Виготовлення теплообмінника для буржуйки

Як розвинути теплообмінник печі? Який теплоносій кращий – рідина чи повітря? Який основний принцип роботи будь-якого теплообмінника? З цієї статті ви дізнаєтесь, як із підручного матеріалу самостійно створити повноцінний котел для водяного опалення.

Створення викиду теплової енергії. Це і є спалювання палива, у якому відбувається термохімічна реакція із тепла.
Теплообмін. На цьому етапі теплова енергія, прагнучи рівноваги, переходить від надлишкового стану до стабільного. Простіше кажучи, тепло передається від розігрітого носія до охолодженого.
Перенесення. Агент (рідина або повітря) переносить теплову енергію до споживача (радіатор), який знаходиться у віддаленому від реактора місці. Безперервна циркуляція агента в замкнутій системі забезпечує повернення до реактора в охолодженому стані, потім цикл повторюється.
Тепловіддача. Споживач (по суті, теплообмінник) рахунок властивостей теплопровідності віддає теплову енергію навколишньому середовищу (повітря), вирівнюючи її температуру.

Результат процесу в пункті 1 передбачимо - за розміром топки, її типу та палива ми можемо судити про режим роботи, потужність і продуктивність реактора. Але без ефективного теплообміну (пункт 2) більша частина енергії виявиться надмірною і буде видалена разом з первинним носієм у вигляді розпеченого газу. Простіше кажучи — вилетить у трубу у буквальному значенні слова. Щоб цього не сталося, потрібно правильно підібрати та організувати теплообмінник.

Різноманітність властивостей різних матеріалів та середовищ дає широкі можливості вибору, але ми зупинимося на найдоступніших – повітря та рідина.

Теплообмінник вирішує лише одне, але ключове завдання - охолодження первинного теплоносія. Строго кажучи, вінє системою охолодження реактора. Вирішальний чинник ефективності його роботи - теплоємність та теплопровідність середовища (агента). Як відомо, вода та повітря мають взаємовиключні властивості, але при цьому виконують одну роботу. Неможливо оскаржити переважаючі фізичні властивості рідини, яка щільніша за повітря. Однак вона вимагає влаштування замкнутої герметичної системи, без чого повітря цілком може обійтися.

Повітряний теплообмінник

У випадку, коли первинним теплообмінником служить топка (сталеві буржуйки, печі тривалого горіння - ПДГ, печі на відпрацьованому маслі - ПОМ), можна вжити таких заходів для підвищення ефективності "сухої" тепловіддачі.

Наскрізні вертикальні та горизонтальні прямі канали (труби)

Сталеві труби наварюються прямо на топку. Краще встановлювати їх вертикально – це покращить прохідність повітря. Підходить за наявності підручного матеріалу - обрізків труб (форма перерізу не має значення). Діаметр 50-200 мм. Оригінальним рішенням топки зваритиме стінки з рівних відрізків труби.

Вигнуті та закруглені канали

Ідеальний варіант - "обвернути" в 1-2 витка всю топку. Для цього знадобиться навичка і час, але ефект буде набагато вищим, ніж від простих прямих каналів. Чим більша різниця рівнів забору та виходу повітря, тим краще працюватиме канал. Якщо вивести паркан на вулицю, ефект буде максимальним, тому що при розігрітій топці рахунок різниці температур виникне тяга, яка забезпечить постійний потік в «автоматичному» режимі.

Лабіринти з перебірками в ємності

Для реалізації такого теплообмінника потрібно влаштувати на верхній стінці додатковий сталевий короб заввишки близько 100 мм та товстими стінками. У цьому коробі слід розмістити сталеві 5-8 мм.перебирання таким чином, щоб вийшов "лабіринт". На початку і наприкінці його повинні розташовуватися вхідні отвори під переріз повітроводу. Зверху лабіринт також накривається кришкою. У цьому варіанті теплообмінником служить простір між стінкою топки та стінками короба. Такі теплообмінники можна влаштувати на бічних стінках сталевого реактора.

Наскрізні канали в реакторі, інтегровані в топку

Такі канали закладаються у проект під час створення печі, потім вварюються у стінки. Вони можуть бути розташовані поряд у верхній частині топки. Діаметр від 50 мм.

У будь-якому з видів ВТ використовується явище конвекції*, однак у більшості випадків через високу температуру в реакторі природного руху повітря недостатньо і його примусово нагнітають — вентиляторами. Цей спосіб ще називають інжектування.

* Конвекція - спосіб передачі тепла потоками або струменями.

Інжектування можна проводити будь-яким доступним способом - вбудовуючи повітряний насос у канал або просто спрямовуючи його на теплообмінник. «Сухі» теплообмінники – найпростіші та найдоступніші пристрої опалення.

