A shell{0}}és-csöves hőcserélők széles körben használt hőcserélő eszközök az iparban és az energiaiparban. Működési elvük két folyadék közötti hőátadáson alapul, szilárd falon keresztül. Hatékony hőátadást érnek el a csöveken belüli folyadékok ellenáram-vagy kereszt-áramának és a héj-oldali folyadékoknak a felhasználásával. Robusztus felépítésüknek, alkalmazkodóképességüknek és összetett üzemi körülmények kezelésére való képességüknek köszönhetően ezek az eszközök kritikus hőcserélési feladatokat látnak el hűtő-, vegyi-, HVAC- és villamosenergia-rendszerekben.
A héj{0}}és-csöves hőcserélő magja a héjból, a csőkötegből, a csőlemezből, a terelőlemezekből és a végsapkából áll. A csőköteg több párhuzamos csőből áll, amelyek mindkét végén a csőlaphoz vannak rögzítve, így egy zárt csőcsatornát alkotnak. A héj körülveszi a csőköteget, és kialakítja a héj-oldalsó terét, amely mindkét végén a csőlaphoz és a zárókupakokhoz kapcsolódik, és egy teljes folyadékáramlási kamrát alkot. Amikor a berendezés működik, egy folyadék áramlik a csövek belsejében, az úgynevezett cső{6}}oldali folyadék; a másik folyadék a héjoldali csőköteg körül áramlik, amelyet héj-oldali folyadéknak neveznek. A hő a magas-hőmérsékletű folyadékból az alacsony{10}}hőmérsékletű folyadékba kerül a csőfalakon keresztül, elérve a fűtés vagy hűtés célját.
A hőátadás hatékonysága a folyadék áramlási állapotától és a hőmérséklet-különbségtől függ. A hőátbocsátási tényező javítása érdekében általában terelőlemezeket szerelnek fel a héj oldalára, hogy a folyadékot keresztirányban vagy ferdén irányítsák a csőkötegben, több fordulatot és több{1}}áteresztő áramlást hozva létre. Ez az áramlási minta megzavarja a lamináris határréteget, fokozza a turbulenciát, ezáltal növeli a hőcsere sebességét és egyenletesebbé teszi a hőmérséklet-eloszlást. A terelőlapok távolságát és alakját optimalizálni kell a héj-oldali áramlási sebesség, a nyomásesés és a rezgéscsillapítás követelményei alapján, hogy elkerüljük a csőkötegnek a folyadék által-indukált vibráció által okozott kifáradásos károsodását.
A hőátadás során a folyadékok a cső és a héj oldalán ellenáramú, egy-áramú vagy kereszt{2}}áramú konfigurációkba rendezhetők. Az ellenáram-elrendezés lehetővé teszi, hogy a két közeg nagy átlaghőmérséklet-különbséget tartson fenn a hőcserélési folyamat során, ezáltal magasabb elméleti hőátadási hatékonyság érhető el; Az egyenáramú elrendezés nagy hőmérséklet-különbséget eredményez a bemenetnél és kis hőmérséklet-különbséget a kimenetnél, ami viszonylag alacsonyabb hőátadási hatékonyságot eredményez; A kereszt-áramlási elrendezést gyakran használják több-áteresztő szerkezetekben, hogy egyensúlyba hozza a hőmérséklet-különbség kihasználását a szerkezeti tömörséggel. A gyakorlati kivitelezésben gyakran alkalmazzák több csőjárat és több héjátmenet kombinációját, hogy növeljék a hőátadási területet korlátozott térfogaton belül, és megfeleljenek a különböző bemeneti és kimeneti hőmérsékleti követelményeknek.
A csőfal anyagának hővezető képessége közvetlenül befolyásolja a hőátadási sebességet. Ezért a megfelelő csőanyagokat, mint például a réz, rozsdamentes acél, szénacél vagy speciális ötvözetek, a közeg kémiai tulajdonságai, hőmérséklete és nyomása alapján kell kiválasztani. Ezzel egyidejűleg a folyadék áramlási sebességét ésszerű tartományon belül kell szabályozni. A túl alacsony áramlási sebesség könnyen szennyeződéshez és a hőátadás romlásához vezethet, míg a túl nagy áramlási sebesség növeli az áramlási ellenállást és az erózió veszélyét. A szennyeződésre hajlamos vagy nagy viszkozitású közegek esetében a szerkezeti kialakításban le lehet foglalni tisztítócsatornákat, vagy leválasztható csőkötegekkel lehet megkönnyíteni a szennyeződés eltávolítását és a karbantartás során a teljesítmény helyreállítását.
A héj{0}}és-csöves hőcserélők működése során figyelembe kell venni a hőtágulási különbségek hatásait is. A fix csőlemez szerkezetek alkalmasak kis hőmérséklet-különbségű körülményekre. Ha azonban nagy a hőmérséklet-különbség a cső oldala és a héj oldala között, általában úszófejes vagy U{4}}csöves kialakításokat használnak, amelyek lehetővé teszik egyes csőkötegek szabad kitágulását és összehúzódását, elkerülve a csőlap vagy csövek hőterhelés miatti károsodását.
Általában a héj{0}}és-csöves hőcserélő működési elve az, hogy a hőt a csövek belsejében lévő folyadékok és a héj oldala között a csőköteg falán keresztül továbbítsa. Ésszerű áramlási csatorna-kialakítással és terelőlemez-szerkezettel javítja a hőátadást, az anyagválasztásnál és a szerkezeti elrendezésnél figyelembe veszi a nyomásállóságot, a korrózióállóságot és a hőfeszültség-kompenzációt, ezáltal stabil és hatékony hőcserét ér el, és kielégíti a különböző ipari és energetikai területek hőkezelési igényeit.
