Теплообменники своими руками — как сделать пластинчатый, водяной, труба в трубе, воздушный, чертежи

Стальной теплообменник

Преимущества приборов из стали:

• Повышенная теплопроводность – как и чугун, сталь оперативно нагревается и отлично передает тепло холодному носителю.
• Низкий вес – стальные теплообменники не утяжеляют общую систему отопления, поэтому их можно использовать для обеспечения горячего водоснабжения в домах большой площади.
• Ударопрочность – стальные конструкции очень крепкие, поэтому им не страшны механические повреждения.
• Устойчивость к термическим изменениям – сталь без последствий выдерживает резкие перепады температур внутри системы.

Недостатки стальных теплообменников:

• Восприимчивость к коррозии – для стали характерна низкая устойчивость к кислотным средам, что значительно сокращает срок эксплуатации теплообменника.
• Невозможность увеличить мощность устройства путем добавления новых секций.
• Быстрое остывание – сталь быстро отдает температуру, что увеличивает расходы на топливо.

Совет. Для изготовления качественного и долговечного теплообменника рекомендуется использовать трубы из жаропрочной стали диаметром не меньше 32 мм и толщиной стенки 5 мм и более.

Пошаговое руководство

Изготовление бесканального теплообменника

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

Конструкция теплообменника типа труба в трубе

Существует несколько вариантов сборки теплообменника труба в трубе. Их конструкция разнится в зависимости от разных вариантов компоновок. В любом случае, имея под рукой правильные чертежи и качественные детали, можно собрать теплообменник любого типа.

Для этого потребуются стандартные элементы:

• Труба теплообменная
• Труба кожуховая
• Опора
• Решетка кожуховых труб
• Камера.

Используя различные схемы и чертежи, можно собрать подходящий теплообменник быстро и без дополнительных усилий.

Важный этап – расчет параметров теплообменника

Важно правильно оценить все параметры, чтобы правильно спроектировать теплообменный аппарат. Для этого оцениваются: расход теплоносителя, порядок потерь тепла, степень сопротивления используемых материалов, величины стартовой и конечной температур, технологическую схему, тепловую нагрузку, гидравлические данные, направление трафика тепла, баланс работоспособности сети, физико-химические свойства материала, комбинация сопутствующих факторов

Но самыми важными являются другие показатели: расчет потери напора, определение экономической эффективности, подсчет площади теплообменника, вычисление тепловой изоляции оснащения, определение геометрических величин «девайса», включая узлы

На основании этих данных проектируются теплообменники труба в трубе для промышленных предприятий и домашнего применения. Провести все расчеты самостоятельно, без специального образования, очень сложно, поэтому лучше взять готовые чертежи

Но самыми важными являются другие показатели: расчет потери напора, определение экономической эффективности, подсчет площади теплообменника, вычисление тепловой изоляции оснащения, определение геометрических величин «девайса», включая узлы. На основании этих данных проектируются теплообменники труба в трубе для промышленных предприятий и домашнего применения. Провести все расчеты самостоятельно, без специального образования, очень сложно, поэтому лучше взять готовые чертежи.

В любом чертеже схема теплообменника труба в трубе представляет собой звенья, соединенные определенным образом. При расчетах определяется, какой из материалов следует задействовать для каждого из элементов. На этом же этапе просчитываются предельные величины. При любых типах конструкции предпочтение отдается нержавеющим составам, например, специально обработанной стали или медным сплавам.

Особенности монтажа

Для теплообменника на дымоход своими руками, конструкцию разобрали в пункте выше. Сейчас разберем, каким образом происходит монтаж теплообменника рядом с котлом. Такое устройство будет включать:

• Корпус, то есть, грубо говоря, обшивку печи или котла.
• Непосредственно накопитель.
• Патрубки холодной и горячей подачи.
• Сливные краны теплообменника.

Схема подключения

Подробно система конструкции, передана на картинке. Установить теплообменник на трубу дымохода в техническом плане будет немного сложней. Но, в таком случае происходит больший нагрев и циркуляция воды, соответственно больше тепла отдается помещению.

