1）基本单元
如第2章图2.68所示，隔板、翅片及封条三部分构成了板翅式热交换器的结构基本单元。冷、热流体在相邻的基本单元体的流道中流动，通过翅片及与翅片连成一体的隔板进行热交换。因而，这样的结构基本单元体也就是进行热交换的基本单元。将许多个这样的单元体根据流体流动方式的布置叠置起来，钎焊成一体组成板翅式热交换器的板束或芯体。图3.32所示为常用的逆流、错流、错逆流板束。一般情况下，从强度、热绝缘和制造工艺等要求出发，板束顶部和底部还各留有若干层假翅片层（又称强度层或工艺层）。在板束两端配置适当的流体出入口封头，即可组成一台板翅式热交换器，如图3.33。
图3.32 不同流型的板束通道
图3.33 板翅式热交换器
1-平板；2-翅片；3-封条；4-分配段；5-导流片；6，8，9-封头；7-板束
2）翅片的作用和形式
翅片是板翅式热交换器的最基本元件。冷热流体之间的热交换大部分通过翅片，小部分直接通过隔板来进行（参阅图3.45）。正常设计中，翅片传热面积大约为热交换器总传热面积的67%～88%。翅片与隔板之间的连接均为完善的钎焊，因此大部分热量传给翅片，通过隔板并由翅片传给冷流体。由于翅片传热不像隔板那样直接传热，故翅片又有“二次表面”之称。二次传热面一般比一次传热面的传热效率低。但是如果没有这些基本的翅片就成了无波纹的最简易的平板式热交换器了。美国加利福尼亚大学和埃姆兹航空实验室分别对没有翅片和有翅片的热交换器进行试验证明，有翅片比没有翅片的热交换器体积减小了18%以上。假如设计的翅片效率最低为70%时，其重量可减少10%。翅片除承担主要的传热任务外，还起着两隔板之间的加强作用。尽管翅片和隔板材料都很薄，但由此构成的单元体的强度很高，能承受较高的压力。
翅片的型式很多，如：平直翅片、锯齿翅片、多孔翅片、波纹翅片、钉状翅片、百叶窗式翅片、片条翅片等。以下介绍其中的几种常用型式：
①平直翅片 又称光滑翅片，是最基本的一种翅片。图3.34（a）所示为其中的一种。它可由薄金属片滚轧（或冲压）而成。平直翅片的特点是有很长的带光滑壁的长方形翅片，当流体在由此形成的流道中流动时，其传热特性和流动特性与流体在长的圆管中的传热和流动特性相似。这种翅片的主要作用是扩大传热面，但对于促进流体湍动的作用很少。相对于其他翅片，它的特点是换热系数和阻力系数都比较小，所以宜用于要求较小的流体阻力而其自身传热性能又较好（如液侧或发生相变）的场合。此外，翅片的强度要高于其他类型的翅片。故在高压板翅式换热器中用得较多。
图3.34 常用翅片类型
②锯齿形翅片 它可以看作平直翅片被切成许多短小的片段，相互错开一定的间隔而形成的间断式翅片（图3.34（b））。这种翅片对促进流体的湍动，破坏热边界层十分有效。在压力损失相同的条件下，它的传热系数要比平直翅片高30%以上，故有“高效能翅片”之称。锯齿形翅片传热性能随翅片切开长度而变化，切开长度越短，其传热性能越好，但压力降增加。在传热量相同的条件下，其压力损失比相应的平直翅片小。该种翅片普遍用于需要强化传热（尤其是气侧）的场合。
③多孔翅片 它是在平直翅片上冲出许多圆孔或方孔而成的（图3.34（c））。多孔翅片开孔率一般在5%～10%之间，孔径与孔距无一定关系。孔的排列有长方形、平行四边形和正三角形三种，我国目前采用的多孔翅片，孔径为φ2.15、φ1.7，孔距为6.5mm、3.25mm，正三角形排列。翅片上的孔使传热边界层不断破裂、更新，提高了传热效率。它在雷诺数比较大的范围内（103～104）具有比平直翅片高的换热系数，但在高雷诺数范围会出现噪音和振动。翅片上开孔能使流体在翅片中分布更加均匀，这对于流体中杂质颗粒的冲刷排除是有利的。多孔翅片主要用于导流片及流体中夹杂颗粒或相变换热的场合。
