Теплообменник своими руками: виды, устройство, необходимые материалы и инструменты

Частота промывки теплообменников

Если в системе нет фильтра, чистить теплообменник нужно раз в 2 года

Периодичность очистки теплообменников прописана в инструкции по эксплуатации, которая прикладывается к изделию. Большинство производителей рекомендуют делать это каждые 2 года. Однако если используется насыщенная известью вода, толстый слой налета может накипеть уже за один отопительный сезон, даже если в котле стоит нержавеющий контур. Когда в обвязке установлена система фильтрации, процедуру можно проводить с интервалом 4-5 лет. Воду нужно менять ежегодно, так как она меняет свою структуру и приобретает агрессивные по отношению к металлу свойства.

Вычислить требуемую периодичность очистки теплообменника лучше всего опытным путем. После окончания отопительного сезона нужно разобрать котел, снять контур и оценить его состояние. Налет подскажет, через какое время его толщина достигнет критического состояния.

Конструкция и принцип работы

Конструкция кожухотрубного теплообменника отличается простотой и надежностью, а также обеспечивает простой доступ к основным элементам для технического обслуживания и ремонта. Что касается принципа действия рассматриваемой установки, он также не отличается особой сложностью. Рассмотрим подробно конструкцию и принцип действия кожухотрубных преобразователей тепловой энергии.

Конструкция теплообменника

В общем случае конструкция теплообменного аппарата состоит из следующих элементов:

распределительной камеры с входным и выходным патрубками;
оболочки, имеющей впускной и выпускной патрубки;
теплообменных труб;
трубных решеток;
задней (разворотной) камеры.

Главным преимуществом кожухотрубного преобразователя тепловой энергии и основной причиной популярности этих устройств является простота и надежность конструкции. Кожухотрубчатый теплообменник включает в себя распределительную камеру, оснащенную теплообменными трубами, корпус, чаще всего цилиндрической формы, и специальные решетки.

На торцах корпуса располагаются крышки, полностью герметизирующие корпус агрегата. Благодаря находящимся в комплекте поставки опорам, теплообменник легко устанавливается в горизонтальное положение. Помимо этого, конструкцией предусмотрены специальные крепления, обеспечивающие возможность произвольной установки изделия.

Увеличить интенсивность теплообмена может использование труб, имеющих специальные рёбра. В том случае, когда необходимо уменьшить интенсивность теплопередачи, на трубы наносят специальное теплоизоляционное покрытие. Таким образом можно существенно повысить аккумулирующие возможности установки. В некоторых случаях применяются особые конструктивные решения, в которых предусмотрено использование двух труб: труба меньшего диаметра располагается внутри трубы большего диаметра.

Площадь теплопередающей поверхности кожухотрубных теплообменников может колебаться в пределах от 300 см2 до нескольких тысяч квадратных метров. В конденсаторе современных паровых турбин, мощность которых составляет 300 МВт имеется более 20 000 трубок, а общая поверхность поверхность теплообмена составляет приблизительно 15000 м2.

https://youtube.com/watch?v=E80Hec6WQ-4

Кожух теплообменного аппарата изготавливается из толстолистовой стали толщиной не менее 4 мм. Для изготовления решеток используется материал той же марки, однако толщина его должна быть не менее 20 мм. Главным элементом конструкции является комплект труб. Для эффективной работы устройства необходимо, чтобы материал из которого изготавливаются трубы, обладал высокой теплопроводностью. Положение пучка труб внутри корпуса фиксируется с помощью одной или нескольких решеток.

Принцип действия

Принцип действия кожухотрубного теплообменника довольно прост. Внутри аппарата происходит разделение рабочих сред таким образом, что они лишены возможности смешиваться между собой. В роли теплопередающих элементов выступают трубы, расположенные между двумя рабочими субстанциями.

Один из теплоносителей перемещается внутри труб, другой подается под давлением в межтрубное пространство. Кожухотрубчатые теплообменники могут работать с любыми агрегатными состояниями теплоносителей, это могут быть пар, газ, жидкость или их сочетание.

