Теплообменник из радиатора своими руками

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 09.09.2024

Самодельные котлы отопления всегда пользовались большой популярностью. Сделанные по нестандартным размерам и требуемой мощностью, они никогда не выходили из моды по целому ряду причин.

Во-первых, при изготовлении самодельного котла можно прилично сэкономить, во-вторых, сделать его получится ничем не хуже, в отличие от заводского устройства, а может быть даже и лучше. При этом самым главным агрегатом в котле или печи, выступает теплообменник, который может быть совершенно различной конфигурации.

Что такое теплообменник (змеевик)

Теплообменник — это главный элемент отопительного котла. Именно в теплообменнике вода нагревается до нужных температур, после чего тепло отбирается в помещение, через радиаторы отопления или другие приборы.

В процессе эксплуатации на теплообменник воздействуют высокие температуры, поэтому материалы его изготовления должны отвечать ряду определенных требований:

Первое и самое главное, теплообменник не должен подвергаться коррозии;
Материалы изготовления теплообменника должны хорошо передавать тепло;
Теплообменник должен быть стойким к ударам и повреждениям.

В большинстве случаев при изготовлении самодельных котлов отопления используют металлические трубы или куски сваренного друг с другом швеллера. Однако это далеко не все решения, поскольку в качестве теплообменника можно приспособить, например, чугунные батареи.

Из чего сделать теплообменник своими руками

Рассмотрим по порядку, из чего можно сделать теплообменник в котел или печь:

Стальной лист — используется металл, толщиной не менее 6 мм. Именно из него и делается теплообменник в котле или печи, который сваривается из кусков стали, в виде буквы П. Очень часто боковые стенки теплообменника, заменяют собой стенки отопительного котла, что же касается печи, то в неё такой теплообменник, размещается прямо внутри, после чего он обкладывается огнеупорным кирпичом.

Швеллер — также достаточно популярный металлопрокат для изготовления теплообменников. Благодаря П-образному сечению, достаточно разрезать несколько кусков швеллера, после чего при помощи сварки соединить их вместе. Именно из-за простоты изготовления и достаточной толщины металла у швеллеров, получаются столь эффективные и удобные в работе теплообменники.

Трубы — не менее популярный металлопрокат, чем швеллера и листовая сталь, который используется для изготовления теплообменников или змеевиков, как их чаще всего называют. Причем если конфигурация стальных теплообменников очень часто совершенно одинаковая, то змеевики из труб могут быть абсолютно различными, как по форме, так и размерам. Очень часто змеевики наматывают из медных труб, обладающих высокой теплоотдачей.

Чугунный радиатор — ещё один вариант из чего сделать теплообменник своими руками. Очень часто используется в целях экономии при изготовлении теплообменников для отопления или отбора тепла, прямо в дымоходе. Преимущество теплообменника из чугунной батареи в том, что он имеет уже готовый вид и способен хорошо отбирать тепло. Устанавливаться чугунный теплообменник может и в горизонтальном положении, при одном условии, если в систему отопления встроен циркуляционный насос.

Медные теплообменники — готовый вариант теплообменников, для изготовления которых используется преимущественно медь. Медные теплообменники устанавливаются в современном отопительном оборудовании, и навряд ли кто-то захочет замуровывать такой теплообменник в печь. Обладают хорошей теплоотдачей, но имеют высокую стоимость.

Подходящий вариант изготовления прибора своими руками рассчитывается исходя из учёта элементов конструкции.

В системах отопления встречаются аппараты, действующие с конструкциями котлов работающих на газу, твёрдом топливе, электроэнергии.

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.

Как сделать своими руками

Существует несколько типов теплообменников, каждый из которых обладает особой технологией производства.

Устройство работает по такому несложному принципу горячая жидкость проходит по трубе малого диаметра, через стенки труб передаётся тепло воде, которая расположена в полостях трубы большего размера. Таким способом передаётся тепловая энергия и не перемешиваются жидкости, имеющие неоднородный характер, например, масло и вода. Такой тип агрегатов прост в изготовлении и в эксплуатации.

Инструменты и материалы

две двухметровые трубы из меди, с различным диаметром — 102 мм и 57 мм;
два тройника с углами 90 градусов, диаметр должен быть равен трубе большей;
два коротких отрезка трубы, подходящие к размеру тройника;
электрическая или газовая сварка, подойдёт и мощный паяльник с припоем для меди;
болгарка, отрезной диск;
рулетка.

Процесс изготовления

На профиль трубы большего диаметра с двух сторон приваривается тройник, который следует расположить боковой стороной таким образом, чтобы туда вставить трубу меньшего размера.

