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

Содержание

модели, свойства, требования, принцип работы

Содержание статьи:

Особенность печного отопления — большое количество тепла, выделяющегося в атмосферу. Сократить расходы на покупку дров и угля можно, установив теплообменник на трубу дымохода. В специализированных магазинах предлагают рекуператоры, подходящие для разных условий эксплуатации. Простые устройства изготавливают своими руками.

Назначение устройства

Теплообменник на трубе помогает избежать перегрева конструкции и экономит тепло

До 40% тепла, выделяемого при сгорании топлива в печах, не выполняет своего назначения. Посредством тяги горячие газы через дымоход попадают в атмосферу. При этом металлические каналы отвода сильно разогреваются.

Корпус рекуператора, который разогревается не так сильно, защищает от ожогов при случайном прикосновении.

Используя теплообменник, часть энергии пускают в дело, нагревая воздух, воду или антифриз в системе отопления.

Принципы работы

Эффективным считают только теплообменник, установленный на металлической трубе. Наружная поверхность кирпичных дымоходов не нагревается выше 40 градусов, поэтому много тепла от них не получить.

Алгоритм работы устройств прост:

  • горячие газы, проходя по трубе, нагревают её;
  • от наружной поверхности дымохода тепло передаётся теплоносителю — воде, воздуху, антифризу;
  • теплоноситель отдаёт тепло в помещение.

Рекуператоры различных конструкций передают тепловую энергию от продуктов сгорания к теплоносителю.

Производители и продавцы делят аппараты на два типа в зависимости от физической среды, которая переносит энергию: воздушные и водяные. Устройства используют естественную и принудительную циркуляцию теплоносителя.

Воздушные теплообменники

С помощью воздушного теплообменника можно обогревать часть помещений

В работе используется принцип конвекции.

Существует несколько разновидностей аппаратов.

  • Поток продуктов сгорания разделяется и поднимается по нескольким трубкам. Большая площадь поверхности ускоряет теплообменные процессы.
  • К главному каналу приварены несколько трубок. За счёт конвекции воздух в помещении проходит сквозь теплообменник, нагреваясь, поднимается по трубкам.
  • Вокруг основной установлена труба большего диаметра, к которой крепят подводящий и выходной каналы. С помощью устройства можно обогревать помещения, находящиеся по соседству с тем, где расположена печь.
  • К центральной трубе приварены металлические рёбра, образующие каналы. Таким способом повышают площадь, участвующую в теплообмене и ускоряющую конвекцию.
  • Вариант «колпаковой» печи. Горячие газы поднимаются по теплообменнику и нагревают воздух. Охлаждаясь, пары опускаются вниз колпака и отводятся в атмосферу.

Изготовленные промышленным способом воздушные теплообменники легко приобрести в специализированных торговых точках. Изделия выпускают со стандартными посадочными диаметрами. Устанавливают такие аппараты вместо одной секции дымохода.

Воздушный теплообменник устанавливают вместо одной секции дымохода или вокруг трубы

Если вытяжная труба изготовлена по нестандартным размерам, теплообменник на дымоход можно легко изготовить самостоятельно. Работа по силам любому домашнему мастеру.

Цена заводских приспособлений высока — это второй довод в пользу самостоятельного изготовления теплообменника.

Для работы понадобятся инструменты:

  • сварочный аппарат и защитная маска:
  • углошлифовальная машинка (болгарка) с отрезными и зачистными кругами;
  • дрель с набором свёрл и коронок для металла;
  • рулетка, линейка, средства защиты (перчатки, очки).

В зависимости от выбранной конструкции подбирают из имеющихся запасов или приобретают металлические полосы или уголки, пластины стали.

Для работы нежелательно использовать оцинкованную сталь. При нагревании до высоких температур в воздух выделяется вредные соединения цинка.

Простые самодельные конструкции

Самым простым и доступным вариантом воздушного теплообменника на дымоход являются приваренные к основной трубе рёбра. Работа займёт не больше часа.

В качестве материала подойдут:

  • отрезки уголка или пластины из металла;
  • профильная или круглая труба.

В самодельных устройствах качество сварки должно быть высоким, чтобы не просачивался угарный газ

Весь процесс заключается в нарезании одинаковых по длине деталей и приваривании их к трубе дымохода.

Теплообменник не должен «забирать» всё неиспользуемое тепло — в недостаточно горячей трубе образуется конденсат, нагар, а тяга снижается.

Ограничивает использование самодельных моделей малопривлекательный внешний вид. Если дизайнерские решения не требуются (гараж, мастерская, баня) модели успешно справляются с поставленной задачей.

Для более сложных вариантов, когда поток газов разделяется на несколько трубок, необходимо иметь профессиональные навыки сварщика — утечка угарного газа через непроваренные места смертельно опасна, дым не позволит с комфортом находиться в помещении.

В случаях, когда требуются аккуратные и красивые конструкции, лучше обратиться в торговые организации и приобрести готовое изделие.

Для изготовления никелированных деталей или теплообменников из нержавейки понадобится дорогостоящий материал, навыки работы и специальное оборудование для точечной сварки.

Водяные модели

В водяных теплообменниках средой передачи энергии от трубы являются жидкости — вода или антифриз в системах отопления или чистая вода для хозяйственных нужд.

Различают две конструкции:

  • в виде змеевика, подключённого к накопительному баку;
  • «самоварные» конструкции.

Устранение большого количество тепла может привести к снижению тяги и образованию конденсата

В первом случае вокруг трубы обвивают несколько витков медной, алюминиевой или нержавеющей трубки, которые подводят к накопителю.

Змеевик может находиться в воздушном пространстве или внутри дополнительного бака. Второй вариант подразумевает герметичную ёмкость, расположенную вокруг металлического дымохода. К бачку приварены штуцеры подвода и отвода нагретой жидкости.

Нагретая в теплообменнике вода за счёт законов физики поднимается в выносной накопительный бак. Обязательно устраивают контур циркуляции. Если его не сделать, вода нагреваясь разорвёт рекуператор.

Тёплую воду забирают из бака. Сливной кран нужен для удаления воды, если помещение не отапливается постоянно. При отрицательной температуре может произойти разморозка всех частей конструкции.

Добавив в схему циркуляционный насос и группу безопасности, к теплообменнику подключают один, максимум два радиатора отопления. Такой конструкции достаточно для отопления однокомнатного помещения.

Теплообменник твердотопливной печи не обогреет загородный дом. Большой теплосъём приводит к охлаждению трубы и снижению тяги.

Как сделать самому

Сборка воздушного теплообменника

Изготовление «самоварной» конструкции доверяют профессионалам или покупают готовое изделие в магазине.

Чтобы не было течи в швах, нужны навыки в сварных работах.

Варят металл газосваркой — электросварные швы непригодны для долговечной работы в системах, заполненных жидкостями.

Самостоятельно изготавливают теплообменник в виде змеевика для горячего теплоснабжения.

Из материалов понадобятся:

  • медная или алюминиевая трубка диаметром до 25 мм;
  • бак с поплавковым механизмом для подачи жидкости из трубопровода водоснабжения;
  • гибкая подводка;
  • шаровой кран.

Полная длина трубки для естественной циркуляции воды не должна превышать 3-х метров. Если деталь получилась длиннее, устанавливают циркуляционный насос перед теплообменником.

Полная длина трубы не должна превышать 3 метра

Последовательность работы:

  1. На концах трубки нарезают резьбу для подключения штуцеров.
  2. Трубу навивают вокруг формы того же радиуса, что и дымоход. Если сечение трубки небольшое её заполняют песком. Это предотвратит заломы и перекрытия внутреннего сечения.
  3. Устанавливают готовый змеевик на дымоход.
  4. Вешают теплообменный бак на стену, но не выше, чем в 50 см от штуцера отвода горячей воды от змеевика.
  5. Проводят подключения.

Проще по исполнению, но дороже вариант, когда для изготовления спирали используют гибкую гофрированную нержавеющую трубку. Покупают гофру с уже смонтированными штуцерами. Это облегчит монтаж, для установки разъёмов не придётся приобретать специнструмент.

Купленный или изготовленный своими руками теплообменник на дымоход сэкономит денежные средства на покупку топлива и добавит комфорта в загородный дом, баню, гараж. Устройства быстро окупаются, а самодельные стоят недорого. Для монтажа не потребуются большие навыки, при этом польза от устройства велика.

в системе отопления, в бане, воздушный радиатор, регистр на дымовую трубу


Содержание:


Одним из обязательных элементов банной или отопительной систем является печь, которая может служить не только источником тепла в доме, но и подогревать воду для бытовых нужд. В данной статье мы расскажем, зачем нужен теплообменник на трубу дымохода, какие бывают разновидности такой конструкции, а также каким образом его можно установить.


теплообменник на трубу дымохода в баню

Механизм функционирования


Металлическая печка, размещенная в доме, гараже или бане, в обязательном порядке оснащается дымоходом для вывода угарных газов и организации тяги. Эта труба в процессе протапливания печи может достигать очень высоких температур, порядка 200-500 ℃, что небезопасно для находящихся в помещении людей.


Если установить теплообменник на дымовую трубу, то можно существенно увеличить КПД печи, а также обезопасить себя от прямого контакта с горячей поверхностью. В установленном на дымоходе баке или змеевике теплоносителем будет выступать вода, однако, можно монтировать и воздушный теплообменник на трубу дымохода. Благодаря прямому контакту дымовой трубы с теплоносителем, их температурные показатели уравновешиваются, то есть вода или воздух постепенно нагреваются, а стенки трубы остывают.


теплообменник на трубу отопления


По мере повышения температуры воды внутри регистра на трубу, она поднимается вверх, где попадает через специальный штуцер в водяной бак. Посредством входного штуцера, расположенного в нижней части теплообменника, в него попадает холодная вода, замещая теплую. Такая циркуляция продолжается постоянно, при этом вода может нагреться до очень высоких значений.


Воздушный радиатор на трубу дымохода имеет аналогичный принцип работы. Холодный воздух поступает внутрь теплообменника снизу, а после нагревания поднимается вверх и через трубопровод подается в отапливаемые помещения. Кроме того, пластины радиатора также отдают тепло. Воздушный теплообменник оптимален для отопления мансард на даче или предбанников бани, если такие помещения протапливаются лишь время от времени. В них нецелесообразно организовывать водяное отопление, поскольку придется постоянно заливать и сливать воду из системы.

Накопительный бак с водяным контуром


Установить бак-теплообменник на трубу дымохода в баню можно из оцинкованной жести либо из нержавеющей стали. На выбор материала будет в значительной степени влиять строение печи. Если в вашем распоряжении двухкамерный котел, в котором оборудована система дожигания газов, следовательно, выходящий в трубу дым будет уже не слишком горячим – не более 200 ℃. В таком случае материал для бака не имеет решающего значения. Читайте также: «Как сделать и установить бак на трубу для бани – практические рекомендации».