Переваги повітряних теплообмінників:

Не потрібна герметичність з'єднань.
Може працювати без інжекторів.
Простота монтажу та доступність підручного матеріалу.

Недоліки повітряних теплообмінників (ТО):

Потрібний значний (від 100 мм) діаметр повітроводу.
Низька теплоємність середовища (повітря).
Мінімальна дальність перенесення температури.

Рідинний теплообмінник

Будь-яка рідина значно перевершує атмосферне повітря теплоємністю, а значить, здатна перенести тепло на набагато більшу відстань від реактора. При цьому вона потребує себебільшої уваги – герметичність усієї системи (крім гравітаційної). Також відмінною властивістю є більша маса, а це означає, що ефект природної конвекції можливий лише при значному діаметрі каналу (від 75 мм), або потрібний інжектор - нагнітач середовища.

Усі рідинні теплообмінники можна умовно поділити на два типи - ємнісні та магістральні.

Ємнісні ТО, або теплообмінні баки, є ємністю, інтегровані в реактор. В інших випадках реактор може бути інтегрований у ємність. Теплообмін проводиться в рідкому середовищі, яке знаходиться в баку. Він (бак) має канали подачі (у верхній частині) та «обратки» (у нижній). При діаметрі труб менше 75 мм обов'язково наявність нагнітача на «зворотку», інакше температурне розширення не зможе проштовхнути воду каналом.

Інший тип рідинного ТО виконаний у вигляді циліндричного бака з прямим наскрізним каналом усередині. Канал може виконувати функцію димаря і в багатьох випадках такий бак встановлюють прямо на буржуйку. Вода в ньому знімає температуру відпрацьованих газів та переносить її за допомогою примусової циркуляції. Такий ТО ще називають трубним казаном.

Описаний принцип є основою для всіх сучасних видів котлів, що працюють на спалюванні палива. У сучасному виконанні вони є основою замкнутої герметичної системи з трубами малого діаметра (16–32 мм) та радіаторами. Робота такої системи не можлива без електрики для насоса. Проте є варіант, у якому вода циркулює під впливом гравітації. У цьому випадку теплообмінником є суцільна сталева труба, заповнена водою. Ця труба закольцована з котлом і завжди розташована під ухилом, що дозволяє воді самопливом проходити шлях від подачі до «обратки».

Магістральні ТО абозмійовики являють собою суцільну трубку 16-25 мм значної довжини (від 15 м), обгорнуту навколо реактора, димоходу або теплообмінного бака з водою. Постійна циркуляція води трубкою дозволяє агенту (воді) набирати максимальну температуру до 120 °С. Такий ефект уможливлює пристрій парового опалення. Однак він вимагає термоізоляції для того, щоб утримати температуру.

Щоб зібрати такий котел, нам знадобиться таке:

Дві бочки або бочкоподібні баки з різницею діаметрів 50-100 мм і різницею по висоті від 100 мм.
Суцільна мідна трубка 16 мм – 50 м.
Шамотна глина.
Вібратор.
Циркуляційний насос.
Матеріал для встановлення котла - ніжки, дверцята, димохід і т.д.

Намотуємо мідну трубку на бочку малого діаметра

Увага! Намотуйте обережно, щоб не деформувати трубку.

Виводимо кінці на бік дна бочки з торця.
Прорізаємо у великій бочці отвори під висновки подачі та «обратки».
Встановлюємо малу бочку з трубками у велику.
Зміцнюємо булаву вібратора на стінці великої бочки.
Заливаємо пазуху рідким розчином шамотної глини, періодично вмикаючи вібратор.
Усередині малої бочки влаштовуємо камін (при горизонтальному розташуванні) або поршневу ПДГ типу «Бубафоня» (при вертикальному розташуванні).

Ще одна цікава ідея – симбіоз кам'яної печі та рідинного котла.

Відео: водяний контур у цегляній печі

В цьому випадку з труб 75-85 мм вариться об'ємний герметичний регістр у формі куба або складової фігури (куб + трикутник). На вигляд вона нагадує будинок з двосхилим дахом. Регістр також має подачу та «зворотку». Вся конструкція встановлюється на фундамент таобкладається шамотною цеглою.

Це найважчий варіант. Він буде рентабельним у разі вільного доступу до матеріалу та можливості транспортування виробу. Вага регістру складає 200-300 кг.

Теплообмінник може мати довільну конструкцію - необхідно тільки дотриматися основного його принципу - передача тепла від реактора до скупчення або потоку агента. Потім агент розносить тепло споживачам. Форма, розміри та особливості цього елемента визначаються лише вашими потребами та фантазією.