小型・軽量化コストダウン熱伝熱（放熱・冷却）

熱交換器は、温度の違う2つの流体を、壁で仕切ったまま近づけて、熱だけを移す装置です。大きく分けると、管で仕切る「シェル＆チューブ（多管式）」と、薄い板で仕切る「プレート式」があり、空気やガスが相手ならフィンで面積を足した形を使います。どれを選ぶかは、流体の組み合わせ、圧力と温度、汚れやすさ、掃除のしかたで決まります。

この記事では、しくみと計算の基本、主な形式（シェル＆チューブ・プレート式・二重管・スパイラル・フィンチューブ・プレートフィン・拡散接合）、比べ方と選び方、トラブル、法規、発注の前に決めること、企業をまとめます。

知りたいことから読む

• シェル＆チューブ（多管式）のつくりを知りたい　→ シェル＆チューブ
• プレート式との違いを知りたい　→ プレート式
• 形式ごとの向き不向きを一覧で見たい　→ 比較表
• どの形式を選べばいいか　→ 選ぶ流れ
• 向流と並流、対数平均温度差　→ 計算の基本
• 汚れ係数とは　→ 汚れ係数
• 性能が落ちた・漏れた　→ トラブルと対策
• 換気の全熱交換器を知りたい　→ 全熱交換器

熱交換器とは

壁をはさんで、熱だけを移す

熱交換器は、高温の流体から低温の流体へ、壁（伝熱面）を通して熱を移します。流体どうしは混ざりません。エアコンの室内機と室外機、自動車のラジエーター、工場の冷却水の系統、食品の殺菌など、流体を温める・冷やす・凝縮させる・蒸発させる場面のほとんどに使われています。

熱は「高温側の流体から壁へ」「壁の中」「壁から低温側の流体へ」と順に伝わります。これは電気の抵抗の直列つなぎと同じで、いちばん大きい抵抗が全体を決めます。基礎は基礎知識：熱伝達率（と熱抵抗）と基礎知識：熱伝導率にまとめています。

出典：初心者のための化学工学入門 3.熱工学入門｜化学工学会、空調機用熱交換器の高性能化における研究開発｜日本機械学会 熱工学コンファレンス2007

運べる熱量は Q ＝ U × A × ΔTm

熱交換器で運べる熱量 Q は、総括伝熱係数 U（熱の伝わりやすさ）× 伝熱面積 A × 平均温度差 ΔTmで表されます。運びたい熱量が決まっていれば、U か ΔTm を大きくするほど、必要な伝熱面積（＝熱交換器の大きさ）は小さくなります。形式の違いは、主にこの U と、同じ体積にどれだけ A を詰め込めるかの違いです。

U は流体の組み合わせで大きく変わります。化学工学会の入門資料の多管式熱交換器の概略値（一般的な汚れ係数を含む）は、水と水で 900〜2,500 W/(m²·K)、気体と水では 10〜280 W/(m²·K)です。気体が相手だと、同じ熱量でもずっと大きな伝熱面積が要ります。

出典：初心者のための化学工学入門 3.熱工学入門｜化学工学会、熱交換器とは：仕組みと用途｜アルファ・ラバル

向流と並流

2つの流体を反対の向きに流すのが向流（対向流）、同じ向きに流すのが並流です。平均温度差には、入口と出口の温度差から求める対数平均温度差（LMTD）を使います。アルファ・ラバルの例では、高温側を 90℃→45℃、低温側を 20℃→40℃ にするとき、向流の LMTD は 36.1℃、並流は 24.6℃です。同じ U なら、並流は向流の約1.5倍の伝熱面積が要ります（編集部の計算）。

向流では、低温側の出口を高温側の出口より高い温度にもできます。並流は、出口の温度をそろえたい、最高温度を抑えたいときに使われることがあります（編集部の補足）。

出典：熱交換器とは：仕組みと用途｜アルファ・ラバル、対数平均温度差（LMTD）｜日阪製作所 熱交ドリル

熱交換器の主な形式

流体を壁で仕切る熱交換器（隔壁式）は、管で仕切るもの、板で仕切るもの、細い流路を積み重ねるものに大きく分けられます。

出典：プレート式熱交換器の種類｜アルファ・ラバル、Heat exchanger｜Wikipedia（英語版）、熱交換器の種類と熱交換計算方法：はじめての化学工学（7）｜MONOist（2025年6月4日）

