熱交換チューブ

シェルアンドチューブ熱交換器は高温で動作できます。
シェルとチューブの設計は、特に U チューブ スタイルを使用する場合、大きな温度差に対して非常に効果的です。熱交換器内の U 字管束は 1 枚の管板にのみ固定されているため、温度差により管束が膨張したり収縮したりすることが可能になります。直管は伸縮継手を使用することで大きな温度差にも対応できます。

シェルアンドチューブ熱交換器は、より高い動作圧力に対応できます。
シェルアンドチューブ熱交換器は、さまざまな理由から、プレートアンドフレーム熱交換器と比較して、より高い動作圧力に適していると考えられることがよくあります。まず、シェルとチューブの設計は本質的に、さまざまなサイズのチューブとシェルの厚さで構築できる堅牢で頑丈な構造を提供します。動作圧力を上げるには、チューブの直径を小さくし、シェルの厚さを増やすことが一般的なオプションです。

シェルアンドチューブ熱交換器は掃除とメンテナンスが簡単です。
シェルアンドチューブ熱交換器では、チューブにアクセスできるため、メンテナンスが簡単になります。プレートとフレームの設計のように、多数の個別のプレートとそれに対応するガスケットを分解するのではなく、ボンネットを取り外すだけでチューブにアクセスできます。チューブ内の通路が大きいため、破片の除去も容易になります。定置洗浄（CIP）などの機械ツールや化学溶液など、さまざまな洗浄方法を使用できます。

シェルアンドチューブ熱交換器は通常、圧力損失が低くなります。
シェルアンドチューブ熱交換器のより大きなチューブ直径とオープン設計により、特に大量または粘性の高い用途において、システム内の圧力降下が最小限に抑えられます。これは、プロセスの製品側とユーティリティ側の両方に当てはまります。この圧力降下の減少により、エンドユーザーはより小型のポンプを使用できるようになり、エネルギーコストが節約されます。

シェルアンドチューブ熱交換器のサイジングに影響を与える可能性がある主な熱変数と環境変数の一部を以下に示します。
流体流量:熱い流体と冷たい流体の流量はサイジングに大きく影響します。流量が高くなると、圧力降下を最小限に抑えながら熱伝達効率を維持するために、より大型の熱交換器が必要になる場合があります。

望ましい温度変化:プロセス流体の望ましい温度変化 (その流量と組み合わせたもの) によって、ユニットに必要な総熱伝達 (BTU/時間) が決まります。温度変化を小さくすること、またはプロセス流体が所望の温度に達するまで再循環するオプションを使用すると、ユニットのサイズを縮小することができます。

アプローチ温度:アプローチ温度は、一方の流体の望ましい出口温度ともう一方の流体の入口温度の差を指します。アプローチ温度が狭いと熱伝達率が低下し、望ましい熱伝達を達成するためにより多くの表面積が必要になり、通常はサイズとコストが増加します。

熱流体の特性:両方の流体の熱特性は、熱交換器のサイズに大きな影響を与えます。まず、比熱容量は流体が運ぶことができる熱エネルギーの量を示し、一般に熱容量が大きいほどコンパクトな設計が可能になります。熱伝導率は、流体が熱を与える（または受け取る）能力の尺度であり、伝導率の値が高くなると、通常、ユニットに必要な表面積（およびサイズ）が減少します。流体の密度は質量流量に影響を与え、ひいてはサイジングに影響を与えます。流体の粘度は、流体の流れに対する抵抗の測定値です。粘度の高い流体は層流になる傾向があり、圧力降下が大きくなり、それを補うためにより大型の熱交換器が必要になる場合があります。

設計仕様:動作圧力や温度などの設計仕様は、熱交換器のサイズに大きな影響を与える可能性があります。動作圧力が高くなると、熱伝達に悪影響を与える可能性のあるより厚い材料が必要になる場合があります (たとえば、より厚い壁のチューブ)。

圧力損失に関する考慮事項:圧力降下とは、流体がシェルまたはチューブ内を流れる際の、摩擦や方向の変化による流体の圧力の低下を指します。これは流体力学やエンジニアリング システムにとって重要な要素です。熱交換器では、圧力降下が熱伝達効率に影響を与え、システム全体のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。圧力降下が高くなると、流体の流れと温度差を維持するためのエネルギー消費が増加する可能性があり、多くの場合、望ましい動作条件を維持するためにより大型の装置や調整が必要になります。圧力降下が大きくなると、流路面積の増加が必要となり、効率的な熱伝達を維持するためにチューブが大きくなったり、場合によっては直径が大きくなったりすることになります。

全体の熱伝達係数:全体の熱伝達係数は、熱交換器のシェル側とチューブ側の両方での熱伝達の有効性を考慮した組み合わせパラメータです。