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目次
 
I編 緒 論 15
 
1. 種類・動向 --------------------------------------------------------------------- 17
  1.1 --- はじめに 17  
  1.2 --- 熱交換器の分類 17  
  (1)プロセスでの機能から/17 (2)伝熱過程から/18 (3)構造から/18 (4)伝熱面のコンパクトさから/19 (5)流動様式から/19 (6)伝熱機構から/20  
  1.3 --- 熱交換器と伝熱促進 20  
  (1)各種熱交換器の熱通過率/21 (2)冷却対象と熱流束/21  
  1.4 --- ?MEMSと熱交換器 22  
  1.5 --- エネルギーシステムにおける増幅あるいは安定化作用 24  
  1.6 --- 結 び 24  
 
2. 設計手順 ---------------------------------------------------------------------- 26
  2.1 --- 熱交換器における伝熱の基礎 26  
  (1)熱負荷・温度差・伝熱面積と総括伝熱係数/26 (2)対数平均温度差と温度差補正係数/26 (3)流体間の伝熱抵抗/28 (4)境膜伝熱係数の算出/29 (5)温度効率と伝熱単位数/31  
  2.2 --- 設計の手順 32  
  (1)設計要求の確認/32 (2)必要伝熱面積の概算(Uの初期値設定)/32 (3)熱交換器の寸法を仮定/32 (4)伝熱性能のチェック/36 (5)寸法を再度仮定して再チェック/36(6)データシートの作成/36  
  2.3 --- 最適設計のヒント 37  
  (1)相変化を伴わない伝熱(単相流)/37 (2)相変化を伴う伝熱(混相流)/38  
 
3. 振動制御 ---------------------------------------------------------------------- 39
  3.1 --- はじめに 39  
  3.2 --- 振動現象と評価方法 39  
  1)過励起振動(カルマン渦による振動)/40 (2)自励振動(流力弾性振動)/41 (3)ランダム振動(乱流励起振動)/41  
  3.3 --- 防振対策 42  
  (1)バッフル(baffle)およびサポート(support)関係による対策/42 (2)胴関係による対策/44 (3)ノズル関係による対策/44 (4)その他の対策/45  
  3.4 --- 結 び 45  
 
4. 熱交換ネットワークの解析と設計 -------------------------------------------------- 47
  4.1 --- エクセルギー 47  
  4.2 --- 熱回収と熱利用線図 48  
  (1)熱回収/48 (2)熱利用線図/49  
  4.3 --- ピンチテクノロジー 50  
  4.4 --- 熱回収システム 51  
  (1)常圧蒸留塔設備の大規模熱回収システム/51 (2)改造検討例/53 (3)改造検討の進め方/53  
  4.5 --- ネットワーク 54  
  (1)工場全体プロファイル解析による最適化/54 (2)工場地域熱共有の最適化/57  
 
II編 各種熱交換器 61
 
1. 多管式熱交換器 ---------------------------------------------------------------- 63
  1.1 --- 空 冷 63  
  (1)特徴と用途/63 (2)通風方式/63 (3)伝熱特性/64 (4)空冷式熱交換器の構造/66 (5)軸流ファンと省エネルギー/67 (6)採用時の注意点/68  
  1.2 --- 水冷,プロセス流体 69  
  (1)概 説/69 (2)混合ガス(不凝縮ガス)+水蒸気(凝縮あり)の伝熱計算フロー/72 (3)設計上の注意点/74 (4)使用上の注意点/75 (5)今後の展望/75  
 
2. コンパクト熱交換器 -------------------------------------------------------------- 82
  2.1 --- プレートフィン熱交換器 82  
  (1)概 説/82 (2)伝熱機構と伝熱基本特性/83 (3)選択上の注意点/88 (4)使用上の注意点/88 (5)今後の展望/89  
  2.2 --- プレート式熱交換器 91  
  (1)基本構造/91 (2)伝熱プレート/91 (3)ガスケット/92 (4)液の流れと伝熱のしくみ/93 (5)特徴と用途/94 (6)伝熱特性/94 (7)流動特性/96 (8)機能形プレート式熱交換器/96 (9)選定方法/98 (10)メンテナンス/98  
 
