一、板式换热器技术的进步
从学术上看，“换热”是一个错误的术语。热力学第二定律的概念是热只能从高温向低温转
移，不能逆向进行。在换热中，热也只能从高温侧流体单方向地流向低温侧流体，两流体之间
不存在热的“交换”。由于“换热器”的术语已经使用了许多年，许多学者已不再批判上述学术
上的错误，而是集中力量持续地致力于提高换热器的性能。在学术界、制造厂商等各界的努力
之下，板式换热器的性能的提高对能源的有效利用作出了巨大的贡献。当我们展望21世纪我国能源、
环境问题时，热能的有效利用被列为重要的课题，其中“换热技术”的作用就更为明显。
1．能源危机和热技术
21世纪我国的能源形势是紧张的，其理由如下：我国和世界的能源消耗随着人口的增长和
‘Fq址化的进展将会快速增长；现在我们利用的主要一次能源（煤炭、石油、天然气和核能）之
中，除煤炭之外，其余三项已逐渐枯竭，其价格不可避免将持续增长；目前尚没有发现能替代
石油、天然气、核能的一次能源，作为有效替补的能源有太阳能和热核反应，但前者成本费高，
后者尚有许多实质的问题没有解决，尚不能达到实用阶段；为了控制地球温室效应，化石燃料
的使用受到了各国舆论的强烈反对。综上所述，在2l世纪的上半个世纪之间，作为解决我国能
源和环境问题的重要措施之一是如何有效地利用好一次能源，其中主要研究的内容是从一次能
源转移至二次能源、三次能源的高效率化；各阶段利用技术的先进性和效率的提高；需求的平
衡和能源的供给、消耗系统的改善等。上述所说内容的实质是热技术，当分析各项技术时，我
们将发现，换热技术是关键工艺之一。
2．板式换热器的重要课题
换热技术的应用范围非常广。目前，在热利用机器中产生的传热过程中的大部分都属于换
热的过程。在废熟回收的热能利用过程中更为明显。如前所述，在处理能源、环境问题时，热
利用技术所承担的任务越来越大，特别是从低温热源中进行热回收的作用更为重要。其原因如
下：低温热源的数量非常大，几年前的调查结果显示，我国低温热源的数量约为一次能源消耗
量的1.3倍。为此，必须想方设法利用这么庞大数量的能量，但由于利用对象是低温，故在热回
收时必须尽可能将热损失控制在最小范围内，即换热时希望进行小温差传热。在利用低温热源
时，重要的是在不增大传热面积的条件下实现小温差传热。板式换热器为小温差传热创造了条
件。
在换热的传热过程中，若单位时间内的传热量为Q，传热面积为A，传热系数为K，温差为
At。，则Q=K．A．出。。为了增大传热量Q，就必须增大K、A、△t。三个因素中的任意一项。
但在废热回收的换热过程中，由于必须尽量地控制At。为最小，故研究的对象为K或A。扩大
传热面积A，即增大单位体积内传热面积的数量是增大废热回收量的方法之一。另一方面，增加
传热系数K的技术，即称为促进传热的技术也是使换热器高性能化的关键技术之一。由于板式
换热器的传热系数高，单位体积内的传热面积大，同时还能实现小温差传热，故在废热回收技
术中，板式抉热器成了首选的换热设备。
3．促进传热技术的进步
在对流传热时，促进传热即实现增大传热系数的方法不只一种。主要的方法是视为“薄膜
化促进传热”技术，这种技术是一种能减少在传热面上形成的温度边界层厚度的方法。在单相
对流传热中，当提高流速时，就能实现薄膜化，但流速大时，风机（或水泵）的动力也增大，
故它不是一种很好的方法。代替的方法是利用“突缘效果”的各种扰动方法，如板式换热器板
片内部的流道的快速改变等。冷凝时，冷凝液膜是温度边界层，减薄冷凝液膜的厚度可促进传
热，目前广泛采用的方法是利用冷凝液表面张力减薄液膜的厚度。从原理上看，促进传热是简
单的，实际使用时，有许多选择的内容，如传热对象是单相流还是两栩流？流动状态是层流还
是紊流？有褶变还是没相变等，应根据对象实际情况采用合适的促进传热的方法。在许多状态
下，促进传热的过程往往与流动损失的增加联系在一起。例如，强制对流传热时，传热系数与
流速的0.8次方成比例增大，压力降则与流速的三次方成比例增加。因此，在促进传热的得益中
还必须同时考虑风机（水泵）动力增大的问题。综合评价时的评价项目应包括能量的得失和经
济效果的大小等多项因素。对于换热器来说，由于它包括如热侧、冷却侧，故必须考虑双方都
要促进传热。在换热器中，通过促进传热提高传热系数。此时，若传热面两侧的传热系数为同
一值时，就是非常理想的状态。
4．高效、轻量化
高性能换热器必须具备的条件之一是高效化、小型化（体积小、重量轻）。在许多能量变换
装鬣中，换热器占的容积及重量比其他的装置大，故高效化、小型化是换热技术研究课题中的
蘑要任务之…。
实现小型化的前提之一是如前所述的开发促进传热的技术，同时，材料技术和制造、加工技术
的进步也是不可缺乏的。表示换热器传热面积小型化的指标是单位体积的传热面积。例如管壳
式换热器约为70 - 5001112/1113，板式换热器约为200 - 6000m2/rr13。人的肺（不仅进行换热）是连续地
进行氧和二氧化碳气体交换的一种物质交换器，它的单位体积内的交换面积约为15000rr12/rr13。由
此可见，人类研制的高效、小型换热器与它相比还有很大的差距。
5．污染物处理技术的发展
与废热回收有关的问题之一是防止污染物的污染处理的技术。近来，在未利用能的利用计
划中拟开发利用海水、河水和地下水等资源，在这些资源中含有大量的纤维性污浊物质。在从
这些水中采热时遇到的问题是换热器传热面积的污染，即传热面积的污损。当便用的传热面的
性能越高，污染降低的传热性能就越明显，增加的压力降就越大，故必须预先采取相应的措施。
我国和许多国家一样，在开发高性能传热方面做了许多工作，取得了很大成绩，但在有关污染
物的机理分析、预测和处理措施方面做的工作尚少。美国在1970年至1980年，将污染物的研究
列为换热技术发展方面的重要研究课题，在污染物的形成机理方面取得了一定的成果，并且在
传热面的清洁技术方面也取得了一定的进展。当然，还存在许多尚待解决的问题。