④波纹翅片 它的结构示于图3.34（d）上。它是在平直翅片上压成一定的波形（如人字形，所以又称人字形翅片），使得流体在弯曲流道中不断改变流动方向，以促进流体的湍动，分离或破坏热边界层。其效果相当于翅片的折断，波纹愈密，波幅愈大，其传热性能就愈好。
我国常用的翅片有平直、多孔和锯齿形翅片三种，并用汉语拼音符号和数字统一表示翅片的型式与几何参数。如65PZ2103，则表示PZ——平直翅片，65——6.5 mm翅高，21——2.1mm节距，03——0.3mm翅厚。如是多孔形，则为DK，锯齿形则为JC，几何参数表示法相同。
3）整体结构
（1）封条
封条的作用是使流体在单元体的流道中流动而不向两侧外流。它的上下面均具有0.15mm的斜度，以便在组成板束时形成缝隙，利于钎剂渗透。它的结构形式很多，最常用的为如图3.35所示的燕尾形、燕尾槽形、矩形三种。
图3.35 封条型式
图3.36 导流片与封头
图3.37 导流片布置的几种型式
（2）导流片和封头
为了便于把流体均匀地引导到翅片的各流道中或汇集到封头中，一般在翅片的两端均设有导流片。导流片也起保护较薄的翅片在制造时不受损坏和避免通道被钎剂堵塞的作用。它的结构与多孔翅片相同，但其翅距、翅厚和小孔直径比多孔翅片大。封头的作用就是集聚流体，使板束与工艺管道连接起来。导流片与封头的示意图如图3.36。
对各种结构型式的板翅式热交换器，导流片可布置成如图3.37所示的几种型式。图中Ⅰ型主要是由于在热交换器的端部有两个以上的封头，因此要用导流片把流体引导到端部一侧的封头内。Ⅱ型布置是由于在热交换器端部有三个以上的封头，需要把一股流体引导到中间封头内。Ⅲ型布置主要是用于热交换器端部敞开或仅有一个封头的情况下。Ⅳ型是为了满足把封头布置于两侧而设计的。Ⅴ型布置是为满足管路布置需要而采用的。应注意到设置导流片并不一定能完全克服流体在流道内分配不均匀的问题，因为分配是否均匀还与流体的状态有关。
（3）隔板与盖板
隔板材料是在母体金属（铝锰金属）表面覆盖一层厚约0.1～0.4mm，含硅5%～12%的钎料合金，所以又称金属复合板，在钎焊时合金熔化而使翅片与金属平板焊接成整体。为了钎焊方便，可将钎料轧制成薄片再用机械方法布覆于铝材表面，成为一种钎焊用复合板，即双金属复合板。隔板厚度一般为1～2mm，最薄为0.36mm。板翅式热交换器板束最外侧的板称为盖板，它除承受压力外还起保护作用，所以它的厚度一般为5～6mm。它与翅片的焊接多数采用板下加焊片的方法，焊片厚度与隔板复合层相同。(www.xing528.com)
（4）流道的布置形式
按运行工况要求可将流体布置成逆流、顺流、错流、错逆流（或称多程流）和混流（或称多股流）等多种形式。
①逆流 在板翅式热交换器中实现逆流有三种型式（图3.38）。其中，逆流1、2型[图3.38（a）、（b）]为两种流体的逆流布置，而3型[图3.38（c）]为多达5种流体的逆流布置。逆流形式用得最普遍。
②顺流 如图3.39所示，这种流动形式应用得较少，主要用在加热时需要避免流体被加热（或冷却）到高（或低）于某一规定温度的场合。
图3.38 逆流布置示意图
图3.39 顺流布置示意图
图3.40 错流布置示意图
图3.41 错逆流布置示意图
③错流 如图3.40所示，也是最基本的一种布置方式。从传热上考虑这种布置并无突出优点，但它常能使热交换器布置合理而被采用。空分装置中将它用于一侧相变或温度变化很小的场合。
