판형 열교환기에서 전열판의 형상에 따른 열전달 특성에 관한 연구

도태완 동아대학교 대학원 2012 국내석사

판형 열교환기에서 전열판의 형상에 따른 열전달 특성에 관한 연구 A Study on the Characteristics of Plate Heat Exchanger with the Corrugation Shape and Angle 기계공학과 도 태 완 지도교수 김 시 범 현재까지 판형열교환기(Plate heat exchanger)의 열전달 특성에 대한 연구에 있어서 실험적으로나 수치해석적인 방법으로 다양하게 이루어져 왔다. 판형 열교환기는 1930년대에 최초로 제작되어 실용화되기 시작하였으며 주로 식품산업의 열처리에 많이 사용되었지만 1950년대 반 가공기술이 발달과 주름진 평판의 도입으로 판의 무늬 방향을 서로 엇갈리게 번갈아 배치함으로써 내부 유로의 간격이 좁아져 적은 레이놀즈수 에서도 난류 형성을 촉진하여 작은 체적 내에서도 높은 열효율을 얻을 수 있었기에 그 간 많은 연구 및 개발이 진행되어 왔었다. 일반적인 판형열교환기인 쉐브론형 중에서 내부 열판의 패턴(Pattern)에 따라 여러 형태로 나뉘어 진다. 우리가 흔히 볼 수 있는 내부의 V형 패턴을 가지는 전열판을 헤링본 형태(Herringbone pattern)라하며 높은 전열계수와 높은 내압을 생성하는 특성을 가진다. 판형 열교환기는 전열판의 내부 주름각도(Corrugation angle)와 주름의 형상에 따라 다양한 성능과 압력강하(Pressure drop) 특성을 가지게 된다. 기존의 판형 열교환기의 수치해석은 간단한 특성을 연구함에 있어서도 모델링 작업과 계산에 있어 많은 소모시간이 필요로 하였다. 이에 반해 본 연구 에서는 모델링의 단순화를 통하여 판형 열교환기의 특성을 연구 하는데 있어 보다 편리하고 효율적이게 판형 열교환기의 특성을 연구하고 실제 모델과의 수치해석 근접성을 해석하여 보다 편리하고 효율적인 방법으로 열교환기의 특성을 연구하였다. 본 연구에서는 판형열교환기 중 쉐브론형 판형열교환기 중 헤링본 형태의 판형열교환기 내부 주름각도(Corrugation angle), 주름피치(Corrugation pitch)에 따른 입·출구측 온도차(), 내부 압력강하량(), 전열판의 전열면적(), 전열판에서의 열전달계수()의 변화에 관한 열전달 특성을 상용프로그램인 ANSYS CFX V12.0을 사용하여 연구하여 고찰하였다. 연구결과, 단수개의 전열판과 그 위를 지나는 두 개의 유체를 모델링하여 해석하는 방법은 판형 열교환기의 열전달 특성 연구를 수행할 때 나오는 결과 값은 신뢰성을 가졌고, 열전달 성능 향상을 위하여 주름피치를 과도하게 축소하게 되면 그에 따른 압력강하량 증가를 동반 하였다. 주름각도의 변화에 따른 열전달 특성들은 150°를 기준으로 150°에 근접 할수록 열전달계수의 향상과 온도 변화량의 증가를 확인 하였다. 내부 압력 강하량 또한 150°에 근접 할수록 증가 하는 것을 확인하였다. 이에 반해 열전달 면적은 90°에 근접 할수록 증가 하는 것을 확인하였다. 주름각도의 변수를 제외한 나머지 변수를 배제할 경우 150°에서 열전달 성능이 가장 우수함을 확인 하였다. 열전달 성능이 향상될수록 내부 압력 강하량의 증가를 동반 한다는 것을 확인 하였다. 주요어 : 판형열교환기(Plate Heat Exchanger), 주름각도(Corrugation angle), 주름피치(Corrugation pitch), 쉐브론형(Chevron-type), 전열판(Plate), 압력강하량(Pressure drop), 열전달계수(Heat transfer coefficient)

