열교환기는 어떻게 작동합니까?

두 유체가 서로 직접 접촉하지 않고 한 유체(액체 또는 기체)와 다른 유체(다른 액체 또는 기체) 간에 열을 전달하는 데 사용되는 열교환기는 가열 및 냉각 공정 모두에 사용됩니다.

열교환기공조, 화학 플랜트, 석유 화학 플랜트, 석유 정제소, 발전소, 천연 가스 처리, 냉동, 하수 처리 및 공간 난방을 포함한 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 이는 내연기관에서도 볼 수 있는데, 공기가 라디에이터 코일을 지나갈 때 엔진 냉각수가 라디에이터 코일을 통해 흐르도록 하여 공기를 가열하는 동안 냉각수를 냉각시킵니다.

열 교환기는 한 유체의 열이 혼합되거나 직접 접촉하지 않고 다른 유체, 더 차가운 유체를 통과하도록 허용하여 작동합니다.

예를 들어, 파이프 주위에 다른 파이프가 있다고 상상해 보십시오. 내부 파이프를 통해 뜨거운 유체가 통과하는 동시에 더 차가운 유체가 외부 파이프를 통해 통과할 수 있습니다. 이렇게 하면 더 따뜻한 유체가 더 차가운 유체의 열을 동시에 증가시키므로 더 차가운 유체가 더 따뜻한 유체의 온도를 낮출 수 있습니다. 물론 이것은 열 교환의 매우 기본적인 예이며 열 교환기를 조사할 때 고려해야 할 다른 요소가 많이 있습니다.

1. 패스

예를 들어 파이프를 'S' 모양으로 구부리면 유체가 열 교환기를 떠나기 전에 두 번 이상의 '통과'를 만들 수 있습니다. 단일 패스는 유체가 열 교환기의 한쪽 끝으로 들어가고 다른 쪽 끝으로 상당히 빠르게 나가는 직선 파이프입니다. 이중 통과는 U- 모양을 사용하므로 유체가 동일한 끝에서 열 교환기에 들어오고 나가므로 열 교환기에서 유체가 서로-통과하는 시간이 길어집니다. 삼중 통과는 유체가 빠져나가기 전에 열 교환기의 길이를 따라 세 번 이동할 수 있도록 하는 'S' 모양의 형태를 사용합니다. 패스 수가 많을수록 더 많은 양의 열 전달이 가능합니다. 이는 단순히 유체가 시스템에 더 오랫동안 함께 있기 때문입니다. 하지만 이로 인해 압력 강하 및 속도 손실이 발생할 수도 있습니다.

2. 온도 교차-오버

온도 교차{0}}는 더 차가운 유체의 열이 열 교환기의 뜨거운 유체 온도와 교차하기 시작할 때 발생합니다. 예를 들어, 온도가 30⁰C인 물과 함께 80⁰C의 열 교환기에 들어가는 오일은 물이 51⁰C에 도달하면서 오일이 50⁰C로 감소하면 온도가 교차하는 것을 볼 수 있습니다-. 이 시점에서 더 차가운 유체(물)는 오일보다 더 뜨거워집니다. 온도 교차-는 특히 냉각 시 열교환기의 효율성을 크게 감소시킬 수 있습니다. 이는 냉각수의 유량(아래 '유량' 참조)을 증가시켜 시스템에 더 많은 냉각수가 있도록 함으로써 방지할 수 있습니다. 온도 교차-가 불가피한 경우 판형 열교환기(아래 '열교환기 유형 참조)를 사용하는 것이 가장 좋은 솔루션입니다.

3. 온도차

이는 '온도 교차-'(위)에서 볼 수 있듯이 열교환기에서 중요한 냉각수와 고온 유체 사이의 온도 차이를 의미합니다. 냉각수는 뜨거운 유체보다 낮은 온도로 유지되어야 하며, 냉각수가 차가울수록 뜨거운 유체에서 열을 빼내는 데 더 효과적입니다.

4. 유량

이는 특정 기간 동안 파이프의 단면을 통과하는-유체의 양입니다. 이는 유체가 흐르는 시간당 유체의 양으로 계산됩니다. - 유속이 높을수록 열 교환기의 열 전달 능력이 잠재적으로 증가합니다. 그러나 유체가 많을수록 운반할 질량도 커지고 압력 손실과 속도도 증가합니다.

열교환기는 흐름 배열이나 열교환기 자체의 설계에 따라 분류될 수 있습니다.

열 교환기에서 발견되는 흐름 배열의 세 가지 주요 분류는 병렬-흐름, 역류 및 교차 흐름입니다.-

• 병렬 흐름:두 유체는 열 교환기의 동일한 끝으로 들어가고 함께 나가기 전에 평행하게 이동합니다.
• 역류:유체는 열 교환기의 반대편으로 들어가 시스템을 통해 반대 방향으로 이동합니다. 유체 간의 평균 온도 차이가 시스템 전체에서 더 높게 유지되므로 이는 가장 효율적인 흐름 배열입니다.
• 교차-흐름:이러한 형태의 열 교환기에서는 유체가 서로 수직(직각)으로 이동합니다.

흐름 배열뿐만 아니라 열교환기는 열교환기의 물리적 설계에 따라 유형별로 분류될 수 있습니다.

