熱ねつ交換こうかん器き

熱ねつ交換こうかん器き（ねつこうかんき）は、保有ほゆうする熱ねつエネルギーの異ことなる2つの流体りゅうたい間あいだで熱ねつエネルギーを交換こうかんするために使用しようする機器きき。温度おんどの高たかい物体ぶったいから低ひくい物体ぶったいへ効率こうりつ的てきに熱ねつを移動いどうさせることで物体ぶったいの加熱かねつや冷却れいきゃくを行おこなう目的もくてきで用もちいられる。

用途ようとによる分類ぶんるい

産業さんぎょう用よう

ボイラー

ボイラーは、蒸気じょうきを発生はっせいさせるための加熱かねつ用途ようとに用もちいられる熱ねつ交換こうかん器きの代表だいひょうである。「蒸気じょうき発生はっせい装置そうち」などとも呼よばれる。

• ボイラー
• 空気くうき予熱よねつ器き : ボイラー排はいガスの熱ねつで燃焼ねんしょう用よう空気くうきを予熱よねつするもの
• 給水きゅうすい予熱よねつ器き（節ふし炭すみ器き） : ボイラー排はいガスの熱ねつでボイラー給水きゅうすいを予熱よねつするもの。
• 過熱かねつ器き : 飽和ほうわ蒸気じょうきを加熱かねつし過熱かねつ蒸気じょうきとするもの。
• 再さい熱ねつ器き : 蒸気じょうきタービンで仕事しごとをした蒸気じょうきを再ふたたび加熱かねつし、再さい熱ねつサイクルタービンを回まわす蒸気じょうきを作つくるもの。
• 水冷すいれい壁かべ

蒸気じょうき発生はっせい器き

• 蒸気じょうき発生はっせい器き : 加圧水かあつすい型がた原子げんし炉ろにおいて、原子げんし炉ろを循環じゅんかんする一いち次じ冷却れいきゃく系けいの熱ねつで二に次じ冷却れいきゃく系けいの軽水けいすいを沸騰ふっとうさせ、蒸気じょうきタービンを駆動くどうする。

復ふく水すい器き

• 復ふく水すい器き : ランキンサイクルで、水蒸気すいじょうきを冷却れいきゃくして水みずに戻もどす。

製造せいぞう業ぎょう等とう

食品しょくひん製造せいぞうや化学かがく薬品やくひん製造せいぞう、冷蔵れいぞう保管ほかんといった産業さんぎょう用ようとして、冷却れいきゃく工程こうてい／加熱かねつ工程こうてい／冷蔵れいぞうのために使用しようされる。

• 蒸発じょうはつ器き : 液体えきたいを加熱かねつし気体きたいとするために使用しようされる
• 凝縮ぎょうしゅく器き : 気体きたいを冷却れいきゃくし液体えきたいとするために使用しようされる
• 冷却れいきゃく塔とう : 液体えきたい-大気たいきの熱ねつ交換こうかん器きのうち冷却れいきゃくに使用しようされるもの
• 加熱かねつ塔とう : 液体えきたい-大気たいきの熱ねつ交換こうかん器きのうち加熱かねつに使用しようされるもの
• 冷凍れいとう機き：冷蔵れいぞう／冷凍れいとう保管ほかん用ようの冷蔵庫れいぞうこなどに使用しようされる

空気くうき調和ちょうわ用よう

空気くうき調和ちょうわ用ようの熱ねつ交換こうかん器きを示しめす。

• ファンコイルユニット : 暖房だんぼう・冷房れいぼうに用もちいられる送風そうふう機きとエアフィルタ付つきの水みず-空気くうきの熱ねつ交換こうかん器きである。
• 室内しつない機き : 暖房だんぼう・冷房れいぼうに用もちいられる送風そうふう機きとエアフィルタ付つきの冷媒れいばい-空気くうきの熱ねつ交換こうかん器きである。
• 放熱ほうねつ器き : 水蒸気すいじょうきや高こう温水おんすいを利用りようし自然しぜん対流たいりゅうや放射ほうしゃによって温度おんどを保たもつもの。
• 放熱ほうねつパネル : 面積めんせきの大おおきな主おもに放射ほうしゃによる伝つて熱ねつを行おこなうもの。床ゆか暖房だんぼうなど。

