板(片)式冷凝器通常称为板式冷凝器,就其自身结构而言,板(片)式冷凝器不是一种最近才出现的冷凝器。早在1878年,德国就授予了第一个板(片)式冷凝器专利;1886年,法国人设计出沟道板片;1923年,英国APV公司设计出铸造青铜板片,并根据板框压滤机的结构,将其组合在一起;1930年以后,出现了用不锈钢或青铜薄板压制的波纹板片,板片周围用垫圈密封,从而使板(片)式冷凝器进入现代使用阶段。目前在制冷机组中,板式冷凝器正以极快的速度替代壳管式冷凝器。
早期的板(片)式冷凝器耐压很低,属于开启式。其耐压通常仅有0.4MP,多用于食品、化工行业,诸如牛奶、啤酒、饮料的巴氏杀菌器,以及硫酸冷却器等。
20世纪中期,出现了半焊结构的板(片)式冷凝器,提高了其中一侧的耐压,拓展了使用范围。但由于其耐压仍较低,且密封线太长,制冷剂泄露问题无法解决,在制冷领域一直未得到应用。
20世纪60年代,瑞典人开发出了全焊结构的板(片)式冷凝器,将其耐压提高到3MPa。经过多家企业的长期改进,其于20世纪90年代成功用于冷水机组。从此,制冷冷凝器进入一个新店换型时代。
与壳管式冷凝器相比,在制冷机组中应用板(片)式冷凝器的优点是:传热系数高,通常为壳管式的3~5倍;两侧流体以接近逆流或接近顺流的方式流动换热,在同样的流体进、出口温度条件下,对数平均温差较大;端部温差小,对于水-水冷凝器、制冷用冷凝器、制冷用蒸发器,端部温差均可小于1℃;体积小,在同样温差的条件下,重量通常仅为壳管式的1/5;价格较低,在同样换热量、同样温差的条件下,用不锈钢制的板(片)冷凝器后,制冷剂充注量仅为采用壳管式时的约1/10.
板(片)式冷凝器有全焊结构和半焊结构两种形式,半焊结构仅用于氨制冷机。半焊式不锈钢板片冷凝器的水通路用密封垫片密封,氨通路板片周边用激光焊接,氨制冷机流过的角孔采用双层氟橡胶类材料制成的垫片。
全焊结构适用于各种制冷剂,全焊结构板(片)式冷凝器的外形及板片。
板(片)式冷凝器的端板用AISI304不锈钢制成,板片用AISI316不锈钢制成,板片形式均为人字形波纹片。人字形波纹夹角60°、90°、110°、120°、140°等多种,夹角越大,传热系数越高,流动阻力也越大。不同夹角的板片交替使用,可以组合出各种不同传热系数和流动阻力的通道。相邻板片交错倒置摆放,即一个板片的波峰与另一板片的波谷相接触,波谷(也就是另一面的波峰)与另一板片的波峰相接触,形成大量接触点。冷凝器用的板片厚度通常为0.3~0.4mm,板片节距通常为2~3mm。
全焊式不锈钢板(片)式冷凝器没有密封垫片,各种片采用真空钎焊将接触点焊在一起。卤代烃类制冷剂用的全焊式不锈钢板(片)式冷凝器采用铜钎料,压制板片之前,先在不锈钢板上敷一层纯度为99.9%以上的铜箔,两层材料一起压制成形。钎焊加热时铜融化成液态,将不锈钢钎在一起。氨用全焊式不锈钢板片冷凝器采用低熔点不锈钢作为钎料。
