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溶接対ガスケット対プリント回路板熱交換器 — 完全な比較
熱交換器 混合せずに流体間で熱を伝達しますコンパクトで高効率な設計の中には、金属板を使用して熱を伝導するプレート熱交換器があります。3 つの主要なプレート設計 — ガスケットプレート、溶接プレート、およびプリント回路 （PCHE） — それぞれが積み重ねプレートを使用しますが、構造が異なります。本稿では、その構造、性能、メンテナンス、コスト、業界での使用を比較します。また、石油化学、 HVAC 、発電などのセクターにどのように適合するかを指摘します。
溶接プレート熱交換器
溶接板熱交換器も段ボール板のスタックを使用しますが、プレートは端部で永久に溶接またはろう付けされ、ガスケットがなくなります。
SHPHE の HT—Bloc または TP シリーズの溶接フェは、ボルト付きカバーで頑丈なフレームに挿入された溶接プレートパックです。その結果、プレートの高い熱伝達を保持しながら、はるかに高い圧力および温度耐性を獲得します。
構造 ：
溶接プレート交換器は、本質的に内部チャネルを持つ金属プレートの固体ブロックです。例えば、 SHPHE の HT—Bloc 溶接プレートは、プレート交換器の高熱伝達効率とシェルとチューブの高耐圧性と耐温性を組み合わせています。
性能：
溶接プレートユニットは、ガスケット付きプレートとフルシェル交換器の間のギャップを橋渡します。
SHPHE の TP モデルは、 ～ 60 bar 、 900 °C まで耐受できます （ HT—Bloc タイプは、 40 bar 、 —40 °C ～ 400 °C まで耐受できます ） 。その熱性能はまだ非常に高い — プレート形状は優れた熱伝達を誘導します。これらのユニットは、内部流路を最適化することができるため、ガスケットプレートと同様に非常に近い温度アプローチを達成することが多い。
メンテナンス ：
溶接ユニットには交換可能なガスケットがないため、漏れはほとんどありませんが、簡単に分解することもできません。設計が許せば、ユーザーはカバーをボルト外して交換器を開けます — プレートパックが洗浄のために持ち出されます。
コスト ：
溶接プレート熱交換器はガスケット型よりも高価です。溶接またはろう付けプロセスと重型材料は、製造コストを増やす。しかし、エキゾチックな加工を必要としないため、通常 PCHE よりも安価です。
産業：
SHPHE は、石油精製および LNG サービスの溶接ユニットを強調します。また、発電 （ 廃熱回収、タービン潤滑油クーラー ） や、堅牢性と漏れ密さが重要なオフショアや海洋システムにも登場します。効率的な熱伝達が必要だが、過酷な流体や高圧条件を持つプラントは、しばしば溶接プレートを選択します。
ガスケット付きプレート熱交換器
ガスケットプレート熱交換器 ゴムまたはエラストマーのガスケットでフレームにクランプされた多くの薄い段ボール金属板で構成されています熱い流体と冷たい流体は交互のチャネル （ 通常は逆電流 ） で流れ、プレートを通して熱を伝達します。SHPHE のドキュメントで強調されているこのモジュラー設計は、非常にコンパクト （ しばしばシェルチューブユニットよりも 70 〜 90% 小さい ） です。
HVAC 、冷凍、食品飲料、化学処理、軽石油化学用途で人気があり、清掃の容易さと衛生が重視されています。
性能：
高い加熱 / 冷却負荷に対応できますが、溶接型や PCHE 型に比べて比較的温和な圧力と温度です。主な利点は、表面積対容積比が非常に高いこと （ プレートは 100 〜 200 m2 / m3 に達する ） であるため、交換器は小さなフットプリントに収まる。
メンテナンス ：