теплообменник на трубу дымохода своими руками


А вот в обычных конструкциях печей, где горячий угарный газ выходит непосредственно в дымоход, температура дыма может подниматься до 500 ℃. В такой ситуации единственный вариант – нержавеющая сталь, ведь оцинковка будет выделять токсины от сильного нагрева.


Как правило, устанавливают такой тип регистра на трубу – в баню, где необходимо постоянное снабжение большим количеством горячей воды. При этом сам бак устанавливают на печке внутри парилки или моечной, а вокруг трубы оборачивают нагревательный контур. В бачке предусматривают входной и выходной штуцеры для циркуляции воды в системе. Как вариант, подобный тип отопления можно использовать для гаража или подсобок. Читайте также: «Как сделать дымоход из трубы своими руками – пошаговое руководство».

Инструкция по изготовлению бака


Зачастую в магазинах можно купить теплообменник на трубу отопления с уже сделанным водяным контуром. Останется только монтировать его на новую фабричную печку и можно пользоваться. Однако при желании вы можете сделать теплообменник на трубу дымохода своими руками.


Потребуются такие материалы:

  • листы стали и куски трубы из нержавейки разного сечения со стенками, толщиной 1,5-2мм;
  • штуцеры на 1″ или 3/4″, чтобы подключить водяной контур к системе отопления;
  • большой бак для воды из оцинковки или нержавейки объемом 50-100 литров;
  • гибкие шланги или трубы из меди или стали для горячей воды;
  • кран для слива воды из системы.


теплообменник на трубу дымохода для отопления


Работы по сборке теплообменника с баком состоят из таких этапов:

  1. Разработка чертежа. Исходя из вида печки и диаметра дымовой трубы, определяют габариты бака. В простых металлических печах с прямым дымоходом на выходе газы очень сильно нагреваются, так что теплообменник может быть довольно крупным – около 50 см высотой.
  2. Внутренний диаметр стенок накопительного бака нужно выбрать так, чтобы он плотно сел на патрубок дымохода. Внешний диаметр бака должен быть больше внутреннего сечения в 1,5-2,5 раза. Такие параметры позволяют быстро нагреть теплоноситель и обеспечить его свободную циркуляцию. Если в печи выходящие газы не очень горячие, то лучше ставить теплообменник на трубу дымохода для отопления меньших размеров, чтобы не скапливался конденсат и была хорошая тяга.
  3. Сварочным аппаратом нужно скрепить все элементы конструкции, проследив, чтобы швы были герметичными. Штуцеры для циркуляции воды приваривают вверху и внизу бака.
  4. Водяной котел усаживают на дымовой штуцер очень плотно, дополнительно обрабатывая швы жаростойким герметиком. В верхней части на баке точно так же крепится переходник на утепленную трубу, которую через потолок или стенку выводят наружу.
  5. Нагревательный контур с теплоносителем подсоединяют к накопительному баку. Входящую трубу с холодной водой через штуцер подводят к баку с наклоном в 1-2 градуса. Труба с горячей водой, подключаемая к емкости через верхний штуцер, имеет наклон в 30 градусов. При этом сам накопитель монтируют выше теплообменника.
  6. В самом низком месте бака врезают кран для слива воды. В парилке он может быть совмещенным с краном для забора горячей воды.
  7. Прежде чем растапливать печь, в систему заливают воду, чтобы металлические элементы не перегрелись, а швы не полопались.
  8. Заполнение водой в теплообменнике может быть как ручным, так и автоматическим. Если производится залив воды вручную, нужно установить на наружной стенке прозрачную трубку, чтобы следить за уровнем воды.


Стоит отметить, что от контура до бака не должно быть более 3 метров расстояния, а диаметр трубы лучше брать не уже 3/4″.

Теплообменник в виде змеевика


Если для монтажа предыдущего типа отопления от трубы дымохода требуется умение обращаться со сварочным аппаратом, то конструкция теплообменника в виде змеевика выполняется намного проще. Нужно только обернуть несколько колец гибкой алюминиевой или медной трубки вокруг дымохода. Эти металлы имеют высокий уровень теплопроводности и не разрушаются из-за коррозии.


воздушный теплообменник на трубу дымохода


По диаметру трубка должна быть удобной для подключения к штуцеру накопительного бака. Оптимально для сгибания выбирать трубу сечением не более 28 мм. По длине такой контур не должен превышать 3 метров, чтобы циркуляция воды была правильной. С помощью гибкой подводки можно подключить бак к змеевику.


Как правило, змеевики применяют для нагрева воды, хотя, иногда и для отопления маленьких комнат. Лучше всего себя показывают змеевики, закрепленные на дымовых трубах металлической печи с очень высокой температурой угарных газов.

Способ монтажа змеевика


Монтировать теплообменник-змеевик можно на дымоход банной печки или буржуйки в гараже или сарае. Он будет служить для отопления или для нагрева воды.


Для работы потребуется:

  • алюминиевая или медная трубка длиной до 3 м;
  • 2 штуцера 3/4″ и гибкий шланг для горячей воды;
  • котел с поплавковым краном для заполнения водой и клапаном для ее использования;
  • кран для слива теплоносителя из системы.


радиатор на трубу дымохода


Технология монтажа системы выглядит так:

  1. Первым шагом производится изгиб трубки, чтобы ее сечение осталось неизменным. Для медных труб менее 28 мм диаметра можно использовать трубогиб, не нагревая их. А вот стальные, алюминиевые и изделия с большим диаметром нуждаются в предварительном прогреве паяльной лампой.
  2. Для сгиба можно воспользоваться сухим песком, заполнив им трубу и закрыв заглушками с обеих сторон. По образцу производят спиральный сгиб, после чего ссыпают песок и промывают трубу под напором воды.
  3. В торцевых частях трубки нарезают резьбу для переходников под штуцеры, а затем подключают к системе.
  4. Полученный змеевик монтируют на дымоход. Если припаять его оловом к трубе, теплоотдача будет лучше. Предварительно производят обезжиривание ортофосфорной кислотой.
  5. Немного выше змеевика на опору или на стену вешают накопительный бак. Подключают его к теплообменнику гибкой подводкой и устанавливают кран внизу бака.


Отметим, что для безопасного и долговременного использования змеевика для отопления, нужна установка насоса, обеспечивающего циркуляцию воды в системе и препятствующего перегреву.

Регистр воздушного типа


Использовать на благо излучаемое дымоходом тепло и увеличить тем самым КПД буржуйки или печи для бани можно, установив воздушный бак-теплообменник. Он выглядит как корпус в форме цилиндра, сквозь который проходят несколько полых трубок. Снизу в них попадает холодный воздух, нагревается внутри теплообменника, поднимается вверх, откуда попадает в помещение. Такой тепловой поток можно направить в соседние комнаты, чтобы обогреть большее количество помещений. Читайте также: «Виды регистров из гладких труб, характеристики и особенности использования в системах отопления».


Существуют специальные конструкции печей с теплообменниками воздушного типа, которыми обогревают не только гаражи, но и большие теплицы или прочие постройки.

Теплообменник из гофра


Гофрированные канализационные трубы могут с успехом быть использованы для организации теплообменника. Их накручивают вокруг неутепленного отрезка дымовой трубы, чтобы воздух, находящийся внутри них, быстрее нагрелся и распространился в соседние помещения. А если обернуть такую трубу и дымоход фольгированным материалом, то прогрев будет происходить быстрее.


регистр на трубу в баню


Оптимально использовать гофру для буржуйки, установленной в гараже (прочитайте также: «Как установить трубу для буржуйки в качестве дымохода»). Выведя отверстия воздуховодов пониже к полу, можно добиться равномерного распределения теплого воздуха во всем гараже и создать вполне комфортные условия.

Колпаковый теплообменник


Если нужно организовать отопление второго этажа и мансарды дома, то удобно использовать теплообменник в виде колпака. Он позволяет задержать теплый воздух, который скапливается возле потолка, внутри комнаты. Постепенно остывая, воздух будет опускаться вниз, и обогревать комнату остаточным теплом.


Изготовить такой колпак можно из огнеупорного гипсокартона, листа оцинковки или другого материала, после чего вывести воздуховоды к месту назначения. Для красоты колпак можно обложить искусственными камнями, которые будут нагреваться и постепенно отдавать тепло.

Негативные моменты


Наряду с пользой теплообменника на дымоходе, стоит отметить и ряд негативных факторов. Во-первых, из-за такой конструкции температура выходящих газов существенно снижается. Это может провоцировать излишнее накапливание сажи, образование конденсата и ухудшение тяги.


Немаловажный момент обустройства такой системы отопления – это просчитать, какой объем воды нужен для ее полноценного функционирования. Если ее будет мало, система может перегреться, вода в ней закипит, и трубы могут разорваться. Кроме того, важно обеспечить герметичность швов.



В любом случае, обустройство теплообменника позволяет увеличить эффективность любой печи. В целях безопасности, как минимум, дважды в год следует проводить визуальную диагностику системы и ее обслуживание – чистку сажи, замену дефектных элементов и так далее. Тогда можно будет с уверенностью использовать теплообменник для отопления дома и нагрева воды в бане.

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 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.

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.

теплообменник_выборТеплообменники 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.

теплообменник_двойнойУ 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.

Теплообменник на трубу дымохода

Отопительные устройства, генерирующие тепло за счет сгорания топлива, не в состоянии нормально работать без наличия системы дымоотведения или попросту дымохода. Через дымоходную трубу в атмосферу выводятся токсичные продукты горения, которые являются опасными для здоровья и жизни человека. Однако в дымоход вместе с отработанными газами уноситься довольно большое количество полезного тепла, которое могло бы еще послужить для обогрева помещений. Для того чтобы не допустить утечки драгоценного тепла на дымоход можно установить специальный теплообменник, значительно повышающий КПД теплогенерирующего прибора.

Принцип работы и конструкция

В настоящее время имеются разные варианты теплообменников для дымохода, конструкция и принцип работы которых, в общем похожи. Теплообменник состоит из полого корпуса с входными и выходными патрубками. В кожухе монтируется «тормозной» механизм, предназначающийся для отработанных газов. Как правило, это система установленных на осях клапанов с вырезами. Заслонки могут поворачиваться, создавая при этом зигзагообразный дымоход разной длины. Настройка клапанов дает возможность устанавливать наиболее эффективное соотношение теплообмена и тяги в дымоходе, при этом, не нарушая норм безопасности при эксплуатации. Есть и более простые модели теплообменников, без системы регулируемых клапанов.