シェル＆チューブ（多管式・多管円筒形）

円筒形の胴（シェル）の中に、たくさんの伝熱管を通した形です。管の中と、管の外（胴の中）に別々の流体を流します。管の両端は管板の穴に固定され、管側の流体は管板の外の水室（チャンネル）から入ります。Wikipedia によると、管側の流れは1パス・2パス・4パスが多く、2パスと4パスは入口と出口を同じ側にできます。

胴の中には、バッフル（じゃま板）を入れます。バッフルは胴側の流体が近道をして流れのよどむ場所ができるのを防ぎ、管を横切るように流して熱を伝えやすくします。高温・高圧に強く、大きな容量にも作れるので、化学・石油・発電などのプラントで広く使われています。日本では JIS B 8249「多管円筒形熱交換器」があります。

管と管板の固定のしかたで、主に3つの形があります。MDI の解説によると、固定管板式は管の中は洗いやすいが胴側は洗いにくく、U字管式は胴側を洗えるがU字の曲がりの中は洗いにくく管の交換も難しい、遊動頭式は胴側と管側の両方を洗えるが構造が複雑で価格も高めです。運転中は胴と管の温度の違いで伸びに差が出て熱応力が生じるので（Wikipedia）、その逃がし方も形で変わります。

出典：Shell-and-tube heat exchanger｜Wikipedia（英語版）、シェル＆チューブ式熱交換器の仕組みと特徴｜MDI、JIS B 8249:1999 多管円筒形熱交換器（規格の販売ページ）

プレート式

プレスで波形に成形した薄い金属板（伝熱プレート）を重ね、板のすき間に高温と低温の流体を1枚おきに流します。アルファ・ラバルによると、伝熱板の厚さは一般に 0.4〜0.8 mm で多管式より薄く、液どうしの熱交換では多管式の3〜5倍程度（蒸発・凝縮など二相流では2〜3倍程度）の総括伝熱係数を採用でき、メンテナンススペースを含めた設置スペースは同じ能力の多管式の 1/3〜1/5 です。

Wikipedia は、プレート式は高温側と低温側の温度を 1℃ まで近づけられるのに対し、シェル＆チューブは 5℃ 以上の差が要るとしています。日阪製作所も、完全対向流で高温側入口と低温側出口を 1℃差まで近づけられるとしています。排熱を回収するときなど、温度を近づけたい用途に向きます。

板どうしのシールのしかたで種類が分かれます。アルファ・ラバルは、ガスケット式は流量や温度条件に応じてプレートの材質・大きさ・枚数を柔軟に設計でき、ブレージング（ろう付け）式はコンパクトで高い伝熱性能、溶接型は過酷なプロセス条件にも耐えると説明しています。Wikipedia は、大きなものはガスケット式、小さなものはろう付けが多く、溶接・セミ溶接・ろう付けは高圧の流体どうしに使うとしています。

ガスケット式は、ボルトをゆるめてプレートを外して洗え、プレートの枚数で伝熱面積を増やしたり減らしたりできます。そのかわりガスケットの材料で使える温度と圧力が決まり、流路が狭いので繊維や大きな固形物を含む流体には向かないことがあります。プレート式の使い方は課題：熱交換器を小さくしたいでもくわしく扱っています。

出典：熱交換器とは：仕組みと用途｜アルファ・ラバル、プレート式熱交換器の種類｜アルファ・ラバル、Plate heat exchanger｜Wikipedia（英語版）、プレート式熱交換器｜日阪製作所 熱交ドリル

二重管式とスパイラル式

二重管式は、管の中に一回り細い管を入れ、内管と、2本の管のすき間に別々の流体を流す形です。MONOist は、構造がもっとも簡単で保守しやすい形として紹介しています。Wikipedia は、効率が低く大きくなるので、産業ではシェル＆チューブやプレート式に置き換わってきたとしています。小さな容量や、高い圧力に向きます（編集部の補足）。

スパイラル式は、2枚の板をうず巻き状に巻いて、2本の流路を交互につくる形です。流路が1本道で、汚れや固形物を含む流体に向くとされます。Wikipedia は、汚れが付くとその場所の流速が上がって付着物がはがれやすく、開けて洗えるとしています。

