换热器是实现热量交换的设备。它工艺过程必不可少的单元设备，广泛用于石油、化工、轻工、制药、食品、机械、冶金、动力等工程领域中。今天我们就来全面了解下换热器。
换热器的分类
1、按作用原理分
（1）直接接触式换热器(混和式换热器)
冷、热流体直接接触，相互混和传递热量。特点是结构简单，传热效率高。
适于冷、热流体允许混和的场合。
如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。
（2）蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器)
借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与冷流体接触，将热量传递给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。
适于高温气体热量的回收或冷却。
如回转式空气预热器。
（3）间壁式换热器(表面式换热器、间接式换热器)
冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。形式多样，应用广泛。本章介绍此类换热器。
适于冷、热流体不允许混和的场合。
如各种管壳式、板式结构的换热器。
2、按用途分
加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。
预热器：用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率。
过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。
蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。
再沸器：用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽化。为蒸馏过程专用设备。
冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。
冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化。
3、按传热面形状和结构分
（1）管式换热器
通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。应用最广。
（2）板式换热器
通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。
（3）特殊形式换热器
根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式、热管、同流式换热器等。
4、按所用材料分
（1）金属材料换热器
由金属材料加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。
（2）非金属材料换热器
有非金属材料制成的换热器。常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小，故此类换热器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系。
换热器的结构形式
1、管式换热器的结构形式
（1）列管式换热器(管壳式换热器)
它结构紧凑，单位体积所具有的传热面积较大(40～150m2/m3)，传热效果好，适应性强，操作弹性大，尤其适用于高温、高压和大型装置中，是管式换热器中应用最普遍的换热器。
在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，使管束和壳体的受热程度不同，导致它们的热膨胀程度出现差别。若两流体温差较大，就可能由于热应力而引起设备的变形，管子弯曲甚至破裂，严重时从管板上脱落。因此当两流体的温度差超过50℃时，就应从结构上考虑热膨胀的影响，采取相应的热补偿措施。根据热补偿方法的不同，列管式换热器分为三种形式。
（2）固定管板式换热器
它是将两端管板和壳体连接在一起，因而具有结构简单，造价低廉的优点，但由于壳程清洗和检修困难，管外物料应清洁、不易结垢 。对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈(或称膨胀节)，通过补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩)来适应外壳和管束不同的膨胀程度，如图示。这种补偿方法简单但有限，只适用于两流体温差小于70℃，壳程流体压强小于0.6MPa的场合。
2、浮头式换热器
它是将一端管板与壳体相连，而另一端管板不与壳体固定连接，可以沿轴向自由浮动，如图示。这种结构不但可完全消除热应力，而且在清洗和检修时整个管束可以从壳体中抽出。因而尽管其结构复杂，造价高，但应用较为普遍。
3、U型管式换热器
它是将每根管子都弯成U型状，两端固定在同一管板的两侧，管板用隔板分成两室，如图示。这种结构使得每根管子可以自由伸缩，与其它管子和壳体无关，从而解决了热补偿问题。这种换热器结构简单，可用于高温高压，但管程不易清洗，而且因管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率低。