Какой материал стоит использовать

Теплообменник для дымохода лучше делать из пищевой нержавейки. Даже при наличии высоких температурах физические параметры этого металла не изменяются, поскольку сварные швы выходят довольно крепкими, а никель при вступлении в реакцию с кислородом создает защитную пленку, устойчивую к кислотам и солям.

Если говорить об использовании цинка, то при нагревании до 200˚C он начинает испарятся, а при 500˚C концентрация испарений в воздухе достигает критически опасной для человека отметки. Но если вы установили на устройство оцинковку, а она при этом не нагревается выше 200˚C, то можно не волноваться. А использовать оцинкованный материал можно, поскольку он усиливает смешение воздуха обтекающего устройство. И хотя такой теплообменник не предусматривается для постоянного отопления помещения, но для того, чтобы быстро прогреть, например, баню или мансарду, это подходящий вариант.

Самостоятельная установка теплообменника выполняется довольно легко и просто. Это устройство можно смонтировать и на обычной буржуйке и потом облицевать кирпичом, как и саму печь. Укладку кирпича можно выполнять и на ребро – устойчивость конструкции от этого не пострадает.

Назначение и особенности

Теплообменник предназначен для забора тепла от циркулирующего в дымоходе нагретого воздуха. Конструкция устройства зависит от диаметра и формы дымоотводящей трубы, материала который был использован для создания теплообменника, мощности теплогенерирующего прибора и теплоносителя.

Теплообменники классифицируют, в зависимости от теплоносителя, на жидкостные и воздушные. Устройства воздушного типа наиболее простые в изготовлении, однако, они обладают не самой большой эффективностью. Такие устройства нуждаются в более качественном материале и исполнении, но более эффективны, чем устройства с воздушным теплоносителем.

Жидкостный теплообменник

Стандартный теплообменник, используемый с жидким теплоносителем, представляет собой металлический змеевик, с высоким коэффициентом теплопроводности непосредственно контрастирующий с внутренней поверхностью дымохода. В целях лучшего теплообмена и безопасности змеевик помещают в металлический корпус и хорошо изолируют изнутри негорючим утеплителем, как правило, базальтовой ватой.

Вся конструкция монтируется на участке дымохода. Через корпус теплообменника выводятся концы змеевика и присоединяются к отопительной системе, в верхней точке которой ставиться расширительный бачок. Для изготовления змеевика лучше всего подходит медная отожженная трубка. К тому же такой теплообменник благодаря высокому коэффициенту теплопроводности будет иметь размеры в 7 раз меньше, чем устройство из стали.

Жидкость нагревается, и, расширяясь, поднимается по змеевику, после чего по трубе самотеком она поступает в радиатор отопления. При попадании в радиатор нагретая жидкость вытесняет холодный теплоноситель, который в змеевике вновь нагревается. Таким образом, осуществляется естественная циркуляция воды по системе. Для создания циркуляции теплоносителя по системе требуется точно рассчитать длину и диаметр змеевика, выдержать углы наклона подачи и обратки, и многое другое. Значимость этих расчетов нельзя недооценивать, поскольку просто неработающее устройство не настолько страшно, чем последствия гидроудара, который может произойти при кипении теплоносителя.

Однако такой вид теплообменника имеет и свои недостатки, а именно:

  • сложность проведения расчетов и изготовления;
  • постоянный мониторинг температурного режима и давления в системе;
  • высокий расход теплоносителя, вызванный испарением жидкости из расширительного бака. А если используется вода, то при неиспользовании системы в зимний период, жидкость требуется сливать;
  • значительное снижение температуры отводящихся газов, что может вызвать снижение тяги и неполное сгорание используемого вида топлива.

Однако, несмотря на эти недостатки, такой теплообменник вполне может сделать самостоятельно любой человек умеющий обращаться с инструментом и обладающий как минимум школьными знаниями физики.

Воздушный теплообменник

Подобная конструкция, которая устанавливается на дымоход теплогенерирующего устройства, как правило, состоит из металлического корпуса, в котором смонтировано несколько входных и выходных патрубков. Принцип действия данного вида теплообменника довольно прост.

Снизу, по принципу конвекции, холодный воздух, поступая в патрубки, после нагрева выходит из верхней части теплообменника непосредственно в отапливаемое помещение. Такой принцип действия дает возможность значительно увеличить эффективность теплогенерирующего устройства и в 2-3 раза уменьшить расход топлива.

Самостоятельно изготовить теплообменник на дымоход довольно просто, имея сварочный аппарат, болгарку, металлических труб различного диаметра, желания и умения обращаться с инструментом.

Материал:

  • лист металла 350х350х1 мм;
  • труба с диаметром в дюйм с четвертью и длиной 2,4 м;
  • отрезок трубы с диаметром 50 мм;
  • металлическая емкость или 20 л ведро от машинного масла.

Изготовление:

  1. создать торцевые детали, для чего нужно из листа металла вырезать окружности. Необходимо чтобы диаметр заглушек соответствовал диаметру емкости приготовленной заранее;
  2. посередине заглушки вырезается отверстие под 60 миллиметровую центральную трубу;
  3. разметить и вырезать по краям окружности отверстия под трубу в дюйм с четвертью;
  4. таких окружностей должно быть две;
  5. трубу диаметром1¼ болгаркой разрезать на 8 равных патрубков длиной примерно по 30 см;
  6. к центральному отверстию заглушек приварить 300 мм отрезок трубы диаметром 60 мм;
  7. по окружности приварить 8 отрезков 1¼трубы;

Должна выйти подобная конструкция

Далее понадобится сделать из приготовленной емкости корпус теплообменника. Для этого потребуется:

  1. дно емкости срезать при помощи отрезной машинки;
  2. по центру с боков корпуса сделать отверстие по диаметру дымоходной трубы;
  3. к боковым отверстиям корпуса необходимо приварить патрубки соответствующего диаметра;
  4. подготовленный сердечник вставить в корпус и сваркой скрепить его с кожухом. Готовую конструкцию необходимо окрасить термостойкой краской.

Теперь нужно установить теплообменник на трубу дымохода и наслаждаться теплом.

Также вы можете посмотреть на видео весь процесс изготовления теплообменника своими руками.

Труба на олове

Этот вариант теплообменника является довольно практичным и простым. В принципе, дымоход оборачивается металлической или медной трубой, которая постоянно нагревается и перемещаемый по ней воздух быстро становится теплым. Приварить к дымоходу спираль можно пи помощи полуавтоматической или аргоновой сваркой. Также можно закрепить и оловом, заранее обезжирив дымоход ортофосфорной кислотой.

Гофра

Для использования этого малобюджетного варианта необходимо взять три алюминиевых гофрированных трубы и обернуть их вокруг дымоходной трубы на втором этаже или в мансарде. Воздух в гофре будет нагреваться от стенок дымоходной трубы и его можно перенаправить в любое помещение. А для того, чтобы теплоотдача была более эффективной можно обернуть гофрированные трубы пищевой фольгой.

Можно также установить в мансарде на дымоходной трубе специальный теплообменник, работающий по принципу колпаковой печи – нагретый воздух поднимается вверх, а при остывании постепенно опускается вниз. Подобная конструкция имеет существенный плюс – как правило, металлическая труба дымохода нагревается до такой степени, что к ней невозможно даже прикоснуться, и в этом случае теплообменник существенно снижает опасность возникновения пожара или ожогов.

Некоторые мастера дополнительно облицовывают конструкцию сеткой с камнями для сбора и удержания тепла и украшают подставку теплообменника. Мансардное помещение становиться более уютным, теплым и даже может быть использовано в качестве жилья в холодное время года.

Как видим, сделать своими руками эффективный теплообменник на дымоход не так уж и сложно. Достаточно уметь обращаться с инструментом, иметь необходимые материалы и желание. Изготовив теплообменник, вы не только сможете сделать помещение более теплым, но и сэкономить, снизив потребление топлива.

Теплообменник на дымоход: виды, принципы работы, монтаж

При печном отоплении часть тепла всегда вылетает в трубу. Буквально: в обычную печную трубу. «Отопление» улицы оплачивают владельцы помещений при покупке твёрдого или жидкого топлива. Сэкономить деньги и увеличить эффективность работы отопительной печи зачастую способен лишь теплообменник на дымоход.

Что такое теплообменник на трубу дымохода? Какие виды теплообменников существуют и какие особенности есть у теплообменных систем для домов и бань? В чём плюсы установки систем теплообмена и существуют ли минусы? Разберём подробно.

Теплообменник: механика работы

Сгорание печного топлива обеспечивает температуру при вхождении в дымоход свыше 500 °С. Такие показатели излишни, потому что тягу дымоход поддерживает и при 300-400°С. Без вреда для печки часть тепла можно перенаправить на нагрев воды в системах отопления, водоснабжения или воздуха в помещениях. Функция теплообменника заключается в обеспечении передачи (обмена) тепла от газов в дымовой трубе воде или воздуху.

Существующие модели

Специалисты считают оптимальными 3 конструктивных решения по оборудованию теплообменника на дымоход:

  1. змеевик;
  2. цилиндр с теплоносителем вокруг трубы – «водная рубашка»;
  3. переделка канала дымохода под ступенчатый лабиринт для замедления движения газов и повышения теплоотдачи.

Варианты №1 и №2 используют для подачи тепла для нагревания воды и в отопительные системы, №3 – для обогрева помещений.

Воздушный теплообменник на дымоход

Свойства разных типов теплообменников

Всем теплообменникам присущи особенности, незнание которых приведёт к дефектам системы теплообмена. Если мы передаём тепловую энергию воде, часто возникает эффект избыточного теплообмена. Приток холодной воды в теплообменник на трубе при разогретом дымоходе ведёт к забиванию канала гарью и образованию конденсата от отработанных газов.

Ещё одно не самое лучшее решение, которое быстро нарушит работу теплообменника – монтаж змеевика водоснабжающей трубы внутри самого дымохода. Нагар в дымоходе — полбеды, главный риск – отравление угарным газом.

При самостоятельном монтаже теплообменника лучше следовать отработанным решениям и не экспериментировать, пытаясь создать авторский вариант устройства.

Для бесперебойной и безопасной работы системы теплообмена рекомендуется раз в полгода проводить профилактику – визуальный осмотр, чистку от гари и накипи, ремонт (в случае необходимости). Бережное отношение к теплообменнику позволит ему прослужить десятки лет.

Требования

  • Лучший материал для бака теплообменника – сталь «нержавейка», которая выдерживает высокие температуры и резкие перепады.
  • Теплообменник подбирается в соответствии с мощностью отопительного прибора. Нарушение данного правила приведет к потере КПД самой печи.
  • Теплообменник не монтируется на трубу «намертво» – конструкция должна легко сниматься для ремонта или очистки.
  • Теплоаккумулирующий бак необходим для теплообменников с «водной рубашкой» (водяным контуром), чтобы холодная вода не попадала в сам теплообменник.

