熱交換器は、一連の「プレート」または「チューブ」（熱交換器の種類によって異なる）を使用して、液体を加熱または冷却することにより、「熱交換」または「エネルギー交換」を使用して動作します。液体は、プレート（プレート式熱交換器の場合）またはチューブ（チューブ式熱交換器の場合）によって分離される。ビール工場では、パイプの一方にビールやサイダーの製品（麦汁など）、もう一方に水、または冷媒が運ばれる。
プレート式熱交換器は、2つの流体間の熱伝達に醸造業界で使用されています。熱交換器は、あらゆる液体を正確な温度に加熱または冷却する最良の方法です。醸造所における熱交換器の役割を検証していくと、やがて熱交換器が醸造作業にとって不可欠なものになることがわかるでしょう。この記事では、醸造設備で使用されるプレート式熱交換器の動作原理について説明します。
プレート式熱交換器とは？
プレート式熱交換器は、ある流体から別の流体へ熱エネルギーを伝達するために使用される。これらの流体は、熱交換器によって分離されているため、決して出会うことはない。プレート式熱交換器は、多数の平行なプレートを重ね合わせ、流体が流れる流路を形成したものである。対向する2枚のプレートの間隔が、流体が流れる流路となる。
プレート式熱交換器の構造は？
熱交換器は、平行に配置された一連のプレートで構成され、プレート間に流体を流すための一連の流路を形成する。隣接する2枚のプレートの間の空間は、流体の流れのためのチャネルを形成する。
プレートの角にある入口と出口の穴は、熱い流体と冷たい流体が交互に熱交換器内の流路を通るようにするため、プレートは常に片側が熱い流体、もう片側が冷たい流体と接触している。
プレートの大きさは、数平方センチメートルからフローまでさまざまである。ひとつの熱交換器に含まれるプレートの枚数は、10枚から数百枚までさまざまで、その結果、数千平方メートルの表面交換面積を実現する。
プレート式熱交換器の作動原理は？
プレート式熱交換器の動作原理は、2つの流体の向流に基づいています。醸造業界では、1つの液体は通常麦汁で、これは粉砕プロセスから抽出された液体であり、もう1つの液体は通常冷水またはグリコールです。醸造中、麦汁は冷水またはグリコールで所望の温度まで冷却される。
醸造中、麦汁は冷水またはグリコールで所望の温度まで冷却される。プレート式熱交換器は、麦汁用と冷却液用の2つの主要流路で構成されています。2つの流路は薄い金属プレートで仕切られ、2つの流体間の熱伝達能力を最大化するように設計されています。
麦汁はプレートの片側の流路を流れ、冷却液はプレートの反対側の流路を流れる。2つの流体は逆方向に流れ、麦汁はプレート式熱交換器の入口から出口へ、冷却液は出口から入口へと流れます。2つの流体が逆方向に流れると、薄い金属プレートを介して2つの流体の間で熱が伝達されます。麦汁は冷却液に熱を与え、冷却液はその熱を吸収して運び去ります。
プレート式熱交換器では、流れは斜めになる。高温の液体が上部に入り、下部に出るのに対し、低温の液体は下部に入り、上部に出る。そのため、効率は最高レベルに達する。
さまざまなタイプのプレート式熱交換器
- ろう付けプレート式熱交換器：冷凍および工業用
- ガスケット式プレート熱交換器：HVAC、食品、醸造、製薬など多くの産業に適しています。
- 溶接プレート式熱交換器：石油、ガス、化学産業で使用される。
- 半溶接プレート式熱交換器：溶接プレートとガスケットプレートを組み合わせたもの。熱交換器は溶接された2組のプレートで構成される。
プレート式熱交換器の利点
- 効率：プレート式熱交換器は、2つの流体間で熱を伝達するため、正確な温度制御が重要な醸造業界に最適です。
- コンパクトサイズ：プレート式熱交換器はコンパクトで、醸造設備への設置や使用が容易です。
- 洗浄の容易さ：プレート式熱交換器の設計により、洗浄が容易です。これは、製品の品質を維持するために清潔さが重要である醸造業界では重要なことです。
- 費用対効果：プレート式熱交換器は費用対効果が高いため、中小規模の醸造所では人気の高い選択肢となっています。
醸造所に最適な熱交換器
では、どの熱交換器がベストなのか？それはいくつかの要因による。
いくつかの異なるタイプの熱交換器が適しているかもしれないが、醸造所に最も適しているのはプレート式熱交換器かチューブ式熱交換器である。
醸造所で熱交換器を使用する際の注意点として、飲料には多くの沈殿物が含まれることがよくあります。イースト菌、麦汁、大麦粒、その他の沈殿物により、熱交換器には熱交換器を詰まらせる沈殿物が発生しやすくなります。
プレート式熱交換器
プレート式熱交換器は醸造所に適している。醸造業者は、処理前にミックスを旋回させて沈殿させたり、ポンピング前に原料をぶつけないように注意するなど、沈殿を減らすための措置を講じることができます。また、プレート式熱交換器の修理は、シェル＆チューブ式熱交換器が修理に広いスペースを必要とするのに対し、プレート式熱交換器は場所を取らずに分解できるため簡単です。
チューブ式熱交換器
多くの醸造家は、沈殿物で詰まりにくいチューブ式熱交換器を好むかもしれません。実際、チューブ式熱交換器は、沈殿物を多く含む液体（ビールなど）を扱うように設計されているため、シェル＆チューブ式熱交換器を詰まらせる危険性はほとんどありません。また、熱交換器を再び組み立てる前に、両端のバルブキャップを外し、チューブをブラッシングし、スプレーで洗浄することができるので、その場で簡単に洗浄することができます。多くの人にとって、これが最初の選択かもしれない。シェル＆チューブ式熱交換器には目詰まりのリスクがない。
素材
もうひとつ考慮すべきことは、お客様のニーズに最適な素材は何かということです。お客様と一緒に熱交換器を選定するエンジニアは、お客様のニーズに合ったものを教えてくれるでしょう。