Блиц-советы

1. Чтобы избежать образования накипи в системе отопления, необходимо использовать только дистиллированную воду. Большое количество дистиллированной воды для этой цели можно изготовить в домашних условиях пропуская через теплообменник “труба в трубе” водяной пар.
2. Используя самодельное устройство для теплообмена между газами, образованными в результате сгорания топлива и жидкостью, необходимо все монтажные работы производить с наивысшей тщательностью, чтобы в результате недостаточной герметизации дымохода не поступал угарный газ в помещение.
3. При использовании котлов или печек, в которых используется естественная тяга воздуха в дымоходе, площадь сечения дымохода внутри теплообменника не должна быть меньше площади патрубка котла или печки.

Установка в кирпичную печь

В печь теплообменник устанавливают для повышения теплоотдачи отопительного прибора.

Если в печи не установлен теплообменник, то теплоноситель распределяется неравномерно. Из-за этого вблизи источника тепла будет высокая температура воздуха, а в отдаленных местах — низкая.

Если к печи подключить радиаторы и залить воду в такую систему, то работа прибора станет сравнима с работой твердотопливного котла. Здесь также нагревается вода, стенки и каналы дымохода. Когда печь топится, теплоноситель движется от змеевика к батареям, а после прекращения топки берет энергию у нагретых стенок.

Справка! Теплообменник сокращает полезную площадь топки. Это приводит к необходимости следить за сгоранием топлива и чаще его добавлять. Правильное устройство водяного контура и его соотношение с размерами топки — решение проблемы.

Преимущества

Достоинства:

• Теплообменник легко изготавливается и монтируется своими руками.
• Тепло в помещении обеспечивает непосредственно сама печь и теплоноситель, распределенный по батареям.
• Устройство функционирует от любого вида твердого горючего.
• Привлекательный внешний вид.

Правила изготовления и монтажа своими руками

Несмотря на большой выбор заводских моделей в специализированных магазинах, пользователи предпочитают делать устройства своими руками.

Это неудивительно, ведь самостоятельное производство позволяет учесть размеры той печи, куда монтируется изделие, и объем топки.

Устройство делают из трубок, по которым движется жидкость. Недостаток конструкции — возможность закипания жидкости при интенсивной топке. Чтобы этого не произошло, профессионалы советуют применять трубы большого объема.

Вода также закипает из-за слабого движения. Эта проблема возникает из-за неправильного монтажа. Чтобы она не появлялась, устанавливается насосная станция. Агрегат заставляет воду интенсивно циркулировать, что предотвращает ее застой.

Устройства для печей из кирпича выполняются из металла толщиной в 2,5 мм. Основу прибора составляют две емкости: верхняя в виде цилиндра и нижняя в виде прямоугольника. Трубы соединяют обе емкости. Диаметр труб зависит от размеров топки и площади помещения. Зазор между трубами должен быть минимальным. Все составляющие соединяются между собой с помощью сварки.

Порядок монтажа:

• разбирается часть кирпичной кладки;
• в топку на заранее подготовленный фундамент фиксируется прибор;
• выполняется укладка кирпичей, в которой оставляют два отверстия для труб конструкции;
• когда кладка готова, устройство подсоединяют к системе отопления.

Важно! После сварки, монтажа и заливки воды проверяется прочность прибора. Для этого конструкция заполняется сжатым воздухом. Давление контролируется манометром

Давление контролируется манометром.

Если швы не протекают, устройство готово к эксплуатации. Если же во время тестирования между швов сочится вода, то вода сливается и используется герметик.

Теплообменник: механика работы

Сгорание печного топлива обеспечивает температуру при вхождении в дымоход свыше 500 °С. Такие показатели излишни, потому что тягу дымоход поддерживает и при 300-400°С. Без вреда для печки часть тепла можно перенаправить на нагрев воды в системах отопления, водоснабжения или воздуха в помещениях. Функция теплообменника заключается в обеспечении передачи (обмена) тепла от газов в дымовой трубе воде или воздуху.

Существующие модели

Специалисты считают оптимальными 3 конструктивных решения по оборудованию теплообменника на дымоход:

1. змеевик;
2. цилиндр с теплоносителем вокруг трубы – «водная рубашка»;
3. переделка канала дымохода под ступенчатый лабиринт для замедления движения газов и повышения теплоотдачи.

