先進プロセス開発部 髙山健太郎
素形材開発部 伊勢和幸、経徳敏明
図１ 熱交換器の使用例
熱交換器とは？
熱は、固体、液体、気体を問わず高温側から低温側へ移るという性質があります。この性質を利用して、効率良く熱を移動させる装置のことを「熱交換器」といいます。
熱交換器は産業用のボイラーや蒸気発生器などの工業製品として、製造現場の様々なところで多く使われている装置です。また、工業製品の他にも、エアコンや自動販売機、冷蔵庫など、私たちの生活の中でも身近なところで使われています（図１）。
二重管式熱交換器
小型の熱交換器で2つの流体間の熱交換を行うには、プレート式や円管を使用した二重管式が一般的に使われています。二重管式の熱交換器では、図２にあるように内管には低温水を流して外管に高温水を流すと、二重管内で熱の移動が起こって、低温側出口では低温側入口の水温よりも高い温度の水が出てくることになります。この時の出口側水温が高ければ高いほど熱の移動量が多い、即ち、高効率な熱交換器であるといえます。円管状の伝熱管では、熱移動量を増やすために管の長さや径の拡大を図ることになりますが、それに伴い大型化してしまいます。また、流速が低下して、熱移動量の増加があまり期待できないという問題があります。株式会社西山製作所ではこれら従来の二重管熱交換器の欠点を解決するために、図３のような多葉状伝熱管を使用した新たな二重管熱交換器を開発しております。当センターでは、共同研究を通して多葉状二重管式熱交換器の標準品の製品開発、実用化への技術支援を行いました（写真１、２）。
図３ 多葉状伝熱管
図２ 二重管式熱交換器
写真１ 熱交換性能評価試験の様子
写真２ 熱伝導解析の様子
多葉状二重管式熱交換器
二重管の内管断面を多葉状にすることで、流路の断面を大きくすることなく、外側と内側を流れる流体同士の接触面積を大幅に増やし、熱交換効率が向上します。図４は従来の円管式熱交換器と多葉状管式熱交換器の熱交換性能を評価して比較した例です。多葉状管式の熱交換器は円管式に比べて、熱交換能力が2倍前後向上していることが分かります。このことは、熱交換器の小型化や軽量化に繋がるほか、システム全体の省エネルギーにも貢献します。これら様々な検討のもとに、多葉状二重管式熱交換器の標準品が開発、製品化されました（図５）。今後、熱の有効活用、環境負荷の低減、省エネルギーに重要な役割を担っていくことが期待されます。
図５ 開発された標準品の熱交換器
図４ 熱交換性能評価の比較
（https://www.nishiyama-ss.co.jp/）