водяной теплообменник

Теплообменник своими руками

Установить теплообменник на трубу дымохода – хорошее решение для обогрева жилого дома. Главное – его можно изготовить самостоятельно.

Проще всего будет соорудить змеевик из спиралевидной трубки, который охватывает поверхность дымохода, обвивая его. Для изготовления этой модели не нужен большой багаж специальных знаний. Главная проблема – согнуть трубку в спираль, чтобы она не поломалась. С медными трубками таких проблем не возникает, а в случае с алюминиевыми поможет паяльная лампа или газовая горелка. Часто советуют припаивать спираль к дымоходу оловом.

Длина змеевика зависит от диаметра трубки. Как правило, используют диаметр 0,5 дюйма. Чем тоньше трубка, тем больше вероятность закипания в ней. Для одноэтажного строения 4 метров трубки, идущей от котла, будет достаточно – хороший обмен тепла между накопительным баком и теплообменником гарантирован. Длина медной трубки не важна при применении насоса для прокачки воды через систему теплообменника.

Бак для водяного теплообменника тоже делают самостоятельно – для этого нужно время, материалы, а главное – золотые руки. Понадобятся отрезки трубы разных диаметров из нержавейки со стенками, толщиной не меньше 1,5 мм; листовая сталь; готовый заводской стальной бак-накопитель; шаровый вентиль (чтобы сливать воду). Нужно запастись сварочным аппаратом для сварки корпуса теплообменника из листов стали.

Воздушный теплообменник на дымоход использовать можно только в помещении небольшой площади. Провести его монтаж несложно, так как он мало чем отличается от водяного. Всего навсего конструкцию теплообменника устанавливают под углом 90 градусов к дымоходу, а печные газы направляют между трубами. Результат – дым нагреет воздух трубок теплообменника, который через воздуховод поступит в помещения дома.

Расчёт эффективной работы

Главная задача при установке – правильный расчёт мощности отдачи тепла. Его можно примерно сосчитать, ориентируясь на температурные значения газов в печке и на выходе из теплообменника. Показатель теплоёмкости газов равен 1,04 кДж/кг. При перепаде температур горячих газов в 150°С, 1 кг выходящего в трубу дыма нагревает литр воды до 35-40 °С. Потом рассчитывают тот объём газов, который выходит через дымоход и получают коэффициент полезного действия для теплообменника. Нормальный КПД составляет 50-60%.

С задачей отопления небольшого дома справится один теплообменник. В других случаях теплообменник дополняет основной котёл или отопительный контур.

Теплообменник в банях

Сделать теплообменник для дымоходной трубы в бане целесообразно при системах ГВС (горячее водоснабжение). Воздушный теплообменник применяется для прогревания помещения бани, а в парной и без него хватит тепла. Водяной теплообменник применяют в том случае, если баня – это отдельное строение. Обычно ёмкость под воду устанавливают под потолком в смежном с парилкой помещении.

Что нужно знать при монтаже теплообменника для горячей воды

  1. Бак для воды должен соответствовать мощности печи в бане – вместительная большая емкость дольше нагревается. В небольшой ёмкости бака вода быстро закипит и даст излишний пар. Оптимальная ёмкость – 50-100 литров, а для нагревательного элемента вполне хватит 6-10 литров.
  2. Сам теплообменник также должен соответствовать мощности банной печки. Идеальный вариант – теплообменник оставляет 10-15% печного тепла.
  3. Бак для воды нужно наполнять во время протапливания печи, иначе – перегревание бака и коллапс всей системы теплообмена обеспечены.
  4. Трубы теплообменной системы не следует жёстко крепить к стенам, так как при разогреве они расширяются. Излишне жёсткий монтаж повредит всей конструкции теплообмена.

Конструкция теплообменника для мансарды

Чтобы отдельно прогревать мансарду, в частных домах и на дачах часто ставят теплообменник-колпак, работающий по принципу колпаковой печи – когда разогретый воздух быстро поднимается наверх, а остывший – вниз. Такие теплообменники для сохранения тепла обкладывают камнями или просто декорируют. Самая высокая температура всегда наверху – это главное для мансардных теплообменников.

Выводы

Воздушный теплообменникОсновная проблема при установке теплообменника – вопросы регулирования мощности. Считается, что универсальных способов отключить нагрев воды в системе горячего водоснабжения при работающей печке не так уж и много. Часто советуют перекрывать водяной контур с полным сливом воды.

Всё же, плюсов от установки теплообменника на трубу дымохода больше, чем проблем. Для помещений скромной площади именно теплообменник является наиболее экономичным и простым способом отопления при отсутствии систем ГВС. Даже если дом подключён к централизованным коммуникациям, вряд ли стоит терять тепло и переплачивать за топливо.

Монтаж теплообменника обойдётся дешевле отделки помещения специальными энергоэффективными материалами или установки систем формата «умный дом». Мастера при монтаже подобных устройств дают полную консультацию по пользованию системой в различных ситуациях.

Если же вы намерены самостоятельно сделать теплообменник и смонтировать его на печную трубу – запасайтесь временем: читайте специализированные материалы и смотрите видео. В любом случае, жалеть об установке теплообменника на дымоход вряд ли придётся, особенно во время суровой русской зимы.

Воздушный теплообменник на дымоход своими руками: мастер-класс

Как сделать воздушный теплообменник на дымоход: обзор на примере печки-буржуйки

Приборы отопления, использующие для получения тепла процесс сгорания топлива, не могут функционировать без дымоотводящего канала. Устройство отводит токсичные продукты сгорания, которые могут быть опасны для человека. Однако дымовые газы, уходящие по трубе в атмосферу, буквально уносят с собой большое количество тепла, которое могло бы быть использовано для обогрева помещения. Чтобы исправить этот недостаток можно установить теплообменник на дымоход. Устройство позволяет существенно повысить КПД отопительного прибора.

Принцип работы и устройство теплообменника

Существует несколько различных моделей теплообменников. Их конструкция, как и принцип работы, в целом схожи. Теплообменник имеет полый корпус, снабженный выходным и входным патрубками. Внутри корпуса устанавливается так называемое тормозное устройство, предназначенное для дымовых газов. Чаще всего это система заслонок с вырезами, установленных на осях. Элементы имеют возможность поворачиваться, создавая зигзагообразный газоход различной длины. Регулировка положения заслонок позволяет выбирать оптимальное соотношение эффективности теплообмена и тяги в дымоотводящем канале, не нарушая при этом норм безопасной эксплуатации. Встречаются и более простые варианты без системы регулируемых заслонок.

Теплообменник на дымоход: устройство системы

Устройство теплообменника для печи «Буллерьян». Холодный воздух через отверстия в нижней части устройства попадает внутрь конструкции, нагревается от продуктов сгорания, проходящих по дымоходу, и выходит наружу

Через отверстия, расположенные в нижней части устройства, по принципу конвекции затягивается более холодный воздух. Он проходит по внутреннему пространству, где дымовые газы, проходящие через газоход, нагревают его. Через верхние отверстия разогретый воздух выбрасывается в обогреваемое помещение. Таким образом удается повысить КПД отопительного прибора и существенно уменьшить количество потребляемого им топлива. Были проведены эксперименты, которые показали, что расход топлива у печки-буржуйки с установленным на дымоходе теплообменником уменьшился в три раза.

Однако для того, чтобы добиться такого эффекта, следует правильно подобрать устройство. Не стоит забывать, что отдавая свое тепло в газоходе, продукты сгорания достаточно быстро остывают. Это приводит к уменьшению разности температур в дымоходе и, соответственно, падению тяги в системе. Чтобы не допустить появление этого неприятного эффекта используются регулировки заслонками или подбираются оптимальные размеры конструкции.

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.

Сборка теплообменника

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

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.

Теплообменник для буржуйки

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.

Циркуляция воздуха в теплообменнике

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.

Оцените статью:

Поделитесь с друзьями!

Изготавливаем своими руками теплообменник на трубу дымохода

Современные россияне мало чем отличаются от своих предков, мы все также пытаемся на чем-то сэкономить, сохранить крохи, но «схалявить». Поэтому не редко, что на частном доме, бане, гараже можно заметить интересное приспособление в виде цилиндра. Этот прибор называется – теплообменник на трубу дымохода. Зачем он нужен и какое его главное предназначение узнаем далее. Также определим, какие разновидностей бывают, и какие правила монтажа.

Теплообменник

Для чего нужен теплообменник?

Нужно разделять, что для теплообменников различают два вида конструкции. Например, водяной контур считается внутренним, так как устанавливается непосредственно на котел. А вот второй тип – внешний, предназначен для установки на дымоходе.

Абсолютно все виды этих приспособлений должны заполняться жидкостью. То есть в обычном понимании – это своеобразный бак, который может быть размещен на дымоходе, к нему подведены трубы, по которым после горячая вода попадает в радиаторы или баки. Получается, что даже тепловая энергия от выходящих газов сохраняется и дает пользу. Тем самым происходит полный процесс с безотходным циклом. Съем тепла трубы дымохода, как уже говорилось, происходит при помощи подведенных труб, одна поставляет холодную воду, а другая ведет к баку или батареи уже горячую, нагретую воду.

Какие бывают теплообменники

В зависимости от того, какой теплоноситель используется в данной цепи, различают:

  • Воздушный;
  • Водяной.

Водяные намного эффективней, учитывая, что коэффициент теплопередачи выше.

Водяной теплообменник

Водяной теплообменник с баком

В том случае, когда речь идет об установке теплообменника на трубу дымохода в баню или дом, и она выводится наружу, то стоит выбирать первый тип – воздушный. Потому как монтаж полноценной системы с водяной теплопередачей, будет сопровождаться определенными трудностями в конструктивных решениях. Воздушный теплообменник на дымоход идеальное решение для самостоятельной установки, серьезных навыков от вас не потребуется.

Учитывая характер работы, использовать лучше материалы из медной трубки для отопления. Можно установить полноценный змеевик на дымоход, в таком случае теплообменник на дымоход самостоятельно, своими руками удастся сделать в кратчайшие сроки, без дополнительной пайки или сварки трубы.

Воздушный теплообменник

Воздушный теплообменник

Кстати, если вы планируете использовать эту энергию не для отопления дома, а в качестве бойлера, то есть использовать воду для мытья посуды, купания и прочие, то лучше установить для бани, сауны бак накопительный.

Расчеты мощности

Все расчеты всегда будут примерными, в каждом отдельном случае сложно определить ту мощность, которая потребуется для обогрева комнаты, парной и тому подобное.

