Los intercambiadores de calor de las placas surgieron en la década de 1920 y se aplicaron en la industria alimentaria. El intercambiador de calor hecho de tubo de placa es de estructura compacta y tiene un buen efecto de transferencia de calor, por lo que se ha convertido gradualmente en varias formas. A principios de la década de 1930, Suecia hizo su primer intercambiador de calor de placa espiral. Luego, el Reino Unido usó la soldadura para fabricar un intercambiador de calor de aleta de placa hecho de cobre y sus materiales de aleación para la disipación de calor de los motores de aeronaves. A fines de la década de 1930, Suecia produjo el primer intercambiador de calor y cáscara de concha para su uso en molinos de pulpa. Durante este período, para resolver el problema de transferencia de calor de medios altamente corrosivos, las personas comenzaron a prestar atención a los intercambiadores de calor hechos de nuevos materiales.
Alrededor de la década de 1960, debido al rápido desarrollo de la tecnología espacial y la ciencia de vanguardia, había una necesidad urgente de varios intercambiadores de calor eficientes y compactos. Además, el desarrollo de tecnologías de estampado, soldadura y sellado mejoró aún más el proceso de fabricación de intercambiadores de calor, promoviendo así el desarrollo vigoroso y la aplicación generalizada de intercambiadores de calor de placas compactos. Además, desde la década de 1960, los intercambiadores de calor típicos de caparazón y tubo se han desarrollado aún más para satisfacer las necesidades de transferencia de calor y conservación de energía en condiciones de alta temperatura y presión. En el medio -1970 S, para mejorar la transferencia de calor, se crearon intercambiadores de calor de tubería de calor sobre la base de investigar y desarrollar tuberías de calor.
Los intercambiadores de calor se pueden clasificar en tres tipos según sus métodos de transferencia de calor: híbrido, almacenamiento de calor y tipo de partición.
Un intercambiador de calor híbrido es un intercambiador de calor que intercambia el calor a través del contacto directo y la mezcla de fluidos fríos y calientes, también conocido como intercambiador de calor de contacto. Debido a la necesidad de una separación oportuna después del intercambio de calor entre dos fluidos, este tipo de intercambiador de calor es adecuado para el intercambio de calor entre el gas y los fluidos líquidos. Por ejemplo, en las torres de enfriamiento utilizadas en plantas químicas y centrales eléctricas, el agua caliente se rocía de arriba a abajo, mientras que el aire frío se absorbe de abajo hacia arriba. En la superficie de la película de agua o las gotas y las gotas de agua del material de relleno, el agua caliente y el aire frío entran en contacto entre sí para el intercambio de calor. El agua caliente se enfría y el aire frío se calienta, y luego la separación oportuna se logra por la diferencia de densidad entre los dos fluidos mismos.
El intercambiador de calor regenerativo es un intercambiador de calor que utiliza un flujo alterno de fluidos fríos y calientes a través de la superficie del cuerpo de almacenamiento de calor (empaquetado) en la cámara de almacenamiento de calor para intercambiar calor, como la cámara de almacenamiento de calor debajo del horno de coque para precalentar el aire. Este tipo de intercambiador de calor se usa principalmente para recuperar y utilizar el calor de gases de escape de alta temperatura. Equipo similar diseñado con el fin de recuperar la capacidad de enfriamiento se denomina dispositivo de almacenamiento en frío, que se usa comúnmente en las unidades de separación de aire.
Un intercambiador de calor tipo pared es un tipo de intercambiador de calor en el que los fluidos fríos y calientes están separados por paredes sólidas y el calor se intercambia a través de las paredes. Por lo tanto, también se conoce como un intercambiador de calor superficial, y este tipo de intercambiador de calor se usa ampliamente.
Los intercambiadores de calor entre pared se pueden clasificar en el tipo de tubo, el tipo de placa y otros tipos basados en la estructura de la superficie de transferencia de calor. Los intercambiadores de calor del tubo usan la superficie de los tubos como la superficie de transferencia de calor, incluidos intercambiadores de calor serpentinos, intercambiadores de calor con camisa e intercambiadores de calor de concha y tubo; Los intercambiadores de calor de la superficie de la placa usan la superficie de la placa a medida que la superficie de transferencia de calor, incluidos los intercambiadores de calor de la placa, los intercambiadores de calor de la placa en espiral, los intercambiadores de calor de la aleta de la placa, los intercambiadores de calor de la cáscara de la placa e intercambiadores de calor de la placa para paraguas; Otros tipos de intercambiadores de calor están diseñados para cumplir con ciertos requisitos especiales, como intercambiadores de calor de superficie raspados, intercambiadores de calor de disco rotativo y enfriadores de aire.