Выбираем конструкцию прибора

Выбирая подходящий теплообменник для печи, стоит стремиться к тому, чтобы общая площадь поверхности готового изделия была наибольшей. Это позволит обеспечить наиболее эффективный обогрев помещения.

Змеевик

Наибольшее распространение получили регистры (змеевики). Такие теплообменники варят из гладкостенных труб диаметром 40 – 50 мм. Внешне они напоминают решетку характерной Г-образной формы. Для их изготовления можно использовать не только круглые, но и профильные трубы с близкой площадью поперечного сечения.

Обратку и выход горячей воды можно располагать как с одной стороны регистра, так и с разных.

Следующими по популярности можно назвать прямоугольные или цилиндрические баки, внутри которых располагается труба или змеевик. Длина такого теплообменника зависит от параметров топливника печи. Теплообменник, устанавливаемый на дымоход, как правило, имеет цилиндрическую форму. Внутри него проходит труба, диаметр которой равен диаметру дымохода. Патрубки привариваются снизу. Может использоваться как для обогрева помещения, так и для нагрева воды.

Такая конструкция требует особого внимания. Из-за быстрого остывания продуктов сгорания значительно снижается тяга в самом дымоходе. Это способствует замедлению горения топлива.

Установка изделия на отопительно-варочную печь требует особого внимания. Необходимо позаботиться о том, чтобы горячие газы проходили над его верхней полкой и входили в дымоход в передней части топливника.

В таком случае плита для приготовления пищи может располагаться прямо над теплообменником. Допустимо также изготовление регистра без верхней полки. Так называемая полка состоит из нижней и боковых частей, соединенных между собой трубами.

Промывка теплообменника

Своевременная промывка и очистка таких устройств, позволяет служить таким приборам много лет безотказно. Особенно нуждаются в своевременной очистке теплообменники, которые в качестве теплоносителя используют разогретые газы от сжигания твёрдого топлива.

Как правило, в таких системах, пластинчатые каналы забиваются сажей, что резко снижает КПД такого устройства, а при чрезмерном забивании рабочих отверстий продуктами горения, устройство может полностью выйти из строя.

Для качественной очистки таких теплообменников, устройство полностью демонтируется и каналы, тщательно очищают от сажи с последующей промывкой пластин.

Контур, в котором циркулирует вода повышенной жёсткости, необходимо промыть специальным средством от накипи или раствором лимонной кислоты. При значительном слое известковых отложений, производят механическую очистку пластин. Для этой цели, коллектор срезается болгаркой по шву. Пластины очищаются от накипи, затем коллектор приваривается на прежнее место.

Подобным образом происходит очистка системы теплообмена “труба в трубе”. Если не удаётся химическим способом эффективно удалить накипь, труба разрезается, накипь удаляется механическим способом. Затем происходит сборка устройства.

Пошаговое руководство

Изготовление бесканального теплообменника

Подготовьте емкость, лучше металлическую, пластиковая будет дольше нагреваться.
Установите бак к началу системы отопления.
Проделайте в емкости 2 отверстия для выходов. Одно – вверху, через которое горячая вода будет выводиться. Второе – внизу, холодная жидкость будет поступать из труб системы.
Разместите выходы правильно, от этого будет зависеть скорость отдачи тепла.
Запаяйте герметично отверстия, чтобы температура воздуха не тратилась на батарею, а помещение равномерно прогревалось.
Для трубки используйте медь, она должна хорошо гнуться и отдавать максимально тепло в помещение.
Согните трубку в форме спирали, получился змеевик.
Поместите спираль в бак, концы трубки нужно вывести наружу, хорошо закрепить их.
Подсоедините к концам деталей фитинг с резьбой.
Подсоедините к трубе регулятор мощности, его можно купить в магазине, стоит недорого, поэтому на самостоятельном изготовлении не стоит зацикливаться.
Система вполне будет работать исправно и без регулятора, но он нужен для регулирования мощности, экономии электроэнергии. Мощность можно выставить по своему усмотрению.
Подсоедините к термостату клеммы, после чего – провода питания.
Чтобы бак не изнашивался от перепадов температуры, установите анод.
Закройте герметично все элементы.
Наполните бак водой, теплообменник готов.