Принято считать, что не более 5 кВт достаточно для того, чтобы обогреть обычное банное помещение. К примеру, 1 кв. м. теплообменника (его площади), равен 9 кВт печи. Учитывайте, что мощность значительно сократиться, после затухания печи или котла, поэтому расчет нужно делать по поверхности теплообменника печи. Поэтому при расчете старайтесь учитывать максимальную площадь теплообменника, чтобы обеспечить достаточную температуру даже при одноразовой топке.

Форма в таком случае практически не играет роли, она может быть самой разной, как вам заблагорассудится. Наиболее оптимальным считается регистр из нержавеющих труб, но постепенно его место занимает сваренный коллектор из двух швеллеров. Теплосъемник такой формы считается менее производимым, но для его установки и монтажа не понадобиться много материала.

Также не забывайте учитывать тип самого дымохода, на кирпичных дымоходах обустроить качественный теплообменник достаточно сложно, в отличие от металлических каналов. Поэтому отдавая предпочтение самостоятельной работе, исходите из удобства.

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

Приведем пошаговую инструкцию, как изготовить самостоятельно такое устройство.

  1. Вырежьте два круга диаметром 30 см. (Заглушки). Размеры учитывайте исходя из вашего дымохода.
  2. Разметьте на каждом листе места размещения труб, самая большая должна проходить в центре. Средняя трубка 58 мм, восемь маленьких по 32 мм.
  3. Поочередно приваривайте трубы к заглушкам
  4. Приварите вторую заглушку к трубам.
  5. Изготовьте бак.
  6. Сбоку металлического кожуха проделайте два отверстия, по противоположным сторонам.
  7. На стенках теплообменника сделать выход под патрубки.
  8. Готовую сердцевину вставьте в кожух. Закрепите с помощью сварки.
  9. Приварите теплообменник к дымоходу.
  10. Обработайте конструкцию термостойкой краской.

Самодельный теплообменник

Самодельный теплообменник

Особенности монтажа

Для теплообменника на дымоход своими руками, конструкцию разобрали в пункте выше. Сейчас разберем, каким образом происходит монтаж теплообменника рядом с котлом. Такое устройство будет включать:

  • Корпус, то есть, грубо говоря, обшивку печи или котла.
  • Непосредственно накопитель.
  • Патрубки холодной и горячей подачи.
  • Сливные краны теплообменника.

Схема подключения теплообменника

Схема подключения

Подробно система конструкции, передана на картинке. Установить теплообменник на трубу дымохода в техническом плане будет немного сложней. Но, в таком случае происходит больший нагрев и циркуляция воды, соответственно больше тепла отдается помещению.

ТЕПЛООБМЕННИКИ

Теплообменник — это устройство, используемое для передачи тепла между двумя или более жидкостями. Жидкости могут быть одно- или двухфазными и, в зависимости от типа теплообменника, могут быть разделены или находиться в прямом контакте. Устройства, включающие источники энергии, такие как стержни ядерного топлива или огневые нагреватели, обычно не рассматриваются как теплообменники, хотя многие принципы, заложенные в их конструкции, одинаковы.

Чтобы обсудить теплообменники, необходимо дать некоторую форму категоризации.Обычно используются два подхода. Первый рассматривает конфигурацию потока в теплообменнике, а второй основан на классификации типа оборудования в первую очередь по конструкции. Оба рассмотрены здесь.

Классификация теплообменников по конфигурации потока

Существует четыре основных конфигурации потока:

На рисунке 1 показан идеализированный противоточный теплообменник, в котором две жидкости текут параллельно друг другу, но в противоположных направлениях.Этот тип организации потока позволяет максимально изменить температуру обеих жидкостей и, следовательно, является наиболее эффективным (где эффективность — это количество фактически переданного тепла по сравнению с теоретическим максимальным количеством тепла, которое может быть передано).

Рисунок 1. Противоток.

В теплообменниках с прямоточным потоком потоки текут параллельно друг другу и в том же направлении, как показано на рисунке 2. Это менее эффективно, чем противоток, но обеспечивает более однородную температуру стенок.

Рисунок 2. Попутный поток.

По эффективности теплообменники с перекрестным потоком занимают промежуточное положение между противоточными и параллельными теплообменниками. В этих установках потоки текут под прямым углом друг к другу, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Поперечный поток.

В промышленных теплообменниках часто встречаются гибриды вышеуказанных проточных типов. Примерами являются комбинированные теплообменники с поперечным / противотоком и многоходовые теплообменники.(См., Например, рисунок 4.)

Рис. 4. Поперечный / противоточный поток.

Классификация теплообменников по конструкции

В этом разделе теплообменники классифицируются в основном по их конструкции, Garland (1990) (см. Рисунок 5). Первый уровень классификации — разделение типов теплообменников на рекуперативные и регенеративные. Рекуперативный теплообменник имеет отдельные пути потока для каждой жидкости, и жидкости протекают одновременно через теплообменник, обмениваясь теплом через стенку, разделяющую пути потока.Рекуперативный теплообменник имеет единственный путь потока, по которому попеременно проходят горячие и холодные жидкости.

Рисунок 5. Классификация теплообменников.

Регенеративные теплообменники

В регенеративном теплообменнике путь потока обычно состоит из матрицы, которая нагревается, когда горячая жидкость проходит через нее (это известно как «горячий обдув»). Это тепло затем передается холодной жидкости, когда она протекает через матрицу («холодный удар»).Рекуперативные теплообменники иногда называют емкостными теплообменниками . Хороший обзор регенераторов дает Walker (1982).

Регенераторы в основном используются для рекуперации тепла газа / газа на электростанциях и в других энергоемких отраслях. Два основных типа регенератора — статический и динамический. Оба типа регенераторов являются кратковременными в эксплуатации, и, если при их проектировании не будут приняты особые меры, обычно происходит перекрестное загрязнение горячего и холодного потоков.Однако использование регенераторов, вероятно, расширится в будущем, поскольку предпринимаются попытки повысить энергоэффективность и утилизировать больше низкопотенциального тепла. Однако, поскольку регенеративные теплообменники, как правило, используются для специальных применений, рекуперативные теплообменники более распространены.

Рекуперативные теплообменники

Существует много типов рекуперативных теплообменников, которые можно в широком смысле сгруппировать в непрямой контакт, прямой контакт и специальные. В теплообменниках с косвенным контактом теплоносители разделяются с помощью трубок, пластин и т. Д., Теплообменники с прямым контактом не разделяют жидкости, обмениваясь теплом, и фактически полагаются на то, что жидкости находятся в тесном контакте.

В этом разделе кратко описаны некоторые из наиболее распространенных типов теплообменников, и они организованы в соответствии с классификацией, приведенной на рисунке 5.

В этом типе пары разделены стенкой, обычно металлической. Примерами являются трубчатые теплообменники, см. Рисунок 6, и пластинчатые теплообменники, см. Рисунок 7.

Трубчатые теплообменники очень популярны из-за гибкости, которую проектировщик должен учитывать в широком диапазоне давлений и температур.Трубчатые теплообменники можно разделить на несколько категорий, из которых кожухотрубный теплообменник является наиболее распространенным.

Кожухотрубный теплообменник состоит из ряда трубок, установленных внутри цилиндрической оболочки. На рисунке 8 показан типичный блок, который можно найти на нефтехимическом заводе. Две жидкости могут обмениваться теплом, одна жидкость течет по внешней стороне трубок, а вторая жидкость течет по трубкам. Жидкости могут быть одно- или двухфазными и могут течь в параллельном или перекрестном / противотоке.Кожухотрубный теплообменник состоит из четырех основных частей:

  • Передняя часть — это то место, где жидкость входит в трубную часть теплообменника.

  • Задний конец — это место, где жидкость на трубной стороне выходит из теплообменника или где она возвращается в передний коллектор в теплообменниках с несколькими проходами на трубной стороне.

  • Пучок труб — состоит из труб, трубных решеток, перегородок, стяжек и т. Д. Для удержания пучка вместе.

  • Кожух — содержит пучок труб.

Популярность кожухотрубных теплообменников привела к разработке стандарта для их обозначения и использования. Это стандарт ассоциации производителей трубчатых теплообменников (TEMA). Обычно кожухотрубные теплообменники изготавливаются из металла, но для специальных применений (например, с использованием сильных кислот в фармацевтических препаратах) могут использоваться другие материалы, такие как графит, пластик и стекло. Также нормально, что трубы прямые, но в некоторых криогенных применениях используются спиральные катушки или катушки Хэмпсона .Простая форма кожухотрубного теплообменника — это двухтрубный теплообменник. Этот теплообменник состоит из одной или нескольких трубок, содержащихся внутри трубы большего размера. В самой сложной форме нет большой разницы между многотрубным двухтрубным теплообменником и кожухотрубным теплообменником. Однако двухтрубные теплообменники, как правило, имеют модульную конструкцию, поэтому несколько блоков могут быть соединены болтами для достижения требуемой нагрузки. Книга E.A.D. Сондерс [Saunders (1988)] дает хороший обзор трубчатых теплообменников.

К другим типам трубчатых теплообменников относятся:

  • Печи — технологическая жидкость проходит через печь в прямых или спирально намотанных трубах, а нагрев осуществляется горелками или электрическими нагревателями.

  • Пластинчатые трубы — в основном используются в системах рекуперации тепла и кондиционирования воздуха. Трубки обычно монтируются в какой-либо форме воздуховода, а пластины действуют как опоры и обеспечивают дополнительную площадь поверхности в виде ребер.

  • С электрическим нагревом — в этом случае жидкость обычно течет по внешней стороне электрически нагреваемых трубок (см. Джоулев нагрев).

  • Теплообменники с воздушным охлаждением состоят из пучка труб, вентиляторной системы и несущей конструкции. Трубки могут иметь ребра различного типа для обеспечения дополнительной площади поверхности со стороны воздуха. Воздух либо всасывается через трубы вентилятором, установленным над пучком (принудительная тяга), либо продувается через трубы вентилятором, установленным под пучком (принудительная тяга). Как правило, они используются в местах, где есть проблемы с получением достаточного количества охлаждающей воды.

  • Тепловые трубы, сосуды с мешалкой и теплообменники из графитовых блоков можно рассматривать как трубчатые или помещать в Рекуперативные «Особые предложения». Тепловая труба состоит из трубы, материала фитиля и рабочей жидкости. Рабочая жидкость поглощает тепло, испаряется и переходит на другой конец тепловой трубы, где конденсируется и выделяет тепло. Затем жидкость под действием капилляров возвращается к горячему концу тепловой трубы для повторного испарения. Сосуды с мешалкой в ​​основном используются для нагрева вязких жидкостей.Они состоят из емкости с трубками внутри и мешалки, такой как пропеллер или ленточный винтовой импеллер. Трубки несут горячую жидкость, а мешалка вводится для обеспечения равномерного нагрева холодной жидкости. Теплообменники с угольным блоком обычно используются, когда необходимо нагреть или охладить агрессивные жидкости. Они состоят из твердых блоков углерода, в которых просверлены отверстия для прохождения жидкости. Затем блоки скрепляются болтами вместе с коллекторами, образуя теплообменник.

