이나 스팀 라인을넣어 감아둔 방식이다. 이 열교환기는 교반기를 사용하면 열전달 계수가 더욱 커지므로 큰 효과를 볼 수 있다.
☆☆☆평판형(Plate Type) 열교환기
유로 및 강도를 고려하여 요철(凹凸)형으로
프레스 성형된 전열판을 포개서 교대로각기
유체가 흐르게 한 구조의 열교환기이다.
이 열교환기는 전열판이 분해가 가능하므로
청소가 완전하게 되고, 보존과 점검이 쉬울
뿐 아니라 전열판 매수를 가감함으로써
용량을 조절할 수 있다. 하지만 전열면을 개
방할수 있는 형식의 열교환기는 고무나 합성수지
로 된 가스켓을 사용하고 있으므로 고온 또는
고압용으로서는 적당하지가 않다.
그리고 가스켓을 사용하지 않고 용접 또는 납땜에 의해 일체형으로 제작된 것은 온도의 제한이 완화 되지만 전열면의 점검이나 청소가 불가능 하므로 부식성이 있거나 오염이심한 유체에는 사용이 불가능하다.
☆☆☆☆ 이중관식 열교환기
외관 속에 전열관을 동심원상태로 삽입하여
전열관내 및 외관동체의 환상부에 각각 유체
를 흘려서 열교환을 시키는 구조이다.
구조는 비교적 간단하며 다른 열교환기에
비해 상대적으로 가격도 저렴하고 전열
면적을 증가시키기 위해 직렬 또는 병렬로
같은 치수의 것을 쉽게 연결시킬 수 있다. 하지만 전열면적이
증대됨에 따라 다관식에 비해 전열면적당 소요용적이 커지며 그렇게 되면 가격도 비싸지게 되므로 전열면적이 20㎡ 이하의 것에 많이 사용된다.
5. 향류흐름(counter flow)과 병류흐름(parallel flow)
향류흐름(counter flow)이란?
이중관식 열교환기의 원리에 의해 교환기의 양쪽 끝에서 두 유체가 들어가 그 장치 내에서 서로 반대방향으로 통과되어지는 것을 향류라 한다.
(2) 병류흐름(parallel flow)이란?
향류흐름과 반대로 두 유체가 교환기의 같은 끝부분에서 들어가고, 그 흐름이 같은 방 향으로 통과되어지는 것을 병류라 한다.
6. 총괄 열전달 계수(U)
☆열교환량 Q와 총괄 열전달 계수 U사이의 관계를 이용한 식
● 이중관식 열교환기에서 열교환량 Q와 총괄 열전달 계수 U사이에 다음의 관계가 성립 한다.
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ⓐ
▶ LMTD(log mean temperature difference) : 로그 평균 온도차
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ⓑ
: 유입되는 두 유체 사이의 온도차
: 유출되는 두 유체 사이의 온도차
▶ 대수 평균면적 A
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ⓒ
L : 전열길이(혹은 접촉길이)
: 튜브의 직경
: 튜브의 내경
▶ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ⓓ
: 냉수의 질량 유속
: 냉수의 평균 온도에서의 비열
: 냉수의 튜브 양쪽 끝에서의 온도차이
∴ ⓑ식에 의해 얻어진 LMTD값과 ⓒ식에 의해 얻어진 A값, 그리고 ⓓ식에 의해 얻어진 Q값을 ⓐ식에 대입하여 총괄 열전달 계수 U의 값을 구할 수 있다.
☆☆개별 계수로부터 총괄 열전달 계수 계산
● 이중관식 열교환기에 있어서 총괄 열전달 계수는 다음과 같다.
(외관을 기준으로 한 총괄 열전달 계수 )
(내관을 기준으로 한 총괄 열전달 계수 )
∴
: 튜브의 직경 : 튜브 안쪽에서의 열전달 계수
: 튜브의 내경 : 튜브 바깥쪽에서의 열전달 계수
: 튜브의 대수평균직경 : 튜브의 열전도도
: 튜브의 두께
※ 불결계수(F)는 실험에서 쓰이는 증류수의 경우 극히 적은 양이므로 무시한다.
유체
F ()
해수
0.000088
증류수
0.000088
엔진 냉각수
0.00018
큰호수
0.00018
보일러 블로우다운
0.00035
소금기가 있는 물
0.00035
강물
0.00036
단위 불결저항 (또는 불결계수) F
7. 실험방법
☆ 보일러를 작동시켜 온수 온도를 70℃로 맞춰놓는다
☆☆ 향류흐름(counter flow)일 때의 열 전달 측정
·파이프의 밸브를 향류로 놓고 온수의 유량을 1.0, 2.0, 4.0L/min으로 유지 시킨다.
·냉수의 유량을 0.5, 1.0, 2.0L/min으로 흘려보내 정상상태에 도달하면 그 때의 입·출구 온도를 측정한다.
☆☆☆ 병류흐름(parallel flow)일 때의 열 전달 측정
·파이프의 밸브를 병류로 놓구 온수의 유량을 1.0, 2.0, 4.0L/min으로 유지 시킨다.
·냉수의 유량을 0.5, 1.0, 2.0L/min으로 흘려보내 정상 상태에 도달하면 그 때의 입·출구 온도를 측정한다.
8. 실험결과
(향류일때)
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
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
(병류일때)
열교환량 Q의 계산
Q=mcCpc△tc
Q=2.0x1x X (kg/min)x(kcal/kg)x℃x3.786ℓ /1gal
대수 평균면적
A= π·L·(Do-Di)/In(Do/Di)
A=3.14x8.85mx(0.0059-0.0049)m/In(0.0059/0.0049)
∴A=0.149630772m²
로그평균온도차
LMTD=△t₂-△t₁/In(△t₂/△t₁)
Q=U·A·(LMTD)
9. 결론
온수의 유속을 일정하게 하였을 경우 향류와 병류로 흐름을 달리 하였을 때 향류의 경우보다 병류일 때 열 교환이 잘 일어남
☆ 병류의 열전달 효율이 향류보다 큼
- 병류가 향류 보다 온도차가 많이 나기 때문
☆☆ 유량이 증가할수록 열 교환이 잘 일어남
그러므로 열효율을 높이기 위해서는 향류보다는 병류형으로 사용하고
유량은 빠른 것이 좋은거 같다.