Существует множество видов теплообменных аппаратов (сокр. ТА), использующихся в промышленности, машиностроении, различных областях хозяйствования и даже в быту. Различия в конкретике применения обуславливают нюансы конструкции теплообменных аппаратов каждого вида. Несмотря на то, что назначение и устройство теплообменников связаны между собой, общая классификация теплообменных аппаратов основана не на области их применения – более логичным представляется условное деление по признакам технического характера.

Общая классификация теплообменников

В виде списка/схемы классификацию теплообменников можно представить следующим образом.

1. По признакам функционального характера

1.1. По базовому принципу действия.

1.2. По роду (агрегатному состоянию) теплонесущих сред

1.3. По динамике агрегатного состояния этих сред.

1.4. По организации перемещения теплоносителей в агрегате.

1.5. По характеру теплового режима.

2. По признакам конструкционного толка

2.1. По конфигурации теплообменной поверхности.

2.1.1. По форме поверхности обмена в рекуперативных ТА.

2.1.2. По форме поверхности обмена регенеративных ТА.

2.2. По степени компенсации возможных температурных деформаций (для рекуперативных ТА)

2.3. По типу кожуха (для рекуперативных ТА).

2.4. По пространственной ориентации.

2.5. По предусмотренному способу установки.

2.6. По внешнему оборудованию.

2.7. По количеству теплоносителей.

3. По схемам тока теплонесущих сред

3.1. По конкретике динамики их температурного режима.

3.2. По направлению их взаимного движения.

3.2.1. По движению сред в рекуперативных ТА.

3.2.2. По движению сред в регенеративных ТА.

Необходимые пояснения

1.1. По принципу действия теплообменные аппараты разделяют на

  • поверхностные рекуперативные, в которых теплонесущие среды разделены некой перегородкой (теплообменной поверхностью); теплоносители омывают перегородку одновременно с разных сторон;
  • поверхностные регенеративные, в которых поверхность теплообмена омывается теплоносителями поочерёдно;
  • контактные смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном контакте теплонесущих сред; теплоносители при этом смешиваются;
  • контактные барботажные, в которых непосредственный контакт также имеет место, но один теплоноситель проходит сквозь другой без смешивания.

Рекуперативные ТА являются наиболее распространёнными; типичным представителями рекуперативных ТА можно назвать различные виды кожухотрубных теплообменников.

1.2. По сочетанию агрегатных состояний теплонесущих сред ТА разделяются на агрегаты типа

  • жидкость/жидкость;
  • пар/жидкость;
  • пар/пар;
  • пар/газ;
  • газ/газ;
  • газ/жидкость.

Наиболее распространёнными являются ТА типа жидкость/жидкость и газ/жидкость.

1.3. По динамике агрегатных (фазовых) состояний теплонесущих сред теплообменники разделяются на аппараты

  • без фазовых переходов (подогревателиохладители);
  • со сменой агрегатного состояния одного из теплоносителей (испарителиконденсаторы);
  • со сменой состояния обеих теплонесущих сред (агрегаты с повышенной интенсивностью теплообмена, в т.ч. вымораживатели, ректификаторы и др.)

Более распространены ТА без смены, а также со сменой фазового состояния одного теплоносителя.

1.4. По организации перемещения теплоносителей теплообменники делятся на

  • аппараты с циркуляцией естественного характера (испарители, паровые котлы и др.);
  • с принудительной (искусственной) циркуляцией (все виды рекуперативных теплообменников, подогреватели, охладители и др.);
  • аппараты с использованием гравитационного эффекта (конденсаторы, оросительные ТА).

Теплообменники с искусственной циркуляцией наиболее распространены.

1.5. По характеру теплового режима теплообменные аппараты делятся на

  • теплообменники со стационарным течением внутренних процессов (большинство рекуперативных ТА);
  • с нестационарными (переменными) процессами (регенеративные ТА).

2.1. По конфигурации теплообменной поверхности ТА делятся в зависимости от принципа действия.

У рекуперативных теплообменников выделяют, в частности:

  • кожухотрубные с линейными трубами;
  • кожухотрубные с U-образными трубами;
  • кожухотрубные с турбулизаторами;
  • кожухотрубные с оребрёнными трубами;
  • теплообменники типа «труба в трубе»;
  • змеевиковые;
  • спиральные;
  • пластинчатые;
  • пластинчато-ребристые;
  • ламельные.