出典：熱交換器の種類と熱交換計算方法：はじめての化学工学（7）｜MONOist（2025年6月4日）、Heat exchanger｜Wikipedia（英語版）

フィンチューブ式・プレートフィン式（空気・ガスが相手）

空気やガスは液体より熱を受け取りにくいので、空気・ガス側にフィン（薄い板）を付けて伝熱面積を増やします。空調機の熱交換器では、空気側の熱伝達率は冷媒側の 1/100 程度で、フィンで面積を広げても空気側の熱抵抗は冷媒側の5倍前後になると報告されています。

伝熱管にフィンを付けたものがフィンチューブ式で、自動車のラジエーターや空調機の凝縮器が代表です。ファンで外気を当てて流体を冷やす空冷式は冷却水が要らないので、水を確保しにくい場所に向きます。プレートフィン式は、仕切り板と波形のフィンを交互に積み重ねてろう付けした形です（住友精密工業の説明）。Wikipedia は、多くがアルミ合金でつくられ、天然ガスなどの液化プラントのような低温の用途に使われるとしています。

出典：空調機用熱交換器の高性能化における研究開発｜日本機械学会 熱工学コンファレンス2007、プレートフィン型熱交換器 スマレックス｜住友精密工業、Heat exchanger｜Wikipedia（英語版）、熱交換器の種類と熱交換計算方法：はじめての化学工学（7）｜MONOist（2025年6月4日）

拡散接合（マイクロチャンネル）式

エッチングなどで細い溝を加工した金属板を積み重ね、拡散接合で一体にした形です。流路を細くすると熱伝達率が上がり、同じ体積に多くの伝熱面を入れられ、接合部が母材と一体になるので高い圧力に耐えます。神戸製鋼所の拡散接合型は、単位体積あたりの伝熱面積が 1,000 m²/m³ 以上で、-260〜500℃、1,000 barG まで使えるとしています（ステンレスを腐食しない流体で連続運転の場合。過大な温度差やサイクリック運転は適用外）。水素ステーションのディスペンサー用のプレクーラーなどに使われます。

日本機械学会の機械工学辞典は、伝熱面積と容積の比が 200 以上のものを「コンパクト形熱交換器」と呼んでいます。流路が細いので、汚れや固形物を含む流体では詰まりと洗浄の方法を先に確かめます。

出典：拡散接合型コンパクト熱交換器 DCHE｜神戸製鋼所、コンパクト形熱交換器｜日本機械学会 機械工学辞典

（参考）換気の全熱交換器

建物の換気で、出ていく空気と入ってくる空気の間で熱と湿気を移すのが全熱交換器です。工場やプラントの流体どうしの熱交換器とは使い方が違うので、全熱交換器のしくみと選び方に分けてまとめています。水を蒸発させて冷やす冷却塔（クーリングタワー）は、流体を直接ふれさせる方式です。

形式ごとの比べ方

比較表

形式	向く流体・場面	強み	気をつけること
シェル＆チューブ	液体・蒸気・高温高圧、大きな容量	高温・高圧に強い。形を選べば管束を抜いて洗える	大きく重い。温度を近づけにくい
プレート式（ガスケット）	液体どうし、温度を近づけたいとき	U が大きく小さい。分解して洗え、枚数で面積を変えられる	ガスケットで温度・圧力が決まる。固形物は詰まりやすい
プレート式（ろう付け・溶接）	冷媒・高めの圧力、小さな容量	コンパクト。ガスケットがない	分解して洗えない
二重管式	小さな容量、高い圧力	つくりが簡単で保守しやすい	大きな容量には向かない
スパイラル式	汚れる流体・固形物を含む流体	流路が1本道で汚れがたまりにくい	製作が難しく高価になりやすい
フィンチューブ・プレートフィン	空気・ガスが相手	空気側の面積を大きく増やせる	フィンの詰まり、ファンの動力
拡散接合（マイクロチャンネル）	高圧のガス（水素など）	非常にコンパクトで高い圧力に耐える	流路が細く、詰まりと洗浄に注意

表は、この記事の出典（アルファ・ラバル、Wikipedia、MDI、MONOist、神戸製鋼所ほか）をもとに編集部がまとめた目安です。メーカーや機種で範囲は変わります。

出典：熱交換器とは：仕組みと用途｜アルファ・ラバル、Plate heat exchanger｜Wikipedia（英語版）、シェル＆チューブ式熱交換器の仕組みと特徴｜MDI、熱交換器の種類と熱交換計算方法：はじめての化学工学（7）｜MONOist（2025年6月4日）、拡散接合型コンパクト熱交換器 DCHE｜神戸製鋼所

