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

виды и конструкции (воздушный, водяной), установка теплосъемника своими руками

Любой частный дом, дача, банька и иногда даже гараж требуют отопления в зимнее время года. Но перед любым рачительным хозяином встает вопрос, как уменьшить расходы на топливо и эффективнее использовать отопительный прибор. Одно из современных перспективных направлений увеличения КПД – использование тепла горячих отходящих газов.

Я приветствую своего дорогого читателя и предлагаю вашему вниманию статью о том, что такое теплообменник на трубу дымохода и как его изготовить своими руками.

Что это такое и для чего он нужен

Теплообменник – устройство от передачи тепла от нагретой среды к более холодной. Принцип один, конструкций +множество. Теплообменник для дымопровода позволяет отобрать часть энергии отходящих газов и применить ее для обогрева соседнего помещения или нагрева горячей воды.

Устройства для отбора тепла отходящих газов для дымохода можно использовать только в том случае, если труба изготовлена из стали. На современные керамические и сэндвич-конструкции установить теплообменник не получится, так как наружная поверхность утепленной трубы холодная.

Газы, отходящие от современных газовых и пеллетных котлов, негорячие – порядка 200 °С, поэтому получить много тепла от дымохода не получится. От твердотопливных котлов отходят более горячие газы – до 600 °С, и рекуператор позволяет получить довольно значительное количество теплоты для обогрева или нагрева воды.

Максимальное количество тепла от отходящих газов можно получить при эксплуатац

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.

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.

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».

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 своими руками

Содержание:

Экономия и бережливость – качества присущие только человеку, именно они на протяжении веков двигают технический прогресс, создавая устройства призванные не только облегчать жизнь, но и использовать все доступные ресурсы по максимуму.

Если касаться бытовой, или точнее говоря, коммунальной сферы, то расходы на отопление дома по праву считаются самыми высокими, но и тут прогресс и народная смекалка нашли своё применение.

Один из самых доступных способов экономии тепла в доме с печным отоплением – это теплообменник на трубу дымохода, и именно об этом устройстве мы бы хотели поговорить в этой статье.

Зачем он нужен

На фото выше видно, что через дымоход теряется, примерено 14 % тепла, которое могло бы сохраняться в доме. Конечно, не самая большая цифра, но если перевести потери в киловатты энергии и умножить на количество дней, в течение которых производилось отопление, то результат получается довольно весомый.

Естественно, сохранить все 14 % внутри не получится, но если установить теплообменник для дымохода, можно значительно увеличить КПД печи, без ущерба её основным функциям.

Основное назначение трубы дымохода – это, конечно, отведение отработанных газов. Именно они раскаляют трубу до огромной температуры.

Если посмотреть на печь через тепловизор, видно, что температура дымохода может быть, как и в самой топке. Проблема в том, что теплоотдача дымохода никак не аккумулируется, но ведь её можно пустить в дело. И о том, как это сделать, пойдёт речь ниже.

Виды теплообменников

Главная задача теплообменника состоит в том, чтобы переносить тепло, излучаемое дымоходом на расстояние, но при этом не переостужать его поверхность, так как это приведёт к повышенному образованию конденсата и соответственно скоплению нагара на внутренней части трубы.

Именно сохранение этого баланса является самой существенной сложностью, особенно если решено изготовить теплообменник на дымоход своими руками.

По конструктивным особенностям теплообменники могут быть двух видов:

1. Водяные, когда тепло переносится посредством естественной циркуляции жидкости в замкнутой системе.
2. Воздушные, когда прогретый воздух принудительно переносится в нужном направлении.

Выбор конструкции напрямую зависит от индивидуальных особенностей дома и печи, а также от целей, которые преследуются его установкой. Но обо всём по порядку.

Водяной теплообменник замкнутого типа

Принцип действия всех замкнутых систем отопления построен на элементарных законах физики – при нагревании, плотность воды уменьшается и подталкиваема снизу более холодной, она начинает подниматься по трубе, попадая в расширительный бак, и уже из него по всему контуру возвращается к нагревателю.

В данном случае, в качестве нагревателя выступает дымоход, который своей энергией толкает воду по контуру системы отопления.

Самодельный змеевик

Конструкция, изображённая на фото, является самым распространённым и простым способом использования тепла от дымохода. Верхний край трубки соединяется с расширительным баком, а нижний с контуром отопления.

Совет! лучше всего для змеевика подойдёт медная трубка. Она легко накручивается на дымоход и имеет высокий коэффициент теплопроводимости.

Чаще всего такую систему используют в качестве вспомогательной. С её помощью можно обогревать небольшие помещения, в которых ранее не предусматривалось отопление, но не более того. Выступать в роли основного отопления она не сможет, так как в её устройстве есть несколько значительных недостатков:

• Температура на поверхности дымохода – величина непостоянная и сложноконтролируемая, как следствие, невозможно регулировать степень нагрева теплоносителя.
• Из-за непостоянства температуры, очень сложно рассчитать оптимальную длину змеевика. Если он будет слишком коротким, вода начнёт закипать и разорвёт трубку, а если слишком длинный, теплоноситель вообще не прогреется до нужной температуры.
• Воду из расширительного бака нельзя использовать для душа или в других целях, и дело не только в нерегулируемом нагреве. При заполнении бака холодной водой, она через змеевик начнёт охлаждать дымоход, в результате чего образуется конденсат и ускоряется процесс образования нагара на внутренних стенках.
• Температуры, до которой нагревается дымоход, недостаточно для прогрева длинного контура. При обычном отоплении, вода, проходя по системе, теряет всего 25 градусов, чтобы сохранить этот показатель в данной ситуации, вся система должна быть небольших размеров.

Важно! Некоторым «народным умельцам приходит в голову мысль о том, что теплообменник в дымоходе будет значительно эффективнее, ведь температура там выше. Делать этого ни в коем случае нельзя, посторонние предметы внутри трубы препятствуют свободному прохождению газов, в результате чего они могут пойти в помещение.

