工業用熱交換器は製造プラントの循環器として機能し、その設計は操業効率に直接影響します。優れた熱性能で知られるプレート式熱交換器は、設計段階で正確な計算を必要とします。この記事では、プレート式熱交換器の設計における基本的な計算方法を、実例を交えて解説します。
正確な熱負荷の決定は、熱交換器設計の基礎となります。熱負荷は、交換プロセス中に流体間で移動する熱を表し、次のように計算されます。
ここで:
質量流量は、体積流量と流体密度から導き出すことができます。
対数平均温度差 (LMTD) は、熱伝達を駆動する平均温度勾配を定量化します。
ここで、ΔT 1 と ΔT 2 は、熱交換器の両端の温度差を表します。LMTDの値が高いほど、熱伝達の可能性は高くなりますが、流体の特性と圧力損失の制限を慎重に考慮する必要があります。
必要な熱伝達表面積は、次のように計算されます。
総合熱伝達率 (U) には、プレート材料、ファウリング抵抗、流体特性など、複数の要素が含まれます。一般的な値は、水対水の用途で3,000〜7,000 W/m²Kです。
温水：25°C → 15°C、150 m³/h
冷水：7°C → 12°C（流量を決定する必要があります）
1. 熱バランス:
Q = 1,744 kW → 冷水流量 = 300 m³/h
2. LMTD計算:
ΔT
1
= 13°C、ΔT
2
= 8°C → ΔT
lm
= 10.3°C
3. 表面積:
U = 5,000 W/m²Kと仮定→ A = 33.9 m²
4. プレート数:
0.5 m²プレートを使用→ 68枚のプレートが必要
過度の圧力損失は、ポンプのコストを増加させ、流量を減少させる可能性があります。設計戦略には以下が含まれます。
最新の設計ツールは、熱性能と圧力損失の制約のバランスをとり、一般的な許容範囲はパスあたり0.5〜1.5 barです。
最新の設計プラットフォームは、パラメトリック入力による迅速な性能シミュレーションを可能にします。これらのツールは以下を提供します。
効果的なプレート式熱交換器の設計には、熱要件、物理的制約、および運転パラメータの体系的な評価が必要です。提示された計算方法により、エンジニアは、実用的な運転制限を維持しながら、熱伝達効率を最適化できます。産業プロセスがより高いエネルギー効率を要求するにつれて、持続可能な製造活動にとって、正確な熱交換器の設計がますます重要になっています。
工業用熱交換器は製造プラントの循環器として機能し、その設計は操業効率に直接影響します。優れた熱性能で知られるプレート式熱交換器は、設計段階で正確な計算を必要とします。この記事では、プレート式熱交換器の設計における基本的な計算方法を、実例を交えて解説します。
正確な熱負荷の決定は、熱交換器設計の基礎となります。熱負荷は、交換プロセス中に流体間で移動する熱を表し、次のように計算されます。
ここで:
質量流量は、体積流量と流体密度から導き出すことができます。
対数平均温度差 (LMTD) は、熱伝達を駆動する平均温度勾配を定量化します。
ここで、ΔT 1 と ΔT 2 は、熱交換器の両端の温度差を表します。LMTDの値が高いほど、熱伝達の可能性は高くなりますが、流体の特性と圧力損失の制限を慎重に考慮する必要があります。
必要な熱伝達表面積は、次のように計算されます。
総合熱伝達率 (U) には、プレート材料、ファウリング抵抗、流体特性など、複数の要素が含まれます。一般的な値は、水対水の用途で3,000〜7,000 W/m²Kです。
温水：25°C → 15°C、150 m³/h
冷水：7°C → 12°C（流量を決定する必要があります）
1. 熱バランス:
Q = 1,744 kW → 冷水流量 = 300 m³/h
2. LMTD計算:
ΔT
1
= 13°C、ΔT
2
= 8°C → ΔT
lm
= 10.3°C
3. 表面積:
U = 5,000 W/m²Kと仮定→ A = 33.9 m²
4. プレート数:
0.5 m²プレートを使用→ 68枚のプレートが必要
過度の圧力損失は、ポンプのコストを増加させ、流量を減少させる可能性があります。設計戦略には以下が含まれます。
最新の設計ツールは、熱性能と圧力損失の制約のバランスをとり、一般的な許容範囲はパスあたり0.5〜1.5 barです。
最新の設計プラットフォームは、パラメトリック入力による迅速な性能シミュレーションを可能にします。これらのツールは以下を提供します。
効果的なプレート式熱交換器の設計には、熱要件、物理的制約、および運転パラメータの体系的な評価が必要です。提示された計算方法により、エンジニアは、実用的な運転制限を維持しながら、熱伝達効率を最適化できます。産業プロセスがより高いエネルギー効率を要求するにつれて、持続可能な製造活動にとって、正確な熱交換器の設計がますます重要になっています。