大きさは「U」と「温度差」と「余裕」で決まる

同じ仕事をする熱交換器でも、形式によって大きさが数倍変わるのは、Q ＝ U × A × ΔTm の U と ΔTm が違うからです。プレート式が小さいのは、波形の板で流れが乱れて U が大きく、完全に近い向流で ΔTm を大きく取れるからです。さらに、汚れの見込み（次の章）が大きいほど A は増えます。アルファ・ラバルは、プレート式の設計の余裕は通常 10〜20％程度といわれるとしています。

出典：熱交換器とは：仕組みと用途｜アルファ・ラバル、プレート式熱交換器｜日阪製作所 熱交ドリル

形式の選び方

選ぶ流れ

最初に流体の組み合わせ（液体どうしか、空気・ガスが相手か）を見て、次に圧力と温度、固形物や汚れ、置き場所と温度の近さの順に絞ると、候補が2〜3に減ります。

材料（腐食）で選ぶ

伝熱面の材料は、流体の腐食性で決めます。アルファ・ラバルのプレートの材質の目安では、ステンレスは清水・河川水・食用油・鉱物油、チタンとパラジウム入りチタンは海水・塩水・塩素水・塩化物水溶液、254SMO は希硫酸や希塩化物水溶液、ニッケルは高温・高濃度の苛性ソーダ、ハステロイ合金は濃硫酸・塩酸・リン酸、グラファイトは塩酸・中濃度硫酸・リン酸・フッ酸に使います。

テトラパックは、塩分を含まない多くの食品・飲料ではステンレス 316 で足りるが、塩分を含む溶液はこの種のステンレスを傷めるおそれがあり、その場合はモリブデンの多いステンレス合金（SMO）をすすめるとしています。材料の選び方はステンレス鋼・チタン・チタン合金・銅・銅合金のページも見てください。

出典：熱交換器とは：仕組みと用途｜アルファ・ラバル、チューブ式熱交換器のトラブルシューティング｜テトラパック

掃除と保守で選ぶ

汚れやすい流体ほど、掃除のしやすさが形式選びの決め手になります。管の中を1本ずつ洗いたいなら管側に汚れる流体を通すシェル＆チューブ、胴側も洗いたいなら U字管式か遊動頭式、ばらして板を洗いたいならガスケットのプレート式、詰まりにくさを優先するならスパイラル式が候補です（この記事の出典をもとにした編集部のまとめ）。

あわせて、保守のときに管束を抜き出す・プレートを外す場所が要るかも確かめます。プレート式は、フレーム自体に保守の場所を持つため設置面積が小さいとされています（日阪製作所）。

出典：シェル＆チューブ式熱交換器の仕組みと特徴｜MDI、プレート式熱交換器｜日阪製作所 熱交ドリル

大きさを決める計算の基本

計算の手順

• 熱収支：流量 × 比熱 × 温度差で、運ぶ熱量 Q を決める（高温側と低温側で同じになることを確かめる）
• 入口・出口の温度から、対数平均温度差（LMTD）を出す。向流にできるかを決める
• 形式と流体から総括伝熱係数 U を見込む（汚れ係数を含める）
• A ＝ Q ÷（U × LMTD）で伝熱面積を出し、許される圧力損失の範囲で流速と形を決める

比熱は基礎知識：比熱（熱容量）、圧力損失は基礎知識：圧力損失にまとめています。アルファ・ラバルは、圧力損失を上げると乱流が強まり熱伝達も上がるが、運転のコストが増えるとしています。日阪製作所の熱交ドリルは、壁面のせん断応力が高いほど汚れが付きにくいとしています。

出典：対数平均温度差（LMTD）｜日阪製作所 熱交ドリル、圧力損失（せん断応力）｜日阪製作所 熱交ドリル、熱交換器とは：仕組みと用途｜アルファ・ラバル

汚れ係数

伝熱面につく汚れ（スケール・さび・生物の付着など）は、熱の通り道の抵抗になります。この抵抗を汚れ係数（単位 m²·K/W）と呼び、設計では前もって見込んで伝熱面積を足します。汚れの見込みを大きくするほど、熱交換器はその分だけ大きくなります。例えば、汚れのないときの U が 2,000 W/(m²·K) の熱交換器に汚れ係数 0.0002 m²·K/W を見込むと、U は約 1,430 になり、必要な伝熱面積は約1.4倍になります（編集部の計算例）。

