Теплообменники работают путем пропускания горячей и холодной жидкости через противоположные стороны куска металла. Тепло от одной жидкости проходит через металл (который является теплопроводным) в другую жидкость без контакта жидкостей. Высокая скорость движения жидкости, высокая турбулентность, большая площадь поверхности и большой перепад температур - все это способствует более эффективной теплопередаче. На сегодняшний день, производство теплообменников вышло на новый уровень и рынок представлен разными типами конструкций, в зависимости от области применения.

Существует три распространенных вида теплообменников. Все они могут быть эффективны в различных областях применения теплообмена, но оптимизация эффективности, стоимости и пространства в значительной степени зависит от конкретного процесса, в котором устанавливается теплообменник. Эта статья объясняет основные качественные различия между распространенными теплообменниками, чтобы помочь вам решить, какой из них наиболее подходит для вашего применения.

Кожухотрубные теплообменники
Кожухотрубные теплообменники названы правильно - основными компонентами являются пакет трубок (вверху, справа) и кожух для их размещения. Одна жидкость проходит через трубки, а вторая - через большую оболочку, окружающую трубки. Прототип кожухотрубного теплообменника имеет только одну внутреннюю трубку, и обычно используется для обучения студентов инженерных специальностей базовой концепции теплообменника. Однако на практике пакет меньших трубок гораздо более эффективен, поскольку значительно увеличивает площадь поверхности теплообмена (и, кроме того, оказывает незначительное положительное влияние на турбулентность). Кожухотрубный теплообменник на фотографии выше имеет примерно в двенадцать раз большую эффективность, чем гипотетический однотрубный теплообменник того же размера. Однако у труб меньшего размера есть недостаток - если жидкость в вашей системе очень вязкая или содержит твердые частицы, они могут засорить трубу и нарушить процесс теплопередачи. Кожухотрубные теплообменники доминировали на рынке теплообменников до второй половины 20-го века, когда пластинчатые теплообменники начали заменять их во многих промышленных предприятиях.

Благодаря своей простой конструкции они также занимают видное место в инженерных учебных программах по всему миру. У них есть много преимуществ, которые помогли им заслужить эти достижения. Во-первых, они относительно дешевы - по сути, это просто куча трубок. Кроме того, благодаря своей гидро- и аэродинамической конструкции они могут выдерживать более высокие рабочие температуры и давления, чем типичный пластинчатый теплообменник, который из-за своей компактности вынужден менять направление потока много раз за цикл. Это также означает, что перепад давления от входа к выходу меньше, что позволяет экономить на энергозатратах. Несмотря на преимущества, пластинчатые теплообменники становятся предпочтительнее из-за лучшей теплопередачи (мы увидим почему в ближайшее время), более простого обслуживания и очистки, модульности и компактности.

Пластинчато-рамочный теплообменник (пластинчатые теплообменники)
Пластинчатые теплообменники состоят из ряда пластин, скрепленных вместе в большой раме. Имеется два входа и два выхода, а в промежутках между пластинами чередуются две жидкости (горячая, холодная, горячая, холодная и т.д., как показано выше, справа). Такая конструкция обеспечивает очень высокую эффективность теплообмена благодаря большой площади поверхности - гораздо выше, чем у кожухотрубного теплообменника, занимающего аналогичную площадь. Пластинчатые теплообменники также намного легче чистить и обслуживать, поскольку они сконструированы таким образом, что их относительно легко разобрать и осмотреть. Кроме того, если в одной из пластин обнаружен дефект, вы можете просто снять две пластины и вернуть устройство в эксплуатацию с немного меньшей производительностью, пока вы ждете замены. Кожухотрубные теплообменники не могут похвастаться такой роскошью. Хотя все пластинчатые теплообменники имеют гофрированные пластины, они могут различаться по способу уплотнения пластин друг с другом. В порядке возрастания герметичности (и цены) пластинчатые теплообменники могут быть прокладочными, паяными или сварными. Прокладки, хотя и более подвержены разрушению под давлением, недороги и легко заменяемы. Они также обладают незаменимым преимуществом модульности - пластинчатый теплообменник с прокладками можно полностью разобрать и в любой момент добавить пластины для увеличения мощности. Если пластинчатый теплообменник паяный или сварной, то добавлять пластины после установки очень сложно и дорого. В целом, пластинчатые теплообменники с прокладками предпочтительны в промышленных условиях, где гибкость имеет первостепенное значение. Сварные пластинчатые теплообменники встречаются редко из-за повышенной стоимости, но паяные пластинчатые теплообменники распространены в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, где замена проще, чем обслуживание. Хотя ее доля на рынке гораздо меньше, чем у двух предыдущих категорий, технология ямочных пластин/пластинчатых змеевиков является лучшим решением для тех случаев, когда одна из жидкостей не движется. Она также полезна при модернизации, например, при рекуперации отработанного тепла, которое не было учтено в первоначальных чертежах. В целом, это хороший вариант для пассивного нагрева или охлаждения резервуара для хранения (например, светлого пива или молочных продуктов), где охлаждение или нагрев в противном случае были бы дорогими. Принцип работы очень прост - два стальных листа свариваются вместе точечной сваркой, затем надуваются, чтобы между ними образовались каналы для протекания жидкости. Благодаря своей простоте и дешевизне материалов, технология ямочных пластин/пластинчатых змеевиков может быть адаптирована к любому конкретному применению. Самым распространенным применением являются рубашки для резервуаров для пива и молочных продуктов, но секции ямочных пластин также могут быть вырезаны для установки внутри резервуара и погружены в хранимую жидкость для эффективной теплопередачи.

Пластинчатый теплообменник
Благодаря компактности, эффективности и простоте обслуживания пластинчатые теплообменники во многих отраслях вытесняют кожухотрубные варианты. Если вам необходимо эффективно нагревать или охлаждать жидкость, которая является частью существующего технологического процесса, то пластинчатые теплообменники могут стать подходящим решением для вас. Узнайте, как конструкция и материалы, используемые в PHE, делают их отличным источником теплопередачи в условиях ограниченного пространства.