용접식 판형열교환기의 열전달 및 압력강하 특성에 관한 실험적 연구

정종윤 경희대학교 2010 국내석사

흡수식 시스템의 용액 열교환기는 주로 쉘앤튜브(Shell & Tube) 방식을 채택하고 있으나, 열교환 효용도가 그리 높지 않아 그 성능 향상에 한계가 있다. 또한 이를 보완하기 위해 튜브를 가공하는 경우, 제작비용에 비해 효율성이 그리 크지 않으며, 장시간 운전시 파울링 효과에 의해 성능이 저하됨으로써 효과적이지 못하다. 그러나 판형 열교환기의 경우 내부의 파울링 효과가 쉘앤튜브에 비해 대략 50~100배 이상 감소하므로 이에 따른 성능저하를 최소화 할 수 있으며 열교환 효용도 또한 월등히 앞서 냉동기의 성능향상과 재료비의 감소에 따른 원가 절감이 가능하다. 판형 열교환기에는 가스켓, 브레이징, 용접형 등이 있으며 이 중 개스킷타입의 경우 고 진공상에서 운전되는 흡수식시스템에는 적합하지 않으며 브레이징 타입과 용접형 타입이 흡수식 시스템에 적용이 가능하다. 하지만 브레이징 타입의 경우 좋은 열전달 성능을 갖는 반면 용량이 커질 경우 제작을 위한 로의 크기 또한 커져야 하므로 제작비의 상승에 대한 문제를 안고 있으며, 국내기업의 제작수준도 외국 유수기업에 비해 많이 미흡한 편이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고자 브레이징타입과 유사한 성능을 가지며 저가로 생산이 가능한 용접형 판형 열교환기 개발을 위해 90%이상의 효용도를 갖는 A사의 브레이징 타입과 국내 S 기업에서 제작한 쉐브론 엠보싱 판형열교환기, W형 판형열교환기의 성능을 비교하고, 최적의 성능을 갖는 열교환기 개발을 위해 3가지 제작법을 고안하여 실험을 수행하였다. 본 연구를 통해 브레이징 타입과 유사한 열교환 효용도를 갖는 열교환기는 W형 판형열교환기임을 알 수 있었으며, 효용도는 약 93%에 도달 하였다. 또한, W형 전열판을 적용하여 고온 및 저온 용액 열교환기를 제작하여 성능실험을 수행하고 열전달 및 압력강하 상관식을 도출하였으며, 유량이 증가할수록 열전달 성능이 증가하고, 마찰계수가 감소함을 알 수 있었다. Experimental study was carried out to examine the performance of welded type plate heat exchangers(PHE) for absorption application and to quantify the effects of the manufacturing method, the gap of each plate on the heat transfer coefficient and the pressure drop in the plate heat exchangers. Two different plate heat exchangers were developed and eight PHEs were tested for performance evaluation. In this study, the experiment is performed by the following four steps. The first step is to find a suitable type of plate. In this study, two different types are considered : the chevron embossed and the W pattern. The second step is to find an optimum manufacturing method for the welded type PHE. In this step, three different manufacturing methods are devised. The heat transfer and pressure drop characteristics of three different PHEs are tested. The third step is to examine the effect of the gap distance between the two plates on the performance of the PHEs. And the final step is to test the welded type high and low temperature solution heat exchanger(SHX). Also the correlation of Nusselt number and Fanning friction factor coefficient are developed. Each PHE is tested by controlling mass flow rate and inlet temperatures. The working fluid is water and the inlet temperature conditions are calculated by a fixed Prandtl number and the inlet flow rate is calculated by a fixed Reynolds number to compare the performance of each PHE. From the first step, it is found that the W type welded plate heat exchanger is more suitable than the chevron embossing type. It is also found that the Method - 3 is the best manufacturing method. From the third step, it is found that the effect of a smaller gap gives a better heat transfer performance. It is also found that the heat transfer and pressure drop performances increase linearly with increasing Reynolds number. Finally, the Nusselt number and Fanning friction factor correlations are developed of which error band is ± 10%. These results provide a guideline to apply the welded PHE for the solution heat exchanger of absorption system.