У регенеративных ТА классификация зависит от вида и формы т.н. «насадки», которая может представлять собой как единую поверхность, так и совокупность поверхностей:

  • гофрированной металлической ленты (см. рис. 1.а);
  • металлической сетки (рис. 1.б);
  • перфорированных пластин (рис. 1.в);
  • шариков и гранул, колец Рашига (рис. 1.г)
  • брусков и блоков из материалов с повышенной жаростойкостью, в т.ч. минеральных (рис. 1.д).

Рисунок 1. Виды насадок в регенеративных ТА
Рисунок 1. Виды насадок в регенеративных ТА
И для рекуперативных, и для регенеративных ТА форма и связанная с ней площадь поверхности теплообмена имеют одно из определяющих мест в вопросе эффективности передачи тепловой энергии между теплоносителями.

2.2. По степени компенсации возникающих температурных деформаций рекуперативные (в частности – кожухотрубные) теплообменники разделяются на

  • агрегаты с жёсткой конструкцией (без необходимости компенсаций);
  • с полужёсткой конструкцией (компенсация за счёт наличия упругого элемента (элементов);
  • с нежёсткой конструкцией (компенсация за счёт свободного изменения длины трубных элементов).

2.3. По типу внешнего кожуха рекуперативные теплообменники делят на

  • агрегатыты с коробчатым кожухом;
  • кожухотрубного типа;
  • без кожуха (оросительные).

Частным примером ТА кожухотрубного типа являются аппараты с наличием компенсатора на кожухе, хотя их также можно условно отнести к ТА полужёсткой конструкции.

2.4. По пространственной ориентации ТА делятся на

  • аппараты вертикального типа;
  • горизонтального типа;
  • наклонные.

2.5. По условиям монтажа существует деление на

  • автономные;
  • навешенные (присоеденяемые);
  • встроенные.

2.6. По наличию оборудования и внешеней обвязки можно выделить

  • аппараты без таковых;
  • с наличием теплоизоляции;
  • с собственным фундаментом, монтажной системой;
  • с контрольно-измерительным оборудованием;
  • с автоматикой управления и т.д.

2.7. По количеству теплоносителей определяют

  • двухпоточные;
  • трёхпоточные;
  • многопоточные теплообменные аппараты.

К многопоточным агрегатам относят также системы из двух и более двухпоточных теплообменников, связанных воедино при помощи «промежуточного» третьего теплоносителя.

3.1. По температурной динамике теплоносителей выделяют

  • ТА с неизменной (стационарной) температурой всех теплоносителей;
  • со стационарной температурой одного из теплоносителей;
  • с изменяющейся температурой теплоносителей.

Последний вариант является наиболее распространённым среди всех типов теплообменных аппаратов.

3.2.1. Рекуперативные ТА по взаимному направлению тока теплоносителей бывают с

  • прямотоком (параллельное однонаправленное движение, см. рис. 2.а.);
  • противотоком (параллельное разнонаправленное движение, рис. 2.б.);
  • перекрёстным током (перпендикулярное движение, рис. 2.в.);
  • смешанным током (характерно для многоходовых кожухотрубных теплообменников, рис. 2.г.);
  • со сложной схемой тока (аналогично, рис. 2.д.).

Рисунок 2. Направление тока теплоносителей в рекуперативных ТА
Рисунок 2. Направление тока теплоносителей в рекуперативных ТА
При остальных условно равных параметрах (температурах теплоносителей, площади поверхности теплообмена и т.д) для рекуперативных ТА наиболее эффективными считаются перекрёстный ток и сложные схемы тока.

3.2.2. В регенеративных ТА, как правило, применяются только две схемы движения теплоносителей – прямоток и противоток. Эффективность последнего выше.

Дополнительно

Нельзя не упомянуть другие варианты классификации, по дополнительным признакам. К примеру – по конкретным условиям использования (охладители масла судовых двигателейподогреватели жидких пищевых продуктов и т.д.), а также по уточняющим конструкционным характеристикам (различным видам упругих элементов у ТА полужёсткой конструкции) и др.

 

ЗАО «ЦЭЭВТ» разрабатывает и производит различные типы теплообменных аппаратов; в частности – специализируется на выпуске высоконадёжных и эффективных рекуперативных кожухотрубных теплообменников с турбулизаторами труб трубного пучка, с различной жёсткостью конструкции, двухпоточные, со сложной схемой тока. Специалистами компании применяется современная методика расчёта теплообменных аппаратов с использованием специализированного программного обеспечения, позволяющего на этапе проектирования учесть каждый из десятков технических нюансов и создать индивидуальный проект с максимальным соответствием техническим условиям и требованиям клиента.