換気かんき用よう

換気かんきによる熱ねつ負荷ふかを少すくなくするために排気はいき-給きゅう気きの熱ねつ交換こうかんが行おこなわれる。熱ねつ交換こうかんエレメントを汚損おそんから守まもるため、エアフィルタで前ぜん処理しょりされた空気くうきを通過つうかさせることがある。

• 全ぜん熱ねつ交換こうかん器き : 熱ねつとともに水分すいぶん（湿度しつど）を交換こうかんするもの。
• 顕あらわ熱ねつ交換こうかん器き : 湿気しっけを排出はいしゅつし温度おんどを保たもつために使用しようされる。

船舶せんぱく・車両しゃりょう用よう

船舶せんぱく、車両しゃりょう、航空機こうくうきなどのうち、燃料ねんりょうを燃焼ねんしょうさせる方式ほうしきの原動機げんどうきを持もつ乗のり物ものには多おおくの熱ねつ交換こうかん器きが使つかわれている。これらは、小型こがた軽量けいりょうで振動しんどうや衝撃しょうげきに強つよく、姿勢しせいや重力じゅうりょく加速度かそくどの変化へんかによる効率こうりつの変化へんかや不具合ふぐあいの発生はっせいが無ないことが求もとめられる。

内燃ないねん機関きかん自動車じどうしゃ（ICEV）の熱ねつ交換こうかん器きは、

• ラジエータ
  • 水冷すいれいエンジンのロングライフクーラント（LLC）用よう
• オイルクーラー
  • エンジンオイル用よう
  • パワーステアリングフルード用よう
  • マニュアルトランスミッションのギアオイル用よう
  • オートマチックトランスミッションのATF用よう
  • 無む段だん変速へんそく機きのCVTF用よう
  • デフのハイポイドギアオイル用よう
  • パワーテイクオフのギアオイル用よう
• インタークーラー
  • 過か給きゅうされた吸気きゅうき用よう
• エバポレーター／コンデンサー（凝縮ぎょうしゅく器き）
  • カーエアコンの冷媒れいばい用よう
• ヒーターコア
  • 水冷すいれいエンジンの温水おんすい暖房だんぼう用よう
• ヒートエクスチェンジャー
  • 空冷くうれいエンジンの排気はいき熱ねつ暖房だんぼう機き

がある。

このほか、専用せんようの冷却れいきゃく器きは持もたないが、ブレーキフルードは走行そうこう風ふうによって過熱かねつを防ふせいでおり、ドラムブレーキではブレーキドラムに多数たすうのフィンを設もうけて放熱ほうねつ効果こうかを高たかめたものもある。

媒体ばいたいの性状せいじょうと構造こうぞうによる分類ぶんるい

熱ねつ交換こうかん器きの分類ぶんるいには、大おおきく使用しようする媒体ばいたいが液体えきたい、気体きたいまたは熱ねつ交換こうかん器き内ないで蒸発じょうはつ、凝縮ぎょうしゅくを行おこなうかによる分類ぶんるいと、構造こうぞうによる分類ぶんるい（主しゅとして管かん型がた、板いた型がた、特殊とくしゅ型がた）がある。

