열교환기의 종류

(1)

열교환기의 종류

열시스템설계 11주 열교환기 기초 1

열교환기의 목적 열교환기의 종류 열교환기의 응용

학습목표

열교환기의 응용 열교환기 분류 총괄열전달계수/열저항

열교환기 강의목표

열교환기의 분류

구조 형식

관, 관-휜, 평판, 평판-휜, 재생형, 쉘-튜브 밀집도 표면적 / 체적

고밀도열교환기 (compact heat exchanger): 700 m

²

/m

³

흐름방향 평행류 (parallel flow)

대향류 (counter flow)

직교류 (cross flow): 혼합, 비혼합, 혼합/비혼합 다중 통로흐름 (multi-path flow)

열전달 기구

응축기, 보일러, 방열기

열교환기의 밀집도 열교환기 응용: 휜-관 열교환기

(2)

열교환기 응용: 휜 붙이 열교환기

열교환기 응용

열교환기 응용 열교환기 응용: 휜 붙이 열교환기

(3)

열교환기 응용: 쉘-튜브 열교환기

열교환기 응용: 판형 열교환기 1

열교환기 응용: 판형 열교환기 2

열교환기 응용: 루우버 휜 열교환기 열교환기 응용: 라디에이터

(4)

열교환기 응용: 루우버 휜 열교환기

열교환기 응용: 오일쿨러

알프스쿨러(경기도 포천) 협찬 2006. 8

유압유 냉각용 열교환기 쉘-튜브(휜 붙이) 열교환기 기름-물 냉각기

열교환기의 분류?

열교환기의 특징?

열교환기 검색하여 그리기

학습점검

열교환기 설계 기초

열교환기 흐름방향 대수평균온도차 열저항 총열저항 총괄열전달계수

학습목표

(5)

평행류 / 대향류 / 직교류

직교류 혼합/비혼합

다중통로 흐름

흐름별 온도분포

휜-관 열교환기의 구성

구성: 관, 휜

장점: 저가, 생산성 우수 단점: 휜-관 부착 관 내부: 고압 유체 관 외부: 기체 또는 액체 휜: 열저항 감소

휜-관 열교환기 개발동향

휜 측 동향

’70: plain fin

’75: wavy fin

’79: offset fin

’82: louver fin, convex louver

1985년 이후 공기 측

열전달계수 포화

관 측 동향

(6)

전도열저항

열저항

T

1

T

2

k

L Ak

R L R

T T

L T Ak T q

 



  ,

¹ ²

2 1

h

1

h

2

대류열저항

열저항

T

1

T

2

k

L

 

R Ah R

T T

T T Ah q

1 ,

¹ ²

2 1

 







h

1

h

2

총 열저항

총괄열전달계수

총괄열저항

R h

R f,h

R c,h

R c

R w



1 2



2

1

UA T T

R T

q  T   

총 열저항, 총괄열전달계수

총괄열전달계수 1

Rh Rf,h

Rc,h Rc

Rw

cylinder 2 ;

) / ln(

flat wall

;

1 2

) / ln(

1 1

1 2

, ,

kL D R D

kA R t

A h A R kL

D D A R A h UA

w w

o o o

h i f o i

c f i i





 



 





총괄열전달계수→기준면 지정 필요 외부표면 기준

내부표면 기준

총괄열전달계수 2

o i o o i i o

o m o i i o o o

h D D k D h D D

h k t A A h A A R U A

1 ) ln(

) 2 ( ) 1 )(

( 1

1 ) )(

( ) 1 )(

(

1 1



 



 



1 1

U

i



 



벽 두께가 얇은 경우 벽체 전도열저항 무시 기준면에 무관

불결저항 고려 오염→열저항으로 간주

총괄열전달계수 3

o i o

i

U h h

U 1 1

1  



o o o o m i i i

i

A A h

F kA

t A F h R A

1 1

1    



(7)

열교환기 흐름방향을 구분하는 이유?

대수평균온도차를 사용하는 이유?

열저항?

열전달계수와 총괄열전달계수 차이?

총괄열전달계수의 기준면?

학습점검

열교환기의 휜

휜 붙이 열교환기 해석 휜효율

불결계수 열전달 촉진 방법

학습목표

열저항

낮은 값 → 깨끗한 조건 경험자료

불결계수

조건 불결저항 [m²∙K/W]

물 (52^oC 이하, 속도 1 m/s 이하)

증류수 0.000088

엔진냉각수 0.00018

큰 호수 0.00018

보일러 블로우 다운 0.00035

소금기가 있는 물 0.00035

공업유체

깨끗한 재순환 오일 0.00018

식물성 오일 0.00053

담금질 오일 0.00070

연료오일 0.00088

유기체 증기 0.000088

수증기 0.000088

배기증기 0.00018

냉동증기 0.00035

공기 0.00035

유기액체 0.00018

냉동액체 0.00018

브라인 (냉각용) 0.00018

일정 단면 휜

휜(fin) 해석

휜 온도분포

휜효율

휜(fin) 해석

 





 









T mL T

x L m

T kA T

m hP dx m

d

b b b

c



 

cosh , cosh

, , 0

²

2 2 2

(8)

휜효율 (1)

휜효율 (2)

선단효과 난류도 증가 유효길이 증가

휜에 의한 열전달 촉진

h

thermal boundary layer

plane fin louver strip

h h

x

m

h_m

h x A x h

_f

증대

예제 12-1 (pp378)



내경 2.5 cm, 외경 3.34 cm 인 황동관 [k=110 W/m ∙K]의 외부표면을 기 준으로 한 열관류계수 (총괄열전달계수)를 구하여라. 관의 내부와 외부 의 열전달계수가 각각 1200 W/m

²

∙K와 2000 W/m

²

∙K 이다. 내부표면과 외부표면에 대한 불결계수는 모두 0.00018 m

²

∙K/W 이다.



풀이: 열관류계수 (총괄열전달계수) 정의식 이용

예제 12-2 (pp378)



평균온도가 80

^o

C 이고 평균유속이 0.4 m/s 인 고온의 물이 안지름 3.8 cm, 바깥지름 4.8 cm인 강관[k=50 W/m ∙K] 속을 흐른다. 흐름은 유체 역학적으로 열적으로 발달되었다. 외부표면은 20

^o

C의 공기에 노출되어 있고 공기는 관에 직교하여 3 m/s의 속도로 흐른다. 관의 외부표면을 기 준으로 한 열관류계수와 관의 길이 m 당 열손실을 구하여라.



풀이: 관 내부유동→상관식 →h

i

, 관 외부유동 →상관식→h

o

, h

i

& h

o

→U

예제 12-3 (pp379)



평균온도가 100

^o

C 인 엔진오일이 안지름 3 cm 인 얇은 구리관 속을 흐 르며 열전달계수는 20 W/m

²

∙K 이다. 관의 외부표면에서 자연대류에 의 하여 20

^o

C 인 공기로 방열되며 열전달계수는 20 W/m

²

∙K 이다. 열관류 계수(총괄열전달계수)와 관 길이 m 당 열손실을 구하여라.

