Теплообменник самодельный бытовой вода антифриз

RuslanG (пишу когда есть время 🙂

Пишу потому что. Чтобы самому не забыть. Делайте что хотите :). Не бойтесь начинать, откроете что-то и узнаете новое.

воскресенье, 2 декабря 2012 г.

Теплообменник для ТН (теплового насоса) своими руками.

Для нашего доморощенного ТН необходимо как минимум два теплообменника — испаритель и конденсатор. Основной параметр теплообменника разность (дельта) температур при необходимой мощности. Существует масса программ для подбора теплообменников под ТН, из всех программ более или менее полную информацию удалось добыть из программы Danfoss Hexact (1.4.1).exe, хоть и бесплатная, но требует регистрации на сайте, защита программы глючная поэтому у меня после 4 регистраций программа так и не заработала (пришлось ломать защиту :). Программа позволяет подобрать конкретную модель теплообменника по многочисленным параметрам, но из справочника danfoss. Цена теплообменников около 18 тыс. рублей на 10 кВт мощности, что для нашего ТН мощностью 10 кВт обойдется около 36 тыс. рублей. Если цена устраивает то покупаем, и забиваем на попытку изготовить теплообменник в домашних условиях.
Дальнейший ход рассуждений имеет смысл для тех у кого нет заводских теплообменников, но есть желание попытаться (именно попытаться) изготовить его кустарно.

Начало рассуждений по поводу теплообменника можно почерпнуть здесь. Здесь будем обсуждать конструирование.

Сколько же стоит самопальный теплообменник? Я не рассматриваю приспособленные масляные радиаторы и прочие запасные части от автомобилей — это отдельная тема.

Посчитаем как говориться с нуля. Будем исходить из соображений что вода при скорости потока 1м/с способна к теплообмену на ровной поверхности на уровне 800 Дж на градус на кв.м. Много это или мало. Заметим, что увеличение скорости потока в два раза приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи также ориентировочно в два раза (до определенного предела). В свою очередь уменьшение потока до 0 м/с не приводит к нулевому результату. При нулевой скорости теплообмена вода способна к конвективному перемешиванию в зависимости от ориентации и формы теплообменника величина находится в интервале от 150 до 300 Дж на градус на кв.м. — своего рода пассивный теплообмен именуемый в народе «труба в бочке».

Итак народный кожухотруб — труба в трубе.

Если идти традиционно то есть взять трубку и поместить ее в трубу большего диаметра то получиться труба в трубе. По внутренней пускаем фреон по внешней воду просто и надежно.

Если взять медную трубку то получим стоимость от 6700 рублей до 16000 рублей в зависимости от диаметра медной трубки. Для примера 125 метров 6мм медной трубки однозначно работать не будет гидросопротивление убьет всю идею.

Но можно взять и сложить 8 трубок диаметром 6.35мм в косичку соединив их параллельно и поместив в трубу с внутренним диаметром 25 мм то получим вполне приличный девайс по цене 6700 рублей (цена 6.35 мм в Оренбурге 800 рублей за 15 метров) за медь плюс около 3000 рублей за внешнюю трубу и прочие фитинги. Итого есть возможность получить «хороший» теплообменник площадью 2.5 м2 за ориентировочно 10000 рублей, длиной 16 метров, который можно свернуть в кольцо диаметра 50 см.
Если взять 6 трубок диаметра 9.53мм получим стоимость больше, но общая длина станет равна 14 метров и внешняя труба понадобиться с внутренним диаметром 24мм. Зато меньше паять. Медную трубу (косичку) помещаем в металлопластик или стальную трубу и гнем в спираль диаметра 50 см. На конце нужно одеть тройники чтобы заглушить торцы толстой трубы. Возможны и другие варианты.

А можно дешевле? Можно только осторожно. Не стоит забывать, что фреоны в большинстве своем инертны к стали. Что это дает? Можно использовать в качестве дешевого теплообменника стальные трубы. Проблема в том что общераспространенные размеры имеют сравнительно большую толщину стенки и гнуть их не так просто как медь.
К примеру водогазопроводная труба 1/2″ так называемая ДУ15мм. имеет толщину стенки от 2.5мм до 2.8мм. Многовато конечно зато если труба гниет (разрушается коррозией) со скоростью 1мм за 10 лет, то гарантировано можно ожидать 20 летную долговечность, а при замкнутой системе отопления и более долговечный срок службы. Другая проблема сварка и вес. Но в принципе при умелом подходе вопрос решаемый.

