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콤팩트 열교환기의 압력강하 및 열전달 특성 연구동향

전문가 제언: ○ 열교환기는 한 매체로부터 다른 매체로 효율적으로 열을 전달하는 장치이다. 열전달 면적을 증가시킨 콤팩트(compact)한 열교환기는 전열 면을 눌러서 주름진 모양으로 도드라지게 만든 금속판으로 구성되어 있다. 판은 좁은 통로로 주름진 모양의 경계를 가지도록 조립되어 있다. 이런 형식의 열교환기는 높은 열적 효과와 매체 간의 온도차를 좁힐 수 있으며, 검사와 청결을 용이하게 할 수 있다. 콤팩트 열교환기의 성능을 평가하기 위해서는 열전달계수와 압력강하의 예측이 필요하다.
○ 콤팩트 열교환기는 지난 20년간에 걸쳐 나노기술, 연료전지기술 등과 함께 효율, 공간 및 비용 측면에서 상당히 개선되었다. 그러나 열 교환 성능을 더욱 향상시키기 위해서는 더욱 콤팩트한 열교환기가 필요하다. 콤팩트 열교환기는 많은 수의 채널을 가지는 특징이 있으며 체적 당 열전달 면적(400평방미터/입방미터 이상, 수력직경 6mm)이 높고 정교한 제작기술이 필요하다. 현재의 개발목표는 더욱 높은 열전달밀도(3,000평방미터/입방미터, 수력직경 1mm)의 마이크로 열교환기이다.

○ 고성능 열교환기의 개발에서 장애요소는 오염(fouling)과 청결 가능성, 내구성, 안전성(특히 고온, 고압 적용 시), 설계 가능성 등이다. 그러나 지속적인 연구, 고성능 기기 개발을 위한 노력, 그리고 기술개발의 성공 경험 등의 데이터베이스를 축적하면 투지비와 운영비를 절감할 수 있는 고성능 열교환기를 개발해낼 수 있을 것이다.

○ 콤팩트 열교환기에 관한 연구는 세계적으로 비교적 활발히 수행되고 있으며 많은 연구결과가 북미와 유럽에서 격년으로 번갈아 개최되는 국제회의(International Conference on Compact Heat Exchngers for Process Industries)에 발표되고 있다. 우리나라의 연구자들도 2, 3편의 연구결과를 발표한 바 있다.

○ 콤팩트 열교환기의 설계와 관련된 상관관계식은 많으나 상관관계식과 실험결과 사이의 편차가 크기 때문에 설계자들은 최선의 값을 선택하기가 어렵다고 한다. 앞으로 당면한 문제는 더 정밀한 설계가 가능한 상관관계식의 개발이다.

저자: L. Sheik Ismail, R. Velraj, C. Ranganayakulu
자료유형: 학술정보