흡수식시스템 적용을 위한 판형열교환기의 열전달

박중하 경희대학교 2008 국내석사

The characteristics of heat transfer and pressure drop in plate heat exchangers for absorption refrigeration applications are studied experimentally and numerically. The computational fluid dynamics (CFD) simulation results are compared with the experimental results. A commercial CFD software package, FLUENT 6.2 has been used to predict the characteristics of heat transfer, pressure drop and flow distribution in plate heat exchangers. In this paper, a welded plate heat exchanger with the plate of chevron embossing type is tested by controlling mass flow rate, solution concentration, and inlet temperatures of cold side. The working fluid is H₂O/LiBr solution with the LiBr concentration of 50 ~ 60 % in mass. It is found that the solution temperature difference decreases with increasing the mass flow rate up to 1.6 kg/s~1.8 kg/s, after then it increases due to the flow pattern change from laminar flow to transition flow and turbulent flow at the given mass flow rate. It is also found that the elliptic embossing type and round embossing type gives a better heat transfer performance than the chevron embossing type under the same geometric and thermal conditions. It is concluded that the elliptic embossing type gives a better heat transfer performance and pressure drop characteristic than the other embossing types under the same geometric and thermal conditions. These results provide a guideline to apply the welded PHE for the solution heat exchanger of absorption systems. 흡수식 시스템에서 열교환기의 성능향상은 전체 시스템의 성능향상과 직결되기 때문에 흡수식시스템의 용액열교환기의 고효율화가 절실히 요구된다. 흡수식시스템의 용액열교환기의 성능을 향상시키기 위한 다양한 방법이 있지만 최근 들어 지금까지 주로 적용되어 온 쉘 앤 튜브(Shell & Tube) 열교환기에서 판형열교환기에 대한 제작기술 향상에 따라 용액열교환기에 판형열교환기를 적용하는 기술이 주목을 받고 있다. 최근에 이를 열효율이 높은 판형열교환기로 대체하는 방식이 제시되었으며 일본에서는 이미 개발이 완료된 상태이고 국내에서는 아직 연구가 진행 중에 있다. 판형열교환기의 열효율은 약 90 %정도로 기존의 쉘 앤 튜브(Shell & Tube) 열교환기의 60 %에 비해 매우 높고, 상대적으로 체적이 작아서 시스템의 용적을 줄일 수 있고 열교환 효율을 높여 제작단가 감소와 성능 향상이라는 두가지 효과를 동시에 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 아직까지 국내에서는 다른 공조기기에 비해 상대적으로 낮은 압력에서 작동하는 흡수식시스템의 용액열교환기의 허용압력조건과 고온특성에 맞는 판형열교환기의 제작기술이 많이 부족한 상태이며, 이에 대한 연구도 아직 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 210 RT급 이중효용 H₂O/LiBr 흡수식 시스템의 용액열교환기용 판형열교환기를 새로운 타입인 용접타입의 쉐브론 엠보싱 형상의 판형열교환기를 직접 제작하여 열전달 특성과 차압특성에 관한 실험을 하였다. 또한 실험과 함께 쉐브론 엠보싱형상과 타원형, 원형 엠보싱형상의 열전달 및 차압특성에 대한 비교분석을 위해 상용 해석프로그램인 FLUENT를 이용하여 수치해석을 수행하고, 실험결과와 수치해석 결과를 비교분석을 통하여 수치해석 프로그램에 대한 검증과 함께 실제 흡수식 냉동기의 용액열교환기에 적용 가능한 판형열교환기의 기초 데이터로 활용하고자 하였다. 본 연구를 통해 210 RT급 이중효용 H₂O/LiBr 흡수식 시스템에 적용 가능한 용액열교환기에 대한 열전달 및 압력강하에 대한 실험적 상관식을 도출하였으며, FLUENT를 이용한 수치해석 작업을 통해 210 RT급 이중효용 H₂O/LiBr 흡수식 시스템의 용액열교환기에 적용 가능한 최적의 판형열교환기 형상을 도출하였다.

