Les échangeurs de chaleur de plaques ont émergé dans les années 1920 et ont été appliqués dans l'industrie alimentaire. L'échangeur de chaleur en tube de plaque est compact en structure et a un bon effet de transfert de chaleur, il s'est donc progressivement développé en diverses formes. Au début des années 1930, la Suède a fait son premier échangeur de chaleur à plaque en spirale. Ensuite, le Royaume-Uni a utilisé le brasage pour fabriquer un échangeur de chaleur d'ailettes à plaques en cuivre et ses matériaux en alliage pour la dissipation thermique des moteurs d'avion. À la fin des années 1930, la Suède a produit la première plaque et l'échangeur de chaleur de coquille pour une utilisation dans les usines de pâte. Au cours de cette période, afin de résoudre le problème de transfert de chaleur des médias hautement corrosifs, les gens ont commencé à prêter attention aux échangeurs de chaleur en nouveaux matériaux.
Vers les années 1960, en raison du développement rapide de la technologie spatiale et des sciences de pointe, il y avait un besoin urgent de divers échangeurs de chaleur efficaces et compacts. De plus, le développement des technologies d'estampage, de brasage et d'étanchéité a amélioré le processus de fabrication des échangeurs de chaleur, favorisant ainsi le développement vigoureux et l'application généralisée des échangeurs de chaleur compacts. De plus, depuis les années 1960, les échangeurs typiques de chaleur des coquilles et des tubes ont été développés pour répondre aux besoins du transfert de chaleur et de la conservation de l'énergie dans des conditions de température et de pression élevées. Dans le milieu -1970, afin d'améliorer le transfert de chaleur, les échangeurs de chaleur des calocoches ont été créés sur la base de la recherche et du développement de tueurs de chaleur.
Les échangeurs de chaleur peuvent être classés en trois types en fonction de leurs méthodes de transfert de chaleur: hybride, stockage de chaleur et type de partition.
Un échangeur de chaleur hybride est un échangeur de chaleur qui échange de la chaleur par contact direct et le mélange de fluides froids et chauds, également connue sous le nom d'échangeur de chaleur de contact. En raison de la nécessité d'une séparation en temps opportun après échange de chaleur entre deux liquides, ce type d'échangeur de chaleur convient à l'échange de chaleur entre le gaz et les liquides liquides. Par exemple, dans les tours de refroidissement utilisées dans les centrales chimiques et les centrales électriques, l'eau chaude est pulvérisée de haut en bas, tandis que l'air froid est aspiré de bas en haut. À la surface du film d'eau ou des gouttelettes et des gouttelettes d'eau du matériau de remplissage, de l'eau chaude et de l'air froid entrent en contact les uns avec les autres pour l'échange de chaleur. L'eau chaude est refroidie et l'air froid est chauffé, puis la séparation en temps opportun est obtenue par la différence de densité entre les deux fluides eux-mêmes.
L'échangeur de chaleur régénératif est un échangeur de chaleur qui utilise un flux alterné de fluides froids et chauds à travers la surface du corps de stockage de chaleur (emballage) dans la chambre de stockage de la chaleur pour échanger la chaleur, comme la chambre de stockage de chaleur sous le four de coke pour le préchauffage de l'air. Ce type d'échangeur de chaleur est principalement utilisé pour récupérer et utiliser la chaleur des gaz d'échappement à haute température. Un équipement similaire conçu dans le but de récupérer la capacité de refroidissement est appelé un dispositif de stockage à froid, qui est couramment utilisé dans les unités de séparation d'air.
Un échangeur de chaleur de type mur est un type d'échangeur de chaleur dans lequel les fluides froids et chauds sont séparés par des murs solides et la chaleur est échangée à travers les murs. Par conséquent, il est également connu comme un échangeur de chaleur de surface, et ce type d'échangeur de chaleur est largement utilisé.
Les échangeurs de chaleur entre les paroi peuvent être classés en type tube, type de plaque et autres types en fonction de la structure de la surface de transfert de chaleur. Les échangeurs de chaleur tubulaires utilisent la surface des tubes comme surface de transfert de chaleur, y compris les échangeurs de chaleur serpentine, les échangeurs de chaleur à gorge et les échangeurs de chaleur de coquilles et de tubes; Les échangeurs de chaleur de surface de plaque utilisent la surface de la plaque comme surface de transfert de chaleur, y compris les échangeurs de chaleur de plaques, les échangeurs de chaleur à plaques en spirale, les échangeurs de chaleur d'ailettes, les échangeurs de chaleur de la coquille de plaque et les échangeurs de chaleur de la plaque de parapluie; D'autres types d'échangeurs de chaleur sont conçus pour répondre à certaines exigences spéciales, telles que les échangeurs de chaleur en surface, les échangeurs de chaleur à disque rotatif et les refroidisseurs d'air.