Варианты №1 и №2 используют для подачи тепла для нагревания воды и в отопительные системы, №3 – для обогрева помещений.

Свойства разных типов теплообменников

Всем теплообменникам присущи особенности, незнание которых приведёт к дефектам системы теплообмена. Если мы передаём тепловую энергию воде, часто возникает эффект избыточного теплообмена. Приток холодной воды в теплообменник на трубе при разогретом дымоходе ведёт к забиванию канала гарью и образованию конденсата от отработанных газов.

Ещё одно не самое лучшее решение, которое быстро нарушит работу теплообменника – монтаж змеевика водоснабжающей трубы внутри самого дымохода. Нагар в дымоходе — полбеды, главный риск – отравление угарным газом.

Для бесперебойной и безопасной работы системы теплообмена рекомендуется раз в полгода проводить профилактику – визуальный осмотр, чистку от гари и накипи, ремонт (в случае необходимости). Бережное отношение к теплообменнику позволит ему прослужить десятки лет.

Требования

• Лучший материал для бака теплообменника – сталь «нержавейка», которая выдерживает высокие температуры и резкие перепады.
• Теплообменник подбирается в соответствии с мощностью отопительного прибора. Нарушение данного правила приведет к потере КПД самой печи.
• Теплообменник не монтируется на трубу «намертво» – конструкция должна легко сниматься для ремонта или очистки.
• Теплоаккумулирующий бак необходим для теплообменников с «водной рубашкой» (водяным контуром), чтобы холодная вода не попадала в сам теплообменник.

Используем гофру

Этот вариант теплообменника самый простой и требует минимальное количество материальных затрат. Для этого используйте длинную гофрированную трубу. Ее нужно обернуть вокруг дымохода.

Применение гофрированных труб для изготовления теплообменников

Воздух внутри гофры будет очень быстро нагреваться. Его достаточно просто перенаправить в соседнее помещение. Для увеличения теплоотдачи намотайте на гофру пищевую фольгу.

Для безопасной эксплуатации отопительной системы с применением теплообменников разной конфигурации нужно все время проверять узлы соединения с дымоходом. При выявлении малейших зазоров незамедлительно восстановите герметичность швов.

Устройство теплообменника для систем отопления

Приспособление предназначено для передачи тепла от одного элемента к другому. В роли источника тепла и теплоносителя выступают различная жидкость, газ или пар.

Нестабильные среды разделены материалом с подходящим типом теплопроводности.

Простой пример теплообменника — комнатные радиаторы, в которых источником тепла является вода в системе отопления, нагреваемой средой — воздух в помещении.

В качестве разделяющего материала выступает металл, из которого состоит радиатор. Промежуточный материал, который используется при конструировании, должен обладать высокой степенью теплопроводности.

Хорошим вариантом для конструирования теплообменника будет применение медных элементов. Медь обладает большей в 7.5 раз теплопроводностью, чем сталь. Пластмассовые изделия в двести раз хуже проводят тепло, чем стальные. Сравнивая при одинаковых условиях 1.7 м медного, 12 м стального и 2 тыс. метров пластикового трубопровода получится передача одинакового количества тепла.

Преимущества теплообменника

Нагревательный элемент в системе отопления, установленный в печи, имеет свои преимущества. Среди основных плюсов можно выделить следующие:

1. Простота изготовления и монтажа.
2. В доме появляется комбинированное отопление, что дает возможность отапливать большие площади, а не только локально одно помещение.
3. Возможность использовать разные виды топлива. Например, котлы ориентированы только на конкретный вид, а печь можно топить любыми твердыми энергоносителями.
4. Печь придает интерьеру особый шарм и уют, а благодаря новой функции она будет приносить еще больше пользы.

Несмотря на очевидные преимущества, следует отметить, что в сравнении с котлами, сделанными в заводских условиях, КПД будет ниже, кроме того, отсутствует автоматический контроль температуры нагрева теплоносителя. Вместе с тем, стоимость заводских котлов не каждому по карману, а изготовление отопительной системы своими руками с использованием самодельного элемента нагревания под силу каждому.