液えき-液えき

• 管かん型がた
  • スパイラル式しき熱ねつ交換こうかん器き :中央ちゅうおう部ぶの骨組ほねぐみとなる相対そうたいする半円はんえん筒とう部ぶを軸じくとして所要しょよう伝でん熱ねつ面積めんせきを有ゆうする長ながい伝つて熱ねつ板いたを渦巻うずまき状じょうに巻まき二ふたつの渦巻うずまき状じょうの流りゅう路ろを形成けいせいさせたもの。汚よごれにくく、コンパクト性せいに優すぐれ、高性能こうせいのうである。
  • 二に重じゅう管かん式しき熱ねつ交換こうかん器き : 二に重じゅうになった管かんの内外ないがいで熱ねつ交換こうかんを行おこなうもの。
  • 多た管かん円筒えんとう式しき熱ねつ交換こうかん器き（Shell and tube heat exchanger）: 円筒えんとう胴どう内ないに多数たすうの伝つて熱ねつ管かんを配列はいれつし、伝つて熱ねつ管内かんない外面がいめんを流ながれる流体りゅうたい間あいだで熱ねつ交換こうかんを行おこなわせる形式けいしきのもの。
  • 多重たじゅう円えん管かん式しき熱ねつ交換こうかん器き
  • 渦巻うずまき管かん式しき熱ねつ交換こうかん器き
• タンクコイル式しき熱ねつ交換こうかん器き : タンク内ないに熱ねつ媒体ばいたいを流ながすコイル状じょうの管かんがあるもの。
• 板いた型がた
  • プレート式しき熱ねつ交換こうかん器き : 金属きんぞく板ばんをプレス加工かこうしたものをパッキンを間あいだにはさみ重かさね合あわせたもの。交互こうごに冷却れいきゃく媒体ばいたいと加熱かねつ媒体ばいたいとを流ながす流りゅう路ろがある。分解ぶんかい清掃せいそう・能力のうりょくの変更へんこうが行おこないやすい。
  • 渦巻うずまき板いた式しき熱ねつ交換こうかん器き
  • タンクジャケット式しき熱ねつ交換こうかん器き
• 特殊とくしゅ型がた
  • 直接ちょくせつ接触せっしょく液えき液えき式しき熱ねつ交換こうかん器き
  • バヨネット熱ねつ交換こうかん器き
  • 流下りゅうか液えき膜まく式しき熱ねつ交換こうかん器き（熱ねつ回収かいしゅう装置そうち）

気き-液えき

• 空冷くうれい式しき熱ねつ交換こうかん器き : 空冷くうれいの冷却れいきゃく塔とうなど
• 直接ちょくせつ接触せっしょく式しき熱ねつ交換こうかん器き : 開放かいほう型がた冷却れいきゃく塔とう、バロメトリックコンデンサなど
• フィンチューブ熱ねつ交換こうかん器き : 液体えきたいを流ながす管かんに気体きたいに接せっする面めんを大おおきくするためにフィンをつけたもの。

気き-気き

• 静止せいし型がた熱ねつ交換こうかん器き : 静止せいしした伝つて熱ねつ体たいで熱ねつ交換こうかんを行おこなうもの。
• 回転かいてん再生さいせい式しき熱ねつ交換こうかん器き : 回転かいてんする蓄熱ちくねつ体たいに給きゅう気き排気はいきを交互こうごに通過つうかさせ熱ねつ交換こうかんを行おこなうもの。回転かいてん軸じくが鉛直えんちょくなユングストローム式しきや水平すいへいなローテミューレ式しきが代表だいひょう例れい。
• 周期しゅうき流りゅう蓄熱ちくねつ式しき熱ねつ交換こうかん器き : 周期しゅうき的てきに流ながれ路ろを切替きりかえて蓄熱ちくねつと放熱ほうねつとをおこなうもの。リジェネレイティブバーナーなど。
• ボルテックスチューブ : 圧縮あっしゅく空気くうきを熱気ねっきと冷気れいきに分離ぶんりする。

相あい変化へんか

• 蒸発じょうはつ装置そうち熱ねつ交換こうかん器き : 蒸留じょうりゅう装置そうちなど。
• 蒸発じょうはつ冷却れいきゃく熱ねつ交換こうかん器き : 熱ねつ交換こうかん器き表面ひょうめんに液体えきたいを散布さんぷしその気化きか熱ねつで冷却れいきゃくするもの。
• 噴霧ふんむ蒸発じょうはつ式しき熱ねつ交換こうかん器き
• リボイラ式しき熱ねつ交換こうかん器き
• 液えき膜まく式しき熱ねつ交換こうかん器き
• 泡沫うたかた接触せっしょく式しき熱ねつ交換こうかん器き
• 遠心えんしん薄膜うすまく式しき熱ねつ交換こうかん器き : 乾燥かんそう・濃縮のうしゅく
• 掻面式しき熱ねつ交換こうかん器き
• 掻面液えき膜まく式しき熱ねつ交換こうかん器き

媒体ばいたいの流ながれによる分類ぶんるい

対向たいこう流りゅう式しき

加熱かねつ媒体ばいたいと冷却れいきゃく媒体ばいたいが向むかい合あわせに接せっして流ながれるもの。効率こうりつがよい反面はんめん、熱ねつ交換こうかん器き内ないの温度おんど差さが大おおきくなるため、加熱かねつ媒体ばいたいと冷却れいきゃく媒体ばいたいの温度おんど差さが小ちいさい場合ばあいや熱ねつ交換こうかん器きの小型こがた化かが必要ひつような場合ばあいに用もちいられる。

