《机械工程名词 第五分册》第一版。 2100433B

进、排风通过多层平行相间的通道进行间接换热的热回收器。

板式换热器主要原理是利用强流空气与液膜之间的蒸发换热强化传热，板式换热器主要分为平板式换热器以及波纹板换热器。相比较传统的换热器，板式换热器有以下优点。首先，板式换热器能节约能源，蒸发式换热器不仅结合了传统板式换热器以及空冷式换热器，在一定程度上减少了水泵的输入功率，而且它内部的水温基本接近于湿球的温度，比传统的换热器低了不少。其次它还能节约水资源，传统的换热器对水的利用率不高，但是蒸发式换热器对水的利用率很高，经计算，蒸发式换热器的用水量为传统换热器的 5%~15%。此外，蒸发换热器不仅安装维护简单，而且运行成本较传统的换热器更低，并不需要安装冷却塔。除了以上特点之外，蒸发式换热器还有环保、排量小、占地面积小、节约整体成本等优点，所以在工业生产中被广泛使用。文献 主要采用了计算机数值模拟的方法对板式换热器降膜蒸发换热过程进行模拟，对影响板式蒸发换热器换热性能的各项因素进行了研究，并且为板式换热器的结构设计和优化运行提供了相关的指导，为全面提升板式蒸发换热器的理论和技术水平奠定基础。

蒸发式冷凝器是一种高效换热器，具有能耗低、耗水量小、运行费用低、投资少等优点。蒸发式冷凝器消耗的水量只占水冷式冷凝器的5%～10%，耗电量占40%。此外，其冷凝温度比风冷式冷凝器低8～11℃，比水冷式冷凝器低4～10℃，可以保持在35～37℃以下。蒸发式冷凝器与风冷式相比，压缩机动力消耗可节约30%以上；与水冷式相比，压缩机动力消耗可节约10%以上。蒸发式冷凝器循环水量只占水冷式的30%～60%。鉴于板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等优点，文献 实验采用板式换热器，对喷淋蒸发板式冷凝器的传热性能进行理论分析与实验研究，建立其特性实验系统和模型，着重研究蒸发式冷凝器板外水和空气侧的传热性能，并得出适合喷淋蒸发板式冷凝器的计算关联式，以指导该冷凝器的设计计算和热阻分析。研究表明：湿球温度、板片间距、喷水量和风量均是影响喷淋蒸发板式冷凝器传热性能的主要因素。

板式换热器是以板壁为换热壁的换热器，常见的有片式换热器、螺旋板式换热器、旋转刮板式换热器以及夹套式换热器等。

换热设备片式

片式换热器是一种新型高效换热器，早在20世纪20年代就在食品工业中应用。由于它有许多独特的优点，所以在乳品工业、果汁工业以及其他液体食品生产中用做高温短时(HTST)杀菌设备，也用于液体食品的冷却和真空浓缩。这种换热器从20世纪50年代起逐渐扩展到石油化工等部门，近十余年来发展很快。

片式换热器具有许多优点，远非其他换热器所能比拟，主要优点有：

① 传热效率高： 由于板间空隙小，冷热流体均能获得较高的流速，且由于板上的凹凸沟纹，流体通过就形成急剧湍流，故其传热系数较高。板间流动的临界雷诺数为180～ 200。一般使用的线速度为0.5m/s，Re数为5000左右，表面传热系数为5800W/m·K，故适于快速冷却和加热。

② 结构紧凑： 在较小的工作空间内可容纳较大的传热面积，这是片式热交换器的显著特点之一。片式热交换器单位体积内可提供的传热面积为250～1500m/m，这是任何其他换热器所不及的，例如，列管式换热器只有40～150m/m。

③ 操作灵活： 当生产上要求改变工艺条件或生产能力时，可任意增加或减少板片数目，以满足生产工艺的要求。另外在同一台设备上还可任意分段成为预热、加热、冷却和热量回收等的组合。

④ 适于热敏产品： 热敏食品以快速薄层通过时，不至于有过热现象。

⑤ 卫生条件可靠： 由于密封结构保证两流体不相混合，同时拆卸装配简单易行，且又便于清洗，故可保证良好的食品卫生条件。

由于上述优点，片式换热器在食品工业上应用极为广泛，特别是用于乳品和蛋品的高温短时杀菌和超高温杀菌，用于果汁和饮料的加热、杀菌和冷却，用于麦芽汁和啤酒的冷却和杀菌。

片式换热器最主要的缺点有：

① 密封周边长，需要较多的密封垫圈，且垫圈需要经常检修清洗，所以易于损坏。

② 不耐高压，且流体流过换热器后压力损失较大。

片式换热器由许多薄的金属型板平行排列而成。型板(传热板)由水压机冲压成型。它悬挂于导杆上，其前端有固定板，旋紧后支架上的压紧螺杆可使压紧板与各传热板叠合在一起。板与板之间在板的四周上有橡胶垫圈，以保证密封并使两板间有一定间隙。调节垫圈的厚度可调节板间流道的大小。每块板的四个角上，各开一孔，借圆环垫圈的密封作用，使四个孔中只有两个孔可与板面一侧的流道相通，另两个孔与另一侧的流道相通。这样，冷流体和热流体就在薄板的两侧交替流动，进行换热。

