열교환기의 12가지 유형 살펴보기: 원리, 장점 및 단점

1. 관형 열교환기

원칙

케이싱의 각 세그먼트를 "단일 패스"라고 합니다. 패스의 내부 튜브(열 전달 튜브)는 U자형 엘보우 튜브로 연결되고 외부 튜브는 짧은 튜브로 일렬로 연결되어 지지대에 고정됩니다. 열은 내부 튜브의 벽을 통해 한 유체에서 다른 유체로 전달됩니다. 일반적으로 뜨거운 유체(유체 A)는 상단부에서 도입되고 차가운 유체(유체 B)는 하단부에서 도입됩니다. 케이싱의 외부 파이프 양쪽 끝은 용접 또는 플랜지를 통해 내부 파이프에 연결됩니다. 내부 튜브와 U자형 엘보 튜브는 플랜지로 연결되어 있어 열전달 튜브를 쉽게 청소하고 늘리거나 줄일 수 있습니다. 각 열전달 튜브의 유효 길이는 4 ~ 7 미터입니다. 이 열교환 기의 열전달 면적은 최대 18 평방 미터에 달할 수있어 소규모 열교환에 적합합니다.

장점:

구조가 간단하고 고압을 견딜 수 있어 다양한 용도에 적합합니다. 또한 열 전달 영역을 쉽게 조정하여 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

단점:

파이프 사이에는 누수가 발생하기 쉬운 수많은 조인트가 있습니다. 또한 상당한 공간을 차지하며 열 전달 표면 단위당 상당한 양의 금속이 필요합니다.

2. 플로팅 헤드 열교환기

원칙

플로팅 헤드 열교환기의 구조는 실린더, 외부 헤드 커버 측면 플랜지, 플로팅 헤드 튜브 플레이트, 후크 링, 플로팅 헤드 커버, 외부 헤드 커버, 나사 구멍, 강철 링 등으로 구성됩니다. 후크 앤 루프 플로팅 헤드의 디자인은 첨부된 그림에 설명되어 있습니다.

장점:

열교환 튜브와 케이스 사이에 온도 차이가 있을 때 케이스나 열교환 튜브가 서로를 억제하지 않아 온도 차이 스트레스를 유발하지 않습니다. 튜브 묶음은 케이스에서 꺼내서 튜브 내부와 튜브 사이를 쉽게 청소할 수 있습니다.

단점:

구조가 복잡하여 많은 양의 재료와 비용이 소요됩니다. 플로팅 헤드 커버와 플로팅 튜브 플레이트 사이의 밀봉이 단단하지 않으면 내부 누출이 발생하여 두 미디어가 혼합될 수 있습니다.

3. 침수 코일 열 교환

원칙

이 유형의 열교환기는 금속 튜브를 용기에 적합한 다양한 형태로 성형하여 용기 내부의 액체에 담그는 방식입니다.

장점:

구조가 간단하고 고압을 견딜 수 있으며 부식에 강한 재질로 제작할 수도 있습니다.

단점:

용기 내 액체의 난류 정도가 낮고 튜브 외부의 열전달 계수가 작습니다. 열전달 계수를 개선하기 위해 교반기를 용기에 설치할 수 있습니다.

4. 판형 열교환기

원칙

판형 열교환기는 액체 간, 액체와 증기 간 열 교환을 수행하는 데 이상적인 장비입니다. 일련의 골판지로 구성된 고효율 열교환기입니다. 금속 시트.

판형 열교환기의 구조 원리는 여러 개의 주름진 시트를 일정한 간격으로 압착하고 개스킷으로 밀봉한 후 프레임과 압축 나사로 제자리에 고정하는 방식으로 구성됩니다. 판과 개스킷의 네 모서리는 유체의 분배 및 수집 파이프를 형성합니다. 차가운 유체와 뜨거운 유체는 분리되어 각 플레이트의 양쪽에 있는 유로를 통해 흐르며, 플레이트를 통해 열 교환이 이루어집니다.

5. 보정 링이 있는 열교환기

원칙

열교환기는 배플, 보정 링, 열 방출 노즐로 구성됩니다. 유체가 고온에서 열을 교환할 때 보정 링은 쉘과 튜브 번들 사이의 큰 온도 차이로 인해 발생하는 열 스트레스를 제거하여 서로 다른 열팽창률로 인해 발생하는 열 스트레스를 제거합니다.

6. 플레이트 핀 열교환기

원칙

판형 핀 열교환기는 효율적이고 컴팩트하며 가벼운 열전달 장치입니다. 과거에는 높은 제조 비용으로 인해 항공우주, 전자, 원자력 등 일부 산업에만 제한적으로 사용되었습니다. 그러나 점차 석유화학 및 기타 산업 분야에서 채택되고 있습니다. 판형 핀 열교환기에는 다양한 구조적 형태가 있지만 기본 요소는 동일합니다. 두 개의 평행한 얇은 금속판 사이에 주름 또는 모양의 금속 핀을 추가하여 측면을 밀봉하여 열교환의 기본 단위를 형성하는 것입니다.

장점:

• 높은 열 전달 효율과 우수한 온도 제어.
• 지느러미는 얇고 컴팩트하며 작습니다.
• 지느러미는 열 전달 표면과 지지 기능을 모두 갖추고 있으며 강도가 높습니다.

단점:

• 흐름 통로가 좁고 막히기 쉬우며 청소하기 어렵습니다.
• 다이어프램과 핀은 매우 얇기 때문에 매체가 알루미늄을 부식시키지 않아야 합니다. 부식되면 내부 누수가 발생하여 수리가 어렵습니다.
• 복잡한 구조로 인해 디자인이 더 어려워집니다.

7. 재킷 열교환기

원칙

용기 외벽에 재킷을 설치하여 재킷과 용기 사이에 공간을 만들어 난방 또는 냉각 매체. 그러나 열 전달 표면은 용기 벽에 의해 제한되어 열 전달 계수가 낮습니다. 계수를 개선하고 용기 내 액체를 고르게 가열하기 위해 교반기를 설치할 수 있습니다. 또한 상 변화가 없는 냉각수 또는 가열제를 도입할 때 재킷에 나선형 배플 또는 기타 난류 증가 조치를 설정하여 재킷 한쪽의 열전달 계수를 더욱 향상시킬 수 있습니다.

장점:

간단한 구조와 편리한 처리.

단점:

열 전달 면적이 작고 열 전달 효율이 낮습니다.

8. U-튜브 열교환기

원칙

U자형 튜브 열교환기는 양쪽 끝이 동일한 튜브 플레이트에 고정된 U자형으로 구부러진 열교환 튜브로 구성됩니다. 쉘과 열교환 튜브가 분리되어 있어 온도차 응력을 발생시키지 않고 튜브 다발을 자유롭게 확장 및 축소할 수 있습니다. 이 열교환기는 튜브 플레이트가 하나만 있고 플로팅 헤드가 없는 단순한 구조입니다. 튜브 번들을 쉽게 분리하여 청소할 수 있어 사용이 편리합니다.

그러나 굽힘 반경이 다른 튜브의 U자 모양은 손상된 경우 가장 바깥쪽 열교환 튜브만 교체할 수 있고 나머지는 차단해야 한다는 것을 의미합니다. 또한 튜브 다발의 중앙에 있는 틈새로 인해 굽힘 반경 의 열 교환 튜브는 유체 단락을 일으켜 열 전달 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

특징

U자형 튜브 열교환기의 장점은 다음과 같습니다:

• 튜브 번들은 온도차 스트레스 없이 자유롭게 부유할 수 있어 온도차가 큰 환경에 적합합니다;
• 튜브 시트가 하나만 있어 플랜지 및 잠재적 누수 지점이 적은 단순한 구조입니다;
• 튜브 번들은 코어를 당겨서 쉽게 청소할 수 있습니다;
• 그러나 U자형 파이프의 최소 굽힘 반경으로 인해 분할 거리가 더 넓어지므로 파이프 수가 더 적습니다;
• 파이프의 유속이 높으면 U자형 엘보우 부분이 심하게 침식되어 교환기의 수명이 단축될 수 있습니다.
• U자형 튜브의 내부를 청소하는 것은 어려울 수 있으므로 내부의 매체가 깨끗하고 스케일이 생기지 않아야 합니다.

장점:

구조가 간단하고 튜브 플레이트가 하나뿐이며 밀봉 표면이 적어 안정적인 작동과 저렴한 비용을 보장합니다. 튜브 번들은 쉽게 제거할 수 있어 튜브 사이를 편리하게 청소할 수 있습니다.

단점:

파이프는 청소하기 어렵습니다;

특정 굽힘 반경이 필요하기 때문에 튜브 시트의 활용률이 낮습니다;

튜브 번들에서 가장 안쪽 튜브 사이의 간격이 커서 쉘 쪽에서 단락이 발생할 가능성이 있습니다;

내부 파이프가 파손되면 교체가 불가능하고 막아야 하므로 폐기율이 높아집니다.

9. 튜브 열교환기

원칙

관형 열교환기는 현재 화학 산업 및 알코올 생산에서 가장 널리 사용되는 열교환기 유형입니다. 쉘, 튜브 시트, 열교환 튜브, 헤드 및 배플과 같은 구성 요소로 구성됩니다. 사용되는 재료는 일반 탄소강, 적동 또는 스테인리스강으로 만들 수 있습니다.

열 교환 과정에서 하나의 유체가 헤드의 연결 파이프를 통해 들어와 튜브를 통해 흐르고 헤드의 반대쪽 끝에 있는 배출 파이프를 통해 빠져나가는데, 이를 튜브 측이라고 합니다.

한편, 다른 유체는 쉘의 연결 파이프를 통해 들어와 관형 열교환기에서 쉘 측이라고 하는 또 다른 연결 파이프를 통해 빠져나갑니다.

10. 나선형 판형 열교환기

원칙

스파이럴 플레이트 열교환기는 여러 대의 유닛과 함께 사용할 수 있는 새롭고 효율적이며 안정적인 열교환 장비입니다. 높은 열전달 효율과 강력한 작동 신뢰성을 자랑하며 저항이 낮습니다.

그러나 나선형 판형 열교환기는 고열을 필요로 합니다.고품질 용접 수리가 어려울 수 있습니다. 또한 무게가 무겁고 강성이 약하기 때문에 운송 및 설치 시 각별한 주의가 필요합니다.

11. 스프레이 열교환기

원칙

이 유형의 열교환기는 열교환 튜브를 강철 프레임에 일렬로 고정하는 방식입니다. 뜨거운 유체는 튜브 내부로 흐르고 냉각수는 위의 스프레이 장치에서 균일하게 분배됩니다. 스프레이 쿨러라고도 합니다.

튜브 외부에 난류가 심한 액체막 층이 존재하기 때문에 튜브 외부의 열전달 계수는 침지형 열교환기보다 훨씬 큽니다. 또한 이러한 열교환기는 공기가 순환하는 공간에 배치되는 경우가 많으며 냉각수의 증발로 일부 열이 제거되어 냉각수의 온도를 낮추고 열 전달 추진력을 높이는 데 도움이 됩니다.

따라서 스프레이형 열교환기는 침수형 열교환기에 비해 열전달 효과가 훨씬 뛰어납니다.

12. 히트 파이프 열교환기

원칙

히트 파이프는 열 전도율이 높은 열 전달 부품의 일종입니다. 완전히 밀폐된 진공 쉘에서 작동 매체의 증발과 응축을 통해 열을 전달합니다.

높은 열전도율, 우수한 등온 거동, 뜨거운 쪽과 차가운 쪽 모두에서 열 전달 영역을 변경하는 기능, 장거리 열 전달, 온도 제어 등과 같은 많은 장점이 있습니다.

하지만 내산화성과 고온 저항성이 떨어진다는 단점이 있습니다. 이는 세라믹 열교환기를 전면에 설치하여 고온 저항성과 내식성 문제를 해결할 수 있습니다.

현재 히트 파이프는 야금, 화학, 정유, 보일러, 세라믹, 운송, 경직물, 기계 등의 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 폐열을 회수하고 공정에서 열 에너지를 활용하는 수단으로서 히트 파이프는 놀라운 경제적 이점을 보여주었습니다.