板翅式换热器应用研究

2010-09-06新乡职业技术学院张爱民

河南科技 2010年16期

关键词：空分翅片钎焊

新乡职业技术学院张爱民

板翅式换热器应用研究

新乡职业技术学院张爱民

随着我国机械、化工产业的发展，板翅式换热器制造技术日渐成熟并得到了广泛的推广和应用，进入批量生产阶段。有必要对板翅式换热器的发展状况、结构特点、适用范围等做一个全面的了解，以更好地应用。

板翅式换热器翅片流道通道

一、概述

板翅式换热器是由隔板、翅片、封条、导流片、封头、接口等组成的一种换热设备，它通过隔板和封条将流体分割为内外两个通道，通过隔板把热量从一种介质传递给另一种介质，以达到对其中一种流体加热或降温的目的。

20世纪90年代，板翅式换热器制造技术日渐成熟，换热器的可靠性、散热性能及使用寿命都大大提高，进入批量生产应用阶段，并逐渐从航空、空分、石化等传统领域向汽车、工程机械等领域扩展。

二、板翅式换热器结构组成

板翅式换热器是由芯体配以封头、接管和支撑等组成。

在板翅式换热器相邻两隔板之间放置翅片、导流片和封条组成的夹层就是通道，如下图所示即为芯体的三个通道。将一定数量的通道按一定方式排列在一起的组件，就是板束。

将多个板束根据流体的不同流动形式叠置起来钎焊即构成成芯体，如下图示。

翅片是板翅式换热器的基本元件，传热过程主要通过翅片热传导及翅片与流体之间的对流换热来完成。翅片的作用是：①扩大传热面积，提高紧凑性。翅片可看做是隔板的延伸和扩展。②提高传热效力。由于翅片的分割，流体在通道中形成强烈的扰动，使边界层不断地破裂和再生，从而有效地降低热阻，提高传热效率。③提高换热器的强度和承压能力。由于翅片的支撑加固作用，使得芯体更加牢固，能够承受很大的的压力。

隔板的作用是分割形成通道，承受压力，同时起一次传热表面的作用。隔板是两面涂覆铝硅合金的复合板，隔板与翅片及封条之间的钎焊就是依靠铝硅合金做钎料，钎焊成牢固整体的。

封条位于通道的四周，起分割、封闭流道、加强的作用。

导流片位于流道的两端，作用是引导由进口管经封头流入板束的流体，使其均匀的分布于流道中，还有保护翅片，避免通道堵塞的作用。

三、板翅式换热器的特点

由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，使换热器具有较大的传热系数；而且隔板、翅片的厚度很薄，具有高导热性，所以板翅式换热器具有很高的传热效率。

板翅式换热器具有扩展的二次表面，比表面积可达6000m2/ m3，单位体积容纳的换热面积大。由于铝的比重是铜的比重的32.7%，同等体积的铝质板翅式换热器的重量是铜质的1/3左右，而其传热面积却是铜质的数倍，铝质单位体积容纳的换热面积更大。

板翅式换热器广泛用于气-气、气-液、液-液等多种流体间的换热。通过流道的布置和组合能够适应逆流、顺流、多股流、叉流等不同的换热工况。通过单元间的串、并联组合能满足石化、空分等设备的换热需要。可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩大互换性与适用性。

换热器制造工艺要求严格，钎焊工艺复杂，材料、模具及真空钎焊设备的制造、研究和开发费用高。换热器易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修困难。只能用于传热介质比较洁净、无腐蚀、不易结垢、沉积、堵塞的场合。其使用温度一般不大于300℃，使用压力不大于3Mpa，以保证换热器运行的可靠性和安全性。

四、板翅式换热器的结构设计

1. 流道布置。

板翅式换热器可通过流道的不同组合，布置成逆流、顺流、多股流、叉流等型式（如下图示）。

逆流是用得最普遍的流道布置型式,它能够实现两种流体的充分热交换；顺流一般用在有效温差不明显低于逆流，或一侧流体的温度变化不大于冷热流体最大温差一半的场合；多股流用于多种流体同时进行换热，多用于石化、空分设备等压力相差悬殊的流体间的换热。叉流是一种常见的换热器流到布置型式，它便于充分利用空间，合理布置各进出接管。

应尽可能做到局部热负荷平衡，沿换热器横向各通道的热负荷在尽可能小的范围内达到平衡，以减小过剩热负荷的传导距离，使同一横截面的壁面温度尽可能接近；通道分配应使各个通道的长度基本相近；并使流体均布，使同一股流体的各个通道阻力基本相同；通道排列应避免温度交叉，减小热量内耗；通道排列原则上对称，以便于制造和安装。

大型板翅式换热器需要通过许多单元板束的串并、联组合，以克服单元尺寸不能做得太大的工艺问题。在单元组合中，关键是使流体在单元板束中均匀分配，各单元流体阻力基本相同，各工艺管道在布置与组合时匹配得当。

2. 翅片的选择。

翅片是板翅式换热器的重要散热元件和支撑元件，它直接影响到换热器的散热效果、流体阻力及结构强度。常用的翅片型式主要有平直型、锯齿形型、多孔型和波纹型，如下图所示。