一般的な熱交換器とその産業用途の包括的な分析

熱交換器は,液体間の熱伝達を容易にする重要な機器である.その基本的な性能は主に構造設計によって決定される.異なるタイプの熱交換器の構造は大きく異なっています主流の熱交換器の主要な特徴の明確な概要を提供するために,以下は主なタイプの包括的な分析です.

(1) ヒーター:液体の温度を必要なレベルに上げるために使われます. 通常は液体の相変化なしに.

(2) 前熱器:総処理効率を向上させるため,液体を予熱するために使用されます.

(3) スーパーヒーター:飽和した蒸気を温めると温度が上がり 超熱蒸気になります

(4) 蒸発機:液体を熱して蒸発させる.

(5) リボイラー:蒸留プロセスにおける特殊機器で,底液体製品の再加熱と蒸発に使用される.

(6) 冷蔵庫:液体の温度を望ましいレベルに低下させるのに使われます

(7) コンデンサー:飽和蒸気を凝縮し 潜伏熱を除去し 液化させます

(1) 管状熱交換器:熱 は 管 の 壁 を 通し て 伝わっ て い ます.この タイプ に は,シェル と 管,ダブル 管,コイル,フィンネッド 管 の 種類 が 含ま れ て い ます.それら は 広く 用い られ て い ます.

(2) プレート熱交換器:熱はプレートを通過する.その例には,加密プレート,螺旋プレート,プレートフィン,熱プレートの種類がある.

(3) 特殊型熱交換器:特殊なプロセス要件,例えば回転式熱交換器や熱管式熱交換器のために設計されている.

(1) メタリック熱交換器:炭素鋼や合金鋼などの金属から作られ 高熱伝導性と高効率な熱伝送を可能にします

(2) 非金属熱交換器:グラフィット,ガラス,プラスチック,セラミックなどの材料で作られています.それらは腐食媒体のために使用されています.しかし,熱伝達の効率は通常より低いです.

tubular heat exchanger とも呼ばれているシェル・アンド・チューブ熱交換器は,広く使用されている標準的な熱伝送機器です. シンプルな構造,高耐久性,低コスト,様々な材料と洗浄方法との互換性により,高度に適応できます.異なる熱交換装置の中で,シェル・アンド・チューブ熱交換器は,優れた性能と柔軟性により支配的な地位を占めています.このタイプは構造特性に基づいてさらに細分化することができます.固定チューブシート熱交換器が典型的な例である.

(1) 基本構造:熱流と冷流は,それぞれ管内 (管側) と管内 (管側) の周りに流れる.

(2) 熱移転メカニズム:管の壁を通り抜ける間接的な熱伝達.

(3) 主な利点:高圧と高温耐性,堅牢で信頼性の高い構造,幅広い流体に対応する.

(4) 主な欠点:大きさと足跡が大きく,他の種類と比較して熱伝達の効率が比較的低い.

(5) 典型的な用途:石油化学産業,発電,中央空調システム (コンデンサー/蒸発機) その他の高圧,高温,または厳しい運用条件

プレート熱交換器は,そのユニークなプレート設計で,熱交換フィールドの重要な部分です.プレートは,通常高強度材料で作られ,機器の耐久性を保証します.特徴的な構造設計により,優れた熱伝送性能が様々な複雑な要件を満たしています.
プレート熱交換器の利点は,非常にコンパクトな構造で,容量単位あたりの熱伝送に利用可能な表面面積を大幅に増加させる.組み立ては柔軟性がありますプレートの数は,実際の必要に応じて熱伝達面積を変更するために簡単に調整できます.プレートの特殊な波紋は,複雑な流れ経路の変動を引き起こします.流体の乱流を増加させ,熱伝達の効率を大幅に向上させるプレート式熱交換器は,平板式熱交換器の機能が制限されているため,比較的簡単に分解され,保守と清掃が容易である.密封材の性能制限により容量は比較的小さく,動作圧力と温度制限があります.これらの特性により,プレート熱交換器は頻繁に清掃を必要とする用途に特に適しています.-35°C~200°Cの温度で動作圧が2.5MPa未満である.

