板式換熱器綜述及試驗性能提升效果研究

邱亮 郝劍虹 孫亞東 周逸東

摘要：影響板式換熱器換熱的因素很多，主要包括板式換熱器的傳熱系數(shù)、容積、材料、水流量、進出口溫度、環(huán)境溫度、熱負荷等因素。在板式換熱器的設(shè)計和應(yīng)用中，需要考慮這些因素對換熱性能的影響來進行合理的設(shè)計和控制，以保證其高效、穩(wěn)定和長壽命的運行。

關(guān)鍵詞：板式換熱器；試驗；優(yōu)化方法

中圖分類號：U472.6? 收稿日期：2023-10-25

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401026

1 前言

板式換熱器是一種用于制冷或制熱的系統(tǒng)，在制冷模式下，板式換熱器通過制冷劑循環(huán)將機臺產(chǎn)生的熱量吸收并帶到散熱器中釋放，從而實現(xiàn)制冷效果。而在制熱模式下，板式換熱器則是通過加熱制冷劑，使其進入散熱器中釋放出熱量，以實現(xiàn)制熱效果。該設(shè)備具有高精度、高效率的特點，在汽車空調(diào)中扮演著至關(guān)重要的角色［1-2］。本文旨在通過實驗方法研究提升板式換熱器效率的方法。

2 板式換熱器研究的綜述及背景

板式換熱器通常被用作制冷和冷卻系統(tǒng)的一部分，是一種將熱量從系統(tǒng)攜帶到外部環(huán)境的設(shè)備。根據(jù)文獻綜述，它們可以應(yīng)用于許多不同的領(lǐng)域，如商業(yè)和工業(yè)制冷、建筑和家庭制冷以及冷凍食品等。板式換熱器可以分為直接和間接冷卻系統(tǒng)。直接冷卻系統(tǒng)使用冷卻劑直接冷卻被冷卻的物體，而間接冷卻系統(tǒng)使用冷卻劑冷卻被冷卻物體的周圍環(huán)境。板式換熱器通常由壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器等組成。這些組件協(xié)同工作，將熱量從被冷卻的物體轉(zhuǎn)移到冷卻劑中，然后通過散熱器將熱量散發(fā)到外部環(huán)境中。板式換熱器的工作原理是利用制冷劑循環(huán)來吸收和釋放熱量［3］。當制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)時，它吸收被冷卻物體的熱量，并將其傳遞到外部環(huán)境，然后制冷劑通過冷凝器釋放熱量，并返回到系統(tǒng)中繼續(xù)循環(huán)［4］。

板式換熱器具有較高的冷卻效率、低噪音、低能耗等優(yōu)點，但也存在初投資成本高和維護費用高等缺點。隨著人們對制冷和冷卻需求的增加，板式換熱器市場的前景非常廣闊。此外，隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，板式換熱器的性能和效率也將不斷提高，為未來的制冷和冷卻領(lǐng)域帶來更多的機遇和發(fā)展空間［5］。

3 某款板式換熱器的試驗及效果提升

影響板式換熱器換熱的因素很多，主要包括板式換熱器的傳熱系數(shù)、容積、材料、水流量、進出口溫度、環(huán)境溫度、熱負荷等因素。在板式換熱器的設(shè)計和應(yīng)用中，需要考慮這些因素對換熱性能的影響，進行合理的設(shè)計和控制，以保證其高效、穩(wěn)定和長壽命的運行。圖1所示為某款板式換熱器及試驗工裝，表1是該產(chǎn)品的第二代chiller的試驗前參數(shù)，其層數(shù)是107層。

該板換的第一代產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)與試驗件相同改變的是進出口口徑，將水流口徑從內(nèi)徑直徑12 mm增加至15 mm，以探討流量變化對于換熱功率的影響。由于內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)相同，所以更有橫向?qū)Ρ刃裕瑢嶒瀰?shù)及工況如表2所示，雖然換熱兩側(cè)比接近97%，但是換熱功率沒有達到標準的7 kW。

性能測試是檢驗板式換熱器性能的主要方法。通過測量流量和溫度等參數(shù)，可以評估板式換熱器的效率和使用效果。在測試過程中，需要關(guān)注不同工況下的性能變化，包括不同的流量、壓力和溫度條件。常用的性能測試方法包括間接測試和直接測試。本文試驗采用的是焓熵法測試。測試數(shù)據(jù)如表3～表6所示。

4 優(yōu)化方法及結(jié)論

通過試驗研究，隨著水流量的提升，板式換熱器的效能逐漸達到最大值，極限性能約為7.08 kW。

板式換熱器冷水機的主要性能提升可以通過以下方面實現(xiàn)：a.優(yōu)化壓縮機和冷凝器設(shè)計；b.升級和改造蒸發(fā)器和節(jié)流裝置等基本組成；c.采用先進的控制算法和策略優(yōu)化，提高系統(tǒng)效率，降低能耗；d.采用環(huán)保制冷劑，減少對環(huán)境的影響；e.加強系統(tǒng)的封閉性和可靠性，減少維護工作。

除此之外，還有一些額外的性能提升方法：a.精細的過濾和除垢，確保系統(tǒng)的清潔度；b.采用新的環(huán)保冷媒和低溫柔性材料，提高冷卻效率并減少環(huán)境影響；c.采用智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和優(yōu)化運行。

通過上述措施，板式換熱器的性能可以得到顯著提升，提高設(shè)備的效率和可靠性，降低能耗和環(huán)境污染。

5 結(jié)語

本文對板式換熱器進行了深入研究，影響板式換熱器效率的方法很多，研究試驗通過改變管路口徑，以流量變化的方式進行了分析研究，確保真實可靠的情況下，可以更加直觀和快速地進行效率提升變換研究。

總體來說，板式換熱器在傳熱效率、緊湊性、可靠性和高效節(jié)能方面具有一定的優(yōu)勢。然而，在靈活性方面受到一定限制。未來研究方向可以包括進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、降低制造成本以及拓展應(yīng)用領(lǐng)域等。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，板式換熱器的優(yōu)勢將得到更廣泛的認可和應(yīng)用。

參考文獻：

[1]欒輝寶，陶文銓，朱國慶，等全焊接板式換熱器發(fā)展綜述[J].中國科學：技術(shù)科學，2013（9）：1022-1033.

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[3]黃思，牛琦鋒，陳建勛，等基于熱流耦合的換熱器結(jié)垢對傳熱性能的影響分析[J]機械設(shè)計與制造，2019（9）：121-123

[4]袁伍，羅小平，王兆濤，等板殼式換熱器流固耦合換熱的數(shù)值模擬[J]熱能動力工程，2019（10）：105-107

[5]蔡少斌，楊永飛，劉杰考慮熱流固耦合作用的多孔介質(zhì)孔隙尺度兩相流動模擬[J]力學學報，2021（8）：2225-2234

作者簡介：

邱亮，男，1990年生，工程師，研究方向為新能源及燃料電池技術(shù)。