Цена. Из таблицы видно, что цена 2.5 м2 теплообмена для стальных газоводопроводных труб лежит в интервале от 1900-2200 рублей за материал. По цене халява. А вот с загибом придется повозиться. Голыми руками согнуть ДУ15, а тем более ДУ25 трудновато. Есть два варианта один с использованием горячего метода изгиба и холодного с помощью трубогиба. Есть трубогиб гидравлический который гнет трубу в определенном месте, а есть роликовый который способен гнуть трубу буквально в спираль — что нам и нужно.

Вариант 1. Берем две трубы одну например ДУ15 вторую ДУ25 (или лучше ДУ32) длиной 38 метров каждая вставляем ДУ15 в ДУ32 и с помощью трубогиба завиваем в спираль как можно меньшего диаметра. Получим завитую в спираль трубу в трубе. Так как мы завиваем ДУ32, а у нее внутри ДУ15 то та тоже свернется. Далее на концы тройники и разводим трубы. Цена ДУ15 обойдется в 1900 рублей ДУ32 обойдется 112*38=4256 рублей итого около 6300 по материалу плюс нужно отдать за трубогиб — нужно уточнить сколько возьмут и могут ли 38 метров согнуть за раз или придется делить на куски.

Вариант 2. Берем трубу ДУ15 или ДУ20 с помощью роликового трубогиба сворачиваем в спираль. Далее берем стальной лист 2мм и изготавливаем для спирали чехол-кожух (своего рода бублик) это будет внешний контур для воды. Высота спирали при диаметре 50см составит около 60см.

Вариант 3. Вчера 09.11.2012г. переговоры по GEA из Латвии пришли к цене 40 тыс.рублей за испаритель и конденсатор с доставкой до г. Оренбург. Размышляя широко над ценой и имея необходимую сумму в кармане появилась идея. Теоретически можно взять два листа стали тощиной 1.5-2мм длиной 6м и шириной 25см. Складываем два листа вместе между листами прокладываем проволоку толщиной 2 мм — это образует канал теплообмена сечением 2мм*25мм. Привариваем края листов и сворачиваем в рулон диаметра 30см, также прокладывая проволоку 2мм. Вначале и конце рулона привариваем трубы для фреона, а торцы рулона глушим заглушкой с приваренной трубой для воды. Надо бы рисунок.

Вариант 4. Надо взять листовой металл толщиной 1мм-1.5мм и нарубить из него пластины 50см*15см. Из этого пакета можно собрать теплообменник. На этом варианте остановимся подробнее. Чтобы пластины разделить между собой и увеличить смешивание (кавитацию) жидкостей между листами проложим оцинкованную сетку. Цинк более активный метал чем сталь, поэтому он будет защищать сталь от коррозии (ценой своего разрушения) некоторое время.
Итак начнем рассуждения :). Надо взять стальной лист (есть в наличии куски листов от 1 мм до 2 мм). В идеале лучше взять нержавейку цена в 2.5 раза дороже зато гнить (корродировать) будет меньше, потому служить дольше. Но для первого ТН по моему сойдет, тем более что у меня есть листы черного металла. Осталось в магазине стройматериалов поискать сварную сетку (очень желательно оцинкованную) в качестве сепаратора между пластинами. с ячейкой как можно меньше, в идеале 1см на 1см и проволокой толщиной 2мм — 3мм. По различным данным нам нужно около 2 кв.м. теплообменной поверхности при пластинах 50см на 15см и количестве пластин 30 получим ориентировочную площадь 0,5*0,15*(30-2)=2,1 кв.м.

05.12.2012г. приобретен лист оцинкованный 1,25 * 2,5 м. толщиной 1,5 мм. Там же его нарубили на пластины 15см * 50 см. получилось 40 пластин. Стоимость около 2500 рублей (надо уточнить по документам), надо было взять два листа 2*1 м тогда вышло бы около 4 кв.м, а так вышло около 3 кв.м., наверно придется докупить один лист 2м * 1м (4*6=24 пластины или 13*2=26 пластин). Сначала попробую сварить там видно будет, может и не получиться как задумано.

