検索に移動この記事は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。(2016年2月)熱交換器(ねつこうかんき)は、保有する熱エネルギーの異なる2つの流体間で熱エネルギーを交換するために使用する機器[1]。温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させることで物体の加熱や冷却を行う目的で用いられる。ボイラー排ガスの熱でボイラー給水を予熱するもの。飽和蒸気を加熱し過熱蒸気とするもの。加圧水型原子炉において、原子炉を循環する一次冷却系の熱で二次冷却系の軽水を沸騰させ、蒸気タービンを駆動する。ランキンサイクルで、水蒸気を冷却して水に戻す。いった産業用として、冷却工程/加熱工程/冷蔵のために使用される。液体-大気の熱交換器のうち加熱に使用されるもの冷凍機:冷蔵/冷凍保管用の冷蔵庫などに使用される空気調和用[編集]空気調和用の熱交換器を示す。暖房・冷房に用いられる送風機とエアフィルタ付きの水-空気の熱交換器である。暖房・冷房に用いられる送風機とエアフィルタ付きの冷媒-空気の熱交換器である。水蒸気や高温水を利用し自然対流や放射によって温度を保つもの。面積の大きな主に放射による伝熱を行うもの。換気用[編集]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。熱とともに水分(湿度)を交換するもの。湿気を排出し温度を保つために使用される。船舶・車両用[編集]船舶や車両用の熱交換器は、小型軽量で振動・衝撃に強く、姿勢や重力加速度の変化による効率の変化や不具合の発生が無いことが求められる。管理[編集]熱交換面の粉塵やスケール・スライムなどは、熱交換効率の低下・媒体の通過量の低下・差圧の上昇を招く。そのため、各種フィルタ・ストレーナでの流体の前処理や、薬品注入が行われる。伝熱面の温度管理を適切に行わないと腐食や汚損が激しくなる。定期的な清掃が必要である。粉塵の場合は、水蒸気や圧縮空気での吹き飛ばし(ボイラーの場合はスートブロワという)、高圧水噴射などが行われる。スケール・スライムの場合はスポンジボール・ブラシなどによる物理的洗浄のほか、薬品洗浄などが行われる。熱交換器の設計という視点から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)、適正な価格である。観点から、フランジ構造よりも溶接構造による組み立て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。耐えられるものから選定される。(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易い。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。/伝熱性能の向上が図り易くなり、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。為の蒸発量の割合設定が重要である。(フォーリングフィルム)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。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。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。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有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。省エネルギーを行うために熱の段階的利用や回収を積極的に行うとともに、熱交換器を適切に管理し効率的に使用することが定められている。内部圧力が高くなるものは、圧力容器として設置・運用に関して規制がある。高圧ガスを使用するものの取り扱い。: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。タンク内に熱媒体を流すコイル状の管があるもの。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。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。回転する蓄熱体に給気排気を交互に通過させ熱交換を行うもの。周期的に流路を切替えて蓄熱と放熱とをおこなうもの。リジェネレイティブバーナーなど。圧縮空気を熱気と冷気に分離する。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。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。加熱媒体と冷却媒体が直交して流れるものである。(運転を継続すると両伝熱面に汚れ付着があり、次第に伝熱量が低下する。伝熱設計の際には別途この伝熱抵抗も考慮する。tは両流体の局所の温度差、hh、hcは各流体側の熱伝達率(境膜伝熱係数)、δとk_wは固体隔壁の厚さと熱伝導率である。高温流体出口における両流体の温度差である。対数平均温度差という。熱伝達率(境膜伝熱係数)[編集]熱伝達率(境膜伝熱係数)の計算式には様々なものが提案されており、一例をあげる。以下の式は無次元化を行い、次のパラメータにより記述する。設計する場合に有用である。伝熱面積が既知で流体の出口温度を求める場合には反復計算を必要とし実用上不便である。このようなときには次の温度効率εと熱移動単位数NTUを用いて計算が行われる。1}}}}で定義される。1,2は各流体の入口側、出口側を表す。}}}}で定義される。1})}で求めることができる。1}}}.}圧力損失[編集]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。日刊工業新聞社、1992年、39-46頁。4-526-03165-8。冷却コイル外部リンク[編集]もっと知りたい蒸気のお話この項目は、工学・技術に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています(Portal:技術と産業)。(日時は個人設定で未設定ならばUTC)。表示-継承ライセンスの下で利用可能です。追加の条件が適用される場合があります。詳細は利用規約を参照してください。Cookieに関する声明モバイルビュ。