Теплообменник, любое из нескольких устройств, передающих тепло от горячей жидкости к холодной. Во многих инженерных приложениях желательно повысить температуру одной жидкости и одновременно охладить другую. Это двойное действие экономически выгодно осуществлять с помощью теплообменника. Среди его применений — охлаждение одной нефтяной фракции при нагревании другой, охлаждение воздуха или других газов водой между стадиями сжатия, а также предварительный подогрев воздуха для горения, подаваемого в топку котла, использующего горячие дымовые газы в качестве теплоносителя. Другие области применения включают передачу тепла от металлов к воде на атомных электростанциях и извлечение тепловой энергии из выхлопных газов газовой турбины путем передачи тепла сжатому воздуху на пути к камерам сгорания. Теплообменники широко используются на электростанциях, работающих на ископаемом топливе и атомных электростанциях, в газовых турбинах, в системах отопления и кондиционирования воздуха, в холодильной и химической промышленности. Устройствам дают разные названия, когда они служат для особых целей. Так, котлы, испарители, перегреватели, конденсаторы и охладители могут считаться теплообменниками.
Теплообменники производятся с различными схемами движения потока и в различных конструкциях. Возможно, самым простым является концентрический трубчатый или двухтрубный теплообменник, показанный на рис. 1, в котором одна труба помещается внутри другой. Для двух жидкостей предусмотрены входной и выходной каналы. На рисунке холодная жидкость течет по внутренней трубе, а теплая — в том же направлении через кольцевое пространство между внешней и внутренней трубами. Такое расположение потоков называется параллельным. Тепло передается от теплой жидкости через стенку внутренней трубки (так называемую поверхность нагрева) к холодной жидкости. Теплообменник может работать и в противотоке, когда две жидкости текут параллельно, но в противоположных направлениях. Концентрические трубчатые теплообменники строятся несколькими способами, например, в виде змеевика или прямых секций, расположенных рядом и соединенных последовательно.
Наиболее распространенным типом теплообменника является кожухотрубный, показанный на рисунке 2. В нем используется пучок трубок, по которым течет одна из жидкостей. Эти трубки заключены в кожух, в котором предусмотрены отверстия для протекания другой жидкости через межтрубное пространство. В большинстве конструкций этого типа свободная жидкость течет примерно перпендикулярно трубкам, содержащим другую жидкость, что называется перекрестным обменом. В ядерных реакторах вместо трубок могут использоваться топливные стержни, а охлаждающая жидкость, протекающая вокруг стержней, отводит тепло, выделяемое в процессе деления.
