凝縮器（熱伝達）

熱伝達を伴うシステムにおいて、凝縮器は、気体物質を冷却によって液体状態に凝縮させるために使用される熱交換器です。この過程で、物質から潜熱が放出され、周囲環境に伝達されます。凝縮器は、多くの産業システムにおいて効率的な放熱に用いられています。凝縮器は様々な設計で製造でき、小型（手持ち式）から大型（工場プロセスで使用される産業規模の装置）まで、様々なサイズがあります。例えば、冷蔵庫は凝縮器を用いて、庫内から外部の空気へ熱を放出します。

凝縮器は、空調、蒸留などの工業化学プロセス、蒸気発電所、その他の熱交換システムで使用されます。多くの凝縮器では、冷却水または周囲の空気を冷却材として使用するのが一般的です。^{[ 1 ]}

最も初期の実験室用凝縮器である「Gegenstromkühler」（対向流凝縮器）は、1771年にスウェーデン系ドイツ人の化学者クリスティアン・ヴァイゲルによって発明された。^{[ 2 ]} 19世紀半ばまでに、ドイツの化学者ユストゥス・フォン・リービッヒは、ヴァイゲルとヨハン・フリードリヒ・アウグスト・ゲトリングの先行設計に独自の改良を加え、その装置はリービッヒ凝縮器として知られるようになった。^{[ 3 ]}

凝縮器は、作動流体（例えば、蒸気発電所の水）から二次流体または周囲の空気へ熱を伝達するように設計されています。凝縮器は、相変化、この場合は蒸気が液体に凝縮する際に起こる効率的な熱伝達に依存しています。蒸気は通常、二次流体よりも高い温度で凝縮器に入ります。蒸気が冷却されるにつれて、飽和温度に達して液体に凝縮し、大量の潜熱を放出します。このプロセスが凝縮器に沿って進行するにつれて、蒸気の量は減少し、液体の量は増加します。凝縮器の出口では、液体のみが残ります。凝縮器の設計によっては、この凝縮した液体を飽和温度以下に過冷却するための追加の長さが含まれているものもあります。^{[ 4 ]}

凝縮器の設計には無数のバリエーションがあり、設計変数には作動流体、二次流体、形状、材料などが含まれる。一般的な二次流体としては、水、空気、冷媒、相変化材料などが挙げられる。

コンデンサーには、他の冷却技術に比べて2つの大きな設計上の利点があります。

• 潜熱による熱伝達は、顕熱のみによる熱伝達よりもはるかに効率的である。
• 凝縮中、作動流体の温度は比較的一定に保たれるため、作動流体と二次流体との温度差が最大化される。

冷却液の密度、比熱容量、温度範囲全体にわたるエンタルピー変化が一定で、断面方向の熱伝達が完全であり、縦方向の熱伝達がゼロである理想的な単パス凝縮器において、チューブの周囲長、厚さ、熱伝導率が一定であり、凝縮液が完全に混合され、温度が一定である場合、冷却液の温度はチューブに沿って次のように変化します。

$${\displaystyle \Theta (x)={\frac {T_{H}-T(x)}{T_{H}-T(0)}}=e^{-NTU}=e^{-{\frac {hPx}{{\dot {m}}c}}}=e^{-{\frac {Gx}{{\dot {m}}cL}}}}$$

どこ：

• ${\displaystyle x}$冷却水入口からの距離
• ${\displaystyle T(x)}$は冷却液の温度、T (0)は冷却液入口における冷却液の温度である。
• ${\displaystyle T_{H}}$高温流体の温度は
• ${\displaystyle NTU}$は転送ユニットの数です
• ${\displaystyle m}$冷却液の質量流量（またはその他の流量）
• ${\displaystyle c}$は、単位質量あたりの定圧比熱（またはその他の比熱）です。
• ${\displaystyle h}$は冷却管の熱伝達係数である。
• ${\displaystyle P}$冷却管の周囲長
• ${\displaystyle G}$は冷却管の熱伝導率（しばしば と表記される）です。${\displaystyle UA}$）
• ${\displaystyle L}$冷却管の長さ

• コンデンサー（実験室用）
• エアウェル（凝縮器）