Wymienniki ciepła mają coraz szersze zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Są one stosowane głównie do ogrzewania i chłodzenia wnętrz, w klimatyzatorach, elektrowniach, fabrykach chemicznych, w przemyśle petrochemicznym czy naftowym. W zależności od typu i zastosowania urządzania wykorzystuje się do ich budowy zróżnicowane rury.

Konstrukcja wymienników ciepła może być różnorodna, a do jego prawidłowego zaprojektowania należy uzyskać kompletne parametry jego pracy:

• Rodzaj czynników i ich właściwości;
• Temperaturę wlotową i wylotową;
• Prędkość i wielkość przepływu;
• Maksymalne i minimalne ciśnienie;
• Opory związane osadami.

Wymienniki ciepła są zazwyczaj zbudowane z płyt lub odpowiedniej długości rur, które dzięki swoim właściwościom są dobrymi przewodnikami ciepła. Zdarza się również, że wymienniki ciepła mogą być dodatkowo wyposażone w ożebrowanie. Najczęściej stosowanymi rurami do ich budowy są rury bez szwu, duplex, żaroodporne, kwasoodporne i super duplex .

Rodzaje wymienników ciepła

Na rynku dostępne są różne rodzaje wymienników ciepła ze względu na różnorodne role oraz kryteria można wyróżnić:

• Ze względu na sposób działania: rekuperatory i regeneratory;
• Ze względu na procesy przekazywania ciepła: bezpośrednie i pośrednie
• Ze względu na geometrie konstrukcji: rurowe i płytowe;
• Ze względu na mechanizmy przekazywania ciepła: jednofazowe lub dwufazowe;
• Ze względu na układ przepływu: współprądowe, przeciwprądowe i krzyżowe.

W rekuperatorze czyli wymienniku powierzchniowym zachodzi przenikanie ciepła w sposób ciągły. Zarówno czynnik oddający, jak i absorbujący, płynie po obu stronach przegrody, a ciepło przechodzi od cieplejszego do zimniejszego czynnika. Przykładami takich urządzeń są pogrzewacze do gazu, zwane podgrzewaczami przeponowymi wykorzystywane w kopalniach gazu ziemnego. Regenerator natomiast to wymiennik ciepła ze stałym wypełnieniem, przez który płynie czynnik grzejący oddający ciepło czynnikowi wypełnienia.

W odniesieniu do procesów przekazywania ciepła wyróżniamy wymienniki bezpośredniego i pośredniego kontaktu. Przy bezpośrednich wymiennikach wymiana ciepła następuje poprzez bezpośredni kontakt między zimnym i ciepłym strumieniem. Czynnikami wymiany mogą być dwie niemieszające się ciecze, gaz i ciecz oraz ciało stałe i ciecz. Szczególnym przypadkiem są wymienniki mieszankowe, w których proces wymiany ciepła następuje poprzez bezpośredni kontakt, na skutek mieszania się czynników, choć sam proces wymiany ciepła traktowany jest jako uboczny. W pośrednich wymiennikach ciepła, wymiana energii jest wynikiem pośredniego kontaktu strumienia ciepłego i zimnego. Taki rodzaj wymiany ciepła stosowany jest w rekuperatorach i regeneratorach.

W wymiennikach ciepła zbudowanych z rur, jeden czynnik płynie wewnątrz rury, a drugi na zewnątrz. Ze względu na nieograniczoną średnicę rur, ilość, długość oraz rozmieszczenie mają one szerokie i różnorodne zastosowanie. Dzielimy je na cztery główne rodzaje: dwururowe i wielorurowe, płaszczowo-rurowe, płaszczowo-spiralne oraz płytowe. Wymienniki dwururowe są najprostszymi urządzeniami, jednak już praktycznie niestosowanymi. Są zbudowane z dwóch rur, jedna ułożona wewnątrz drugiej, oraz połączeń wlotowych i wylotowych. Wymienniki tego rodzaju ze względu na swoją budowę mają ograniczone możliwości, przekazują niewielką ilość ciepła. Wymienniki wielorurowe są zbudowane na bazie wymiennika dwururowego, a dołożone rurki wewnątrz urządzenia, zwiększając powierzchnię wymiany ciepła. Jednak ze względu na swoją duża powierzchnię oraz wysoki koszt produkcji nie są często stosowanym wymiennikiem. Najczęściej używanym wymiennikiem w instalacjach technologicznych są wymienniki płaszczowo-rurowe. Ich dużą zaletą jest fakt, iż mogą pracować praktycznie w każdych warunkach, a jedynym ograniczeniem jest materiał użyty do ich budowy. Najczęściej są to rury bez szwu, żaroodporne, kwasoodporne, duplex i super duplex. Składają się z rur umieszczonych w dużych cylindrycznych płaszczach, których oś jest równoległa do osi płaszcza. Wykorzystuje się je głównie w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, systemach hydraulicznych oraz w układach wentylacji i klimatyzacji. Znajdują również duże zastosowanie w instalacjach związanych z wydobyciem i przetwórstwem ropy i gazu. Wymienniki płaszczowo-spiralne składają się z rur zwiniętych w spirale umieszczone w płaszczu. Zazwyczaj są stosowane jako kondensatory lub wyparki w systemach chłodniczych. W wymiennikach płytowych kanały przepływowe tworzą się na skutek luźnego, pakietowego ułożenia cienkich płyt. Wymiana ciepła następuje na skutek przepływu gorącego i zimnego czynniki przez co drugą przestrzeń między płytkową. Elementy płaszcza są wykonane m.in. z odkuwek, blach lub hollow-bar.

Stosuje się również wymienniki ciepła, w których temperatura jednego czynnika jest stała, a drugi czynnik o przepływie izobarycznym przechodzi zmiany fazowe. W zależności do tego czy podczas wymiany ciepła następuje zmiana fazy czynników czy nie, wyróżniamy wymienniki jedno lub dwufazowe. Biorąc pod uwagę kierunek przepływu czynnika możemy wyróżnić wymienniki współprądowe, w których kierunki i zwroty prędkości obu czynników są zgodne, przeciwprądowe, w których prędkości przepływów są zgodne, a zwroty przeciwne oraz krzyżowe gdzie kierunki prędkości są do siebie prostopadłe.

Wymienniki ciepła znajdują coraz szersze zastosowania w różnych gałęziach przemysłu. Stosowanie nowoczesnych systemów, nowych technologii i rozwiązań, czynią z nich aparaty o ogromnych powierzchniach grzewczych, przy jednoczesnej ekonomicznej i kompaktowej budowie.