Теплообменник для ТН (теплового насоса) своими руками.

Для нашего доморощенного ТН необходимо как минимум два теплообменника - испаритель и конденсатор. Основной параметр теплообменника разность (дельта) температур при необходимой мощности. Существует масса программ для подбора теплообменников под ТН, из всех программ более или менее полную информацию удалось добыть из программы Danfoss Hexact (1.4.1).exe, хоть и бесплатная, но требует регистрации на сайте, защита программы глючная поэтому у меня после 4 регистраций программа так и не заработала (пришлось ломать защиту :). Программа позволяет подобрать конкретную модель теплообменника по многочисленным параметрам, но из справочника danfoss. Цена теплообменников около 18 тыс. рублей на 10 кВт мощности, что для нашего ТН мощностью 10 кВт обойдется около 36 тыс. рублей. Если цена устраивает то покупаем, и забиваем на попытку изготовить теплообменник в домашних условиях.
Дальнейший ход рассуждений имеет смысл для тех у кого нет заводских теплообменников, но есть желание попытаться (именно попытаться) изготовить его кустарно.

Итак народный теплообменник фреон-вода. (фреон-воздух или воздухоохладитель ВОП)

Начало рассуждений по поводу теплообменника можно почерпнуть здесь. Здесь будем обсуждать конструирование.


Сколько же стоит самопальный теплообменник? Я не рассматриваю приспособленные масляные радиаторы и прочие запасные части от автомобилей - это отдельная тема.

Посчитаем как говориться с нуля. Будем исходить из соображений что вода при скорости потока 1м/с способна к теплообмену на ровной поверхности на уровне 800 Дж на градус на кв.м. Много это или мало. Заметим, что увеличение скорости потока в два раза приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи также ориентировочно в два раза (до определенного предела). В свою очередь уменьшение потока до 0 м/с не приводит к нулевому результату. При нулевой скорости теплообмена вода способна к конвективному перемешиванию в зависимости от ориентации и формы теплообменника величина находится в интервале от 150 до 300 Дж на градус на кв.м. - своего рода пассивный теплообмен именуемый в народе "труба в бочке".

Итак народный кожухотруб - труба в трубе.

Если идти традиционно то есть взять трубку и поместить ее в трубу большего диаметра то получиться труба в трубе. По внутренней пускаем фреон по внешней воду просто и надежно.

Цена вопроса.

Если взять медную трубку то получим стоимость от 6700 рублей до 16000 рублей в зависимости от диаметра медной трубки. Для примера 125 метров 6мм медной трубки однозначно работать не будет гидросопротивление убьет всю идею.

Но можно взять и сложить 8 трубок диаметром 6.35мм в косичку соединив их параллельно и поместив в трубу с внутренним диаметром 25 мм то получим вполне приличный девайс по цене 6700 рублей (цена 6.35 мм в Оренбурге 800 рублей за 15 метров) за медь плюс около 3000 рублей за внешнюю трубу и прочие фитинги. Итого есть возможность получить "хороший" теплообменник площадью 2.5 м2 за ориентировочно 10000 рублей, длиной 16 метров, который можно свернуть в кольцо диаметра 50 см.
Если взять 6 трубок диаметра 9.53мм получим стоимость больше, но общая длина станет равна 14 метров и внешняя труба понадобиться с внутренним диаметром 24мм. Зато меньше паять. Медную трубу (косичку) помещаем в металлопластик или стальную трубу и гнем в спираль диаметра 50 см. На конце нужно одеть тройники чтобы заглушить торцы толстой трубы. Возможны и другие варианты.

А можно дешевле? Можно только осторожно. Не стоит забывать, что фреоны в большинстве своем инертны к стали. Что это дает? Можно использовать в качестве дешевого теплообменника стальные трубы. Проблема в том что общераспространенные размеры имеют сравнительно большую толщину стенки и гнуть их не так просто как медь.
К примеру водогазопроводная труба 1/2" так называемая ДУ15мм. имеет толщину стенки от 2.5мм до 2.8мм. Многовато конечно зато если труба гниет (разрушается коррозией)  со скоростью 1мм за 10 лет, то гарантировано можно ожидать 20 летную долговечность, а при замкнутой системе отопления и более долговечный срок службы. Другая проблема сварка и вес. Но в принципе при умелом подходе вопрос решаемый.

Цена. Из таблицы видно, что цена 2.5 м2 теплообмена для стальных газоводопроводных труб лежит в интервале от 1900-2200 рублей за материал. По цене халява. А вот с загибом придется повозиться. Голыми руками согнуть ДУ15, а тем более ДУ25 трудновато. Есть два варианта один с использованием горячего метода изгиба и холодного с помощью трубогиба. Есть трубогиб гидравлический который гнет трубу в определенном месте, а есть роликовый который способен гнуть трубу буквально в спираль - что нам и нужно.

Вариант 1. Берем две трубы одну например ДУ15 вторую ДУ25 (или лучше ДУ32) длиной 38 метров каждая вставляем ДУ15 в ДУ32 и с помощью трубогиба завиваем в спираль как можно меньшего диаметра. Получим завитую в спираль трубу в трубе. Так как мы завиваем ДУ32, а у нее внутри ДУ15 то та тоже свернется. Далее на концы тройники и разводим трубы. Цена ДУ15 обойдется в 1900 рублей ДУ32 обойдется 112*38=4256 рублей итого около 6300 по материалу плюс нужно отдать за трубогиб - нужно уточнить сколько возьмут и могут ли 38 метров согнуть за раз или придется делить на куски.