Искрогашение

Любая палатка имеет отверстие для горячей дымовой трубы (дымоход). Кроме того, место вокруг печи всегда защищают огнеупорным ковриком на случай вылета горячих углей. Некоторые производители палаток рекомендуют откатить основание палатки и поставить изделие прямо на землю.

По трубе дымохода из печи поднимается не только горячий углекислый газ, но и искры. Если труба короткая, то они могут попасть на крышу палатки и стать причиной пожара. Чтобы этого не произошло, трубу дымохода делают длинной, чтобы в ней было не менее 2–2,5 м. Пока искра будет лететь по такому пути, она успеет погаснуть. Следовательно, дымоход выполняет роль искрогасителя.

Также техника безопасности подразумевает, что все предметы, которые могут загореться, должны находиться подальше от работающей печи. Ещё одна опасность — это угарный газ. Он должен выходить строго в дымоход. И сама палатка должна быть спроектирована так, чтобы в неё регулярно попадал чистый воздух.

Особенности теплообменника на трубу дымохода в баню

По конструкции подобные устройства подразделяются на два вида – встроенные и прикреплённые к трубе. Исполнение во втором варианте получило название теплообменник самоварного типа.

Для бани используется теплообменники, которые не только отапливают помещение, но и нагревают воду

В состав встроенного теплообменника входит небольшой бачок ёмкостью, как правило, до 5 литров, устанавливаемый между топкой и кожухом теплогенератора. Контакт устройства с открытым огнём должен быть полностью исключён. К встроенному теплообменнику с помощью труб подключается ёмкость, объём которой может достигать 100 литров. Когда отопительная установка нагревается, горячая вода поднимается вверх по трубе, а остывшая уже по другой трубе поступает обратно в теплообменник. Так во внешней ёмкости поддерживается требуемая температура воды.

Теплообменник самоварного типа – это ни что иное, чем герметичная ёмкость, которая опоясывает верхнюю дымоходную трубу. По мнению специалистов, такой вариант нагрева более предпочтителен. Объясняют они это тем, что в процессе нагрева используется тепло движущихся по дымоходной трубе продуктов сгорания

И ещё немаловажно, что если сравнивать объёмы, то значение этого параметра теплообменника, прикреплённого к трубе, больше, чем у изделия встроенного типа

Принцип работы

Без медного теплообменника не обходится ни одна отопительная система котлов. Принцип работы прост. Вода начинает циркулировать по змеевикам в трубах, нагревается, течет в трубопровод системы, в радиаторы, из которых возвращается назад, в уже остывшем виде.

В частных домах теплообменник устанавливают в целях превращения печки в водонагревательный котел

При самодельном устройстве важно учитывать размер и форму, чтобы обменник сочетался с габаритами камеры печки.. К обменнику подключаются радиаторы, трубопровод, трубы нагреваются равномерно, тепло распределяется по всему дому

К обменнику подключаются радиаторы, трубопровод, трубы нагреваются равномерно, тепло распределяется по всему дому.

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:

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.
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.
В торцевых частях трубки нарезают резьбу для переходников под штуцеры, а затем подключают к системе.
Полученный змеевик монтируют на дымоход. Если припаять его оловом к трубе, теплоотдача будет лучше. Предварительно производят обезжиривание ортофосфорной кислотой.
Немного выше змеевика на опору или на стену вешают накопительный бак. Подключают его к теплообменнику гибкой подводкой и устанавливают кран внизу бака.

Конструкция и монтаж

Нагревательный элемент может быть выполнен в виде регистра – решетки из гладко сваренных труб. Это наиболее распространенная конструкция. Однако ее можно упростить, сделав в виде бака, в форме цилиндра или прямоугольника. Основное условие – достаточная площадь для осуществления процесса обмена жидкости.

При изготовлении нагревательного элемента требуется соблюдение следующих правил:

Во избежание закипания воды внутренний объем труб должен быть не менее 50 мм.
Металл не должен прогорать, поэтому его рекомендуемая толщина составляет минимум 3 мм.
При нагреве металл имеет способность расширяться, этот момент следует учесть, предусмотрев расстояние между стенами топки и нагревательным элементом.

