板式换热器是一种高效、紧凑的换热器，在食品、电力、化工、制氧等部门有广泛的应用。板式换热器是用一组波纹板按一定的要求叠成板片束而成（见图7-13）。波纹板片是板式换热器的基本传热元件，一般用0.6～0.8 mm的金属压制，其上贴有密封垫圈。板片按设计的数量和顺序叠在一起，然后两侧用固定压紧板通过螺栓压紧。工作流体从板片一端的角孔流入板间通道，然后从另一端的角孔流出。冷热流体的通道是依次排列的。根据角孔的布置可组合成所需要的各种工作流程。图7-14给出了板式换热器的几种典型的流程组合。其中密封垫圈除了使工作流体不泄漏、互不混合外，还起板间流动的导向作用。

图7-13　板式换热器结构

1—上轴；2、3、4、5—进出口；6—固定压紧板；7—下轴；8—压紧螺栓；9—密封垫圈；10—板片；11—活动压紧板；12—压紧螺母；13—前支杆

波纹板片的波形及尺寸直接影响板式换热器的传热和阻力性能。常用的波纹板形式如下（见图7-15）：

（1）平直波纹板。因流通断面形状不同又可分为三角形、圆弧形和梯形等。影响流动和传热特性的特征尺寸是波距、波深等。

图7-14　典型的流程组合

图7-15　常用的波纹板

（2）人字形波纹板。其波纹呈顺置或倒置人字形，对大尺寸的板片则采用人字形的组合。这种板片刚性强，传热性能也好，缺点是流动阻力较大，且不适宜于含颗粒或纤维的介质。影响人字形波纹板流动和传热特性的特征尺寸除了波距、波深外，还有人字形的夹角。夹角大，换热强，阻力也大；相反，夹角小，换热弱，阻力小。常用的人字形夹角为120°。人字形波纹板又称锯齿形波纹板。

与管壳式换热器相比，板式换热器的优点如下：

（1）传热系数高。板式换热器的板间流道是一个横截面多变、曲折的流道，能使流体产生强烈的湍流，加之板壁很薄，因此传热系数大，通常为管壳式换热器的3～4倍。

（2）结构紧凑。单位体积内的换热面积约为管壳式换热器的2倍，因此用于同一工况时，板式换热器的占地面积仅为管壳式换热器的1/5。

（3）对数平均温差大。冷、热流体在板间的流动是平行流动，且可设计成逆流模式，而管壳式换热器是以错流为主，因此对数平均温差小于板式换热器。

（4）末端温差小。末端温差是指一流体入口温度与另一流体出口温度之差。由于板式换热器流道是互相平行的，流程与流程之间不会出现短路和旁路现象，因此末端温差小。例如对水-水换热器而言，板式换热器的末端温差可低至1～2℃，而管壳式换热器一般在5℃以上。末端温差小对回收低品位的热能是很有利的。

（5）能实现多种介质换热。在板式换热器中只需设置中间隔板，就能实现多种介质换热。这一优点对乳品和饮料行业十分有利，例如能在一台板式换热器中实现加热、杀菌、冷却、热回收等多道工序。

（6）易改变换热面积或流程组合。只需增加或减少板片数目即可改变换热面积，而改变板片排列或更换几张板片即能得到所需的流程组合。(www.daowen.com)

（7）清洗、维修方便。只要卸下压紧螺栓，即可取出板片清洗或维修（例如更换板片或垫圈等），这对需经常清洗的换热设备十分有利。

板式换热器的缺点如下：

（1）承受的压力不能太高。板式换热器是靠垫圈密封的，密封周边长，加之角孔两边密封处的支撑差，垫圈得不到足够的压紧力，因此板式换热器的工作压力不能太高。目前板式换热器的最高工作压力约为2.5 MPa，板片越大，承受的压力越低。

（2）工作温度不能太高。板式换热器的工作温度取决于密封垫圈的材料。采用橡胶类垫圈时，最高工作温度不超过200℃；采用石棉类垫圈时，最高工作温度可达260℃，但由于石棉弹性差，其工作压力将低于橡胶类垫圈。

（3）流道易堵塞。由于板间流道的平均间隙为3～5 mm，且流道曲折多变，当介质不清洁，特别是含有颗粒或纤维物时，极易堵塞。故只适用于清洁介质，对不太清洁的介质，需在换热器入口处加装过滤器。

对于板式换热器的设计，亦可采用对数平均温差法（LMTD法）或效能-传热单元数法（E-NTU法）。但在设计时要注意以下问题：

（1）板片波纹形式的选择。一般人字形波纹板的工作压力可高于1.0 MPa，而水平平直波纹板的工作压力只能在1.0 MPa左右。人字形波纹板的流体流动的阻力和传热系数均大于水平平直波纹板。因此应根据工作压力、流体流动的阻力和传热系数来选择波纹板的形式。

（2）选择合适的单板面积。单板面积小，则板式换热器的片数多，除造成流动阻力增大外，换热器占地面积也将增加。反之，占地面积和流动阻力虽减小，但难以保证板间通道所必需的流速。因为角孔尺寸和单板面积有一定的内在联系，为使流体通过角孔流道不致压力损失过大，通常角孔流速取4～6 m/s，并以此确定单板面积。表7-6为角孔流速取6 m/s时单板面积和处理量的关系。

表7-6　角孔流速为6 m/s时单板面积和处理量的关系

（3）流速的选取。流体在板间流动，其流速是不均匀的，主流线上的流速为平均流速的4～5倍。为使流体在板间流动时处于湍流状态，一般取板间平均流速0.3～0.8 m/s为宜。具体设计时可以先确定一个流速，计算其压降是否在给定的范围内，也可按给定的压降先求出流速的初选值。

（4）流程的选取。一般来说，流程选取的原则如下：流程少，冷、热介质等程，逆流布置。若板两侧流量相差悬殊，流量小的一侧可按多程布置；另外，当某一介质温升或温降幅度较大时，也可采用多程布置。

（5）板片材料的选择。板片原材料的厚度通常为0.6～0.8 mm，压制成波纹板后允许有25％的减薄量，因此板片最薄处的厚度仅为0.45～0.6 mm。为此板片必须选用耐腐蚀的材料，通常仅对板片采用表面防腐措施是不行的。

此外，板式换热器一般不适用于气体的换热，也不宜用于易燃、易爆及有毒介质的换热。如果一定要用，则其设计压力至少要比工作压力高一个公称级别。有关板式换热器设计及运行方面的更多的知识请参阅文献［7］。