Регистровый теплообменник

Чтобы избежать проблем с самодельными устройствами, можно приобрести регистр теплообменник на дымоходную трубу. Конечно, цена такого приспособления будет выше, чем у сделанного своими руками. Но и качественные характеристики не идут ни в какое сравнение.

Принцип работы такого устройства, идентичен описанному выше, с той лишь разницей, что тут уже произведены все расчёты, уберегающие устройство от закипания. К сожалению, контроля за нагревом тут тоже нет, но зато есть несколько существенных плюсов в сравнении с «самоделкой»:

• Внешний кожух сохраняет тепло внутри, позволяя змеевику прогреваться даже при невысокой температуре дымохода;
• Медные трубки не вступают в плотный контакт с нагревающейся поверхностью, это защищает устройство от возможного закипания.

Важно! К каждому заводскому теплообменнику прилагается подробная инструкция по его установке. Чтобы добиться максимальной производительности и не столкнуться с непредвиденными проблемами, необходимо её внимательно изучить и следовать всем рекомендациям производителя.

Воздушные теплообменники

Принцип действия такого устройства в том, что горячие газы внутри дымохода обтекают трубки теплообменника, за счёт чего они нагреваются и отдают энергию наружу. По сути, он не создаёт дополнительного нагрева, а просто направляет горячий в воздух в заданном направлении.

Воздушный теплообменник на дымоход может быть как самостоятельным, так и с принудительной тягой. Чтобы ускорить распространение горячего воздуха в помещении, часто используют обычный вентилятор, этого вполне достаточно для циркуляции воздуха, и в то же время не переостужает дымоход.

Собрать такой теплообменник можно самостоятельно, а все этапы показаны на видео в этой статье

Теплообменник «Кузнецова»

Это самый оптимальный теплообменник на дымоход для отопления холодной мансарды или чердака. Горячие газы всегда стремятся вверх, а так, как выход располагается ниже уровня входа, они сначала нагревают теплообменник, и уже после этого, остывая, попадают в трубу, откуда и выходят на улицу.

Дымоход с теплообменником Кузнецова не сможет полностью обогреть помещение, но он практически полностью исключает потери тепла, выпуская через трубу только остывшие газы.

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.

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.

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

Основная 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.

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.

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 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

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

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

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.

Теплообменник на трубу дымохода для отопления или банной печи

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

Принцип работы

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

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

Есть три оптимальных варианта для теплосъема с дымохода:

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

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

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

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

Оптимальные характеристики теплообменника для дымохода:

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

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

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

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

Для отопления

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

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

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

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

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

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

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

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

Для банной печи

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

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

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

Недостатки

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

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

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

Теплообменник дымовых газов Винтовой теплообменник

Теплообменник дымовых газов Винтовой теплообменник

1. Общее описание трубчатого теплообменника:
Производимый трубчатый теплообменник из нержавеющей стали отличается большой площадью теплообмена и большой грузоподъемностью. Может выдерживать высокое давление и температуру. В нем используется оборудование для аргонной сварки и электрополировка кожухов и труб. Благодаря строгой процедуре проверки и тестирования, это хороший продукт для теплообмена жидких сред в промышленном производстве.

2. Отрасли применения:
Фармацевтическая, нефтехимическая, тонкая химия, металлургия, машиностроение, атомная энергетика, морские продукты питания и молочные продукты и т. Д.

Материал корпуса сосуда: нержавеющая сталь
, углеродистая сталь, алюминий, цинк, никель, медь, титан, легированная сталь и т. Д.

4.Среда внутри теплообменника:
Пар, вода, воздух, гелий и т. Д.
5. Инспекция и сертификация:
Все сосуды и резервуары пройдут строгий контроль, такой как обнаружение сварки рентгеновскими лучами и испытание гидравлическим давлением, и будут иметь печать ASME U и регистрацию NB.

C сертификат

6. Доставка

7. Наша компания и клиенты

В нашей компании есть инженер с более чем 30-летним опытом работы в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. Они несут ответственность за проектирование машин, организацию макетов продуктовой линейки, установку и настройку оборудования, обучение персонала и выработку оптимальной формулы для каждого клиента.

8.FAQ

Вопрос 1: Вы принимаете индивидуальные настройки продуктов? Нужна ли им плата за плесень?

Ответ: Да, мы принимаем изделия на заказ.Требуется плата за пресс-форму, потому что продукты обычно требуют дополнительных затрат на пресс-форму.Но мы можем вернуть плату за пресс-форму, когда вы достигнете определенного количества.

Вопрос 2: Как долго длится нормальный период производства 20-футового транспортного контейнера?

Ответ: В зависимости от текущей производственной мощности обычно требуется 30 дней с момента производства до доставки.

Вопрос 3: Какой вид оплаты?

Ответ: Обычно вы должны внести предоплату 30% от общей суммы.Остаток должен быть погашен до того, как мы получим оригинальный B / L.

Вопрос 4: Как гарантировать высокое качество?

Ответ: У нас есть отдел тестирования, чтобы убедиться, что каждый продукт по размеру, внешнему виду и испытанию под давлением соответствует требованиям.

Вопрос 5: Какова цена на медное сырье?

Ответ: Цена на медь определяется ценой покупателя наличными на ЛБМ в день подачи клиентами заказов.

РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

В то время как в рекуператорах, где тепло передается напрямую и немедленно через какую-либо перегородку, от горячей к холодной текучей среде, оба потока одновременно проходят через теплообменник, работа рекуперативного теплообменника включает временное хранение тепла, передаваемого в упаковке , которая обладает необходимой теплоемкостью. Одним из следствий этого является то, что в регенеративных теплообменниках или термических регенераторах горячая и холодная жидкости проходят через одни и те же каналы в насадке, поочередно, обе жидкости омывают одну и ту же площадь поверхности.В рекуператорах горячая и холодная жидкости проходят одновременно через разные, но смежные каналы.

