混合式换热器是依靠冷、热流体直接接触进行传热，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧污垢的热阻，只要流体间的接触情况良好，就具有较大的传热速率，它具有设备结构简单、传热效率高和易于防腐等特点。因此，在生产工艺上允许两种流体相互混合的情况下，都可以采用混合式换热器，例如气体的洗涤和冷却、循环水的冷却、蒸汽-水之间的混合加热等。图5-11示出混合式冷凝器的原理示意图。

　　蓄热式换热器又称蓄热器，它主要是由热容量较大的蓄热室构成，蓄热室的填料一般是耐火材料或金属材料。当冷、热两种流体交替通过蓄热室时，即可通过蓄热室将热流体传给蓄热室的热量间接地传给冷流体，以达到换热的目的。蓄热式换热器的结构较简单，可耐受高温，但其缺点是设备体积庞大，冷、热流体之间存在一定程度的混合。它常用于气体的余热或冷量的回收利用。传统的蓄热室是由耐火砖砌成的格子体，单位体积蓄热室的传热面积较小，而近年开发的高效而紧凑的蓄热器则大大地改善了设备庞大的缺点，如旋转型蓄热器和流化床型蓄热器。图5-12表示旋转型蓄热器的示意图。三、 间壁式

　　这类换热器的特点是冷、热两种流体之间有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面进行传递。工业上应用最广泛的换热器即是间壁式，因而本节将重点介绍间壁式换热器。换热器还可按其用途分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器和再沸器等；按换热器制造材料分为金属、陶瓷、塑料、石墨和玻璃等等，这里不再详述。

　　按照传热面的型式，间壁式换热器可分为夹套式、管式、板式和各种异型传热面组成的特殊型式换热器。一、 夹套式

　　夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却，如图5-13所示，夹套安装在容器外部，通常用钢或铸铁制成。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部连接管进入夹套，冷凝水由下部连接管流出；在用冷却水进行冷却时，则冷却水由夹套下部进入，而由上部流出。夹套式换热器由于传热面积的限制，常常难以满足及时移走大量反应热的换热需求，这时就需要在反应器内部加装冷却盘管，以保证反应器内一定的温度条件。有时为了提高夹套内冷却水一侧的对流传热系数，还在夹套内加设挡板，这样可使冷却水按一定的方向流动，并提高流速，从而增大传热系数。二、 管式换热器