증발형 담수장치에 사용되는 판형열교환기의 탈설계 성능해석

한동원 동의대학교 대학원 2003 국내석사

증발형 담수장치(이하 조수기)는 고온의 엔진 냉각수에서 방출되는 열을 이용하여 선박운영에 필요한 물을 공급함과 동시에 냉각수의 온도를 낮추는 역할을 하는 필수적인 기계이다. 국내 열교환기 업체에선 이러한 조수기에 사용되는 판형열교환기의 정확한 성능평가 및 성능예측에 대한 자료가 미비한 실정이다. 이 연구에서는 기존에 있는 판형열교환기에 대한 이론 및 설계기술을 적립하고, 성능 예측 과정을 전산화 하였다. 또한 작동 조건 변화에 따른 탈설계 성능을 예측, 분석하였으며 실제 성능실험 자료와 비교하여 타당성을 검증하였고, 또한 판형열교환기의 탈설계 성능에 영향을 미치는 인자들인 판개수 증가, 고온측ㆍ저온측 유량 변화, 고온측ㆍ저온측의 입구온도 변화 등에 대하여 분석하였다. 고온측ㆍ저온측의 입구온도 변화, 즉, 단순히 온도변화만으로는 컴팩트한 열교환기에 대해 성능변화를 크게 일으키지 못한다는 것을 증명하였고, 고온측ㆍ저온측 유량변화는 압력강하에 큰 영향을 미치고 압력강하는 판형열교환기 전체 구동력인 펌프선정에 중요한 인자이므로 탈설계점 해석을 반드시 수행해야한다. 또한 판의 개수 증가는 열교환량의 증가와 압력강하의 감소를 가져오지만 판형열교환기 제작시 경제성과 연관되므로 탈설계점 해석을 통한 개수 선정이 중요하다. Design procedure for a plate-type heat exchanger in desalinator is set up using several correlations. The results are compared and verified through the off-design analysis and the experiment. The results show that the overall heat transfer coefficients are in good agreement. Also the off-design performance with the inlet water temperature and the flow rate are analyzed.

소형가스흡수식 냉·난방기에 적용되는 판형열교환기 개선을 위한 실험 및 수치해석 연구

전규형 서울산업대학교 2008 국내석사

ABSTRACT A Study on the Experiment and Numerical Analysis for the Plate Heat Exchanger Improvement Using The Absorption Chiller and Heater Kyu-Hyung Joen Supervisor Il-Young Kim Department of Housing Environmental Engineering Graduate School of Housing Seoul National University of Technology In this research, a PTHX for a 5 RT LiBr/H2O absorption chiller and heater is studied with experiment and numerical simulation. The PTHX consists of two heat exchanging circuits in one unit. The 1st circuit is a low temperature heat exchanger in which the low concentration solution exchanges heat with the high concentration solution. The 2nd circuit is a low temperature heat exchanger in which the low concentration solution exchanges heat with the medium concentration solution. Effects of various parameters such as channel shape and chevron angle are studied and a new design is suggested for improvement. (1) Heat transfer correlation Compared to test data, low concentration solution is 18% and high concentration solution is 5%. This error scope is quite appropriated. (2) Improvement Proposal The shape used before was triangle groove channel. Its chevron angle was 60. The shape used improvement proposal is triangle and half circle groove channel. Its chevron angle is 70. Compared before, Heat transfer rate increased 14.5% and pressure drop increased 36%. Suggested improvement Proposal is improved Heat transfer rate but pressure drop is not improved. So it will be need to additional study for reducing pressure drop. By this test, we confirmed that the more increases angle, the more increases Heat transfer rate and pressure drop. In the future, we are going to reduce test data and error scope by creating lattice like actual model. 본 연구는 소형가스흡수식 냉⋅온수기에 적용되는 기존 3.4 RT 모델에서 5 RT 모델에 적합한 판형열교환기를 설계하고 제작하여 성능시험을 수행하였다. 성능시험은 9가지 실험케이스를 통하여 유량의 변화에 따라 열량을 계산하고 예측되어진 이론값과 비교하였다. 전체적인 데이터를 적절히 통과하는 맞춤선 으로부터 데이터의 제곱편차의 합이 최소화되도록 하는 최소제곱법을 사용하여 예상되는 이론값과 실험값에 대한 열전달 상관식을 도출하였다. 또한 Fluent라는 수치해석프로그램을 이용하여 모양과 각도를 변화시켜 개선안을 제시했다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 열전달 상관식 도출 유량변화에 따른 9가지의 Case-study를 통하여 Empirical correlations(2002)의 상관식을 수정하여 실험값과 비교하였다. 아래의 식은 새로운 열전달 상관식으로서 저온부는 18%, 고온부는 5%의 오차범위로 잘 수렴하는 것을 확인 할 수 있다. 새로운 열전달상관식은 본 연구에서 사용되어진 판형열교환기에서만 적용이 가능하고 다른 열교환기는 적용이 불가하다. 추후 연구로 어느 형상이든 적용이 가능한 열전달상관식을 개발하여야 할 것이다. (2) 개선안 제시 Groove 형태에 따른 Case-study를 5가지 한 결과, Case-4(삼각형 + 반원형)가 기존형상에 비하여 열교환량은 4.76(%) 증가하였고, 압력강하는 45.13% 감소하여 열교환량은 높고, 압력강하는 줄어드는 가장 이상적인 형상으로 생각되어진다. Chevron angle에 따른 Case-study를 3가지 한 결과, 압력강하는 10% 미만으로 점차 증가하는 반면, 열교환량은 Case-3(70 〫)가 기존각도 대비 4.78(%)증가하여 다른 Case에 비해 가장 높아 이상적으로 생각되어진다. 기존에 사용했던 모양은 삼각형태의 그루브채널로 Chevron angle이 60〫이고, 개선안에서 도출된 모양은 삼각형태와 반원형을 합한 그루브채널로 Chevron angle이 70 〫로 도출되었다. 기존 안과 대비하여 열전달량은 14.5(%)가 증가 했고, 압력강하는 36(%)증가하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제시한 개선안은 열전달량은 향상된 반면에 압력강하도 같이 증가하여 압력강하를 줄일 수 있는 추가적인 연구가 필요하다. 판형열교환기의 입⋅출구 측의 포트부분을 생략하고 판 전체를 정확하게 모사하지 못하여 일부를 해석한 결과이지만 각도가 증가하고, 삼각 그루브 형태일 수 록 열전달량과 압력이 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 차 후 연구에서는 실제 모델에 가까운 격자를 생성하고 실험값과 오차범위를 줄이는 모델링 작업을 수행하여 실험결과와 비교가 수월하도록 해야 할 것이다.

