Celični in cevni toplotni izmenjevalci: konstrukcija, tehnične lastnosti, proizvodnja
Toplotni izmenjevalec je naprava, v kateri se toplota prenaša med hladilnimi sredstvi. 
Načelo delovanja
Cevni in cevni toplotni izmenjevalci so rekuperativnega tipa, kjer so mediji ločeni s stenami. Njihovo delo je v procesih izmenjave toplote med tekočinami. V tem primeru lahko pride do spremembe njihovega agregatnega stanja. Prenos toplote se lahko pojavi tudi med tekočino in paro ali plinom.
Prednosti in slabosti
Toplotni izmenjevalci lupine in cevi so pogosti zaradi naslednjih pozitivnih lastnosti:
- odpornost na mehanske obremenitve in hidravlične udarce;
- nizke zahteve za čistost medijev;
- visoka zanesljivost in vzdržljivost;
- široka paleta modelov;
- možnost uporabe v različnih okoljih.
Slabosti te vrste modela so:
- majhna vrednost koeficienta prenosa toplote;
- velike dimenzije in visoka poraba kovin;
- visoka cena zaradi povečane vsebnosti kovine;
- potrebo po uporabi naprav z veliko mejo v povezavi s čepom poškodovanih cevi med popravili;
- nihanja ravni kondenzata, ki nelinearno spreminjajo prenos toplote v napravah horizontalne izvedbe.
Cevni in cevni toplotni izmenjevalci imajo nizek koeficient prenosa toplote. To je deloma posledica dejstva, da je telesni prostor 2-krat večji od celotnega prereza cevi. Uporaba vodilnih pregrad omogoča povečanje hitrosti tekočine in izboljšanje prenosa toplote.
V obročastem prostoru prehaja hladilno sredstvo, ogrevani medij pa se dovaja skozi cevi. Podobno se lahko ohladi. Učinkovitost prenosa toplote je zagotovljena s povečanjem števila cevi ali z ustvarjanjem prečnega toka zunanje hladilne tekočine.
Nadomestilo podaljšanja temperature
Temperatura hladilne tekočine je drugačna in posledično pride do termične deformacije strukturnih elementov. Celični in cevni toplotni izmenjevalec se izvaja z ali brez kompenzacije podaljška. Trdno pritrditev cevi je dovoljena, kadar je razlika med temperaturo med telesom in telesom do 25-30 ° C. Če preseže te meje, se uporabijo naslednji temperaturni kompenzatorji.
- "Plavajoča" glava - ena od rešetk nima povezave z ohišjem in se prosto giblje v aksialni smeri, ko so cevi podaljšane. Zasnova je najbolj zanesljiva.
- Telo je izdelano iz kompenzatorja leče v obliki valovita, ki se lahko razširi ali zoži.
- Kompenzator žlezda je nameščen na zgornjem dnu, ki se lahko premika z mrežo med toplotnim raztezanjem.
- Cevi v obliki črke U se prosto razširjajo v okolju nosilca toplote. Pomanjkljivost je kompleksnost proizvodnje.
Vrste toplotnih izmenjevalcev
Oblikovanje naprav je preprosto, vedno so v povpraševanju. Cilindrično telo je jekleno ohišje velikega premera. Na njenih robovih so prirobnice, na katere so nameščeni pokrovi. V cevnih pločevinah v ohišju so snopi cevi fiksirani z varjenjem ali spajanjem. 
Material za cevi je jeklo, baker, medenina, titan. Jeklene plošče se pritrdijo med prirobnice ali varijo na ohišje. Med njimi in telesom se oblikujejo komore, skozi katere potekajo hladila. Obstajajo tudi predelne stene, ki spreminjajo gibanje tekočin, ki potekajo skozi toplotne izmenjevalce. Zasnova vam omogoča, da spremenite hitrost in smer pretoka, ki poteka med cevmi, s čimer se poveča intenzivnost prenosa toplote. 
Naprave je mogoče namestiti v prostor navpično, vodoravno ali z naklonom.