　　1． 沉浸式换热器沉浸式换热器是将金属管弯制成各种与容器相适应的形状（如蛇管或螺旋状盘管），并沉浸在容器内的液体中，如图5-14所示。这种换热器可用于液体的预热或蒸发，也可用作气体和液体的冷却和冷凝。由于容器内管外液体的体积大，流速低，因而传热系数低，而且对工况的变化不够敏感。然而它具有构造简单，制作、维护方便和容易清洗等优点。由于更换管子方便，所以它还适用于有腐蚀性的流体。为了增强容器内液体的湍动程度，提高传热系数，可在容器内装搅拌器。2． 喷淋式换热器喷淋式换热器是将冷却水直接喷洒在管外，使管内的热流体冷却或冷凝，如图5-15所示。在上下排列的管子之间用U形弯管连接。为了分散喷淋水，在管组的上部装有带锯齿形边缘的斜槽，也可用喷头直接向排管喷淋。在换热器的下部设有水池，以收集流下来的水。喷淋式换热器的优点是：结构简单，易于制造和检修，便于清除污垢；其传热系数通常比沉浸式换热器大，加上管外水的蒸发汽化以及空气冷却的共同作用，所以传热效果好。它适用于高压流体的冷却或冷凝。由于它可用耐腐蚀的铸铁管作冷却排管，因而可用于冷却具有腐蚀性的流体。它的主要缺点是：当冷却水过分少时，下部的管子不能被润湿，几乎不参与换热。因此对于容易发生意外事故的石油产品或有机液体的冷却不宜采用这种型式的换热器。3． 套管式换热器套管式换热器是将不同直径的两根管子套成同心套管作元件，然后将多个元件用U形弯管连接而成的换热器，其结构如图5-16所示。在套管式换热器中，可以实现两种流体以纯并流或纯逆流方式流动。其内管直径通常在38～57mm范围内选取，外管直径通常在76～108mm范围内选取，每根套管的有效长度一般不超过4～6m。套管式换热器的优点是结构简单，易于维修和清洗，适用于高温、高压流体，特别是小容积流量流体的传热。如果工艺条件变动，只要改变套管的根数，即可以增减传热负荷。它的主要缺点是流动阻力大，金属耗量多，而且体积较大，因而多用于所需传热面积较小的传热过程。4． 列管式换热器列管式换热器（又称管壳式换热器）是工业上应用最广泛的换热设备。与前述几种换热器相比，它的主要优点是单位体积所具有的传热面积大、结构紧凑、传热效果好。由于结构坚固，而且可以选用的结构材料范围广，故适应性强、操作弹性较大，因此，在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。列管式换热器主要由壳体、管束、折流板、管板和封头等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。封头用螺栓与壳体两端的法兰相连。这种结构易于检修和清洗。在进行热交换时，一种流体由封头的进口接管进入，通过平行管束的管内，从另一端封头出口接管流出，称为管程；另一流体则由壳体的接管进入，在壳体内从管束的空隙处流过，通过折流板的引导，由壳体的另一个接管流出，称为壳程。在列管式换热器中，由于管内外流体的温度不同，管束和壳体的温度和材料不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温差较大，就可能由热应力引起设备的变形，管束弯曲，甚至破裂或从管板上松脱。因此，当两流体的温差超过50℃时，就必须采用一定的热补偿措施。按热补偿的方法不同，列管式换热器可分为以下几种主要型式：（1）固定管板式换热器当冷、热流体的温差不大时，可采用固定管板的结构型式，如图5-17所示，即两端管板与壳体是连成一体的。这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但是由于壳程不易清洗或检修，要求壳程流体必须是洁净而且不易结垢的流体。当两流体的温差较大时，应考虑热补偿。图中示出具有膨胀节的壳体。当壳体和管束的热膨胀不同时，膨胀节即发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应壳体和管束不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但是不宜用于两流体温差过大（大于70℃）和壳程流体压力过高的场合。（2）U形管式换热器U形管式换热器的管束是由U字形弯管组成，如图5-18所示。管子的两端固定在同一块管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子或壳体的影响。这种换热器壳程易于清洗，而清除管子内壁的污垢则比较困难，且制造时需要不同曲率的模子弯管，管板的有效利用率较低。此外，损坏的管子也难于调换，U形管管束的中心部分空间对换热器的工作存在不利的影响。由于上述缺点，这种型式的换热器的应用受到很大的限制。（3）浮头式换热器浮头式换热器的结构如图5-19所示，它的两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，这一端称为固定端；另一端的管板不与壳体连接而可相对于壳体滑动，这一端称为浮头端。因此，这种型式换热器的管束热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因热膨胀程度的差异而产生热应力。在换热器的检修和清洗时，只要将整个管束从固定端抽出即可进行。但是其缺点是：结构较复杂，金属耗量较多，造价较高。浮头式换热器适用于冷、热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。三、 板式换热器

