Теплообменником называют конструкцию, сбрасывающую избыток отводимого хладагентом тепла в окружающую среду и способствующую её эффективному рассеиванию. Это устройство используется с момента изобретения классических холодильных машин Карно, а изменения касаются лишь увеличения полезной площади отдачи и теплопроводных свойств материалов поверхности. В чиллерах и прочих промышленных холодильных машинах возможно применение различных конструкций данных узлов. Все они обладают определенными преимуществами и недостатками, но наличие на рынке и прочные позиции доказывают эффективность каждой схемы и её право на существование в рамках определенной технической парадигмы.
Роль теплоносителя играет дистиллированная вода (при температурах выше точки замерзания), а при необходимости достижения отрицательных показателей применяются газообразные комплексные хладагенты на основе хладона и фреона.
Базовые разновидности теплообменников
Специалисты в области холодильных машин в данный момент различают три основных типа теплообменных структур:
— Пластинчатый паяный теплообменник. Данный тип применяется в большинстве холодильных машин. Наличие определенного количества рёберных элементов существенно повышает площадь отдачи. Наибольшей эффективностью применения в данном типе обладает чистая медь. Детали соединяются между собой методом пайки. Равномерная структура способствует эффективному рассеиванию. Наибольшим КПД обладают рядные протяженные структуры, но с целью экономии полезного места возможно использование многорядных систем.
— Коаксиальные конструкции. Они представляют собой трубу, наполненную другими трубчатым элементами с меньшим сечением. Одни каналы подводят тепло, а другие используют его для нагрева воды. Получается своеобразная двойная польза. В качестве примера можно привести систему незамерзающей проточной канализации, где энергия теплового обмена позволяет прогревать стоки. Это особенно актуально в сельском хозяйстве. Охлаждение применяется в овощехранилищах, а вода подогревается для нужд фермы.
— Кожухотрубные обменные структуры представляют собой большую трубу, объединяющую пакет более сечений. Отдача происходит с поверхности образуемого кожуха, что дало название данному типу. Их широко применяют даже в атомных реакторах, в черной и цветной металлургии, для охлаждения ферментируемых больших объёмов при производстве пива, кваса и прочих жидких продуктов. Их достаточно сложно монтировать из-за необходимости точного соединения большого количества стыков, но эффективность и сравнительная компактность, а также простота ухода за поверхностью, обеспечили им место на рынке.
Также существует множество частных случаев, являющихся производными от данных трёх типов. Это собственные запатентованные разработки передовых компаний, стремящихся охватить новые сегменты рынка. Их высокая стоимость оправдывается применением инновационных материалов и сложными технологиями изготовления. Повышение эффективности возможно при помощи расширения базовых мощностей.
Какой вариант лучше?
КПД данного устройства измеряется полезной площадью теплоотдачи с поверхности. Поэтому наибольшей эффективностью обладают модели радиаторного типа с множественными рёберными конструкциями. При относительно небольших размерах, суммарная площадь пластин может доходить до десятков и сотен квадратных метров. Пластинчатый тип является оптимальным выбором.
Далее по эффективности идут битермические или коаксиальные модели, обладающие достаточно большой теплоотдачей, но при ещё более компактных габаритах. Их недостатком является сравнительно высокая цена, но зато они могут работать попеременно с различными температурами, включая нагрев по необходимости.
Кожухотрубные конструкции чрезвычайно устойчивы к гидроударом и легко проходят масштабирование, что позволяет их выгодно использовать на наиболее крупных охлаждаемых и нагреваемых объектах.
Стоит сделать вывод, что каждому роду задач оптимально подходит определенная разновидность теплообменника. Требуется вести учёт взаимной совместимости деталей после расчёта теплотехнических параметров.