При работе терморегенератора горячая жидкость проходит через каналы набивки в течение периода времени, называемого «горячим периодом», по окончании которого горячая жидкость отключается. Теперь происходит реверсирование, когда холодная текучая среда попадает в каналы набивки, первоначально вытесняя любую горячую текучую среду, все еще находящуюся в этих каналах, тем самым очищая регенератор.Затем холодная жидкость протекает через регенератор в течение периода времени, называемого «холодным периодом», в конце которого холодная жидкость отключается и происходит еще одно реверсирование, при котором горячая жидкость очищает каналы набивки. любой оставшейся холодной жидкости. Затем начинается свежий жаркий период.

В жаркий период тепло передается от горячей жидкости и накапливается в набивке регенератора. В последующий холодный период это тепло регенерируется и передается холодной жидкости, проходящей через теплообменник.

Рабочий цикл состоит из горячего периода, за которым следует холодный период работы с необходимыми реверсами. После многих циклов идентичной работы температурные характеристики теплового регенератора в одном цикле идентичны таковым в следующем. Когда это условие реализуется, говорят, что теплообменник достиг «циклического равновесия» или «периодического устойчивого состояния». Если ступенчатое изменение вводится в один или несколько рабочих параметров, в частности, расход и температуру жидкости на входе для любого периода работы или продолжительности горячего и холодного периодов, регенератор подвергается ряду переходных процессов. циклов до тех пор, пока не будет достигнуто новое циклическое равновесие.

В наиболее распространенной работе регенератора противотока или противотока горячий газ проходит через регенератор в направлении, противоположном направлению холодной жидкости. В менее эффективном параллельном потоке или совместном потоке горячая и холодная жидкости проходят через каналы насадки в одном направлении (†). (†) Теоретически можно представить себе регенератор с поперечным потоком, в котором горячая и холодная жидкости текут в направлениях, перпендикулярных друг другу. Это редко, если вообще реализуется на практике, хотя рекуператоры с поперечным потоком являются обычным явлением.

Периодическая работа регенераторов может использовать периодическую работу системы, к которой подключен теплообменник. Например, в жарком климате дневное тепло можно накапливать в упаковке, пропуская через нее теплый атмосферный воздух: затем это тепло можно рекуперировать, продувая холодный ночной воздух через ту же упаковку в вечернее время, чтобы обеспечить хотя бы некоторые дополнительные утепление жилого помещения в доме. Хаузен (1976) предполагает, что горло и носовые ходы действуют как регенераторная набивка в холодную погоду.Когда животное вдыхает холодный воздух, он нагревается, проходя через нос и горло, прежде чем воздух достигает легких, тем самым защищая легкие от воздействия низких температур. Когда животное выдыхает, одни и те же проходы в носу и горле нагреваются воздухом, выходящим из легких. Понятно, что температура горла и тканей носа также регулируется током крови через него.

В общем, однако, требуется непрерывная подача нагретой текучей среды, так что прерывистая работа регенератора, присущая его конструкции, должна быть каким-то образом скрыта.

Наиболее очевидный метод реализации «кажущейся» непрерывной работы заключается в использовании двух или более регенераторов, работающих в противофазе друг с другом, так что пока один регенератор подает нагретую жидкость, другой регенератор (ы) накапливает тепло от теплоноситель. Очевидно, простой способ сделать это — заключить набор регенераторов в систему каналов или труб, снабженных клапанами, чтобы облегчить переключение регенераторов в конце периода работы.Когда один набор клапанов закрывается при реверсировании, другой набор открывается: поток горячего газа, например, перенаправляется от одного регенератора к другому путем закрытия такого набора клапанов и открытия другого. Одновременно поток холодного газа переключается от другого регенератора симметричным образом. (См. Рисунок 1.) Такая конструкция называется системой регенераторов с неподвижным слоем , в отличие от роторного регенератора , который будет описан ниже.

Процесс сторнирования может быть более сложным.Ниже приведены важные соображения.

• В некоторых приложениях требуется, чтобы регенератор (ы) был очищен перед тем, как, например, подача нагретой жидкости переключится с одного регенератора на другой. В этом случае период холода одного регенератора продлевается для поддержания подачи нагретой жидкости к внешнему процессу, к которому присоединен набор регенераторов. Между тем, горячий период другого регенератора завершается, и этот регенератор полностью продувается перед началом его холодного периода.Затем этот регенератор берет на себя бремя подачи нагретой жидкости от другого регенератора, чей конец периода охлаждения может начаться. Такие устройства неизбежно усложняют клапаны и воздуховоды, связанные с набором регенераторов: кроме того, должен быть предусмотрен подходящий выхлоп для текучих сред, продуваемых из регенератора, которые, например, не могут попасть в поток нагретой текучей среды.

  Рис. 1. Устройство регенератора с неподвижным слоем.

• Там, где текучими средами являются газы, нередко давление потока холодного газа, например, значительно выше, чем давление разбрызгиваемого горячего газа.В этом случае в конце холодного периода во время реверсирования должно быть предоставлено время для декомпрессии регенератора до того, как разрешено начало горячего периода. Точно так же в начале «холодного» периода должно быть предоставлено время для повышения давления холодного газа в регенераторе, прежде чем может начаться собственно холодный период. Опять же, для устранения этих сложностей необходимо предусмотреть дополнительные клапаны и трубопроводы.

В высокотемпературных регенераторах желательно вообще не иметь никаких клапанов на горячем конце регенераторов.Там, где этого нельзя избежать, клапаны часто очень дороги, возможно, требуя водяного охлаждения, чтобы избежать неисправности при высоких температурах. Однако часто бывает, что горячий конец регенератора присоединяется к печи или котлу, куда предварительно нагретый воздух для сжигания топливного газа подается напрямую, и откуда после реверсирования горячий газ, часто являющийся отходами сгорания топлива, отводится непосредственно в регенератор. Таким образом, не требуется никаких клапанов между регенератором и топкой или котлом.Необходимое всасывание горячего газа через регенератор достигается путем присоединения выходного канала для этого газа на холодном конце регенератора к дымоходу, который, если он достаточно высокий, будет обеспечивать необходимый восходящий поток. Клапаны безопасно используются на холодном конце регенератора для переключения теплообменника с выхода дымохода для отработанных газов на подачу холодного воздуха для холодного периода работы регенератора, или наоборот. Непрерывная подача предварительно нагретого воздуха для горения достигается путем подсоединения нескольких регенераторов к печи или котлу, работающих по мере необходимости в противофазе друг относительно друга.

