摘要：板式换热器的广泛应用，使我国板式换热器行业迅速发展起来，与发达国家相比我国的板式换热器在设计方面存在较大的差距。为了改善我国板式换热器在设计方面存在的缺陷，本文针对板式换热器的特点进行了详细的叙述，同时对板式换热器进行了优化设计，使得板式换热器发挥最优的效果。
关键词：板式换热器；特点；优化设计；展望
引言
板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道，通过板片进行热量交换，它与常规的壳管式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多，在适用范围内有取代壳管式换热器的趋势。国外自20世纪60年代开始，板式换热器的应用已非常普遍。国内对板式换热器的应用远不及国外，这与人们对板式换热器的了解程度、使用习惯及国内产品的水平有关。20世纪70年代，我国板式换热器大多用在食品、轻工、机械等部门；20世纪80年代初期，扩大到民用建筑的集中供热；20世纪80年代中期，随着高层建筑集中空调的增多和空调制冷设备产品的更新换代，板式换热器在空调制冷领域里的应用已名列前茅。近年来，板式换热器技术日益成熟，其传热效率高、体积小、重量轻、污垢系数低、拆卸方便、板片品种多、适用范围广，在供热行业得到了广泛应用。
1 板式换热器的特点
1.1 技术特点
20世纪90年代板式换热器技术的主要特点有：第一，板式换热器单元和单片面积大型化。第二，采用垫片无胶连接技术，使板式换热器安装和维护的时间节约80％。第三，由一种规格的板片设计两种不同波形夹角，以满足有不同压力降要求的场合，从而扩大了应用范围。
第四，板片材料多样化，已使用了不锈钢、高铬镍合金、蒙乃尔哈氏合金等，还推出了石墨式换热器。
1.2 结构特点
板式热交换器主要由传热板片、密封垫圈、压紧装置及其他一些部件（如轴、接管等）组成，传热板片是板式换热器的关键元件，常用的有以下几种：人字形板、水平平直波纹板、锯齿形板；密封垫圈是板式换热器的一个关键的零件，是为了防止流体的外漏和两流体之间内漏，它安装于密封槽中，运行中承受压力和温度，而且受着工作流体的侵蚀；压紧装置包括固定与活动的压紧板、压紧螺栓，它用于将垫圈压紧，产生足够的密封力，使热交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来产生压紧力。
2 板式换热器概述
2.1 主要优点分析
第一，板式换热器在换热器领域属于体积最小的种类，因此其内部的结构极为细小和精密，对生产水平要求很高。
第二，为了提高换热器的工作效率，在工作过程中此类型的换热器利用垫片体系实现工作内空间与大气空间的阻隔。
第三，半焊式与可拆式板式换热器拥有比较强的适应功能。
第四，因为它具备较高的导热参数、优越的流量比特点，不但是反向流动的，还可筛选较低的导热温差，所以热回收率较高。
第五，如果有比较低的雷诺数，在板片间流动的介质很容易构成涡流，由于板片的摩擦系数较少，污垢极少在其上面形成，所以导热效率较高。
第六，精密的结构保证了其高效的使用效果，更小的体积提高了其在建筑领域的使用范围，并且能够有效的控制施工与后期维护成本。
2.2 当前存在的缺陷分析
首先，板式换热器本身的性能很优越，但是工作性能本身受到外界环境的影响很大，以垫片为例，不同垫片对温度的敏感性不同，就导致板式换热器对温度的敏感性差异，耐热性高的垫片能够更好的适应高温环境需要，但是耐热性高的垫片本身弹性性能不高，使得板式换热器能够承受的工作压力较低。
其次，板式换热器依赖于垫片体系来实现封闭性环境，因此垫片压力很难实现绝对性的密封，换热器本身工作压力上限值较低。
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第三，因为板式换热器板间通路不太宽，一般是3mm-5mm，当换热介质中有一些较大的纤维物质或固体颗粒时，就会将板间通路堵住，所以，极易堵住通路的介质换热不适用于板式换热器，在此种状况下，需要运用再生冷凝体系，或者将过滤器安置于入口处。
