혁신적인 열교환기 기술로 입증된 설계 향상

늙은 개에게 새로운 재주를 가르칠 수는 없지만 때로는 개를 업그레이드할 수 있다고 합니다. 꼬인 튜브, 확장된 금속 배플, 그래핀 코팅 표면 등과 같은 혁신으로 인해 열교환기 및 응축기 성능이 향상되므로 일부 업그레이드를 고려해 볼 가치가 있습니다.

Shell-and-tube 열교환기는 이 기사를 읽는 누구보다 오랫동안 사용되어 왔습니다. 열교환기는 많은 장점을 제공합니다. 응축, 비등 또는 단상 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 광범위한 압력과 온도에서 활용될 수 있습니다. 부식 및 기타 설계 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 재료로 제작할 수 있습니다. 유지 관리는 매우 간단하고 간단합니다. 다양한 물리적 방향을 수용할 수 있습니다.

그러나 디자인에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 기존의 쉘 앤 튜브 열교환기에는 쉘 측면에 배플이 포함되어 있어 튜브를 가로지르는 회로 경로를 통해 지지 및 직접적인 흐름을 제공합니다. 단점은 저유량 영역 또는 데드 존으로 인해 배플 근처에 오염이 발생하고 부식이 확인되지 않고 열 전달이 감소할 수 있다는 것입니다. 배플에 의한 방향 변화도 에너지를 소비하며 쉘 측 압력 감소가 상당할 수 있습니다. 또한 고전적인 디자인은 흐름으로 인한 튜브 진동이 발생하기 쉬우며 이로 인해 궁극적으로 고장이 발생할 수 있습니다.

이러한 문제를 염두에 두고 엔지니어들이 Shell-and-tube 설계를 개선하기 위한 연구를 계속하여 열 교환기 성능을 향상시키고, 오염 문제에 대응하고, 공간을 절약하고, 비용을 절감하고, 효율성을 높이는 새로운 기술을 탄생시킨 것은 놀라운 일이 아닙니다. 이러한 노력을 주도하고 있는 그룹 중 하나가 Heat Transfer Research Inc.(HTRI)입니다.

텍사스주 나바소타에 본사를 둔 HTRI는 다양한 교환기 유형과 열 전달 표면을 테스트하는 연구 및 소프트웨어 개발 회사입니다. 직원들은 장비에 대한 응용 중심 연구를 수행하고 이러한 독점 데이터를 사용하여 열 교환기 및 연소 히터의 열 설계 및 분석을 위한 방법과 소프트웨어를 개발합니다. 연구에는 물리적 테스트, 전산 유체 역학 및 흐름 시각화가 포함됩니다.

HTRI의 기술 프로그램 수석 부사장인 Joe Schroeder는 "HTRI는 판형 및 쉘형 또는 나선형 배플 교환기와 같은 새로운 상용 교환기 유형을 계속 조사하고 있습니다."라고 말했습니다.

Schroeder가 언급한 나선형 배플 열 교환기에서는 사분면 모양의 플레이트 배플이 나선형 흐름 패턴을 생성하기 위해 순차적 배열로 튜브 축에 대해 비스듬히 배치됩니다. 나선형 흐름 설계는 열 효율성을 향상시키고, 열 전달을 향상시키며, 압력 손실을 줄이고, 오염을 줄이고, 진동 문제를 크게 줄입니다. 나선형 스타일의 한 제조업체인 CB&I는 전 세계적으로 1,800개 이상의 HELIXCHANGER 열교환기를 사용하여 이 설계가 잘 입증되었다고 말합니다.

Schroeder는 나선형 배플 디자인 외에도 확장된 금속 배플도 업계에 혁명을 일으키고 있다고 지적했습니다. 이탈리아에 본사를 둔 Brembana & Rolle의 그룹 회사인 EMbaffle BV가 특허를 취득한 이 디자인은 슬릿 및 확장된 플레이트 재료로 만들어진 확장된 금속 배플 그리드를 특징으로 합니다(그림 1). 확장된 금속 배플은 개방형 흐름 구조를 만들어 쉘 측면에 세로 흐름을 허용하여 열 교환기의 압력 손실을 줄입니다.

1. 아이디어를 확장합니다. 확장된 금속은 많은 발전소 응용 분야에 사용되지만 열 교환기의 다이아몬드 모양 빈 공간을 통해 튜브를 연결하는 것은 상당히 최근에 개발된 것입니다. 제공: EMbaffle BV

쉘 측 유체는 튜브를 따라 흐르고 흐름 영역은 각 배플 교차점에서 수축되어 국부적인 난류를 생성하고 속도를 증가시키면서 튜브 주변의 경계층을 파괴합니다. 격자 모양은 세로 방향의 벌크 흐름 패턴 외에도 국부적인 교차 흐름 요소를 유도하여 열 교환기의 열 전달 특성을 향상시킵니다.