3. 全熱交換器 -------------------------------------------------------------------- 105
  3.1 --- 概 説 105  
  3.2 --- 構造および原理 105  
  (1)回転形/105 (2)静止形/107 (3)熱交換効率/108  
  3.3 --- 選定方法および回収熱量計算 108  
  (1)選択上の注意点/108 (2)回収熱量計算/109  
  3.4 --- JISについて 110  
  3.5 --- 結 び 111  
 
4. 特殊構造熱交換器 -------------------------------------------------------------- 117
  4.1 --- 高性能伝熱面 117  
  (1)単相流の伝熱促進/117 (2)凝縮熱伝達の促進/119 (3)蒸発熱伝達の促進/123  
  4.2 --- 高粘性流体 126  
  (1)バッチ式(回分式)熱交換器/126 (2)静止形混合器内臓の熱交換器/128 (3)かきとり式熱交換器/129 (4)蒸気直接接触加熱/130 (5)様々な加熱技術/131 (6)直接膨張式冷却装置/132 (7)フラッシュチャンバ(またはバキュームベッセル)/132  
  4.3 --- ヒートパイプ 133  
  (1)ヒートパイプの原理/133 (2)ヒートパイプの種類/134 (3)ウイック形ヒートパイプ/134 (4)ヒートパイプの応用/140  
 
5. 充填層・流動層熱交換器 --------------------------------------------------------- 150
  5.1 --- 充填層 150  
  (1)概 説/150 (2)伝熱機構/151 (3)反応器の温度調節法/153 (4)今後の展望/155  
  5.2 --- 流動層 155  
  (1)特徴と用途/155 (2)流動化状態/156 (3)熱交換器の種類/157 (4)伝熱機構と伝熱基本特性/158 (5)熱交換器に求められる形状/159 (6)今後の展望/161  
  5.3 --- 流動層燃焼ボイラ 162  
  (1)概 説/162 (2)伝熱機構と伝熱基本特性/165 (3)伝熱負荷制御方法/168 (4)トラブル対策/170  
 
6. 蓄熱式熱交換器 ---------------------------------------------------------------- 176
  6.1 --- 回転式熱交換器 176  
  (1)はじめに/176 (2)熱交換のメカニズム/176 (3)タイプ,形式と仕様/177 (4)各種の排気熱回収の実例/178 (5)結 び/180  
  6.2 --- 熱風炉 181  
  (1)特徴と用途/181 (2)構成と操業様式/181 (3)伝熱機構/181 (4)設計上および使用上の注意点/183 (5)熱効率への影響因子/184 (6)課題と展望/188  
  6.3 --- 蓄熱燃焼システム 189  
  (1)蓄熱燃焼の歴史/189 (2)概要と特徴/189 (3)蓄熱式熱交換器の特徴(レキュペレータとの比較)/191 (4)基本特性/192 (5)システムの多様化/195 (6)今後の展望/197  
  6.4 --- 蓄熱式脱臭装置(RTO)198  
  (1)蓄熱式脱臭装置(RTO)とは/198 (2)原理と特長/199 (3)機 種/203 (4)選択上の注意と付加機能/204 (5)今後の展望/205  
 
7. レキュペレータ・排熱ボイラ ------------------------------------------------------- 215
  7.1 --- レキュペレータ 215  
  (1)特徴と用途/215 (2)伝熱機構/218 (3)選定方法/219 (4)損傷事例と使用上の注意点/219 (5)今後の展望/221  
  7.2 --- 排熱ボイラ 221  
  (1)エチレンプラントの急冷熱交換器/223 (2)アンモニアプラントの2次リフォーマ改質ガスボイラ/225 (3)石油精製プラント流動接触分解装置のCOボイラ/227 (4)ガスタービンの排熱ボイラ/228  
 
8. 凝縮器・復水器 ---------------------------------------------------------------- 234
  8.1 --- 概 説 234  
  8.2 --- 伝熱機構と伝熱基本特性 235  
  (1)真空度/235 (2)冷却管内流速/236 (3)清浄度/236 (4)復水器負荷(復水器から冷却水へ捨てられる熱量)/236 (5)熱貫流率/236 (6)冷却面積/236  
  8.3 --- 選択上の注意点 237  
  (1)管配列/237 (2)冷却管材料/237  
  8.4 --- 使用上の注意点 238  
  8.5 --- 今後の展望 238  
 