Приобретена сетка оцинкованная сварная ячейка 25 мм *25 мм (Существует оцинкованная сетка с ячейкой 10мм на 10мм из проволоки 2мм) из проволоки 2мм общей площадью 5 кв.м. за 2800 рублей (500 руб за погонный метр наверняка с двойной наценкой :). Еле нашел, и то в хозмаге поселковом, на вопрос где обычно оцинкованную сетку используют, ответили что для разведения цыплят из нее строят курятники(клетки для перепелок и кроликов) — век живи век учись. Нужно найти оцинкованную проволоку диаметром 3-4мм. Не могу пока найти никто не знает где такая проволока продается. Нашел оцинкованные тяги от подвесных потолков, диаметр около 4-5 мм (стоят 21 рубль за 2м длины). Если не найду потоньше возьму их.

На рисунке оцинкованая пластина 15*50см толщиной 1.5мм, кусок сетки 25мм*25мм (проволока 2мм), два куска проволоки 3мм на ребра.

Почему оцинкованые детали? Цинк будет служить защитой от коррозии железа. Можно конечно попробовать покрыть железо например медью, но при малейших царапинах железо будет кородировать при контакте с медью. Цинк же наоборот будет кородировать вместо железа, защищая его таким образом. Сначала разрушиться цинковый слой, а затем уже начнет разрушаться железо, лет на 15 должно хватить теплообменника, а там видно будет.

Починить сварочный инвертор не получилось, драйвер ключей угробил еще 6 силовых транзисторов, наверно придется выкинуть. После 4 ремонтов уже трудно искать неполадки (тем более на этот раз вышла из строя система контроля перегрева транзисторов), да и отслужил он уже в принципе свое — 7 лет и 4 капитальных ремонта, не считая мелких. Либо новый купить, либо переменкой варить от трансформатора.

06.12.2012г. Нашел оцинкованную проволоку (проблема найти в Оренбурге) диаметром 3мм — длиной 100м за 1100 рублей. Переплатил подозреваю раза в два :).

Источник

Изготовление теплообменника своими руками

Теплообменник (ТО) – устройство, осуществляющее передачу тепла между средами с разной температурой. Такое оборудование используется в промышленности, системах отопления, кондиционирования и вентилирования. Простейшим примером служит комнатный радиатор, он нагревается от жидкости-теплоносителя и обеспечивает обогрев помещения, в котором расположен.

Строение теплообменника

Теплообменник можно изготовить своими руками в домашних условиях

Оборудование состоит из неподвижной и подвижной плит, в каждой имеются отверстия для движения среды. Между основными пластинами устанавливаются множество других более мелких второстепенных, так что каждая вторая из них повернута к соседним на 180 градусов. Второстепенные пластины герметизируются резиновыми прокладками.

Второй важный элемент ТО – теплоноситель. Он протекает по каналам гофрированной нержавейки. Холодная и горячая среды движутся по всем пластинам, кроме первой и последней, одновременно, но с разных сторон, не допуская смешивания. При высокой скорости потока воды в гофрированном слое возникает турбулентность, которая увеличивает теплообменный процесс.

К трубопроводу устройство подключается при помощи отверстий на передней и задней стенках. Теплоноситель поступает с одной стороны, проходит через все каналы и покидает оборудование с другой. Входное и выходное отверстия уплотняют специальной прокладкой.

Пластины, образующие каналы, – очень важный элемент ТО. При выборе теплообменника необходимо учитывать его рабочие характеристики. Чем выше требования к оборудованию, тем больше должно быть в нем пластин. Их число отвечает за общую эффективность устройства и способность обогреть определенное помещение.

Виды ТО

Схема и принцип работы рекуперативного теплообменника

По принципу работы оборудование делится на рекуперативное и регенеративное. В первых движущиеся теплоносители разделены стенкой. Это самый распространенный вид, он может быть различных форм и конструкций. Во втором случае с одной и той же поверхностью по очереди контактируют горячий и холодный теплоносители. Высокая температура нагревает стенку оборудования во время контакта с горячей средой, далее температура передается холодной жидкости при контакте с ней.

По назначению ТО делятся на два вида: охладительные – работают с холодной жидкостью или газом, остужая при этом горячий теплоноситель; и нагревательные – взаимодействуют с разогретой средой, отдавая энергию потокам холодной.

По конструкции теплообменники бывают нескольких видов.