Подбор материала

Следует сразу отметить, что в домашних условиях создать теплообменник как на заводе практически невозможно. Вместе с тем, самодельная конструкция по функционалу не будет уступать созданной на предприятии.

Можно придать любую форму конструкции, но наиболее популярными вариантами является система, выполненная из нескольких металлических труб в виде решетки или пластин

В связи с тем, что температура горения достаточно высокая, тем более когда в качестве топлива используется уголь, следует особое внимание уделить выбору материала, а также уровню качества швов сварки. Кроме того, важную роль имеет тип металла, поскольку у каждого своя теплопроводность

Если взять медную трубу, то она в 7 раз будет превышать коэффициент теплопроводности, чем аналогичная труба, изготовленная из стали. При идентичном диаметре и объеме передаваемого тепла достаточно 3,5 метра медной трубы, при этих же параметрах стальной понадобится 27 метров.

Нагревательные элементы из меди самые дорогие, но эффективные. Если нет возможности потратиться на приобретение таких материалов, можно приобрести стальные трубы, но при этом их диаметр должен быть не менее 3,5 сантиметров.

Для справки! В том случае, если в качестве топлива будет использоваться уголь, то наиболее рациональным вариантом будет установка теплообменника из чугуна. Это самый прочный и теплоустойчивый металл. Кроме того, в качестве нагревательного элемента можно использовать старые чугунные батареи.

Виды устройств

Среди воздушных видов классической моделью для самостоятельной сборки является трубчатый теплообменник. Но есть и большое количество других видов. Они остаются актуальными для дымохода у печек долгого горения, небольших по размеру буржуек, печек на отработке. Их преобразованное из энергии горения тепло называется сухим. Трубы к топке могут привариваться по горизонтали и вертикально. Вертикальная локализация в разы эффективнее, потому что воздух лучше идет через каналы. Материал обычно сталь.

Еще один вид теплообменника – труба, обвивающая топку. Для правильной отдачи тепла требуется 2-3 завитка. Они немного раздвигаются, увеличивая площадь обогрева. Производительность соответствует разнице уровня входа и поступления воздуха. Тяга соответствует разнице температур, поэтому отверстие под забор зачастую выводится на улицу.

Змеевик

Перегородки в корпусе – тоже разновидность теплообменника. Характерный лабиринт сооружается из вертикальных металлических пластин. Оптимальная толщина каждой детали 6-8 мм. Входное и выходное отверстия воздуховода формируются друг напротив друга, сверху приваривается крышка для герметичности корпуса.

Перегородки в корпусе

Следующий вариант – трубы, которые проходят через топку. Конструкция сооружается уже на этапе сборке самодельного устройства, до приваривания стенок. Каналы располагаются параллельно на одинаковом расстоянии. Сечение труб не меньше 50 мм.

Трубы через топку

В вертикальных каналах воздух движется активнее, поэтому повышает производительность. Реже оказываются уместными горизонтальные каналы или перегородки. Любая описанная схема подойдет для конструирования, при условии наличия навыка сварочных работ.

Достоинства теплообменника

Простая схема теплообменника труба в трубе не является помехой для его значительной популярности. Что касается обслуживания, то простота устройства дает возможность проводить его самостоятельно, без привлечения сантехников.

К основным преимуществам аппаратов данного типа можно отнести следующее:

1. Оптимальная скорость транспортировки теплоносителя. Это достигается благодаря тщательному подбору водопроводных труб необходимого диаметра: это дает возможность раствору двигаться внутри системы беспрепятственно.
2. Простота изготовления и ухода. Это позволяет без проблем проводить регулярную чистку устройства, позитивно влияющую на продолжительность его службы.
3. Универсальность. Данное свойство теплообменника позволяет использовать не только жидкий, но также парообразный теплоноситель. Как результат, аппарат с успехом может применяться в самых разных системах.

