Konceptet og driften af en skal- og rørvarmeveksler er ret enkel og er baseret på strømning og termisk kontakt mellem to væsker. Navnet på en skal- og rørvarmeveksler tjener som en forklaring på processen, som er udvekslingen af temperatur mellem to væsker. I en varmeveksler vil en opvarmet eller varm væske strømme rundt om en kold væske og overføre varme i den kolde væskes strømningsretning.
I enhver situation, hvor to stykker materiale kommer i kontakt, vil der være en udveksling eller overførsel af varme gennem en ledende overflade. Processen med en skal- og rørvarmeveksler giver et sted for to væsker til at udveksle eller overføre varme gennem ledende metaller.
I skal- og rørvarmevekslerprocessen strømmer en væske gennem rørene, mens den anden væske strømmer gennem skallen. I nedenstående diagram, som er af en lige rørskal og rørvarmeveksler, er skalindløbet for skalvæskens indgang øverst med indløbet til rørvæsken nederst til højre.
En skal- og rørvarmeveksler har to rum eller sektioner: skalsiden og rørsiden. Når du arbejder med en skal- og rørvarmeveksler, er det vigtigt at beslutte, på hvilken side den varme væske skal ind, og på hvilken den kolde væske skal ind; denne beslutning omtales som flydende allokering.
Når der er en forskel i tryk mellem væskerne, kommer væsken med lavere tryk ind gennem skalindløbet, da rørene er designet til at håndtere højt tryk.
Skalside
Når man skal bestemme væskeflow for skalsiden, er det vigtigt at vide, at skallen er dyrere at fremstille end rørene, og den er sværere at rengøre. Skalsiden har bafler, der leder væskestrømmen hen over rørbundterne.
Viskøse væsker og væsker med høj strømningshastighed behandles gennem skalsiden, hvor der er øget turbulens og en øget overførselskoefficient, der fører til forbedret varmeoverførsel. Store temperaturændringer udføres normalt på skalsiden.
Rørside
En nødvendighed på rørsiden er at skabe turbulent flow; dette opnås ved at installere turbulatorer inde i rørene gennem hullerne i rørpladen. Ligesom turbulensen i skallen øger turbulensen i rørene varmeoverførselskapaciteten. En sekundær funktion af turbulatorerne er at holde indersiden af rørene rene og ubesmittede. Rør har lavere turbulens og trykfald og giver et strømlinet flow.
Beståer
Skal- og rørvarmevekslere kan have en, to, fire, seks eller otte gennemløb, som er skrevet 1-1, 1-2, 1-4 og så videre. Det første tal er antallet af skaller. Det andet tal er antallet af gennemløb. Antallet af passager er antallet af gange, væsken passerer gennem væsken i skallen. I en enkelt passage varmeveksler går væsken gennem skallen én gang. Efterhånden som antallet af passager stiger, øges varmeoverførselskoefficienten.
En fungerende skal- og rørvarmeveksler
Som det kan ses på grafikken, kommer kold væske ind gennem røret eller skalindløbet og opvarmes ved ledende opvarmning i rørene; den afslutter derefter behandlet. Billedet nedenfor er en to-pass shell og rør varmeveksler.
Turbulent flow i en skal- og rørvarmeveksler øger varmeoverførselshastigheden og undgår tilsmudsning i rørene og skalvæggene. Det konstante turbulente flow har en selvrensende effekt, der sikrer kontinuerlig og optimal ydeevne. Baffler, der leder strømmen i skallen, skaber dens turbulens, mens turbulatorer installeret i rørene skaber dens turbulens.
Varmevekslingsprocessen lettes af termisk kontakt mellem de to væsker indeholdt i skallen og rørene. En af væskerne efterlader køligere, mens den anden efterlader varmere eller varm.