Устройство поверхностных теплообменных аппаратов
Поверхностными теплообменными аппаратами называются такие устройства, в которых температурно-влажностное состояние воздуха изменяется в результате взаимодействия его с твердой поверхностью, имеющей температуру, отличающуюся от температуры воздуха. Если температура теплообменной поверхности выше, чем температура воздуха, то воздух нагревается. Теплообменный аппарат в этом случае называется воздухонагревателем. Если температура поверхности ниже температуры воздуха, то воздух охлаждается, а теплообменный аппарат называется воздухоохладителем.Поверхностный теплообменный аппарат состоит из теплообменной поверхности, образованной пучком гладких или оребренных трубок, трубных решеток и боковых стенок, образующих корпус теплообменника. Посредством фланцев корпус присоединяется к воздуховодам или к смежным секциям системы.
Внутри трубок, образующих теплообменную поверхность, проходит тепло- или холодоноситель или располагается электрический нагревательный элемент. Наружную поверхность трубок омывает обрабатываемый воздух. В отличие от аппаратов контактного типа в поверхностных теплообменниках непосредственно взаимодействие между воздухом и тепло- или холодносителем отсутствует. Теплообмен между ними происходит через разделяющую их стенку трубы.
По форме теплообменной поверхности, с которой соприкасается воздух, поверхностные теплообменные аппараты подразделяют на гладкотрубные и ребристые. Гладкотрубные поверхностные теплообменники в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в настоящее время не применяют, так как они имеют малоразвитую поверхность контакта с воздухом. Развитие этой поверхности в гладкотрубных теплообменниках возможно только за счет увеличения числа труб и их длины, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы теплообменного аппарата.
Теплообменную поверхность современных аппаратов выполняют из оребренных трубок. Увеличением поверхности контакта с воздухом за счет оребрения достигается некоторое сближение возможностей по теплообмену на внешней, омываемой воздухом, и внутренней, омываемой тепло- или холодоносителем, поверхности труб. В современных ребристых поверхностных теплообменниках 90-95 % теплообмена совершается на ребрах и только 5-10 % — на поверхности трубок в просветах между ребрами.
Трубы, образующие теплообменную поверхность, могут быть изготовлены из стали, алюминия, меди, латуни, мельхиора. Сечение труб обычно круглой формы, иногда овальной или лепестковой. Расположение ребер на трубе поперечное или спиральное. Спиральное оребрение выполняют накатным или навивным. Поперечные ребра насаживают на одну или несколько трубок. Для создания плотного контакта между трубками и ребрами, а также для предохранения от коррозии пакеты труб с насаженными или навитыми на них ребрами подвергают цинкованию, либо производят их лужение, либо применяют другие способы, обеспечивающие надежный контакт поверхности труб и ребра. Относительно потока воздуха оребренные трубки в теплообменнике размещают в коридорном, шахматном или смешанном порядке. Взаимное движение воздуха и тепло- и холодоносителей в теплообменном аппарате может осуществляться по перекрестной, перекрестно-прямоточной, перекрестно-противоточной, многократно перекрестной схемам. В теплообменных аппаратах с внутренним источником энергии применяют не два, как обычно, а один теплоноситель — воздух, который отводит теплоту, выделенную в самом аппарате; примерами таких аппаратов являются электронагреватели.