Ο σωλήνας εναλλάκτη θερμότητας, γνωστός και ως εναλλάκτης θερμότητας κελύφους και σωλήνα ή εναλλάκτη θερμότητας που συνδέεται με σωλήνες, είναι ένας τύπος εναλλάκτη θερμότητας που χρησιμοποιεί την επιφάνεια του τοίχου μιας δέσμης σωλήνων που περικλείεται μέσα σε ένα κέλυφος ως επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας. Είναι ο πιο τυπικός εναλλάκτης θερμότητας μεταξύ των τοίχων. Παρακάτω είναι μια λεπτομερής εισαγωγή στα χαρακτηριστικά της:
Δομική σύνθεση: αποτελείται κυρίως από κέλυφος, δέσμη σωλήνων, φύλλα σωλήνων και κεφαλίδες. Το κέλυφος είναι τυπικά κυλινδρικό και περιέχει μια παράλληλη δέσμη σωλήνων, με τα δύο άκρα της δέσμης σωλήνων στερεωμένη στα φύλλα σωλήνων. Για να ενισχυθεί ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας του υγρού έξω από τους σωλήνες, ένας ορισμένος αριθμός εγκάρσιων διαφημωνών εγκαθίσταται συνήθως μέσα στο κέλυφος. Οι συνήθεις τύποι διαφραγμάτων περιλαμβάνουν σχέδια τμηματικών και δισκοειδών.
Αρχή λειτουργίας: Δύο υγρά ρέουν μέσα και έξω από τους σωλήνες, αντίστοιχα. Η διαδρομή ροής μέσα στους σωλήνες ονομάζεται πλευρά του σωλήνα, ενώ η διαδρομή ροής έξω από τους σωλήνες ονομάζεται πλευρά του κελύφους. Η επιφάνεια του τοίχου της δέσμης σωλήνων χρησιμεύει ως επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας. Το ζεστό υγρό μεταφέρει θερμότητα στο τοίχωμα του σωλήνα μέσω μεταφοράς και η θερμότητα στη συνέχεια διεξάγεται μέσω του τοιχώματος του σωλήνα στο κρύο υγρό στην άλλη πλευρά, ολοκληρώνοντας τη διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας.
Κοινές ταξινομήσεις
Σταθερός εναλλάκτης θερμότητας του φύλλου σωλήνα: Τα φύλλα σωλήνων και στα δύο άκρα συγκολλούνται απευθείας στο κέλυφος. Διαθέτει μια απλή δομή, χαμηλό κόστος, ευκολία στην κατασκευή και βολικό καθαρισμό και συντήρηση της πλευράς του σωλήνα. Ωστόσο, ο καθαρισμός της πλευράς του κελύφους είναι δύσκολος και υπάρχει θερμική τάση στη δέσμη σωλήνων μετά την κατασκευή. Όταν υπάρχει σημαντική διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των σωλήνων και του κελύφους, πρέπει να εγκατασταθεί μια σύνδεση επέκτασης στο κέλυφος.
Εναλλάκτης θερμότητας πλωτής κεφαλής: Ένα φύλλο σωλήνα είναι σταθερό μεταξύ του κελύφους και του κουτιού του σωλήνα, ενώ το άλλο φύλλο σωλήνα μπορεί να μετακινηθεί ελεύθερα μέσα στο κέλυφος. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει την ελεύθερη θερμική επέκταση της δέσμης σωλήνων και του κελύφους, εξαλείφοντας τη θερμική τάση. Η δέσμη σωλήνων μπορεί εύκολα να αφαιρεθεί και να επανεγκατασταθεί, διευκολύνοντας τον καθαρισμό και τη συντήρηση. Ωστόσο, η δομή είναι σχετικά πολύπλοκη και οι απαιτήσεις σφράγισης είναι υψηλότερες.
U-Tube Εναλλάκτης θερμότητας: Οι σωλήνες ανταλλαγής θερμότητας λυγίζονται σε σχήμα U και στερεώνονται στο ίδιο φύλλο σωλήνα και στα δύο άκρα. Δεδομένου ότι το κέλυφος και οι σωλήνες είναι ξεχωριστά, η δέσμη σωλήνων μπορεί να επεκταθεί και να συστέλλεται ελεύθερα χωρίς να δημιουργεί θερμική τάση. Η δομή είναι σχετικά απλή και η δέσμη σωλήνων μπορεί εύκολα να αφαιρεθεί και να επανεγκατασταθεί για τον καθαρισμό. Ωστόσο, η αντικατάσταση των κατεστραμμένων σωλήνων είναι δύσκολη και τα κενά στο κέντρο της δέσμης σωλήνων μπορεί να επηρεάσουν την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς θερμότητας.
Χαρακτηριστικά απόδοσης: Σε σύγκριση με τους σύγχρονους εναλλάκτες θερμότητας, οι σωληνοειδείς εναλλάκτες θερμότητας είναι λιγότερο αποτελεσματικοί όσον αφορά την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς θερμότητας, τη δομική συμπαγής και την κατανάλωση μεταλλικού υλικού. Ωστόσο, η απλή δομή τους, το χαμηλό κόστος, η ικανότητά τους να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, ώριμες διαδικασίες παραγωγής, ισχυρή προσαρμοστικότητα και ευρύ φάσμα επιλογών υλικών, τους καθιστούν κυρίαρχα σε εφαρμογές μηχανικής.