ガスケットとボルトで固定されているため、簡単に分解できます。ユーザーはプレートをスライドアウトまたは取り外して清掃できます （ または CIP を使用します — クリーンインプレイス ） 、必要に応じて摩耗したガスケットを交換できます。簡単に分解でき、簡単な清掃とメンテナンスが可能です。
トレードオフは、ガスケットは摩耗品であり、時間が経つにつれて点検または交換する必要があり、シールが悪くなると漏れを引き起こす可能性があります。
コスト ：
ガスケット付きユニットは一般的に 3 つの最も安価です。標準的なステンレス鋼プレートとゴムガスケットを使用し、シンプルなボルト付きフレームを使用します。
予算が限られた用途や分解が望ましい用途 （ 醸造所、 HVAC など ） では、ガスケット付き交換器が一般的です。低価格には低圧定格が付属しているため、超高圧または高温業務 （ 化学反応器、蒸気など ） では、代わりに他の設計が選択されます。
産業：
典型的な用途としては、建物、食品施設、プロセスプラントにおける暖房 / 冷却水、油、冷却剤、および軽度化学物質が含まれます。
プリント回路熱交換器 （ PCHE ）
3 人のうち最も新しいものは、印刷回路熱交換器 非常に薄いステンレスまたはニッケル合金板で作られ、それぞれがマイクロフローチャネル （ PCB パターンのように ） で化学的にエッチングされ、 1 つの固体ブロックに拡散接合されます。内部にはガスケットやジョイントがありません — モノリシックです マイクロチャネルのコアですこの革新 （ 20 世紀後半に開発された ） は、コンパクト性と過酷な条件を必要とする産業によって推進されました。
構造 ：
PCHE では、プレートをエッチングして複雑なマイクロチャネルパターンを作成します。エッチングされたプレートを積み重ねた後、高温 · 高圧で拡散接合し、微細な通路を持つ固体金属ブロックを形成します。
その結果、 PCHEs は従来のシェル & チューブユニットよりも 4 ～ 6 倍小さく、軽量です。典型的なチャネルギャップは 0.4 〜 4 mm のオーダーである。
性能：
PCHEs は極端な性能です。SHPHE は 1000bar 、 850 ～ 900 °C まで、ガスケットや溶接板の耐久性をはるかに上回る非常に高い圧力と温度に対応します。
熱伝達効率も優れています （ 98% のオーダー ） 。小さなチャネルと波形が激しい乱流を強制するためです。
例えば、 LNG プラント、原子炉、圧力と効率の両方が要求される超臨界 CO2 システムなどで PCHEs を使用しています。
メンテナンス ：
拡散結合されているため、 PCHEs には可動部品、ガスケット、シールがない。
ただし、内部を開いたりサービスしたりすることはできません。微細なチャネルが汚れると、洗浄は非常に困難または不可能です。PCHEs を使用するシステムは微細フィルターや超純媒体で動作します。ルーチンメンテナンスでは、交換器自体のクリーニングではなく、溶接継手の点検と入口ろ過の確保のみが含まれます。
コスト ：
PCHEs は最もコストの高いオプションです。複雑な光化学エッチングと拡散接合プロセスは高価であり、材料は通常、すべてのステンレスまたはエキゾチックな合金 （ 炭素鋼部品なし ） です。
プラス面では、コンパクトなことで、基礎の小型化、サポートの軽量化、流体在庫の削減 （ 安全リリーフ要件を削減できる ） など、他の分野のコストを削減できます。しかし、単価だけでも、プリント回路ユニットは購入するのが最も高価です。
産業：
PCHEs は他に何もできない場所に出現する。初期の採用者は原子力発電と航空宇宙 （ 宇宙船や航空機の熱交換器 ） であり、今日では原子力、 LNG 、炭化水素処理、再生可能エネルギーシステムで一般的であり、効率とサイズが最重要となる次世代エネルギープロジェクト （ 小型モジュラー原子炉、集中型太陽光発電など ） で使用が増加しています。
比較方法
| 特徴 | ガスケット付き PHE | 溶接された PHE | PCHE （ プリント回路熱交換器 ） |
