Теплообменники – это общее название приспособлений, объединённых принципом работы.
Они применяются в химической, нефтяной, газовой, прочих промышленных отраслях.
В быту их используют для повышения КПД самодельных печей, в бойлерах косвенного нагрева, для совместной работы разных теплоносителей, когда один из них более дорогой (чтобы сэкономить средства), в общем, везде, где нужно охладить, нагреть или передать температуру жидкости или газу.
Как это работает, для чего и каким образом можно сделать теплообменник своими руками.
Устройство системы
Итак, назначение приспособления – передавать температуру от одной среды к другой. Источниками тепла и теплоносителями могут быть различные жидкости, газы и пар. Нестабильные среды разделяются материалом, имеющим для этого подходящий показатель теплопроводности. Простейший пример теплообменника – обычный комнатный радиатор. Источник тепла – вода в отоплении. Нагреваемая среда – воздух в комнате. А разделяющий материал – металл, из которого сделан радиатор.
Большую роль в том, какой использовать промежуточный материал, имеет его степень теплопроводности. Лидерами по этому показателю являются серебро и медь. Но по понятным причинам, чаще всего применяется медь.
Устройство теплообменника
Медь в 7,5 раз лучше передаёт тепло, чем сталь, а пластик в 200 раз хуже, чем сталь. Получается, что при прочих равных условиях, 1,7 метра медной, 12 метров стальной и 2000 метров пластиковой трубы передадут одно и то же количество тепла.
Виды
По назначению, разделяют теплообменники на:
- Охладительные.
- Нагревательные.
Первые содержат в себе холодный газ или жидкость. Контактируя с ним, разогретый теплоноситель остывает.
Нагреватели же наоборот, содержат в себе разогретый газ (жидкость), который делится теплом с циркулирующей холодной жидкостью (газом).
Устройство поверхностного теплоомбенника
И «нагреватели» и «охладители» могут различаться по конструкции:
- Поверхностные (тот случай, когда среды контактируют через промежуточную поверхность).
- Регенеративные (поочерёдная подача холодной и горячей среды к специальной насадке, которая, нагреваясь и охлаждаясь, регулирует температуру сред).
- Смесительные (подача одной среды непосредственно в другую и их перемешивание).
Надо сказать, что поверхностные теплообменники используются чаще всего. Они значительно отличаются по форме. Здесь можно выделить три типа:
- Пластинчатые (множество пластин, собранных в кассеты, по лабиринтам которых проходит жидкость).
- Змеевики (тонкая трубка, закрученная в спираль).
- Труба в трубе.
Отопление на двух видах топлива может быть очень удобным, особенно когда возникают перебои с одним из источников обогрева. Котлы отопительные комбинированные имеют две камеры сгорания и производятся в разных исполнениях: газ электричество, газ уголь и так далее. Конструкцию системы и способы монтажа рассмотрим далее.
Особенности выбора терморегулятора для радиатора отопления рассмотрим тут.
Привычные способы отопления в некоторых ситуациях могут оказаться неудобными. Отопление без газа и дров может быть хорошей альтернативой. Здесь https://4air.ru/sistemy-otopleniya/bez-gaza-i-drov.html рассмотрим способы организации обогрева помещения без использования дров и газа.
Изготовление теплообменника «труба в трубе» своими руками
Принцип работы, плюсы и минусы
По названию понятно, что теплообменник представляет собой большую трубу, внутри которой расположена меньшая. Охлаждающая или нагревающая среда перемещается по внутренней трубе, а жидкость, которую нужно охладить, подаётся во внешнюю.
Теплообменник из трубы может состоять из нескольких звеньев, соединённых последовательно.
Такая несложная конструкция имеет преимущества:
- подходит для любых теплоносителей,
- просто изготовить самостоятельно,
- легко чистить,
- служит долго,
- подходит для работы под давлением (в отличие от пластинчатых),
- можно подобрать скорость движения жидкостей, путём изменения размеров труб.
Однако всё нужно тщательно рассчитывать, а трубы могут обойтись довольно дорого.
Изготовление
Понадобится:
- Трубки разного диаметра (желательно медь) – 2шт.
- Тройники т-образные (диаметр такой же, как у большей трубки) – 2 шт.
- Короткие трубки одинаковой длины, диаметр = выходу тройника. – 2 шт.
- Сварка и электроды, либо мощный паяльник и припой для меди.
- Болгарка.
- Рулетка.
Использовать будем тонкостенные медные трубки. Выбираем подходящие по длине отрезки так, чтобы диаметр одного был минимум на 4мм больше другого (зазор будет по 2 мм с каждой стороны).
- На наружную трубку с двух сторон привариваем тройники (боковой стороной).
- Вставляем внутрь трубку меньшего диаметра и, проваривая торцы большей трубки, фиксируем в ней внутреннюю трубку.