Пластинчатые теплообменники отделяют жидкости, обменивающиеся теплом, с помощью пластин.У них обычно есть улучшенные поверхности, такие как ребра или тиснение, и они либо скреплены вместе, спаяны или сварены. Пластинчатые теплообменники в основном используются в криогенной и пищевой промышленности. Однако из-за высокого отношения площади поверхности к объему, малого количества жидкостей и способности обрабатывать более двух паров они также начинают использоваться в химической промышленности.

Пластинчатые и рамные теплообменники состоят из двух прямоугольных концевых элементов, которые удерживают вместе несколько рельефных прямоугольных пластин с отверстиями на углу для прохождения жидкостей.Каждая из пластин разделена прокладкой, которая герметизирует пластины и обеспечивает поток жидкости между пластинами, см. Рис. 9. Этот тип теплообменника широко используется в пищевой промышленности, поскольку его можно легко разобрать для очистки. Если утечка в окружающую среду является проблемой, можно сварить две пластины вместе, чтобы гарантировать, что жидкость, протекающая между сваренными пластинами, не сможет протекать. Однако, поскольку некоторые прокладки все еще присутствуют, утечка все еще возможна. Паяные пластинчатые теплообменники предотвращают возможность утечки за счет пайки всех пластин вместе, а затем приваривания входных и выходных отверстий.

Рисунок 6. Классификация трубчатых теплообменников.

Рисунок 7. Классификация пластинчатого теплообменника.

Рисунок 8. Кожухотрубный теплообменник.

Рисунок 9. Пластинчато-рамный теплообменник.

Пластинчато-ребристые теплообменники состоят из ребер или прокладок, зажатых между параллельными пластинами. Ребра могут быть расположены так, чтобы допускать любую комбинацию поперечного или параллельного потока между соседними пластинами. Также возможно пропустить до 12 потоков жидкости через один теплообменник за счет тщательного расположения коллекторов.Обычно они изготавливаются из алюминия или нержавеющей стали и спаяны вместе. Их основное применение — сжижение газа из-за их способности работать с близкими температурами.

Пластинчатые теплообменники в некоторых отношениях аналогичны кожухотрубным. Прямоугольные трубы с закругленными углами уложены друг на друга, образуя пучок, который помещается внутри оболочки. Одна жидкость проходит через трубки, тогда как жидкость течет параллельно через зазоры между трубками.Они, как правило, используются в целлюлозно-бумажной промышленности, где требуются проточные каналы большего размера.

Спиральные пластинчатые теплообменники образуются путем наматывания двух плоских параллельных пластин вместе в змеевик. Затем концы уплотняются прокладками или свариваются. Они в основном используются с вязкими, сильно загрязняющими жидкостями или жидкостями, содержащими частицы или волокна.

В теплообменниках этой категории не используется поверхность теплопередачи, из-за чего они часто дешевле косвенных теплообменников.Однако, чтобы использовать теплообменник прямого контакта с двумя жидкостями, они должны быть несмешиваемыми, или, если будет использоваться одна жидкость, она должна претерпеть фазовый переход. (См. Прямая контактная теплопередача.)

Наиболее легко узнаваемая форма теплообменника с прямым контактом — градирня с естественной тягой, которая используется на многих электростанциях. Эти агрегаты состоят из большой примерно цилиндрической оболочки (обычно более 100 м в высоту) и насадки внизу для увеличения площади поверхности. Охлаждаемая вода разбрызгивается на набивку сверху, в то время как воздух проходит через дно набивки и поднимается вверх через башню за счет естественной плавучести.Основная проблема, связанная с этим и другими типами градирен с прямым контактом, заключается в постоянной необходимости восполнения подачи охлаждающей воды за счет испарения.

Конденсаторы прямого контакта иногда используются вместо трубчатых конденсаторов из-за их низких капитальных затрат и затрат на обслуживание. Существует множество вариантов конденсатора прямого контакта. В простейшей форме охлаждающая жидкость разбрызгивается сверху емкости над паром, поступающим сбоку емкости. Затем конденсат и охлаждающая жидкость собираются внизу.Большая площадь поверхности распылителя гарантирует, что они являются достаточно эффективными теплообменниками.

Закачка пара используется для нагрева жидкости в резервуарах или в трубопроводах. Пар способствует передаче тепла за счет турбулентности, создаваемой впрыском, и передает тепло за счет конденсации. Обычно конденсат не собирается.

Прямой нагрев в основном используется в сушилках, где влажное твердое вещество сушится путем пропускания его через поток горячего воздуха. Другая форма прямого нагрева — это горение под водой.Он был разработан в основном для концентрирования и кристаллизации коррозионных растворов. Жидкость испаряется пламенем, и выхлопные газы направляются вниз в жидкость, которая находится в резервуаре.

Воздухоохладитель с мокрой поверхностью в некоторых отношениях похож на теплообменник с воздушным охлаждением. Однако в этом типе устройства вода распыляется по трубкам, а вентилятор всасывает воздух и воду по пучку труб. Вся система закрыта, и теплый влажный воздух обычно выбрасывается в атмосферу.

Скребковые теплообменники состоят из емкости с рубашкой, через которую проходит жидкость, и вращающегося скребка, который непрерывно удаляет отложения с внутренних стенок емкости. Эти агрегаты используются в пищевой и фармацевтической промышленности в тех случаях, когда на нагретых стенках сосуда с рубашкой образуются отложения.

Статические регенераторы или регенераторы с неподвижным слоем не имеют движущихся частей, кроме клапанов. В этом случае горячий газ проходит через матрицу в течение фиксированного периода времени, в конце которого происходит реверсирование, горячий газ отключается, а холодный газ проходит через матрицу.Основная проблема с этим типом агрегата заключается в том, что и горячий, и холодный поток прерывистый. Чтобы преодолеть это и обеспечить непрерывную работу, требуются по крайней мере два статических регенератора или можно использовать роторный регенератор.

В роторном регенераторе насадка цилиндрической формы вращается вокруг оси цилиндра между парой газовых уплотнений. Горячий и холодный газ протекает одновременно через воздуховоды с обеих сторон газовых уплотнений и через вращающуюся насадку. (См. Рекуперативные теплообменники.)

Термический анализ любого теплообменника включает решение основного уравнения теплопередачи.

(1)

Это уравнение рассчитывает количество тепла, передаваемого через область dA, где T h и T c — локальные температуры горячей и холодной жидкости, α — местный коэффициент теплопередачи, а dA — местная дополнительная площадь, на которой α основано. Для плоской стены

(2)

где δ w — толщина стенки, λ w — ее теплопроводность.

Для однофазного обтекания стенки α для каждого из потоков является функцией Re и Pr. Когда происходит конденсация или кипение, α также может зависеть от разницы температур. Как только коэффициент теплопередачи для каждого потока и стены известен, общий коэффициент теплопередачи U определяется как

(3)

где сопротивление стенки r w равно 1 / α w . Общая скорость теплопередачи между горячей и холодной текучими средами тогда определяется выражением

(4)

Это уравнение предназначено для постоянных температур и коэффициентов теплопередачи.В большинстве теплообменников это не так, поэтому используется другая форма уравнения

(5)

где — общая тепловая нагрузка, U — средний общий коэффициент теплопередачи, а ΔT M — средняя разница температур. Расчет ΔT M и отказ от предположения о постоянном коэффициенте теплопередачи описаны в разделе «Средняя разница температур».

Расчет U и ΔT M требует информации о типе теплообменника, геометрии (например,g., размер проходов в пластине или диаметр трубы), ориентация потока, чистый противоток или поперечный поток и т. д. Затем можно рассчитать общую нагрузку с использованием предполагаемого значения AT и сравнить с требуемой нагрузкой. Затем можно внести изменения в предполагаемую геометрию и U, ΔT M и пересчитать, чтобы в конечном итоге перейти к решению, которое равно требуемой нагрузке. Однако при выполнении термического анализа на каждой итерации также следует проверять, не превышен ли допустимый перепад давления.Компьютерные программы, такие как TASC от HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Service), автоматически выполняют эти вычисления и оптимизируют конструкцию.

Механические аспекты

Все типы теплообменников должны подвергаться механической конструкции в той или иной форме. Любой теплообменник, работающий при давлении выше атмосферного, должен быть спроектирован в соответствии с местным кодом конструкции сосуда под давлением , например ASME VIII (Американское общество инженеров-механиков) или BS 5500 (Британский стандарт).Эти нормы определяют требования к резервуару высокого давления, но не касаются каких-либо специфических особенностей конкретного типа теплообменника. В некоторых случаях для определенных типов теплообменников существуют специальные стандарты. Два из них перечислены ниже, но в целом отдельные производители определяют свои собственные стандарты.

ССЫЛКИ

Гарланд, У. Дж. (1990) Частное сообщение.

Уокер, Г. (1982) Industrial Heat Exchangers-A Basic Guide , Hemisphere Publishing Corporation.

Rohsenow, W. M. и Hartnett, J. P. (1973) Handbook of Heat Transfer , New York: McGraw-Hill Book Company. DOI: 10.1016 / 0017-9310 (75)

-9

Сондерс, Э. А. Д. (1988) Теплообменники — выбор, проектирование и строительство, Longman Scientific and Technical. DOI: 10.1016 / 0378-3820 (89)

-5

Ассоциация производителей трубчатых теплообменников, (1988 г.) (ТЕМА), седьмое издание. Кожухотрубные теплообменники .

Американский институт нефти (API) 661: Теплообменники с воздушным охлаждением для нефтяной промышленности .

.

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓

  • образование
  • Исследовательская работа
  • новаторство
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Alumni
  • О MIT
  • Подробнее ↓

    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Alumni
    • О MIT

Меню ↓

Поиск

Меню

Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще!

Что вы ищете?

Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

,

Теплообменники — HRS Heat Exchangers

HRS Heat Exchangers работает во всем мире и находится на переднем крае тепловых технологий, предлагая инновационные и эффективные продукты теплопередачи по всему миру, уделяя особое внимание эффективному управлению энергией.

Обладая почти 40-летним опытом, специализируясь на разработке и производстве широкого ассортимента гофрированных труб и скребковых теплообменников в соответствии с Европейской директивой по сосудам под давлением.