3 板式换热器的优化设计
3.1 常规设计
板式换热器设计中的最关键点就是运算，其中包含压力及传热运算这两项关键内容。板式换热器设计的运算有别于传统意义上的管壳式换热器。它不必专门设计某些构部件，通常只要不超出压力极限就行，在设计进程中也不需要校正强度。它仅仅需要的是高效组合板片，要对其展开压降和传热运算，来求出所需的板片数量及整体传热面积。
具体的分析与计算时，考虑到压降和热传导性能的紧密关系，所以重点采集的数据为进出口的温度和流体情况，在进行设计时涉及到的主要参数为导热面积、型号、规格等，具体计算时，还要采集如下详实的资料：
第一，适合换热器原材料的温度范围与承压的上限等；
第二，常规工作环境中的各种参数采集，关于设计与性能的参数都进行采集，并采用定期采集和随机采集两种方法收集数据；
第三，利用不同的方式来制作能够体现传热器性能的图文资料；对设计的参数进行计算验证时，需要具体的选择换热器的型号和材质，然后在具体换热器的参照下进行相关参数的运算与验证，并分析运行状态下的各种参数对设备的影响，探讨是否符合设计的预期和使用的需求。如果参数的计算结果超出了预计值和设备使用的承载上限，那么必须重新选取参数和型号，再次利用具体的换热器进行计算验证，通过后方可投入生产。
3.2 优化设计
所谓的改良设计就是以板式换热器具备一些要求为准，有几个或一个比较理想的参数。改良设计就是以最优秀的数学理论为基础，在计算机技术的推动下获得了长足的进步，通过电脑将理想的预案给设计出来，它是电脑辅助设计的一项中心技术与主要分支。通常要将设计划分为以下几步：
第一，目标的明确：目标在实际问题产生变动的情况下所产生的改变，可是，一般来讲，换热器的改良设计目标通常是经济性。
第二，决策变量的明确：以使目标函数获得最小值或者是最大值。
第三，制约条件的明确：制约条件可分为不等式制约条件与等式制约条件。在一些特殊的情况以下，可以产生不存有制约的最优化状况。
第四，准确描述换执器里的进程关系式，以获得既定的输入及输出。所有的改良设计应当以一系列相关联的几何物理量为基础。所以要求设计的类型不相同，或许这些量就会不同，可是，无论怎样的改良设计，都要划分为未给定量及给定量。应当在设计时要选择最优未给定量，进而让目标函数达到最为理想值。
第五，通过优化变量体系与改进约束体系来实现整体性能的提升，这在理论层面主要是对各类关系的梳理和整体性的结构优化，从而实现更为精准的约束条件设置，降低外部因素对其性能的影响，实现外部对其性能的需求。
第六，依靠最先进的数学办法，在电脑上展开智能化的设计，以获得最优的解。在展开改良设计时，有很多的目标函数可供参考使用，将其划分为以下几类：不光可以对一台换热器展开最优化的核算与设定，在特殊的情况下，还能改良运算并对换热器体系进行经济评估。对正在使用或原先的换热器，将最为经济的余热回收与操纵环境运算出来。对达到某个共同目标的新换热器获得维护、操作、折旧、投资等费用最为实惠的换热器材料，构造和型式。在进行计算的时候，应当符合约束条件，比如结构大小的制约，压降或者是流速的制约等。
如果目标函数是换热器的耗资，所有的板片能够结合经验，基本上能够获得下面的。在雷诺数改变的影响下，所有板片的耗资都会发展改变，然而终究有一个最优的雷诺数，这样，在这个雷诺数之下运转工作流体是最为经济的，耗资最少。
4 结语
随着板式换热器在我国的不断发展，在各行各业的应用日益广泛，因为其具有成本低廉的优势，使得换热器有了更近一步的优势来迎合市场的步伐，并在以后的市场中占据一席之地。
参考文献：
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论文作者:林幸雄
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/6
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