열 교환기의 종류

열 교환기의 종류

열교환기는 석유정제, 석유화학공업을 위시해서 기타의 일반화학공장에서도 널리사용되고 있으며 그 용도도 냉각,응축,가열,증발 및 폐열회수 등 다양하고 또 사용조건은 용량,장력,온도 등 광범위하게 되므로 요구에 따라 여러 가지의 형식 구조가 있다.

■ 다관원통형 열교환기

다관원통형 열교환기는 화학 장치에서는 가장 널리 사용되고 있는 열교환기로서 저장(低庄)은 물론 고장(高庄)까지 저온 및 고온에 관계없이 재료의 허용사용범위내에서 가열 냉각 및 증발응축의 모든 용도에 적용할수 있으므로 신뢰도가 높고 효율도 좋다. 보통 전열관을 수평으로 한 횡치형(橫置形)으로 사용되지만 설치면적에 제한을 받을 경우 증발조작을 행할 경우 기타 전열관을 수직(垂直)으로 하는 것이 성능상 유리한 경우에는 종치형(縱値形)을 사용한다. 구분은 다수의 전열관을 관판에 용접 등으로 고정시킨 관속을, 원관용기에 삽입한 구조이며 관판과 동과의 연결부분의 형식으로 고정관판식, 유동두식, u자관식으로 나누어 진다.

a. 고정관판식
양측의 관판은 동에 용접 또는 기타의 방법으로 고정되고 전열관은 고정관판에 용접 등의 방법으로 장착되어 있다. 동측의 청소를 할수 없으므로 오염이 심한 유체나 부식성이 있는 유체를 동부에 흘리려면 적합하지 않다. 다관원통형열교환기 중에서도 가장 간단한 형식이며 제작비가 싸므로 동측의 오염이 적은 경우에는 유리하다. 동측, 관측 양유체의 온도차가 100°C이상 되는 경우 또는 온도차가 적어도 동과 전열관의 재질이 다르고 동과 관의 온도 변화에 의한 신정(伸廷)의 차가 커지는 경우에는 동에 신축(伸縮)이음을 설치할 필요가 있다.

b.유동두식(遊動頭式)
전열관은 고정관판 및 유동관판에 용접 등으로 고정되어 있다. 동(胴)과 관속(管束)은 열 패창에 대해서는 자유이며 관속은 쉽게 삽입(揷入) 또는 발출(拔出)할 수 있다. 오염이 많은 유체는 관측(管側)에 양유체가 같은 정도의 오염성이라면 장력이 높은 쪽을 관측에 흘린다. 이것은 관측이 청소가 쉬우며 관측에 고장유체(高庄流體)를 흘리는 것이 구조적으로 염가로 될수 있기 때문이다. 또 부식성의 유체도 관측에 흘린다. 이 형식의 열교환기는 설계조건 및 운전 조건데 대해 가장 융통성이 크지만 구조가 복잡하고 코스트가 높읕 단점이 있다.

c. U자 형식
전열관을 U자형으로 굽혀 관단을 도나판에 부착시킨 것이다. 동(胴)과 관(管)은 별개로 되어 있으므로 열 팽창에 대한 고려는 필요가 없다. 관판도 고정관판만으로 되므로 유동두식보다 구조가 간단하고 가격도 비교적 싸게 된다. 그러나 동의 청소는 관속의 발출은 쉬우나 관내는 U자관이므로 청소가 곤란하다. 따라서 관측유체는 오염이 적은 것이라야 한다. 또 전열관의 구조로 관의 교환은 외측을 빼고 내부의 일부분만을 행할수는 없다. 보통 U자관의 굽힘의 최소반경은 전열관외경의 2배로 하고 있다. 보통 굽힘가공후의 관의 살두께의 감소는 필할수가 없으므로 직관의 경우보다는 도꺼운 전열관을 사용해야 하는 단점이 있다.

■ 특수열교환기

a. 플레이트식 열교환기
유로(流路) 및 강도를 고려하여 요철형으로 프레스 성형된 전열판을 포개서 교호(交互)로 각기 유체가 흐르도록 한 구조의 열교환기이다. 전열판은 분해할수 있으므로 청소가 완전히 되고 보호점검검이 쉬울 뿐 아니라 전열판매수를 늘이거나 줄임으로 용량을 조절할 수 있다. 전열면을 개방할수 있는 형식의 것은 고무나 합성수지 가스켓을 사용하고 있으므로 고온 또는 고장용(高匠用)으로는 적당하지 않다. 액체와 액체와의 열교환에 많이 사용되면 한계 사용장력 및 온도는 각각 약 5kg/cm², 150°C이다.

가스켓을 사용하지 않고 용접 또는 납땜으로 일체로 제작된 것은 온도의 제한이 완화되지만 전열면의 점검이나 청소를 할수 없으므로 부식성 또는 오염이 심한 유체에는 사용할 수 없다.

b. 소용돌이식 열교환기
대상(帶狀)의 두장의 평판을 소용돌이상으로 가공하여 두 개의 유체통로를 형성시킨 열교환기이다. 구조상 열팽창에 대한 고려가 필요없고 유체의 흐름은 균등하여 장력손실이 없는데 비해 전열계수가 크므로 전열 면적에 비해 소형의 열교환기가 얻어진다. 보통 용접구조 이므로 청소,보수가 어렵다. 장력은 보통 10kg/cm²까지 사용된다.

 

전정섭님의 파란블로그에서 발행된 글입니다.