실험적 모달해석을 이용한 브레이싱 판형거더의 구조성능평가

황민규 世明大學校 大學院 2009 국내석사

현대식 구조물들의 수명이 증가함에 따라 노후화로 인해 주변에 예상하지 못한 충격이나 진동이 구조물의 손상 및 파괴사고를 일으키는 원인이 될 수 있다. 이와 같이 구조물의 손상을 줄이고 수명을 연장하고자 안전성 평가와 구조물의 보강에 대한 중요성이 날로 커지고 있다. 본 연구에서는 구조물의 정확한 동적특성을 파악하기 위해 브레이싱 판형거더를 적용한 장평천 1교를 1/4 스케일로 축소 모형을 제작하여 진동실험을 하였다. 구조물의 동적특성을 정확히 파악하고, 보다 신뢰성 있는 결과를 확보하기 위해 실험적 모달해석 결과를 유한요소해석 결과와 비교하여 얻어낸 MAC(Modal Assurance Criterion)을 통해 두 해석 결과의 일치여부를 확인하였다. 이때 구조물의 제원을 변수로 정하여 민감도 해석을 이용한 모델 보정(Model Updating)이 수행되었다. 또한 판형거더의 손상 유무를 판별하기 위해 브레이싱의 일부를 제거하여 고유진동수와 모드형상을 평가하였으며, 손상 전 판형거더에 대해 모델보정을 수행한 결과와 비교하면 다음과 같이 요약될 수 있다. (1) 1/4 축소 모형 판형거더의 실험적 모달해석과 유한요소해석은 상호간의 동적특성이 다르다는 것을 확인하였다. (2) 전체 브레이싱 판형거더와 브레이싱 제거한 판형거더의 모델보정에 있어서 거더와 거더를 연결하는 브레이싱의 변수 값이 가장 크게 영향을 미치며, 이 때 각 브레이싱에 적용되는 변수 값은 변하게 된다. (3) 손상 전 모델의 굽힘과 비틀림 모드형상과 비교할 경우 브레이싱의 제거로 인해 비틀림 모드형상이 더욱 왜곡(distortion)된 형태로 나타나게 되어 손상에 대한 거동을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 실험과 해석 상호간 각각의 모델이 가지고 있는 부재의 변수로서 모달 매개변수에 미치는 영향과 손상 전과 후에 따른 명확한 모드형상을 찾는 것이 중요하는 것을 보여주고 있다. The objective of this study is to evaluate the dynamic characteristics of the braced plate girder by experimental modal analysis. A cornerstone of this work is that indoor modal testing of real railway bridge's one-fourth scale model is performed for testing of the full-scale railway bridge structure exposed in open-space environments. MAC(Modal Assurance Criterion) is adopted for presenting model updating process of the finite element model. A sensitivity of various influence factors is analyzed and quantitative damage is obtained. The braced damages are simulated by removing the member within structures, showing the variations of frequencies and mode shapes. According to the modal analysis which were performed in this study, the results summarized as followings: 1. The differences of dynamic characteristics are founded between experimental modal analysis and finite element analysis of an one-forth scale braced plater girder. 2. The correlations of experimental and analytical modal parameters are investigated by setting the modulus of elasticity and cross-sectional area of the bracing as parameters. 3. The torsional mode of the damaged structure is seen to be distorted when comparing with the torsional mode of the original structure.