Разборные

Состоят из рамы, двух концевых камер, отдельных пластин, разделенных термостойкими прокладками и крепежных болтов. Такое оборудование отличается простотой очистки и возможностью увеличения эффективности путем добавления пластин. Но разборные ТО чувствительны к качеству воды. Для продления срока их службы требуется установка дополнительных фильтров, что увеличивает стоимость проекта.

Пластинчатые

Пластинчатый теплообменник нуждается в установке дополнительных фильтров на теплоноситель

Отличаются методом соединения внутренних пластин:

• В паяных ТО гофрированные пластины из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм сделаны путем холодной штамповки. Между ними устанавливается прокладка из специальной термостойкой резины.
• В сварных пластины свариваются и образуют кассеты, которые затем компонуются внутри стальных плит.
• В полусварных ТО кассеты скрепляются посредством паронитовых соединений в конструкции из небольшого количества сварных модулей. Эти модули уплотняются резиновыми прокладками и соединяются лазерной сваркой. После чего собираются между двумя плитами при помощи болтов.

Пластинчатые теплообменники используются в условиях повышенного давления и экстремальных температурах. Такие устройства требуют минимального технического обслуживания, экономичны и отличаются высокой эффективностью. Кроме того, по необходимости можно увеличить или уменьшить эффективность оборудования путем увеличения или уменьшения количества стальных пластин.

Единственным недостатком теплообменника из гофрированной нержавейки служит чувствительность к качеству теплоносителя, необходима установки дополнительных фильтров.

Кожухотрубные

Состоят из цилиндрического корпуса, куда помещены пучки трубок, собранных в решетки. Концы труб крепятся развальцовкой, сваркой или пайкой. Достоинством такого оборудования служит нетребовательность к качеству теплоносителя и возможность использования в технических процессах, где присутствуют агрессивные среды и высокое давление (в нефтяной, газовой, химической промышленности). Недостатки кожухотрубных ТО – относительно низкая теплоотдача, большие габариты, высокая стоимость и сложность в ремонте.

Спиральные

Состоят из двух листов металла, свернутых в спирали. Внутренние края соединены перегородкой и закреплены штифтами. Такие теплообменники компактны и обладают эффектом самоочистки. Они способны работать с жидкими неоднородными средами, любого качества. При повышении скорости движения жидкости, увеличивается интенсивность теплообмена. Недостатки: сложность в изготовлении и ремонте, ограничение давления рабочей жидкости до 10 кгс/см².

Двухтрубные и труба в трубе

Схема теплообменника «труба в трубе»

Первые состоят из труб разного диаметра. В качестве теплоносителя используется жидкость и газ. Устройства используются в местах с повышенным давлением, имеют высокий уровень теплоотдачи. Отличаются простотой монтажа и обслуживания. Единственный недостаток – высокая стоимость.

Теплообменник «труба в трубе» состоит из двух труб разного диаметра, соединенных между собой. Они используются при небольшом расходе теплоносителя и чтобы оборудовать дымоход.

От вида устройства зависит тип его работы. От конструкции оборудования — эффективность при эксплуатации в тех или иных условиях. Поэтому следует уделить достаточное внимание изучению особенностей каждого вида оборудования.

Изготовление теплообменника своими руками

Теплообменник для банной печи спиральный

Чтобы сделать ТО самостоятельно, необходимо обладать определенными знаниями и навыками. Для начала стоит определить, какие требования должно выполнять оборудование, от этого зависит вариант устройства. Необходимо произвести расчет материалов и выполнить чертеж будущего ТО.

Баня – место, где довольно часто возникает необходимость сделать самодельный теплообменник. Так как обычная печь с топкой нагревает ограниченный объем жидкости, может понадобиться водяной погружной витой ТО. Он предназначен для нагрева большего количества воды. В бак с нагретым теплоносителем опускается змеевик, через него проходит вода.

Когда нужно поддерживать воду в баке в горячем состоянии, емкость при помощи двух труб подачи и обратки соединяется с нагревательным котлом.

Вода-вода

Спираль из медной трубы монтируется в емкость из нержавеющей стали

Для изготовления теплообменника вода-вода своими руками понадобится:

• Емкость из нержавеющей стали высотой 50-60 см и диаметром 30-40 см. Можно использовать и обычную сталь, но она должна быть защищена прочным полимерным покрытием.
• Крышка для бака.
• Медная трубка около 10м. Длину берут из расчета: на каждый виток спирали диаметром 30 см уходит примерно 1 м трубки. Лучше взять с небольшим запасом.
• Сварочный аппарат для нержавейки и пайки меди.
• Средства защиты: перчатки, маска для сварки.

