熱伝達技術は、現代の製造業において高く評価されています。 熱伝達システムは、幅広い工業および工業プロセスに存在します。 飲料加工から石油やガスの精製まで、熱伝達プロセスは生産ラインで重要な役割を果たします。 熱伝達技術の汎用性により、さまざまな用途に使用できます。 熱交換器やその他の熱伝達システムは、冷却、加熱、凝縮、蒸発に適しており、これらのシステムは他に類を見ない汎用性を備えています。
かき取り式熱交換器
間接伝熱によるかき取り式熱交換器は、製品チューブを通って流れる製品で構成されており、加熱媒体または冷却媒体は「ジャケット」を通って製品チューブの周囲を流れます。 熱または冷却媒体と製品の分離は、かき取り式熱交換器のような間接熱伝達システムの決定的な属性です。 かき取り式熱交換器は、製品チューブ内のミューテ―ターシャフトの回転ブレードによっても定義されます。 ミューテ―ターシャフトとブレードは回転して製品を伝熱壁に近寄らせず、ファウリングの発生を抑えて伝熱を促進します。 かき取り式熱交換器は、加熱、冷却、結晶化、低温殺菌、滅菌、ゲル化プロセスで頻繁に使用されます。
かき取り式熱交換器は 3 種類のバリエーションで設計されています。 製品チューブの中央にミューテ―ターシャフトが取り付けられた、かき取り式熱交換器は、同心円型かき取り式熱交換器です。 同心円設計はほとんどの用途に使用できます。 偏心型設計とは、製品チューブの中心からわずかに外れた位置にミューテ―ターシャフトを取り付けるかき取り式熱交換器を指します。 より粘性の高い製品や粘着性のある製品では、偏心型のかき取り式熱交換器が使用されています。偏心型の設計により、シャフトへの生成物の蓄積が最小限に抑えられ、伝熱効率が維持されます。 楕円形の設計により、極めて高粘度の製品を加工できます。 楕円形のかき取り式熱交換器は、楕円形の断面を持つ製品チューブが特徴です。この製品チューブにより、ブレード移動範囲が増え、シャフト上に製品が蓄積するのを防ぎます。
プレート式熱交換器
プレート式熱交換器は間接的な熱伝達方法です。他の種類の熱交換器よりはるかに大きな表面積全体で熱エネルギーを伝達するために結合・加熱された金属板で構成されています。 SPX FLOW の熱伝達エンジニアは、お客様のニーズに合わせてプレート式熱交換器を開発します。 カスタム設計のプレート式熱交換器は、多くの場合、熱伝導システムに結合しているプレートの数が異なります。 プレート熱交換器も、サーマルプレート自体の設計も異なる場合があります。 プレートにエッチングされた構成の違いは熱交換器の熱水力学的性能に影響を与えます。 例えば、プレート上の波形又はエッチングは、より乱れた製品の流れを促進し、製品移動が大きくなることによってファウリングが減少する可能性があります。
また、プレート式熱交換器は流れの方向が 3 つに分かれて設計されており、システム内でどの程度伝熱が効果的に発生するかがそれぞれ異なります。 向流システムを利用するプレート式熱交換器は、プレートによって分離された 2 つの流体をそれぞれ反対方向に向けます。 向流プレート式熱交換器は伝熱速度が最高になります。 並流型プレート式熱交換器は、流体が単一方向に流れることにより温度がさらに均一になります。 直交流プレート式熱交換器は、他の 2 つの方法の中間に位置します。 直交流式は、流体を相互に 90 度の角度で流します。
チューブラー熱交換器
チューブラー熱交換器は、チューブ内部の伝熱管を使用する間接的な熱伝達方法です。 二重管、三重管、四重管、多管など、チューブラー熱交換器は多くの構成が可能です。 チューブラー熱交換器は、粒子の含有しているかどうかにかかわらずファウリングが発生しにくい中粘度の用途で使用されます。 その用途は、加熱、冷却、低温殺菌、滅菌、溶解、凝縮などのさまざまな処理を伴う、飲料、飲むヨーグルト、野菜ピューレ、ソースなどです。
二重管チューブラー熱交換器は、同心円状に配置された 2 本のチューブで構成されています。 製品は内管の内側を流れ、メディア/サービス流体は内管と外管との間の環状空間を通って流れます。 三重管チューブラー熱交換器は、同心円状に配置された 3 本のチューブで構成されており、製品は最も内側のチューブと最も外側のチューブの間の環状空間を通って流れます。 四重管チューブラー熱交換器は、同心円状に配置された 4 本のチューブを特徴としており、製品は 2 本目のチューブと 3 本目のチューブの間の環状空間を流れます。 多管チューブラー熱交換器は、大径外殻内に複数の小径チューブを平行に並べて配置しています。 製品は小径チューブを通って流れます。
応用分野
乳製品業界の熱伝達は、衛生的で効率的な設計が中心です。 牛乳およびチーズ製品の低温殺菌は、乳製品中の微生物を除去するために不可欠です。 しかし、多くの場合、受け入れ時にすべての牛乳を低温殺菌できないため、多くの酪農場では熱処理を実施しています。 熱処理は、細菌の増殖を抑えるため、低温殺菌よりも低い温度まで牛乳を一時的に予熱する処理です。 特に熱処理用のプレート式熱交換器は、低温殺菌用のプレート式熱交換器と大きく異なる場合があります。 熱処理ベースの熱交換器は、乳製品をはるかに短い時間で処理します。 これは、より少数のプレート、より広い波形、熱伝達と加熱寿命を少なくする並流方向など、熱処理プレート熱交換器の設計に反映されています。
