プリント回路熱交換器の効率

プリント回路熱交換器は超コンパクト、拡散接合プレート熱交換器 極端な条件に対応していますエッチングされたマイクロチャネルプレートをモノリシックブロックに積み重ね、非常に高い熱伝達係数とほぼ逆流動作を可能にします。これらの設計特徴は、理想的な条件下では 95 ～ 98% の優れた熱効率を誇ります。つまり、 a高圧 PHE 利用可能な熱のほとんどを熱と冷のストリームの間で伝達することができ、非常に小さな「アプローチ」温度差しか残さない。

プリント回路熱交換器の回路図。マイクロチャネルをエッチングした薄い金属板 （ 「プレートパック」 ） は、ホットサイドシェルとコールドサイドシェルの間の固体ブロックに拡散接合されます。

PCHEs の高効率は、非常に大きな表面積対容積比と設計された流路に起因しています。各プレートには、流体を長く乱流の経路に強制する複雑でねじれたマイクロチャンネル （ しばしば幅数百マイクロメートル ） が含まれています。この乱流により、対流熱伝達係数 （ しばしば 3000 〜 7000 W / m2 · K ） は、典型的なシェルとチューブユニットで可能なものをはるかに上回る。一方、真の逆電流構成で流れを配置することで、交換器に沿った温度差を最大化し、効率をさらに高めることができます。プレートは 1 つのブロックに拡散接合されているため、熱抵抗を追加するガスケット漏れやろう付け継ぎ目はありません。プレートスタック全体が 1 つの連続金属導体として機能します。その結果、熱流体からの熱エネルギーのほぼすべてが冷流体に伝達されます。

比較すると、従来のシェルアンドチューブ交換器やガスケット交換器でさえ、この性能に匹敵しません。典型的なプレート · アンド · フレーム式熱交換器は、波形プレートのために、シェル · アンド · チューブ式熱交換器よりもはるかに近い温度アプローチを達成しています。ガスケット付きプレート交換器は、シェル & チューブ設計よりも最大 5 倍の効率を上げ、接近温度が 1 ° F に近いことができます。PCHEs はこれをさらに推進しています。その微細チャネル形状は、 5 ° C 以下の温度アプローチ （ 有効性 98% のオーダー ） を定期的にもたらします。可能な限り最高の効率を要求するアプリケーションでは、 PCHEs がベンチマークを設定します。

PCHEs が高効率を達成する方法

PCHEs は、いくつかの重要な設計要因によって高い効率を達成できます。

· 密度のマイクロチャネルネットワーク：

各拡散接合プレートは、両側にエッチングされたチャネルの迷路を含んでいます。これらのマイクロチャネルは、単位体積あたりの熱伝達面積 （ しばしば立方メートルあたり数百平方メートル ） を劇的に増加させます。より多くの表面積は、流体間を熱が流れるためのより多くのスペースを意味する。

· 高い乱流 ：

チャネルパターンは通常、緩やかな流量でも意図的に乱流を誘導する波状または波状である。乱流は熱境界層を薄くし、対流熱伝達係数を高める。実用的には、これは流体が壁をゆっくり加熱する必要がなく、熱は非常に迅速かつ効率的に交換されることを意味します。

· 真のカウンターフローの構成：

エンジニアはチャネルジオメトリをカスタム配置し、熱いストリームと冷たいストリームが主に逆電流になるようにします。逆流は、高い熱効率の基本となる交換器に沿った駆動温度差を最大化します。

· オールメタルコア：

プレートは拡散接合されているため、 PCHE コアは内部シールやガスケットのない単一の固体金属ブロックです。これにより、接合部での熱接触抵抗がなくなり、熱伝達をバイパスする漏れが防止されます。また、コアは非常に高い圧力 （ しばしば 600 — 1000 bar ） と温度 （ しばしば > 800 ° C ） に耐えることができます。

· 低い流体在庫：

チャネルの容積が小さいため、各流体側には少量の流体しか保持できません。低在庫により熱ラグが低減し、迅速な応答と効率が向上します。

これらの特徴により、 PCHEs は通常、 90 年代半ばから 90 年代上半の熱効率を達成します。実際には、 200 ° C から 50 ° C の流体を冷却するように PCHE を指定すると、冷却ストリームは 195 〜 198 ° C 近くで排出される可能性があり、ほぼすべての熱が回収されていることを意味します。この性能は、一般的なシェルアンドチューブユニットをはるかに上回り、従来の最高のプレート交換器でさえわずかに優れていることが多い。LNG 予冷や原子炉の熱回収など、非常に小さな温度アプローチが必要な場合、あらゆる温度差が価値ある場合に、この差が最も重要です。