建設 | フレームでクランプされた段ボール版 | 溶接された段ボール板 （ 完全または半溶接 ） | 化学的にエッチングされたプレート、拡散結合 |
シーリング | すべてのプレート間のエラストマーガスケット | 溶接 （ 内部 ） 、一部のモデルには周縁ガスケットがあります | ガスケット無し （ 分子結合 ） |
圧力定格 | 低 ～ 中等 （ ガスケット材質による制限 ） | 中等 ～ 高 （ ガスケットよりはるかに高い ） | 非常に高い （ 最強の機械的完全性 ） |
温度評価 | 低 ～ 中等 （ ガスケット材質による制限 ） | 中等 ～ 高 （ ガスケットよりはるかに高い ） | 非常に高い （ 極端な温度に対応できる ） |
コンパクトさ | 非常にコンパクト （ 良好な表面積 / 体積 ） | 非常にコンパクト （ ガスケットに類似し、ややかばらかくなっています ） | 極めてコンパクト （ マイクロチャネル、最高表面積 / 体積 ） |
熱性能 | 優秀 | 優秀 | 優秀 （ より近い温度アプローチを達成できる ） |
メンテナンス / 柔軟性 | 分解し、清掃し、容量を拡大しやすい | 完全溶接 ： 化学洗浄のみ困難です。半溶接 ： いくつかのクリーナビリティ / 柔軟性。 | 清掃 · 修理が難しい （ モノブロック設計 ） |
漏れリスク | 最高 （ 経時的なガスケット劣化 ） | 超低 （ 溶接接合 ） | 事実上ゼロ （ 拡散結合 ） |
コスト | 最低初期コスト | 中 ～ 高 | 最高 （ 専門製造 ） |
典型的な流体 | 水、蒸気、非腐食性化学物質、食品 | 侵食性化学物質、溶媒、冷媒、高温流体 | 水素、超臨界 CO2 、特殊冷媒、非常に腐食性 / 有毒な媒体 |
アプリケーション | HVAC 、食品 & 飲料、一般的な工業用暖房 / 冷却 | 化学、石油化学、石油 & ガス、発電、冷凍 | 原子力、航空宇宙、水素、高圧 · 高温ガス処理 |
関連ご質問
Q： ガスケット式と溶接式プレート交換器の主な違いは何ですか？
鍵はシールです。ガスケット式交換器は交換可能なゴムガスケットとボルト付きフレームを備えているため、洗浄やプレートの交換のために取り外すことができます。溶接プレート交換器はプレートを溶融させ （ ガスケットなし ） 、より高い圧力 / 温度性能を与えますが、サービスが難しくなります。要するに、ガスケット付きプレートはより使用性が高く、溶接プレートはより厳しい条件に対応します。
Q ： なぜプレートやシェルの代わりにプリント回路熱交換器を使用しますか ？
PCHEs は極端な要件のために選ばれます巨大な熱伝達領域を小さな容積に詰め込み、最大 1，000 bar の圧力と ～ 850 ° C の温度で動作できます。アプリケーションがスペースに制約され、超臨界流体 （ LNG や CO2 など ） を含む場合、 PCHE は従来のユニットでは達成できない効率を達成できます。
Q ： どのタイプの交換器が最も効率的ですか ？
3 種とも熱効率が高い。PCHEs は、最適化されたマイクロチャネルにより、しばしば最高の公称効率 （ ≈ 98% 有効性 ） を達成します。
Q ： メンテナンスニーズはどのように比較されますか ？
ガスケット付きプレート交換器は清掃が最も簡単で、分解してフラッシュまたは部品を交換できます。
プリント回路交換器は基本的に内部メンテナンスフリー （ ガスケットやジョイントなし ） ですが、閉塞を避けるために清潔な流体を必要とし、通常は入口フィルターが必要です。
要約すると、これら 3 つのタイプの選択は、最終的に特定の動作条件 （ 温度、圧力、流体特性 ） 、メンテナンス要件、およびプロジェクト全体の予算を慎重に分析するに依存します。
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