Работы выполняются в следующем порядке:

1. Делается крышка для бака и обеспечивается ее прочное герметичное крепление. Приваривать ее нельзя, т.к. она должна сниматься для возможности очистки внутренней части емкости. Самый удобный вариант крепления в этом случае – фланцевое. Его можно заказать сразу вместе с баком, или сделать самостоятельно. Количество отверстий рассчитывают с учетом расположения уплотнителя, обычно это 4 или 6 креплений.
2. Далее создается вход для холодной воды на дне емкости и выход для нагретой в верхней ее части в боковой стенке. В отверстия ввариваются резьбовые переходники для подсоединения трубопровода. Следует предусмотреть возможность съема конструкции для его промывки или ремонта.
3. Следующим этапом будет изготовление спирали из меди. Если трубка мягкая, она легко навивается с помощью оправки. Если же она жесткая, необходимо воспользоваться горелкой. На свободные концы навариваются фитинги. Они проводятся через отверстия на крышке. Важно следить за герметичностью пайки, т.к. к переходникам будет подсоединяться трубопровод для горячей воды.
4. Заключительным этапом будет сборка теплообменника. Для этого крышка со спиралью из медной трубы и резиновым уплотнителем накрывает бак. Фланцетные крепления затягиваются при помощи болтов. При этом необходимо следить, чтобы спираль находилась строго в середине емкости, не касаясь стенок. Иначе эффективность ТО сильно понизится.

Рассмотренный вариант подходит и для нагрева воды в частных домах. Такие устройства функционируют на принципе естественной циркуляции: дровяной или газовый котел нагревает воду, она поднимается по трубе подачи вверх, отдает тепло и спускается обратно. Далее процесс повторяется.

Не всегда получается обеспечить постоянную естественную циркуляцию. Поэтому лучше использовать циркуляционный насос.

Воздушный

Воздушный теплообменник устанавливается на трубу дымохода печи

Устройство состоит из корпуса и установленных в нем трубок с нагретой средой. Через них вентилятор прогоняет поток воздуха, которому передается тепло. Происходит теплообменный процесс. Такой вариант называется калорифером.

Также для систем вентиляции и воздушного отопления применяются пластинчатые конструкции. Там роль теплопередающей стенки выполняют гофрированный металл. Где два потока воздуха, холодный и теплый, движутся перпендикулярно друг к другу. Они разделены пластинами так, что в зазорах теплый и холодный потоки располагаются поочередно. Эффективность этих устройств высока, но они сложны для самостоятельного изготовления.

Порядок монтажа воздушного ТО:

1. Из листа металла делается корпус. Площадь его нижней части должна быть равна размеру вентилятора. Для центробежной конструкции берется короб с площадью на 70% больше чем выходная труба.
2. В стенках короба на противоположных сторонах просверливаются отверстия для медной трубки.
3. В проделанные отверстия устанавливаются, подготовленные отрезки труб, чтобы их края выходили за пределы короба на 2 см с обеих сторон.
4. К свободным концам трубок привариваются угловые фитинги. Они соединяются в виде змейки. Можно сделать две параллельные. Так теплоноситель будет меньше остывать при обдуве.
5. На выходной и входной концы припаиваются переходники с резьбой, к ним присоединяется водопровод. Подается вода, проверяют, чтобы соединения были герметичны.
6. Корпус крепится на основание с вентилятором. Конструкция закрывается кожухом, чтобы воздушный поток не уходил в стороны.

Чтобы сделать теплообменник для отопления частного дома своими руками, необходимо представлять принцип его работы, произвести точный расчет требуемой мощности для достаточного обогрева помещения особенно в зимний период. Применять нужно наиболее теплопроводные материалы, лучшим вариантом послужит медь. Она обладает эффективностью, намного превышающей другие металлы. Все действия при изготовлении ТО следует производить аккуратно, не допуская попадания внутрь посторонних предметов. Если присутствует неуверенность в себе, лучше обратиться к опытному мастеру. Он выполнит соединение всех элементов качественно и герметично.

Источник