- 発行日 2023年2月20日
- 最終変更日 2023年8月29日
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プレート式熱交換器のガイド

プレート式熱交換器とは何か、その用途、主な種類、メリットなどを解説した「プレート式熱交換器ガイド」をご覧ください。

「プレート式熱交換器」とは？

プレート式熱交換器は、ある流体から別の流体へと熱を伝えるための装置です。2つの流体は直接接触せず、平行に敷かれた金属製の伝熱プレートで隔てられている。つまり、媒介物を介して熱を伝達する間接熱交換の原理を利用している。

プレート式熱交換器は、水、油、冷媒などの流体に使用されます。業務用の大型機種では、熱を伝えるプレートを支持棒でボルト止めし、ゴムパッキンで密閉します。一方、小型のものではプレート同士を直接接合するのが一般的です。

高温の液体と低温の液体は、それぞれのプレートの間の空間にある別々の流路やチューブを通って、反対方向（通常は互いに平行）に流れます。各プレートの片側には高温流体用の長い不規則な流路が、もう片側には低温流体用の流路が並んでいます。それぞれの流路には、流体が熱を放出したり吸収したりするための大きな表面積が設けられています。ある面積で伝わる熱の量を熱伝達率と言います。さらに、デバイスを固定するための固定プレートと、圧力に対応するためのフレキシブルプレートがあります。

転写板には一般的にステンレスが使用されています。ステンレスは、強度、耐食性、高温・高圧に耐えることができることで知られています。また、食品にも安全なので、食品、飲料、医薬品などにも使用できます。また、一部のモデルでは、アルミニウムやチタンなどの非鉄金属を採用しています。その他にも銅やチタンなどの非鉄金属を採用したモデルもあります。

プレート式熱交換器は、プレート＆フレーム式熱交換器とも呼ばれています。

プレート式熱交換器の仕組みとは？

では、熱交換器はどのような仕組みになっているのでしょうか。それは、「周囲の環境が涼しければ、温かい物質や材料からは必ず熱が放散され、冷たい物質は同じ環境から熱を吸収する」という物理学の法則に基づいています。プレート式熱交換器が機能するためには、装置の両側の液体に温度差があることが必要です。これらは、トランスファープレートの表面に沿って走る密閉されたチャネルやチューブの中で、互いに分離されています。複雑な波形パターンや不規則な形状の溝や谷が、液体に乱流を発生させます。これにより、熱伝達や流体の流れが活発になります。コルゲーションは、交換器の構造的な強度を高め、比較的小さな装置の中に大きな表面積を作り、熱伝達効率を最大化します。熱は高温の媒体から放散され、交換器の精密な設計のおかげで、わずか1℃差の低温の媒体に直接吸収されます。後者が吸収する熱量は、環境中で失われる少量の熱を除いて、前者が失う熱量とほぼ等しくなります。

プレート式熱交換器の用途

プレート式熱交換器は、産業界でさまざまな用途に使われている汎用性の高い装置です。以下のような場所で使用されています。

暖房・換気・冷房（HVAC）システムにおいて、ボイラーとチラーを接続し、熱を回収
工業用途では、廃熱を回収したり、包装や瓶詰め前の製品を冷却したりします。後者の場合、本機はチラーに接続されます。
水蒸気の蒸発と凝縮
レーザー機器を含むプロセスエンジニアリング（製品製造）
ビルやマンションを地区全体のネットワーク・冷暖房ネットワーク
重工業や石油精製所
水系ヒートポンプ
熱交換器（給湯器）の場合
冷却が必要な医療機器（例：MRI装置）

プレート式熱交換器の種類

プレート式熱交換器にはさまざまな種類があります。主な熱交換器のデザインを見てみましょう。

ブレージングプレート式熱交換器

ブレージングプレート式熱交換器は、コンパクトで電力効率が高く、給湯器や産業用機器、冷凍機などによく使われています。ろう付けとは、はんだ付けのように、2つの金属に3つ目の金属を溶かして焼き付けることで接合する方法です。ブレージングプレート式熱交換器は、ステンレス鋼に銅やニッケルをろう付けしたものが一般的で、耐腐食性に優れています。

ブレージングプレート式熱交換器は分解できません。洗浄は、適切な洗浄剤で装置を洗い流すことで行います。

ガスケットプレート式熱交換器

ガスケット式プレート型熱交換器は、伝熱プレートの間にゴム製のガスケットを使用しています。これにより水密性を確保し、流量を制御します。このような大型で高容量のモデルは、食品や飲料の製造、加熱、プロセスエンジニアリングシステムで標準的な機器です。HVACシステムでも使用されています。

ガスケットシールを採用しているため、分解してのメンテナンスやクリーニングが容易です。また、プレートを追加することで、容量や熱流量を増やすことができます。

プレートフィン式熱交換器

プレートフィン式熱交換器は、伝熱プレートの横にフィン付きのチャンバーがあるのが特徴で、プレートは通常アルミニウム製です。他のプレート式熱交換器に比べてコンパクトですが、伝熱面積が大きいのが特徴です。

プレートフィン式熱交換器は、プレートフィン式やチューブ式の熱交換器としても知られており、軽量の熱交換器を必要とする産業で好まれています。例えば、航空宇宙、自動車工学、極低温化学処理などです。

溶接プレート式熱交換器

溶接プレート・フレーム式熱交換器は、プレートを溶接して1つのブロックにしたものです。そのため、メンテナンスが難しく、伝熱板を追加することができないため、装置の容量は固定されています。しかし、溶接プレート式熱交換器は、腐食性流体や高温・高圧にも耐えられる高い耐久性を持っています。そのため、石油精製所やガス抽出プラント、発電所などの重工業分野で広く使用されています。

半溶接プレート式熱交換器は、溶接プレートとガスケットプレートを組み合わせた変形モデルです。溶接されたプレートセットは、ガスケットを介して他のセットと接続されています。そのため、この装置を通る流体の流路は、ガスケットシールと溶接シールが交互に繰り返されます。これにより、高温の流体や腐食性の高い液体を一方の側に流しながら、もう一方の側でサービスを行うことができます。