В подогревателе воздуха Ljungström или роторном регенераторе пористая насадка вращается вокруг оси. В простейшей форме набивка разделена на две газонепроницаемые секции, и горячий и холодный газы проходят одновременно в направлении, параллельном этой оси, обычно в противотоке, через эти разные участки набивки. Когда набивка вращается в потоке горячего газа, она накапливает тепло, как в период нагрева в регенераторе с неподвижным слоем. Эта тепловая энергия буквально переносится в поток холодного газа при вращении насадки.Попадая в другой газовый поток, тепло регенерируется и передается холодному газу, как в холодный период работы системы с неподвижным слоем.

Невозможно обеспечить полностью газонепроницаемые уплотнения на стыках каналов, по которым проходят горячие и холодные жидкости, соответственно, и подвижных поверхностей вращающейся теплоаккумулирующей массы набивки регенератора. Тем не менее, если требуется предотвратить загрязнение предварительно нагретого воздуха, например, продуктами сгорания, которые обеспечивают необходимую тепловую энергию, давление воздуха преднамеренно повышается, в результате чего любая утечка под уплотнениями роторного регенератора попадает в поток горячих продуктов сгорания.

Когда ротор впервые переходит от горячего газа к потоку холодного газа, например, масса горячего газа в пустотах насадки регенератора переносится путем вращения в поток холодного газа и должна быть удалена из регенератора, как в стационарный режим работы. В некоторых случаях жизненно важно, чтобы этот уносимый газ не загрязнял поток холодного газа, нагреваемый теплообменником. В этих обстоятельствах в насадке предусмотрен дополнительный сектор, так что газы, выпускаемые из регенератора, например, в конце горячего периода, могут быть отправлены в отдельный выхлоп, возможно, возвращены в поток горячего газа.

Существует другой вариант роторного регенератора, в котором набивка остается неподвижной, но вместо этого вращаются кожухи на обоих концах набивки, через которые горячая и холодная жидкости проходят по отдельным каналам.

Математическое моделирование тепловых регенераторов

Взаимосвязь между теплотой, передаваемой между жидкостью и твердой насадкой, и теплотой, поглощаемой этой насадкой, определяется уравнением

С другой стороны, соотношение между тепловой энергией, передаваемой между твердой насадкой и жидкостью, и теплотой, поглощаемой жидкостью, проходящей через регенератор, определяется уравнением

Эти уравнения в равной степени применимы к горячему и холодному периодам работы регенератора, для которых соответствующие параметры могут быть разными.Поэтому мы обозначаем объемный коэффициент теплопередачи в жаркий период, например, в холодный период.

Граничные уравнения относятся сначала к температуре газа на входе, T _{f, в} , где предполагается, что T _{f, в} (t) = постоянная в каждый период работы. Затем мы указываем, что уравнения (1) и (2) учитывают движение газа от y = 0 до y = L как в горячем, так и в холодном периодах работы регенератора. Чтобы указать, что распределение температуры твердого тела в начале периода равно распределению температуры в конце предыдущего периода, и чтобы учесть операцию противотока регенератора, граничные условия записываются в форме

где P — продолжительность жаркого периода, а P — продолжительность холодного периода.

Наиболее важное допущение, воплощенное в этой модели, состоит в том, что сопротивление теплопередаче на поверхности твердого тела и сопротивление, обусловленное конечной проводимостью насадки в направлении, перпендикулярном потоку жидкости, могут быть объединены в «объем». или «сосредоточенный» коэффициент теплопередачи α, где, используя развитие [Hausen Hausen (1942)], определяющее уравнение задается следующим образом:

где δ — толщина насадки, λ _δ — ее теплопроводность.

Функция Φ пытается воспроизвести эффект очень быстрых изменений температуры внутри упаковки сразу после реверсирования, в начале жаркого или холодного периода. Это функция безразмерных параметров Ω и Ω ‘, где

В случае, когда насадку можно рассматривать как простую плоскую стенку толщиной δ

за

где

тогда

Аналогичные выражения доступны для случая, когда упаковку можно рассматривать как набор твердых цилиндров или как слой сфер.Следует сослаться на более позднюю работу Хаузена [(Хаузен (1976)]. Случай полых цилиндров рассматривается в статье Разелоса [Разелос (1967) и др.]).

В этой модели также предполагается, что теплопроводностью в направлении, параллельном потоку жидкости, так называемой «продольной проводимостью», можно пренебречь. Эта проблема обсуждается в статье Банке и Ховарда [Банке и Ховард (1964)]. Кроме того, идеализировано, чтобы поток жидкости был однородным через поперечное сечение набивки в обоих периодах работы.Однако обычно допускается, что соответствующие теплофизические свойства как текучей среды, так и твердого тела, включая коэффициенты теплопередачи, могут изменяться в пространстве и во времени в зависимости от температуры. Равным образом разрешается рассматривать случай, когда массовые расходы текучих сред в одном или обоих периодах работы регенератора могут изменяться со временем.