La dirección de flujo relativo del fluido en un intercambiador de calor generalmente incluye dos tipos: corriente de CO y corriente de contra. Cuando fluye aguas abajo, la diferencia de temperatura entre los dos fluidos en la entrada es el más grande y gradualmente disminuye a lo largo de la superficie de transferencia de calor, alcanzando la diferencia de temperatura mínima en la salida. Cuando fluye en reversa, la distribución de diferencia de temperatura entre los dos fluidos a lo largo de la superficie de transferencia de calor es relativamente uniforme. Bajo la condición de las temperaturas constantes de entrada y salida de los fluidos fríos y calientes, cuando no hay un cambio de fase en ambos fluidos, la diferencia de temperatura promedio entre la corriente aguas arriba y aguas abajo es el máximo y el mínimo.
En las mismas condiciones de transferencia de calor, el uso de un contraflujo puede aumentar la diferencia de temperatura promedio y reducir el área de transferencia de calor del intercambiador de calor; Si el área de transferencia de calor permanece sin cambios, el uso del contraflujo puede reducir el consumo de calefacción o líquido de enfriamiento. El primero puede ahorrar costos del equipo, mientras que el segundo puede ahorrar costos operativos, por lo que el intercambio de calor actual actual debe adoptar lo más posible en el uso del diseño o la producción.
Cuando hay un cambio de fase (ebullición o condensación) en uno o ambos fluidos fríos y calientes, la temperatura del fluido en sí no cambia debido a la liberación o absorción del calor latente de vaporización durante el cambio de fase. Por lo tanto, las temperaturas de entrada y salida del fluido son iguales, y la diferencia de temperatura entre los dos fluidos es independiente de la dirección de flujo del fluido. Además de los dos tipos de flujo externo, a saber, flujo hacia adelante y flujo inverso, también hay direcciones como el flujo cruzado y la deflexión.
Reducir la resistencia térmica en el intercambiador de calor entre pared durante la transferencia de calor es un tema importante para mejorar el coeficiente de transferencia de calor. La resistencia térmica proviene principalmente de la delgada capa de fluido (llamada capa límite) adherida a la superficie de transferencia de calor en ambos lados de la pared de partición, y la capa de ensuciamiento se formó en ambos lados de la pared durante el uso del intercambiador de calor. La resistencia térmica de la pared metálica es relativamente pequeña.
El aumento de la velocidad del flujo y la alteración del fluido pueden adelgazar la capa límite, reducir la resistencia térmica y mejorar el coeficiente de transferencia de calor. Sin embargo, aumentar la velocidad de flujo del fluido aumentará el consumo de energía, por lo que se debe realizar una coordinación razonable entre reducir la resistencia térmica y el consumo de energía durante el diseño. Para reducir la resistencia térmica de la suciedad, se pueden hacer esfuerzos para frenar la formación de la suciedad y limpiar regularmente la superficie de transferencia de calor.
En general, los intercambiadores de calor están hechos de materiales metálicos, entre los cuales el acero al carbono y el acero de baja aleación se utilizan principalmente para fabricar intercambiadores de calor mediano y baja presión; Además de ser utilizado principalmente para diferentes condiciones de resistencia a la corrosión, el acero inoxidable austenítico también se puede usar como un material resistente a temperaturas altas y bajas; El cobre, el aluminio y sus aleaciones se usan comúnmente en la fabricación de intercambiadores de calor a baja temperatura; Las aleaciones de níquel se usan en condiciones de alta temperatura; Además de hacer piezas de junta, se han utilizado algunos materiales no metálicos para hacer intercambiadores de calor resistentes a la corrosión, como intercambiadores de calor de grafito, intercambiadores de calor fluoroplástico e intercambiadores de calor de vidrio.