Что такое теплообменник: принцип работы

В этой статье мы поговорим о том, что такое теплообменник. Будет дано определение термина, рассмотрены вопросы о роли этих устройств в жизни человека, видовом разнообразим и приведены некоторые сравнительные данные. Также внимание будет уделено значению теплообменника в автомобилях и способам его замены.

Введение

Что такое теплообменник? Отвечая на данный вопрос, можно определить его как устройство или технологию, внутри которой происходит явление теплообмена между 2 средами, обладающими разным показателем температурного состояния.

В соответствие с принципом работы, теплообменники можно разделить на 2 вида:

• рекуператор;
• регенератор.

В рекуператоре движущиеся носители тепла разделяются стеной. Сюда причисляют преобладающее количество теплообменников с самыми различными типами конструкции. В группу регенеративных устройств входят теплообменники, у которых теплоносители в горячем и холодном состоянии находятся поочередно в непосредственном контакте с одной общей поверхностью. Тепло начинает накапливаться в стене, если она контактирует с горячим носителем тепла и может отдаваться в ходе контакта с холодным. Примером может послужить кауперная доменная печь.

Отвечая на вопрос о том, что такое теплообменник, стоит упомянуть и область его применения. В первую очередь они важны в технологическом процессе переработки нефти, а также в нефтехимических, химических, атомных, холодильных, газовых и т. д. отраслях человеческой промышленной деятельности. Энергетика и коммунальное хозяйство также не обходятся без них.

Зависимость условий и конструкции

Отвечая на вопрос, что такое теплообменник, важно будет упомянуть о зависимости его конструкции с условиями, в которых он применяется.

Есть аппараты, которые могут включать в себя не только процесс теплообмена, но и ряд смежных явлений. Примером может служить фазовое превращение, в ходе которого можно наблюдать за конденсацией, испарением и смешением. Данные устройства обладают собственными названиями: конденсатор, градирня, испаритель, смешивающий конденсатор.

В соответствии с направлением движения, теплоносители рекуперативного типа могут подразделять на прямоточные, в случае параллельного движения в одном направлении, и противоточные. У последних, при следовании параллельному встречному движению также наблюдается взаимное поперечное движение 2 сред, которые взаимодействуют между собой.

Виды теплообменников. Кожухотрубные теплообменники

В нескольких пунктах рассмотрим краткую характеристику различных видов теплообменников.

Теплообменники кожухотрубного типа характеризуются наличием труб, которые привариваются к торцу. В них находятся закрепленные пучки других труб. Чаще всего их крепление производится посредством уплотнения развальцовки, однако способы чаще всего зависят от материала. Трубная решетка наделена закрывающимися крышками с прокладкой, болтами и/или шпильками. Корпус оснащен штуцерами, посредством которых один из теплоносителей прокладывает себе путь через пространство между трубками. 2-й теплоноситель при помощи патрубка движется по трубам. Многоходовые теплообменники оснащены крышкой в корпусе и рядом перегородок, которые повышают скорость движения носителя теплоты. Увеличение показателя теплоотдачи улучшают при помощи оребрения трубок, предназначенных для теплообмена.

Элементный теплообменник включает в себя ряд компонентов, которые представлены в виде простейших кожухотрубных теплообменников, но с отсутствующими перегородками. Сама конструкция довольно тяжелая и громоздкая.

Погруженный змеевиковый теплообменник характеризуется движением теплоносителей по змеевику, который погрузили в пространство бака с другим носителем тепла в жидкой форме. Чаще всего их используют в небольших установках, а сам аппарат довольно дешевый и простой в использовании.

Основные конструкции теплообменников

Труба в трубе – теплообменник, в котором все отдельные компоненты соединяются посредством патрубков и калачей. Вследствие этого образуется цельная система механизма. Чаще всего их эксплуатируют в условиях наличия высокого давления.

Оросительный теплообменник – тип устройств, которые чаще всего используют в роли конденсаторов при изготовлении охлаждающих установок. Это змеевик, образованный горизонтальными трубами, размещенными в вертикально расположенной плоскости. Они образуют множество секций, расположенных параллельно по отношению друг к другу. Каждый ряд оснащен желобом, который выдавливает струйку охлаждающей воды на теплообменный ряд труб. Часть жидкости испаряется, а другая откачивается насосами.

Графитовый теплообменник – тип устройства, используемый в условиях химически агрессивной среды. Чаще всего изготавливаются они из графитных блоков, пропитанных особыми смолами. Блок оснащают каналом для носителя теплоты. Уплотнение блоков происходит посредством использования прокладок из различных материалов.

Теплообменники пластинчатого типа образованы набором пластин, которые изначально были отштампованы для создания волнистой поверхности. Они наделены рядом каналов, по которым движется поток жидкости. Данный теплообменник крайне просто изготовить и/или модифицировать. Он прост в очистке и обладает высоким коэффициентом теплопередачи, но в условиях высокого давления он применяться не может.

