이중관식 열교환기 실험 예비 레포트

본 내용은 " 열교환기 예비 레포트 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.06.11

문서 내 토픽

• 1. 열교환기의 종류 및 구조

  열교환기는 구조상 다관식, 이중관식, 액막식, 코일식, 핀형 등으로 분류된다. 다관식은 금속관을 다수 배열하여 관외와 관내에서 열교환하며, 이중관식은 2중관의 내관과 외관 사이 고리 부분에서 온도가 다른 두 유체 간 열교환을 수행한다. 액막식은 수평 관군 상부에서 냉각수를 부어 박막상으로 흘려 냉각하고, 코일식은 통 안의 액을 가열 또는 냉각한다. 핀형은 금속판의 핀으로 관을 밀착시켜 열전달을 수행한다. 재료로는 강이 가장 많이 사용되며 부식 방지를 위해 황동제 관도 사용된다.

• 2. 대수평균온도차(LMTD)

  열 통과율이 일정한 향류 또는 병류 열교환기에서 고온과 저온 사이의 온도차는 유로에 따라 지수함수적으로 변한다. 열교환량은 Qt=UA(Δ2-Δ1)/ln(Δ2/Δ1)=UAΔm으로 표현되며, 여기서 U는 열 통과율, A는 전열면적, Δ1은 입구온도차, Δ2는 출구온도차이다. Δm을 대수평균온도차라 하며, 다중평균류나 직교류에서는 보정계수 ψ를 적용하여 계산한다.

• 3. 총괄 열전달계수(Overall Heat Transfer Coefficient)

  고체벽을 관통하여 한쪽 유체에서 다른 쪽 유체로 전달되는 열전달 계수로, 기호는 U이며 단위는 kcal/m²·hr·deg이다. 열전달은 유체 I에서 벽면으로의 열전달, 고체벽 내의 열전도, 벽면에서 유체 II로의 열전달 세 기구로 이루어진다. 정상 상태에서는 이 세 가지 열전달량이 서로 같다.

• 4. 전열면적(Heat Transfer Area)

  보일러 등 열교환기에서 열을 전하는 면의 면적으로, 열교환 장치의 전열에 기여하는 표면의 면적이다. 전열면적은 보일러의 용량을 결정하는 요소이며, 보일러의 전열면적당 발열량은 소형 8,000kcal/m²h, 중형 9,000kcal/m²h, 대형 12,000kcal/m²h이다. 보일러, 증발기, 응축기, 핀 코일 등에서 전열량 계산 시 필요한 값이다.

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• 1. 열교환기의 종류 및 구조

  열교환기는 산업 공정에서 매우 중요한 장비로, 그 종류와 구조의 이해는 효율적인 열전달을 위해 필수적입니다. 판형, 관형, 나선형 등 다양한 종류의 열교환기는 각각 특정 응용 분야에 최적화되어 있습니다. 판형 열교환기는 높은 열전달 효율과 컴팩트한 구조로 인해 현대 산업에서 널리 사용되고 있으며, 관형 열교환기는 높은 압력과 온도에서의 안정성으로 인해 여전히 중요합니다. 각 열교환기의 구조적 특성을 정확히 파악하면 특정 공정 조건에 맞는 최적의 장비를 선택할 수 있으며, 이는 에너지 효율성과 경제성 향상에 직결됩니다.

• 2. 대수평균온도차(LMTD)

  대수평균온도차는 열교환기 설계의 핵심 개념으로, 정류와 향류 배치에서 온도 프로파일의 비선형성을 정확히 반영합니다. LMTD는 단순한 산술평균보다 실제 열전달 현상을 더 정확하게 나타내며, 이를 통해 열교환기의 성능을 신뢰성 있게 예측할 수 있습니다. 특히 입출구 온도차가 클 때 LMTD와 산술평균의 차이가 두드러지므로, 정확한 계산이 중요합니다. 다만 복잡한 유동 배치의 경우 보정계수를 적용해야 하는 번거로움이 있지만, 이는 열교환기 설계의 정확성을 보장하는 필수 과정입니다.

• 3. 총괄 열전달계수(Overall Heat Transfer Coefficient)

  총괄 열전달계수는 열교환기의 성능을 결정하는 가장 중요한 인자 중 하나로, 유체의 대류, 벽면의 전도, 그리고 오염층의 영향을 모두 포함합니다. 이 계수는 유체의 물성, 유동 속도, 표면 특성 등 다양한 요인에 의존하므로 정확한 예측이 어렵습니다. 실제 운전 중 스케일 형성이나 부식으로 인한 오염층이 축적되면 총괄 열전달계수가 감소하여 열교환기의 효율이 저하됩니다. 따라서 설계 단계에서 오염 계수를 적절히 고려하고, 운전 중 정기적인 유지보수를 통해 계수의 저하를 최소화하는 것이 중요합니다.

• 4. 전열면적(Heat Transfer Area)

  전열면적은 열교환기의 크기와 비용을 결정하는 직접적인 요소로, 필요한 열전달량을 달성하기 위해 정확히 계산되어야 합니다. 같은 열전달량을 위해서도 총괄 열전달계수가 높을수록 필요한 전열면적을 줄일 수 있으므로, 열교환기 설계는 면적과 계수의 최적화 문제입니다. 전열면적을 과도하게 크게 설계하면 초기 투자비와 설치 공간이 증가하고, 너무 작게 설계하면 요구되는 열전달을 달성할 수 없습니다. 따라서 경제성과 성능의 균형을 맞추어 적절한 전열면적을 결정하는 것이 효율적인 열교환기 설계의 핵심입니다.