カテゴリーアーカイブ クロスフロー熱交換器

あ クロスフロー式熱交換器 この方式は、2種類の流体を互いに直角（垂直）に流すことで機能します。通常、一方の流体は管の中を流れ、もう一方の流体は管の外側を流れます。重要な原理は、管の壁を通して一方の流体からもう一方の流体へ熱が伝達されることです。以下に、その仕組みを段階的に説明します。

構成要素：

1. チューブ側：一方の流体がチューブの中を流れます。
2. シェルサイドもう一方の流体は、管の上を流れ、管束を横切り、管内部の流体の流れに垂直な方向に流れる。

作業プロセス：

1. 流体入口熱交換器には、高温流体と低温流体の2種類の流体がそれぞれ異なる入口から流入します。一方の流体（高温流体）はチューブを通って流入し、もう一方の流体（低温流体）はチューブの外側の空間から流入します。
2. 流体の流れ:

   • 管の中を流れる流体は、直線状またはわずかにねじれた経路をたどって移動する。
   • 管の外側を流れる流体は、管に対して垂直方向に交差します。この流体の流れは、クロスフロー（管を直接横切る流れ）の場合もあれば、クロスフローとカウンターフローの組み合わせなど、より複雑な形状をとる場合もあります。

3. 熱伝達:

   • 高温の流体からの熱は管壁に伝わり、その後、管内を流れる低温の流体に伝わる。
   • 熱伝達効率は、2つの流体の温度差に依存します。温度差が大きいほど、熱伝達効率は高くなります。

4. 出口熱伝達後、温度が下がった高温流体は一方の出口から排出され、温度が上がった低温流体はもう一方の出口から排出されます。熱交換プロセスにより、両方の流体は熱交換器内を流れる際に温度変化が生じます。

デザインのバリエーション：

• シングルパスクロスフロー一方の流体は管を横切って一方向に流れ、もう一方の流体は管の中を移動する。
• マルチパスクロスフローチューブ内の流体は複数回通過することで、外部の流体との接触時間を長くし、熱伝達を向上させることができます。

効率性に関する考慮事項：

• クロスフロー式熱交換器は、一般的に対向流式熱交換器よりも効率が低い。これは、熱交換器の長さに沿って2つの流体間の温度勾配が減少するためである。対向流式では、流体間の温度差がより一定に保たれるため、熱伝達効率が高くなる。
• しかし、クロスフロー式熱交換器は設計が容易であり、スペースが限られている場合や、流体を分離する必要がある場合（空気対空気熱交換器など）によく使用されます。

アプリケーション:

• 空冷式熱交換器 （空調システムや自動車のラジエーターなど）
• 電子機器の冷却.
• 換気システム用熱交換器.

したがって、対向流式熱交換器ほど熱効率は高くないものの、クロスフロー式は汎用性が高く、簡便性や省スペースが重要な場合によく用いられる。

以下は、 温度プロファイル のために クロスフロー熱交換器、具体的には 両方の液体は混ざっていない:

🔥 クロスフロー熱交換器 – 両方の流体が混ざらない

➤ フロー配置:

• 1 つの流体が水平方向に流れます (たとえば、チューブ内の熱い流体)。
• もう 1 つは垂直方向に流れます (つまり、冷たい空気がチューブを横切ります)。
• 流体内または流体間での混合はありません。

📈 温度プロファイルの説明:

▪ 熱い液体:

• 入口温度： 高い。
• 流れていくと、 熱を失う 冷たい液体に。
• 出口温度: 入口より低いですが、接触時間が異なるため、交換器全体で均一ではありません。

▪ 冷たい液体:

• 入口温度： 低い。
• 熱いチューブを流れるときに熱を獲得します。
• 出口温度: 高くなりますが、交換機によって異なります。

🌀 クロスフローと混合がないため:

• 交換機の各ポイントは、 異なる温度勾配各流体が表面と接触していた時間に応じて異なります。
• 温度分布は 非線形 向流式または並流式の熱交換器よりも複雑です。

📊 典型的な温度プロファイル（概略レイアウト）:

                ↑冷たい液体が
        │
  ハイ │ ┌──────────────┐
  温度 │ │ │
        │ │ │ → 熱い液体が入っています（右側）
        │ │ │
        ↓ └──────────────┘
      冷たい液体が出てくる ← 熱い液体が出てくる

⬇ 温度曲線:

• 冷たい液体 徐々に温度が上昇します。曲線は低く始まり、上向きに弧を描きます。
• 熱い液体 冷却します — 最初は高く始まり、下向きに弧を描きます。
• 曲線は 平行ではない、 そして 対称ではない クロスフローの形状と熱交換率の変化によります。

🔍 効率性:

• 効果は 熱容量比 そして NTU（転送単位数）.
• 一般的に 効率が低い 逆流よりも より効率的 平行流よりも。

あ 両方の流体が混ざらないクロスフロー熱交換器 これは、2つの流体（高温と低温）が互いに垂直（90°）に流れるタイプの熱交換器を指し、 どちらの液体も内部的にも他方の液体とも混ざり合わないこの構成は、次のようなアプリケーションでよく見られます。 空気対空気熱回収 または 自動車用ラジエーター.

主な特徴：

• クロスフロー2つの流体は互いに直角に移動する。
• 混合されていない液体高温流体と低温流体は、それぞれ固体壁またはフィンによって各流路内に閉じ込められ、混合が防止されます。
• 熱伝達流体を隔てる固体壁または表面を横切って発生する。

工事：

通常含まれるもの：

密閉された水路 第二の流体（例えば、水や冷媒）がチューブ内を流れるようにするため。

チューブまたはフィン付き表面 一方の流体（例えば空気）が管の中を流れる。

一般的な用途:

• 車のラジエーター
• 空調システム
• 産業用HVACシステム
• 熱回収換気装置（HRV）

利点：

• 液体間の汚染なし
• 簡単なメンテナンスと清掃
• 気体と液体を分離しておく必要がある場合に適しています。