La direction d'écoulement relative du fluide dans un échangeur de chaleur comprend généralement deux types: le courant de CO et le courant de comptoir. Lors de l'écoulement en aval, la différence de température entre les deux fluides à l'entrée est la plus grande et diminue progressivement le long de la surface de transfert de chaleur, atteignant la différence de température minimale à la sortie. Lorsqu'il s'écoule à l'envers, la distribution de la différence de température entre les deux fluides le long de la surface de transfert de chaleur est relativement uniforme. Dans la condition de températures d'entrée et de sortie constantes des liquides froids et chauds, lorsqu'il n'y a pas de changement de phase dans les deux fluides, la différence de température moyenne entre l'amont et en aval est le maximum et le minimum.
Dans les mêmes conditions de transfert de chaleur, l'utilisation de contre-flux peut augmenter la différence de température moyenne et réduire la zone de transfert de chaleur de l'échangeur de chaleur; Si la zone de transfert de chaleur reste inchangée, l'utilisation de contre-flux peut réduire la consommation de liquide de chauffage ou de refroidissement. Les premiers peuvent économiser les coûts d'équipement, tandis que le second peut économiser les coûts d'exploitation, de sorte que l'échange de chaleur à contre-courant doit être adopté autant que possible dans la conception ou l'utilisation de la production.
Lorsqu'il y a un changement de phase (ébullition ou condensation) dans l'un ou les deux fluides froids et chauds, la température du fluide elle-même reste inchangée en raison de la libération ou de l'absorption de la chaleur latente de vaporisation pendant le changement de phase. Par conséquent, les températures d'entrée et de sortie du fluide sont égales et la différence de température entre les deux fluides est indépendante de la direction d'écoulement du fluide. En plus des deux types d'écoulement vers l'extérieur, à savoir le flux vers l'avant et l'écoulement inversé, il existe également des directions telles que le débit transversal et la déviation.
La réduction de la résistance thermique dans l'échangeur de chaleur inter-mur pendant le transfert de chaleur est un problème important pour améliorer le coefficient de transfert de chaleur. La résistance thermique provient principalement de la couche mince de fluide (appelée couche limite) adhérée à la surface de transfert de chaleur des deux côtés de la paroi de partition, et la couche d'encrassement formée des deux côtés du mur pendant l'utilisation de l'échangeur de chaleur. La résistance thermique de la paroi métallique est relativement petite.
L'augmentation de la vitesse d'écoulement et de la perturbation du fluide peut éclaircir la couche limite, réduire la résistance thermique et améliorer le coefficient de transfert de chaleur. Cependant, l'augmentation du débit de liquide augmentera la consommation d'énergie, de sorte qu'une coordination raisonnable doit être faite entre la réduction de la résistance thermique et la consommation d'énergie pendant la conception. Pour réduire la résistance thermique de la saleté, des efforts peuvent être faits pour ralentir la formation de la saleté et nettoyer régulièrement la surface de transfert de chaleur.
Généralement, les échangeurs de chaleur sont faits de matériaux métalliques, parmi lesquels de l'acier au carbone et de l'acier à faible alliage sont principalement utilisés pour fabriquer des échangeurs de chaleur à moyenne et basse pression; En plus d'être principalement utilisé pour différentes conditions de résistance à la corrosion, l'acier inoxydable austénitique peut également être utilisé comme un matériau résistant aux températures élevées et basse; Le cuivre, l'aluminium et leurs alliages sont couramment utilisés dans la fabrication d'échangeurs de chaleur à basse température; Les alliages de nickel sont utilisés dans des conditions à haute température; En plus de fabriquer des pièces de joint, certains matériaux non métalliques ont été utilisés pour fabriquer des échangeurs de chaleur résistants à la corrosion, tels que les échangeurs de chaleur en graphite, les échangeurs de chaleur fluoroplastiques et les échangeurs de chaleur en verre.