金属传热板是片式换热器的主要组件，决定了换热器的性能和造价。目前工业中应用了多种类型的传热板，其结构形式和性能均有较大差别，主要有如下几种：

(1) 平行波纹板： 金属板波纹是水平的平行波纹。流体垂直流过波纹时，形成了水平的薄膜波纹。由于流体流动，其方向和流速多次变动，形成强烈湍流，表面传热系数增大。其传热系数可比管式换热器大四倍。此外，由于板面凹凸不平，传热面也增大了。平行波纹板还可以有多种形状。波纹板的间距一般为3～6mm，流体流过的速度为0.3～ 0.8m/s。为了防止因薄板两侧压差造成薄板变形，压板表面上经一定间隔加装凸起，以增加支点，保证板的刚度和板间距。

(2)交叉波纹板： 波纹不是水平的，而与水平方向成一角度，相邻两板的波纹方向正好相反。因此，两块板叠在一起时，波纹就成点状接触。这样可以增加板的强度，保持板间距离。当流体通过这样的通道时，流速时大时小。流过点状接触部分时，忽散忽聚，引起剧烈的扰动，从而提高了换热系数。与平行波纹板相比，当流速只有平行波纹板的一半时，即0.25～0.3m/s左右时，传热系数即可相同。其缺点是制造技术要求高，两板叠合，公差不能太大，否则将影响传热。

(3) 半球形板： 在传热板上压出半球形凸起。相邻两块传热板的半球形凸起相互错开，起支点的作用，承受两侧的压力差，保证板的刚度和板间距。板间距一般为6～8mm。这种板形适用于黏性较大的流体。在半球形板上，由于许多球形凸起的存在，促使流体形成剧烈的湍流，流向不断发生急剧变化，成为网状的流型。故这种板属于所谓的网流板。

换热设备螺旋板式

螺旋板式换热器是用两张平行的薄钢板卷制成具有两条螺旋通道的螺旋体后，再加上端盖和连接管而制成的。螺旋通道之间用许多定距支撑，以保证通道间距，增加钢板强度。冷热流体在两个互不相混的通道内相互以逆流方式流动并通过钢板传热。

螺旋板式设备的主要优点为：

① 结构紧凑，体积小，重量轻，金属消耗量小：其单位传热面所占有的体积比列管式小好几倍。例如一台传热面积达100m的螺旋板式换热器，其直径仅1.3m，高1.4m。

② 效率高： 由于流体在通道内流动时，在离心力的作用下，因此在低雷诺数下即可得到湍流，并且在设计中，允许液体流速较高(液体≤2m/s)，又保证逆流操作，故传热效率很高。

③ 有“自洁作用”： 通道不易堵塞，适于处理含固体颗粒或纤维的料液以及其他高黏度液体。其“自洁作用”表现为;若通道局部为污物所堵，因截面积减小，局部流速增大，因而对沉积物起着冲刷作用。这点与列管式换热器的管内流动截然相反。

螺旋板式换热器的缺点为：

① 不易检修，钢板如有漏泄，要拆开修理较为困难;

② 所能承受的压力不高;

③ 流动阻力和动力消耗较大。

换热设备旋转刮板式

这类换热器的原理是被加热或冷却的料液从传热面一侧流过，由刮板在靠近传热面处连续不断地运动使料液成薄膜状流动，故亦可称之为刮板薄膜换热器或刮面式换热器。

刮板的作用不仅在于提高换热器的传热系数，而且还可以增强乳化、混合和增塑等作用。

这种换热器是由内表面磨光的中空圆筒和带有刮板的内转筒以及外圆筒所构成。内转筒与中间圆筒内表面之间狭窄的环形空间即为被处理料液的通道，料液由一端进入，从另一端排出。内转筒转速约为500r/min，由金属或适宜的塑料制成的刮刀以松式连接固定在内转筒上。转动时，刮刀在离心力作用下贴紧传热面，从而使传热面不断地刮清露出。刀刃必须经常打磨，以保持平直锋利。

中间圆筒的外部是夹套，夹套内流入加热介质或冷却剂。用液体冷却剂时，传热面两侧流体的流向应以逆向为好。

旋转刮板式换热器可以单独使用，也可以若干个串联使用，并配以料泵向换热器送料。这种换热器操作时的可变参数是料液流量、刮板转速。在加热(或冷却)剂温度一定的条件下，调节料液流量可得到所要求的温度。这种换热器的优点是传热系数高，拆装清洗方便，又是完全密闭的设备。缺点是功率消耗大。

旋转刮板式换热器在食品工业中特别适合于人造奶油、冰淇淋等的制造，因为这些制品要求快速冷却的同时，又要求强烈的搅拌。

换热设备夹套式换热器

在食品工厂中使用的夹层锅、冷热缸和加热桶等都属于夹套式换热器。这种换热器有多种型式和用途。有常压式、低压或加压式，有的配有搅拌桨以加速换热。搅拌桨的类型有叶轮式、螺旋桨式、锚式和桨式等。容器有直立圆筒形或圆球形。通过夹套进行加热或冷却。

搅拌的目的是为了增加对流换热。搅拌桨类型的选择取决于产品的黏度。螺旋桨式搅拌桨用于黏度高达2Pa·s的产品，搅拌桨的直径大约为桶径的三分之一。叶轮式搅拌桨一般使用的直径也是桶径的三分之一，但使用黏度高达50Pa·s。桨式搅拌桨使用直径较大，可以达到桶径的二分之一到三分之二，能使用于黏度达1000Pa·s的产品。对于更高黏度的产品，要使用锚式搅拌桨。