Справка. При подключении такой конструкции, теплообменник рекомендуется расположить в горизонтальном положении, жидкости должны циркулировать разнонаправленно, это повысит КПД.

После того как изделие меньшего диаметра вошло в тройник его проваривают с торцов.
К свободным краям тройников привариваются патрубки, которые предназначены для подачи и вывода отопительной жидкости.

Воздушный пластинчатый

Приспособление устанавливается в газовую отопительную систему. Принцип действия заключается в передаче теплоэнергии от газообразного теплоносителя к рифлёной конструкции пластин, которая будет нагревать жидкость в трубопроводе.

А также этот тип устройств подойдёт для передачи тепла от одной жидкости, к другой.

Инструменты и материалы

оборудование для сварки;
болгарка;
два листа из нержавеющей стали (рифлёной), толщина 4 мм;
1 лист плоский из нержавейки, толщина 4 мм;
электроды.

Порядок работ

Лист рифлёной стали разрезать на равные квадраты со сторонами 30 см. Для конструкции понадобится 31 квадрат.
Из плоского листа нержавеющей стали нарезать ленты. Ширина 1 см, длина 30 см. Общая длина частей должна составить 18 метров — получится 60 шт.

Квадраты из рифлёного материала сварить между собой при помощи полоски 1 см. Соединение проходит через две противоположные стороны квадратов, секции располагаются перпендикулярно друг к другу.

В одном корпусе, имеющем форму куба, должно получиться 15 секций, которые обращены в одну сторону и 15 в другую.

Благодаря рифлёной поверхности происходит эффективная передача тепла от одного носителя к другому без взаимных перемещений различных либо однородных теплоносителей.

Теплообменник водяной для печи

Обыкновенная печь, работающая на дровах способна обогреть целый дом, если её присоединить к отопительной системе на водной основе.

Инструменты и материалы

метровая труба из стали, диаметр 32.5 сантиметра;
труба железная — 6 метров, диаметр 5.7 см;
лист стали 4 мм толщины;
сварочный аппарат;
газовый резак.

Порядок работ

Метровый отрезок трубы с диаметром 32.5 см поставить в горизонтальное положение на лист из стали и обвести маркером.
Отверстие нужного размера вырезать газовым резаком. По макету металлического круга вырезать вторую такую же окружность.
В металлических дисках вырезать по пять отверстий с диаметром 5.7 сантиметров. Отверстия должны быть расположены равномерно по отношению друг к другу, также как от середины, так и от края поверхности. Диски приварить к цилиндру трубы и постараться, чтобы отверстия были расположены параллельно.
Изделие 5.7 мм нарезать при помощи болгарки, на части по 1 метру. Потребуется пять отрезков.

Фото 2. Схема водяного теплообменника для печи. Представляет из себя цилиндр, внутри которого расположены трубы меньшего диаметра.

Каждая часть трубы монтируется в отверстие, нужно чтобы трубы выходили за пределы отверстий на 1 миллиметр. Сваривается приспособление электрической сваркой. В итоге должна получиться конструкция в форме металлического цилиндра, внутри которого расположены трубки меньшего размера. По этому трубопроводу будет идти раскалённый воздух и дым, трубы будут нагреваться и соответственно нагревать жидкий теплоноситель внутри.
Чтобы жидкость циркулировала внутри металлической системы в нижней и верхней части следует приварить небольшие отрезки труб. Внизу агрегата через патрубок будет подаваться холодная вода, а через верхний патрубок направляться в отопительный механизм.

Как рассчитать тепловую мощность

Если выбран пластинчатый теплообменник, необходимо учитывать такие факты:

какая мощность аппарата необходима;
тип конструкции;
качество материалов.

Расчёт мощности происходит по следующей формуле:

P = 1,16 х ?Т / (t x V), где

Р — мощность, которая требуется;

1,16 — специально подобранная константа;

?Т — разница температур;

t — время;

V — объем.

Продуктивность системы зависит от тока рабочих сред по обоим контурам. Подходящая модель для сборки определяется с учётом объёма помещения, которое нужно обогреть. Чем больше площадь, тем больше понадобится материалов.

Как подключить самодельный теплообменник

Имеются 3 основных схемы подключения теплообменников — параллельная одноступенчатая, смешанная двухступенчатая и последовательная:

Параллельный тип самый простой и надёжный, потому что нагрев воды происходит непосредственно в аппарате. Теплообменник монтируется параллельно отопительному трубопроводу.
Двухступенчатая схема разработана для снижения расхода теплоносителя. Это даёт возможность использования тепловой энергии обратной воды в системе отопления.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается о строении и принципах работы теплообменника.