Модель значительно упрощена в так называемой «линейной модели», в которой дополнительно предполагается, что соответствующие теплофизические свойства как жидкости, так и твердого тела, включая коэффициенты теплопередачи, не изменяются в пространстве и во времени, а являются постоянными.С другой стороны, они могут быть разными в жаркий и холодный периоды. Точно так же предполагается, что расход газа постоянный, хотя в целом. В этих упрощающих обстоятельствах можно преобразовать уравнения (1) и (2) в формы

Здесь вводятся безразмерные параметры η для времени и ξ для длины, где

При установке t = P и y = L каждый период работы регенератора определяется в терминах двух безразмерных параметров, названных Хаузеном [Hausen (1929)] «сокращенный период»,, и «уменьшенная длина», Λ.Уравнения (14) ниже определяют их для работы в жаркий период:

Для холодного периода соответствующие уравнения имеют вид

В этой линейной модели также можно рассматривать температуру на входе горячего периода T _{f, в} = 1,0, и температуру на входе «холодного» периода T _{f, в} = 0,0 (†).

† Это эквивалентно настройке

где τ _f и τ _s — «реальные» температуры жидкости и твердого тела, а T _f и T _s — соответствующие безразмерные температуры .

В рамки этого текста не входит описание множества и разнообразных методов решения этих дифференциальных уравнений, которые разрабатывались в течение нескольких лет. Достаточно сказать, что существует два класса методов решения: «открытые» методы и «закрытые» методы. В открытых методах предполагается начальное распределение температуры твердого тела T _s (ξ, 0) в начале горячего периода. Затем модель регенератора проходит через множество циклов путем решения уравнений (11) и (12), например, через последовательные горячие и холодные периоды работы.Затем этому моделированию теплообменника разрешается работать, пока не будет достигнуто периодическое установившееся состояние. В закрытых методах просто предполагается, что распределение температуры твердого тела T _s (ξ, 0) ⁽ⁿ⁾ , в начале n-го цикла равно таковому, T _s (ξ, 0) ^{(n + 1)} , в начале следующего цикла, при циклическом равновесии. Затем уравнения решаются, часто в форме интегральных уравнений, как краевая задача. Никакие переходные циклы, предшествующие установлению равновесия, не моделируются.Оказывается, что закрытые методы полезны для решения ряда линейных задач, но они становятся чрезвычайно сложными при решении нелинейных задач, то есть когда разрешается, чтобы соответствующие теплофизические свойства как жидкости, так и твердого тела, включая коэффициенты теплопередачи, могут изменяться в пространстве и во времени в зависимости от температуры и / или когда массовые расходы текучих сред в одном или обоих периодах работы регенератора могут изменяться со временем. В этих случаях легче адаптировать открытые методы.

Конструкция набивки регенератора

Набивка регенератора значительно различается от одного типа применения к другому.С одной стороны, выбор теплоаккумулирующей массы определяется суровыми или иными условиями эксплуатации, в которых должен работать регенератор. С другой стороны, возможные рабочие схемы с такими насадками лучше всего понимаются в контексте безразмерных параметров Λ и Π. Можно показать, что для данной уменьшенной длины Λ максимальные тепловые характеристики достигаются за счет использования как можно меньшего значения уменьшенного периода.

Соотношения

представляют собой теплоемкость насадки в жаркий и холодный период соответственно.Эффективная поверхность раздела между жидкостью, протекающей через регенератор в любой момент, и теплоаккумулирующей набивкой — это продукты и для жарких, и для холодных периодов. Чем больше эти границы раздела, тем больше должна быть теплоемкость за период, чтобы приспособиться к задействованной тепловой энергии.

Другими словами, отношения

должны соответствовать периодам, которые дают достаточно малые значения и ‘, чтобы можно было получить как можно более хорошие тепловые характеристики регенератора.

Это можно рассматривать с другой стороны: можно получить экономию в размере регенератора, если использовать тонкие насадки, где отношение площади к массе, A / M для горячего периода, A ‘/ M’ для холодного периода, велико. В этом случае достаточно малые значения и ‘получаются при работе регенератора с короткими периодами времени, то есть с короткими временами цикла.

С другой стороны, суровые условия эксплуатации могут потребовать, чтобы набивка регенератора была изготовлена ​​из подходящих материалов, изготовленных с надежной геометрической компоновкой.В этом случае отношение площади к массе, A / M для горячего периода, A ‘/ M’ для холодного периода, вполне может быть относительно небольшим, и в этом случае подходящие значения Π и ‘могут быть получены с использованием длинного цикла. раз, что позволяет избежать быстрого переключения регенераторов в используемой системе.

Дело усложняется еще больше, если сам процесс реверсирования регенератора идет медленно. Например, если необходимо создать давление в резервуаре регенератора в начале холодного периода, а затем сбросить его давление в конце холодного периода, как в случае с каменками Cowper , используемыми для предварительного нагрева дутья (воздуха) для производства чугуна общее время цикла должно быть достаточно большим, чтобы время, необходимое для этих реверсий, не составляло чрезмерно большую долю от общего времени цикла.В этом случае отношение площади к массе, A / M для горячего периода, A ‘/ M’ для холодного периода, должно быть достаточно малым, чтобы генерировать достаточно малые значения и ‘с более длинными горячими и необходимы холодные периоды эксплуатации.

Очень высокотемпературные регенераторы

Регенераторы с неподвижным слоем , работающие с температурами на входе горячего газа, превышающими 1200 ° K, оснащены насадками, изготовленными из огнестойких огнеупоров или керамических материалов особого качества, способных противостоять воздействию любых вовлеченных коррозионных материалов. в горячем газе.Таким образом, в регенераторах стекловаренных печей нередко используются насадки с высоким содержанием глинозема, которые способны справляться с коррозионным воздействием извести, поташа, кремнезема, сульфата натрия и ванадия, которые могут попадать в насадку регенератора из стекловаренного производства процесс. В печах Каупера, используемых для предварительного нагрева дутья для процессов производства чугуна и плавки цинка, насадка часто зонируется: в верхней части регенератора используются материалы, способные выдерживать воздействие очень высоких температур, а далее в регенератор — высокой степени сжатия. используются нагрузки, например, кремнезем.В нижней части регенератора обязательно должны быть материалы, обладающие механической прочностью и стабильностью объема, способные выдержать большой вес набивки выше. В этих обстоятельствах часто используются различные алюмосиликатные огнеупоры.

Мало того, что материалы набивок должны быть способны выдерживать воздействие коррозионных материалов, но также должна быть устроена такая геометрия набивок, чтобы эти возможно грязные газы могли свободно проходить через регенератор.Следует избегать блокировки каналов. В этих обстоятельствах необходимо использовать различное геометрическое расположение огнеупорных материалов. В таких случаях часто используются схемы «квадратный дымоход» или «закрытая корзина» (рис. 2).

Можно сделать так, чтобы каналы были достаточно широкими, чтобы обеспечить свободный проход для грязных газов, но чтобы набивка не была выровнена для образования проходов в дымоходе: эту роль выполняют «открытое переплетение корзины» или «шахматное переплетение открытой корзины».Ширина канала может достигать 200 мм.

Там, где газы очень горячие, но относительно чистые, как в печах Каупера, часто используются шестиугольные кирпичи с проходами шириной всего 50 мм. Эти проходы образуются в теле и по углам кирпичей (рис. 3). В конструкции Freyn chequerwork эти проходы имеют круглую форму, но возможны и другие формы. Эти огнеупорные кирпичи уложены слоями таким образом, что образуются каналы трубчатой ​​формы, через которые газы могут иметь свободный проход.

Рисунок 2. Схема компоновки плетеной корзины.

Рис. 3. Типовая конструкция теплоаккумулирующего кожуха для дутьевых печей (размеры в миллиметрах).

В обоих типах расположения толщина набивки за доступной площадью поверхности нагрева определяется механической прочностью, необходимой для набивки, а также коррозионными условиями, в которых она должна работать. В тяжелых условиях необходимо использовать толщину до 200 мм; в менее суровых условиях, которые могут возникнуть в химической промышленности, достаточно кирпичей толщиной 50 мм.

Возможные компоновки упаковки имеют два важных последствия. Их можно понять в контексте описательных безразмерных параметров, описывающих регенераторы и их работу.

1. Длина уменьшенная,

   представляет собой меру эффективной площади поверхности нагрева относительно расхода теплоемкости горячего / холодного газа. Очевидно, что чем больше нагрузка на регенератор M _f C _p , тем больше должна быть площадь поверхности нагрева A для обслуживания этой нагрузки.Действительно, для данных условий эксплуатации тепловой КПД увеличивается с Λ. Высокотемпературные регенераторы, в которых используются плетеные корзины или шестиугольные насадки типа Фрейна, физически очень велики, а в некоторых случаях настолько велики, что они построены как неотъемлемая часть печи, с которой они должны работать. Это является следствием того, что насадка имеет низкое отношение площади поверхности к объему в диапазоне 20–30 м ^–1 . Требуемая большая площадь поверхности предполагает большой объем упаковки.На рис. 4 представлена ​​схема пары регенераторов в системе Сименс, например стекловаренная печь. В устройстве печи Каупера есть три или четыре регенератора, удерживаемых в сосудах цилиндрической формы, которые отделены от доменной печи, которую они должны обслуживать (см. Рисунок 5). Они все еще большие, возможно, 30 м в высоту и 10 м в диаметре.

2. С другой стороны, коэффициенты

   будет небольшим для насадок с низким отношением площади поверхности к объему, как описано выше.Следствием этого является то, что достаточно малые значения и ‘могут быть получены с использованием относительно больших времен цикла. Печи Cowper нередко работают с холодным периодом P ‘от 30 до 60 минут и горячим периодом P от 50 до 110 минут для конфигурации с тремя плитами: это включает в себя возможность реверсирования продолжительностью от 5 до 10 минут. минут за цикл. Точно так же регенераторы печей типа Сименс обычно работают с общим временем цикла около 40 минут.

Такие большие регенераторы обязательно дороги.В условиях высоких температур, когда газы относительно чистые, за последние десять лет стало обычным делом использовать регенеративную горелку . Здесь набивка регенератора состоит из керамических сфер, материалы которых выбраны в соответствии с рабочими условиями. Сферы обычно имеют диаметр 1–3 см, что дает соотношение площади к объему в 10 раз больше, чем, например, в массивных регенераторах для стекловаренной печи. Отношение площади к объему в диапазоне 100–300 м. ^–1 дает небольшие компактные регенераторы.Конкретный размер определяется нагрузкой M _f c _p , которую регенератор должен поддерживать. Слой высотой 0,6 м и диаметром 0,18 м не является редкостью, хотя слои меньшего или большего размера могут использоваться для различных тепловых нагрузок.

Потому что соотношения

будет больше для слоев керамических сфер с отношением площади поверхности к объему в диапазоне 100–300 м ^–1 , необходимо реверсировать регенераторы гораздо быстрее, чем в случае массивных высокотемпературных регенераторов.Горелки работают попарно; в жаркий период горячие выхлопные газы забираются из топки, к которой прикреплена горелка, через слой сфер. Одновременно в течение холодного периода другая горелка поджигает топку, используя воздух для горения, предварительно нагретый регенеративным слоем. Регенераторы и их горелки переключаются через промежуток времени от 30 до 180 секунд. Комбинированную горелку и регенератор можно сделать наиболее компактной за счет включения регенератора в корпус каждой горелки.Небольшая газовая горелка непрерывного действия, используемая, например, в сталелитейной промышленности для отжига полосовой стали, может включать шесть или более пар таких горелок. Они могут работать в противофазе таким образом, что реализуется «очевидная» непрерывная работа, если в любой момент реверсируется только одна пара горелок.

Рисунок 4. Расположение пары регенераторов Сименс.

Регенераторы умеренных температур

При более умеренных температурах (400–600 ° C) обычно используются роторные регенеративные подогреватели воздуха.В таких регенераторах Ljungström цилиндрическая пористая насадка вращается вокруг своей оси (см. Рисунок 6). Упаковочные материалы часто изготавливаются из стальных листов с насечками для образования большого количества волнообразных каналов. Таким образом усиливается турбулентный поток горячего и холодного газа, протекающего через регенератор, тем самым улучшая характеристики теплопередачи. Металлические листы расположены радиально в съемных блоках, удерживающих несколько таких листов, что облегчает быстрое и простое обслуживание.