9. 直接接触式熱交換器(冷却塔) ---------------------------------------------------- 243
  9.1 --- 概 説 243  
  (1)特 徴/243 (2)用 途/245  
  9.2 --- 伝熱機構と伝熱基本特性 245  
  (1)伝熱機構/245 (2)伝熱基本特性/247  
  9.3 --- 選択上の注意点 248  
  (1)冷却水の使用先/248 (2)据え付け場所/249 (3)出口水温/249 (4)冷却塔容量/250  
  9.4 --- 使用上の注意点 250  
  (1)性能評価/250 (2)容量制御/250 (3)水質制御/250 (4)冬期運転/251 (5)レジオネラ症対策/252  
  9.5 --- 今後の展望 252  
  (1)フリークーリング/253 (2)蒸発式凝縮器/253 (3)密閉式冷却塔/253  
 
III編 材 料 255
 
1. 装置材料 --------------------------------------------------------------------- 257
  1.1 --- 概 論 257  
  (1)炭素鋼/257 (2)ステンレス鋼/257 (3)銅・銅合金/259 (4)アルミニウム・アルミニウム合金/259 (5)チタンならびにチタン合金/260  
  1.2 --- ステンレス鋼 261  
  (1)本質と特徴/261 (2)種 類/262 (3)耐食性/262 (4)室温における機械的性質/266 (5)物理的性質/268 (6)成形加工性/268 (7)溶接性/270  
  1.3 --- 炭素鋼 270  
  (1)腐食と環境要因の影響/270 (2)熱交換器の供給中における注意点/272 (3)防食対策例/274  
  1.4 --- 銅・アルミニウム 275  
  (1)銅および銅合金/275 (2)アルミニウム/279  
  1.5 --- チタン 282  
  (1)熱交換器用材料としてのチタン/282 (2)熱交換器について/285  
  1.6 --- セラミックス 288  
  (1)はじめに/288 (2)熱交換器用材料としてのセラミックス/288 (3)熱交換器の事例/290  
  1.7 --- ガラス/GL292  
  (1)はじめに/292 (2)ガラス/292 (3)GL/296  
  1.8 --- ふっ素樹脂 297  
  (1)はじめに/297 (2)種類と特性/297 (3)熱交換器の種類と伝熱基本特性/298 (4)トラブル事例/302 (5)今後の展望/303  
  1.9 --- カーボン  303  
  (1)概 説/303 (2)物理的特性/303 (3)化学的特性/305 (4)熱交換器設計上および使用上の注意点/306 (5)今後の展望/306  
 
2. 熱媒体 ----------------------------------------------------------------------- 309
  2.1 --- 熱媒体の種類と物性 309  
  (1)水,ガス/309 (2)有機系熱媒体/310 (3)溶融塩(HTS)/310 (4)溶融金属/313 (5)液相冷媒/313  
  2.2 --- 熱媒体の選定と管理 314  
  (1)選定基準/314 (2)選定例/315 (3)劣化と運転管理/316  
 
IV編 設備保全 319
 
1. 水管理・洗浄 ------------------------------------------------------------------ 321
  1.1 --- 冷却水系の分類 321  
  1.2 --- 開放循環冷却水系の水収支と物質収支 321  
  1.3 --- 障害の発生機構と防止方法 323  
  (1)腐食反応と腐食速度/323 (2)防食剤の使用による金属の腐食防止/324 (3)スケールの析出と付着/325 (4)スケール防止剤によるスケールの成長抑制および冷却水のpH調整/326 (5)代表的な腐食およびスケール防止処理方法/327 (6)スライムの付着とスラッジの堆積/328 (7)スライムの付着およびスラッジ堆積の防止/329  
  1.4 --- 熱交換器の運転条件と冷却水処理薬品の効果 331  
  (1)低流速部での孔食の発生と防止/331 (2)高温伝熱面でのスケールの付着と防止/332  
  1.5 --- 熱交換器の設計汚れ係数と許容汚れ付着厚さ 332  
  1.6 --- 冷却水系の運転管理と薬品処理効果のモニタリング 333  
  (1)冷却水のブロー(濃縮)管理/333 (2)薬品の注入管理/333 (3)補給水と冷却水の水質分析/334 (4)処理効果のモニタリング/334  
  1.7 --- 定期検査中の熱交換器の開放点検と洗浄 335  
  (1)開放点検/336 (2)熱交換器の洗浄/336  
  1.8 --- 運転中の熱交換器の洗浄 337  
 
