エンジニアのための熱技術情報誌

熱技術NEWS

熱利用のカギを握る、熱交換器の種類と性能SDGs やカーボンニュートラルを実現するためには熱エネルギーを無駄なく利用することが必要不可欠であり、熱利用において熱交換器は重要な機器の 1 つです。今回は熱交換器の種類や性能について解説します。

ニュース

熱交換器とは熱交換器とは高温の流体から低温の流体へ熱を伝える装置です。
高温楳体には一般的に燃焼ガス、水蒸気、熱媒油、温水等が用いられ、排熱の回収や冷暖房等に利用されます。

March
2022
Vol.

104

基本

熱交換器の分類①直接接触式

熱交換する流体が直接触れ合う熱交換器で，伝熱壁が存在しません。
実用例：冷却塔等。

②隔板式

熱交換する流体同士を管や板等を用いて隔離した熱交換器。熱媒同士が混ざり合うことがない為、加熱設備等にもよく利用されています。
隔板の形状によってシェル＆チューブ式、プレート式、フィンチューブ式などの種類があります。

③蓄熱式

蓄熱材に低温流体と高温流体を交互に通過させることで熱のやり取りを行う方式です。弁により流体の切り替えを行う切替弁式や、蓄熱材を回転させる回転式などがあります。リジェネレイティブバーナに使用される熱交換器がこのタイプです。

90 %
放射率

エコム赤外線ヒーター

エコム赤外線ヒーター（EIR ヒーター）は遠赤外線による均一で効率の良い加熱が可能です。コーティング処理をしない独自構造により表面剥離がおきず、長期間安定した性能を維持できます。

基本

隔板式熱交換器の種類

隔板式では流体の方向により並流形、向流形、直交形の大きく 3 つに分類されます。

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並流形

流体が同一方向に流れるもの。

温度効率の良さは向流形

流体の方向が向かい合って流れるもの。

向流＞直交＞並流

直交形

流体の方向が直交に交わるもの。の順となります。

並流

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視える化 + 予防保全 + 省エネ。
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ネや数値の設定提案まで行います。

高温流体入口

高温流体出口高温流体入口

高温流体出口低温流体入口

低温流体出口

低温流体出口低温流体入口熱交換器では仕様温度、サイズ、耐久性等、その用途に応じて様々な形状のものが存在します。
特にシェル & チューブタイプの熱交換器は加熱、冷却などさまざまな使用方法で効率がよく、古くから利用されている熱交換器です。
また、加熱炉などで省エネルギーを目的として排ガスの熱エネルギーを用いて空気予熱を行う熱交換器をレキュペレータと呼び、無駄な熱損失を減らし、CO2 の削減に貢献する仕組みとして利用されています。
温度

温度
高温流体入口ecom@ecom-jp.co.jp

並流

向流
高温流体入口

高温流体出口

http://ecom-jp.co.jp/product/miterune/

内容についてのお問い合わせは

向流

温度効率の差低温流体入口

低温流体出口

高温流体出口

低温流体出口低温流体入口
距離距離

事例

熱 交 換 器 による排熱利用事例

熱交換器による排熱利用には温度帯や用途によってさまざまなものがあります。工業炉では付随設備の水や空気の予熱に使われることが多く、以下のような例があります。
・ボイラーの排熱を温水加熱に利用
・アルミ熱処理炉の排熱を焼入水槽の加熱に使用
・熱処理炉の排熱をバーナ燃焼エアの予熱に使用熱回収された排ガス

炉内ガス温度
最大900℃
Gas temperature in
furnace max 900℃

Heat recovered low
temperature exhaust gas

ENX-120TFD

燃料ガス管
Fuel gas pipe

予熱燃焼空気（高温）Pre-heat combustion air

炉内ガス（高温）紹介

熱 交 換 器 搭載省バーナ ecoNext

In-furnace(High temperature)
スパークプラグ
Igniter spark plug
燃焼空気（常温）

ecoNext は排気の排熱を回収して燃焼エアの予熱に使用しています。右図のように熱交不使用時 900℃の排気を ecoNext を使用することで 500℃まで低下させることができ、Δ400℃分の熱量を再利用することができます。その場で排熱を利用するため、熱移動のロスも少なく、SDGs、カーボンニュートラルにも大きく貢献します。

Combustion air(room temperature)

ENX-240TFD

排熱回収無し排熱温度

小ネタ【高温空気燃焼について】通常燃焼では燃焼エアを予熱すると火炎温度が上昇し、窒素酸化物（サーマル NOx）が発生します。ecoNext-P では火炎温度を抑える燃焼技術である
高温空気燃焼を行うことで NOx を抑制しています。特許燃焼技術により省エネと NOx 低減を同時に実現します。

AIRFUEL注目

排熱回収有り

900℃

炉内温度

900℃

排熱温度

500℃

炉内温度900℃

AIR

従来型バーナFUEL

ecoNext

熱 交 換 器 の保守について熱交換器を加熱設備に搭載することで、燃焼効率の向上、省エネ、燃料費の削減につながります。
しかし、定期的なメンテナンスの怠りにより熱交換器の性能を十分に発揮できていない場合があります。
シェル＆チューブ式熱交換器では細い伝熱管を多く使用しており、写真のようにススの付着やごみの詰まりがあると熱交換効率が大きく低下します。熱交換器の性能を発揮できないだけでなく、燃焼バランスを崩すことにもつながるため、定期的な熱交換器のメンテナンスを推奨します。

紹介

M i t e r u ne で熱交換器の不具合を予知・予兆保全

熱交換器の不具合は外観からではわからないため保全のタイミングが難しいです。
そこでエコムのメンテナンスサービス『Miterune』が活躍します。
Miterune では IoT センサにより熱交換器のデータを継続的に取得、分析することができます。
例えば排気温度の監視により熱交換器の損傷によるエアリークをいち早く発見したり、初期データとの比較によって最適なタイミイングで清掃の実施が可能です。
熱交換器を長く効率的に利用するために Miterune の導入をおすすめします。

お客さまの工業炉における火炎検出、空気比、炉内温度や排ガス温度を工業炉内のセンサーで測定し、視える化により工業炉の最適運用のサポートを行います。
https://ecom-jp.co.jp/product/miterune/

本社・テクニカルセンター

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