Наши теплообменники делятся на три основные категории:

Гофрированные трубчатые теплообменники

Благодаря использованию технологии гофрированных труб HRS, теплопередача и эффективность повышены по сравнению со стандартными гладкотрубными теплообменниками. Кроме того, сводится к минимуму возможное загрязнение, что позволяет поставлять более компактные и экономичные теплообменники. HRS предлагает широкий ассортимент продукции, включая модели, разработанные для различных отраслей промышленности, изготовленные из нержавеющей стали.Также доступны индивидуальный дизайн и другие материалы.

Преимущества гофрированных теплообменников:

  • Повышенная теплоотдача
  • Минимальное обрастание
  • Снижение затрат на обслуживание
  • Компактная конструкция

График Рейнольдса показывает увеличение теплопередачи при использовании гофрированной трубы по сравнению с гладкой трубкой.

В этом видео показано прерывание ламинарного потока и создание турбулентности внутри труб.

HRS предлагает три типа теплообменников с гофрированными трубками:

Скребковые теплообменники

Для сложных задач теплопередачи, с высокой вязкостью и где загрязнение может стать проблемой, предпочтительным вариантом является скребковый теплообменник. Возвратно-поступательное или вращательное движение скребков перемешивает жидкость, очищая поверхность теплообмена. Это поддерживает высокую теплопередачу и сокращает время простоя. Кроме того, увеличение турбулентности увеличивает уровень теплопередачи.

HRS предлагает две технологии для передачи тепла со скребковой поверхности: серия Unicus, которая совершает возвратно-поступательное движение, и серия R, которая вращается. Оба этих запатентованных решения разработаны для особых нужд.

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники

HRS идеально подходят для применений, в которых жидкости имеют относительно низкую вязкость и не содержат частиц. Они также являются идеальным выбором, если температура продукта на выходе близка к температуре на входе.

,Промышленный теплообменник

: эксплуатация и техническое обслуживание для минимизации загрязнения и коррозии

1. Введение

Теплообменник играет важную роль в промышленном применении. Он применяется для нагрева и охлаждения крупных промышленных технологических жидкостей [1]. Теплообменник представляет собой динамическую конструкцию, которая может быть адаптирована к любому промышленному процессу в зависимости от температуры, давления, типа жидкости, фазового потока, плотности, химического состава, вязкости и многих других термодинамических свойств [2, 3].В связи с глобальным энергетическим кризисом эффективная рекуперация или рассеивание тепла стала жизненно важной задачей для ученых и инженеров [4].

Теплообменники предназначены для оптимизации площади поверхности стенки между двумя жидкостями, чтобы максимизировать эффективность при минимальном сопротивлении потоку жидкости через теплообменники в пределах стоимости материалов. Рабочие характеристики теплообменных поверхностей могут быть улучшены за счет добавления гофр или ребер в теплообменник, которые увеличивают площадь поверхности и могут направлять поток жидкости или вызывать турбулентность [5].Эффективность промышленных теплообменников можно контролировать в режиме онлайн, отслеживая общий коэффициент теплопередачи на основе его температуры, которая имеет тенденцию к снижению со временем из-за загрязнения [6].

Потенциальный ущерб оборудованию, вызванный образованием накипи, может быть очень дорогостоящим, если обработанная вода не обрабатывается правильно. Для очистки воды в промышленности обычно используются химические вещества. В США химикаты на сумму 7,3 миллиарда долларов в год выбрасываются в воздух, сбрасываются в реки и закапываются на свалки каждый год.Сорок процентов этих химикатов закупается промышленностью для борьбы с накипью в градирнях, котлах и другом теплопередающем оборудовании. Этот процент также представляет собой токсичные отходы на сумму более 2 миллиардов долларов, которые составляют триллион галлонов загрязненной воды, ежегодно сбрасываемой в землю, которая принадлежит всем нам.

Техническое обслуживание загрязненных трубчатых теплообменников может выполняться несколькими методами, такими как кислотная очистка, пескоструйная очистка, струя воды под высоким давлением, очистка пули или буровых штанг.В крупномасштабных системах охлаждающей воды для теплообменников обработка воды, такая как очистка, добавление химикатов, каталитический подход и т. Д., Используются для минимизации загрязнения теплообменного оборудования [7]. Другие процессы очистки воды также используются в паровых системах для электростанций для минимизации загрязнения и коррозии теплообменника и другого оборудования. Большинство химикатов и добавок, используемых для уменьшения загрязнения и коррозии, опасны для окружающей среды [8]. Итак, настало время применять химические вещества, безопасные для окружающей среды [9, 10, 11].

2. О промышленном теплообменнике

Промышленный теплообменник — это теплообменное оборудование, в котором используется процесс обмена тепловой энергией между двумя или более средами, имеющими разную температуру. Промышленные теплообменники применяются в различных промышленных приложениях, таких как производство электростанций, нефтегазовая промышленность, химические перерабатывающие предприятия, транспорт, альтернативные виды топлива, криогенная промышленность, кондиционирование воздуха и охлаждение, рекуперация тепла и другие отрасли.Кроме того, теплообменники — это оборудование, всегда тесно связанное с нашей повседневной жизнью, например, испарители, воздухоподогреватели, автомобильные радиаторы, конденсаторы и маслоохладители. В большинстве теплообменников поверхность теплообмена разделяет жидкость, которая включает широкий диапазон различных конфигураций потока для достижения желаемых характеристик в различных приложениях. Теплообменники можно классифицировать по-разному. Как правило, промышленные теплообменники классифицируются в соответствии с конструкцией, процессами переноса, степенью компактности поверхности, схемами потока, схемами прохода, фазой технологических жидкостей и механизмами теплопередачи, как показано на Рисунке 1.

Рисунок 1.

Классификация промышленных теплообменников [12].

3. Основные концепции конструкции теплообменника

Концепции конструкции теплообменника должны соответствовать нормальным технологическим требованиям, указанным в условиях эксплуатации для сочетания некорродированных и корродированных условий, а также чистых и загрязненных условий. Одним из важнейших критериев конструкции теплообменника является то, что теплообменник должен быть спроектирован таким образом, чтобы его было легко обслуживать, что обычно означает чистку или замену деталей, трубок, фитингов и т.повреждены в результате старения, вибрации, коррозии или эрозии в течение всего периода эксплуатации.

Следовательно, конструкция теплообменника должна быть как можно более простой, особенно если ожидается сильное загрязнение. За счет минимизации температуры в сочетании с выбором скорости жидкости и снижением концентрации предшественников загрязняющих веществ снижается вероятность потенциального загрязнения. Кроме того, должна быть разрешена самая высокая скорость потока в условиях падения давления и эрозии потока. Кроме того, выбор материала в пределах ограниченных затрат замедляет накопление отложений и позволяет сократить время пребывания.Он также должен быть совместимым с точки зрения pH, коррозии и не только с теплообменником, но также с точки зрения теплового оборудования и линий передачи теплообменника.

4. Обрастание

Обрастание всегда определяется как образование и накопление отложений нежелательных материалов на поверхностях технологического оборудования. Эти обычно материалы с очень низкой теплопроводностью образуют изоляцию на поверхности, которая может значительно ухудшить характеристики поверхности по передаче тепла при разнице температур, для которой она была разработана [13].Вдобавок к этому засорение увеличивает сопротивление потоку жидкости, что приводит к более высокому перепаду давления в теплообменнике. На поверхностях теплопередачи могут возникать многие типы загрязнения, например, кристаллизационное загрязнение, загрязнение твердыми частицами, коррозионное загрязнение, загрязнение химическими реакциями, биологическое загрязнение и загрязнение отверждением [14]. Загрязнение может иметь очень дорогостоящий эффект в промышленности, что в конечном итоге увеличивает расход топлива, прерывает работу, производственные потери и увеличивает затраты на техническое обслуживание [15].

Обрастание состоит из пяти стадий, которые можно кратко охарактеризовать как инициирование обрастания, перенос на поверхность, прикрепление к поверхности, удаление с поверхности и старение на поверхности [16]. Есть несколько параметров, влияющих на факторы загрязнения, такие как pH [9], скорость [17], объемная температура жидкости [18], температура поверхности теплопередачи, структура поверхности [19] и шероховатость [20, 21].

Общий процесс загрязнения обычно считается чистым результатом двух одновременных подпроцессов: процесса осаждения и процесса удаления, как показано на рисунке 2.Как показано на Рисунке 3, рост этих отложений приводит к снижению теплопередачи теплообменника со временем. Эта проблема влияет на энергопотребление промышленных процессов и в конечном итоге вызывает промышленный сбой из-за отказа теплообменника, как показано на рисунке 4.

Рисунок 2.

Общий процесс загрязнения [22].

Рисунок 3.

Устойчивость к обрастанию в зависимости от времени [22].

Рис. 4.

Сильное скопление отложений на трубопроводах теплообменника [24, 23].

5. Коррозия

Характеристики окружающей среды, такие как почва, атмосфера, вода или водные растворы, обычно разрушают обычные металлы и сплавы. Разрушение этих металлов известно как коррозия. Приятно то, что коррозия происходит из-за электрохимического механизма. Преждевременные отказы в различном оборудовании вызваны коррозией в большинстве промышленных процессов и инженерных операций, что приводит к нежелательным проблемам. Сюда входят дорогостоящие поломки, внеплановый останов и увеличение затрат на техническое обслуживание.

Этот простой усугубляется в таких областях, как химическая промышленность, нефтепереработка, морские и наземные электростанции, производство бумаги, кондиционирование воздуха, холодильники, производство продуктов питания и спиртных напитков. Таким образом, общая информация и механизм коррозии вызовут большой интерес у общественности и промышленности [24]. На процесс коррозии влияют различные параметры, как показано на рисунке 5. Следовательно, эти критерии следует учитывать при проектировании теплообменников.

Рисунок 5.

Фактор, влияющий на коррозию [25].

6. Затраты из-за обрастания

Помимо высокой стоимости загрязнения теплообменника, было сообщено об очень небольшом количестве работ по точному определению причин экономических штрафов из-за загрязнения. Следовательно, они объясняют стоимость разницей в конструкции и эксплуатации теплообменника. Тем не менее, надежное знание экономики обрастания желательно для оценки экономической эффективности различных стратегий смягчения [26, 27]. Общие затраты, связанные с обрастанием, включают следующее:

  1. Капитальные затраты

    Избыточная площадь поверхности, необходимая для преодоления тяжелых условий загрязнения, затраты на более прочный фундамент, обеспечение дополнительных площадей и увеличение затрат на транспортировку и установку.

  2. Затраты на энергию

    Затраты на дополнительное топливо, необходимое, если загрязнение приводит к дополнительному сжиганию топлива в теплообменном оборудовании, чтобы преодолеть эффект загрязнения.

