板式换热器综述及试验性能提升效果研究

邱亮 郝剑虹 孙亚东 周逸东

摘要：影响板式换热器换热的因素很多，主要包括板式换热器的传热系数、容积、材料、水流量、进出口温度、环境温度、热负荷等因素。在板式换热器的设计和应用中，需要考虑这些因素对换热性能的影响来进行合理的设计和控制，以保证其高效、稳定和长寿命的运行。

关键词：板式换热器；试验；优化方法

中图分类号：U472.6  收稿日期：2023-10-25

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401026

1 前言

板式换热器是一种用于制冷或制热的系统，在制冷模式下，板式换热器通过制冷剂循环将机台产生的热量吸收并带到散热器中释放，从而实现制冷效果。而在制热模式下，板式换热器则是通过加热制冷剂，使其进入散热器中释放出热量，以实现制热效果。该设备具有高精度、高效率的特点，在汽车空调中扮演着至关重要的角色［1-2］。本文旨在通过实验方法研究提升板式换热器效率的方法。

2 板式换热器研究的综述及背景

板式换热器通常被用作制冷和冷却系统的一部分，是一种将热量从系统携带到外部环境的设备。根据文献综述，它们可以应用于许多不同的领域，如商业和工业制冷、建筑和家庭制冷以及冷冻食品等。板式换热器可以分为直接和间接冷却系统。直接冷却系统使用冷却剂直接冷却被冷却的物体，而间接冷却系统使用冷却剂冷却被冷却物体的周围环境。板式换热器通常由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器等组成。这些组件协同工作，将热量从被冷却的物体转移到冷却剂中，然后通过散热器将热量散发到外部环境中。板式换热器的工作原理是利用制冷剂循环来吸收和释放热量［3］。当制冷剂在系统中循环时，它吸收被冷却物体的热量，并将其传递到外部环境，然后制冷剂通过冷凝器释放热量，并返回到系统中继续循环［4］。

板式换热器具有较高的冷却效率、低噪音、低能耗等优点，但也存在初投资成本高和维护费用高等缺点。随着人们对制冷和冷却需求的增加，板式换热器市场的前景非常广阔。此外，随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，板式换热器的性能和效率也将不断提高，为未来的制冷和冷却领域带来更多的机遇和发展空间［5］。

3 某款板式换热器的试验及效果提升

影响板式换热器换热的因素很多，主要包括板式换热器的传热系数、容积、材料、水流量、进出口温度、环境温度、热负荷等因素。在板式换热器的设计和应用中，需要考虑这些因素对换热性能的影响，进行合理的设计和控制，以保证其高效、稳定和长寿命的运行。图1所示为某款板式换热器及试验工装，表1是该产品的第二代chiller的试验前参数，其层数是107层。

该板换的第一代产品的基本结构与试验件相同改变的是进出口口径，将水流口径从内径直径12 mm增加至15 mm，以探讨流量变化对于换热功率的影响。由于内部基本结构相同，所以更有横向对比性，实验参数及工况如表2所示，虽然换热两侧比接近97%，但是换热功率没有达到标准的7 kW。

性能测试是检验板式换热器性能的主要方法。通过测量流量和温度等参数，可以评估板式换热器的效率和使用效果。在测试过程中，需要关注不同工况下的性能变化，包括不同的流量、压力和温度条件。常用的性能测试方法包括间接测试和直接测试。本文试验采用的是焓熵法测试。测试数据如表3～表6所示。

4 优化方法及结论

通过试验研究，随着水流量的提升，板式换热器的效能逐渐达到最大值，极限性能约为7.08 kW。

板式换热器冷水机的主要性能提升可以通过以下方面实现：a.优化压缩机和冷凝器设计；b.升级和改造蒸发器和节流装置等基本组成；c.采用先进的控制算法和策略优化，提高系统效率，降低能耗；d.采用环保制冷剂，减少对环境的影响；e.加强系统的封闭性和可靠性，减少维护工作。

除此之外，还有一些额外的性能提升方法：a.精细的過滤和除垢，确保系统的清洁度；b.采用新的环保冷媒和低温柔性材料，提高冷却效率并减少环境影响；c.采用智能控制系统，实现远程监控和优化运行。

通过上述措施，板式换热器的性能可以得到显著提升，提高设备的效率和可靠性，降低能耗和环境污染。

5 结语

本文对板式换热器进行了深入研究，影响板式换热器效率的方法很多，研究试验通过改变管路口径，以流量变化的方式进行了分析研究，确保真实可靠的情况下，可以更加直观和快速地进行效率提升变换研究。

总体来说，板式换热器在传热效率、紧凑性、可靠性和高效节能方面具有一定的优势。然而，在灵活性方面受到一定限制。未来研究方向可以包括进一步优化结构设计、降低制造成本以及拓展应用领域等。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，板式换热器的优势将得到更广泛的认可和应用。

参考文献：

[1]栾辉宝，陶文铨，朱国庆，等全焊接板式换热器发展综述[J].中国科学：技术科学，2013（9）：1022-1033.

[2]李冠球板式换热器传热传质实验与理论研究[M]杭州：浙江大学，2012（9）：66-70.

[3]黄思，牛琦锋，陈建勋，等基于热流耦合的换热器结垢对传热性能的影响分析[J]机械设计与制造，2019（9）：121-123

[4]袁伍，罗小平，王兆涛，等板壳式换热器流固耦合换热的数值模拟[J]热能动力工程，2019（10）：105-107

[5]蔡少斌，杨永飞，刘杰考虑热流固耦合作用的多孔介质孔隙尺度两相流动模拟[J]力学学报，2021（8）：2225-2234

作者简介：

邱亮，男，1990年生，工程师，研究方向为新能源及燃料电池技术。