二十世紀(jì)20年代最早出現(xiàn)了板式換熱器,并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器,結(jié)構(gòu)緊湊,傳熱效果好,因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初,瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器,用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末,瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器,用于紙漿工廠。在此期間,為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題,人們對新型材料制成的換熱器開始注意。
60年代左右,由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展,迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器,再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展,換熱器制造工藝得到進一步完善,從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外,自60年代開始,為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要,典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展。70年代中期,為了強化傳熱,在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。
說完了換熱器的發(fā)展歷史,也來說說近年國外換熱器技術(shù)的發(fā)展趨勢。
對國外換熱器市場的調(diào)查表明,管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升,但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展,其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。
而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。現(xiàn)就幾種新型換熱器的特點簡介如下:一、氣動噴涂翅片管換熱器俄羅斯提出了一種先進方法,即氣動噴涂法,來提高翅片表面的性能。其實質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。用該方法不僅可噴涂金屬,還能噴涂合金和陶瓷(金屬陶瓷混合物),從而得到各種不同性能的表面。
通常在實踐中翅片底面接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。為了評估翅片底面接觸阻力對翅片效率的影響,特對氣動噴涂翅片管換熱器元件進行了試驗研究。試驗證明,氣動噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實質(zhì)性影響。因而氣動噴涂法不但可用于成型,還可用來將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上,也可用來對普通翅片的底面進行補充加固??梢灶A(yù)計,氣動噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中,將會得到廣泛應(yīng)用。
二、螺旋折流板換熱器
在管殼式換熱器中,殼程通常是一個薄弱環(huán)節(jié)。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng)(Z字形流道),這樣會導(dǎo)致較大的死角和相對高的返混。為此,美國提出了一種新方案,即建議采用螺旋狀折流板。這種設(shè)計的先進性已為流體動力學(xué)研究和傳熱試驗結(jié)果所證實,此設(shè)計已獲得專利權(quán)。此種結(jié)構(gòu)克服了普通折流板的主要缺點。螺旋折流板的設(shè)計原理很簡單:將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統(tǒng)”中,每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一,其傾角朝向換熱器的軸線,即與換熱器軸線保持一定傾斜度。相鄰折流板的周邊相接,與外圓處成連續(xù)螺旋狀。折流板的軸向重疊,如欲縮小支持管子的跨度,也可得到雙螺旋設(shè)計。
螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對寬的工藝條件。此種設(shè)計具有很大的靈活性,可針對不同操作條件,選取最佳的螺旋角;可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋折流板結(jié)構(gòu)。
三、新型麻花管換熱器
瑞典Alares公司開發(fā)了一種扁管換熱器,通常稱為麻花管換熱器。
美國休斯頓的布朗公司做了改進。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個工序。改進后的麻花管換熱器同傳統(tǒng)的管殼式換熱器一樣簡單,但有許多激動人心的進步,它獲得了如下的技術(shù)經(jīng)濟效益:改進了傳熱,減少了結(jié)垢,真正的逆流,降低了成本,無振動,節(jié)省了空間,無折流元件。
該換熱器嚴(yán)格按照ASME標(biāo)準(zhǔn)制造。凡是用管殼式換熱器和傳統(tǒng)裝置之處均可用此種換熱器取代。