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板翅式换热器产品特点与应用领域分析

    

        1、板翅式换热器的特点 

        1)热传导效率高 

        板翅式换热器通常由铝(导热系数 237W/m2·K)或铜(导热系数 401 W/m2·K)等导热系数较高的金属材料制成,且隔板与翅片均比较薄,热传导性能较好;此外,流体在芯体单元中流动时,翅片对流体的扰动使得流体边界层不断破裂,增大了换热器的换热系数。 

        2)结构紧凑 

        由于板翅式换热器是由众多芯体单元组成,具有扩展的二次表面,加之板翅式换热器内部结构十分紧凑,使得板翅式换热器的比表面积可以达到 1,000m2/m3以上,远高于其他种类的换热器。 

        3)重量轻 

        板翅式换热器结构紧凑、比表面积大,属于高效换热设备,与板壳式、板片式等其他形式的换热器相比重量较轻,更适合在移动设备中应用。 

         4)适应性强 

 

        板翅式换热器可适用于气气、气液、液液等各种流体间的热交换及发生集态变化的相变换热;通过芯体单元的不同布置、组合,可以完成逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况,是换热器中对工作要求适应性最好的一种实现方式。 

        5)组合方式多、成本低 

        板翅式换热器可以以串联、并联、串并联相结合等形式组合使用,从而满足对于大型换热设备的需求,便于使用者以积木式组合的方式实现扩大换热规模的需求,实现批量生产,从而降低生产成本。 

        2、板翅式换热器的主要用途 

        板翅式换热器广泛应用于空气压缩机、工程机械、液压系统、电力系统、轨道交通系统、空分设备、食品、医药及化工等多个领域。 

         1)空气压缩机领域 

 

        空气压缩机是气源装置中的主体装置,它是将原动机(通常为电动机)所产生的机械能转换成气体压力能的装置。空气压缩机的应用范围很广,广泛应用于机械,治金,电力,医药,包装,化工,食品,采矿,纺织,交通等众多工业领域,可作为传统气动工具(如风镐、凿岩机、气动扳手等)的驱动装置、仪表控制自动化装置、大型柴油发动机(如船用柴油机等)的启动装置、武器系统(如导弹、鱼雷等)的发射装置、高压空气爆破装置(如用于采煤作业)、深海作业装置(如海底石油勘探、沉船打捞等)、食品制药工业的搅拌装置、吹瓶装置及空气分离装置等。目前常用的空气压缩机主要有螺杆式空气压缩机和活塞式空气压缩机两大类。 在空气压缩机领域中,板翅式换热器主要应用于冷却压缩空气,同时分离出压缩空气所含的水汽和油汽,由于冷却过程通常处于整个空气压缩环节中的最后一个环节,因此空气压缩机冷却器也被称为“后冷却器”。如图所示:螺杆式空压机结构图 

 

        在两级或多级空气压缩机的多级压缩过程中,由于压缩机润滑油以及压缩钢的活塞环、支撑环受排气温度的限制,通常需要在级间对排出的压缩空气进行冷却,这样既可以分离出气体中所含的水和油,又可以降低下一级的吸气温度,从而降低了压缩机的功耗,提升了机组的效率。用于级间的冷却器,又被称为“中间冷却器”。 

         2)工程机械领域 

 

        工程机械的范围很广,广义的工程机械泛指用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口及国防工程建设的机械设备。按照《中国工程机械工业年鉴 2011》的分类,工程机械行业可分为工程起重机械行业、铲土运输机械行业、压实路面机械行业、混凝土机械行业、挖掘机械行业、高空、桩工、环卫等行业、工业车辆行业、凿岩机械及风动工具行业和专用配套件行业等九个子行业。 在工程机械领域中,板翅式换热器主要应用于柴油发动机以及传动系统的热交换器,包括散热器、中冷器、油冷器等,如图所示: 

        工程机械冷却模块结构简图 

 

        ①散热器 

        散热器俗称水箱,是发动机冷却系统的重要部件,其主要作用在于对发动机的工作温度进行调节与控制,使发动机各个部件保持在正常的工作温度,从而获得理想的动力输出与良好的燃油经济效率。散热器通常由散热器芯体、进水室和出水室三部分构成,冷却液在散热器芯体中流动,空气从散热器芯体间隙高速流过,空气与冷却液通过散热器芯体进行热量交换,从而实现散热降温的目的。 

        ②中冷器 

        中冷器即中间冷却器,又称为空气冷却器,是一种用来冷却经增压器增压后的高温高压空气的冷却装置。 工程机械及农用机械所采用的柴油发动机多为涡轮增压发动机,其基本工作原理是利用涡轮增压器对发动机进气空气进行增压,从而提高发动机的换气效率,达到提升发动机功率及扭矩的目的。但是经涡轮增压后的压缩空气在密度提升的同时,温度也显著上升,过高的进气温度除了会影响发动机充气效率外,还会导致发动机燃烧温度过高,造成爆震等故障,严重的会直接导致发动机的损坏。 

        为了解决增压后空气升温而产生的不良影响,需要在涡轮增压器与发动机之间加装中冷器,对增压后的空气进行冷却降温。 

        ③油冷器 

        油冷器的全称是机油冷却器,按其具体用途可分为发动机油冷器和液力传动系统油冷器两种。 发动机油冷器的润滑机油在起到对发动机内部构件进行润滑和清洁作用的同时,吸收了发动机产生的热量。随着油温的上升,发动机润滑机油的粘稠度将下降,其润滑功能也随之下降,程度严重会导致发动机的损坏。发动机油冷器的作用是降低发动机润滑机油的温度,从而达到保证润滑机油工作粘度、维持发动机正常工况的目的。工程机械的涡轮增压柴油发动机由于其工作温度较高,通常需装配油冷器。 液力传动系统的工作原理是使传动液体与装在输入轴、输出轴、壳体上的各叶轮相互作用,产生动量矩的变化,从而达到传递能量的目的。目前大多数工程机械如挖掘机、装载机、推土机等,均采用液力变矩器作为其液力传动系统。液力变矩器对于传动油的工作温度要求较高,若传动油的油温过高,则会出现工程机械动力不足、换挡反应迟钝的现象,更严重者会造成液力变矩器的损坏。液力传动系统油冷器的作用就在于降低液力传动油的温度,使之保持在正常的工作温度。

        3)液压系统领域 

        在液压系统中,液压油是能量传递的媒介,同时也起到系统润滑、防腐、防锈、冷却等作用。对于液压油而言,首先应满足液压装置在工作温度下与启动温度下对于液体粘度的要求,因为液压油的粘度变化与液压动作、传递效率及传递精度直接相关。液压系统启动后,液压油的油压增加,其温度随之上升,温度的上升会导致液压油粘度的降低,为了使液压油保持一定的工作粘度,需要使用换热器对液压油进行降温。反之,在低温环境下,液压系统启动时,液压油的粘度偏高,此时就需要换热器对其进行逆向传热,使之迅速达到工作粘度。 液压系统的应用领域很广,主要用于传动和控制系统,广泛应用在机床、汽车、船舶、航空、航天、轨道交通、工程机械、农业机械、武器装备等领域。 

        4)其他领域 

        板翅式换热器以其高效、紧凑、轻巧的特性,应用甚广,除上述应用外,还广泛应用于工艺流程或运行过程中需要冷却系统的各行业领域,如电力系统、轨道交通系统、空分设备、食品、医药及化工等。 

        部分产品与用途对照表 

 

 

相关行业报告参考《中国板翅式换热产业态势观察与十三五投资环境分析报告

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