化学工学

多管式熱交換器の構造と分類

多管式熱交換器は円筒シェルと複数のチューブ(チューブバンドル)間で熱交換する機構です。

メンテナンス性や熱応力を考慮して、構造が3種類存在します。

項目固定管板式浮動頭式U字管式
熱応力の耐性×
シェルメンテナンス性×
チューブメンテナンス性×
構造の単純さ×
密閉性×
価格×
多管式熱交換器の構造比較

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多管式熱交換器の構造

多管式熱交換器は円筒シェルと複数のチューブ(チューブバンドル)間で熱交換する機構です。

シェルアンドチューブや円筒多管式などとも呼ばれます。

シェル側の内部にはバッフルプレートが設けてあり、流路が長くなるように設計されています。

熱交換能力を上げやすいこと、圧力温度の適用範囲が広いことが特徴です。

一方で構造が複雑なためメンテナンス性が悪いことが挙げられます。

構造における3つの分類

多管式熱交換器にはメンテナンス性や熱応力を考慮して、構造が3種類存在します。

固定管板式

固定管板式はチューブの両端が管板で固定されている構造です。

構造が単純であり密閉性が良いことが特徴です。

ただし両端固定のため熱伸縮に伴う応力の逃げ場が無いため、温度差の大きな流体には向きません。

またチューブをシェルから抜き出せないため、特にシェルのメンテナンスしづらいことが最大の難点です。

浮動頭式(フローティングヘッド)

浮動頭式はチューブの片側が固定されていない構造です。

固定管板式と異なり熱応力の逃げ場があることが特徴です。

チューブをシェルから抜き出せるためメンテナンスがしやすくなっています。

両流体を仕切りながらも片側が動く高度な構造であり他の形式よりも高価です。

U字管式

U字管式はU字に曲げたチューブを束ねて構成されています。

片側はU字の折り返し部分であるため、チューブの固定は片側です。

そのため熱応力はあまりかかりません。

また構造が単純であるため他の形式よりも安価です。

その一方でチューブ折り返し部分は清掃しづらく、メンテナンス性の悪さが難点です。

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