Različni tipi toplotnih izmenjevalcev se razlikujejo v razporeditvi predelnih sten in razporeditvi temperaturnih dilatacijskih spojev. Pri majhnem številu cevi v snopu ima ohišje majhen premer, površine za izmenjavo toplote pa so majhne. Da bi jih povečali, so toplotni izmenjevalci povezani v zaporednih odsekih. Najenostavnejša je konstrukcija "cevi v cevi", ki se pogosto izdeluje samostojno. V ta namen je treba izbrati premere notranjih in zunanjih cevi ter pretok hladilnega sredstva. Praktičnost čiščenja in popravila je zagotovljena na račun kolen, ki povezujejo naslednje odseke. Ta zasnova se pogosto uporablja kot toplotni izmenjevalnik s parovodo. 
Spiralni toplotni izmenjevalci so kanali pravokotne oblike in varjeni od listov, vzdolž katerih se premikajo hladilna sredstva. Prednost je velik stik površine s tekočinami, pomanjkljivost pa je nizek dovoljen tlak.
Novi modeli toplotnih izmenjevalcev
Danes se začne razvijati proizvodnja kompaktnih toplotnih izmenjevalcev z reliefnimi površinami in intenzivno gibanje tekočin. Posledično so njihove tehnične lastnosti blizu lamelarnih naprav. Toda proizvodnja slednjega se prav tako razvija, zato jih je težko dohiteti. Zamenjava lupinasto-cevnih toplotnih izmenjevalnikov s ploščnimi tipi je primerna zaradi naslednjih prednosti:
- koeficient toplotne prehodnosti valovitega profila plošče je 3-4 krat večji;
- enostavnost razstavljanja in popravila;
- kompaktnost zaradi majhnih razdalj med ploščami.
Pomanjkljivost je hitra kontaminacija plošč zaradi majhne velikosti vrzeli med njimi. Če je dobro filtrirati toplotne nosilce, toplotni izmenjevalnik bo deloval dolgo časa. Majhni delci se ne zadržujejo na poliranih ploščah, turbulizacija tekočin pa preprečuje tudi odlaganje onesnaževalcev.
Povečanje intenzivnosti aparata za prenos toplote
Strokovnjaki nenehno ustvarjajo nove toplotne izmenjevalce. Specifikacije se izboljšajo z uporabo naslednjih metod:
- ustvarjanje turbulentnih tokov;
- izdelavo spiralnih vložkov, ki ustvarjajo vzdolžni in prečni tok okoli cevi;
- izdelava oblikovanih, rebrastih in sukanih cevi;
- uporaba mešanic plin-tekočina;
- vibracije izmenjevalnih površin toplote ali pulzirajočega toka hladilnih sredstev;
- kombinacija več metod, kot so vrtinčni tok in plavuti.
Turbulacija tokov tekočine bistveno zmanjša luščenje na stenah cevi. Zaradi tega ne potrebujejo ukrepov za njihovo čiščenje, ki so potrebni za gladke površine.
Proizvodnja toplotnih izmenjevalcev z lupino in cevjo z uvedbo novih metod omogoča povečanje učinkovitosti prenosa toplote za 2-3 krat. 
Glede na dodatno porabo energije in stroške, delavci v proizvodnji pogosto poskušajo zamenjati toplotni izmenjevalnik s ploščnim prenosnikom toplote. V primerjavi s konvencionalnimi školjkami in cevmi so boljši pri prenosu toplote za 20-30%. To je bolj povezano z razvojem proizvodnje novih tehnologij, ki še vedno prihaja s težavami.
Delovanje toplotnega izmenjevalnika
Naprave potrebujejo redne preglede in spremljanje dela. Parametri, kot je temperatura, se merijo z njihovimi vhodnimi in izhodnimi vrednostmi. Če se je učinkovitost dela zmanjšala, morate preveriti stanje površin. Naloge slanice zlasti vplivajo na termodinamične parametre toplotnih izmenjevalcev, kjer obstaja majhna vrzel. Čiščenje površin se opravi kemično, kot tudi z uporabo ultrazvočnih vibracij in turbulizacijo toka hladilne tekočine.
Popravilo lupinastih aparatov je v glavnem sestavljeno iz tesnjenja cevastih cevi, kar slabi njihove tehnične lastnosti.
Zaključek
Optimalni toplotni izmenjevalci z lupino in cevjo tekmujejo s ploščnimi izmenjevalniki toplote in se lahko uporabljajo na številnih področjih tehnologije. Novi modeli imajo bistveno manjše dimenzije in porabo kovin, kar omogoča zmanjšanje delovnega območja in zmanjšanje stroškov ustvarjanja in obratovanja.