换热器的发展历史

板式换热器出现于20世纪20年代，用于食品工业。板式代管换热器结构紧凑，传热效果好，因此相继发展成各种形式。20世纪30年代初，瑞典首次制造出螺旋板式换热器。然后英国用铜及其合金通过钎焊制成板翅式换热器，用于飞机发动机散热。20世纪30年代末，瑞典制造了第一台板壳式换热器，用于纸浆厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的传热问题，人们开始关注由新材料制成的换热器。20世纪60年代前后，由于航天技术和前沿科学的飞速发展，迫切需要各种高效紧凑的换热器。加上冲压、钎焊和密封技术的发展，换热器的制造工艺进一步完善，从而促进了紧凑式板式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自20世纪60年代以来，典型的管壳式换热器得到了进一步发展，以满足高温高压条件下的换热和节能需要。20世纪70年代中期，为了强化传热，在热管研发的基础上创造了热管换热器。根据传热方式的不同，换热器可分为三种类型:混合式、蓄热式和隔断式。混合式换热器是通过冷热流体的直接接触和混合进行换热的换热器，也称为接触式换热器。由于两种流体混合换热后必须及时分离，这种换热器适用于气体和液体之间的换热。比如化工厂、电厂用的冷却塔，热水是从上往下喷，冷空气是从下往上吸。在水膜或填料的液滴和水滴表面，热水和冷空气相互接触进行热交换，热水被冷却，冷空气被加热，然后通过两种流体的密度差及时分离。

隔板式换热器的冷、热流体用实心隔墙隔开，通过隔墙进行换热，所以又叫表面式换热器，应用最广。

蓄热式换热器是利用冷、热流体在蓄热室中交替流过蓄热体(填料)表面，从而进行换热的换热器，如炼焦炉下的蓄热室预热空气。这种换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。

根据传热面的结构，隔板换热器可分为管式、板式和其他类型。列管式换热器以管表面为传热面，包括蛇管换热器、套管换热器和管壳式换热器。板式换热器以板为传热面，包括板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板式换热器。其他类型的热交换器是为满足一些特殊要求而设计的，如刮刀式热交换器、旋转板式热交换器和空气冷却器。

一般来说，流体在换热器中的相对流向可分为顺流和逆流两种。在顺流中，两种流体在入口处的温差最大，沿传热面逐渐减小，到出口处的温差最小。在逆流中，两种流体沿传热表面的温差是均匀的。在冷热流体进出口温度不变的条件下，当两种流体之间不发生相变时，逆流时最大平均温差在下游最小。

在相同传热量的情况下，逆流可以增加平均温差，减少换热器的传热面积。如果传热面积不变，当使用逆流时，加热或冷却流体的消耗可以减少。前者可节省设备费用，后者可节省运行费用，因此在设计或生产中应尽量采用逆流换热。

当冷热流体发生相变(沸腾或冷凝)时，由于相变时只释放或吸收汽化潜热，流体本身的温度并不发生变化，所以流体的进出口温度相等，两种流体的温差与流体流向的选择无关。除了顺流和逆流两种流向外，还有错流和折流。

在传热过程中，降低隔板换热器中的热阻以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于换热器使用时，隔墙两侧传热面上粘着的薄流体层(称为边界层)和墙两侧形成的污垢层。金属壁的热阻相对较小。增加流体的速度和扰动可以减薄边界层，降低热阻，提高传热系数。但提高流体流速会增加能耗，所以在设计中要在降低热阻和降低能耗之间进行合理的协调。为了降低污垢热阻，可以尝试延缓污垢的形成，定期清洗传热表面。

一般换热器都是由金属材料制成，其中碳钢和低合金钢多用于制造中低压换热器。不锈钢主要用于不同的耐腐蚀条件，奥氏体不锈钢也可用作耐高低温材料。铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金在高温下使用；除了制作垫片零件外，一些非金属材料也被用来制作耐腐蚀的换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器、玻璃换热器等。