日阪製作所は、プレート式では流れの乱れ、デッドスペースがないこと、洗いやすさなどから、多管式より汚れ係数を小さくとれると説明しています。余裕を取りすぎると熱交換器は大きく高くなり、少なすぎると汚れたときに能力が足りなくなります。

出典：汚れ係数｜日阪製作所 熱交ドリル、汚れ係数｜日本機械学会 機械工学辞典、Fouling｜Wikipedia（英語版）

トラブルと対策

よくあるトラブルと、まず見るところ

トラブル	まず見るところ	対策の例
出口の温度が届かない（性能が落ちた）	汚れ・スケールの付着、流量の低下	洗浄（薬品・機械）、水処理、流速の見直し
圧力損失が大きくなった	汚れ・詰まり、流体の粘度の変化	洗浄、原料を変えたらメーカーに相談
流体が混ざった・漏れた	管・プレートの穴あき（腐食）、ガスケット	材料の見直し、ガスケットの定期点検と交換
管が減肉した・穴があいた	流速が速すぎる所、粒子を含む流体	流速を下げる、入口の衝突を防ぐ（編集部の補足）
管が振動する・こすれて摩耗する	胴側の流速とバッフルの間隔	メーカーと振動の評価をする（編集部の補足）

表は、Wikipedia「Fouling」、テトラパック、日阪製作所の説明をもとに編集部がまとめた目安です。

出典：Fouling｜Wikipedia（英語版）、チューブ式熱交換器のトラブルシューティング｜テトラパック、汚れ係数｜日阪製作所 熱交ドリル

汚れ・スケール

Wikipedia「Fouling」は、汚れを析出（スケール）・粒子・腐食・生物の付着などに分け、数マイクロメートルの付着でも問題になりうるとしています。対策には、前処理や水処理、防食剤・殺生物剤、流速を均一にしてよどみをなくすこと、過大な設計を避けることを挙げ、洗浄には薬品洗浄と、高圧水や洗浄ボールなどの機械洗浄があるとしています。冷却水のスケールは課題：配管・熱交換器のスケール（水あか）を防ぎたいにまとめています。

出典：Fouling｜Wikipedia（英語版）

腐食と漏れ

テトラパックは、チューブ式熱交換器の点検間隔を一般に 6,000 稼働時間（2年）とし、部位ごとに種類の違うガスケットを決まった位置に付けるよう求めています。塩分を含む溶液でステンレスが傷むおそれがあることは「材料で選ぶ」のとおりです。異なる金属がふれる所の腐食は課題：異種金属の接触で起きる腐食（電食）を防ぎたいも見てください。

Wikipedia「Shell-and-tube heat exchanger」は、管が破れたときに備えて、胴側に破裂板か安全弁を付けるとしています。

出典：チューブ式熱交換器のトラブルシューティング｜テトラパック、Shell-and-tube heat exchanger｜Wikipedia（英語版）

法規と規格

規格

多管式の日本の規格には JIS B 8249「多管円筒形熱交換器」（1999年）があります。Wikipedia は、シェル＆チューブの設計規格として、米国の管式熱交換器メーカー協会（TEMA）の規格（第10版、2019年）、欧州の EN 13445-3、米国の ASME ボイラー・圧力容器規格（Section VIII Div.1 の UHX）を挙げています。

出典：JIS B 8249:1999 多管円筒形熱交換器（規格の販売ページ）、Shell-and-tube heat exchanger｜Wikipedia（英語版）

圧力容器・高圧ガスとしての扱い

熱交換器は、圧力や流体によって法規の対象になることがあります。労働安全衛生法施行令は、蒸気その他の熱媒を受け入れて固体や液体を加熱する容器で、容器内の圧力が大気圧を超えるものなどを第一種圧力容器としています（小さなものは除外があります）。高圧ガスを扱う熱交換器は高圧ガス保安法の対象になることがあります。どの区分に当たるかは、構造・圧力・内容積・流体で変わるので、仕様を決める段階でメーカーと確かめます（編集部の補足）。

出典：労働安全衛生法施行令 第1条（第一種圧力容器の定義）｜労働新聞社 法令

相談・発注の前に整理すること

チェックリスト

• 2つの流体の名前・成分（腐食性、固形物・繊維・油分の有無）
• 流量と、入口・出口の温度（運びたい熱量）
• 使う圧力と温度の最大値、許される圧力損失
• 汚れやすさと、掃除の方法・周期（分解できるか、管束を抜くか）
• 置き場所の寸法と、保守に要る場所
• 材料の指定（ステンレス・チタンなど）と、食品・医薬などの衛生の条件
• 法規の区分（圧力容器・高圧ガス）と、検査の要否
• 既設の更新なら、今の運転条件（設計したときと変わっていないか）