스팀 열회수용 용접형 판형 열교환기의 최적설계 및 실험적 실증 연구

김병련 전북대학교 일반대학원 2016 국내석사

현재 사용되는 판형열교환기의 쉐브론 모양에 따라 열전달, 차압에 미치는 영향을 CFX 해석 프로그램을 통해 최적화 하여 실제 판형으로 제작하여 실험 하여 신뢰성을 확보하였고 열회수기에 쓰이는 판형열교환기의 최적화를 위해 기존에 사용 되어 지고 있는 판형의 쉐브론 모양을 해석하여 보다 높은 효율을 위해 연구하였다.

판형 열교환기의 열전달 향상을 위한 딤플의 형상 및 배열에 대한 수치해석적 연구

김성준 동아대학교 대학원 2015 국내석사

최근 고도의 산업화가 가속화되면서 전자 및 기계장치들의 크기가 더욱 소형화되고 단위면적당 전열량이 매우 커지고 있는 실정이며 공간의 제약성에 따른 문제가 발생되면서 판형열교환기의 연구가 증가되고 있다. 판형 열교환기는 열전달율이 우수하고, 경량이며 효율적인 공간 사용과 간편한 유지 보수 그리고 안정적인 운전 조건의 장점을 가지고 있다. 판형열교환기의 열전달 성능을 높이는 방법으로 열교환기 관내 유동간섭물이 부착되는 방법이 있다. 유동간섭물은 유동을 교란시켜 유동왜곡과 2차 유동을 생성시키고 열경계층을 깨뜨리므로 국소적으로 또는 전체적으로 열전달을 향상시킨다.일반적인 유동간섭물로 딤플형이 있으며, 딤플의 형상 및 배열에 따라 다양한 성능과 압력강하 특성을 가지게 된다. 현재까지 많은 분야에서 딤플형 판형 열교환기에 대한 실험적으로나 수치해석적 방법으로 다양하게 연구되어왔다. 하지만 본 연구에서는 실험계획법을 이용하여 딤플형 판형열교환기의 설계주요인자를 설정하여 그에 따른 수치해석적 연구를 통해 딤플형 판형열교환기의 열전달 성능에 영향을 미치는 최적의 인자에 대하여 연구하였다. 본 연구에서는 판형열교환기 중 딤플형 판형열교환기의 형상 및 배열에 따른 입·출구 온도차(△T), 입·출구 압력강하 (△P), 내부 유체의 전열면적(A), 전열판 중심에서 딤플과 딤플사이의 열전달계수(h)에 대한 열전달 특성을 수치해석 상용프로그램인 ANSYS CFX V14.0을 사용하여 연구 결과를 고찰하였다. 연구결과, 실험계획법을 사용하여 27번의 실험을 9번의 실험으로 축소시킬 수 있었으며, 분산분석을 통해 본 연구의 열전달 특성에 유의한 인자를 확인 하였다. 또한 딤플의 종·횡거리와 딤플의 높이를 변화하여 해석한 결과, 종·횡 거리가 줄어들수록 전열면적이 증가하여 온도차가 증가하였고, 높이는 증가 할수록 전열면적이 증가하고 온도차가 증가하였다. 고온·저온 온도변화, 압력강하, 열전달계수는 딤플의 높이에 많은 영향을 받고 전열면적은 횡거리와 높이에 많은 영향을 받는다. 이를 통해 딤플의 열전달 특성은 종·횡거리 보다는 딤플의 높이에 영향을 많이 받는 것을 확인하였다. 본 연구에서 딤플형 판형 열 교환기의 설계시 딤플의 횡거리는 13mm 종거리 12mm 딤플의 높이 2.5mm를 가지는 전열판이 열전달 성능이 가장 우수하다. 주요어 : 판형열교환기(Plate Heat Exchanger), 딤플형(Dimple Type), 전열판(Heat plate), 형상(Shape), 배열(Arrangement), 압력강하(Pressure drop), 열전달계수(Heat transfer coefficient)

