Schimbătorii de căldură pentru plăci au apărut în anii 1920 și au fost aplicate în industria alimentară. Schimbătorul de căldură din tub de plăci este compact în structură și are un efect bun de transfer de căldură, astfel încât s -a dezvoltat treptat în diferite forme. La începutul anilor 1930, Suedia și -a făcut primul schimbător de căldură cu plăci în spirală. Apoi, Marea Britanie a folosit brațarea pentru fabricarea unui schimbător de căldură cu farfurie din cupru și materiale din aliaj pentru disiparea căldurii a motoarelor aeronave. La sfârșitul anilor 1930, Suedia a produs primul schimbător de căldură pentru placă și coajă pentru utilizare în fabricile de celuloză. În această perioadă, pentru a rezolva problema de transfer de căldură a mass -media extrem de corozive, oamenii au început să acorde atenție schimbătorilor de căldură realizate din materiale noi.
În jurul anilor 1960, datorită dezvoltării rapide a tehnologiei spațiale și a științei de ultimă oră, a existat o nevoie urgentă de diverse schimbătoare de căldură eficiente și compacte. În plus, dezvoltarea tehnologiilor de ștampilare, brațare și etanșare a îmbunătățit în continuare procesul de fabricație al schimbătorilor de căldură, promovând astfel dezvoltarea viguroasă și aplicarea pe scară largă a schimbătorilor de căldură cu plăci compacte. În plus, începând cu anii 1960, schimbătoarele de căldură tipice de coajă și tub au fost dezvoltate în continuare pentru a răspunde nevoilor transferului de căldură și conservării energiei în condiții de temperatură ridicată și de presiune. În mijlocul -1970 s, pentru a îmbunătăți transferul de căldură, schimbătoarele de căldură de căldură au fost create pe baza cercetării și dezvoltării conductelor de căldură.
Schimbătorii de căldură pot fi clasificate în trei tipuri pe baza metodelor lor de transfer de căldură: hibrid, depozitarea căldurii și tipul de partiție.
Un schimbător de căldură hibrid este un schimbător de căldură care schimbă căldura prin contactul direct și amestecarea lichidelor reci și calde, cunoscute și sub denumirea de schimbător de căldură de contact. Datorită necesității unei separații la timp după schimbul de căldură între două fluide, acest tip de schimbător de căldură este potrivit pentru schimbul de căldură între gaz și lichide lichide. De exemplu, în turnurile de răcire utilizate în plante chimice și centrale electrice, apa caldă este pulverizată de sus în jos, în timp ce aerul rece este aspirat de jos în sus. La suprafața filmului de apă sau a picăturilor și a picăturilor de apă din materialul de umplere, apa caldă și aerul rece vin în contact între ele pentru schimbul de căldură. Apa caldă este răcită și aerul rece este încălzit, iar apoi separarea în timp util este obținută prin diferența de densitate dintre cele două fluide în sine.
Schimbătorul de căldură regenerativă este un schimbător de căldură care folosește un flux alternativ de lichide reci și calde pe suprafața corpului de depozitare a căldurii (ambalarea) în camera de depozitare a căldurii pentru a schimba căldură, cum ar fi camera de depozitare a căldurii de sub cuptorul de cocs pentru preîncălzirea aerului. Acest tip de schimbător de căldură este utilizat în principal pentru recuperarea și utilizarea căldurii gazelor de evacuare la temperatură ridicată. Echipamente similare concepute în scopul recuperării capacității de răcire se numește dispozitiv de depozitare la rece, care este utilizat în mod obișnuit în unitățile de separare a aerului.
Un schimbător de căldură de tip perete este un tip de schimbător de căldură în care lichidele reci și calde sunt separate de pereți solizi și căldura este schimbată prin pereți. Prin urmare, este cunoscut și ca un schimbător de căldură de suprafață, iar acest tip de schimbător de căldură este utilizat pe scară largă.