4、蛇管式换热器
（1）沉浸式蛇管换热器
蛇管多以金属管弯绕而成，或制成适应各种容器需要的形状，沉浸在容器中。两种流体分别在管内外流动通过蛇管表面进行换热，如图所示。其优点是结构简单，制造方便，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造。缺点是容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小，传热效果可通过增设搅拌提高，此外传热面积有限，主要用于传热量不大的容器中。
（2）喷淋式蛇管换热器
如图示，将蛇管成排地固定在支架上，冷却水由最上层管的喷淋装置中均匀淋下，沿管表面流过，与管内热流体换热。其优点是传热效果较沉浸式好，传热面积大而且可以改变，检修和清洗方便。缺点是喷淋不易均匀。
主要用于管内流体的冷却，常设置在室外空气流通处，
5、套管式换热器
将两种直径不同的直管制成同心套管，根据换热要求将若干段套管连接组合而成，如图示。
每段套管称为一程，长约4～6m，每程的内管依次与下一程的内管用U型弯头连接，外管之间也由管子连通，可同时几排并列，每排与总管相连。换热时一种流体走管内，另一种流体走环隙，而且两种流体可始终保持逆流换热，Δtm大。适当选择两管的直径，两流体可得到较高的流速，故一般具有较高的传热系数。其优点是结构简单，能耐高压，传热面积易于增减；缺点是设备结构不紧凑，金属耗用量大，一般用于换热量不大的场合。
翅片管式换热器
它是在管的表面上加装一定形式的翅片，有横向和纵向两类。
翅片管换热器主要用于两种流体的对流传热系数相差较大时，在h小的一侧加装翅片，从而增大传热面积，提高流体的湍动程度，以提高对流传热系数。
为了使换热器结构更为紧凑，提高单位体积的传热面积，增加传热效果，以及适应某些工艺过程的需要等，开发了以板状作为传热面积的换热器，称为板式换热器。
1、平板式换热器
由一组长方形的金属薄板平行排列在一起，采用夹紧装置组装于支架上而构成，见图。而相邻板间的边缘衬有垫片(橡胶或压缩石棉等)，压紧后板内形成密封的液体通道。每块板的4个角上有圆孔，其中一对圆孔和板间相通，而另外一对圆孔通过加装垫片和板内相隔，在相邻板上错开以分别形成两流体通道，从而使两流体交错地流过板片两侧通过板片进行换热。板厚通常为0.5～3mm，板面压制成波纹状，两板间距4～6mm，材质一般为不锈钢。
特点是：
(1)总传热系数高。因板面压制成波纹状，流动湍动程度大，污垢热阻小，在低雷诺数(Re=200左右)下即达到湍流，而且板薄，因而K值可达到1200～1500W/m2·K。
(2)结构紧凑。由于板薄而且两板间距小，因而单位体积提供的传热面积大，可达到250～1000m2/m3，金属耗用量少。
(3)操作灵活性大。因具有可拆结构，根据生产需要通过调节板数增减传热面积，检修和清洗方便。
(4)两流体严格成逆流，Δtm大，传热推动力大。
主要缺点是允许的操作压强和温度低。因板薄压强高容易变形，垫片压强高时容易渗漏，所以操作压强不超过2MPa，因受垫片材料的耐热性限制，操作温度对橡胶垫不超过130℃，石棉垫不超过250℃。此外流通截面积小，故处理量小。自20世纪50年代以来，主要应用于轻工、食品等行业。
2、螺旋板式换热器
它是由两张互相平行的薄金属板，卷制成同心的螺旋形通道。在其中央设置隔板将两通道隔开，两板间焊有定距柱以维持通道间距，螺旋板两侧焊有盖板和接管。两流体分别在两通道内流动，通过螺旋板进行换热，见图。
分为I型、II型、III型和G型等几种形式。
特点是：
(1)总传热系数高 由于流体在螺旋形通道内受到惯性离心力的作用和定距柱的干扰，低雷诺数(Re=1400～1800)下即可达到湍流，允许流速大(液体为2m/s，气体为20m/s)，故传热系数大。如水对水换热过程K=2000～3000W/m2·K。
(2)不易结垢和堵塞 由于流速较高且在螺旋形通道中流过，有自行冲刷作用，故流体中的悬浮物不易沉积下来。
(3)能利用低温热源 由于流道长而且两流体可达到完全逆流，因而传热温差大，能充分利用温度较低的热源。
(4)结构紧凑 由于板薄2～4mm，单位体积的传热面积可达到150～500m2/m3。
主要缺点是操作压强不能超过2MPa，操作温度在300～400℃以下，另外因整个换热器焊为一体，一旦损坏检修困难。螺旋板换热器直径在1.5m之内，板宽200～1200mm，板厚2～4mm，两板间距5～25mm，可用普通钢板和不锈钢制造，目前广泛用于化工、轻工、食品等行业。
3、板翅式换热器
板翅式换热器的结构型式很多，但是基本结构是由平行隔板和各种型式的翅片构成的板束组装而成，如图示。
在两块平行薄金属之间，夹入波纹状或其它形状的翅片，两边以侧条密封，即组成为一个换热单元体。将各单元体进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定，成为并流、逆流、错流的板束(或称蕊部)。然后再将带有流体进出口接管的集流箱焊在板束上，即成为板翅式换热器。常用的翅片为光直型、锯齿型和多孔型三种型式。
板翅式换热器一般用铝合金制造，结构紧凑、轻巧，单位体积传热面积可达到2500～4000m2/m3，传热系数高，空气的对流传热系数可达到350W/m2·K，承压可达5MPa。但容易堵塞，清洗困难，不易检修，适用于清洁和无腐蚀性流体的换热。现已在石油化工、气体分离等工业中得到应用。