熱交換器
熱交換器の設計においては以下のことが求められる。
所定の伝熱/流動特性を、所定の運転期間実現できる型式(経験あるいは新規の着想から決定)、大きさ(製作工場から設置施設までの搬送と取り付けが可能)であること。
取り扱う流体が毒性であったり、高圧であったりすると、流体の漏洩防止、経済設計の観点から、フランジ構造よりも溶接構造による組み立て方式の採用が優先される。
胴と伝熱管の両端が相互に固定される構造の場合、高温側/低温側の流体が接する金属の温度に差が生じる為、その伸び差に起因する熱応力に耐える構造が必要である。
両流体の運転期間中、その流動起因の伝熱管(装置)振動による損傷が無く、また騒音トラブルも起こさないこと。
熱交換器の最適設計に関する考察 経済性(製作・納入・据付・運転・維持・互換性の各フェーズにおいて)に優れること。 型式は様々(二重管式/多管円筒式/スパイラル式/プレート式/空冷式 等)だが、まずは異なる2つの流体それぞれの設計圧力、設計温度に耐えられるものから選定される。 特に相変化が無い場合、流体の伝熱(金属)面への汚れ付着度合やその除去要求から、採用する水力直径(構造)が定まってくる。これが小さいほどコンパクトな設計になりやすい。 伝熱量は、異なる2つの流体それぞれの境膜伝熱係数の大小に依存する。両流体側の改善が重要になる。劣等側改善目的で、その伝熱(金属)面へのフィン取り付け、管内に乱流促進用の挿入物(インサート)を考慮する場合がある。
空冷式熱交換器 : 空冷の冷却塔など
直接接触式熱交換器 : 開放型冷却塔、バロメトリックコンデンサなど
フィンチューブ熱交換器 : 液体を流す管に気体に接する面を大きくするためにフィンをつけたもの。
加熱媒体と冷却媒体が直交して流れるものである。
換気による熱負荷を少なくするために排気-給気の熱交換が行われる。熱交換エレメントを汚損から守るため、エアフィルタで前処理された空気を通過させることがある。
全熱交換器 : 熱とともに水分(湿度)を交換するもの。
顕熱交換器 : 湿気を排出し温度を保つために使用される。