並なみ流りゅう式しき

加熱かねつ媒体ばいたいと冷却れいきゃく媒体ばいたいが同おなじ向むきに接せっして流ながれるもの。効率こうりつが悪わるいが、熱ねつ交換こうかん器き内ないの温度おんど差さや最高さいこう温度おんどを小ちいさくできるため、加熱かねつ媒体ばいたいの温度おんどが高たかく、材料ざいりょうの劣化れっかを緩和かんわする必要ひつようがある場合ばあいに用もちいられる。

直ちょく交流こうりゅう式しき

加熱かねつ媒体ばいたいと冷却れいきゃく媒体ばいたいが直交ちょっこうして流ながれるものである。

管理かんり

熱ねつ交換こうかん面めんの粉塵ふんじんやスケール・スライムなどは、熱ねつ交換こうかん効率こうりつの低下ていか・媒体ばいたいの通過つうか量りょうの低下ていか・差さ圧あつの上昇じょうしょうを招まねく。そのため、各種かくしゅフィルタ・ストレーナでの流体りゅうたいの前ぜん処理しょりや、薬品やくひん注入ちゅうにゅうが行おこなわれる。伝つて熱ねつ面めんの温度おんど管理かんりを適切てきせつに行おこなわないと腐食ふしょくや汚損おそんが激はげしくなる。

また、定期ていき的てきな清掃せいそうが必要ひつようである。粉塵ふんじんの場合ばあいは、水蒸気すいじょうきや圧縮あっしゅく空気くうきでの吹ふき飛とばし（ボイラーの場合ばあいはスートブロワという）、高こう圧あつ水すい噴射ふんしゃなどが行おこなわれる。スケール・スライムの場合ばあいはスポンジボール・ブラシなどによる物理ぶつり的てき洗浄せんじょうのほか、薬品やくひん洗浄せんじょうなどが行おこなわれる。

設計せっけい

熱ねつ交換こうかん器きの設計せっけいにおいては以下いかのことが求もとめられる。

• 所定しょていの伝つて熱ねつ／流動りゅうどう特性とくせいを、所定しょていの運転うんてん期間きかん実現じつげんできる型式けいしき（経験けいけんあるいは新規しんきの着想ちゃくそうから決定けってい）、大おおきさ（製作せいさく工場こうじょうから設置せっち施設しせつまでの搬送はんそうと取とり付つけが可能かのう）であること。
• 取とり扱あつかう流体りゅうたいが毒性どくせいであったり、高こう圧あつであったりすると、流体りゅうたいの漏洩ろうえい防止ぼうし、経済けいざい設計せっけいの観点かんてんから、フランジ構造こうぞうよりも溶接ようせつ構造こうぞうによる組くみ立たて方式ほうしきの採用さいようが優先ゆうせんされる。
• 胴どうと伝つて熱ねつ管かんの両りょう端はしが相互そうごに固定こていされる構造こうぞうの場合ばあい、高温こうおん側がわ／低温ていおん側がわの流体りゅうたいが接せっする金属きんぞくの温度おんどに差さが生しょうじる為ため、その伸のび差さに起因きいんする熱ねつ応力おうりょくに耐たえる構造こうぞうが必要ひつようである。
• 両りょう流体りゅうたいの運転うんてん期間きかん中ちゅう、その流動りゅうどう起因きいんの伝つて熱ねつ管かん（装置そうち）振動しんどうによる損傷そんしょうが無なく、また騒音そうおんトラブルも起おこさないこと。
• 熱ねつ交換こうかん器きの最適さいてき設計せっけいに関かんする考察こうさつ
  • 経済けいざい性せい（製作せいさく・納入のうにゅう・据付すえつけ・運転うんてん・維持いじ・互換ごかん性せいの各かくフェーズにおいて）に優すぐれること。
  • 型式けいしきは様々さまざま（二に重じゅう管かん式しき／多た管かん円筒えんとう式しき／スパイラル式しき／プレート式しき／空冷くうれい式しき 等とう）だが、まずは異ことなる2つの流体りゅうたいそれぞれの設計せっけい圧力あつりょく、設計せっけい温度おんどに耐たえられるものから選定せんていされる。
  • 特とくに相あい変化へんかが無ない場合ばあい、流体りゅうたいの伝つて熱ねつ（金属きんぞく）面めんへの汚よごれ付着ふちゃく度合どあいやその除去じょきょ要求ようきゅうから、採用さいようする水力すいりょく直径ちょっけい（構造こうぞう）が定さだまってくる。これが小ちいさいほどコンパクトな設計せっけいになりやすい。
  • 伝つて熱量ねつりょうは、異ことなる2つの流体りゅうたいそれぞれの境さかい膜まく伝つて熱ねつ係数けいすうの大小だいしょうに依存いぞんする。両りょう流体りゅうたい側がわの改善かいぜんが重要じゅうようになる。劣等れっとう側がわ改善かいぜん目的もくてきで、その伝つて熱ねつ（金属きんぞく）面めんへのフィン取とり付つけ、管内かんないに乱らん流りゅう促進そくしん用ようの挿入そうにゅう物ぶつ（インサート）を考慮こうりょする場合ばあいがある。
  • 複数ふくすうの直列ちょくれつに連結れんけつする熱ねつ交換こうかん器きの設計せっけいにすることで、温度おんど効率こうりつ、流体りゅうたい速度そくど／伝つて熱ねつ性能せいのうの向上こうじょうが図はかりやすくなり、高温こうおん流体りゅうたいを扱あつかう場合ばあいには、低温ていおん側がわの熱ねつ交換こうかん器きに低てい価格かかくな金属きんぞく材料ざいりょうの選択せんたくが可能かのうになったり、高こう圧あつ流体りゅうたいを扱あつかう場合ばあいには、個別こべつの熱ねつ交換こうかん器きサイズを小ちいさく出来できて耐たい圧あつ部材ぶざいの厚あつさと重量じゅうりょう、即すなわち熱ねつ交換こうかん器きの価格かかくを減げんじる効果こうかも期待きたい出来できたりする。
  • サーモサイフォン（サイフォンの原理げんりを利用りようした）蒸発じょうはつ器きでは安定あんてい運転うんてんおよび高こう沸点ふってん成分せいぶん残留ざんりゅう／有効ゆうこう温度おんど差さ漸減ぜんげん回避かいひの為ための蒸発じょうはつ量りょうの割合わりあい設定せっていが重要じゅうようである。
  • 流下りゅうか液えき膜まく式しき（フォーリングフィルム）蒸発じょうはつ器きでは伝つて熱ねつ管かん壁面へきめんが乾かわいてしまわない十分じゅうぶんな量りょうの液えきの循環じゅんかん／供給きょうきゅうを確認かくにんする。
  • mv² 値ね（運動うんどうエネルギー参照さんしょう）に指針ししんを設定せってい／管理かんりすることで、流動りゅうどうに起因きいんする摩耗まもうの発生はっせい、不適切ふてきせつな流りゅう路ろ設計せっけいを回避かいひする。 尚なお、飽和ほうわ蒸気じょうきが導入どうにゅう管かん路ろで放熱ほうねつ／冷却れいきゃく／凝縮ぎょうしゅくした液えき滴しずくミスト（高密度こうみつど）を同伴どうはんすることになると、それが高速こうそくで飛来ひらいするので用心ようじんが必要ひつようである。
  • 気き相しょう／気き液えき二に相そう流りゅうの音速おんそく流域りゅういき設計せっけいでも、処理しょり量りょうの僅わずかな変動へんどうがあっても運転うんてん困難こんなんに至いたらないことを確認かくにんする。可能かのうであればマッハ数すうを小ちいさく採とる。
• 熱ねつ交換こうかん器きの設計せっけい判断はんだん項目こうもく例れい
  • 伝つて熱ねつ余裕よゆう（熱ねつ通過つうか率りつ）
  • 流体りゅうたいの流動りゅうどう制限せいげん（流速りゅうそく、圧力あつりょく損失そんしつ）
  • 流ながれの方位ほうい（対向たいこう／並行へいこう／直交ちょっこう／上向うわむき／下向したむき／横向よこむき）
  • 据付すえつけ（横よこ置おき／縦たて置おき）
  • 問題もんだい回避かいひ確認かくにん（偏流へんりゅう起因きいん性能せいのう低下ていか、気き液えき二に相そう流りゅうの不安定ふあんてい運転うんてん、局所きょくしょの異常いじょう流速りゅうそくによる摩耗まもうや汚よごれ付着ふちゃくの加速かそく）

法的ほうてき規制きせい

エネルギーの使用しようの合理ごうり化か等とうに関かんする法律ほうりつ

省しょうエネルギーを行おこなうために熱ねつの段階だんかい的てき利用りようや回収かいしゅうを積極せっきょく的てきに行おこなうとともに、熱ねつ交換こうかん器きを適切てきせつに管理かんりし効率こうりつ的てきに使用しようすることが定さだめられている。

ボイラー及および圧力あつりょく容器ようき安全あんぜん規則きそく

内部ないぶ圧力あつりょくが高たかくなるものは、圧力あつりょく容器ようきとして設置せっち・運用うんように関かんして規制きせいがある。

高こう圧あつガス保安ほあん法ほう

高こう圧あつガスを使用しようするものの取とり扱あつかい。

理論りろん

伝つて熱量ねつりょう

平板へいばん、円えん管かん等とうの固体こたい伝でん熱ねつ面めんを介かいして２流体りゅうたい間あいだで熱ねつ交換こうかんが行おこなわれる場合ばあい、局所きょくしょ伝でん熱ねつ面めんdF の伝つて熱量ねつりょうdQは

${\begin{aligned}dQ&=K\Delta tdF\\{\frac {1}{K}}&={\frac {1}{h_{h}}}+{\frac {\delta }{k_{w}}}+{\frac {1}{h_{c}}},\qquad \mathrm {etc.} \end{aligned}}$

で表あらわされる。ただしKは熱ねつ通過つうか率りつ、Δでるた tは両りょう流体りゅうたいの局所きょくしょの温度おんど差さ、h_h、h_cは各かく流体りゅうたい側がわの熱ねつ伝達でんたつ率りつ(境さかい膜まく伝つて熱ねつ係数けいすう)、δでるたとk_wは固体こたい隔壁かくへきの厚あつさと熱ねつ伝導でんどう率りつである。また、運転うんてんを継続けいぞくすると両りょう伝つて熱ねつ面めんに汚よごれ付着ふちゃくがあり次第しだいに伝つて熱量ねつりょうが低下ていかするため、設計せっけいの際さいには別途べっとこの伝つて熱ねつ抵抗ていこうも考慮こうりょする。

熱ねつ交換こうかん器き各部かくぶにおいて、熱ねつ通過つうか率りつが一定いっていでかつ各かく流体りゅうたいの比熱ひねつも一定いっていであるとして、上うえ式しきを全ぜん伝つて熱ねつ面めんにわたって積分せきぶんすることにより、全ぜん伝つて熱量ねつりょうQ は下した式しきで与あたえられる。

${\begin{aligned}Q&=KF{\frac {\Delta t_{1}-\Delta t_{2}}{\ln(\Delta t_{1}/\Delta t_{2})}}\\&=KF\Delta t_{\mathrm {m} }\end{aligned}}$

ここに、

K : 熱ねつ通過つうか率りつ

F : 伝つて熱ねつ面積めんせき

Δでるたt₁ : 高温こうおん流体りゅうたい入口いりくちにおける両りょう流体りゅうたいの温度おんど差さ

Δでるたt₂ : 高温こうおん流体りゅうたい出口でぐちにおける両りょう流体りゅうたいの温度おんど差さ

である。またΔでるたt_m は両りょう流体りゅうたいの温度おんど差さを用もちいて

$\Delta t_{\mathrm {m} }:={\frac {\Delta t_{1}-\Delta t_{2}}{\ln(\Delta t_{1}/\Delta t_{2})}}$

で定義ていぎされる対数たいすう平均へいきん温度おんど差さである。

熱ねつ伝達でんたつ率りつ(境さかい膜まく伝でん熱ねつ係数けいすう)

熱ねつ伝達でんたつ率りつ(境さかい膜まく伝でん熱ねつ係数けいすう)の計算けいさん式しきには様々さまざまなものが提案ていあんされており、一いち例れいをあげる。以下いかの式しきは無む次元じげん化かを行おこない、次つぎのパラメータにより記述きじゅつする。

$Nu:={\frac {hD}{k}}$ ：ヌセルト数すう

$Re:={\frac {DG}{\mu }}$ ：レイノルズ数すう

$Pr:={\frac {c\mu }{k}}$ ：プラントル数すう

${\frac {D}{L}}$ ：管かん径みち・管長かんちょう比ひ

$\phi :={\frac {\mu }{\mu _{\mathrm {w} }}}$ ：粘ねば度たび勾配こうばい関数かんすう

ここで、

h ：管かん側がわ境さかい膜まく伝でん熱ねつ係数けいすう（内面ないめん基準きじゅん）

D ：伝つて熱ねつ管内かんない径みち

G ：管かん側がわ質量しつりょう速度そくど

k ：管かん側がわ平均へいきん温度おんどにおける流体りゅうたいの熱ねつ伝導でんどう率りつ

c ：管かん側がわ平均へいきん温度おんどにおける流体りゅうたいの比熱ひねつ

μみゅー ：管かん側がわ平たいら度どにおける流体りゅうたいの粘ねば度たび

μみゅー_w ：管かん壁かべ温度おんどにおける流体りゅうたいの粘ねば度たび

L ：伝つて熱ねつ管長かんちょうさ

である。

• 管かん式しき熱ねつ交換こうかん器き（Sieder-Tate）
  • 層そう流りゅう領域りょういき

    $Nu=1.86\left\{Re\cdot Pr\cdot {\frac {D}{L}}\right\}^{\frac {1}{3}}\cdot \phi ^{0.14}$

  • 乱らん流りゅう領域りょういき

    $Nu=0.027Re^{0.8}\cdot Pr^{\frac {1}{3}}\cdot \phi ^{0.14}$

温度おんど効率こうりつと熱ねつ移動いどう単位たんい数すう

前述ぜんじゅつの対数たいすう平均へいきん温度おんど差さを用もちいて伝つて熱量ねつりょうを表あらわす表ひょう式しきは、流体りゅうたいの出入口でいりぐち温度おんどが既知きちであり伝つて熱ねつ面積めんせきF を設計せっけいする場合ばあいに有用ゆうようである。しかし、伝つて熱ねつ面積めんせきが既知きちで流体りゅうたいの出口でぐち温度おんどを求もとめる場合ばあいには反復はんぷく計算けいさんを必要ひつようとし実用じつよう上じょう不便ふべんである。このようなときには次つぎの温度おんど効率こうりつεいぷしろんと熱ねつ移動いどう単位たんい数すうNTUを用もちいて計算けいさんが行おこなわれる。

温度おんど効率こうりつεいぷしろんは、出口でぐちでの流体りゅうたい温度おんどを無む次元じげん化かするために、熱ねつ交換こうかん器き内ないで生しょうじる最大さいだい温度おんど差さに対たいする流体りゅうたいの出入口でいりぐち温度おんど差さの比ひをとったものであり、

$\varepsilon _{\mathrm {h} }:={\frac {t_{\mathrm {h} 1}-t_{\mathrm {h} 2}}{t_{\mathrm {h} 1}-t_{\mathrm {c} 1}}},\quad \varepsilon _{\mathrm {c} }:={\frac {t_{\mathrm {c} 2}-t_{\mathrm {c} 1}}{t_{\mathrm {h} 1}-t_{\mathrm {c} 1}}}$

で定義ていぎされる。ここでt は流体りゅうたい温度おんどであり、添字そえじのh, cはそれぞれ高温こうおん流体りゅうたい、低温ていおん流体りゅうたいを、1,2は各かく流体りゅうたいの入口いりくち側がわ、出口でぐち側がわを表あらわす。

また、熱ねつ移動いどう単位たんい数すうNTUは熱ねつコンダクタンスと熱容量ねつようりょう流量りゅうりょうの比ひであり、高温こうおん流体りゅうたい、低温ていおん流体りゅうたいそれぞれについて

$NTU_{\mathrm {h} }:={\frac {KF}{c_{\mathrm {h} }G_{\mathrm {h} }}},\quad NTU_{\mathrm {c} }:={\frac {KF}{c_{\mathrm {c} }G_{\mathrm {c} }}}$

で定義ていぎされる。熱ねつ移動いどう単位たんい数すうNTUと温度おんど効率こうりつεいぷしろんには

（対向たいこう流りゅう式しき） $\varepsilon _{\mathrm {c} }={\frac {1-\exp[-(1-R)NTU_{\mathrm {c} }]}{1-R\exp[-(1-R)NTU_{\mathrm {c} }]}}$