④错逆流 两流体在各自通道中沿翅片彼此成直角方向流动，但其中一流体是按逆流方向经过几次错流（图3.41）。采用这种形式，一般是在两种流体的换热系数相差很大的情况下，为了提高传热性能差的流体的换热系数，故将其流通截面缩小，使流速增加，从而改善传热性能，并可使热交换器的结构做得比较紧凑。
⑤混流 在一个热交换器中，某些流体间是错流，而另外一些流体间是逆流（图3.42）。它的最大优点是能同时处理几种流体的热交换，并合理分配各种流体的传热面积。采用这种形式可以将几个热交换器并成一个，使设备的布置更加紧凑，生产操作更方便，使热（冷）量损失减小到最低程度，但它制造比较困难。在石化、气体分离设备中被大量地采用。
图3.42 混流布置示意图
图3.43 并联组装示意图
（5）组装结构
由于板翅式热交换器在制造时截面积和长度都受到钎焊工艺的限制，因此在使用中，单个板束的热交换器往往不能满足需要（目前最大的板束单元尺寸约为1200mm×1200mm×7000mm），则经常采用将多个相同的板束串联或并联，组成一个大型的板翅式热交换器的组装体。在组装体中，可采用并联组装、串联组装和串并联混合组装。并联组装时（图3.43）用集流管及分配管将其连成一个整体。
板翅式热交换器的传热强度高，主要是由于翅片表面的孔洞、缝隙、弯折等促使湍动，破坏热阻大的层流底层，所以特别适合于气体等传热性能差的流体间传热。据资料介绍，空气强迫对流换热时换热系数可达35～350W/（m2·℃），油强迫对流时可达115～1745W/（m2·℃），水沸腾时可达1745～35000W/（m2·℃）。翅片为0.2～0.3mm厚的铝合金材料，布置得很密，所以使得板翅式热交换器不仅结构很紧凑，而且轻巧牢固。单位体积的传热面积通常比管壳式热交换器大5倍以上，最大可达几十倍。其紧凑度一般为1500～2500m2/m3，最高可达4370m2/m3。在耐压方面，国外的产品已可承受10MPa以上的操作压力。板式热交换器还有一个突出优点是可允许有2～9种流体同时换热。这种热交换器可在逆流、顺流、错流和错逆流等情况下，以及在-273℃～+500℃的温度范围内使用，还可以通过单元之间串联、并联、串并联的组合来满足大型设备的换热需要。由于大多数选用在低温下具有良好机械性能的铝合金制造，故特别适用于空气分离和天然气分离，其使用压力范围也很大，而在重量上要比管壳式轻得多，约为15%～50%。
板翅式热交换器的主要不足之处是流道狭小，容易引起堵塞而增大压力降。由于不能拆卸，一旦结垢，清洗就很困难。由于热交换器的隔板和翅片都由很薄的铝板制成，若腐蚀而造成内部串漏，则很难准确找到漏的地方，即使找到内漏位置也很难修补。所以，它适用于换热介质干净、对铝不腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合。目前，具有良好耐腐蚀性能的以改性增强的聚四氟乙烯为材料的非金属板翅式热交换器已成功地应用于化学工程等方面。此外，不锈钢板翅式热交换器也已得到应用，使工作压力、工作温度提高，并能改善抗蚀性能。
根据国标NB/T47006—2009（JB/T4757），铝制板翅式热交换器的型式表示法为：
示例一：换热面积为850m2的板翅式热交换器，应用于乙烯冷箱中，最高设计压力为4.6MPa，则表示为
BC-H-850/4.6
其中H表示为属于化工设备。
示例二：换热面积为8000m2的板翅式热交换器，应用于空分装置中，最高设计压力为0.9MPa，则表示为
BC-K-8000/0.9
其中K表示为属于空分装置。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