• 이중 파이프:이는 업계에서 사용되는 가장 간단한 유형의 열교환기입니다. 이름에서 알 수 있듯이 이 장치는 유체가 흐를 수 있는 두 개의 튜브로 구성됩니다. 흐름 구성은 평행 또는 역류일 수 있으며, 두 유체를 동일한 온도로 유지해야 하는 경우 역류가 더 효율적이지만 평행 흐름이 더 좋습니다. 이러한 열교환기는 설계 및 유지 관리가 쉽고 저렴하지만 다른 설계에 비해 효율성이 상대적으로 낮습니다.
• 쉘 및 튜브:쉘 앤 튜브 열 교환기는 하나의 유체가 흐르는 금속 튜브 세트를 사용하며, 두 번째 유체가 흐르는 밀봉된 쉘로 둘러싸여 있습니다. 이러한 유형의 열 교환기는 병렬, 역류 및 교차 흐름- 등 모든 유형의 흐름에서 작동하며 증기 기관차에서 볼 수 있습니다. 배플은 유체 흐름을 유도하고, 유체에 진동을 유도하고, 튜브를 지지하는 데 사용되며, 핀은 공{3}}냉각 기술(예: 연소 엔진 인터{4}}냉각기)과 함께 사용되어 열 전달 영역을 늘릴 수도 있습니다.
• 플레이트/핀:이 유형의 열 교환기는 건물의 바닥과 유사하게 레벨을 형성하기 위해 핀으로 분리된 얇은 금속판 스택을 사용합니다. 그러나 이러한 각 '바닥'은 독립적이며-위나 아래의 바닥과 분리되어 유체가 흐를 수 있는 밀봉된 일련의 튜브를 만듭니다. 이는 빠르게 열을 교환할 수 있는 넓은 표면적을 생성하는 동시에 전체 열 전달 표면에 걸쳐 유체 흐름을 보장하여 유체 정체 및 축적을 방지합니다. 플레이트는 골판지, 플레이트 및 프레임, 플레이트 및 쉘 또는 나선형 플레이트를 포함하여 다양한 크기, 깊이 및 모양으로 생성될 수 있습니다. 플레이트 사이의 높은 유동 난류는 더 큰 열 전달과 압력 감소를 생성합니다. 이 유형의 열교환기는 가스로 및 보일러와 같은 응용 분야에 사용됩니다.
• 공냉식:이러한 유형의 열 교환기는 냉수를 사용할 수 없는 차량 및 기타 이동 응용 분야에서 흔히 볼 수 있습니다. 두 가지 액체 대신 공냉식 시스템은 팬의 차가운 공기나 차량 자체의 움직임으로 인한 공기 흐름을 사용합니다.
• 콘덴서, 보일러 및 증발기:이러한 유형의 열 교환은 이미 설명한 것과 약간 다른 방식으로 작동하므로 특별히 언급할 가치가 있습니다. 두 가지 유체(뜨거운 것과 차가운)를 삽입하는 대신 뜨거운 가스를 냉각 및 응축하여 액체 형태로(또는 그 반대로) 사용하여 열 전달 주기를 생성합니다. 이는 증기 터빈과 증기 발생기에서 사용되는 공정으로, 물을 증기로 기화시킨 다음 다시 액체로 냉각시키는 과정을 사용합니다.
• 회복자:복열기는 건물에서 배출되는 열과 같이 손실될 수 있는 열을 포착하도록 설계된 열 교환기입니다. 따뜻한 공기는 차가운 유체가 들어오는 별도의 채널과 함께 채널을 통해 밖으로 나가 역류를 생성합니다. 이는 열{2}}회수 환기 시스템이 작동하는 방식으로, 밖으로 나가는 따뜻한 공기에서 열을 모두 잃지 않고 건물을 신선한 공기로 환기할 수 있습니다.
• 재생기:이러한 유형의 열 교환기를 사용하면 들어오고 나가는 유체가 서로 다른 시간에 반대 방향으로 동일한 채널을 통해 이동할 수 있습니다. 따뜻한 유체가 흘러나오면서 열의 일부를 포기하고, 차가운 유체가 유입되면서 거기에 남아 있던 잔여 열의 일부를 흡수합니다. 이러한 유형의 열 교환은 피스톤을 사용하여 열원(예: 화재)과 더 차가운 영역 또는 열이 손실되는 '싱크대' 사이에 갇힌 가스를 앞뒤로 밀어내는 스털링 엔진에 사용됩니다. 이러한 유형의 열 교환기는 열을 '재생'하여 시스템의 열 손실을 줄입니다.

열교환기는 산업 및 일상 용도 모두에서 광범위한 응용 분야에 사용됩니다.

열교환기는 다양한 디자인과 흐름 시스템으로 제공되지만 모두 비슷한 방식으로 작동합니다. 더 뜨거운 유체와 더 차가운 유체 사이의 열 접촉을 허용하여(실제로 혼합하지 않음) 두 유체가 그에 따라-서로를 가열하거나 냉각시킵니다.

이는 차량 및 기타 장치의 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 비용을 절감하고 에너지 소비(및 관련 환경 영향)를 낮춥니다.

HX 계획 달성

열교환기 적용 시나리오(예: 식품 가공, 석유화학 산업, 전력 냉각) 및 매체 특성(부식성/점도/온도)이 다양하므로 사양 계획도 독점적으로 조정됩니다.{0}}귀하의 요구사항을 알려주시면 대상 매개변수와 견적을 제공해 드리겠습니다.

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