工業用熱交換器是將熱能從一種流體（氣體或液體）傳遞到另一種流體的裝置，而這兩種流體通常由實體壁隔開，防止混合。它們是眾多工業製程中的核心設備，對於能源效率、製程控制和成本節約至關重要。

以下是主要的工業用熱交換器種類及其功用：

1. 管殼式熱交換器
   • 結構： 最常見、最傳統的類型。由一個圓柱形外殼組成，內部包含一束管子。一種流體在管內流動（管側流體），另一種流體在管束與外殼之間的空間流動（殼側流體）。管束兩端固定在管板上，外殼兩端有封頭（管箱）。殼側通常有折流板，用以增加流體湍流、提高熱傳效率並支撐管束。
   • 優點：
     • 設計成熟，應用廣泛。
     • 能承受高壓和高溫。
     • 結構堅固耐用。
     • 易於維護（管束可抽出清洗）。
     • 可設計處理大流量。
   • 缺點：
     • 單位換熱面積的體積較大（相對於板式）。
     • 熱傳效率通常低於板式或螺旋板式（但可透過設計改善）。
     • 較難清洗殼側（尤其是固定管板式）。
   • 功用/應用：
     • 煉油廠（原油預熱、餾分冷卻）。
     • 化工廠（反應器進/出口換熱、蒸餾塔冷凝/再沸）。
     • 發電廠（蒸汽冷凝、給水加熱）。
     • 暖通空調（大型建築物冷水機組的冷凝器、蒸發器）。
     • 食品飲料加工（殺菌前預熱/冷卻）。
     • 處理有相變（冷凝、沸騰）的場合。
2. 板式熱交換器
   • 結構： 由一系列帶有波紋（人字紋、點狀等）的金屬薄板堆疊壓緊而成。板片之間形成通道，兩種流體在相鄰的通道內逆向或交叉流動。板片四角有開孔，形成流體的入口和出口集管。墊片（橡膠或特殊材料）密封板片之間的流體通道並引導流體流動。也有點焊式或全焊式，無需墊片。
   • 優點：
     • 極高的熱傳效率： 板片波紋誘發高度湍流，且板片薄、熱阻小。
     • 結構緊湊： 單位體積的換熱面積非常大。
     • 易於擴充或縮減： 增減板片即可調整換熱能力。
     • 易於拆卸清洗： 墊片式設計可完全拆開徹底清潔板片表面。
     • 溫差小： 適合接近溫度的流體換熱，熱回收效率高。
     • 液體滯留量少： 減少物料損失，更適合衛生要求高的場合。
   • 缺點：
     • 工作壓力和溫度受限（尤其是墊片式，釺焊/全焊式較高）。
     • 墊片可能老化、洩漏，需定期更換（釺焊/全焊式無此問題）。
     • 通道狹窄，不適用於含大顆粒固體或非常黏稠的流體。
     • 初期成本可能較高（但運行成本常較低）。
   • 功用/應用：
     • 區域供熱/供冷系統。
     • 製冷系統（冷凝器、蒸發器）。
     • 食品飲料加工（牛奶、果汁的殺菌、冷卻）。
     • 製藥工業（高衛生標準要求）。
     • 化學工業（中低壓、中低溫工況）。
     • 船舶（中央冷卻系統）。
     • 廢熱回收（如洗滌廢水熱回收）。
3. 板殼式熱交換器
   • 結構： 結合了板式高效率和管殼式高壓力的優點。核心是焊接成圓柱形管束的板片組（類似板式熱交換器的通道），裝在一個壓力容器（外殼）內。一種流體在板束內的通道流動，另一種流體在板束與外殼之間的環形空間流動。
   • 優點：
     • 兼具板式的高效率和管殼式的高壓高溫耐受性。
     • 無墊片，消除墊片洩漏風險。
     • 結構緊湊程度介於管殼式和板式之間。
     • 耐熱衝擊能力較好。
   • 缺點：
     • 成本通常高於傳統管殼式和板式。
     • 內部板束難以清洗（通常只能化學清洗）。
     • 設計和製造更複雜。
   • 功用/應用：
     • 煉油和石化（高壓氣體冷卻、重整進料/出料換熱）。
     • 天然氣處理（氣體冷卻/加熱）。
     • 發電廠（高壓給水加熱）。
     • 需要高壓高溫且高效率的場合。
4. 翅片管式熱交換器
   • 結構： 在金屬管（圓管、橢圓管）外表面加裝翅片（金屬薄片），大幅增加管外側的換熱面積。通常用於氣體（空氣、煙氣）與液體（水、油、冷媒）之間的換熱。
   • 種類：
     • 空冷器： 使用風扇強制空氣流過翅片管束，冷卻管內的工藝流體。廣泛用於缺水地區或水冷不經濟的場合。
     • 冷卻盤管： 常見於空調系統，空氣自然或強制流過翅片管束，管內為冷媒或冷水。
     • 省煤器/空氣預熱器： 裝在鍋爐煙道中，利用煙氣餘熱加熱給水（省煤器）或燃燒空氣（空氣預熱器）。
   • 優點：
     • 有效解決氣體側熱傳係數低的問題（翅片大幅增加面積）。
     • 空冷器節省寶貴的水資源。
     • 結構相對簡單。
   • 缺點：
     • 體積通常較龐大（尤其是空冷器）。
     • 風扇耗電（空冷器）。
     • 翅片間易積灰，需定期清潔。
   • 功用/應用：
     • 煉油廠、石化廠、電廠的工藝流體空冷。
     • 暖通空調系統的冷凝器、蒸發器。
     • 汽車散熱器（水箱）、機油冷卻器。
     • 工業烘乾設備。
     • 廢熱回收（鍋爐省煤器、空氣預熱器）。
5. 螺旋板式熱交換器
   • 結構： 由兩張長的金屬板捲成同心螺旋狀，形成兩個螺旋通道。兩種流體分別在相鄰的通道內以純逆流方式流動。通道一端焊有分隔板（中心隔板），另一端通常有蓋板密封。有可拆式和不可拆式。
   • 優點：
     • 純逆流設計，熱效率高。
     • 通道呈螺旋狀，流體自清洗效果好，不易結垢堵塞，特別適合含懸浮顆粒或易結垢的流體（如污泥、漿料、高黏度流體）。
     • 結構緊湊。
     • 熱損失小。
   • 缺點：
     • 工作壓力和溫度受限於結構和密封（通常低於管殼式）。
     • 維修困難（不可拆式幾乎無法維修內部）。
     • 不易做大流量設計。
   • 功用/應用：
     • 化學工業（處理泥漿、結晶液、高黏度流體）。
     • 造紙工業（黑液、紙漿）。
     • 食品工業（糖漿、果汁）。
     • 廢水處理（污泥冷卻/加熱）。
     • 暖通空調（熱回收）。
6. 雙管式熱交換器
   • 結構： 最簡單的形式。由同心的大小兩根管子組成。一種流體在內管流動，另一種流體在內管與外管之間的環形空間流動。可以是單根雙套管，也可以是多根串聯或並聯組合成套管束。
   • 優點：
     • 結構非常簡單，易於製造、安裝和清洗。
     • 可承受高壓。
     • 適合小流量應用。
     • 純逆流流動，效率高。
   • 缺點：
     • 單位換熱面積的金屬耗量大，成本高，體積大。
     • 換熱面積有限，不適合大流量。
   • 功用/應用：
     • 實驗室或中試裝置。
     • 高壓、小流量或需要頻繁清洗的特殊場合。
     • 蒸汽伴熱（小管走蒸汽加熱大管內流體）。