　　1． 螺旋板式换热器螺旋板式换热器是由螺旋形传热板片构成的换热器。它比列管式换热器的传热性能好，结构紧凑，制造简单，安装方便。螺旋板式换热器的结构包括螺旋形传热板、隔板、盖板、定距柱和连接管等部件，其结构因型式不同而异。各种型式的螺旋板式换热器均包含由两张厚约2～6mm的钢板卷制而成，构成一对相互隔开的同心螺旋流道。冷、热流体以螺旋板为传热面相间流动。按流体在流道内的流动方式和使用条件不同，螺旋板式换热器可分为I、II、III三种结构型式，如图5-20所示。I型：两流体在螺旋流道的两侧均作螺旋流动。通常是冷流体由外周边流向中心排出，热流体由中心流向外周排出，可实现严格的逆流传热，常用于液-液换热。由于通道两侧完全焊接密封，因此I型结构为不可拆卸结构。II型：在这种型式中，一种流体在螺旋形流道内进行螺旋流动，而另一种流体则在另一侧螺旋流道中作轴向流动。因此，轴向流道的两端是敞开的，螺旋流道的两端是密封的。这种型式适用于两侧流体的流率差别很大的情况，常用作冷凝器、气体冷却器等。III型：在这种型式中，一种流体在螺旋形流道内进行螺旋流动，另一种流体则在另一侧螺旋流道中作轴向流动和螺旋流动的组合。这种型式适用于蒸汽的冷凝冷却，蒸汽先进入轴流部分冷凝，体积减少后再转入螺旋形流道进一步冷却。由上述结构可见，由于流体在螺旋板间流动时离心力形成二次环流和定距柱扰流作用，使流体在较低的雷诺数下（Re=1400～1800）就形成湍流，换热器中的允许流速较高（液体2m/s，气体20m/s），传热系数比较高。由于流体的流速较高，又是在螺旋形通道内流动，一旦流道某处沉积了污垢，该处的流通截面减小，流体在该处的局部流速相应提高，使污垢较易被冲刷掉，具有一定的自洁作用，适于处理悬浮液和粘度较大的流体。由于流道较长而且可实现逆流传热，故有助于精密控制流体的出口温度和有利于回收低温热能，在纯逆流的情况下，两流体的出口端温差最小仅为3℃。螺旋板式换热器的主要缺点是操作压力和温度不能太高，一般只能在2.0MPa以下、300～400℃以下运行，而且流动阻力较大。此外还存在检修和维护困难的问题。2． 板式换热器板式换热器主要由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两相邻板片的边缘衬以橡胶或石棉垫片。板片四角有圆孔，形成流体通道。冷、热流体相间地在板片两侧流过，通过板片传热。板片一般压制成各种槽形或波纹形，既提高了板片的刚度，增强流体的扰流，也增加了传热面积和使流体在传热面上分布均匀。图5-21a所示为人字形波纹板片，图5-21b表示板式换热器中冷、热流体的流动。板式换热器的主要优点是传热系数高。由于板片上有波纹或沟槽，可使流体在很低的雷诺数下（Re=200）达到湍流，而流动阻力却不大。板式换热器的结构紧凑，一般板片的间距为4～6mm，单位体积的传热面积可达250～1000m2/m3，比列管式换热器（40～150m2/m3）高出许多。它还具有可拆卸结构，可根据传热过程需要，用增减板片数目的方法方便地调节传热面积，提高了换热器的操作灵活性。此外，板式换热器的检修和清洗都比较方便。板式换热器的主要缺点是允许的操作压力和温度都比较低。通常操作压力低于1.5MPa，最高不超过2.0MPa，操作压力过高容易引起泄漏。它的操作温度受到板片密封垫片的耐热性限制，一般不超过250℃。由于板片的间距较小，故操作的处理量也较小。与螺旋板式换热器类似，板式换热器适用于操作压力和温度较低，流体的腐蚀性强而需要采用贵重材料的场合。3． 板翅式换热器板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的新型换热器。隔板、翅片和封条三部分构成了板翅式换热器的结构基本单元。冷、热流体在相邻的基本单元体的通道中流动，通过翅片及与翅片连成一体的隔板进行热交换。将这样的基本结构单元根据流体流动方式的布置叠置起来，钎焊成一体组成板翅式换热器的板束或芯体。图5-22a所示为常用的逆流、错流和错逆流板束，图5-22b表示常用的翅片型式，主要有光直翅片、锯齿翅片和多孔翅片三种。一般情况下，从换热器的强度、绝热和制造工艺等要求出发，板束的顶部和底部还有若干层假翅片层，又称强度层。在板束两端配置适当的流体进出口集流箱即可组成板翅式换热器。板翅式换热器的主要优点是：传热性能好。由于翅片在不同程度上促进了湍流并破坏了传热边界层的发展，故传热系数很大。冷、热流体间的传热不仅仅以隔板为传热面，大部分热量是通过翅片传递的，结构高度紧凑，单位体积的传热面积可达2500m2/m3，最高可达4300m2/m3。通常板翅式换热器采用铝合金制造，因此换热器的重量轻。由于铝合金在低温条件下的延展性和抗拉强度均很高，因此板翅式换热器适用于低温和超低温操作场合。同时由于翅片对隔板的支撑作用，其允许的操作压力也较。