熱交換器
加熱媒体と冷却媒体が同じ向きに接して流れるもの。効率が悪いが、熱交換器内の温度差や最高温度を小さくできるため、加熱媒体の温度が高く、材料の劣化を緩和する必要がある場合に用いられる。
管型 スパイラル式熱交換器 :中央部の骨組みとなる相対する半円筒部を軸として所要伝熱面積を有する長い伝熱板を渦巻き状に巻二つの渦巻き状の流路を形成させたもの。汚れにくく、コンパクト性に優れ、高性能である。 二重管式熱交換器 : 二重になった管の内外で熱交換を行うもの。 多管円筒式熱交換器(Shell and tube heat exchanger): 円筒胴内に多数の伝熱管を配列し、伝熱管内外面を流れる流体間で熱交換を行わせる形式のもの。 多重円管式熱交換器 渦巻管式熱交換器
タンクコイル式熱交換器 : タンク内に熱媒体を流すコイル状の管があるもの。
板型 プレート式熱交換器 : 金属板をプレス加工したものをパッキンを間にはさみ重ね合わせたもの。交互に冷却媒体と加熱媒体とを流す流路がある。分解清掃・能力の変更が行いやすい。 渦巻板式熱交換器 タンクジャケット式熱交換器
特殊型 直接接触液液式熱交換器 バヨネット熱交換器 流下液膜式熱交換器(熱回収装置)
複数の直列に連結する熱交換器の設計にすることで、温度効率、流体速度/伝熱性能の向上が図りやすくなり、高温流体を扱う場合には、低温側の熱交換器に低価格な金属材料の選択が可能になったり、高圧流体を扱う場合には、個別の熱交換器サイズを小さく出来て耐圧部材の厚さと重量、即ち熱交換器の価格を減じる効果も期待出来たりする。 サーモサイフォン(サイフォンの原理を利用した)蒸発器では安定運転および高沸点成分残留/有効温度差漸減回避の為の蒸発量の割合設定が重要である。 流下液膜式(フォーリングフィルム(英語版))蒸発器では伝熱管壁面が乾いてしまわない十分な量の液の循環/供給を確認する。 mv 値(運動エネルギー参照)に指針を設定/管理することで、流動に起因する摩耗の発生、不適切な流路設計を回避する。 尚、飽和蒸気が導入管路で放熱/冷却/凝縮した液滴ミスト(高密度)を同伴することになると、それが高速で飛来するので用心が必要である。 気相/気液二相流の音速流域設計でも、処理量の僅かな変動があっても運転困難に至らないことを確認する。可能であればマッハ数を小さく採る。
熱交換器の設計判断項目例 伝熱余裕(熱通過率) 流体の流動制限(流速、圧力損失) 流れの方位(対向/並行/直交/上向き/下向き/横向き) 据付(横置き/縦置き) 問題回避確認(偏流起因性能低下、気液二相流の不安定運転、局所の異常流速による摩耗や汚れ付着の加速)
加熱媒体と冷却媒体が向かい合わせに接して流れるもの。効率がよい反面、熱交換器内の温度差が大きくなるため、加熱媒体と冷却媒体の温度差が小さい場合や熱交換器の小型化が必要な場合に用いられる。
熱交換器の伝熱効果は流体の速度が大きいほど増加するが、このとき圧力損失も同時に大きくなる。これはポンプ等の動力増加につながるため好ましくなく、通常は圧力損失がある値以内に収まるように設計される。
復水器 : ランキンサイクルで、水蒸気を冷却して水に戻す。