열교환기

정의

어느 유체를 가열 또는 냉각하려고 할 때 고온의 유체에서 저온의 유체로 열을 전달하여

heating, cooling, condensing 등의 기능을 수행하는 장치

 

유체의 흐름 방향에 따른 분류

 1. 병류(paralle flow)

 2. 향류(conuter flow)

 3. 직교(cross flow)

 

사용목적에 따른 분류

 1. 열교환기(heat exchanger)

  ① 좁은 의미의 열교환기로 일반적으로 상 변화가 없는

  두 공정 흐름사이에 열을 교환하는 장치

  ② 폐열의 회수

 2. 냉각기(cooler)

  ① 냉각수 등의 냉각매체를 이용하여 process stream을 냉각

  ② 고온측 유체의 냉각

 3. 가열기(heater)

  저온측 유체의 가열

 4. 응축기(condenser)

  ① 냉각수 등의 냉각매체를 이용하여 process stream을

  응축하기 위한 열교환기

  ② 증기의 응축

 5. 증발기(evaporator)

  ① 용액의 질을 향상 시키기 위해

  steam등을 이용하여 증발을 통해 용매를 제거하는 열교환기

  ② 저온측 유체의 증발

 6. 재비기(reboiler)

  steam등의 가열매체를 이용하여 증류탑의 바닥에서

  유입되는 공정유체를 boilling시켜 증기를 발생시킴으로써

  증류탑으로 공급되어야 할 열을 전달하는 열교환기

 7. 예열기(preheater)

  공정으로 유입되는 유체를 미리 가열하여 다음단계의 효율을 높혀주는 열교환기

 8. 2상흐름열교환기(two phase flow heat exchanger)

  2상의 혼합물이 shell측 또는 tube측으로 흐르는 열교환기

 

형태에 따른 분류

 1. 원통다관식(shell & tube) 열교환기

  1) 특징

   ① 가장 널리 사용되고 있는 열 교환기

   ② 폭넓은 범위의 열전달이 가능하여 적용범위가 매우 넓다

   ③ 신뢰성과 효율이 높다

  2) 종류

   ① 유동두형 열교환기(floating head type)

    a. 유체의 온도에 따라 동체 및 전열관이 열팽창하여도 대응할 수 있는 구조

    b. 관속을 동체에서 분리하여 청소 및 점검할 수 있는 구조

    c. 온도차가 큰 열교환에 사용

   ② 고정강판형 열교환기(fixed tube sheet)

    부식성이 적은 고압 유체의 열교환에 사용

   ③ U-자 관형 열교환기 (U-tube type)

    a. 열팽창에 대해 자유롭다

    b. 고압유체에 적합하다

    c. 구조가 간단하여 제작이 수월하다

   ④ kettle type 열교환기

    a. 증발이 잘 되도록 동체의 상부측에 빈공간의 증기실이 존재

    b. 폐열 보일러에 사용되며 구조가 간단하다

 

 2. 이중관식(double pipe type) 열교환기

  1) 구조

  외관 속에 전열관을 동심원 형태로 삽입하여 전열관내 및 외관 동체의 환상부에 각각의 유체를 흘려서

  열교환 시키는 구조

  2) 특징

   ① 구조는 비교적 간단하며 가격도 저렴하다

   ② 전열면적을 증가시키기 위해 직렬 또는 병렬로 같은 치수의 것을 쉽게 연결 가능

   ③ 전열면적이 증대될 경우 다관식에 비해 전열면적 당 소요용적이 커지므로

   전열면적이 20㎡ 이하의 것에 많이 사용

 

 3. 평판형(plate type) 열교환기

  1) 구조

   유로 및 강도를 고려하여 요철형으로 프레스 성형된 전열판을 포개서 교대로

   각기 유체가 흐르게 한 구조의 열교환기

  2) 특징

   ① 전열판은 분해할 수 있으므로 청소 및 유지보수가 용이

   ② 전열판 매수를 가감함으로써 용량을 조절가능

 

 4. 공냉식 냉각기 (air cooler)

  1) 구조

   ① 냉각수 대신에 공기를 냉각유체로 하고 fan을 사용하여 전열관의 외면에 공기를 강제 통풍시켜

   내부유체를 냉각시키는 구조

   ② 공기는 전열계수가 매우 작으므로 보통 전열관에는 원주핀이 달린 관이 사용된다

  2) 특징

   ① 별도의 냉각수가 필요없다

   ② 넓은 설치면적이 필요

   ③ 시설비가 비싸다

   ④ 관에서의 누설 발견이 어렵다

   ⑤ 전열관의 교환이 어렵다

 

 5. 가열로 (fired heater)

  1) 구조

   액체 혹은 기체연료를 이용하여 버너를 연소시키고

   이때 발생하는 연소열을 이용하여 tube내의 유체를 가열하는 방식

  2) 특징

   ① 가장 큰 열량을 얻을수 있다

   ② 열전달mechanism이 복사와 대류를 포함하므로 설계가 어렵다

 

 6. 코일식(coil tyep) 열교환기

  1) 구조

   탱크나 기타 용기내의 유체를 가열하기 위하여

   용기내에 전기coil이나 steam line을 넣어 감아둔 방식

  2) 특징

   교반기와 병행 사용 시 열전달계수가 커지므로 큰 효과