ピロープレート式熱交換器

ピロープレート式熱交換器は、膨張プロセスによって形成される波状の「枕型」表面を持つ、完全溶接型の熱交換器の一種です。シェルアンドチューブ式やプレートアンドフレーム式熱交換器といった従来型の装置と比較すると、ピロープレートは比較的新しい技術です。その形状の柔軟性から、「プレート式」熱交換器としてだけでなく、容器の冷却や加熱用のジャケットとしても使用されています。ピロープレート式装置は現在、プロセス産業において注目度が高まり、導入が進んでいます。

ピロープレートは、膨張成形プロセスによって製造されます。このプロセスでは、2枚の薄い金属板をレーザー溶接または抵抗溶接 によって表面全体でスポット溶接します。接続ポートを除くプレートの側面は、シーム溶接によって密閉されます。最後に、薄い金属板間の隙間に油圧流体を注入することでプレートが塑性変形し、最終的に特徴的な波状の表面が形成されます。

原則として、ピロープレートにはシングルエンボスとダブルエンボスの2種類があります。前者は一般的にジャケット付き容器の二重壁を形成し、後者はピロープレート式熱交換器を製造するためにスタック（バンク）に組み立てられます。シングルエンボスのピロープレートは、ベースプレートがトッププレートよりもかなり厚い場合に形成されます。薄いトッププレートは変形しますが、ベースプレートは平面のままです。

さらに、ピロープレートには一般的に「バッフル」シーム溶接が施されており、流れの分布や流速が問題となる場合に、ピロープレートチャネル内の流れを的確に誘導します。ピロープレート式熱交換器において、隣接するピロープレート間のチャネルにバッフルを設けて流れを誘導する方法が最近提案されました。^{[ 1 ]}

ピロープレートは、その構造上、気密性が高く、構造安定性に優れ、製造工程もほとんど自動化されており、柔軟性も非常に高い。ピロープレートは、 100 MPa (15,000 psi)を超える圧力、および800 °C (1,470 °F)までの温度で使用できる。    

ピロープレートは、高い幾何学的柔軟性やほぼすべてのプロセスへの優れた適応性といった好ましい特性を持つため、非常に幅広い用途で使用されています。その実装は、ピロープレートバンクやピロープレートジャケットタンクといった、その基礎となる構造によって異なります。比較的平坦な外面は清掃が容易で、汚れやすい流体や衛生的な用途に適していますが、内面はスポット溶接の周囲に細かい継ぎ目があり、清掃が容易ではないため、水、蒸気、冷媒などの非汚染性流体にのみ適しています。

ピロープレート式熱交換器

ピロープレートバンクは、液液、気液、高粘度または汚れた媒体、低圧力損失が求められる用途、凝縮（上部凝縮器など）、落下膜蒸発（製紙・パルプ産業など）、リボイラー、水冷、固体乾燥、フレーク氷生成（食品産業）など、幅広い用途で一般的に使用されています。また、浸漬式チラー（電気めっきなど）としてもよく使用され、バンクはタンクに直接浸漬されます。バンクは、個々のプレートをスタックから分離できるように設計することも可能で、清掃やメンテナンスが容易になります。

従来型の熱交換器とは対照的に、ピロープレートの熱水力性能に関する知識や設計経験は限られています。このボトルネックを克服するために、現在、商用ソフトウェアツールの開発が進められています。ピロープレートに関する最新技術の概要は、^{[ 2 ]に記載されています。}

ピロープレートに関する研究は、幾何学的解析、ピロープレート内の流体流れと熱伝達の解析、隣接するピロープレート間の隙間における流体流れと熱伝達の解析という3つの主要なカテゴリーに分類できる。

幾何学的解析

熱水力計算に必要な 表面積、流体保持量、断面積、水力直径の計算方法は、 ^{[ 3 ]}で提案されている。上記の幾何学的パラメータは、ピロープレートの製造中の膨張プロセスを模倣する有限要素解析（FEM）を使用して決定された。さらに、FEMを使用してピロープレートの理論的な破裂圧力を推定することができた。