К недостаткам оборудования обычно относят такие моменты:

• Большие размеры. Это накладывает свой отпечаток как на транспортировку, так и эксплуатацию прибора. Особенно это касается приватного использования, т.к. дополнительное пространство на установку аппарата найти не всегда просто.
• Дороговизна. Стоимость наружных труб, не занятых в теплообмене, а также труб, которыми оснащается грунтовый теплообменник (если они имеются в общей конструкции) довольно значительна.
• Сложность проектирования. Данная процедура по силам разве что профессионалам, так как требует проведения сложных вычислений и знания точных параметров системы. Как результат, общая стоимость монтажных работ увеличивается.

Несмотря на имеющиеся недостатки теплообменников труба в трубе, положительные стороны это успешно компенсируют: это объясняет большую популярность данных аппаратов не только в промышленных сферах, но и частных домовладениях.

Технология изготовления

Простейшим устройством такого типа можно считать медную трубу длиной в несколько метров, свернутую кольцами и установленную в бочку с водой таким образом, чтобы снаружи оставались лишь вход и выход. Такая конструкция (ее называют «змеевиком») способна охлаждать или нагревать жидкость в бочке, в зависимости от того, что именно нужно (в большинстве случаев необходим нагрев).

Схема монтажа теплообменника

«Змеевик» врезается в трубопровод рядом с печью или в накопительный бак. Спиралевидная труба устанавливается на высоте 1,5-2 м и становится дополнительным источником тепла.

Простейший теплообменник типа «труба в трубе»

Отдельно стоит рассказать о том, какой длины труба будет равняться, к примеру, 2 киловаттам. Основным критерием в данном случае является теплопроводность материала. Допустим, диаметр трубы составляет 2 см, а разница в температуре – 40ᵒС. Если произвести несложные расчеты, то выходит, что:

• металлопластиковых труб с их коэффициентом теплопроводности в 0,3 потребуется более 4 км;
• стальных труб с показателем в 50 – 25 м;
• медных труб с теплопроводностью свыше 380 – всего 3 м.

После подобных арифметических задач вполне очевидно, что наиболее подходящим материалом является медь. Более того, этот металл с легкостью гнется и подсоединяется резьбовым фитингом.

Теплообменник с емкостью

Теплообменник с емкостью

Самый подходящий для котла или печи вариант. Для его изготовления потребуется металлический бак литров на двадцать и две медных трубки.

Шаг первый. Если подходящего бака нет, то берется листовая сталь толщиной 2,5 мм и из нее сваривается резервуар необходимого объема. Сварка должна выполняться с минимальной толщиной швов.

Шаг второй. Резервуар устанавливается на высоте 1 м от пола, но не далее, чем в 3 м от отопительного печи. В нем проделываются два отверстия: одно – справа, возле дна конструкции, второе – слева, в самой высокой точке.

Шаг третий. Нижний отвод подводится к печи с минимальным наклоном вниз в 2ᵒ. Верхний отвод при этом подключается с наклоном в 20ᵒ, но уже в другую сторону.

Шаг четвертый. На выходе нижнего отвода врезается сливной кран накопительного бака. В нижней точке этого же отвода врезается еще один кран – для слива всей системы.

Шаг пятый. По окончании монтажа теплообменник проверяется на герметичность. В целях проверки он заполняется водой под незначительным напором – это позволит обнаружить протечки, если таковые имеются.

Трубная доска

Теплообменник с таким замысловатым названием также может быть изготовлен своими руками, хотя для этого понадобится опытный сварщик или же навыки работы со сварочным аппаратом.

Для изготовления потребуются:

• герметичные металлические резервуары, 2 шт.;
• медные трубки небольшого диаметра, 15-20 шт.

Резервуары располагаются по краям и соединяются между собой медными трубками, установленными под углом в разных точках емкостей. Вода будет перемещаться из одного резервуара в другой, а между ними, в том месте, где проходят соединительные трубки, и будет происходить обмен теплом.

Водяная рубашка

Не менее популярной разновидностью теплообменников является так называемая водяная рубашка. Она состоит из двух герметичных резервуаров разного диаметра, при этом один из них помещен в другой. Но сразу отметим, что подобная конструкция достаточно сложна в изготовлении, и справиться с ним самостоятельно, не имея специальных навыков, невозможно.

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.