Abstract
The early development and use of plate heat exchangers (PHE) were in response to stringent statutory requirements from dairy products in the late 19th century, but PHEs were not exploited commercially until the 1920s. Since then, although the basic concept of PHEs has changed little, its design and construction have progressed significantly to accommodate higher temperatures and pressures, as well as large heat exchanging capacities. The development of current chevron-type corrugated heat plates has been ongoing since the oil shock in the 1970s to improve energy efficiency. The development trend of PHEs is consistent with the development of larger heat plates with better thermal efficiency, lower pressure drop, and good flow distribution. In this study, the thermal performance of small heat plates (PHE-S) and large heat plates (PHE-L) with the same plate depth and corrugation pitch were analyzed experimentally for each channel (H, M, and L type) to suggest development directions of heat plates. The test results showed that for the convectional heat transfer coefficient, the PHE-S was on average, 16.5% higher in the H type, 25% higher in the M type, and 40% higher in the L type than PHE-L. In the case of the pressure drop, the PHE-S was 19% higher in the H type, 46% higher in the M type, and 61% higher in the L type than PHE-L. These results were attributed to the differences in fluid distribution areas between the PHE-S and PHE-L, among other potential causes.
판형 열교환기의 초기 개발 및 사용은 19세기 후반 유제품 내 존재하던 각종 바이러스의 살균에 대한 엄격한 법규 대응을 위해 시작되었고, 1920년대가 되어서야 본격적으로 상업화되었다. 이후 판형 열교환기의 기본 컨셉은 지금까지도 거의 변화가 없었지만, 고온, 고압 그리고 대용량 열교환에 적용되기 위해 설계 및 제작 방법들이 혁신적으로 발전하여 지금에 이르게 되었다. 현재의 형태와 같은 쉐브론 타입 주름 전열판의 개발은 1970년대 후반 오일 쇼크 이후 에너지 합리화 및 에너지 효율 향상을 위한 요구들이 강하게 제기되면서 시작되어 지금에 이르고 있다. 판형 열교환기의 개발 트렌드는 전열 효율이 좋으면서 압력강하가 낮고 또한 유체 분배가 잘되는 대형 전열판의 개발과 일치한다. 본 논문에서는 전열판 개발방향을 제시하고자 동일 골깊이와 주름피치를 가진 소형 전열판과 대형 전열판의 열성능을 각 채널(H, M, L type)별로 실험적으로 비교, 분석하였다. 실험결과, 대류열전달계수의 경우, 소형 전열판이 대형 전열판에 비해 H type의 경우 평균 16.5%, M type의 경우 25%, 그리고 L type의 경우 약 40% 정도 더 높았다. 압력강하의 경우는 소형 전열판이 H type의 경우 평균 19%, M type의 경우 46%, 그리고 L type의 경우 약 61% 정도 더 높은 것을 알 수 있었다. 이는 여러 예상되는 요인들 중 두 전열판의 유체분배부 차이에 의한 것으로 판단되었다.