Bộ trao đổi nhiệt dạng ống, còn được gọi là bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống hoặc bộ trao đổi nhiệt bó ống, là một loại bộ trao đổi nhiệt giữa các vách sử dụng bề mặt thành của bó ống được bọc trong vỏ làm bề mặt truyền nhiệt. Nó là bộ trao đổi nhiệt liên vách điển hình nhất. Dưới đây là phần giới thiệu chi tiết về các tính năng của nó:
Thành phần cấu trúc: Nó chủ yếu bao gồm vỏ, bó ống, tấm ống và các đầu. Vỏ thường có hình trụ và chứa một bó ống song song, với cả hai đầu của bó ống được cố định vào các tấm ống. Để nâng cao hệ số truyền nhiệt của chất lỏng bên ngoài ống, một số vách ngăn ngang nhất định thường được lắp đặt bên trong vỏ. Các loại vách ngăn phổ biến bao gồm thiết kế phân đoạn và hình đĩa.
Nguyên lý làm việc: Hai chất lỏng lần lượt chảy vào trong và ra ngoài ống. Đường dòng chảy bên trong ống được gọi là phía ống, trong khi đường dòng chảy bên ngoài ống được gọi là phía vỏ. Bề mặt thành của bó ống đóng vai trò là bề mặt truyền nhiệt. Chất lỏng nóng truyền nhiệt tới thành ống thông qua sự đối lưu, sau đó nhiệt được truyền qua thành ống sang chất lỏng lạnh ở phía bên kia, hoàn thành quá trình trao đổi nhiệt.
Phân loại chung
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm ống cố định: Các tấm ống ở cả hai đầu được hàn trực tiếp vào vỏ. Nó có cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, dễ sản xuất, vệ sinh và bảo trì phía ống thuận tiện. Tuy nhiên, việc làm sạch mặt vỏ rất khó khăn và ứng suất nhiệt tồn tại trong bó ống sau khi sản xuất. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể giữa ống và vỏ, phải lắp khe co giãn trên vỏ.
Bộ trao đổi nhiệt đầu nổi: Một tấm ống được cố định giữa vỏ và hộp ống, trong khi tấm ống kia có thể di chuyển tự do trong vỏ. Thiết kế này cho phép giãn nở nhiệt tự do của bó ống và vỏ, loại bỏ ứng suất nhiệt. Bó ống có thể dễ dàng tháo ra và lắp lại, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vệ sinh và bảo trì. Tuy nhiên, cấu trúc tương đối phức tạp và yêu cầu niêm phong cao hơn.
Bộ trao đổi nhiệt ống chữ U: Các ống trao đổi nhiệt được uốn thành hình chữ U và cố định vào cùng một tấm ống ở cả hai đầu. Vì vỏ và ống tách biệt nên bó ống có thể giãn nở và co lại tự do mà không tạo ra ứng suất nhiệt. Cấu trúc tương đối đơn giản, bó ống có thể dễ dàng tháo ra và lắp lại để vệ sinh. Tuy nhiên, việc thay thế các ống bị hỏng là rất khó khăn và các khoảng trống ở giữa bó ống có thể ảnh hưởng đến hiệu suất truyền nhiệt.
Đặc tính hiệu suất: So với các bộ trao đổi nhiệt hiện đại, bộ trao đổi nhiệt dạng ống kém hiệu quả hơn về hiệu suất truyền nhiệt, độ nén của cấu trúc và mức tiêu thụ vật liệu kim loại. Tuy nhiên, cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cao, quy trình sản xuất hoàn thiện, khả năng thích ứng mạnh mẽ và nhiều lựa chọn vật liệu khiến chúng chiếm ưu thế trong các ứng dụng kỹ thuật.