一、换热器定义及应用领域
换热器（亦称为热交换器或热交换设备）是一种使不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要。同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、制冷、制药、食品、汽车、水处理、化工、石油等近30多种产业，相互形成产业链条。
二、换热分类
间壁式：间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。按照换热面的形式，间壁式换热器又可细分为夹套式、管式、板式、翅片式和热管。间壁式换热器是目前应用最为广泛的换热器。
混合式：直接接触式换热器又被称为混合式换热器，这种换热器是两种流体直接接触，彼此混合进行换热的设备例如，冷水塔、气体冷凝器等。
蓄热式：蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
图1 间壁式换热器分类
三、间壁式换热器介绍
1、管式换热器-沉浸蛇管：这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中,蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小.为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。常用于高压流体冷却、反应器的传热元件，容器加热。
2、管式换热器-喷淋式：这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多.另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用。因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。用于高温、高压、小流量流体和所需传热面积不大的场合。
3、管式换热器-套管式：套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成.在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大.另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点。在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。
4、管式换热器-翅片管式：翅片式散热器是气体与液体热交换器中使用最为广泛的一种换热设备。它通过在普通的基管上加装翅片来达到强化传热的目的。基管可以用钢管；不锈钢管；铜管等。翅片也可以用钢带；不锈钢带，铜带，铝带等。作为一种紧凑式换热器,在制冷行业具有广泛的应用。随着空调与制冷行业的技术发展,以及环保法规的进一步严格控制,对换热单元自身换热性能的要求更加严格,以弥补替代制冷剂性能低下。因此,换热器结构(换热管和翅片类型)以及相关换热器成形工艺是影响换热性能的重要因素,对于提高换热器的整体换热性能具有重要的意义。
5、管式换热器-列管-固定管板式：这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。
一般壳程压强超过0.6MPa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶解清洗,管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。
6、管式换热器-列管-浮头式：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。
7、管式换热器-列管-U管式：U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要应用 清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。
8、热管换热器：热管是由一根抽除不凝性气体的密封金属管内充以一定量的某种工作液体而成。工作液体在热端吸收热量而沸腾汽化，产生的蒸汽流至冷端冷凝放出潜热，冷凝液回至热端，再次沸腾汽化。如此反复循环，热量不断从热端传至冷端。
优点是结构简单，使用寿命长，工作可靠；具有极高的导热性、良好的等温性；冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。只能应用于重力场中，而不能用于空间（无重力场）。只能将热管的下部作为加热段，而上部作为冷凝段；主要用于传热，不能用于均温；可以作为热二极管。
9、板式换热器-夹套式：在容器外壁安装夹套制成，夹套与容器之间形成的空间作为加热介质或冷却介质的通路。但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高。为提高传热系数且使容器内液体受热均匀，可在容器内安装搅拌器。当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数。优点是结构简单、加工方便。缺点是传热面积小，传热效率低。夹套换热器是一种常见的传热装置，广泛应用于化工、制药、食品等领域。
10、板式换热器-平板式：板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它是由具有一定波纹形状的一系列金属片叠装而成的一种新型高效换热器。
板式换热器的结构原理：可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。常应用于钢铁、制糖、发酵、暖通、污水、食品等领域。
11、板式换热器-螺旋板式：螺旋板式是一种新型换热器，传热效率好，运行稳定性高，可多台共同工作。传热效率高，运行可靠性强，阻力小。但螺旋板式换热器要求焊接质量高，检修比较困难。重量大，刚性差，螺旋板式换热器运输和安装时应特别注意。螺旋板式换热器具有体积小、设备紧凑、传热效率高、金属耗量少的优点，适用干液-液、气一液、气一气对流传热，蒸汽冷凝和液体蒸发传热，化工、石油、医药、机械、电力、环保、节能及需要热量转换等工业。
12、板式换热器-板翅式：板翅式换热器的结构形式很多，但基本元件相同，即在两块平行的薄金属板之间，加入波纹状或其他形状的金属翅片，将两侧面封死，即成为一个换热基本元件。优点是传热效率高，温度控制性好；翅片很薄，结构紧凑，体积小；翅片兼具传热面和支撑作用，强度高。缺点是流道狭小，容易堵塞，且清理困难；隔板和翅片很薄，要求介质对铝不会腐蚀，若腐蚀,造成内部串漏，很难修补。过去由于制造成本较高，仅用于宇航、电子、原子能等少数部门。现已逐渐用于石油化工及其他工业部门。
四、混合式换热器
混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。
五、蓄热式换热器
由固体填充物构成的蓄热体作为传热面的。与一般间壁式换热器的区别在于换热流体不是在各自的通道内吸、放热量，而是交替地通过同一通道利用蓄热体来吸、放热量。换热分两个阶段进行：先是热介质流过蓄热体放出热量，加热蓄热体并被储蓄起来，接着是冷介质流过蓄热体吸取热量，并使蓄热体又被冷却。重复上述过程就能使换热连续进行。必须有两套并列设备或同一设备中具有两套并列蓄热体通道同时工作才行。在超过1300℃的高温下，蓄热式换热器往往是唯一可以选择的换热器类型，其优势还在于能够使用各种形状和类型的材料。