Вариант 2.  Берем трубу ДУ15 или ДУ20 с помощью роликового трубогиба сворачиваем в спираль. Далее берем стальной лист 2мм и изготавливаем для спирали чехол-кожух (своего рода бублик) это будет внешний контур для воды. Высота спирали при диаметре 50см составит около 60см.

Вариант 3. Вчера 09.11.2012г. переговоры по GEA из Латвии пришли к цене 40 тыс.рублей за испаритель и конденсатор с доставкой до г. Оренбург. Размышляя широко над ценой и имея необходимую сумму в кармане появилась идея. Теоретически можно взять два листа стали тощиной 1.5-2мм длиной 6м и шириной 25см. Складываем два листа вместе между листами прокладываем проволоку толщиной 2 мм - это образует канал теплообмена сечением 2мм*25мм. Привариваем края листов и сворачиваем в рулон диаметра 30см, также прокладывая проволоку 2мм. Вначале и конце рулона привариваем трубы для фреона, а торцы рулона глушим заглушкой с приваренной трубой для воды. Надо бы рисунок.

Вариант 4. Надо взять листовой металл толщиной 1мм-1.5мм и нарубить из него пластины 50см*15см. Из этого пакета можно собрать теплообменник. На этом варианте остановимся подробнее. Чтобы пластины разделить между собой и увеличить смешивание (кавитацию) жидкостей между листами проложим оцинкованную сетку. Цинк более активный метал чем сталь, поэтому он будет защищать сталь от коррозии (ценой своего разрушения) некоторое время.
   Итак начнем рассуждения :). Надо взять стальной лист (есть в наличии куски листов от 1 мм до 2 мм). В идеале лучше взять нержавейку цена в 2.5 раза дороже зато гнить (корродировать) будет меньше, потому служить дольше. Но для первого ТН по моему сойдет, тем более что у меня есть листы черного металла. Осталось в магазине стройматериалов поискать сварную сетку (очень желательно оцинкованную) в качестве сепаратора между пластинами. с ячейкой как можно меньше, в идеале 1см на 1см и проволокой толщиной 2мм - 3мм. По различным данным нам нужно около 2 кв.м. теплообменной поверхности при пластинах 50см на 15см и количестве пластин 30 получим ориентировочную площадь 0,5*0,15*(30-2)=2,1 кв.м.

05.12.2012г. приобретен лист оцинкованный 1,25 * 2,5 м. толщиной 1,5 мм. Там же его нарубили на пластины 15см * 50 см. получилось 40 пластин. Стоимость около 2500 рублей (надо уточнить по документам), надо было взять два листа 2*1 м тогда вышло бы около 4 кв.м, а так вышло около 3 кв.м., наверно придется докупить один лист 2м * 1м (4*6=24 пластины или 13*2=26 пластин). Сначала попробую сварить там видно будет, может и не получиться как задумано.

Приобретена сетка оцинкованная сварная ячейка 25 мм *25 мм (Существует оцинкованная сетка с ячейкой 10мм на 10мм из проволоки 2мм) из проволоки 2мм общей площадью 5 кв.м. за 2800 рублей (500 руб за погонный метр наверняка с двойной наценкой :). Еле нашел, и то в хозмаге поселковом, на вопрос где обычно оцинкованную сетку используют, ответили что для разведения цыплят из нее строят курятники(клетки для перепелок и кроликов) - век живи век учись. Нужно найти оцинкованную проволоку диаметром 3-4мм. Не могу пока найти никто не знает где такая проволока продается.  Нашел оцинкованные тяги от подвесных потолков, диаметр около 4-5 мм (стоят 21 рубль за 2м длины). Если не найду потоньше возьму их.

На рисунке оцинкованая пластина 15*50см толщиной 1.5мм, кусок сетки 25мм*25мм (проволока 2мм), два куска проволоки 3мм на ребра.


Почему оцинкованые детали? Цинк будет служить защитой от коррозии железа. Можно конечно попробовать покрыть железо например медью, но при малейших царапинах железо будет кородировать при контакте с медью. Цинк же наоборот будет кородировать вместо железа, защищая его таким образом. Сначала разрушиться цинковый слой, а затем уже начнет разрушаться железо, лет на 15 должно хватить теплообменника, а там видно будет.

Починить сварочный инвертор не получилось, драйвер ключей угробил еще 6 силовых транзисторов, наверно придется выкинуть. После 4 ремонтов уже трудно искать неполадки (тем более на этот раз вышла из строя система контроля перегрева транзисторов), да и отслужил он уже в принципе свое - 7 лет и 4 капитальных ремонта, не считая мелких. Либо новый купить, либо переменкой варить от трансформатора.

06.12.2012г. Нашел оцинкованную проволоку (проблема найти в Оренбурге) диаметром 3мм - длиной 100м за 1100 рублей. Переплатил подозреваю раза в два :).

10.12.2012г. Первая попытка сварить оцинкованные пластины, сварочник переменный ток.

К пластине прихвачена сетка и проволока по периметру.

Сварной шов - я не сварщик потому теперь уж как получиться.

Обваренная пластина со всех сторон на пластину ушло около 7 электродов 3мм. По времени ушло около 1.5 часа.

Проволоку кусать плоскогубцами тяжело, купил болторез.
















13.12.2012г. Сварил 7 пар получился теплообменник на 14 пластин около 1 кв.м. теоретического теплообмена. Сварщик из меня еще тот, то там то тут обнаруживаются непровары. Главное чтобы фреон в воду не пошел, а если наружу нестрашно мы его уж как нибудь заглушим снаружи. Самое слабое место это углы теплообменника там будут привариваться отводы, это место где фреон от воды отделен лишь сваркой, в остальных местах фреон отделен листом от воды. Утомительное занятие если ты не сварщик, много чего приходиться изучать находу.

(продолжение следует)