Процесс установки нагревательного элемента состоит из нескольких простых действий:

на дно топочной емкости печи уложить теплообменник;
в печи предусмотреть отверстия для труб.

Далее следует соединить нагревательный элемент с отопительной системой и запустить воду.

Как изготовить самодельный теплообменник

Регистр из нескольких труб

Форма теплообменника для отопления, сделанного своими руками, может быть разной. Наиболее распространенный вариант — регистр из нескольких стальных или медных труб, но также используются и образцы пластинчатого типа.

Температура в зоне горения очень высока, особенно, когда горит уголь. Поэтому повышенные требования предъявляются к металлу, из которого будут изготовлены элементы теплообменника, рациональности его конструкции и качеству сварных швов.

Материалы для изготовления

Пример использования чугунных радиаторов в качестве теплообменника в кирпичной печи

Задача водяных теплообменников для отопления — обеспечивать оптимальную передачу тепла, и в этом процессе важна степень теплопроводности металла. Например, стальная труба проводит тепло в 7 раз слабее, чем медная. Поэтому при одинаковом диаметре трубы для передачи одного и того же количества тепла понадобится 25 метров стальной трубы взамен 3,5 метров медной.

Медные теплообменники самые экономичные в работе, но и дорогие. Более доступными для самостоятельного изготовления считаются теплообменники из стальной трубы диаметром не менее 32 мм.

Расчет мощности теплообменника

Вычислить заранее мощность теплообменника для системы отопления довольно трудно. Для этого нужно учитывать слишком много факторов: диаметр труб, длину змеевика, теплопроводность металла, температуру сгорания топлива, скорость циркуляции теплоносителя и др. Реальная способность теплообменника справляться со своими функциями выяснится только после начала эксплуатации отопительной системы.

При расчетах можно ориентироваться, что 1 метр трубы диаметром 50мм, служащей теплообменником, даст 1 кВт тепловой мощности.

Особенности конструкции

Теплообменник для водяного отопления дома, сваренный из гладкостенных труб, называют регистром. Он выглядит как своеобразная «решетка», и это наиболее популярная форма самодельного теплообменника. Кроме такой конструкции, делают и более простые устройства в виде прямоугольного или цилиндрического бака. Главное, чтобы площадь поверхности для теплового обмена была максимально большой.

При изготовлении теплообменника своими руками нужно соблюдать несколько условий:

ширина внутренних пустот в теплообменнике должна быть не меньше 5 мм, иначе вода в нем может закипеть;
толщина стенок труб должна быть не меньше 3 мм, чтобы металл не прогорал;
зазор величиной 10–15 мм между теплообменником и стенками топки должен компенсировать расширение металла при нагреве.

Особенности монтажа

Теплообменник устанавливают внутрь печи в процессе ее кладки

Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.

Порядок действий:

На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
После завершения кладки печи подключают теплообменник к системе отопления, заполняют систему водой и производят пробную топку печи.

Видео материал предлагает ознакомиться с полезными советами по самостоятельному изготовлению теплообменника:

До сих пор мы говорили только о теплообменниках в системе водяного отопления

Обратим внимание и на другие сферы их применения

https://youtube.com/watch?v=5_C4IMDcOc4

Пластинчатые теплообменники

В независимых системах отопления в основном применяют оборудование пластинчатого типа. Чаще выбирают паяный вариант или разборный, чтобы можно было нарастить мощность.

Конструкции

Основа конструкции — пластины, перфорированные штамповкой для увеличения площади теплообмена и формирования каналов, по которым движется рабочая среда. Пластины плотно прижаты друг к другу, их зажимают между двух металлических плит, которые соединяют с помощью направляющих и винтовых шпилек. На одной стороне каждой пластины есть пазы, куда вставляют резиновые прокладки для герметичности.

