게시판 > 질답게시판 > [질문] 열교환기 조건 변화와 성능

스테파노 Stefano

13-05-29 19:14

(1) 열교환기에서는 두가지의 법칙이 필히 지배적으로 적용되는데...
하나는 열수지가 맞아야 하고 다른 하나는 열전달에 제한되는 것입니다.

전자의 경우의 내용은: (Cold Fluid가 얻은열) = (Hot Fluid가 잃은 열)을 의미합니다.
후자의 경우 전열된 양을 기준으로: (Cold Fluid가 단위시간에 얻은열량)=(Hot Fluid가 단위시간에 잃은 열량)

첨자 1, 2를 각각 Cold Fluid, Hot Fluid라고 하고 Mass Flow m1,m2, Specific Heat Cp1, Cp2, Fluid의 입출구 온도차 Δt1, Δt2로 나타내고
열수지를 수식으로 나타내면..
m1*Cp1*|Δt1| = m2*Cp2*|Δt2| ....(1)

열전달제약요소는 열교환기의 열전달 대수평균온도차 LMTD와 열전달계수 U 및 전열면적 A에서 전달되는 양을 초과할 수 없다는 것을 의미합니다.
m1*Cp1*|Δt1| = m2*Cp2*|Δt2| = U*A*(LMTD) = q kcal/h....(2)

(2) 질문으로 돌아가서..
Cold Fluid Inlet 입/출구 온도가 160/300도 일경우 Cold Fluid가 얻은 열량은 m1*Cp1*(300-160) = 140* m1*Cp1 ...(3)
Cold Fluid Inlet 입/출구 온도가 130/300도 일경우 Cold Fluid가 얻은 열량은 m1*Cp1*(300-130) = 170* m1*Cp1....(4)

Hot Fluid Inlet 입/출구 온도가 320/190도 일경우 Hot Fluid가 잃은 열량은 m2*Cp2*(320-190) = 130* m2*Cp2 .....(5)

위의 (3)과 (4)의 경우 열량이 달라졌습니다. 냉각수가 얻은 열량이 21.4% 정도 늘어났습니다. 그리되면 Hot Fluid의 열량은 공급온도가 늘질 않으면 안됩니다. Hot Fluid 출구 온도 190도가 불변이라면 Hot Fluid 공급온도는 130도*21.4%=27.86도 더 높게 공급되어야 합니다. 즉 320+27.86 = 347.86도로 공급되어야 합니다.

(3) Hot Fluid의 온도가 달라지지 않고 Hot Fluid의 공급온도가 동일하다면 유량이 늘어야 하고 전열면적과 LMTD및 전열계수를 곱한 값이 열수지에서 계산된 열량값과 맞지 않으면 안됩니다.

즉 (2)식이 만족되지 않으면 불가능한 일이 됩니다.

(1) 열교환기에서는 두가지의 법칙이 필히 지배적으로 적용되는데...
하나는 열수지가 맞아야 하고 다른 하나는 열전달에 제한되는 것입니다.

전자의 경우의 내용은:                   (Cold Fluid가 얻은열) = (Hot Fluid가 잃은 열)을 의미합니다.  
후자의 경우 전열된 양을 기준으로:  (Cold Fluid가 단위시간에 얻은열량)=(Hot Fluid가 단위시간에 잃은 열량)

첨자 1, 2를 각각 Cold Fluid, Hot Fluid라고 하고   Mass Flow m1,m2, Specific Heat Cp1, Cp2, Fluid의 입출구 온도차 Δt1, Δt2로 나타내고
열수지를 수식으로 나타내면..
m1*Cp1*|Δt1| = m2*Cp2*|Δt2|  ....(1)

열전달제약요소는  열교환기의 열전달 대수평균온도차 LMTD와 열전달계수 U 및 전열면적 A에서 전달되는 양을 초과할 수 없다는 것을 의미합니다.  
m1*Cp1*|Δt1| = m2*Cp2*|Δt2| = U*A*(LMTD) = q kcal/h....(2)

(2) 질문으로 돌아가서..
Cold Fluid Inlet 입/출구 온도가 160/300도 일경우 Cold Fluid가 얻은 열량은 m1*Cp1*(300-160) = 140* m1*Cp1 ...(3)
Cold Fluid Inlet 입/출구 온도가 130/300도 일경우 Cold Fluid가 얻은 열량은 m1*Cp1*(300-130) = 170* m1*Cp1....(4)

Hot Fluid Inlet 입/출구 온도가 320/190도 일경우 Hot Fluid가 잃은 열량은 m2*Cp2*(320-190) = 130* m2*Cp2 .....(5)

위의 (3)과 (4)의 경우 열량이 달라졌습니다.  냉각수가 얻은 열량이 21.4% 정도 늘어났습니다.   그리되면 Hot Fluid의 열량은 공급온도가 늘질 않으면 안됩니다.  Hot Fluid 출구 온도 190도가 불변이라면 Hot Fluid 공급온도는 130도*21.4%=27.86도 더 높게 공급되어야 합니다.  즉  320+27.86 = 347.86도로 공급되어야 합니다.  
 
(3) Hot Fluid의 온도가 달라지지 않고 Hot Fluid의 공급온도가 동일하다면 유량이 늘어야 하고 전열면적과 LMTD및 전열계수를 곱한 값이 열수지에서 계산된 열량값과 맞지 않으면 안됩니다.

즉 (2)식이 만족되지 않으면 불가능한 일이 됩니다.

장현수 jddast

13-05-29 20:22

제 생각에도 Cold in의 T가 줄어들었지만 Cold out T가 같다는 것은 Hot의 열량이 더욱 늘어야 할 수 밖에 없습니다. 즉, hot의 유량이 늘거나 공급온도가 높아져야 한다는 결론입니다. 아무래도 Cold outlet Temperature를 맞추기위한 Feedback controller가 Hot inlet에 설치되어있어 유량을 조작하지 않았을까 하는 예상입니다.