Schimbătorii de căldură inter -perete pot fi clasificate în tipul tubului, tipul plăcii și alte tipuri pe baza structurii suprafeței de transfer de căldură. Schimbătorii de căldură a tuburilor folosesc suprafața tuburilor ca suprafață de transfer de căldură, inclusiv schimbătoare de căldură serpentină, schimbătoare de căldură înrudit și schimbătoare de căldură a cochiliei și tubului; Schimbătorii de căldură a suprafeței plăcii folosesc suprafața plăcii ca suprafață de transfer de căldură, inclusiv schimbătoare de căldură a plăcilor, schimbătoare de căldură cu plăci în spirală, schimbătoare de căldură a plăcilor, schimbătoare de căldură a plăcilor și schimbătoare de căldură a plăcilor de plăci; Alte tipuri de schimbătoare de căldură sunt concepute pentru a satisface anumite cerințe speciale, cum ar fi schimbătoarele de căldură de suprafață răzuită, schimbătoarele de căldură cu disc rotativ și răcitoarele de aer.
Direcția relativă a fluxului de lichid într -un schimbător de căldură include, în general, două tipuri: CO cu curent și curent. Când curge în aval, diferența de temperatură dintre cele două fluide la intrare este cea mai mare și scade treptat de -a lungul suprafeței de transfer de căldură, atingând diferența minimă de temperatură la ieșire. Când curgeți invers, distribuția diferenței de temperatură între cele două fluide de -a lungul suprafeței de transfer de căldură este relativ uniformă. În condiția de intrare constantă și temperaturi de ieșire ale fluidelor reci și calde, atunci când nu există nicio schimbare de fază în ambele fluide, diferența medie de temperatură între amonte și în aval este maximă și minimă.
În aceleași condiții de transfer de căldură, utilizarea Controflow poate crește diferența medie de temperatură și poate reduce suprafața de transfer de căldură a schimbătorului de căldură; Dacă zona de transfer de căldură rămâne neschimbată, utilizarea Controflow poate reduce consumul de lichid de încălzire sau de răcire. Primul poate economisi costuri de echipament, în timp ce al doilea poate economisi costuri de operare, astfel încât schimbul de căldură cu curent ar trebui adoptat pe cât posibil în proiectarea sau utilizarea producției.
Când există o schimbare de fază (fierbere sau condensare) în oricare sau ambele fluide reci și calde, temperatura fluidului în sine rămâne neschimbată din cauza eliberării sau absorbției căldurii latente de vaporizare în timpul schimbării fazei. Prin urmare, temperaturile de intrare și de ieșire ale fluidului sunt egale, iar diferența de temperatură dintre cele două fluide este independentă de direcția de curgere a fluidului. În plus față de cele două tipuri de flux exterior, și anume fluxul înainte și fluxul invers, există și direcții precum fluxul încrucișat și devierea.
Reducerea rezistenței termice în schimbătorul de căldură inter -perete în timpul transferului de căldură este o problemă importantă pentru îmbunătățirea coeficientului de transfer de căldură. Rezistența termică provine în principal din stratul subțire de fluid (numit strat de graniță) aderat pe suprafața de transfer de căldură de pe ambele părți ale peretelui partiției, iar stratul de frământare format pe ambele părți ale peretelui în timpul utilizării schimbătorului de căldură. Rezistența termică a peretelui metalic este relativ mică.
Creșterea vitezei de curgere și perturbarea fluidului poate subția stratului de delimitare, poate reduce rezistența termică și poate îmbunătăți coeficientul de transfer de căldură. Cu toate acestea, creșterea debitului de fluid va crește consumul de energie, astfel încât ar trebui să se facă o coordonare rezonabilă între reducerea rezistenței termice și a consumului de energie în timpul proiectării. Pentru a reduce rezistența termică a murdăriei, se pot depune eforturi pentru a încetini formarea murdăriei și a curăța regulat suprafața de transfer de căldură.
În general, schimbătoarele de căldură sunt fabricate din materiale metalice, printre care oțelul carbon și oțelul cu aliaj scăzut sunt utilizate în mare parte pentru fabricarea schimbătoarelor de căldură medii și de joasă presiune; Pe lângă faptul că este utilizat în principal pentru diferite condiții de rezistență la coroziune, oțelul inoxidabil austenitic poate fi, de asemenea, utilizat ca material rezistent la temperaturi ridicate și scăzute; Cuprul, aluminiul și aliajele lor sunt utilizate în mod obișnuit la fabricarea schimbătorilor de căldură la temperaturi scăzute; Aliajele de nichel sunt utilizate în condiții de temperatură ridicată; Pe lângă realizarea pieselor de garnitură, unele materiale nemetalice au fost utilizate pentru a face schimbătoare de căldură rezistente la coroziune, cum ar fi schimbătoare de căldură cu grafit, schimbătoare de căldură fluoroplastică și schimbătoare de căldură din sticlă.