2. 保全作業の機械化  ------------------------------------------------------------- 339
  2.1 --- はじめに 339  
  2.2 --- チューブバンドル抜き出し作業 340  
  2.3 --- チューブバンドル洗浄作業 341  
  2.4 --- チューブ半割り清掃作業 341  
  2.5 --- フランジ面補修ならびにボルト軸力管理 342  
  (1)フランジ面補修技術/343 (2)ボルト締め付け管理技術/343  
 
3. 探傷技術 --------------------------------------------------------------------- 345
  3.1 --- 熱交換器の検査概要 345  
  3.2 --- 検査方法の種類 345  
  (1)検査方法の分類と目的/345 (2)各種非破壊検査方法の特徴/346  
  3.3 --- シェル本体の検査 347  
  (1)試験方法の選定/347 (2)UTによる内面腐食の検出/348 (3)UTによる水素誘起割れ(HIC)の検出/348 (4)MTまたはPTによる表面きずの検出/349 (5)溶接部の内部きず(内面に開口したきずを含む)の検出/350 (6)水素侵食等の材料劣化評価/350  
  3.4 --- 伝熱管(チューブ)の検査 351  
  (1)試験方法の選定/351 (2)PTによるシール溶接部の探傷/351 (3)ETによるチューブ内外面のきずの検出/351 (4)UTによるチューブ内外面のきずの検出/353  
 
4. 寿命予測とトラブル事例 --------------------------------------------------------- 355
  4.1 --- 熱交換器寿命予測 355  
  (1)腐食の状況と寿命予測/355 (2)腐食の分布と経年変化/355 (3)極値統計法と極値確率紙/356 (4)極値確率紙の使い方と極値の求め方/358 (5)極値による判定と寿命の予測法/359 (6)極値算出における注意事項/360  
  4.2 --- トラブル事例 362  
  (1)チューブの腐食/363 (2)チューブの割れ/364 (3)拡管またはシール溶接の漏れ/365 (4)内部フランジのガスケット漏れ/365 (5)外部フランジのガスケット漏れ/366 (6)シェルの腐食/366 (7)仕切り板でのショートパス/366 (8)管壁への汚れ付着/367 (9)管板面への汚れ付着/367 (10)製作時および保全工事におけるトラブル/368  
 
V編 熱交換システム 369
 
1. 空調機用熱交換器 ------------------------------------------------------------- 371
  1.1 --- 概 説 371  
  1.2 --- 熱交換器の基本性能 372  
  (1)フィンの性能/372 (2)伝熱管の性能/373 (3)接触熱抵抗/374  
  1.3 --- 凝縮器 376  
  1.4 --- 蒸発器 376  
  1.5 --- まとめと今後の展望 378  
 
2. 自動車用熱交換器 ------------------------------------------------------------- 380
  2.1 --- 自動車用熱交換器について 380  
  (1)自動車で使われる熱交換器/380 (2)改良の歴史/380  
  2.2 --- エンジン冷却系の熱交換器 381  
  (1)ラジエータ/381 (2)ヒータコア/383  
  2.3 --- 自動車用空調の熱交換器 383  
  (1)コンデンサ/383 (2)エバポレータ/384  
 
3. 電子機器の冷却技術 ----------------------------------------------------------- 386
  3.1 --- はじめに 386  
  3.2 --- 冷却技術と実装階層 386  
  3.3 --- 熱抵抗 388  
  3.4 --- 空冷装置の構成 388  
  3.5 --- 液冷技術の構成 390  
  (1)間接冷却技術/390 (2)直接冷却技術/391  
 