Модификации теплообменников

Теплообменники пластинчато-ребристого типа имеют ряд общих параметров с пластинчатыми аппаратами, но их система разделительных плит включает в себя набор ребристых поверхностей – насадок, которые крепятся к самой пластине посредством применения метода пайки в пространстве вакуума. По бокам находятся ограничивающие бруски, предназначенные для поддержания пластинки. Другими словам, в основе данной конструкции залегает матрица, цельно спаянная, а также крайне прочная и жесткая. Она строится по подобию сотового принципа, а ее работоспособность может поддерживаться в условиях до сотни атм. и даже выше. К подобным устройствам были разработаны разнообразные насадки, позволяющие подбирать геометрию канала для любых потоков и потребностей. Главным достоинством таких устройств является их компактность.

Теплообменник оребренно-пластинчатого типа образован тонкостенными оребренными панелями, которые создаются с использованием метода высокочастотной сварки, а соединение их происходит поочередно с поворотом на девяносто градусов. Чаще всего их применяют в ходе утилизации тепла из отходящего газа.

Спиральный теплообменник включает в себя 2 спиральных канальца, что навиваются вокруг перегородки, расположенной по центру. Для создания витков используют рулонный материал. Основное предназначение – охлаждение и нагревание жидкостей с высоким показателем вязкости.

Некоторые сравнительные данные

При выборе использования пластинчатого или кожухотрубного теплообменника чаще люди выбирают первые, так как их коэффициент передачи тепла гораздо выше, чем у традиционного кожухотрубного аппарата. К тому же пластинчатые приборы обладают меньшей площадью.

Теплообменники пластинчатого типа, изготавливаемые за рубежом, оснащаются рядом средств, позволяющих им работать в автоматическом режиме посредством изначальной настройки и регуляции, а также они оснащаются прочной арматурой. В подобных аппаратах снижается величина теплоносителя, который расходуется для нагрева воды. Следовательно, это позволяет снизить нагрузку на сетевой набор насосов, а также уменьшить количество энергии, которое ими потребляется.

В настоящее время с нарастающей популярностью начинают изготавливать и использовать геликоидные теплообменные устройства. Их особенностью является профилирование трубок. Оно делается для того, чтобы прирост сопротивления гидравлической природы мог превысить возрастание отдачи тепла в случае применения турбулизации потоков. Данное устройство является довольно дешевым в сравнении с иностранными моделями, а его качество очень высоко. Чтобы защитить механизм от коррозии, для каждой трубной доски применяют напыление газотермического типа.

Три упомянутых в этом пункте теплообменника изготавливаются, как правило, посредством использования стали с высоким показателем коррозийной стойкости и жаропрочностью. Однако, несмотря на эксплуатацию подобных материалов, структурные компоненты теплообменников все равно могут подвергаться коррозии питтингового типа.

Охлаждение двигателя

Система охлаждения, отвечающая за процесс обмена тепла в авто, является многофункциональным средством контроля температурного режима. В машине таких систем может быть несколько, но в общем виде все они отвечают за контроль одного и того же явления, только в разных областях транспорта. Примером может служить нагревание воздуха в отопительной или вентиляционной системе, охлаждение масел внутри системы, отвечающей за смазку, теплообменник двигателя занимается его охлаждением. Существует также система, отвечающая за снижение температуры в турбонаддуве, и т. д.

Автомобильные теплообменники принципом работы могут между собой отличаться, что обуславливается особенностями самой системы. На авто чаще всего используют жидкостные охлаждающие приборы. Их преимущество заключено в том, что они позволяют равномерно снижать температуру мотора и обладают низкой шумовой производительностью. Если говорить о системе охлаждения двигателя в целом, то она включает в себя огромное количество деталей, среди которых: радиатор масляного типа, отопительный теплообменник, центробежный насос, термостат, радиатор снижения температуры жидкостей, а также расширительный бак.

Процесс промывки

Промывка теплообменника – важный процесс, который стоит выполнять регулярно, иначе несвоевременная его очистка может привести к возникновению проблем в работе двигателя. Однако это, в частности, применимо к конкретному фрагменту общей системы терморегуляции машины, а именно к радиатору.

Нормальная работа охладительной системы, предназначенная для охлаждения двигателя, не может осуществляться вечно. Для обеспечения работоспособности необходимо регулярно проводить профилактические манипуляции. Радиатор является устройством, которое подвергается частому и большому воздействию грязи и пыли. Потому необходимо совершать периодическую промывку теплообменника.

Причиной частого перегревания авто может послужить наличие сбоев в работе радиатора. В зависимости от того, стал ли он разбитым или загрязненным, можно решить данную проблему двумя соответствующими путями:

1. Приобрести в магазине новое устройство.
2. Промыть теплообменник и почистить его.

Чтобы очистить радиатор изнутри, необходимо для начала удалить из него антифриз, путем сливания. Важно помнить, что если вещество является чистым, то в проведении данного процесса нет необходимости. Если же жидкость оказалась загрязненной, то следует влить в охладительную систему воду без примесей. Далее нужно завести авто и позволить ему работать в течение 15-25 мин., а потом воду следует слить. Операцию проводят многократно до момента, пока жидкость не станет чистой.

