シェル式熱交換器（shell and tube heat exchanger）は、列管式熱交換器とも呼ばれる。ケーシングに閉じ込められた管束の壁面を伝熱面とする隔壁式熱交換器である。この熱交換器は構造が比較的簡単で、異なる構造材料（主に金属材料）で製造でき、高温、高圧で使用でき、現在の応用が比較的広いタイプである。

こうぞう

管殻式熱交換器は、ハウジング、伝熱管束、管板、折流板（バッフル）、管箱などの部品から構成されている。ハウジングの多くは円筒形で、管束が取り付けられており、管束の両端は管板に固定されている。熱交換を行う冷熱2種類の流体、1種類は管内を流れ、管程流体と呼ばれる、もう1つは管外を流動し、殻程流体と呼ばれ、管外流体の熱伝達係数を増加させるために、通常は殻にいくつかのバッフルを取り付けている。バッフルはシェル距離の流体速度を増加させ、流体を所定の道程に沿って複数回横方向に管束を通過させ、流体乱流の程度を増加させることができる。熱交換管は管板上に等辺三角形または正方形に配列することができる。等辺三角形の配列は比較的コンパクトで、管外流体の乱動程度が高く、熱伝達係数が大きい、正方形の配列は管外の洗浄が便利で、スケールしやすい流体に適している。

FPRフローティングコイル容積式熱交換器

FPRフローティングコイル容積式熱交換器

流体は管束を通過するごとに管路と呼ばれ、シェルを通過するごとにシェル距離と呼ばれます。図示した単殻路単管路熱交換器は、単に1-1型熱交換器と呼ばれる。管内の流体速度を高めるために、両端の管箱内に仕切り板を設置し、管をいくつかのグループに分けることができる。このように流体は毎回パイプの一部だけを通過するので、管束の中を複数回往復することができ、これを多管路と呼ぶ。同様に、管外の流速を増加させるために、ハウジングに縦方向バッフルを取り付け、多殻距離と呼ばれるハウジング空間を複数回通過させることもできます。多管路と多殻路は組み合わせて応用することができる。

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管殻式熱交換器は管内外の流体の温度が異なるため、熱交換器の殻と管束の温度も異なる。2つの温度の差が大きいと、熱交換器内に大きな熱応力が発生し、パイプが曲げられたり、破断されたり、パイププレートから引き離されたりします。そのため、管束とケーシングの温度差が50℃を超えた場合、熱応力を低減するために適切な補償措置を講じる必要がある。補償措置によって、管殻式熱交換器は以下のいくつかの主要なタイプに分けることができる：

①管板式熱交換器の管束の両端を固定する管板はケーシングと一体に結合され、構造は簡単であるが、冷熱流体の温度差が大きくなく、かつケーシング工程に機械洗浄時の熱交換操作が不要である場合にのみ適用される。温度差がやや大きく、シェル距離圧力があまり高くない場合は、熱応力を低減するために、シェルに弾性の補償リングを取り付けることができる。

②フロート式熱交換器の管束の一端の管板は自由に浮遊でき、熱応力を減少した、また、管束全体がハウジングから抽出でき、機械洗浄と点検が容易である。フロート式熱交換器の応用は広いが、構造は複雑で、建造費は高い。

③U型管式熱交換器の各熱交換管はU字状に折り曲げられ、両端はそれぞれ同じ管板の上下2区に固定され、管箱内の仕切り板を用いて出入り口の2室に分けられる。この種の熱交換器は熱応力を減少させ、構造はフロート式より簡単だが、管路は洗浄しにくい。

④渦流熱膜熱交換器渦流熱膜熱交換器は新しい渦流熱膜熱伝達方式を採用し、流体の運動状態を変えることによって熱伝達を増加し、媒体が渦流管表面を通過する時、管表面を洗い流し、それによって熱交換効率を高める。最大10000 W/m 2℃に達することができます。同時にこの構造は耐腐食、耐温、耐圧、少スケール機能を実現した。他のタイプの熱交換器の流体通路は固定方向流形式であり、熱交換管の表面に回り流が形成され、対流熱交換係数が減少する。

【熱交換設備の普及】の資料によると、渦熱膜熱交換器の特徴は経済性の統一にある。熱交換管間、熱交換管とケーシング間の流動関係を考慮したため、折流板を用いて乱流を強制的に遮断するのではなく、熱交換管間で交互渦流を自然に誘導し形成し、熱交換管が互いに摩擦しない前提であるべき振動力を維持した。熱交換管の剛性と柔軟性の配置は良好で、互いに衝突することはなく、浮動コイル熱交換器の間の相互衝突による問題を克服するとともに、通常の管殻式熱交換器のスケールしやすい問題を低減した。