シェルアンドチューブ熱交換器の概念と動作はかなり単純で、2 つの液体の流れと熱接触に基づいています。シェルアンドチューブ熱交換器の名前は、2 つの流体間の温度交換というプロセスを説明するのに役立ちます。熱交換器では、加熱された流体または熱い流体が冷たい流体の周りを流れ、冷たい流体の流れの方向に熱を伝達します。
2 つの材料が接触する状況では、導電性表面を介して熱の交換または伝達が発生します。シェルアンドチューブ熱交換器のプロセスは、2 つの流体が伝導性金属を介して熱を交換または伝達する場所を提供します。
シェルアンドチューブ熱交換器プロセスでは、一方の流体がチューブを通って流れ、もう一方の流体がシェルを通って流れます。直管シェルアンドチューブ熱交換器の以下の図では、シェル流体が入るシェル入口が上部にあり、チューブ流体の入口が右下にあります。
シェルアンドチューブ熱交換器には、シェル側とチューブ側の 2 つのコンパートメントまたはセクションがあります。シェルアンドチューブ熱交換器を使用する場合、どちら側に高温流体が流入し、どちら側に低温流体が流入するかを決定することが重要です。この決定は流動性の割り当てと呼ばれます。
流体間に圧力差がある場合、チューブは高圧に耐えるように設計されているため、低圧の流体がシェル入口から入ります。
シェルサイド
シェル側の流体の流れを決定する場合、シェルはチューブよりも製造コストが高く、洗浄がより難しいことを知っておくことが重要です。シェル側には、チューブ束全体に流体の流れを導くバッフルがあります。
粘性流体および高流量の流体はシェル側を通って処理され、そこで乱流が増加し、伝達係数が増加するため、熱伝達が向上します。通常、大きな温度変化はシェル側で発生します。
チューブ側
チューブ側で必要なのは乱流を作り出すことです。これは、管板の穴を通して管の内側にタービュレーターを取り付けることによって実現されます。シェル内の乱流と同様に、チューブ内の乱流によって熱伝達容量が増加します。タービュレーターの二次的な機能は、チューブの内部を汚れのない状態に保つことです。チューブは乱流と圧力損失が少なく、流線型の流れを提供します。
パス
シェルアンドチューブ熱交換器には 1、2、4、6、または 8 パスがあり、1-1、1-2、1-4 などと書かれます。最初の数字はシェルの数です。 2 番目の数字はパスの数です。通過回数は、流体がシェル内の流体を通過する回数です。シングルパス熱交換器では、流体はシェルを 1 回通過します。パス数が増加すると、熱伝達率が増加します。
稼働中のシェルアンドチューブ熱交換器
図からわかるように、冷たい流体はチューブまたはシェルの入口を通って入り、チューブ内の伝導加熱によって加熱されます。その後、処理されて終了します。下の画像は、2 パスのシェルアンドチューブ熱交換器です。
シェルアンドチューブ熱交換器内の乱流により、熱伝達率が向上し、チューブやシェル壁の汚れが防止されます。一定の乱流には自己洗浄効果があり、継続的かつ最適なパフォーマンスが保証されます。シェル内の流れを方向付けるバッフルが乱流を生成し、チューブ内に設置されたタービュレーターが乱流を生成します。
熱交換プロセスは、シェルとチューブに含まれる 2 つの流体間の熱接触によって促進されます。液体のうちの 1 つはより冷たく残り、もう 1 つはより暖かく、または熱くなります。