新型高效换热器发展现状和研究方向

胡开丰

摘 要：近年来，换热器在石油、化工、制药等领域得到了广泛的应用，在国内外能源危机严峻的今天，现代化的新工艺、新材料、新技术的发展是必然的发展趋势。强化传热技术等新技术为能源的开发和高效利用发挥重要的作用，换热器是众多行业中应用广泛的单元设备，与国外发达国家相比，我国新型换热器的开发较为落后，因此，如何将强工艺技术的研究，提升我国换热器技术水平是值得研究的问题。本文主要探讨了新型高效换热器发展现状，并对未来的发展趋势和研究方向做出了简单论述。

关键词：新型；高效换热器；现状；研究方向

上世纪七十年代的世界性能源危机为传热强化技术的发展起了重要的推动作用，多年来，高效换热器的开发和研究始终是人们关注的课题。在经济高速发展的今天，能源和环境问题日益严峻，换热器在趋于大型化的同时，向低温差设计和低压损失设计方向发展，新型高效换热器的研究和开发已经成为国内外关注的问题。

1.国内外几种新型高效换热器

1.1板式换热器

板式换热器以其轻便、小巧、效率高、易清洗等优点在食品、化工、医药等行业的应用十分广泛，随着技术的不断创新，板式换热器的结构得到了不断的改进，性能大大提高，传热系数高达3500-7500w/m2·k；换热器逐渐向单片面积大型化发展，换热面积不断增大；通过设计不同的板片波形角，扩大了板式换热器的应用范围；用于制作板片的材料多样化，许多新型材料如高铬镍合金、蒙乃尔、哈氏合金等都可用于制作板片。

1.2 Packinox换热器

Packinox换热器由法国Donges炼油厂投入运行，它属于板式换热器的一种，主要由压力容器外壳和传热板束两部分组成，其所有部件都是焊接而成但是不存在密封圈。操作过程的介质压力由Packinox换热器的容器外壳承受，板间交叉波纹顶端触点用来支撑冷热介质的压力差。换热过程中，处于湍流状态的流体在保持高的传热效率和高剪切力同时，又可以有效阻止板面上污垢的形成。

1.3螺旋折流板换热器

螺旋折流板换热器是由美国ABB公司提出并研发而成的，所用材料一般为碳钢、不锈钢、钛和钛合金等，国外螺旋折流板换热器结构多位为可拆式，我国螺旋折流板换热器多设计成不可拆式。它是在螺旋折流系统中安装圆截面的特制板，两端通道端面密封不用圆钢结构，相邻折流板周边相连接，与外圆形成连续螺旋状，壳程流体的流动方向与折流板间存在一定的夹角，因而壳程流体做螺旋运动。

1.4焊接式板式换热器

焊接式板式换热器可以摆脱由于垫片材料耐温、耐腐蚀、耐压方面的限制。焊接式板式换热器可分为全焊式和半焊式，它以焊接结构代替了橡胶垫密封。德国和日本合作研制而成的BAV.MRIA混合焊接板式换热器操作压力高达6MPa，而且其具有较大的换热面积。

1.5块式换热器

块式换热器最早源于德国的Hoeehst Ceram公司，块式换热器的块式元件是由极薄的片状材料层叠在一起，再通过热导率极高的陶瓷材料将其烧结成一个整体。此种换热器具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀等优点，在超高温和强腐蚀环境下工作，而且可以在冷却攻击的情况下进行操作，因而塊式换热器具有广泛的应用空间和良好的发展前景。

1.6整体翅片式换热器

将整体翅片固定于管束上作为翅片式换热器芯子，多应用在空调、制冷汽车的整体翅片换热器、散热器。由于锡焊和钎焊价格昂贵，所以通常用套胀代替，通过一定的手段将其与管板连接在一起形成管内流道，在管外空间可采用金属焊接形成密封管道。翅片分为多种类型，平直翅片、波纹翅片及间断式翅片是较为常用的翅片。为了增大翅片与管子之间的接触面积，利用冲压模具在翅片上冲制出单翻边或双翻边的翅片孔，使翅片间留有一定的间距。此外，要注意控制好双翻边的刚度，以免在胀管时出现胀裂情况。

2.新型高效换热器未来的发展趋势和研究方向

2.1计算流体力学（CFD）和模型化设计的应用

计算机软硬件的迅速发展，为计算流体力学（CFD）和模型化设计的应用奠定了技术基础。为了更好的分析研究换热器热气流，可对换热器中复杂的流动过程进行定量的仿真模仿，此外还可以实现分子水平的辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟，未来致力于对细微机理的模拟和理解。CFD是换热器性能检验和评价的有效方法，今后的换热器模型设计中，CFD分析结果和模型试验数据将作为换热器精确设计的依据。

2.2非金属材料的应用

与金属材料相比，非金属材料在换热器中的应用具有一定的优越性，也是未来的发展方向。例如石墨的导电、导热性能优越，而且化学稳定性抢，具备良好的机械加工性；氟塑料成本较低，具有极强的抗腐蚀性；陶瓷材料耐高温、抗腐蚀，例如复合材料陶瓷玻璃，以其优越的性能已经用于制作换热产品

2.3用于整体装置设计的数据库技术

以往的整体装置设计是通过设计说明书互相联系完成的，为了简化设计过程，用于整体装置的数据库技术逐渐发展起来，使原本复杂的任务变得简单易行。数据库系统可以将不同类型的设计应用软件形成一个有机的整体，在得到设计数据之前，设计者只需要在应用软件中输入相关参数即可，得到的数据会反馈到数据库中。未来的整体装置设计中，手工计算设计方法必将会被数据库技术所取代。

2.4换热器强化传热技术的发展

换热器强化传热技术的发展为换热器性能的改进和提升做出了重要贡献，此项技术增强了换热器的环保效果，有利于能源的开发和高效利用。未来的换热器强化传热技术必将向壳程传热强化与强化传热管优化组合方向发展。

2.5传热促进技术的发展

低翅片管、空管、带齿管的普遍应用推动了传热促进技术的新发展，在对流、凝缩、沸腾热传导的促进技术中产生广受瞩目的EHD效果，在绝缘性优越的流体气液界面上，如果外加高电压的电极接近时，液体被电极吸引，由于气液界面的不安定，所以液柱在液面上产生突起现象，此技术能够通过适当调节附加能量来控制促进量。

3.结束语

高效、低耗、性能优越的新型换热器是推进我国节能事业发展的主要动力，在我国，新型高效换热器的实际推广和应用水平与国外发达国家存在一定的差距，因此需要在制造工艺方面加大研究力度，不断探索新技术和新产品，努力赶上国际先进水平。

参考文献：

[1]刘明.新型换热器技术进展及其应用[J].山西能源与节能，2004，33（3）：31～33.

[2]矫明，徐宏，等.新型高效换热器发展现状及研究方向[J].化工设计通讯，2007，（33）3.