Що таке теплообмінник: принцип роботи

У цій статті ми поговоримо про те, що таке теплообмінник. Буде дано визначення терміна, розглянуто питання про роль цих пристроїв в житті людини, видовому розширюємо та наведено порівняльні дані. Також увагу буде приділено значенню теплообмінника в автомобілях і способів його заміни.

Введення

Що таке теплообмінник? Відповідаючи на дане питання, можна визначити його як пристрій або технологію, всередині якої відбувається явище теплообміну між 2 середовищами, що володіють різним показником температурного стану.


У відповідності з принципом роботи, теплообмінники можна розділити на 2 види:

рекуператор;

регенератор.

У рекуператорі рухомі носії тепла поділяються стіною. Сюди зараховують переважна кількість теплообмінників з різними типами конструкції. В групу регенеративних пристроїв входять теплообмінники, у яких теплоносії в гарячому і холодному стані знаходяться по черзі в безпосередньому контакті з однією загальною поверхнею. Тепло починає накопичуватися в стіні, якщо вона контактує з гарячим носієм тепла і може віддаватися в ході контакту з холодним. Прикладом може послужити кауперная доменна піч. Відповідаючи на питання про те, що таке теплообмінник, варто згадати і область його застосування. В першу чергу вони важливі в технологічному процесі переробки нафти, а також в нафтохімічних, хімічних, атомних, холодильних, газових і т. д. галузях людської промислової діяльності. Енергетика і комунальне господарство також не обходяться без них.

Залежність умов і конструкції

Відповідаючи на питання, що таке теплообмінник, важливо буде згадати про залежність його конструкції з умовами, в яких він застосовується. Є апарати, які можуть включати в себе не тільки процес теплообміну, але і ряд суміжних явищ. Прикладом може служити фазове перетворення, у ході якого можна спостерігати за конденсацією, випаровуванням і змішанням. Дані пристрої володіють власними назвами: конденсатор, градирня, випарник, змішуючий конденсатор. У відповідності з напрямком руху, теплоносії рекуперативного типу можуть поділяти на прямоточні, у випадку паралельного руху в одному напрямку, і протиточні. У останніх, при дотриманні паралельному зустрічному руху також спостерігається взаємне поперечний рух 2 середовищ, які взаємодіють між собою.

Види теплообмінників. Кожухотрубні теплообмінники

У кількох пунктах розглянемо коротку характеристику різних видів теплообмінників. Теплообмінники кожухотрубного типу характеризуються наявністю труб, які приварюються до торця. В них знаходяться закріплені пучки інших труб. Найчастіше їх кріплення проводиться за допомогою ущільнення розвальцьовування, однак способи найчастіше залежать від матеріалу. Трубна решітка наділена закривається кришкою з прокладкою, болтами та/або шпильками. Корпус оснащений штуцерами, за допомогою яких один з теплоносіїв прокладає собі шлях через простір між трубками. 2-й теплоносій за допомогою патрубка рухається по трубах. Багатоходові теплообмінники оснащені кришкою в корпусі і поруч перегородок, які підвищують швидкість руху носія теплоти. Збільшення показника тепловіддачі покращують за допомогою оребрення трубок, призначених для теплообміну.
Елементний теплообмінник включає в себе ряд компонентів, які представлені у вигляді простих кожухотрубних теплообмінників, але з відсутніми перегородками. Сама конструкція досить важка і громіздка. Занурений змеевиковый теплообмінник характеризується рухом теплоносіїв по змійовику, який завантажили у простір бака з іншим носієм тепла в рідкій формі. Найчастіше їх використовують в невеликих установках, а сам апарат досить дешевий і простий в використанні.