Одна из плит стационарна, вторая подвижна — ее можно снимать, чтобы увеличить или уменьшить количество пластин. При сборке сначала закрепляют направляющие на штативе и неподвижной плите. На них нанизывают пластины, и подвижная плита стягивается с неподвижной болтами.

На торцевой неподвижной плите и каждой пластине есть по четыре отверстия для подведения и отведения теплоносителя и теплоприемника. Пространство между соседними пластинами поочередно заполняется холодной и горячей средами, а уплотнители обеспечивают герметичность конструкции.

Каждое устройство оснащают фильтром. Он сдерживает крупные частицы примесей, мелкий мусор. Прибор самоочищается за счет турбулентных потоков, но на пластинах откладывается накипь, осадки примесей воды. Периодически фильтр и пластины нужно промывать чистящими растворами. Можно понять, что такое время пришло по перепадам давления в теплообменнике и снижению его работоспособности.

Пластины изготавливают из нержавеющей стали, меди, латуни (используют при высоком давлении в системе), графита, титана, сплава алюминия и кремния. Толщина пластин составляет от 0,4 до 1 мм. Выбор материала зависит от условий работы и от среды, которой будет заполнено устройство. Чаще всего это вода, но также используют масло, антифриз.

Преимущества

Пластинчатые аппараты обладают высокой производительностью, их можно подбирать по размерам и материалам изготовления в зависимости от задач. Они могут выполнять разные функции, например: нагревательного элемента, охлаждающей части системы, автоматического включателя или выключателя давления.

Каждый подвид обладает своими плюсами:

Разборные приборы просты в установке и использовании: их можно разобрать, почистить и собрать обратно. Площадь теплообмена такого теплообменника равна сумме площади пластин. Поэтому есть возможность регулировать производительность, изменяя количество пластин, если нужно увеличить или уменьшить площадь отопления.Также разборные конструкции имеют длительный срок службы и пригодны для ремонта — отдельные пластины заменяют на новые. Но они не подходят для работы с химически агрессивными средами и требуют регулярной смены прокладок.
Паяные устройства имеют более прочную конструкцию, редко требуют ремонта и выдерживают работу с щелочами и кислотами. Благодаря этому их часто применяют в химической промышленности.
Сварные теплообменники предназначены для использования в технических процессах с экстремально высокими температурами и давлением, с агрессивными веществами. Работают с высокотемпературным паром, газами, жидкостями и их смесями. Материал пластин — нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы. Эти аппараты отличает высокая эффективность и небольшие размеры, им нужно минимальное обслуживание.

Благодаря рифленой поверхности контуров этот вид теплообменников имеет максимальное прилегание и циркуляцию рабочих сред. Разделяющие среды пластины тоньше по сравнению с другими материалами. Это увеличивает скорость передачи энергии, снижает тепловые потери и обеспечивает высокий коэффициент теплообмена.

Чугунный теплообменник

Плюсы тепловых агрегатов из чугуна:

Высокая теплопроводность – чугунные элементы быстро нагреваются и эффективно передают тепло от одного носителя к другому.
Медленное остывание – теплообменники из чугуна долгое время остывают, что дает возможность сэкономить на работе отопительной системы.
Долговечность – чугун устойчив к воздействию слабых кислот и к образованию накипи, поэтому он менее подвержен коррозии, нежели многие другие металлы, что и обеспечивает длительный срок службы теплообменника.
Возможность увеличения функциональности – уже после установки агрегата к нему можно нарастить новые чугунные секции, тем самым увеличив мощность теплового оборудования.

Минусы чугунных теплообменников:

Громоздкость – чугунные агрегаты отличаются внушительным весом, что усложняет их эксплуатацию и обслуживание. При этом, чем больше масса теплообменника, тем выше его мощность.

Хрупкость – несмотря на большой вес, агрегаты из чугуна боятся механических ударов: они быстро обзаводятся трещинами, сколами и прочими деформациями.
Низкая устойчивость к температурным перепадам – хоть чугун и выдерживает максимально высокие температуры, от резких термических изменений на поверхности теплообменника могут появляться трещины, что чревато значительным снижением его работоспособности.

Изготовление теплообменника своими руками

Частота промывки теплообменников