HVAC熱交換器の説明

HVAC熱交換器を説明します。 この記事では、住宅や商業施設の両方でHVACとビルサービスアプリケーションに使用される熱交換器の種類について説明するつもりです。
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Danfoss 熱交換器は効率を高め、冷媒充填量を減らし、HVACシステム内のスペースを削減することができます。 ダンフォスのウェブサイトでは、全製品と各製品についての詳細をご覧いただけます。 Danfossの熱交換器について詳しくはこちら

熱交換器とは

熱交換器は、その名のとおり、熱や熱エネルギーを移動（交換）するために使用される装置です。

• 流体には液体と気体があります
• 熱は常に高温から低温へ流れます
• 熱が流れるには温度差が必要です

どのように熱交換するのでしょうか。

熱エネルギーは3つの方法で伝達されます。

• 伝導
• 対流
• 放射

HVAC目的のほとんどの熱交換器では対流と伝導が使用されています。

Conduction heat transfer

Conduction は、温度の異なる 2 つの材料が物理的に接触するときに発生します。 たとえば、熱いコーヒー カップをテーブルの上に数分間置き、その後カップを取り除くと、テーブルがこの熱エネルギーの一部を伝導します。

対流熱伝達

Convection は流体が移動して熱エネルギーを持ち去る際に発生します。 これは自然に起こることもあれば、扇風機を使うなど機械的な力によって起こることもあります。 この例として、スープの入った熱いスプーンに息を吹きかけると、対流が起こります。

放射熱伝達

Radiation occurs when a surface emits electromagnetic waves.これは、表面が電磁波を放出するときに起こります。 あなたを含むすべてのものは、いくらかの熱放射を発しています。 表面が高温であればあるほど、より多くの熱放射を放出することになります。 例えば、太陽です。

使用される流体

HVACシステムで使用される流体は、通常、伝達媒体として水、蒸気、空気、冷媒またはオイルを含む。 HVAC 熱交換器は通常、空気または水を加熱または冷却する、2 つのうちの 1 つを行います。 そのため、このような場合、「隗より始めよ」ということで、「隗より始めよ」となるわけです。 コイルまたはプレート設計のどちらかです。 この両方がどのように機能するかの基本を見てから、それらがどのように system.

Coil heat exchanger – simplified

Coil heat exchanger in its simplest form used one or more tubes which run back and forth a number of times. チューブは2つの流体を分離する。 一方の流体はチューブの内側を流れ、もう一方の流体は外側を流れます。 加熱の例を見てみましょう。 熱は対流によって熱い内部の液体から管の壁に移り、それはそれから管の壁を通って反対側に伝導し、外の液体は対流によってまたこれを運び去る。

プレート熱交換器- simplified

Plate heat exchanger used thin plates of metal to separate two fluids. 熱伝達を改善するために、流体は一般に反対方向に流れます。 最も熱い流体の熱は、プレートの壁に対流し、反対側に伝導される。

このようなタイプの熱交換器がHVACアプリケーションにどのように適用されるか、より詳しく見てみましょう。

フィンランド管コイル（流体）

Finned tube はしばしば単にコイルと呼ばれます（たとえば加熱または冷却コイルなど）。 これらは非常に一般的です。 空気処理装置、ファンコイルユニット、ダクトシステム、空調システムの蒸発器および凝縮器、冷蔵庫の背面、トレンチヒーターなど、リストは続く。

これらの熱交換器では通常、水、冷媒または蒸気が内側を流れ、空気が外側を流れます。

たとえば、空気を加熱するために使用する場合、加熱された水を使用すると、お湯は管の内部を流れ、管壁に対流を介してその熱エネルギーを伝達し、お湯と空気の間に温度差があるので、熱は管壁を介して伝導される。 外側に渡す空気は対流を介してこれを離れてcarry’s。

フィンは通常、すべてのパイプの間に接続し、これらは空気の流れのパスに直接座って、これはパイプの表面積の延長として機能するのでパイプから熱を引き出すと、空気中にそれを得るのを助ける。 表面積が増える＝熱が伝わる余地が増えるということです。

Duct plate heat exchanger

Duct plate heat exchangerは、吸気および排気ストリーム間の熱エネルギー交換を、水分が移動したりエアストリームが混合したりしない状態で、空気処理装置において使用されているものである。 熱交換器は、アルミニウムなどの薄い金属板でできており、温度の異なる2つの流体が対角線上に流れるようになっています。

