Helikoidinen lämmönvaihdin on lämmönvaihtimien luokka , jonka erottuva piirre on väliaineen suuri kulkunopeus. Toimintaperiaatteen mukaan ne jaetaan kolmeen ryhmään: nopeat putki putkessa -lämmönvaihtimet, nopeat vaippa-putkilämmönvaihtimet ja tehostetut lämmönvaihtimet. Ammattiympäristössä käytetään myös nimeä nopea lämmönvaihdin . Kaikki helikoidilämmönvaihtimet ovat pohjimmiltaan rekuperaattoreita, koska lämpöä siirtyy lämmönsiirrosta toiseen jatkuvasti seinän läpi.
Se on yksinkertaisin lämmönvaihdin, joka kootaan usein käsityönä improvisoiduista materiaaleista (kaksi halkaisijaltaan erilaista putkea asetettuna toisiinsa). Kaikki putki putkessa -lämmönvaihtimet ovat nopeita esteiden puuttumisen ja tämän seurauksena alhaisen hydraulisen vastuksen vuoksi [1] [2] .
Tällaisen laitteen toimintaperiaate koostuu korkeapaineisen jäähdytysaineen johtamisesta sisäputken läpi, kun taas lämmitetty väliaine kulkee ulkoputken läpi [ 2] .
Tämäntyyppinen lämmönvaihdin koostuu kolmesta osasta: rungosta (kotelosta), putkinipusta ja ohjauslevyistä. Putkinippu hitsataan putkilevyjen läpi kotelon päihin. Suurin ero tavanomaisiin vaippa-putkilaitteisiin on väliseinien läsnäolo, jotka lisäävät jäähdytysnesteen nopeutta [3] .
Tämä on lämmönvaihdin, joka on nippu korroosionkestävästä materiaalista (ruostumattomasta teräksestä tai titaanista) valmistettuja profiloituja putkia, jotka on kiinnitetty spiraalisaumaiseen runkoon ja jonka seinien läpi lämpö siirtyy lämpöväliaineen virtauksesta lämmitetyn virtaus. Putkilla on helikoidiprofiili . Suurin ero tämän mallin lämmönvaihtimien välillä on juuri putkien profiloidussa lämmönvaihtopinnassa. Tämän suunnittelun perusteet kehitettiin jo Neuvostoliiton aikoina [4] .
Nopeiden lämmönvaihtimien toimintaperiaate perustuu ilmiöön , jossa lämmönvaihto voimistuu liikkuvien lämmönsiirtovirtojen välillä niiden samanaikaisen pyörteen aikana. Nopeiden virtausten pyörittäminen johtaa niiden hydraulisen tilan muutokseen, lisää liikkeen kineettistä energiaa, luo turbulenssia ja kerrosten ylimääräistä sekoittumista lämmönsiirtoaineiden sisällä, mikä johtaa lämmönsiirtoindikaattoreiden optimaalisiin arvoihin. Virran pyörreliikkeeseen liittyy laitteiston hydraulisen vastuksen lasku ja lämmityspintojen itsepuhdistuva vaikutus kerrostumista [5] [6] .
Putkitilan läpi kulkevan väliaineen virtauksen pyörittäminen tapahtuu muuttamalla putkien profiilia ( helikoidipinta ). Rengasmaisen tilan läpi kulkevan väliaineen virtauksen pyörteily tapahtuu rungon spiraalisauman ja putkinipun putkien epäsäännöllisen sijoittelun vuoksi [7] [8] [9] .
Virtausten kiertämistoiminnon lisäksi putkien ja rungon ruuvikomponentit ovat eräänlaisia rakenteellisia jäykisteitä. Mahdollisuus käyttää teräslevyä putkinipun rungon ja putkien valmistuksessa johtaa laitteen painon alenemiseen. Tämä ratkaisu on epätavallinen tavanomaisten lämmönvaihtimien valmistuksessa, jotka käyttävät seinämän paksuutta parantamaan rakenteiden lujuusominaisuuksia [10] .
Putkinipun keventymisen ja tiivistymisen ansiosta polymeerimateriaaleista valmistetuissa tukielementeissä (putkilevyissä) saavutetaan suurin mahdollinen lämmönvaihtopinta nopeissa laitteissa.
Ominaisuudet Rungossa ja putkinipussa on käytetty korroosionkestäviä materiaaleja: AISI 316 ruostumatonta terästä tai titaaniseoksia. Laitteet valmistetaan yksittäisten parametrien ja toimintatapojen mukaan. Lämpöteknisten ja suunnitteluominaisuuksiensa mukaan tämän tyyppiset laitteet korvaavat tehokkaasti levy- ja kuori- ja putkilämmittimiä. Haittoja ovat suurempi herkkyys ympäristölle - väärin valituilla ominaisuuksilla tehokkuus laskee merkittävästi [11] .