Если целевым процессом является не нагрев воздуха, а охлаждение воздухом горячего теплоносителя, то такие аппараты называют теплообменниками воздушного  охлаждения. Теплообменники  воздушного  охлаждения  получают  все  более  широкое  применение. Это объясняется гораздо меньшей стоимостью воздуха как хладагента, по сравнению с водой.

Широкое распространение в промышленности получили аппараты воздушного охлаждения, в которых в качестве охлаждающего агента используется поток атмосферного воздуха, нагнетаемый специ­ально установленными вентиляторами. Использование аппаратов этого типа позволяет осуществить значи­тельную экономию охлаждающей воды, уменьшить количество сточных вод, исключает необходимость очистки наружной поверхности теплообменных труб. Такие аппараты используются в качестве конденсато­ров и холодильников. Сравнительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны потока воздуха, характерный для этих аппаратов, компенсируется значитель­ным оребрением наружной поверхности труб, а также сравнительно высокими скоростями движения потока воздуха.

Классификация аппаратов воздушного охлаждения.

Аппараты воздушного охлаждения различного типа изготовляются по соответствующим стандартам, в которых предусмотрены большие диапазоны по величине поверхности, степени оребрения и виду кон­струкционного материала, используемого для их изготовления (сталь различных марок, латунь, алюминиевые сплавы, биметалл).  Аппараты воздушного охлаждения классифицируют по:

а) расположению трубных пучков подразделяются на следую­щие типы:

- горизонтальные;

- зигзагообразные;

- малопоточные ( для вязких  и  высоковязких );

б)  назначению:

-  холодильники;

- конденсаторы.

Основные элементы конструкции аппаратов воздушного охлаждения

Аппараты воздушного охлаждения включают в себя следующие основные узлы и агрегаты: секции оребренных теплообменных труб различной длины (от 3 до 12 м), вентиляторы с электроприводом, диффузоры и жалюзи для регулировки производительности воздуха, несущие конструкции, в некоторых случаях механизмы регулирования. Применяемые для охлаждения газа аппараты имеют развитые наружные поверхности и характеризуются коэффициентом оребрения. Коэффициенты оребрения применяемых аппаратов находятся в пределах от 7,8 до 21. Это связано с тем, что тепловой поток от газа к материалу трубы значительно выше, чем от наружной поверхно­сти к воздуху.

Оребрение поверхности может осуществляться различными способами: накаткой или навивкой ребер, напрессовкой пластин, намоткой проволоки. Накатные ребра образуются выдавливанием при протяжке толстостенной заготовки между специальными роликами. Материалом в этом случае служат относительно мягкие металлы – медь, алюминий. Иногда применяются биметаллические трубы; в этом случае материал внутренней трубы выбирается в зависимости от условий эксплуатации, теплоносителя, его тепловых, физических и коррозионных свойств. Необходимо отметить, что при этом в ме­сте контакта двух труб возникает дополнительное термическое со­противление и, как показывают многочисленные исследования, тепловая эффективность их снижается на 10-20% по сравнению с монометаллическими трубами.

Навитые оребренные трубы изготовляют навивкой в основном алюминиевой лен ты на трубы, причем навивка может осуществляться с натягом ленты или в предварительно накатанную канавку глубиной до 0,5 мм и подвальцовкой основания ленты металлом несущей трубы для большей жесткости и уменьшения термического сопротивления.

Пластинчатое оребрение получают напрессовкой пластин раз­личной конфигурации на трубы, пайкой или сваркой (в основном ра­диаторы двигателей внутреннего сгорания). На рисунке 1.25  показаны различные конструкции оребренных труб.

Монометаллические трубы из алюминиевых сплавов применяются до давления 1,6 МПа; из углеродистых, нержавеющих спла­вов – практически на любые возможные давления в системе. Оребренные трубы собираются в пучки и могут иметь от 2 до 8 рядов труб. Пучки труб, образующие секции, выпускаются с различным числом ходов по трубному пространству. Ширина секций различных аппаратов составляет 1380 мм, а высота и длина зависят от числа рядов и длины труб. Они выпускаются на давления 0,6-6,4 МПа.