チェックリストは、この記事の出典をもとに編集部がまとめたものです。

古い熱交換器を同じ大きさで作り直すと、今の条件に対して大きすぎることがあります。更新のときの考え方は課題：熱交換器を小さくしたい、製品としての全体像は製品：熱交換器・ヒートシンクにまとめています。

企業紹介（熱交換器の技術）

熱交換器のメーカーです。下の表の●は、各社の公式サイトで扱いを確認できた形式です。空欄は、扱っていないという意味ではありません。

株式会社日阪製作所｜プレート式熱交換器（ガスケット・ブレージング・溶接）

日阪製作所は、大阪市北区に本社を置く、1942年創業の産業機械メーカーです（従業員 単体725名・連結1,063名、2026年3月末）。熱交換器事業ではプレート式熱交換器を手がけ、基礎から学べる技術解説「熱交ドリル」を公開しています。

技術	内容
プレート式熱交換器	プレス成形した薄い伝熱プレートを積層し、高温流体と低温流体を1枚おきに流す。総括伝熱係数が多管式などに比べて非常に大きく、フレーム自体にメンテナンススペースを持つため設置面積が小さいとしている
4つのタイプ	ガスケットタイプのほか、銅またはニッケルのろう材で一体化したブレージングタイプ、2枚のプレートをレーザー溶接したセミ溶接タイプ、全溶接タイプがある。セミ溶接・全溶接はガスケットタイプより耐熱・耐圧が高い
伝熱面積の増減	伝熱プレートを積層する構造のため、プレートの増減で伝熱面積を変えられる（フレームの寸法の範囲内）。波形のプレートの表面積は平板のおよそ1.2倍

同社は、完全対向流での熱交換ができるため、高温側入口温度と低温側出口温度を1℃差まで近づけられるとしています。また、プレート式熱交換器では、多管式より汚れ係数を小さくとれる理由（流れの乱れ、デッドスペースがない、壁面温度が低い、洗浄しやすい）を解説しています。

• 液体どうしの熱交換で、多管式が大きく、置き場所が足りない
• 汚れを見込んだ余裕を、多管式より小さくしたい
• 分解して洗える熱交換器にしたい。あとで伝熱面積を増やせるようにしたい

出典：プレート式熱交換器｜日阪製作所 熱交ドリル、製品の特長｜日阪製作所、汚れ係数｜日阪製作所 熱交ドリル、会社概要｜日阪製作所

住友精密工業株式会社｜プレートフィン型と拡散接合型の熱交換器

住友精密工業は、兵庫県尼崎市に本社を置く、1961年設立のメーカーです（従業員 単独1,375名・連結1,783名、2026年3月31日現在）。航空・宇宙、油圧制御などと並んで熱交換器の事業を持ち、プレートフィン型と拡散接合型マイクロチャンネル熱交換器を手がけています。

技術	内容
プレートフィン型「スマレックス」	ブレージングシート（仕切り板）とコルゲートフィン（波板）を交互に積み重ねてろう付けした構造。フィンで伝熱面を広げるため体積当たりの伝熱面積が大きく、特に気体どうしの熱交換で小型・軽量化の効果が大きいとしている
多管式との比較事例	同じ役目の熱交換器で、本体体積が多管式の0.30m³からプレートフィン型の0.14m³になり、ガス出口温度も40℃から34℃に下がる例を示している（冷却水32℃）
拡散接合型「DuraBlex」	エッチングで溝を加工したステンレス鋼の平板を積層し、拡散接合した構造。最大100MPa程度までの高圧に対応し、水素ステーション用水素圧縮機の熱交換器で従来比1/50の小型化の事例を示している

同社によると、拡散接合型はプレートフィン型より肉厚を大きく取れるため強度が高く、プレートフィン型では対応できない高圧・熱サイクルの厳しい条件に使われます。

• ガスや空気を冷やす熱交換器が大きく、設置スペースや支持構造を小さくしたい
• 複数の流体の熱交換を、1台にまとめたい
• 水素など高圧のガスを、小さな熱交換器で冷やしたい