- К выходам т-образных тройников привариваем короткие трубки, по которым будет подходить жидкость.
- Если была использована не медная, а стальная заготовка, её эффективность будет значительно ниже. Имеет смысл увеличить площадь рабочей поверхности, сделав батарею из отдельных теплообменников. Они последовательно соединяются небольшими отрезками труб, приваренных то к одному, то к другому тройнику. В результате должна получиться змейка.
Для работы с загрязнёнными средами теплообменники делаются разборными, чтобы была возможность чистить его в будущем. Для чистых жидкостей делают неразборные теплообменники.
Сборка воздушного пластинчатого теплообменника своими руками с вентилятором
Сделаем из пластинчатого теплообменника бытовой обогреватель. Его можно, например, подсоединить к котлу с водяной рубашкой.
Понадобится:
- готовый пластинчатый теплообменник, небольшого размера,
- патрубки для воздуховода,
- вентилятор,
- фанера для сборки каркаса (её размеры должны совпадать с размерами боковых стенок теплообменника) – 4 шт,
- фанера для фронтальной части каркаса – 1 шт,
- лист металла,
- брусок (такой длины, чтобы хватило на рамку и 4 коротких бруска),
- саморезы,
- рулетка,
- электролобзик,
- шуруповёрт.
Ход работы:
- Из фанерных кусков сбивается ящик. Внутренние углы фиксируются при помощи брусков на саморезы. Теплообменник должен плотно вставляться в каркас.
- На одну сторону каркаса крепим лист металла, посередине прорезаем отверстие, в которое будет вставлен вентилятор.
- Делаем рамку из бруска. Крепим её на противоположной стороне каркаса.
- К рамке приделываются патрубки для воздухоотвода.
Установив такой прибор на пути следования холодного воздуха с улицы, можно получить свежий, но тёплый воздух. Потери тепла из-за вентиляции помещений сократятся в 3 раза.
Водяной теплообменник для печи своими руками
Для повышения КПД котла с водяным контуром. Металлическая конструкция из труб большого диаметра будет встраиваться в печь и подключаться к отопительному трубопроводу.
Несколько общих рекомендаций:
- Диаметр труб не должен быть менее 2,5 см. Иначе теплообменник будет замедлять движение жидкости.
- Приблизительный расчёт площади теплообменника: 1м2 на 3-5 кВт мощности печи.
- Но если печь не только отапливает дом, но и греет воду, теплообменник должен «забирать» более 1/10 части тепла.
Конструкция теплообменника – две горизонтальные трубы, между которыми наваривается батарея из 6-9 труб того же диаметра.
- Выход теплообменника делается в верхней части, вход (по которому будет подаваться обратка) – в нижней.
- На входном и выходном патрубках нарезается резьба для присоединения к трубам отопления.
- Установка в полости топки начинается на стадии закладки фундамента печи.
- По мере строительства рядов печи, трубчатая конструкция всё время крепится и контролируется её положение (к выходу теплоносителя немного выше от уровня).
- Когда печь закончена, теплообменник подсоединяется к отоплению. Делается это при помощи муфты. На одном из концов нарезается длинная резьба, накручивается узкая гайка, потом муфта до упора. Резьбы на второй трубе оборачивается лентой ФУМ, паклей и т. п., потом муфта скручивается в обратную сторону. Чтобы не тёк стык на первой трубе, резьба тоже оборачивается лентой ФУМ и прижимается гайкой.
- Система с теплообменником заполняется водой и производится пробная топка.
Качество швов должно быть идеальным, ведь теплообменнику предстоит работать при высоких температурах, доступа к нему не будет, а течи приведут к ремонту всей печи!
Вариантом теплообменника для печи может быть резервуар, внутри которого проходит часть горячей дымовой трубы. Такой прибор легче обслуживать, демонтировать по необходимости, но сделать несколько сложнее.
Что делать с регулятором мощности?
Маленькое, недорогое устройство значительно сэкономит средства и поможет выставлять на теплообменнике нужную вам температуру.
Чтобы установить его на трубку теплообменника, нужно клеммами подключить термостат, а потом провода питания.
Избежать лишней работы, можно, купив регулятор со встроенным устройством нагрева. По цене ощутимой разницы не будет.
Теплообменник может стать отличным дополнением к печи, он повысит её эффективность. Его можно установить на вентиляционных отверстиях и греть проходящий в дом воздух, обеспечить дом горячей водой, заставить обычную печь отдавать больше тепла и много другое.
Печь на даче не лишняя конструкция, так как в межсезонье погода может быть непредсказуемой. Кирпичная печь для дачи своими руками: виды печей, правильный выбор места, рекомендации по работе.
О том, как правильно рассчитать мощность отопительного котла, читайте в этой статье.