По принципу действия криогенный теплообменники можно подразделить на две основные группы:
1) регенераторы − аппараты, в которых теплообменивающиеся потоки попеременно омывают одну и ту же поверхность и массу, аккумулирующую и отдающую теплоту; условия теплообмена в таких аппаратах нестационарны;
2) рекуператоры − аппараты, в которых теплообменивающиеся потоки разделены поверхностью теплообмена; тепловой поток обычно постояннен и перпендикулярен движению теплоносителя, условия теплообмена чаще всего стационарны.
Наибольшее применение нашли регенераторы в воздухоразделительных установках (ВРУ). В ВРУ регенераторы предназначены для охлаждения сжатого воздуха до температуры насыщения и одновременной его сушки и очистки от двуокиси углерода и других примесей, вымерзающих из воздуха на теплообменной поверхности. Регенераторы работают в режиме полной самоочистки. Обратный поток газа во время так называемого «холодного дутья» полностью сублимирует, десорбирует и выносит из регенератора все примеси, осевшие на поверхности насадки.
По конструкции регенераторы отличаются видом используемой в них насадки, а именно различают регенераторы с алюминиевой гофрированной насадкой (рис. 37) и регенераторы с базальтовой насадкой.
Рис. 37. Регенератор с алюминиевой дисковой насадкой:
1, 4, 6 − решетки верхняя, средняя и нижняя; 2 − насадка алюминиевая; 3 − корпус;
5 − насадка каменная; 7 − опорное кольцо; 8 − шпилька нажимная
Регенераторы с алюминиевой насадкой состоят из рядов дисков, скрученных из гофрированных алюминиевых лент. Такой диск называется галетой (рис. 38). Насадка, состоящая из уложенных друг на друга дисков, разделяется на три зоны: верхнюю, среднюю, нижнюю. В верхней (теплой) зоне регенератора установлены диски с большим относительным свободным объемом, в нижней (холодной) зоне регенератора установлены диски с наименьшим свободным объемом. Гофрированная лента в дисках уложена таким образом, что образуются каналы для прохода воздуха.
У регенераторов с базальтовой насадкой конструкция несколько сложнее: для улучшения прохода воздуха внутри корпуса размещают ряды трубок, а в межтрубное пространство засыпают базальтовую крошку размером зерен 8¸12 мм.
Рис. 38. Диск насадки (галета), свернутый из двух алюминиевых
гофрированных лент с прорезями
Расход энергии при использовании регенераторов, как правило, несколько выше (5−8 %), чем, если бы в установках использовались теплообменники рекуперативного типа, однако конструктивная и технологическая простота, большой ресурс работы, высокая надежность, особенно в условиях сильно загрязненного воздуха, вытеснили другие теплообменники в воздухоразделительных установках средней и крупной производительности.
Конструкции теплообменников рекуперативного типа мало отличаются от теплообменников, используемых в холодильной технике.
Виды теплообменников представлены на рис 39.
Рис. 39. Принципиальные схемы теплообменников,
применяемых в криогенных системах:
а − труба в трубе; б − пучок труб в трубе; в − из спаянных трубок; г − прямотрубный
с сегментными перегородками; д − прямотрубный без перегородок; е − витой;
ж – пластинчато-ребристый; з − матричный
