에이 교차 흐름 열교환기 두 유체가 서로 직각(수직)으로 흐르도록 하여 작동하며, 일반적으로 한 유체는 튜브를 통해 흐르고 다른 유체는 튜브 바깥쪽을 따라 흐릅니다. 핵심 원리는 열이 튜브 벽을 통해 한 유체에서 다른 유체로 전달된다는 것입니다. 작동 원리를 단계별로 설명하면 다음과 같습니다.
구성 요소:
- 튜브 사이드: 유체 중 하나가 튜브를 통해 흐릅니다.
- 쉘 사이드: 다른 유체는 튜브 번들을 가로질러 튜브 내부 유체의 흐름에 수직인 방향으로 흐릅니다.
작업 과정:
- 유체 유입구: 두 유체(뜨거운 유체와 차가운 유체) 모두 서로 다른 입구를 통해 열교환기로 들어갑니다. 한 유체(뜨거운 유체)는 관을 통해 들어가고, 다른 유체(차가운 유체)는 관 바깥 공간으로 들어갑니다.
- 유체 흐름:
- 튜브 내부를 흐르는 유체는 직선 경로나 약간 꼬인 경로로 움직입니다.
- 튜브 외부로 흐르는 유체는 튜브를 수직 방향으로 가로지릅니다. 이 유체의 경로는 교차류(튜브를 직접 가로지르는 흐름)일 수도 있고, 교차류와 역류가 혼합된 형태처럼 더 복잡한 형태를 가질 수도 있습니다.
- 열전달:
- 뜨거운 유체의 열은 튜브 벽으로 전달되고, 그 후 튜브를 가로질러 흐르는 차가운 유체로 전달됩니다.
- 열전달 효율은 두 유체 사이의 온도차에 따라 달라집니다. 온도차가 클수록 열전달 효율이 높아집니다.
- 콘센트: 열 전달 후, 차가워진 뜨거운 유체는 한 쪽 출구로 나가고, 따뜻해진 차가운 유체는 다른 쪽 출구로 나갑니다. 이 열교환 과정은 두 유체가 열교환기를 통과할 때 온도 변화를 초래합니다.
디자인 변형:
- 단일 패스 크로스플로우: 한 유체는 튜브를 가로질러 한 방향으로 흐르고, 다른 유체는 튜브를 통해 이동합니다.
- 멀티패스 크로스플로우: 튜브 내부의 유체는 여러 번 흐르면서 외부 유체와의 접촉 시간을 늘리고 열 전달을 개선할 수 있습니다.
효율성 고려 사항:
- 직교류 열교환기는 일반적으로 역류 열교환기보다 효율이 낮습니다. 두 유체 사이의 온도 구배가 열교환기 길이 방향으로 감소하기 때문입니다. 역류 열교환기에서는 유체의 온도 차이가 더 일정하게 유지되어 열전달 효율이 더 높습니다.
- 그러나 교차 흐름 열교환기는 설계가 더 쉽고 공간이 제한적이거나 유체를 분리해야 하는 상황(예: 공기 대 공기 열교환기)에서 자주 사용됩니다.
응용 프로그램:
- 공랭식 열교환기 (HVAC 시스템이나 자동차 라디에이터와 같은)
- 전자 장비의 냉각.
- 환기 시스템용 열교환기.
따라서 역류 열교환기만큼 열 효율이 좋지는 않지만, 횡류 설계는 다용도로 활용 가능하며 단순성이나 공간 절약이 중요할 때 일반적으로 사용됩니다.