總結熱交換器在工業中的核心功用：

1. 加熱： 將流體加熱到製程所需的溫度（例如：預熱反應原料、蒸汽加熱）。
2. 冷卻： 將流體冷卻到製程所需的溫度或儲存溫度（例如：冷卻反應產物、冷卻壓縮空氣、冷卻潤滑油）。
3. 冷凝： 將氣態流體（通常是蒸汽）冷凝成液體（例如：蒸餾塔頂冷凝器、冷凍系統冷凝器）。
4. 蒸發/沸騰： 將液態流體部分或全部蒸發成氣體（例如：蒸餾塔再沸器、蒸發器）。
5. 熱回收： 利用製程中熱流體的廢熱來預熱需要加熱的冷流體，大幅提高能源利用效率，節省燃料或冷卻成本（例如：餘熱鍋爐、板式換熱器回收廢水熱量）。
6. 熱再生： 在製程內部進行熱量交換（例如：空分裝置中的主換熱器）。

選擇熱交換器類型的關鍵因素：

• 流體的性質： 類型（氣、液、多相）、溫度、壓力、流量、黏度、腐蝕性、結垢傾向、清潔要求（衛生等級）。
• 熱力學要求： 所需換熱量、進出口溫度、允許壓降、熱效率要求。
• 操作條件： 最高/最低工作壓力和溫度、溫度波動、震動環境。
• 空間限制： 安裝空間大小。
• 維護要求： 是否容易清洗、維修。
• 成本： 初期投資成本、運行維護成本（能耗、清洗、維修）、壽命週期成本。
• 材料相容性： 流體與換熱器材料的相容性（耐腐蝕）。

瞭解各種熱交換器的特點和適用範圍，有助於在工業應用中選擇最合適、最經濟高效的設備，以達到最佳的製程控制和能源利用效率。