Основні конструкції теплообмінників

Труба в трубі – теплообмінник, в якому всі окремі компоненти з'єднуються за допомогою патрубків і калачів. Внаслідок цього утворюється цілісна система механізму. Найчастіше їх експлуатують в умовах наявності високого тиску. Зрошувальний теплообмінник – тип пристроїв, які найчастіше використовують у ролі конденсаторів при виготовленні охолоджувальних установок. Це змійовик, утворений горизонтальними трубами, розміщеними у вертикально розташованої площині. Вони утворюють безліч секцій, розташованих паралельно по відношенню один до одного. Кожний ряд оснащений жолобом, який видавлює цівку охолоджуючої води на теплообмінний ряд труб. Частина рідини випаровується, а інша відкачується насосами. Графітовий теплообмінник – тип пристрою, який використовується в умовах хімічно агресивного середовища. Найчастіше вони виготовляються з графітових блоків, просочених особливими смолами. Блок оснащують каналом для носія теплоти. Ущільнення блоків відбувається за допомогою використання прокладок з різних матеріалів. Теплообмінники пластинчастого типу утворені набором пластин, які спочатку були відштамповані для створення хвилястою поверхні. Вони наділені рядом каналів, по яких рухається потік рідини. Даний теплообмінник дуже просто виготовити та/або модифікувати. Він простий в очищенні і володіє високим коефіцієнтом теплопередачі, але в умовах високого тиску він не може застосовуватися.

Модифікації теплообмінників

Теплообмінники пластинчасто-ребристого типу мають ряд загальних параметрів з пластинчастими апаратами, але їх система розділових плит включає в себе набір ребристих поверхонь – насадок, які кріпляться до самої пластині за допомогою застосування методу пайки в просторі вакууму. З боків знаходяться обмежують бруски, призначені для підтримки пластинки. Іншими словами, в основі даної конструкції залягає матриця, цільно спаяний, а також надзвичайно міцна і тверда. Вона будується за подобою стільникового принципу, а її працездатність може підтримуватися в умовах до сотні атм. і навіть вище. До подібних пристроїв були розроблені різноманітні насадки, що дозволяють підбирати геометрію каналу для будь-яких потоків і потреб. Головним достоїнством таких пристроїв є їх компактність. Теплообмінник оребренно-пластинчастого типу утворений тонкостінними оребристими панелями, які створюються з використанням методу високочастотної зварки, а з'єднання їх відбувається по черзі з поворотом на дев'яносто градусів. Найчастіше їх застосовують у ході утилізації тепла відпрацьованого газу. Спіральний теплообмінник включає в себе 2 спіральних канальця, що навиваються навколо перегородки, розташованої по центру. Для створення витків використовують рулонний матеріал. Основне призначення – охолодження і нагрівання рідин з високим показником в'язкості.

Деякі порівняльні дані

При виборі використання пластинчастого або кожухотрубного теплообмінника частіше люди вибирають перші, так як їх коефіцієнт передачі тепла набагато вище, ніж у традиційного кожухотрубного апарату. До того ж пластинчасті прилади володіють меншою площею. Теплообмінники пластинчастого типу, що виготовляються за кордоном, оснащуються поруч засобів, що дозволяють їм працювати в автоматичному режимі за допомогою початкової настройки і регулювання, а також вони оснащуються міцною арматурою. У таких апаратах знижується величина теплоносія, який витрачається для нагріву води. Отже, це дозволяє знизити навантаження на мережевий набір насосів, а також зменшити кількість енергії, що ними споживається. В даний час з наростаючою популярністю починають виготовляти та використовувати гелікоідной теплообмінні пристрої. Їх особливістю є профілювання трубок. Воно робиться для того, щоб приріст опору гідравлічної природи міг перевищити зростання віддачі тепла в разі застосування турбулізації потоків. Даний пристрій є досить дешевим у порівнянні з іншими моделями, а його якість дуже високо. Щоб захистити механізм від корозії, для кожної трубної дошки застосовують газотермічного напилення типу. Три згаданих у цьому пункті теплообмінника виготовляються, як правило, за допомогою використання сталі з високим показником корозійної стійкості і жароміцність. Однак, незважаючи на експлуатацію подібних матеріалів, структурні компоненти теплообмінників все одно можуть піддаватися корозії питтингового типу.