  3. Затраты на техническое обслуживание

    Затраты на удаление отложений обрастания, затраты на химикаты или другие эксплуатационные расходы на противообрастающие устройства.

  4. Себестоимость производственных потерь

    Плановые или внеплановые остановки производства из-за загрязнения теплообменников могут привести к большим производственным потерям.Эти потери часто считаются основной причиной засорения, и их очень трудно оценить.

  5. Дополнительные затраты на охрану окружающей среды

    Затраты на утилизацию большого количества химикатов / добавок, используемых для уменьшения загрязнения.

В разных странах сообщается об огромных затратах на загрязнение. Steinhagen et al. сообщил о затратах на обрастание с точки зрения ВНП для некоторых стран, как представлено в таблице 1.

Страна Затраты на обрастание
млн долларов США
ВНП (1984)
млрд долларов США
Затраты на обрастание
% ВНП
США 3860–7000
8000–10 000
3634 0.12–0,22
0,28–0,35
Япония 3062 1225 0,25
Западная Германия Великобритания 1533 613 700 –930 285 0,20–0,33
Австралия 260 173 0,15
Новая Зеландия 35 0.15
Всего индустриального мира 26,850 13 429 0,20

Таблица 1.

Расчетные затраты на загрязнение, понесенные в некоторых странах (оценка 1992 г.) [28].

7. Текущие усилия по решению проблем, связанных с отложениями отложений и коррозией.

Много работ было выполнено для уменьшения образования отложений и контроля коррозии. В последние годы было разработано множество методов борьбы с загрязнением и коррозией [29].Эти методы можно классифицировать как химические средства (ингибиторы), механические средства, изменение фаз раствора, электромагнитные поля, электростатические поля, акустические поля, ультрафиолетовый свет, радиационная или каталитическая обработка, обработка поверхности, зеленые добавки, волокно в виде суспензии, В прошлом хромат был успешным химическим агентом для защиты от коррозии и контроля роста кристаллов, пока он не был запрещен. Введен полифосфатный ингибитор коррозии вместо добавок на основе хроматов.Этот ингибитор имеет тенденцию к разложению загрязняющих веществ в воде с высокой кальциевой жесткостью. Knudsen et al. исследовали загрязнение воды с высоким содержанием кальция, содержащей ингибитор фосфатной коррозии. Четыре различных сополимера использовались для ингибирования осаждения фосфата кальция, который включает акриловую кислоту / малеиновый ангидрид (AA / MA), акриловую кислоту / гидроксипропилакрилат (AA / HPA), акриловую кислоту / сульфоновую кислоту (AA / SA) и сульфированный стирол / малеиновый ангидрид (SS / MA). Исследования проводились путем варьирования pH, температуры поверхности и скорости.В сообщенном исследовании говорится, что как AA / HPA, так и (AA / SA) были очень эффективны в ингибировании осаждения фосфата кальция и коррозии.

С другой стороны, каталитический материал, состоящий из цинка и турмалина, был исследован для уменьшения загрязнения и коррозии. Тиджинг и др. сообщили, что материал катализатора потенциально снижает образование отложений карбоната кальция [30]. Teng et al. сообщили об аналогичном открытии каталитического материала по уменьшению воздействия сульфата кальция [31]. Более того, Tijing et al.дальнейшее расширение исследований за счет использования того же материала катализатора для уменьшения коррозии труб из углеродистой стали [31].

В прошлом большинство используемых методов, химикатов / добавок для предотвращения загрязнения и уменьшения коррозии были опасными для окружающей среды. Итак, настало время применять методы экологически чистых технологий и химические подходы, благоприятные для окружающей среды [9, 10, 11].

8. Снижение загрязнения с помощью зеленой технологии (каталитическое смягчение и зеленая добавка)

Физическая очистка воды (PWT) — хорошая альтернатива безопасному и эффективному методу смягчения нехимического загрязнения.Примеры PWT включают постоянные магниты [32], устройства с соленоидными катушками [33], зеленые добавки [34], а также каталитические материалы и сплавы [35].

Чтобы уменьшить образование накипи на поверхностях теплопередачи, часто используются химические добавки, но химические вещества дороги и представляют опасность для окружающей среды и здоровья. Снижение образования накипи от дегидратов сульфата кальция на поверхностях теплообменников с помощью волокон из натуральной древесной массы было проведено Кази [36] и другими в Университете Малайи. Экспериментальная работа была спроектирована и проведена для изучения использования волокна из натуральной древесной массы в качестве средства уменьшения загрязнения, как показано в Таблице 2 и на Рисунке 6.

Таблица 2.

Экспериментальная установка для уменьшения загрязнения путем включения зеленых добавок [36, 37].

Рисунок 6.

Принципиальная схема экспериментального контура потока [37, 36].

На рисунке 7 показана зависимость сопротивления обрастанию от времени для раствора сульфата кальция с различной концентрацией волокон 0,25% (1), 0,15% (2), 0,05% (3) и 0,02% кривой (4) в минеральном растворе. , Результаты показывают, что волокна в растворе замедляют засорение нагретых поверхностей, и это замедление пропорционально концентрации волокна в растворе.Индукционный период также увеличился.

Рис. 7.

Устойчивость к обрастанию как функция времени для волокна эвкалипта в перенасыщенном растворе сульфата кальция [38, 37].

9. Очистка теплообменника

Для поддержания или восстановления эффективности теплообменника часто бывает необходимо очистить теплообменники. Методы очистки можно разделить на две группы: онлайн-очистка и автономная очистка [38]. В некоторых приложениях очистку можно выполнять в режиме онлайн, чтобы поддерживать приемлемую производительность без прерывания работы.В остальных случаях необходимо использовать автономную очистку.

9.1. Оперативная очистка

Оперативная очистка обычно использует механический метод, предназначенный только для стороны трубы и не требующий разборки. Преимущества онлайн-очистки — это непрерывная работа теплообменника с надеждой на то, что не будет простоев, связанных с очисткой. Однако это приводит к дополнительным затратам на установку нового теплообменника или к большим затратам на модернизацию, и нет гарантии, что все трубы будут достаточно очищены.

  1. Циркуляция шариков из губчатой ​​резины [39]

    Этот метод позволяет предотвратить накопление твердых частиц, образование биопленки и осаждение продуктов коррозии и накипи. Это применимо только для потока внутри трубок.

  2. Две фазы обработки сульфатом железа

    Первая фаза включает первоначальное нанесение защитной пленки. Вторая фаза включает в себя уход за пленкой, которая в противном случае была бы разрушена сдвигающим эффектом потока.

  3. Хлорирование, используемое для борьбы с биообрастанием [40]

  4. Ингибиторы образования солей [10, 41, 42]

  5. Магнитные устройства [10, 43, 44]

  6. Звуковая технология [45]

    Излучатели звука высокой и низкой частоты (рожки) используются для устранения проблем загрязнения теплообменников. Использование звука гораздо менее эффективно для липких и вязких отложений, которые обычно связаны с зашлаковыванием.

  7. Химическая очистка в режиме онлайн [46]

    Впрыск химических растворов в технологические потоки для целей очистки.

  8. Использование излучения [47]

    Радиационная стерилизация воды с микробами, использование ультрафиолетового света и гамма-лучей рассматривались давно.

9.2. Автономная очистка

Альтернативой онлайн-очистке является остановка работы и очистка теплообменника. Автономную очистку можно разделить на автономную химическую очистку или механическую очистку. Метод очистки предпочтителен без необходимости демонтажа теплообменников, но обычно необходим доступ к внутренним поверхностям.Было бы разумно рассмотреть возможность установки «резервного» теплообменника, тем самым давая возможность очистить загрязненный теплообменник, в то же время поддерживая производство.

9.2.1. Автономная механическая очистка
  1. Сверление труб и установка штанг [28]

    К вращающемуся валу могут применяться устройства, включая сверла, режущие и полировальные инструменты и щетки, которые могут быть изготовлены из различных материалов, например, стали или нейлона, латуни в зависимости от от материала трубки и характера отложений.

  2. Очистка взрывчатыми веществами

    Используется для контролируемых взрывов, при которых энергия для удаления отложений передается ударной волной в воздухе, прилегающей к очищаемой поверхности, или общей вибрацией труб, вызванной взрывом. Это относительно новое нововведение в очистке котельных. Можно начинать процесс очистки, пока конструкция еще горячая.

  3. Термический удар [48]

    Особенно быстрые изменения температуры вызывают растрескивание слоя загрязнения с возможностью отслаивания.Этот прием похож на пропитку паром. Промывка водой уносит вытесненный материал, и ее повторяют до получения чистых поверхностей.

9.2.2. Автономная химическая очистка
  1. Ингибитор фтористоводородной, соляной, лимонной, серной кислоты или EDTA (химическое чистящее средство) для очистки от оксидов железа, отложений кальция / магния (загрязнение) и т.д. [49].

    Ингибитор фтористоводородная кислота на сегодняшний день является наиболее эффективным средством, но ее нельзя использовать, если отложения содержат более 1% (мас. / Об.) Кальция.

  2. Хлорированные или ароматические растворители с последующей промывкой подходят для тяжелых органических отложений, например смол и полимеров (загрязняющих веществ) [50].

  3. Щелочные растворы перманганата калия [51] или паровоздушного коксоудаления [52] подходят для очистки от отложений углерода (загрязняющих веществ).

10. Заключение

Загрязнение и коррозия являются основными нерешенными проблемами в эксплуатации теплообменников. Хотя проблемы с отложениями обрастания и их влияние на экономику вызывают серьезную озабоченность, все же заинтересованные органы не осведомлены об этом.Кроме того, последствия коррозии многочисленны и разнообразны, и их влияние на эффективную, надежную и безопасную работу оборудования или конструкций часто бывает более серьезным, чем простая потеря массы металла. Таким образом, настоящий документ будет способствовать продвижению заинтересованных организаций в разных странах, серьезности этой проблемы и применению возможных подходов к смягчению последствий.

Для промышленности правильный метод очистки и контроль играют важную роль в снижении производственных затрат.Себестоимость продукции значительно возрастает из-за использования химикатов, работ по техническому обслуживанию и простоев и потерь воды. Следовательно, соответствующие органы должны понимать важность борьбы с коррозией, очистки загрязнения и обеспечивать соблюдение определенного стандарта процедуры очистки в промышленности.

Благодарности

Авторы выражают благодарность за грант на высокоэффективные исследования UM.C / 625/1 / HIR / MOHE / ENG / 45, UMRG RP012A-13AET, Университетский фонд исследований для аспирантов (PPP) (e.грамм. PG109-2015A), Ливерпульский университет Джона Мура, Соединенное Королевство и Малайский университет, Малайзия за поддержку в проведении этой исследовательской работы.

.