Промыть теплообменник следует тщательно. Усиление эффекта может достигаться использованием жидкости с добавлением специальных чистящих средств. Однако не следует прибегать к злоупотреблению ими, ведь достаточно пары граммов. Использование чрезмерного количества чистящих средств может повредить систему, отвечающую за охлаждение.

После того, как автомобильный теплообменник был промыт, из него снова сливают воду с примесью моющего вещества и заливают уже чистую и повторяют процедуру не меньше пяти раз. Некачественное удаление остатков моющих компонентов может негативно сказаться на радиаторе и привести к образованию коррозии. Чтобы избежать появления накипи, в жидкость антифриза вливают разнообразные присадки, которые наделены антикоррозийными и смазывающими свойствами. Они препятствуют процессу образования ржавчины, а также другим видам отложений внутри радиатора.

Не следует забывать и о том, что забивка радиатора снаружи, например пухом, шерстью или пылью, также может привести к перегреву автомобильного двигателя. Чтобы решить данную проблему, обычно применяют метод продувания теплообменника. Сначала его отделяют от авто, а далее посредством использования обычных мини-моек или простой водяной струей, находящейся под действием давления, промывают и продувают. Не забывайте о том, что использование чрезмерной силы давления может повредить радиатор. Старайтесь обходиться без применения химических средств, которые включают в себя агрессивные кислотные составляющие.

На завершающем этапе очистки необходимо сменить жидкость для охлаждения и откачать лишний воздух из пространства системы. Воздух может образовываться в ходе заливки антифриза. Этот процесс осуществить можно при помощи открытия крышки радиатора, а далее необходимо просто запустить двигатель на некоторое время (около пары минут). После того, как пробки, образованные воздухом, покинут внутреннюю систему устройства, следует добавить антифриз и поставить крышку на место, плотно ее закрепив.

Сложности замены детали внутри авто

Назначение автомобильного теплообменника также заключается в общей системе кондиционирования машины. В данном случае он отвечает за процесс терморегуляции воздуха в пространстве салона. Это, преимущественно, пассивная деталь без каких-либо тонкостей, осуществить ее смену уже сложнее, чем снять радиатор. Место его расположения - между панелью с приборами и перегородкой, а внешне он имеет сходство с радиатором, но с отсутствующей горловиной. Существуют разнообразные формы данной детали, однако замена теплообменника, как правило, не составляет особых трудностей. Важно соблюдать при этом осторожность, так как в системе подобного устройства циркулирует вода, в которую могут добавлять антифриз – довольно токсичное вещество.

Найти новый теплообменник на "Опель-Астру" или на любую другую машину довольно просто: в Сети огромное количество интернет-магазинов, которые предоставляют услуги по продаже запчастей. На них можно выбрать требующуюся модель и вид устройства, а далее просто оформить заказ.

Чтобы найти, например, теплообменник на "Астру" б/у, также можно обратиться в пункты разборки соответствующей модели машины. Здесь человеку предоставляется самостоятельное право выбора необходимой модели, непосредственно вживую. Его можно купить сразу или заказать. Так как на таких разборках теплообменники и прочие детали подержанные, это позволит вам сэкономить деньги в случае острой нехватки капитала. Не стоит пренебрегать данной услугой, так как часто здесь можно найти оригинальную запчасть, ничем не уступающую новой.

В настоящее время пункты разборки авто занимаются одновременно большим количеством обслуживания различных марок транспортных средств, так что здесь всегда можно найти теплообменник на шевроле, жигули, пежо и т. д. Чаще всего подобные точки можно найти в расположении частной мастерской, гаражах, ряде складских помещений и ангарах. Покупка подобного устройства в фирменном магазине будет стоить дороже, но и исключает шанс покупки некачественной продукции. Однако, вне зависимости от вашего выбора места покупки, предоставить замену лучше специалистам. Особенно в том случае, если вы не уверены в собственных силах и достаточном развитии навыка. Вне зависимости от того, нужно вам поставить или сменить теплообменник на опеле или форде, в специализированных мастерских вам помогут решить данную проблему быстро и качественно.

Пара слов о прокладке

Замена теплообменника на личном авто иногда может и не производиться. Зависит это от того, в чем конкретно проблема.

Если в машине появляется неприятный запах после езды по дорогам, а особенно по мокрому или укрытому реагентами асфальту, то стоить обратить внимание на возможное протекание внутренней прокладки, расположенной со стороны катколлектора. Там можно обнаружить большой слой грязи и масел. Если при этом, под крышкой клапана эмульсия отсутствует, то это указывает на протекание масла в антифриз, причем лишь в одном направлении. Это равносильное явление для большинства марок авто, начиная с Daewoo и заканчивая опелем. Прокладки теплообменника также подлежат замене. Не всегда следует прибегать к крайним мерам по его удалению и установке нового, ведь иногда достаточно будет просто сменить саму прокладку.