4. 太陽熱温水器 ----------------------------------------------------------------- 392
  4.1 --- はじめに 392  
  4.2 --- 種類と構造 392  
  (1)汲み置き形(真空管形)/392 (2)自然循環形/393 (3)強制循環形(太陽熱給湯システム)/393  
  4.3 --- 集熱器の性能 395  
  (1)選択吸収面/395 (2)集熱器の効率と熱収支/395  
  4.4 --- 設置,使用上の留意点 397  
 
5. 床暖房 ----------------------------------------------------------------------- 399
  5.1 --- 種 類 399  
  5.2 --- 伝熱機構と伝熱基本特性 399  
  (1)均熱板と温水配管が放熱量に与える影響/401 (2)温水流量が放熱量に与える影響/401  
  5.3 --- 設計上の注意点 402  
  (1)仕上げ材が与える影響/402 (2)人体に与える影響について/403  
  5.4 --- 使用上の注意点 404  
  (1)住宅の断熱性能について/404 (2)制御について/404  
  5.5 --- 今後の展望 404  
 
6. 減圧蒸気式温水ボイラ ---------------------------------------------------------- 406
  6.1 --- 概要と用途 406  
  (1)熱交換器/406 (2)用 途/407  
  6.2 --- 伝熱機構と伝熱基本特性 407  
  (1)伝熱機構/408 (2)伝熱基本特性/408  
  6.3 --- 使用上・選択上の注意点 409  
  6.4 --- 今後の展望 410  
 
7. 熱媒式排熱回収システム -------------------------------------------------------- 411
  7.1 --- 熱媒式とは 411  
  7.2 --- 経済性の検討 411  
  7.3 --- システムの特徴 412  
  7.4 --- 使用する熱媒体 413  
  7.5 --- 実施例 414  
  (1)コークス炉の顕熱回収/414 (2)高炉熱風炉からの排熱回収/415 (3)溶融金属からの反応熱回収(吸収)/417  
 
8. 天然ガスパイプライン ----------------------------------------------------------- 418
  8.1 --- 天然ガスパイプラインと熱交換器 418  
  8.2 --- ガス温度変化要因 418  
  (1)コンプレッサステーションでの断熱圧縮による温度上昇/418 (2)ガバナステーションでの断熱膨張による温度低下/418 (3)パイプライン輸送中の温度変化/418  
  8.3 --- ガス温度範囲の制約 419  
  (1)パイプライン材料の特性に関わる使用温度範囲の制約/419 (2)永久凍土に埋設されたパイプラインの適正運転温度範囲/419  
  8.4 --- 熱交換器システムの例 420  
  (1)長距離パイプラインのコンプレッサステーションに設置されるガス冷却設備/420 (2)高圧幹線パイプラインの減圧設備に配置されるガス加熱装置/421  
  8.5 --- 原油パイプラインで使用されている放熱パイプサポート 422  
 
9. 天然ガス気化装置  ------------------------------------------------------------- 423
  9.1 --- 形式と分類 423  
  9.2 --- 設計上の留意点 424  
  (1)材 料/424 (2)運転圧力と沸騰領域/424 (3)運転圧力と不安定沸騰現象/425 (4)着氷現象/425  
  9.3 --- オープンラック式気化装置 425  
  (1)構造と特長/425 (2)熱応力対策/426 (3)腐食対策/426  
  9.4 --- サブマージド・コンバスション式気化装置 427  
  (1)構造と特長/427 (2)水中燃焼バーナ/427 (3)チューブバンドル/428 (4)ダウンカマー/428  
 
10. 融雪システム  ----------------------------------------------------------------- 429
  10.1 --- 液中燃焼装置を使用した融雪システム 429  
  (1)システム/429 (2)液中燃焼缶/430 (3)使用するバーナ/430 (4)熱計算/431  
  10.2 --- ヒートパイプ融雪システム 432  
  10.3 --- ヒートポンプ融雪システム 433  
  10.4 --- その他 433  
 
11. 雪冷房システム (雪−空気直接熱交換) -------------------------------------------- 435
  11.1 --- 全空気方式雪冷房の導入の背景とシステム 435  
  11.2 --- 熱交換器としての貯雪庫(貯雪槽)の伝熱特性 436  
  (1)伝熱特性の試験方法/436 (2)伝熱特性とその整理式/437 (3)貯雪槽(貯雪庫)出口空気温度の算出/439  
  11.3 --- 選択上の注意点 440  
  11.4 --- 使用上の注意点 441  
  11.5 --- 今後の展望 441  
 
