전열교환기란 무엇인가??(이중관,판형 열교환기)

◈전열교환기란 무엇인가??

 

먼저 열교환기(熱交換器)란 온도가 높은 물체에서 낮은 물체에 효율적으로 열을 이동시키는 장치이며, 일반적으로 액체 또는 기체 등의 유체를 취급한다. 열교환기는 가열 및 냉각 용도로 사용하는것을 말한다. 형식 및 구조에 따라 다양한 방법이 있으나 오늘은 이중관열교환기와 판형 열교환기에 대해서 살펴보고자 한다. 

 

◈이중관 열교환기(double-pipe heat exchanger)

1) 정의

⇒ 가장 간단한 형식의 열교환기로써 지름이 서로 다른 두 동심관으로 구성된다. 이중관 열교환기의 한 유체는 작은 관 속을 흐르고, 다른 유체는 두 관사이의 환형 공간 속을 흐른다. 

다시말해, 한 유체가 관 속을 흐르고, 다른 유체는 관 사이의 고리 모양의 공간을 흐르면서 열교환이 이루어지는 구조이다. 
전열면적이 20m2 이하의 소형 열교환기로서 널리 사용 구조가 간단하고 가격이 비교적 싼 편이며, 이중관 유닛의 수를 조합시켜서 전열 면적을 자유롭게 바꿀 수 있다는 장점이 있다.

 

2) 이중관 열교환기에서 흐름의 배치

⇒ ① 평행류(parallel flow) : 고온 유체와 저온 유체가 열교환기의 같은 쪽으로 들어가 같은 방향으로 흐른다. 초기 온도차가 커서 열전달 속도가 크고 ,급속한 열전달을 하고자 할 때나 특수한 경우에만 사용한다.
② 대향류(counter flow) : 고온 유체와 저온 유체가 열교환기의 반대쪽으로 들어가서 서로 반대 방향으로 흐른다. 장치 양 끝의 온도차가 크지 않고 비교적 비슷한 온도차를 보이므로, 모든 장치에 걸쳐 효과적인 열전달 효율을 얻자 할 때 쓰인다.

병행류

대향류

◈판형열교환기 (Plate Heat Exchanger)

1) 원리

 

열교환기는 온도가 서로 다른 매체를 근접시켜 매체 열을 서로 나누어 가지도록 하는(상호 교환하는) 장치를 통칭합니다. 판형열교환기는 열판을 이용하여 열교환이 이루어지게 만든 구조입니다. 근접한 열판 사이로 한쪽 면은 뜨거운 매체를 다른 면은 차가운(덜 뜨거운) 매체를 통과시켜 뜨거운 매체의 열이 차거운 매체로 전달되도록 설계되어 있습니다. (물론 차거운 매체의 냉기가 뜨거운(덜 차가운) 매체로 전달되는 것을 포함합니다.) 

 

위 그림에서 전면 뜨거운 물(붉은 색)은 상단으로 투입되어 열교환기를 거친 열을 배앗기고 하단(주황색)으로 돌아 나가고, 후면의 찬 물(짙은 푸른 색)은 하단으로 투입되어 열교환기를 거친 후 열을 얻어(상단 옅은 푸른 색) 나간다. 이때 열판과 열판 사이는 뜨거운 물과 찬 물이 교대로 흘러 열 전달을 가능하게 한다.   
이런 원리를 이용하여 특별히 설계된 열판을 근접배치하고 열판사이에 가스켓을 위치시켜(또는 용접이나 브레이징으로) 유체의 누수를 막고 기밀을 유지함으로써 열교환기를 완성합니다.

 

1) 구조

판형 열교환기는 열판(Plate)과 가스켓(Gasket)이 가이드 바와 운반대에 조립되어 근접 위치하고 바깥쪽 2개의 프레임을 조임볼트로 조여 완성합니다.