Преимущества и недостатки

Теплообменник для отопления сделанный своими руками, прост в изготовлении, подходит для любых видов теплоносителей, его легко чистить. Скорость движения жидкостей легко регулируется правильным подбором размеров труб. Единственный минус — дороговизна медных строительных материалов.

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

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.

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

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

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/см?.

Двухтрубные и 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.

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

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

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:

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.
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.
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.
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

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:

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.
В стенках короба на противоположных сторонах просверливаются отверстия для медной трубки.
В проделанные отверстия устанавливаются, подготовленные отрезки труб, чтобы их края выходили за пределы короба на 2 см с обеих сторон.
К свободным концам трубок привариваются угловые фитинги. Они соединяются в виде змейки. Можно сделать две параллельные. Так теплоноситель будет меньше остывать при обдуве.
На выходной и входной концы припаиваются переходники с резьбой, к ним присоединяется водопровод. Подается вода, проверяют, чтобы соединения были герметичны.
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.

Как и из чего сделать теплообменники своими руками.

Теплообменник, змеевик – непонятные для многих слова, которые никак не связаны с представлением об этих предметах. Радиатор, батарея, полотенцесушитель – более понятны, потому что эти предметы мы видим и пользуемся ими каждый день. Между тем, это ведь тоже теплообменники, один из многочисленных их видов.

Что такое – теплообменник.

Понятно, что, не выяснив, что же такое теплообменник и принципов его работы, мы вряд ли сможем его сделать или применить в качестве теплообменника что-либо другое.

Если говорить простыми словами, теплообменник – это устройство для обмена энергией между различными средами, не имеющее собственного источника энергии. Т.е. печка – это не теплообменник, а тепловой щит или лежанка, через которые проходят дымовые газы от печки, и которые греют воздух в помещении, — это теплообменники.

Элементарный теплообменник мы сооружаем, когда хотим охладить бутылки с пивом в раковине мойки, используя холодную воду из водопровода. При этом наше пиво охлаждается, а вода наоборот – нагревается.

Из определения теплообменника можно сделать выводы по оценке и увеличению его эффективности. Получается, что эффективность теплообменника зависит:

— от разницы температур между средами: чем больше разница, тем больше передается энергии.

— от площади соприкосновения различных сред с теплообменником, чем больше – тем лучше.

— и от теплопроводности материала самого теплообменника: чем лучше материал проводит тепловую энергию, тем эффективней теплообменник.

По сути, любая труба, в которой течет вода (или другая жидкость) с температурой отличной от температуры окружающей среды (воздуха или тоже жидкости) – является теплообменником.

Как сделать теплообменник.

Получается, что если мы возьмем какое-то количество метров трубы, свернем её в кольца и запихнем в бочку, выведя наружу вход и выход этой трубы, мы получим теплообменник, который будет, либо греть воду в бочке, либо охлаждать, в зависимости от того, что нам нужно (обычно – греть).

Теперь, неплохо бы выяснить, какое именно количество метров трубы равно по мощности, например, 1,5 кВт ТЭНу. И вот тут на первое место выступает теплопроводность материала, из которого сделана труба. При прочих равных, а именно: диаметр трубы – 20 мм, разность температур ~ 40 о C, получается, что металлопластиковой трубы нам понадобиться больше 4300 метров (коэффициент теплопроводности равен – 0,3), стальной – 25 метров (50), а медной – 3,5 метра (380). Вот такая вот арифметика. Вполне естественно, что лучший выбор материала для теплообменника – это медная отожженная труба, которая легко гнется, и к ней без особого труда можно присоединить резьбовой фитинг с помощью обжимного соединения (можно и припаять, но это на любителя). В этом случае у нас получится теплообменник змеевикового типа.

Что еще можно использовать в качестве теплообменника.

Если негде достать медную трубу, а во дворе присутствует небольшая свалка металлолома, то можно попробовать найти какую-нибудь альтернативу. Например, полотенцесушители – прекрасно подойдут на роль змеевика в самодельном теплообменнике. Подойдут старые радиаторы системы отопления, лишь бы не текли. Автомобильные радиаторы и радиаторы автомобильных печек – это тоже готовые теплообменники, которые можно использовать как греющий элемент, придумав переходники для них, и ,если нужно, объединив их для увеличения общей площади теплообмена.

Прекрасные теплообменники получатся из старых газовых водогрейных колонок, тем более, что при этом практически ничего переделывать не нужно.

Принцип действия любого теплообменника везде, где бы он не находился, одинаков, поэтому, в зависимости от конкретных условий, он может греть или охлаждать любую среду: жидкость, газ или твердое вещество. Все зависит от задачи, которую наш теплообменник должен будет решать, и от вашей инженерной фантазии.

Читайте также: