シェルアンドチューブ熱交換器またはチューブバンドル熱交換器としても知られるチューブ状熱交換器は、シェル内に囲まれたチューブバンドルの壁面を熱伝達面として使用する壁間熱交換器の一種です。最も代表的な壁間熱交換器です。以下はその機能の詳細な紹介です。
構造構成: 主にシェル、管束、管板、ヘッダーで構成されます。シェルは典型的には円筒形であり、平行な管束を含み、管束の両端が管板に固定されている。チューブの外側の流体の熱伝達係数を高めるために、通常、一定数の横バッフルがシェルの内側に取り付けられます。一般的なタイプのバッフルには、セグメント型およびディスク型のデザインが含まれます。
動作原理: 2 つの流体がそれぞれチューブの内側と外側を流れます。チューブの内側の流路をチューブサイド、チューブの外側の流路をシェルサイドといいます。管束の壁面が伝熱面となる。高温の流体は対流によって管壁に熱を伝達し、その後熱は管壁を通って反対側の低温の流体に伝導され、熱交換プロセスが完了します。
一般的な分類
固定管板熱交換器: 両端の管板がシェルに直接溶接されています。シンプルな構造で低コスト、製造が容易であり、チューブ側の洗浄やメンテナンスが容易であることが特徴です。しかし、シェル側の洗浄は難しく、製造後のチューブ束には熱応力が存在します。チューブとシェルの間に大きな温度差がある場合、シェルに伸縮継手を取り付ける必要があります。
フローティングヘッド熱交換器: 一方のチューブシートはシェルとチューブボックスの間に固定されており、もう一方のチューブシートはシェル内で自由に移動できます。この設計により、チューブ束とシェルの自由な熱膨張が可能になり、熱応力が排除されます。チューブ束は簡単に取り外して再取り付けできるため、洗浄とメンテナンスが容易になります。ただし、構造は比較的複雑であり、シール要件は高くなります。
U チューブ熱交換器: 熱交換チューブを U 字型に曲げ、両端を同じ管板に固定します。シェルとチューブが分離しているため、チューブ束は熱応力を発生させることなく自由に伸縮できます。構造が比較的シンプルで、洗浄時のチューブ束の取り外し、取り付けが簡単に行えます。しかし、損傷したチューブの交換は難しく、チューブ束の中心に隙間があると熱伝達効率に影響を与える可能性があります。
性能特性: 管状熱交換器は、最新の熱交換器と比較して、熱伝達効率、構造のコンパクトさ、金属材料の消費量の点で効率が劣ります。しかし、その単純な構造、低コスト、高温および高圧に耐える能力、成熟した製造プロセス、強力な適応性、幅広い材料オプションにより、エンジニアリング用途では主流となっています。