一方の流体からの熱は、流体を分離する薄い金属板に対流し、これが金属を通って伝導し、強制対流によって他方の流体に運ばれる。

Trench heater

Trench heater は建物の周辺に通常窓またはガラス壁の下に設置され、新しい商業ビルで非常によく見られます。 トレンチヒーターは床にインストールされており、その目的は、ガラスを通しての熱損失を減らすだけでなく、結露の形成を防止することです。 トレンチヒーターは通常、温水や電気ヒーターを使用して空気を加熱します。 床面に設置するため、部屋の中で最も冷たい空気にもアクセスできます。 熱交換器がフィン付きチューブを介して冷たい空気に熱を伝えると、冷たい空気は加熱され、天井に向かって上昇する。 この暖かい空気が上昇すると、部屋の中のより冷たい空気がその場所を取ろうと押し寄せます。 これは、対流とガラスと部屋との間の熱境界を作成します。

Duct electric heater – open coil element

オープンコイル発熱体は主にダクト用途、炉、時にはファンコイルで使用されています。 これらは、高抵抗の金属の露出したライブコイルを使用して動作し、熱を発生させます。 これらの熱交換器は、空気の流れに直接置かれ、空気がコイルを通過する際に、熱エネルギーが対流によって伝達されます。 これらは、そうすることが安全であると容易にaccessed.5336>

MicroChannel 熱交換器

マイクロチャンネル熱交換器は、これらは唯一の冷凍および空調システムに使用されているが優れた熱交換器を提供するフィンランドチューブコイルの進化であり、これらの。 このタイプの熱交換器は、空冷式チラー、凝縮ユニット、住宅用 AC、エアドライヤー、キャビネット冷却、屋上ユニットなどで見つけることができます。

これらのタイプの熱交換器は、熱伝達の主な方法として対流を使用して動作することもできます。 マイクロチャネル熱交換器は、シンプルな設計になっています。 両側にはヘッダーがあり、各ヘッダーの間にはフィンを持ついくつかのフラットチューブが走っています。 空気はフィンの隙間を通過して熱エネルギーを運びます。

冷媒はヘッダーから入り、フラットチューブを通過して他のヘッダーに到達します。 ヘッダーには冷媒の流れの方向を制御するバッフルがあり、冷媒を何度も通過させて内部で過ごす時間を長くし、熱エネルギーを伝達する機会を増やすために使用されます。 このマイクロチャネルにより、熱交換器の表面積が大幅に増加し、より多くの熱エネルギーが冷媒から熱交換器の金属ケーシングに伝えられるようになりました。 冷媒と空気の温度差により、熱はフラットチューブのケーシングを通り、フィンに伝わります。

Furnace evaporator coil

Furnace evaporators are commonly found in large homes and small commercial properties with small ducted systems.それは、大きな家、小さなダクトシステムのある小さな商業施設に見られる。 同様の原理で動作する、より大きなコイルを入手することができますが、主に中～大規模な商業ビルのAHUに使用されます。 炉の蒸発器内のコイルは、フィン付きチューブ熱交換器と同じ働きをし、内側に冷媒を、外側にダクトされた空気を使用します。 これらは、スペース暖房を提供するために、通常、窓の下の壁に取り付けられています。 その機能は非常にシンプルで、通常、ボイラーから温水を供給される温水パイプに接続されています。

水は小径パイプを通って入り、ラジエーターの内側に流れ込みます。 ラジエーターの内部面積は、水流速を遅くして熱が伝わる時間を長くするパイプより大きい。

水の熱は、ラジエーターの金属壁への伝導によって伝えられる。 ラジエーターの外側には、部屋の空気があります。 この空気がラジエーターの熱い表面に接触すると、熱が空気中に伝わり、これが空気の膨張と上昇を引き起こします。 より冷たい空気は部屋を熱する移動空気の連続的な周期を引き起こすこの空気と取り替えるためにそれから動きます、従ってこの移動空気は対流熱伝達です。 ラジエーターは通常背部かパネルの間で接続されるあるフィンを特に新しい物、これらは熱を空気に移すより多くの機会を提供するためにラジエーターの表面積を拡張するちょうどそこに備えています。