Охолодження двигуна

Система охолодження, яка відповідає за процес обміну тепла в авто, є багатофункціональним засобом контролю температурного режиму. У машині таких систем може бути декілька, але в загальному вигляді всі вони відповідають за контроль одного і того ж явища, тільки в різних галузях транспорту. Прикладом може служити нагрівання повітря в опалювальній або вентиляційної системи, охолодження масел усередині системи, що відповідає за змазку, теплообмінник двигуна займається його охолодженням. Існує також система, що відповідає за зниження температури в турбонаддуве, і т. д. Автомобільні теплообмінники принципом роботи можуть між собою відрізнятися, що обумовлюється особливостями самої системи. На авто найчастіше використовують рідинні охолоджувальні прилади. Їх перевага укладено в тому, що вони дозволяють рівномірно знижувати температуру мотора і володіють низькою шумовий продуктивністю. Якщо говорити про систему охолодження двигуна в цілому, то вона включає в себе величезну кількість деталей, серед яких: радіатор масляного типу, опалювальний теплообмінник, відцентровий насос, термостат, радіатор зниження температури рідин, а також розширювальний бак.

Процес промивання

Промивка теплообмінника – важливий процес, який варто виконувати регулярно, інакше несвоєчасна його очищення може призвести до виникнення проблем в роботі двигуна. Однак це, зокрема, відноситься до конкретного фрагменту загальної системи терморегуляції машини, а саме до радіатора. Нормальна робота охолоджувальної системи, призначена для охолодження двигуна, не може здійснюватися вічно. Для забезпечення працездатності необхідно регулярно проводити профілактичні маніпуляції. Радіатор є пристроєм, який піддається частому і великому впливу бруду і пилу. Тому необхідно здійснювати періодичне промивання теплообмінника. Причиною частого перегрівання авто може послужити наявність збоїв у роботі радіатора. В залежності від того, чи став він розбитим чи забрудненим, можна вирішити цю проблему двома відповідними шляхами:

Придбати в магазині новий пристрій.

Промити теплообмінник і почистити його.

Щоб очистити радіатор зсередини, необхідно для початку видалити з нього антифриз, шляхом зливання. Важливо пам'ятати, що якщо речовина є чистим, то в проведенні даного процесу немає необхідності. Якщо ж рідина виявилася забрудненою, то слід влити в охолоджувальну систему воду без домішок. Далі потрібно завести авто і дозволити йому працювати протягом 15-25 хв, а потім воду слід злити. Операцію проводять багаторазово до моменту, поки рідина не стане чистою. Промити теплообмінник слід ретельно. Посилення ефекту може досягатися використанням рідини з додаванням спеціальних чистячих засобів. Однак не слід вдаватися до зловживання ними, адже досить пари грамів. Використання надмірної кількості миючих засобів може пошкодити систему, що відповідає за охолодження. Після того, як автомобільний теплообмінник був промитий, з нього знову зливають воду з домішкою миючого речовини і заливають вже чисту і повторюють процедуру не менше п'яти разів. Неякісне видалення залишків мийних компонентів може негативно позначитися на радіаторі і призвести до утворення корозії. Щоб уникнути появи накипу, рідина антифризу вливають різноманітні присадки, які наділені антикорозійними і змащувальні властивості. Вони перешкоджають процесу утворення іржі, а також інших видів відкладень всередині радіатора. Не слід забувати і про те, що забивання радіатора зовні, наприклад пухом, шерстю або пилом, також може привести до перегріву автомобільного двигуна. Щоб вирішити дану проблему, зазвичай застосовують метод продування теплообмінника. Спочатку його відокремлюють від авто, а далі за допомогою використання звичайних міні-мийок або простий водяній струменем, що знаходиться під дією тиску, промивають і продувають. Не забувайте про те, що використання надмірної сили тиску може пошкодити радіатор. Намагайтеся обходитися без застосування хімічних засобів, які включають в себе кислотні складові. На завершальному етапі очищення необхідно змінити рідина для охолодження і відкачати зайве повітря з простору системи. Повітря може утворюватися в ході заливки антифризу. Цей процес можна здійснити за допомогою відкриття кришки радіатора, а далі треба просто запустити двигун на деякий час (близько пари хвилин). Після того, як пробки, утворені повітрям, покинуть внутрішню систему пристрої, слід додати антифриз і поставити кришку на місце, щільно її закріпивши.