公開されている実績

• プレートフィン型の適用例として、空気分離装置用、産業機械用・新幹線用のオイルクーラー（アルミニウム合金製）、燃料電池用、プラント用9流体熱交換器（ステンレス鋼製）などを挙げている
• 拡散接合型は、水素ステーションのほか、LNG燃料船、LNG運搬船、FSRU（浮体式LNG貯蔵・再ガス化設備）などに適用範囲を広げているとしている

出典：プレートフィン型熱交換器 スマレックス｜住友精密工業、拡散接合型マイクロチャンネル熱交換器 DuraBlex｜住友精密工業、会社概要｜住友精密工業

株式会社WELCON｜拡散接合のマイクロチャンネル熱交換器

WELCONは、新潟市秋葉区に本社を置く、2006年設立の拡散接合のメーカーです（資本金2億1,936万円）。マイクロチャンネル熱交換器、マイクロチャンネル水冷ヒートシンク、水素ステーション向け熱交換器などを手がけ、2023年に中小企業庁「はばたく中小企業・小規模事業者300社」に選ばれています。

技術	内容
マイクロチャンネル熱交換器	1mm以下の細い流路を持つ熱交換器を、ろう材を使わない拡散接合でオールステンレスに一体化する。100MPaの高耐圧設計ができるとしている。流路は細いが、流路の本数や長さを変えて、狙いの圧力損失にできるとしている
標準品	CF0.5（直交流、耐圧4.2MPa、56×56×30mm）、PF0.5（対向流、耐圧3.7MPa、59×94×29mm）。高圧側82MPa・94MPaの超高圧品もある
水素ステーション向け熱交換器	WEL-Cool H2C で、認証取得で求められる「100MPa下で100万回の繰り返し耐圧試験」や「4倍耐圧試験（400MPa）」をクリアしたとしている

同社は、マイクロチャンネルを使って、同じ性能を維持したまま体積を100分の1にしたとしています（比較の相手は、同社のページに示された同程度の性能の熱交換器の一例です）。課題の整理から、流体解析、試作、性能評価、量産まで一貫して取り組めるとしています。

• 高圧の流体を扱うので、小さい形式の熱交換器が選べない
• 熱交換器を小さくして、使う場所のすぐ手前に置きたい
• ろう材を使わない、ステンレスだけの熱交換器にしたい

出典：熱交換器の小型化への取り組み（技術開発への取り組み）｜WELCON、マイクロチャンネル熱交換器｜WELCON、会社概要｜WELCON

神威産業株式会社｜細いフィンチューブとヘリカルバッフルの多管式

神威産業は、東京都中央区に本社を置く、1960年設立の熱交換器メーカーです（資本金1億円、従業員82名）。シェル＆チューブタイプ（多管式）、ラジエータタイプ、プレートタイプの熱交換器と自動油温調整機を手がけています。

技術	内容
φ8mmフィンチューブ	シェル＆チューブタイプ熱交換器に、チューブメーカーと共同開発した φ8mm のフィンチューブを採用している（ほかのサイズやベアチューブもある）
ヘリカルバッフル	固定管板式で、渦巻き型のヘリカルバッフルを採用。特許を取得（日本・アメリカ・台湾）し、プレスによる量産でコストを下げるとしている
HTRI のソフトによる設計	熱交換器の研究・開発で知られる HTRI のソフトを使って設計する。製造範囲は伝熱面積0.1〜500m²、設計圧力19.6MPaG、チューブ長さ7m以下など

同社は、シェル＆チューブタイプを「小さな空間の中で大きな伝熱面積を得られ、流体の圧力損失を小さく設計できる」形式と説明しています。管束を抜き出して清掃できる遊動管板式を標準品にしています。

• 多管式のまま、同じ設置スペースで性能を上げたい
• 圧延機、工作機械、建設機械、船舶などに組み込む熱交換器を、多管式で選びたい
• 高温・高圧の流体があり、プレート式にできない

出典：シェル＆チューブタイプ熱交換器｜神威産業、企業情報｜神威産業

株式会社シーテック｜伝熱計算による熱交換器のダウンサイジング

シーテックは、大阪市天王寺区に本社を置く、2018年に創業した熱交換器メーカーです（資本金500万円）。各種熱交換器の設計・製造・販売のほか、プラントエンジニアリング、機器の設置工事や配管工事も行っています。