Такое металлическое покрытие обеспечивает высокое отношение площади к объему, превышающее 200 м ^–1 . Тем не менее, они должны быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать соответствующие температуры, а также, возможно, коррозионные условия эксплуатации. Если, например, горячие отходящие газы имеют высокое содержание SO ₂ , для защиты стальной набивки при рабочих температурах ниже кислотной точки росы таких газов может использоваться поверхность нагрева, покрытая стекловидной эмалью.

Еще более высокое отношение площади к объему может быть достигнуто путем создания регенератора из набора секций секторной формы вязанной проволочной сетки из другого материала, в зависимости от температуры и других рабочих условий.Для температур на входе горячего газа 400 ° C можно использовать сетку из нержавеющей стали, а для температур до 800 ° C рассматривались керамические или глиноземные волокна. В регенераторах, требующихся выдерживать температуры на входе горячего газа 800 ° C или более, могут использоваться другие предварительно изготовленные сверхпрочные керамические набивки: здесь набивка может состоять из сот керамического материала, расположенных в виде попеременно плоских и волнообразных слоев. Такие конструкции обеспечивают высокое отношение площади поверхности к объему, необходимое для достижения компактности конструкции регенератора, и, в то же время, обеспечивают свободный проход для потока газов через регенератор.Они также достаточно прочные, чтобы выдерживать жесткие рабочие температуры и суровые условия эксплуатации.

Рис. 5. Эскиз кауперовской печи, используемой для предварительного нагрева воздуха в доменной печи для производства чугуна.

Снова коэффициенты

будет большим для вращающихся насадок регенератора, описанных выше. Поэтому нередко набивка вращается со скоростью 2–3 оборота в минуту, что дает периоды нагрева / холода продолжительностью 30 секунд или меньше. Таким образом, генерируются небольшие значения Π и Π ‘, что способствует повышению эффективности регенератора на 80% или больше.

Регенераторы с более низкой температурой

Работа регенераторов при низких (окружающих или даже более низких) температурах позволяет гибко выбирать упаковочные материалы. В ротационных регенераторах для систем кондиционирования воздуха используются различные насадки, которые включают полиэтилентерефталатную пленку и гофрированную вязаную проволочную сетку. Такие насадки наматываются на шпиндель ротора, давая тепловых колес различного диаметра от 1,25 до 2,5 м.Иногда используются гофрированные алюминиевые листы, а также различные сотовые конструкции (см. Рисунок 7).

Были разработаны различные насадки для рекуперации скрытой и удельной теплоты одного из газов. В их состав входят неметаллические и волокнистые насадки: они могут впитывать влагу, с одной стороны, но инертны по отношению к бактериальному заражению, с другой.

Для работы при очень низких температурах часто используются регенераторы с неподвижным слоем, где насадки состоят из слоев базальтовой или кремневой крошки или просто гравия.Гофрированные алюминиевые листы иногда используются там, где гофры проходят в чередующихся направлениях между листами, которые уложены друг на друга, создавая мелкие пересекающиеся каналы для свободного прохода газов. Однако такое расположение алюминиевых листов может оказаться чрезмерно дорогим.

Рисунок 6. Схема роторного регенератора. (С любезного разрешения Howden Sirocco Ltd., Глазго).

Рисунок 7. Соты.

Площадь поверхности нагрева, подверженная воздействию нагревающей / охлаждающей жидкости, м ²

а _с термодиффузанты насадки м ² / с

_p удельная теплоемкость жидкости при постоянном давлении Дж / кг · K

L Длина регенератора от входа до выхода жидкости м

М Масса упаковки «за» площадью поверхности, А кг

M _f Масса газа, остающегося в пустотах упаковки кг

массовый расход жидкости через регенератор кг / с

P Продолжительность жаркого периода с

P ‘продолжительность холодного периода с

T _f Температура жидкости K

T _с Температура твердой упаковки K

t раз с

y расстояние от входа в регенератор м

α коэффициент поверхностной теплоотдачи Вт / м ² K

Коэффициент объемной теплопередачи Вт / м ² K

δ толщина насадки регенератора м

κ _с Температуропроводность насадки м ² / S

λ _с теплопроводность насадки Вт / м K

Ом безразмерная продолжительность жаркого периода —

Ом ‘безразмерная продолжительность холодного периода —

ССЫЛКИ

Банке, Г.Д., Ховард, К. П. (1964) Влияние продольной теплопроводности на характеристики теплообменника с периодическим потоком, ASME Trans, серия A, Jour. Англ. для Power , апрель 1964 г.

Hausen, H. (1929) Über die Theorie des Warmeaustauches in Regeneratoren (Теория теплообмена в регенераторах), Z. angew. Математика, мех. , 9, июн 1929, 173–200 (перевод библиотеки RAE № 270, сентябрь 1948. W. Shirley), июнь 1929.

Hausen, H. (1942) Vervolistandigte Berechnung des Warmeaustausches in Regeneratoren (Улучшенные расчеты теплопередачи в регенераторах), Z.VDI-Beiheft Verfahrenstechnik, 2, 31–43, перевод Института черной металлургии, июнь 1943 г.

Hausen, H. (1976) Теплопередача в Counteijlmv, параллельный и поперечный поток . Английский перевод под редакцией А. Дж. Уиллмотта, McGraw-Hill.

Разелос, П., Лазаридис, А. (1967) сосредоточенный коэффициент теплопередачи для периодически нагреваемых полых цилиндров, Int. J. Тепломассообмен , 10, 1373–1387. DOI: 10.1016 / 0017-9310 (67)

Коэффициенты теплопередачи теплообменника

Общие коэффициенты теплопередачи в некоторых распространенных конструкциях и применениях теплообменников:

Теплообменник Сравнение безбаквальных водонагревателей

Для теплообменников безбаковых водонагревателей, как первичных, так и вторичных, используются различные материалы. Это руководство по безбаклевым теплообменникам исследует:

Сравним варианты теплообменников безбакерных водонагревателей.