（並なみ流りゅう式しき） $\varepsilon _{\mathrm {c} }={\frac {1-\exp[-(1+R)NTU_{\mathrm {c} }]}{1+R}}$

等ひとしの熱ねつ交換こうかん器きの形式けいしきに依存いぞんする関係かんけいがあり、ここから出口いでぐち温度おんどを

$t_{\mathrm {c} 2}=t_{\mathrm {c} 1}+\varepsilon _{\mathrm {c} }(t_{\mathrm {h} 1}-t_{\mathrm {c} 1}),\quad t_{\mathrm {h} 2}=t_{\mathrm {h} 1}-R\varepsilon _{\mathrm {c} }(t_{\mathrm {h} 1}-t_{\mathrm {c} 1})$

で求もとめることができる。ここで、R は2流体りゅうたいの熱容量ねつようりょう流量りゅうりょうの比ひで定義ていぎされ、流体りゅうたいの出入口でいりぐち温度おんど差さで表あらわされることもある：

$R:={\frac {c_{\mathrm {c} }G_{\mathrm {c} }}{c_{\mathrm {h} }G_{\mathrm {h} }}}={\frac {t_{\mathrm {h} 1}-t_{\mathrm {h} 2}}{t_{\mathrm {c} 2}-t_{\mathrm {c} 1}}}.$

圧力あつりょく損失そんしつ

熱ねつ交換こうかん器きの伝つて熱ねつ効果こうかは流体りゅうたいの速度そくどが大おおきいほど増加ぞうかするが、このとき圧力あつりょく損失そんしつも同時どうじに大おおきくなる。これはポンプ等とうの動力どうりょく増加ぞうかにつながるため好このましくなく、通常つうじょうは圧力あつりょく損失そんしつがある値ね以内いないに収おさまるように設計せっけいされる。

関連かんれん項目こうもく

• 熱ねつ媒体ばいたい
• 空気くうき調和ちょうわ設備せつび
• 空冷くうれい、水冷すいれい、液えき冷ひや
• ラジエーター
• 冷却れいきゃくコイル
• TEMA Standard：米国べいこくの熱ねつ交換こうかん器き製造せいぞう業者ぎょうしゃによる協会きょうかい

外部がいぶリンク

• もっと知しりたい蒸気じょうきのお話はなし
• 熱ねつ交換こうかん器きの設計せっけい指針ししんに関かんする参考さんこう情報じょうほう
  • JIS B 8265：2017 圧力あつりょく容器ようきの構造こうぞう 一般いっぱん事項じこう
  • JIS B 8266：2003 圧力あつりょく容器ようきの構造こうぞう 特定とくてい規格きかく
  • JIS B 8267：2015 圧力あつりょく容器ようきの設計せっけい
  • API Standard 660: Shell-and-Tube Heat Exchangers 多た管かん式しき熱ねつ交換こうかん器き
  • API Standard 661: Air-cooled Heat Exchangers 空冷くうれい式しき熱ねつ交換こうかん器き
  • API Standard 662 Part 1: Plate-and-Frame Heat Exchangers プレート・枠わく熱ねつ交換こうかん器き
  • API Standard 662 Part 2: Brazed Aluminum Plate-fin Heat Exchangers ろう付づけアルミニューム・プレート・フィン熱ねつ交換こうかん器き
  • ALPEMA Standard: Brazed Aluminum Plate-fin Heat Exchangers (BAHXs) ろう付づけアルミニューム・プレート・フィン熱ねつ交換こうかん器き
  • HEI Standards 発電はつでんプラントの熱ねつ交換こうかん器き
• 熱ねつ交換こうかん器き設計せっけいの詳細しょうさい解説かいせつ図書としょ
  • 熱ねつ交換こうかん器き設計せっけいハンドブック
  • Heat exchanger design handbook
  • Process Heat Transfer By D.Q Kern
• 熱ねつ交換こうかん器きの高度こうどな設計せっけい情報じょうほう/ソフトウェアを提供ていきょうする組織そしき
  • Heat Transfer Research, Inc. (HTRI)
  • Aspen HTFS
  • HRS AHED Advanced Heat Exchanger Design