技術	内容
機種選定と伝熱計算	プロセスに合う機種選定と伝熱計算を行い、熱交換器をダウンサイジングして、「丁度いい」機種・型式・伝熱面積で供給するとしている
コンパクト型多管式熱交換器	ステンレス製またはチタン製の細管を使い、小流量でも管内流速を上げて境膜伝熱係数を高め、コンパクトに設計する。速めの管内流速による自浄作用でスケールの付着を防ぐとしている（設計温度450℃以下、設計圧力0.7MPa(G)以下）
プレートフィンチューブ式	伝熱管に0.2〜0.3mmの薄いフィンを2〜3mm程度のピッチで圧入し、小さなスペースに多くの伝熱面積をとる。液体と気体のように、境膜伝熱係数の差が大きい組み合わせに向く

代表者は、既設の熱交換器を検証すると、熱収支が合わない、明らかにオーバースペック、型式がミスマッチといった例が非常に多いと述べています。最適化のメリットとして、熱交換器がコンパクトになり、シェル径が小さく、チューブ本数も少なくなることを挙げています。

• 古い熱交換器を更新するとき、同じ大きさで作り直すのではなく、条件に合わせて小さくしたい
• 図面が不明瞭な古い熱交換器も、現地で確かめてから更新したい
• 排ガスや乾燥工程の排熱を、空気や温水に回収したい

公開されている実績

• 焼却炉の燃焼排ガスを熱源とした空気予熱器と温水発生器（ゴミ処理施設）、化学プラントの過熱蒸気コンデンサー、製油メーカーの乾燥工程の排熱回収用熱交換器の導入事例を公開している

出典：熱交換器の最適化｜シーテック、コンパクト型多管式熱交換器｜シーテック、プレートフィンチューブ式｜シーテック、会社概要｜シーテック

株式会社ササクラ｜空冷式・フィンチューブ式の熱交換器

ササクラは、大阪市西淀川区に本社を置く、1949年設立の会社です（資本金1億円）。熱交換機器として、空冷式熱交換器、フィンチューブ式熱交換器、ヒートパイプ熱回収ユニットなどを製品に挙げています。

技術	内容
空冷式熱交換器	大気を使う熱交換器。水冷式に比べて腐食の問題が少なく（流体によっては腐食性）、連続して安定した運転ができ、経済性が高いとしている。石油コンビナート、ごみ焼却プラント、バイオマス発電プラントなどで使われている
フィンチューブ式熱交換器	エコノマイザー、給水加熱器、空気予熱器、排ガス加熱器などを製品に挙げている
設計から保守まで	空冷式熱交換器について、あらゆる内部流体や規格に対応でき、自社で設計から製造、アフターサービスまで行うとしている。フィンチューブ式は、管の内外の流体に応じてフィンチューブの材質を選ぶとしている

• 冷却水を使わずに、プラントの流体を空気で冷やしたい
• 排ガスの熱を回収して、給水や空気を温めたい

出典：会社概要｜ササクラ、熱交換機器｜ササクラ、空冷式熱交換器｜ササクラ、フィンチューブ式熱交換器｜ササクラ

よくある質問

シェル＆チューブとプレート式は、どちらを選べばいいですか？

液体どうしで、温度・圧力がガスケットの範囲に入り、置き場所を小さくしたい・温度を近づけたいならプレート式が向きます。高温・高圧、大きな容量、固形物を含む流体ならシェル＆チューブが候補です。

プレート式はどのくらい小さくなりますか？

アルファ・ラバルは、同じ能力の多管式に比べて、メンテナンススペースを含めた設置スペースが 1/3〜1/5 としています。

向流と並流で、何が違いますか？

向流のほうが平均温度差を大きく取れるので、同じ熱量なら伝熱面積が小さくて済みます。アルファ・ラバルの例では、LMTD が向流 36.1℃、並流 24.6℃ です。

汚れ係数はどう決めますか？

流体の種類や温度、流速で変わります。大きく見込むほど熱交換器は大きくなるので、流体と流速に合った値をメーカーと決めます。

海水を使う熱交換器の材料は？

アルファ・ラバルは、海水・塩水などにはチタンやパラジウム入りチタンのプレートを挙げています。

空気を冷やす熱交換器が大きいのはなぜですか？

空気側の熱伝達率が液体側よりずっと小さいためです。空気側にフィンを付けて面積を増やします。

熱交換器は法規の対象になりますか？

圧力と流体によって、労働安全衛生法の圧力容器や高圧ガス保安法の対象になることがあります。仕様を決める段階でメーカーと確かめます。

回答は、このページの出典をもとに編集部がまとめたものです。

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