特別に設計されたラジエーターが蒸気システムに接続されているのを見かけることがありますが、これはあまり一般的ではなくなりつつあり、以前は石油も使用されていましたが、今はかなりまれです。

水加熱器

水加熱器は通常熱交換器や給湯器で見られるが、冬に水が凍らないように開放冷却塔の水槽で使用されることもある。 これらは、抵抗値の高いチューブに沿って金属コイルを使用しています。 この抵抗が熱を発生させる。 コイルは絶縁されており、電流は流れないが、熱エネルギーの流れは通す。 発熱体は水槽の中に沈められ、熱は発熱体から水中へと伝導される。 このため、発熱体と接触する水は加熱され、これがタンク内で上昇する原因となり、より冷たい水は、このサイクルが続くこの加熱された水を交換するために流入する。

ロータリーホイール

These type of heat exchanger is usually found within the Air Handling Unit between the supply and extract ducted air streams. これは、排気口と吸気口の間の空気の流れの中に直接置かれる熱交換器ディスクをゆっくりと回転させるために、滑車ベルトに接続された小型電気モーターを使用することによって動作します。 空気はディスクを通り抜けるが、その際にホイールの素材と接触する。 熱交換器ディスクの材料は、1つの空気の流れから熱エネルギーを吸収し、それが回転すると、それはこの吸収された熱エネルギーを解放する空気の第二の流れに入る。 このタイプの熱交換器は、ホイールが回転する場所に存在する小さな隙間のために吸気と排気の流れの間の流体混合の少量になります、したがって、それは強い臭いや有毒ガスが使用されている場所では使用できません。

これらの熱交換器は、建物の排気流から熱を取り戻すために冬の間に使用することができ、この熱は熱ホイールによって捕捉され、建物内部の空気よりはるかに冷たくなる新鮮な空気の取り入れ口に伝達されます。
These heat exchanger can also be used in the summer months to recover cold air from the buildings exhaust and use it to cool down the fresh air intake.

水ボイラー

You find large boiler like this mostly in medium to large commercial buildings in cooler climate.Why are a boiler works

You are a large boiler such as you usually in medium to large commercial buildings in cooler climate.これは、冷気候で、中型から大型の商業ビルで見られるボイラーです。 家庭や小規模の建物では、より小型の、通常は壁に取り付けられたタイプが使用されます。 どちらも多くのバリエーションがありますが、このタイプは非常に一般的です。

燃料は燃焼室で燃焼され（通常はガスまたはオイル）、高温の排ガスは多数の管を通って煙道に到達し、大気に放出される。 管と燃焼室は水に囲まれている。 熱は管の壁に対流し、水中に伝導され、対流によって流される。 システムの設計によって、水は加熱された水として、あるいは蒸気として排出される。 この水は、ポンプによって強制され、ポンプの速度だけでなく、燃焼燃料の量は、温度と流量を変更するために変化させることができる。

ヒートパイプ

あなたは太陽熱温水器といくつかの熱回収AHUコイルでこれらを見つけることができます。 太陽熱のアプリケーションを見ると、特殊なガラスでできたチューブがあり、すべての空気を排気して真空にし、密封しています。 チューブの内層には特殊なコーティングが施されている。

ヒートパイプには、熱エネルギーを拾うためにチューブコーティングに接続された各側面のフィンがあります。 バルブはヘッダーに接続され、冷たい水がヘッダーを通ってバルブヘッドを通過する。

ヒートパイプの内部には、非常に低い圧力で保持された水の混合物がある。 この低圧により、水はほとんど熱を加えることなく蒸発し、蒸気となる。 この蒸気はバルブに上昇し、ヘッダーを流れる水に熱を与える。 蒸気が熱を失うと凝縮して下降し、このサイクルを繰り返す。 チューブは熱放射を吸収し、その熱はチューブ内に伝導されます。 このような場合、”li “は、”li “が “li “であることを意味し、”li “が “li “であることを意味します。 どちらも商業ビルで主に使用されています。

Active chilled beam work by passing a cool liquid, typically water, through a finned tube heat exchanger. その後、空気はチルドビームにダクトされ、特別に配置されたノズルから排出されます。 この空気はフィン付きチューブの上を移動し、冷たい空気を室内に吹き出す。

パッシブチルドビームもフィン付きチューブ熱交換器を使用しますが、ダクトによる給気を接続しません。 その代わりに、天井の高さの暖かい空気を冷やして、自然な対流を作り出します。