Складності заміни деталі всередині авто

Призначення автомобільного теплообмінника також полягає в загальній системі кондиціонування машини. В даному випадку він відповідає за процес терморегуляції повітря в просторі салону. Це, переважно, пасивна деталь без яких-небудь тонкостей, здійснити її зміну вже складніше, ніж зняти радіатор. Місце його розташування - між панеллю з приладами і перегородкою, а зовні він має схожість з радіатором, але з відсутньою горловиною. Існують різноманітні форми даної деталі, проте заміна теплообмінника, як правило, не складає особливих труднощів. Важливо дотримуватися при цьому обережності, так як в системі подібного пристрою циркулює вода, в яку можуть додавати антифриз – досить токсична речовина. Знайти новий теплообмінник на "Опель-Астру" або на будь-яку іншу машину досить просто: у Мережі величезна кількість інтернет-магазинів, які надають послуги з продажу запчастин. На них можна вибрати що вимагається модель і вигляд пристрою, а далі просто оформити замовлення. Щоб знайти, наприклад, теплообмінник на "Астру" б/у, також можна звернутися в пункти розбирання відповідної моделі машини. Тут людині надається самостійне право вибору потрібної моделі, безпосередньо наживо. Його можна купити або замовити. Так як на таких розборках теплообмінники та інші деталі вживані, це дозволить вам заощадити гроші в разі гострої нестачі капіталу. Не варто нехтувати цією послугою, так як часто тут можна знайти оригінальну запчастину, нічим не поступається новій. В даний час пункти розбирання авто займаються одночасно великою кількістю обслуговування різних марок транспортних засобів, так що тут завжди можна знайти теплообмінник на шевроле, жигулі, пежо і т. д. Найчастіше подібні точки можна знайти в розташуванні приватній майстерні, гаражах, ряді складських приміщень і ангарах. Купівля подібного пристрою в фірмовому магазині буде коштувати дорожче, але і виключає шанс покупки неякісної продукції. Однак, незалежно від вашого вибору місця покупки, надати заміну краще фахівцям. Особливо в тому випадку, якщо ви не впевнені у власних силах і достатньому розвитку навику. Незалежно від того, чи потрібно вам поставити або змінити теплообмінник на опелі або форді, в спеціалізованих майстернях вам допоможуть вирішити цю проблему швидко і якісно.

Пара слів про прокладання

Заміна теплообмінника на особистому авто іноді може і не проводитись. Залежить це від того, в чому конкретно проблема. Якщо в машині з'являється неприємний запах після їзди по дорогах, а особливо по мокрому або укрытому реагентами асфальту, то варто звернути увагу на можливе протікання внутрішньої прокладки, розташованої з боку катколлектора. Там можна виявити великий шар бруду й мастил. Якщо при цьому під кришкою клапана емульсія відсутня, то це вказує на протікання масла в антифриз, причому лише в одному напрямку. Це рівносильне явище для більшості марок авто, починаючи з Daewoo і закінчуючи опелем. Прокладки теплообмінника також підлягають заміні. Не завжди слід вдаватися до крайніх заходів з його видалення і встановлення нового, адже іноді достатньо буде просто змінити саму прокладку.