열교환기 종류 및 방식에 관하여 설명 부탁드립니다...
열교환기는 양 유체간에 열에너지를 유효하게 전도와 대류로서 이동시키는 기기입니다.
에어컨의 원리를 이해하시면 쉽게 이해되실겁니다. 에어컨은 실내기와 실외기가 있죠?
밖에 지나가다보면 건물밖에 뜨거운 바람이 나오는...그것이 바로 실외기(응축기)이죠.
실내기(증발기)의 고압의 냉매가 증발됩니다. 그러면 어떻게 될가요? P,T선도를 떠올려보
면 온도가 올라가겠죠? 그러면서 실내에 있는 뜨거운 유체를 얻어 가는거죠.
겨울철에 눈이 왔을때를 생각하면 되요. 겨울철에 눈이 왔을때 더 따뜻하다고 느껴본적 없으신가요?
바로 눈이 얼면서 주위의 열을 빼앗아가면서 주위는 따뜻하게 느껴지는 겁니다. 실내기도
이와 마찬가지로 열을빼앗아 실내를 차갑게 만들어놓고 실외기를 통하여 필요없는 따
뜻한 공기를 내보내는 것이죠 .
열교환기는 이와 비슷한 원리로 Q=hA▷T 여기서, Q가 열전달량 입니다. A(면적)을 크게
하면 열전달량이 커지겠죠? 그래서 Fin을 이용하는 겁니다. Fin은 얇은 튜브일수도 있고 여
러 가지 종류가 있죠. 바로 면적을 넓히기 위한것이죠. 수십개의 튜브를 열교환기에 넣으
면서 면적을 넓혀 주는 것입니다. 에구..이해가 되실려나.. 튜브속에 유체가 흐르게 하고 튜
브 주위에 또 다른 온도의 유체를 흘려주어 온도를 빨리 높이거나 내리는 거죠.
이것이 Shell / Tube형 열교환기죠.
-열교환기의 종류는 많습니다. 쉽게 냉장고, 에어컨, 히터, 이런것들이 다 열교환기 입니다.
이것을 더크게 이용하면 원자력발전, 화력발전, 조선 선박 이런곳에 모두 쓰이죠...
열교환기는 간단한 기기가 아니랍니다. 모든 3역학이 다 포함된 어려운 기기이죠 ^^. 조금
이라도 이해가 가셨는지 모르겠네요...그럼...수고하십시오
열교환기
熱交換器 heat exchanger 뜨거운 유체에서 찬 유체로 열을 전달하여 뜨거운 유체의 에너지를 감소시키고 찬 유체의 에너지를 증가시키는 장치(→ 색인 : 열전달, 온도). 개요 열교환기는 여러 다른 형태로 제작되며 다방면의 기술에 광범위하게 사용된다. 예를 들면 화력발전소·핵발전소, 가스 터빈, 가열장치, 공기조절기, 냉동장치 그리고 화학산업에 사용된다. 특별한 형태의 열교환기가 인공위성과 우주선을 위해 개발되었다. 열교환기는 특별한 목적을 위해 쓰일 때는 다른 이름들로 불린다. 따라서 보일러·증발기·과열기·응축기·냉각기 등이 모두 열교환기를 의미한다 (→ 색인 : 냉각장치). 작동원리
열교환기의 기본 동작은 그림1에 보여진 간단한 형태로써 설명될 수 있다. 이 교환기는 동축(同軸)으로 배열된 2개의 관으로 구성되어 있다(→ 더블파이프열교환기). 2가지 액체에 대해서 각각의 입구와 출구가 있다. 그림에서 찬 유체는 내관을 통해 흐르고 뜨거운 유체는 내관과 외관 사이에 있는 환상(環狀)의 공간을 통해 같은 방향으로 흐른다. 이와 같은 구성의 흐름을 평행흐름이라고 한다. 그 안에서 열은 내관(가열표면)의 벽을 통해 찬 유체로 전달된다. 두 유체의 온도는 그림1의 아래에 보여지는 대로 변화한다. 뜨거운 유체의 온도는 tw1에서 tw2로 감소하고 찬 유체의 온도는 tc1에서 tc2로 증가한다. 단위시간당 한 유체에서 다른 유체로 단위 시간당 전달되는 열량 Q는 열흐름이라고 하며 방정식 Q=mc (t2－t1)에 의해 계산될 수 있다. 이 식에 의해 열량 Q (kW의 단위)는 유체의 단위시간당 질량 m (㎏/s의 단위), 유체의 비열 c, 열교환기의 입구와 출구 사이에서 상승한 유체의 온도 t2－t1을 곱함으로써 얻어진다. 비열은 관련된 유체의 특성이며 뜨거운 유체가 잃은 열량은 찬 유체가 얻은 열량과 같아야 한다. 그림1에 나타난 바와 같이 열교환기의 입구에서 유체간의 온도차 Δt1은 출구에서 Δt2로 줄어든다. 열교환기는 한 유체의 흐르는 방향이 바뀌면 역흐름으로 동작한다. 역흐름의 구성은 찬 유체의 출구온도 tc1이 뜨거운 유체의 출구온도 ttw2 보다 클 수 있다는 장점이 있다. 게다가 같은 열량을 전달할 경우 평행흐름보다 더 작은 표면적을 필요로 한다. 이것은 주어진 열속(熱束)과 입구온도에서 역흐름 열교환기의 평균 온도차 Δtm이 평행흐름 열교환기보다 더 크기 때문이다.