Furnace heater

Furnace heater はダクト式エアコンのある家庭でよく見られます。 これらは北アメリカでは非常に一般的です。 ファーネス・ヒーターは、ダクトされた空気蒸気の中に直接置かれた熱交換器を使用します。 燃料が燃焼され、高温のガスが熱交換器を介して送信され、これの熱は、熱交換器の壁に対流し、冷たいダクト空気は、ガスの熱が壁を介して伝導されるように温度差を引き起こす反対側に渡ると対流によって運び去られる。 どちらも熱エネルギーの伝達に非常に有効ですが、さらに高効率でコンパクトな設計のため、多くのアプリケーションでマイクロプレート式熱交換器を使用することができます。 この2種類の熱交換器について知っておくべき基本的なことは、ガスケット型は分解でき、伝熱板の追加・削除だけで加熱・冷却能力を増減できることです。 そのため、この2種類の熱交換器の基本的な知識は、ガスケットタイプは解体することができ、その加熱または冷却能力は、伝熱板を追加または削除するだけで増加または減少させることができます。 これらは、ヒートポンプ、コンビボイラー、熱インターフェイスの単位、間接的に接続calorifiersなど

Both work by passing fluids, usually in opposite directions, in adjacent channelsのようなアプリケーションに使用されています。 流体は通常、水と冷媒である。

ヒートポンプ

ヒートポンプは、主に家庭で使用されますが、時には商業施設でも使用されます。 ヒートポンプの主な種類は、空気源と地上の源の2つがあります。

Air source works like an AC system but in reverse, instead of removing heat from a room, it adds it.空気源は一般的にスペースエア加熱のために使用されますが、逆に部屋から熱を除去する代わりに、それはそれを追加します。 冷媒はコンプレッサから室内機に送られ、室内機にはフィン付きチューブ熱交換器が搭載されています。 冷媒は対流によってチューブの壁に熱を伝え、その熱は反対側に伝導される。 反対側には、小型ファンによって熱交換器を通過させられた部屋の冷気があり、これが対流によって熱を運び出す。 冷媒は次に膨張弁に流れ、次にフィンチューブ熱交換器またはマイクロチャネル熱交換器である室外機に流れます。

この熱交換器を空気が通過すると、周囲の空気が冷媒を沸騰させて熱を取り込みます。 この熱は、次にcycle.

Ground sourceを繰り返すために室内ユニットにコンプレッサーを介してその方法を作ることは少し異なって動作します。 水と凍結防止剤の混合物を地中のパイプに送り込み、熱を奪います。 これは、ブレージングプレート熱交換器を介して小さな冷凍サイクルに転送されます。 冷媒はこれを2番目のブレージングプレート式熱交換器に運び、この熱交換器は別の水ループに接続され、今度はその熱をスパイラル状の非フィンチューブを通して温水タンクに移すのである。

Shell and tube

Shell and tube heat exchanger is typically found in chillers on the evaporator and or condenser, sometimes also as a lubricating oil cooler.
These are perhaps the simplist design of heat exchanger.These は、熱交換器の設計を単純化したものです。 彼らは、シェルとして知られている外側のコンテナを持っています。 シェルの内側に座っているのは、チューブとして知られているいくつかのパイプです。 チューブは1つの流体を含み、シェルは別の流体を含んでいます。 2つの流体は、常にチューブの壁によって分離されている、彼らは会うか、または混合することはありません。 流体は、熱エネルギーが流体の間で転送される原因となる異なる温度になり、この熱エネルギーは、チューブの壁を通過することになります。 蒸発器または凝縮器で使用される場合、2つの流体は水と冷媒になります。

Chiller

A chiller will use either a shell and tube heat exchanger, a plate heat exchanger or a finned tube heat exchanger.設計によって水はシェルまたはチューブに、冷却剤はもう一方に入ることができる。 多くの冷凍機は、実際にはこれらすべての組み合わせを使用します。 たとえば、空冷式冷凍機は、蒸発器にシェル&チューブ熱交換器、凝縮器にフィン付きチューブまたはマイクロチャネル熱交換器、圧縮機油潤滑冷却にブレージングプレート熱交換器、中央冷却回路に冷凍機を間接的に接続するガスケットプレート熱交換器を使用することがあります。