На рисунке 1.26 приведен аппарат горизонтального типа, в котором оребренные пучки теплообменных труб расположены горизонтально, а на рисунке 1.27 – аппараты, где пучки труб расположены в виде шатра и зигзагообраз­но. Размещение пучков оребренных труб в виде шатра и зигзагообразное позволяет иметь большую поверхность теплообмена при той же за­нятой площади.

1 – секция оребренных труб; 2 – колесо вентилятора; 3 – электродвигатель; 4 –  коллектор впрыска очищен­ной воды; 5 –  жалюзи

Для повышения эффек­тивности аппарата в его кон­струкции предусмотрен кол­лектор впрыски очищенной воды 4, автоматически вклю­чающийся при повышенной температуре окружающей среды в летний период работы. При низ­ких температурах (зимой) можно отклю­чать электродвигатель и вентилятор; при этом конденсация и охлаждение проис­ходят естественной конвекцией.

Кроме этого интенсивность теплосъема можно регулировать, меняя рас­ход прокачиваемого воздуха изменением угла наклона лопастей вентилятора. Для этого в аппаратах воздушного охлажде­ния предусмотрены механизм дистанци­онного поворота лопастей с ручным или пневматическим приводом и жалюзи, установленные над теплообменными секциями. Жалюзийные заслонки можно поворачивать вручную или автоматичес­ки с помощью пневмопривода.

Теплообменная секция аппарата воздушного охлаждения  состоит из четырех, шести или восьми рядов труб 3 (рисунок 1.28), размещенных по вер­шинам равносторонних треугольников в двух трубных решетках 1. Трубы закреплены развальцовкой или развальцовкой со сваркой. Для обеспечения жесткости трубного пучка секция укреплена ме­таллическим каркасом 4. Однако при эксплуатации гайки на шпиль­ках 2, соединяющих решетку с каркасом, должны быть отвинчены на расстояние, превышающее возможное температурное удлинение труб. В трубном пучке каждая труба может иметь индивидуальный прогиб. Для исключения контакта ребер верхнего ряда труб с ребрами труб нижнего ряда между соседними рядами в нескольких местах по длине трубы помещают дистанционные прокладки 5 шириной около 15 мм из алюминиевой ленты толщиной 2 мм.

Крышки 6 крепят к трубным решеткам теплообменных секций при высоком давлении неразъемно или на шпильках. Если секция аппа­рата многоходовая, крышки снабжают перегородками, которые делят трубный пучок на ходы. Съемные крышки обычно выполняют литыми из стали. Как указано, трубы в аппаратах воздушного охлаждения имеют оребрение по наружной поверхности, поскольку коэффициент тепло­отдачи на наружной поверхности труб примерно на порядок меньше коэффициента для внутренней поверхности. В аппаратах воздушного охлаждения используют вентиляторы с диаметром колеса до 7 м. Колеса вентиляторов изготовляют сварны­ми из алюминия или из стеклопласта, диффузор — из листовой стали толщиной 2 мм. Электродвигатели привода могут быть одно- и двухскоростными. При использовании двухскоростных электродвигателей с понижением температуры окружающей среды можно работать при меньшей частоте вращения вентилятора.  

Достоинства:

1) Возможность работы со сложными (с точки зрения теплообмена) теплоносителями – воздухом и высоковязкими жидкостями.

2) Большая поверхность теплоотдачи со стороны сложного (с точки зрения  теплообмена)  теплоносителя  при  высокой  компактности  теплообменного аппарата.

3) Возможность использования в качестве хладагента воздуха, что экономически выгодно, поскольку позволяет сэкономить на более дорогой, чем воздух, водооборотной воде.

Недостатки:

1) Для  изготовления  пластин оребрений  требуется  материал  с  высокой теплопроводностью (сталь подходит не всегда, зачастую используется алюминий или медь).

2) Теплообменники  воздушного  охлаждения  всё  же  существенно  более громоздки, чем теплообменники для охлаждения водой.