熱交換器の6つの種類:原理、利点、用途

熱交換器は、対流、伝導、放射などのプロセスを利用して、流体間で熱を効率的に伝達するように設計された装置です。さまざまな用途の要件、構造設計、材料特性、金属の腐食性に応じて、熱交換器にはさまざまな形態があります。一般的な熱交換器の種類とその特徴を以下に示します。

1. フィンチューブ熱交換器

  • 原理:チューブの外側にフィンを追加することで伝熱面積を増やし、熱交換効率を高めます。
  • 用途: 空気冷却、HVAC システム、および特定の産業プロセスで広く使用されます。
  • 利点: 構造がシンプルで効率が高く、大量のガスや液体を処理できます。

2. シェルアンドチューブ熱交換器

  • 原理: 一連のチューブで構成され、流体がチューブ内とシェル間を流れ、チューブの壁を通して熱を伝達します。
  • 用途: 石油化学、発電、製薬業界でよく見られる
  • 利点: 多用途で、清掃とメンテナンスが簡単で、高圧および高温の環境に耐えることができます。

3. プレート式熱交換器

  • 原理: 複数の金属板で構成されており、流体が板の間を流れ、板材を通して熱を伝達します。
  • 用途: 食品加工、HVAC システム、産業用冷却に適しています。
  • 利点: 設置面積がコンパクト、熱効率が高い、清掃が簡単、液体の流量が低い場合に非常に効果的。

4. ヒートパイプ熱交換器

  • 原理:液体の相変化(蒸発と凝縮)を利用して効率的な熱伝達を実現します。
  • 用途: 電子機器の冷却や再生可能エネルギーシステムでますます一般的になっています。
  • 利点: 熱伝導率が高く、軽量で、必要な領域に熱を効果的に伝達します。

5. 単管熱交換器

  • 原理: 熱伝達は、流体が同じでも異なっていても、単一のチューブを通じて発生します。
  • 用途: 小規模システムや特定の産業用アプリケーションでよく使用されます。
  • 利点: 構造がシンプルで、製造と設置が簡単で、コストが低くなります。

6. スパイラル熱交換器

  • 原理: 流体は螺旋状の経路を流れ、螺旋設計によって熱交換効率が向上します。
  • 用途: 化学工学および廃水処理に適しています。
  • 利点: コンパクトな設計、優れた流体混合、強力な耐腐食性。


熱交換器の選択は、アプリケーションのニーズ、流体の特性、コスト、および望ましい熱効率など、さまざまな要因によって異なります。適切な設計と選択により、システムのエネルギー効率と経済性を大幅に向上させることができます。熱交換器を設計および選択する際には、機器の長期にわたる安定した動作を確保するために、動作環境、流体の特性、材料の耐腐食性などの考慮事項を考慮する必要があります。