием тепловых труб и материала с фазовым переходом: экспериментальное исследование

,

J Renew Energy

,

2010

, vol.

23

(стр.

313

23

) 6.

Оптимальная длина оребренной трубы для утилизации отходящего тепла

,

J Energy Convers Manage

,

2008

, vol.

49

(стр.

96

100

) 7.

Обзор тепловых трубок в современных теплообменниках

,

J Appl Thermal Eng

,

2005

, vol.

25

(стр.

1

19

) 8.

На периодическом двухфазном термосифоне, работающем против силы тяжести

,

Int J Thermal Sci

,

2006

, vol.

45

(стр.

124

37

) 9,.

Методика расчета гравитационного теплообменника с тепловыми трубками

,

J Heat Recov Syst

,

1984

, vol.

4

(стр.

101

11

) 10,.

Тепловые характеристики рекуператора отходящего тепла с тепловыми трубками для ТЭЦ

,

J Heat Recov Syst CHP

,

1989

, т.

9

(стр.

275

80

) 11,.

Солнечная сушка гранулированных материалов в псевдоожиженном слое

,

2004

Конференция SESCI University of Waterloo

12,,.

Влияние различной компоновки на производительность системы рекуперации тепла с тепловыми трубками

,

J Heat Recov Syst

,

1986

, vol.

6

(стр.

143

9

) 13.

Система рекуперации тепла с разделенными тепловыми трубками

,

Int J Low Carbon Technol

,

2008

, vol.

3

(стр.

191

202

) 14,.

Конструкция коаксиального теплообменника с тепловыми трубками воздух-вода

,

J Heat Recov Syst

,

1985

, vol.

5

(стр.

217

24

) 15,.

Анализ теплообменника с тепловыми трубками воздух-вода

,

J Heat Recov Syst CHP

,

1987

, vol.

7

(стр.

351

8

) 16,,.

Конструкция водовоздушного теплообменника с тепловыми трубками, работающего под действием силы тяжести

,

J Heat Recov Syst

,

1985

, vol.

5

(стр.

589

99

) 17,.

Новая концепция охлаждения тепловых трубок для сухой тепловой электростанции при высоких температурах окружающей среды

,

J Inst Energy

,

1990

(стр.

119

23

) 18.

Анализ производительности всасывающего нагревателя с тепловыми трубками для ТЭЦ

,

J Appl Mech Res

,

2007

, vol.

1

(стр.

3

6

)

© Автор, 2012. Опубликовано Oxford University Press. Все права защищены. Для получения разрешений обращайтесь по электронной почте: [email protected]

Осушающие тепловые трубки | Министерство энергетики

Чтобы сделать комнату комфортной в жарком и влажном климате, кондиционер должен понижать уровень влажности в помещении, а также температуру воздуха.Если кондиционер не может должным образом снизить влажность, воздух будет прохладным, но будет неприятно влажным. Кондиционеры неподходящего размера подвержены этой проблеме; большие блоки быстро охлаждают воздух, но выключаются, прежде чем они смогут должным образом осушить его. В чрезвычайно влажном климате даже правильно подобранное оборудование для кондиционирования воздуха может не поддерживать в доме комфортный уровень влажности.

Одной из технологий, решающих эту проблему, является осушающая тепловая трубка, устройство, которое позволяет кондиционеру лучше осушать и при этом эффективно охлаждать воздух.Тепловая трубка идеально подходит для жаркой и влажной среды.

Осушающая тепловая трубка напоминает два теплообменника, расположенных по обе стороны от змеевика испарителя кондиционера. Несколько трубок соединяют две секции. Хладагент внутри трубок предварительно охлаждает поступающий приточный воздух, поглощая от него тепло. Это вызывает испарение хладагента в трубке. Испаритель кондиционера дополнительно охлаждает его, выделяя до 91% больше водяного пара, чем обычный испаритель.После того, как хладагент в трубках превращается в пар, он перетекает в секцию конденсации на другом конце системы. Там он отдает свое тепло воздушному потоку и снова возвращается в жидкое состояние. Затем под действием силы тяжести хладагент течет к испарительному концу трубы, чтобы снова начать цикл.

Большинство моделей тепловых насосов и центральных кондиционеров можно дооснастить осушающими тепловыми трубками. Вы можете выбрать либо сменный охлаждающий змеевик, включающий тепловую трубку, либо дополнительные тепловые трубки для системы вентиляции устройства.Вы также можете подумать о полноценном кондиционере, который включает тепловую трубку.

Хотя тепловые трубки не используют электричество напрямую, из-за них кондиционированный воздух выходит из системы немного теплее, чем при отсутствии тепловой трубки, поэтому для охлаждения вашего дома требуется больше энергии. Система также потребляет больше мощности вентилятора, чтобы обдувать тепловую трубку воздухом. Однако производитель утверждает, что ваш термостат может быть установлен выше для воздуха с низкой влажностью, что позволяет получить чистую экономию энергии.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *