열교환기

화학 공업에서 쓰이는 열교환기는 고온과 저온의 두 유체 사이에 열 교환이 이루어지도록 도와주는 장치이다. 열을 주고받는 데 있어 가장 간단하고 효율이 높은 방법은 직접 혼합하는 것이지만, 화학 공업에서 주로간접적인 방법을 많이 사용한다.

열교환기는 사용 목적에 따라 가열기(heater), 냉각기(cooler), 증발기(evaporator), 응축기(condenser), 재비기(reboiler) 등이 있다.

열교환기는 여러 가지가 있지만, 화학 공장에서는 주로 이중관식 열교환기, 다관식 열교환기를 많이 사용하고 있다.

(1) 이중관식 열교환기

이중관식 열교환기는 그림 1과 같이 한 유체가 관 속을 흐르고, 다른 유체는 관 사이의 고리 모양의 공간을 흐르면서 열교환이 이루어지는 구조로되어 있다.

이중관식 열교환기는 전열면적이 20㎡ 이하의 소형 열교환기로서 널리 사용된다. 구조가 간단하고 가격이 비교적 싼 편이며, 이중관 유닛의 수를 조합시켜서 전열 면적을 자유롭게 바꿀 수 있는 특징이 있다.

열교환기 내의 이중관에서 유체의 흐름 방향은 그림 2와 같이 향류와 병류가 있다.                         

                                                                                                     그림 1 이중관식 열교환기

그림 2  향류와 병류에서의 온도 변화

고온 유체와 저온 유체가 열교환기의 서로 반대쪽으로 들어가서 반대쪽으로 나오는 흐름이다.

그림 2 향류

고온 유체와 저온 유체가 열교환기의 같은 방향으로 들어가서 같은 방향으로 나오는 흐름이다.

그림 3 병류

병류인 경우에는 초기 온도차가 커서 열전달 속도가 크므로 급속한 열전달을 하고자 할 때나 특수한 경우에만 사용한다. 반면 향류인 경우에는 병류와 달리 장치 양 끝의 온도차가 그리 크지 않고 비교적 비슷한 온도차를 보이므로 모든 장치에 걸쳐 열전달을 하고자 할 때 효율이 좋다. 따라서 공업적으로는 열 경제성을 고려하여 향류가 많이 쓰이고 있다.