열교환장치란 무엇일까?
안녕하세요! 서포터즈 3기 마지막 콘텐츠로 찾아왔습니다.
아쉬운 마음에 두 개의 콘텐츠를 작성했으니 많은 관심 부탁드려요!!
화학 서포터즈를 시작하면서 여러 가지 계기 중 하나가, 전공지식을 연계해서 소개해 드리고 싶은 것이었습니다.
이미 3 4개의 콘텐츠가 그 꿈을 이뤘지만, 마지막도 그 마침표를 찍고 싶었습니다.
.png?type=w1)
.png)
특히 화학공학과를 재학 중인 제가, 최근에 열교환기 제작 프로젝트를 학우들과 진행했습니다.
여러 가지 변수를 고려하고 계산하다 보니 화학공학과에서 배웠던 모든 교과목과 많은 연계가 이루어짐을 깨달았습니다.
화학공학과의 꽃이라고도 할 수 있는 열교환장치를 소개해 보겠습니다!
열교환기란 무엇일까? (Heat exchanger)
두 개 또는 그 이상의 유체 사이에서 열을 교환할 수 있게 고안한 장치를 열교환기라고 합니다. 유체의 냉각 또는 유체의 온도를 높이는 난방의 목적으로 서로 다른 유체의 열을 교환할 수 있도록 사용합니다.
유체 흐름 형태에 따른 분류
[일회통과형 열교환기]
각 유체가 열교환기를 각각 한 번씩만 통과하는 형태입니다.
일회통과형 열교환기는 적은 면적에서 최대의 에너지 전달에는 바람직하지 않기 때문에 경로 수를 늘린 교환기를 사용하는 것이 바람직합니다.
각 유체는 항상 같은 방향으로 흐를까요? 아닙니다. 서로 같은 방향일 수도 있고, 다른 방향일 수도 있습니다.
-
병류흐름형
고온 유체와 저온 유체가 같은 방향으로 흐르는 것입니다.
THin 은 뜨거운 유체가 유입된다는 뜻이고 THout 은 뜨거운 유체가 배출되는 뜻입니다.
Tcin은 찬 유체가 유입된다는 뜻이고 Tcout은 찬 유체가 배출되는 뜻입니다.
2. 향류흐름형
고온 유체와 저온 유체가 반대 방향으로 흐르는 것입니다.
3. 십자흐름형
두 유체가 서로 수직방향으로 흐르는 경우입니다.
Q. 일회통과형 열교환기에서 병류흐름과 향류흐름 중 좀 더 바람직한 것은 무엇일까요?
향류흐름은 배출되는 뜨거운 유체의 온도를 배출되는 찬 유체의 온도보다 낮게 할 수 있습니다.
즉 , 병류흐름 보다 단위면적당 에너지 전달량이 크다고 볼 수 있고 일회통과형 열교환기에서 향류흐름이 병류흐름보다 바람직합니다.
원통다관식 shell & tube type 열교환기 종류
굉장히 많은 형태의 열교환기가 있습니다.
.png)
-
Floating Head Type (유동두형 열교환기)
전열관이나 방해판을 양측의 관판(Tube sheet)에 짜넣은 상태를 Tube bundle이라고 합니다. 관 속을 동체에서 빼내어 청소 및 점검할 수 있습니다.
.png)
2. Fixed Tube sheet type (고정관판형 열교환기)
관판을 동체의 양측에 용접 등의 방법으로 고정시킨 구조입니다.
.png)
3. U Tube type (U 자 관형 열교환기)
U 자 관형의 tube를 사용한 구조입니다.
층류? 난류?
유체에 대해 다뤘으므로 유동영역까지 배워봐야겠죠?
.png)
-
층류(Laminar flow)
유체의 흐름이 비교적 완만할 때, 입자가 관벽과 평행하여 질서정연하게 흐르고 서로 혼합되지 않는 흐름
2. 난류(Turbulent flow)
유체가 무질서하게 와류를 형성하며 빠르게 이동하는 흐름
*와류(vortex)
유체의 회전운동에 의하여 주류와 반대방향으로 소용돌이치는 흐름
[Reference]
https://www.miricanvas.com/
미리캔버스, 카드뉴스
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5810478&cid=60217&categoryId=60217
네이버지식백과, 열교환기
https://blog.naver.com/loofco/222594006565
블로그 루프코, 열교환기 이미지
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1148021&cid=40942&categoryId=32231
네이버지식백과, 층류난류 이미지
