プレート式熱交換器の目詰まり・スケール発生とその問題解決―熱交換器用プリフィルターEJSスクレーパー式自己洗浄フィルター
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この投稿は、2020年7月16日09:50にgoldliyangによって最終的に編集されました。プレート式熱交換器のような熱交換装置は、コンパクトな構造を持つため、さまざまな業界で広く利用されており、優れた経済的効果をもたらしています。プレート式熱交換器は、主にプレート、シールパッキン、固定ヘッド、可動ヘッド（カバー）、締め付けボルト、支持枠のガイドレール、支柱などで構成されており、コンパクトなサイズ、高い熱伝達効率、分解・清掃・点検が容易といった利点があります。しかし、プレート式熱交換器の使用中に発生する様々な問題は、生産にも深刻な影響を及ぼしており、その原因は多岐にわたり、設計、使用、メンテナンスなど複数の側面と関連している。 熱交換器の詰まりについては、主にプレート式熱交換器の流路間隙が狭い（2.5～6mm）ため、直径1.5～3mmを超える粒子状の異物がプレートの流路を容易に塞ぎ、装置の圧力損失が急激に悪化します。その結果、熱交換能力が大幅に低下し、深刻な場合には装置の連続生産が中断されます。循環水に不純物が多く含まれているため、繰り返し詰まりが発生し、装置の停止が頻繁に起こります。これにより企業の経済的効率に一定の影響が出ています。したがって、必要に応じて媒体の入口に粗過濾器や逆洗装置を設置することで、プレート式熱交換器の目詰まりを効果的に防ぐことができる。 プレート式熱交換器のスケール発生も大きな問題です。スケールの発生により、伝熱装置の伝熱係数が低下し、深刻な場合にはプレートの流路が塞がれることもあります。プレート式熱交換器のプレートは、多くの支持点を持つように設計されており、媒体に乱流を生じさせ（伝熱係数を高めるために）、圧力を支える役割を果たしている。また、固体の異物や繊維が集まりやすい場所でもある。その副作用として、流体が局所的に滞留し汚れの塊ができ、媒体中のカルシウムやマグネシウムイオンが適切な温度で析出すると、その塊に付着して成長し、蜂の巣状のスケールが形成される。閉塞とスケールは発生原因は異なるものの、プレート式熱交換器に与える影響は同じである。構造上の問題を緩和するために、以下の対策が考えられる： (1)プレート式熱交換器は、前段にフィルターなどの有効な対策を設けない限り、汚れやスケールが発生しやすい環境では使用しない方がよい。 (2)軟化されていない冷却水を冷却媒体として使用する場合、媒体中のカルシウムやマグネシウムイオンが析出しやすくなる敏感温度を避けるため、操作温度は50℃前後またはそれ以下に抑えるべきである。
水中の硬度除去による熱交換器へのスケール付着の防止というテーマは、産業界で1世紀以上前から取り組まれてきました。1953年以降、ドイツのルートヴィヒ・タプログゲとヨーゼフ・タプログゲ兄弟がゴム球のオンライン自動洗浄装置を開発して以来、この考え方は実に半世紀近くにわたって世界に影響を与え続けている。ほとんどが共通の基盤の上で改良され、外形を作り、動作機構が類似した機器が世界中に溢れている。 電子、マイクロエレクトロニクスなどの概念の進歩に伴い、あらゆる微小化の概念が産業機器の概念を変えてきました。熱交換技術の高度化はナノレベルにまで達しており、スクラッビング、洗浄、フィルタリングなど、これらのマクロな熱交換技術の向上は、全体的な省エネ効果を高めるどころか、かえって逆効果となり、微細なレベルでの効果が失われていることに自分では気づかないのである。この投稿のテーマ「プレート式熱交換器の目詰まり、スケール発生、および問題の解析」は良いのですが、余計なことを加えて全体を台無しにしています。たとえ機械的にこすったり、磨いたりしても…既に冷却水の水質は深刻に汚染されており、冷却水の水質がひどく汚染されている状態で、伝熱効率を向上させることなどできるだろうか？
「プレート式熱交換器の閉塞、スケール発生および問題点の解析」とは、これらの問題を総合的に検討したものであり、論文には以下の制約事項が記されている。(1)プレート式熱交換器は、前置フィルターなどの有効な対策を講じない限り、汚れやすい環境、またはスケールが発生しやすい環境では使用すべきではない。 (2)軟化されていない冷却水を冷却媒体として使用する場合、媒体中のカルシウム・マグネシウムイオンが析出しやすい敏感温度を避けるため、操作温度は50℃前後またはそれ以下に制御すべきである。 このような装置は検証に耐えられないのに、商業的価値があると言えるのか？意味があるのか？