판형열교환기의 기구적 설계변수에 따른 열전달 및 압력강하 성능특성에 관한 연구

손재욱 高麗大學校 大學院 2012 국내석사

In the 1930s, Plate type heat exchangers were initially developed for the pasteurized liquid food domain which mostly required hygienic applications. In the 1950s, chevron type channels were employed in the design of plate heat exchangers to achieve enhanced heat transfer. The heat transfer characteristics of the chevron plate type heat exchanger are quite different from flat plate type and conventional shell & tube heat exchangers because of flow interruption including recirculation and reattachment. Chevron type channels interrupt the thermal boundary layer and increase the convection heat transfer coefficient. Chevron type plate heat exchangers are characterized by low volume/surface ratio (compactness), high overall heat transfer coefficient and low production and operational costs compared to the flat type and conventional shell & tube heat exchanger. Therefore, the use of chevron type plate heat exchangers has increased considerably and they are now accepted as standard heat transfer equipment in a broad range of heating and cooling applications. In order to reduce cost and installation area of the plate heat exchangers, it is required to improve heat transfer efficiency and maximize the capacity of a single heat exchanger. Many investigators have reported thermal-hydraulic characteristics of the chevron type plate heat exchangers and correlations predicting the performance of the plate heat exchanger. Even though the studies on the plate heat exchangers have been performed by many researchers, the studies on the geometric parameters except chevron angle are very limited in open literature. In addition, there is still a lack of simulation algorithm studies for the plate heat exchangers. In this study, the effects of the geometric parameters on the heat transfer and pressure drop characteristics of the plate heat exchangers were investigated experimentally by varying the chevron angle, corrugation length, corrugation depth, and the number of plate. Based on the experimental results, empirical correlations were proposed. As a result, more than 95% predictions by the correlations showed relative deviations less than ±10% as compared with the measured data. Also, a simulation program was developed using the characteristics of plate heat exchanger structure, algorithm and correlations.

쉐브론각이 브레이징 판형 열교환기의 성능 및 수명에 미치는 영향

유진 충남대학교 대학원 2012 국내석사

The purpose of this study is to understand how chevron angle is contributing to the performance and life-cycle of the brazed plate heat exchanger. Heat transfer and pressure drop test has been performed for performance depending on the change of flowrate and thermal shock test to predict operating life of brazed plate heat exchanger by using theoretical acceleration life model. In this study, three types of plate heat exchangers with different chevron angles are inclined to increase heat transfer rate and pressure drop as the flowrate increases. And the test shows that heat transfer rate and pressure drop of High theta type are higher than the rest of them. The effectiveness meaning efficiency of the heat exchangers is inclined to decrease as the flowrate increases and evaluated about High theta type 0.80, Mixed theta type 0.68, Low theta type 0.42 at the flow rate 12.6 l/min, respectively. The two types, High theta and Low theta, go through the accelerated life test about 3 times of working condition and identified same failure mode to working condition. All of these are possible to predict the life-cycle of the brazed plate heat exchanger. High theta and Low theta type performed the accelerated life test are quite different in durability and Scale Parameter(η) and Mean Time To Failure (MTTF) of High theta type are 4.6 times and B10 life of it is 4.5 times higher than Low theta type. Also, overall heat transfer coefficient measured by the breakdown of High theta type is decreased by 10 percent and effectiveness of it is decreased by 2 percent at the flowrate 12.6 l/min, respectively.