열 교환기는 한 장소에서 다른 장소로 열을 전달하도록 설계된 장치입니다. 이들의 기능은 뜨거운 물이나 증기와 같은 액체에서 열을 추출하여 찬물이나 공기와 같은 다른 액체로 전달하는 것입니다. 열이 한 유체에서 다른 유체로 전달되는 과정을 열 전달이라고 합니다. 열교환기는 공장, 발전소, 심지어 우리 집 등 많은 장소에 적용되기 때문에 매우 중요합니다. 그 아래에서는 이러한 시스템의 열을 어떻게 관리할 수 있을까요?
열교환기 뒤에 있는 작동 메커니즘을 명확하게 파악하기 위해 전달 작동 방식에 대해 몇 가지 설명합니다. 열은 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 흐르는 에너지의 한 형태입니다. 예를 들어, 뜨거운 난로를 만지면 난로에서 손으로 열이 전달되어 따뜻함을 느끼게 됩니다. 뜨거운 표면을 조심해야 하는 이유는 다음과 같습니다. 열 전도, 대류 및 복사의 이동에는 세 가지 메커니즘이 있습니다.
대류는 공기나 물과 같은 유체가 이동하면서 열이 운반될 때 발생합니다. 열교환기와 같은 다양한 유형의 장치의 경우 매우 중요한 열 전달 메커니즘입니다. 예를 들어, 뜨거운 물은 열교환기를 통해 흐르고 대류에 의해 열교환기를 통해 흐르는 찬물과 함께 열을 떨어뜨립니다.
이는 복사라고 불리는 열 전달 과정으로, 물체 사이에 직접적인 접촉이 없이 발생합니다. 예를 들어, 간단한 방법으로 태양에 의해 지구가 어떻게 가열되는지 생각해 보세요. 이는 태양열이 우주를 통해 이동하기 때문입니다. 하지만 진공 상태에는 분자가 없기 때문에 우리에게 닿지 않고도 지구를 따뜻하게 해줍니다.
열교환기는 에너지 절약에 도움이 된다는 점에서 훌륭합니다. 그들은 뜨거운 액체에서 열을 추출한 다음 이를 차가운 액체로 흐르게 하여 에너지 손실 없이 그렇게 합니다. 프로세스 오븐에서 - 매우 명백하고 널리 사용되지만 열 교환기를 사용하면 약 25~35%의 에너지를 절약할 수 있습니다. 예를 들어 동일한 공장에서 여러 단계/레벨을 통과하는 물을 가열하는 공장에서는 이제 첫 번째 단계가 뜨겁기 때문에 차가운 네 번째 레벨이 가능하므로 히터 의무를 하나 더 피할 수 있습니다. 이렇게 하면 열에너지가 낭비되지 않아 월별 청구서가 크게 절약됩니다.
두 액체 사이의 온도 차이는 열 전달에 중요한 역할을 합니다. 온도차가 클수록 더 많은 열이 전달됩니다. 그렇기 때문에 적절한 온도차를 염두에 두고 열교환기를 설계하는 것이 중요합니다. 이는 열 교환기가 효과적으로 작동하는지 확인하기 위해 엔지니어가 중요한 고려 사항입니다.
특히 흥미로운 디자인은 마이크로채널 열 교환기입니다. 이러한 열 교환기를 사용하는 또 다른 방법은 너비가 몇 밀리미터에 불과한 작은 채널처럼 보이는 것입니다. 이러한 작은 채널은 면적 대 부피 비율이 높기 때문에 매우 작은 부피에서도 우수한 열 성능을 제공할 수 있습니다. 이는 이러한 종류의 열 교환에 이상적인 후보가 됩니다.