【原】【HETA】作为空调人 你不得不学习的换热器最新技术

热交换器不仅在制冷空调领域大量应用，还被更广泛地应用于其它通用热工设备，比如能源动力、炼油和石化等工业生产过程。纵观不同领域换热器的发展，可相互借鉴，促进行业发展。节能、高参数化、紧凑化、运行长、周期化与高安全可靠性是热交换器在这些行业发展的主导方向。下面从强化传热技术发展、各种热交换器的发展历程以及技术发展趋势上进行扼要分析。

一、强化传热技术发展

强化传热是以改善传热性能为目标的技术领域。传热强化技术最早可以追溯到19世纪60年代，相关研究开始推进，有关文献大量发表，相关专利积极申请；到了70年代，因世界能源危机，传热强化技术的研究和应用开始蓬勃发展。

强化传热方法繁多，在无源技术、有源技术和复合强化技术上都得到了不同拓展。

分类	强化技术	具体方法
无源技术	处理表面	换热表面处理成多孔表面或锯齿形表面
	粗糙表面	表面粗糙元的微观结构几何尺寸比处理表面大但与通道的尺寸相比还是微小的
	扩展表面	翅片几何尺寸比粗糙元要大的多，目的是增大换热面积
	扰流元件	流动通道中放置扰流物，加强流体混合
	旋流元件	流动通道中放置扭曲带、螺旋叶片等，使层流流动
	螺旋管	弯曲或扭曲流动通道本身，促使流体产生二次流动
	表面张力器	换热表面的某些特殊结构
	添加物	流体中加入特殊的添加物
有源技术	机械搅动	各种型式的搅拌釜，促使流体产生旋转
	表面振动	电力振动器或者技术传动偏心装置
	流体振动	脉动阀门或空气脉动器
	电磁场	在交流或直流的强电（磁）场影响下，改变流体的运动规律
	喷注或抽吸	在传热壁面上喷注或抽吸流体
	射流冲击	通过圆形或狭缝型喷嘴直接将流体喷射到传热表面
复合强化	两种或两种以上的强化技术混合

各种具体强化技术都有对应的强化机理，随着对强化机理认识的深入，对传热规律的了解也进一步加强。当问题本身遵循的规律比较清楚后，建立的数学模型也比较准确。由于数值模拟的优越性，数值传热学得到越来越广泛的应用。

二、各种热交换器发展历程

（1）管壳式热交换器是最典型的热交换器，至今仍占据主导地位。其发展主要是支撑形式的发展，从板式支撑到折流杆式支撑，再到空心环支撑，最后发展到管子的自支撑。壳程给热系数不断提高、压降不断下降，传热综合性能得到很大的提升。

管壳式热交换器

（2）空冷式热交换器是利用空气作为冷却介质冷却工艺工质的设备。基本发展过程经历了干空冷-湿式空冷-蒸发空冷-板式空冷的历程。

空冷式热交换器

（3）板式热交换器于1923年APV公司成功设计了第一台工业板式换热器。随着人字形波纹板片的开发，板片刚度增加，换热性能改善，工作压力达到了2.5MPa以上。合成橡胶技术发展，工作温度提高到了180℃甚至更高。焊接式研发成功，在制冷空调领域得到大量使用。

板式热交换器（焊接式）

（4）螺旋板热交换器由瑞典的罗森布拉德公司于1930年首创，主要应用于烧碱厂中的电解液加热和浓碱液冷却，应用量逐年增加。

螺旋板热交换器

（5）板翅式热交换器具有结构紧凑、重量轻和传热效率高的优点。在大、中型空气分离设备上得到迅速推广。

 板翅式热交换器

三、热交换器技术发展趋势

（1）大型化

随着石油、化工、冶金、电力等高耗能行业单套装置大型化的发展以及节能减排需求提升，对大型换热设备的需求进一步增加。比如，国产单台管壳式热交换器最大换热面积超过13000㎡，直径达到5m；国产板式换热器单板制造面积为3.65㎡，单台换热面积为2500㎡。

（2）微型化

随着高新技术的发展和研究工作深入，微型换热器的应用领域也越来越广泛。印刷电路板式热交换器，最高设计压力60MPa，最高设计温度900℃，传热面积密度可达到2500m²/m³。微尺度热交换器在航天航空、制冷低温、微纳电机领域应用广泛，无相变传热系数10-15MW/m²K，有相变传热系数30-35MW/m²K。

（3）热交换器传热面积密度（m²/m³）

（4）高参数化

随着发电、石油、化工等过程工业向高温、高压和大型化发展，对设备的安全可靠性也提出更高要求，工艺条件更苛刻。产品向高参数方向发展。目前能达到的参数如下：

（5）节能环保

热交换器的能效评价目前是世界工业界的难题之一，区域界定复杂，影响因素众多。目前，我国已经完成板式热交换器能效评价，空冷器等在研究制定中。