그림1. 1. 평행흐름 열교환기의 동작원리 2. 열교환기 내에서의 ...
 |
| 그림2. 관식 열교환기 |
열전달 방법
열교환기에서 뜨거운 유체로부터 찬 유체로 열을 전달하는 데는 여러 물리적 과정이 포함되어 있다. 고체의 벽을 통하여 한 표면에서 다른 쪽 표면으로 열이 흐르는 과정을 열전도라고 한다. 이것은 특별한 방법으로 시각화해야 한다. 즉 벽의 각 원자는 그 에너지를 낮은 온도의 이웃 원자에게 줌으로써 벽의 뜨거운 쪽에서 찬 쪽으로 열에너지를 전달한다. 이 열속을 만드는 데 필요한 온도차이는 벽의 두께, 벽표면의 면적, 그리고 벽의 열전도율과 관계가 있다.(→ 열전도).
유체에서 고체 표면으로의 열전달은 부분적으로 전도에 의해 일어난다. 그런데 그 열전달에는 유체가 열교환기를 통해 이동하면서 열도 같이 따라서 이동하는 과정이 부가된다. 이 과정은 대류라고 부르며 흐름의 성격에 의존한다. 자연에서 발생하는 흐름에는 2가지 형태가 있다. 하나는 층류(層流)라고 불리며 유체의 입자들이 서로 나란히 매끄럽게 움직이는 것이다. 또다른 하나인 난류(亂流)의 조건에서는 파동과 소용돌이가 계속해서 생겼다가 없어지곤 한다. 이러한 소용돌이가 평균적인 흐름에 겹쳐지면 유체입자들이 계속해서 혼합된다. 관 내부의 흐름이 층류 또는 난류인가는 관의 지름, 유체의 속도, 유체의 점성과 관계가 있다. 속도와 관의 지름이 작고 점성이 클 때의 흐름은 층류적인 경향을 띤다. 예를 들면 층류는 기름냉각기에서 나타나는데 이는 기름의 점성이 크기 때문이다.
물과 같은 액체 또는 기체를 사용하는 열교환기는 대개 난류로 동작한다. 유체 내에서 관벽으로의 층류의 열전달은 주로 전도로 일어난다. 따라서 열전달은 유체의 열전도율과 관의 지름에 의해 결정된다. 액체는 기체보다 열전도율이 상당히 크며 따라서 더 빨리 열을 전달한다. 액상(液狀) 금속은 특히 큰 열전도율을 갖기 때문에 작은 온도차로 큰 열량을 전달해야 하는 공학적 응용분야에 쓰인다. 핵반응로 중에서도 열전달 매체로서 액상금속을 사용하는 것이 있다. 위에 설명된 난류의 혼합과정은 유체 내에서 관벽으로 열을 전달하는 3번째 기구이다. 이 과정이 유체의 속도에 크게 의존하는 것은 이해가능한 일이다. 따라서 난류에서의 열전달은 층류에서보다 더 크다.
- 열교환기 핸드북 : 열교환기핸드북편집회 편, 대광서림, 1990
- Heat Exchangers-Selection, Design and Construction (Designing for Heat Transfer) : E. A. D. Saunders, Longman Scientific &Technical, 1988
- Low Reynolds Number Flow Heat Exchangers-Advanced Study Institute Book : A. E. Bergles·Sadik Kakac·R. K. Shah, Hemisphere Pub. Co., 1983
- Extended Surface Heat Transfer : Donald Quentin Kern·Allan D. Kraus, McGraw Hill, 1972
'경영혁신 > 생산.공정관리' 카테고리의 다른 글
| 압력용기 (0) | 2010.12.10 |
|---|---|
| 열교환기의 기본원리 (0) | 2010.10.28 |
| 산업용 열교환기/ 쉘앤튜브 열교환기 (0) | 2010.10.27 |
| 열교환기의 종류 및 개요 (1) | 2010.10.27 |
| 공정 이동표(판금.제관.용접.도장.조립) (0) | 2010.10.25 |