他の熱交換器との比較

一般的な性能比較表では、すべての高性能プレート式交換器 （ ガスケット、溶接、プリント回路 ） は熱効率で「優秀」とマークされています。しかし、 PCHEs は最適化されたマイクロチャネルにより、最高の公称効率を達成します。最大の熱回収と最小の接近温度が目標である場合 （ 特に極端な圧力 / 温度条件下 ） 、 PCHE は通常他の設計を上回ります。

より詳細な比較については、特別レポートをご覧ください。

>https://www.china-heattransfer.com/welded-vs-gasketed-vs-printed-circuit-plate-heat-exchangers/

業界アプリケーションと FAQ

なぜ PCHE を選ぶのか ？ PCHEs は比類のないコンパクト性と頑丈性です。従来の交換器では動作できない極端な条件 （ 最大 1000bar の圧力と最大 850 °C の温度 ） に指定できます。

実際、 PCHE はこの理由で原子力発電や航空宇宙部門で最初に採用されました。例えば、 LNG プラントでは、低温セクションに PCHE を使用して、最小限の温度損失で天然ガスを冷却 · 凝縮することができます。

典型的なフィールドは ：

· 石油 · ガス （ 石油化学、 LNG ）：

コンパクト型 LNG 液化機やガス処理ユニットは、予冷、蒸発器、廃熱回収に PCHEs を使用しています。高効率は冷凍デューティを低減します。同様に、下流のガス処理や化学プロセスは厳密な温度制御の恩恵を受けます。プレート交換器高効率、コンパクトなサイズ、耐食性、メンテナンスが容易なため、一般的に石油 · ガス産業ではすでに広く適用されており、 PCHEs はより高いデューティが必要な場合の次のステップを表しています。

· 発電 （ 原子力 · 超臨界 CO2 ） ：

高度な反応器や超臨界 CO2 サイクルでは、 PCHEs は一次熱交換器または回収器として機能する。漏れ密度の高い全金属製構造は、攻撃的な冷却剤に適しており、効率はサイクル全体の性能を向上させます。

· 再生可能エネルギー （ 水素、炭素回収 ） ：

業界筋によると、 PCHEs は水素給油ステーション （ 水素ガスの前冷却 ） や炭素回収プラント （ 高濃度 CO2 や溶媒ストリームの冷却 ） において有用である。低温や高圧を扱う能力は、ここでは特に有用です。

· 冶金 · 化学品：

製鉄所や化学工場では、しばしば高温熱回収 （ オフガスなど ） を必要とします。電力 / O & G よりも一般的ではないが、 PCHEs は堅牢性のためにこれらのセクターで熱回収ループに適用できます。

· 航空宇宙 · 防衛：

特殊な航空宇宙および低温アプリケーションでは、重量と信頼性が重要な宇宙船や高高度航空機の熱制御に PCHE を使用しています。

エンジニアはしばしば PCHEs が効率化コストの価値があるかどうか尋ねます。PCHEs は、製造 （ 精密エッチングと拡散接合 ） の方が高価です。しかし、その投資収益率はしばしば性能によってもたらされます。つまり、必要な熱伝達面積の削減、床面積の節約 （ シェルとチューブよりも 80 〜 90% 小さくなります ） 、ポンプ出力の最小化です。

閉塞が発生した場合、高圧水噴射からより複雑で高価な化学洗浄プロセスまで、いくつかの洗浄戦略が必要になる可能性があります。これらのメンテナンスタスクは、密閉されたセットアップやアクセスが困難なセットアップでは特に困難であるため、適切な洗浄ポートとサービスアクセスポイントを備えたシステムを設計することが不可欠です。健全な運用計画の一環として、これらの清掃方法の規定をすべての PCHE システムに統合する必要があります。さらに、熱交換器と接続された配管材料との間の電流腐食に関する問題が時折発生しており、設置中に材料の互換性を確保するために絶縁キットやコーティングされたスプールセクションの必要性が浮き彫りにされています。

SHPHE について

上海熱伝達装置 Co. 、プレート熱交換器および完全な熱伝達システムの設計、製造、設置、およびサービスを専門としています。

高度なエンジニアリングと製造技術、包括的な熱交換器の専門知識と豊富なサービス経験で、 SHPHE は石油とガス、化学、発電所、バイオエネルギー、冶金、海洋、 HVAC 、機械製造、紙とパルプ、鋼鉄などの世界中の様々な顧客に品質のプレート熱交換器を供給することに専念しています。

SHPHE は、継続的な技術革新を通じて業界の進歩を推進します。国内外の大手企業と提携することで、 SHPHE は中国国内外の熱交換業界における高品質ソリューションのトップクラスのプロバイダーになることを目指しています。

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