12. マイクロガスタービン ------------------------------------------------------------ 443
  12.1 --- 概 説 443  
  12.2 --- 構造および特長 443  
  12.3 --- 熱交換器 445  
  12.4 --- 再生器 445  
  12.5 --- 排熱回収装置  
  12.6 --- 今後の展望 448  
 
13. 新しい蒸留技術−内部熱交換型蒸留塔 -------------------------------------------- 449
  13.1 --- 「蒸留塔」は「熱交換器」 449  
  13.2 --- 蒸留の熱交換量 449  
  13.3 --- 省エネルギー蒸留塔 HIDiC (ハイディック)450  
  13.4 --- ?HIDiCの構造と研究課題 451  
  13.5 --- 今後の展望 452  
 
14. 輻射熱交換器 ------------------------------------------------------------------ 454
  14.1 --- 概 説 454  
  14.2 --- 多孔性固体と基本原理 455  
  14.3 --- 開発研究例 456  
  14.4 --- 今後の展望 458  
 
15. 燃料電池コージェネ用の熱交換器 ------------------------------------------------- 460
  15.1 --- 概 説 460  
  15.2 --- 燃料電池システム用熱交換器 460  
  (1)概 要/460 (2)熱交換器のポイント/462  
  15.3 --- 使用例 463  
  15.4 --- 今後の展望 464  
 
16. ナトリウム冷却高速増殖炉 ------------------------------------------------------- 465
  16.1 --- 特 徴 465  
  16.2 --- 中間熱交換器 466  
  (1)構 造/466 (2)交換熱量/467  
  16.3 --- 蒸気発生器 467  
  (1)構 造/467 (2)伝熱流動/469  
 
●熱交換器製品データシート  
  1.1 多管式熱交換器?空冷 ------------------------------------------------------- 77
  千代田工商/ササクラ  
  1.2. 多管式熱交換器?水冷,プロセス流体 ------------------------------------------ 79
  神威産業/瀬尾高圧工業/住友精密工業  
  2.1. プレートフィン熱交換器 ------------------------------------------------------- 100
  住友精密工業/神戸製鋼所/神鋼メタルプロダクツ/カワサキプラントシステムズ  
  2.2. プレート式熱交換器 --------------------------------------------------------- 104
  日阪製作所  
  3. 全熱交換器 ---------------------------------------------------------------- 113
  三菱電機/ダイキン工業/東洋製作所/松下エコシステムズ  
  4.1 特殊構造熱交換器?高性能伝熱面 -------------------------------------------- 144
  日立電線  
  4.2. 特殊構造熱交換器?高粘性流体 ---------------------------------------------- 145
  ノリタケエンジニアリング/ヤスダファインテ/住友商事  
  4.3. 特殊構造熱交換器?ヒートパイプ ---------------------------------------------- 148
  ササクラ/昭和電工  
  5. 流動層燃焼ボイラ ----------------------------------------------------------- 173
  荏原製作所/三井造船/カワサキプラントシステムズ  
  6.1 蓄熱式熱交換器?回転式 ---------------------------------------------------- 207
  ニッチツ  
  6.2 熱風炉 -------------------------------------------------------------------- 208
  スチールプランテック/日本ファーネス工業  
  6.3 蓄熱燃焼システム ---------------------------------------------------------- 211
  東京ガスエンジニアリング/日本ファーネス工業/中外炉工業/ロザイ工業/大阪ガス/横井機械工作所/テラ・コーポレーション  
  6.4 蓄熱式脱臭装置 ------------------------------------------------------------ 213
  中外炉工業/新東工業  
  7. レキュペレータ -------------------------------------------------------------- 230
  アルストム/ロザイ工業/日本ファーネス工業/熱研産業  
  8. 凝縮器・復水器 ------------------------------------------------------------- 241
  三菱重工業/カワサキプラントシステムズ  
 
熱交換器および熱関連主要メーカーリスト 473
索 引 475
 
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