Что такое теплообменник?

Как следует из названия, теплообменник — это среда, часть, через которую тепло сгорания передается воде.Теплообменники постоянно нагреваются до 199 000 БТЕ тепла, что превышает мощность большинства газовых печей. Они также охлаждаются водой с температурой 30 ° F, протекающей по окружающей их трубе. В результате эти детали должны быть чрезвычайно прочными и устойчивыми к трещинам, вызванным нагревом и охлаждением. Они также должны очень хорошо проводить тепло. Теплообменник называется первичным теплообменником, если блок также имеет вторичный теплообменник.

Что такое вторичный теплообменник?

Вторичные теплообменники используются в газовых безбаквальных водонагревателях, газовых печах, котлах и других газовых системах, работающих на природном газе и пропане, с конденсационной технологией.Их цель — повысить эффективность теплопередачи, часто от низких или средних 80 до средних и высоких 90. В газовых водонагревателях это достигается за счет использования горячих продуктов сгорания для нагрева поступающей воды перед выпуском газов. В этом заключается различие между конденсационными и неконденсирующими водонагревателями без резервуара.

Дополнительную информацию можно найти в нашем Руководстве по покупке бесконтактного водонагревателя. Вы можете найти все руководство полезным, или вы можете использовать поле навигации по содержимому вверху, чтобы перейти к разделу Газовые водонагреватели: с конденсацией или без конденсации.

• Плюсы: Вторичные теплообменники настолько эффективны, что воздухообменники с ними могут вентилироваться через стену с использованием ПВХ, а не через крышу с использованием металла, потому что в выхлопе остается мало тепла.
• Минусы: Выхлопные газы очень кислые, поэтому они разрушают некоторые металлы.

Материалы теплообменника с плюсами и минусами

Бесконтактные теплообменники изготавливаются из нескольких металлов и сплавов. В этом списке указаны металлы, прочность, устойчивость к коррозии и другие достоинства и недостатки.

Медь:

Это наиболее распространенный металл, используемый в теплообменниках всех производителей. Металл доступен по цене по сравнению с другими вариантами, но его преимущества выходят за рамки стоимости. У него самая высокая (лучшая) теплопроводность из всех металлов — 401, что примерно в 20 раз выше, чем у нержавеющей стали, поэтому тепло передается быстро. Медные теплообменники также очень хорошо справляются с расширением и сжатием. Единственный недостаток меди состоит в том, что она медленно растворяется под действием кислотности дымовых газов, а также снижает ее проводимость.По этим причинам его нельзя использовать во вторичных теплообменниках.

В нашем обзоре безрезервуарных водонагревателей руководства по Takagi, EcoSmart и Rheem относятся к числу тех, которые известны использованием медных первичных теплообменников.

Медный сплав:

Нержавеющая сталь содержит немного меди, поэтому это медный сплав, но уровень меди не такой высокий, как в медном сплаве с металлической маркировкой. Преимущество медного сплава заключается в том, что он обеспечивает отличную теплопроводность благодаря меди, но он намного лучше сопротивляется коррозии, чем чистая медь.Конденсационные водонагреватели Takagi относятся к числу тех, у которых есть первичные теплообменники из медного сплава.

Алюминий:

Этот металл обладает множеством хороших качеств, но не является лучшим ни в одной категории. Он легче меди и нержавеющей стали. Его рейтинг теплопроводности составляет 237, то есть примерно на 40% меньше, чем у меди, но на 1000% больше, чем у нержавеющей стали. Он лучше сопротивляется коррозии, чем медь, поскольку образует собственный оксидный слой, который защищает его от кислотности. Некоторые агрегаты Bosch имеют алюминиевые вторичные теплообменники, включая Bosch Therm C 1210ES и Greentherm C950ES Series.

Нержавеющая сталь:

Почти Все вторичные теплообменники изготовлены из нержавеющей стали , поскольку они должны обладать высокой устойчивостью к кислотности выхлопных газов сгорания. Исключением являются агрегаты серии Noritz NRC98 с коммерческими медными теплообменниками.

Существуют различные марки нержавеющей стали, но не все производители раскрывают, какой тип они используют.

Takagi использует нержавеющую сталь 316L, морскую нержавеющую сталь, подходящую для солевых сред.«16» относится к 16% хрома в смеси.

Noritz использует теплообменники из нержавеющей стали STS 304. STS304 — это европейское название нержавеющей стали A2 или 18/10, содержащей около 18% хрома и около 10% никеля.

Navien использует нержавеющую сталь для обоих теплообменников, а не только для вторичных теплообменников. Это обеспечивает лучшую коррозионную стойкость, при этом обеспечивая рейтинг эффективности до 0,97 UEF, один из самых высоких в отрасли. Это одна из причин, по которой Navien с комфортом предлагает лучшую в отрасли 15-летнюю гарантию на теплообменник, длина которой соответствует Takagi и Bosch.

Модели Noritz EZ111 и EZ98 также имеют двойные теплообменники из нержавеющей стали, хотя гарантия на них составляет всего 12 лет.

Какой материал лучше всего подходит для теплообменников?

Как мы уже отмечали, у каждого есть свои плюсы и минусы. По невысокой стоимости и теплопроводности медь — топ. Для борьбы с коррозией нержавеющую сталь нельзя бить.

У нас есть две рекомендации по этому поводу, и обе относятся к конденсационным безбактовым нагревателям:

1). Если вы покупаете проточный водонагреватель на конденсирующем газе, избегайте моделей без вторичных теплообменников из нержавеющей стали.

2). Если ваша цель — более низкая стоимость, подойдут первичные теплообменники из меди или сплавы. Если вы готовы заплатить больше, чтобы получить большую долговечность, лучше всего подойдут двойные теплообменники из нержавеющей стали.

Кредиты изображений: stanleyplumbing.net