(1) 基本構造:波紋金属プレートから構成され,複雑な流通経路を形成する.

(2) 熱移転メカニズム:円盤を通る間接伝導で 波紋は熱伝達を大幅に強化します

(3) 主な利点:熱伝達の効率が非常に高く 構造が非常にコンパクトで 清掃のために簡単に分解できます

(4) 主な欠点:圧力と温度能力は,密封材によって制限され,狭いチャネルは詰まりやすい.

(5) 典型的な用途:温室効果・冷却 食品・飲料 製薬 低気圧・低気温などで 高効率・衛生を要する

"チューブフィンの熱交換機"とも呼ばれる"フィンの熱交換機"は,チューブの外側または内側表面に固定された多数のフィンの特徴である.
これらのフィンは通常,縦または横に分類され,様々なフィンのタイプが工業用に使用されています.羽根 と 管 の 表面 の 間 の 絆 の 密度 は 極めて 重要 です熱伝達効率を低下させる.したがって,縮小フィットメント,埋め込み,緊張巻き込みなどの方法,密度の高い接続を保証するためにしばしば使用されます.代替として,フィニング管は,統合ロール,鋳造,または加工などのプロセスで製造することができます.

(1) 基本構造:核は密閉管で 工作液で掃除され 満たされ 蒸発器と冷却器に分かれています

(2) 熱移転メカニズム:作業液体の相変化 (蒸発/凝縮) を利用して熱を伝送し,熱超伝導体として機能する.

(3) 主な利点:熱伝達の効率が非常に高く,温度均等性が優れている.柔軟な配置可能性があり,両流体の完全な隔離がある.

(4) 主な欠点:製造コストが高く,単一の熱管の故障は,局所的な性能 (統合組成) に影響する可能性があります.

(5) 典型的な用途:宇宙船の熱制御,産業廃棄物熱回収 (例えば,ボイラー煙ガス) および電子機器の冷却.

異なる産業は,そのプロセス特性に基づいて,熱交換器の種類に対して特別の好みを有します.

(1) 化学および石油精製: シェル・アンド・チューブ式熱交換機高圧と高温に耐える能力があるため,広く使用されています. 精製工場の設備投資の40%以上を占める可能性があります.熱交換器を搭載した原子炉の統合設計も注目すべき傾向である..

(2)HVACと地区エネルギー: プレート式熱交換機高効率とコンパクト性により広く採用されており,暖房サブステーションや熱交換所を建てるのに最適です.

(3) 食品および医薬品産業: プレート式熱交換機(特に密封型) は,迅速な加熱/冷却要求 (例えば,HTSTパステリゼーション),清掃のために簡単に解体し,厳格な衛生基準を満たすために好まれています.

(4) 発電と金属産業: シェル・アンド・チューブ式熱交換機ボイラーやコンデンサーなどの重要な用途に使用されますフリンドチューブ式冷却冷却コンデンサ水を節約する冷却溶液に使用されます.

(5) 新興分野と高級分野:高効率でコンパクトなデザインです印刷回路熱交換器 (PCHEs)そしてマイクロチャネル式熱交換機特殊な熱伝達性能とコンパクト性により,航空宇宙,電子チップ冷却,水素エネルギー,超臨界CO2電源サイクルに応用されています.

将来の熱交換器技術では,いくつかの主要な方向で進歩することが期待されています.

1熱伝送の強化と構造革新プレート波紋を最適化し,新しいチューブプロファイル (例えば,スローリングチューブ,波紋チューブ) を開発し,渦巻促進剤を組み込むことで熱伝達の効率を継続的に改善する.

2材料の拡大:アルミニウム合金,不?? 鋼,チタン以外にも,腐食耐性のある高伝導性材料 (ニッケルベースの合金,複合材料など) と高度な表面塗料をより広く使用する.

3インテリジェンスと高度製造:オンライン監視とインテリジェント制御のためのセンサーを統合するより複雑で効率的な流通チャネル設計を作成するために 拡散結合や3Dプリンティングなどの先進的な製造技術を使用します.