분야
docx2.1. Fin 설계에 필요한 가정
2.2. Fin 설계 방법
2.3. Fin 설계 결과
3. 결론 및 토론
석유화학 장치산업에서 제품의 생산원가를 절감하기 위해서는 열에너지를 효율적으로 사용해야 한다. 이것은 효율적인 연소뿐만 아니라 열 에너지의 효율적인 전달도 포함한다. Heater에서 불을 땔 때에 유분으로 전달되는 열이 많으면 많을수록 전체 연료비는 적어지고, 특히 뜨거운 제품의 유체의 열을 찬 흐름으로 효율적으로 전달해 주어야 제조원가를 낮출 수 있는 것이다. 그래서 근래에 들어 에너지의 효율적인 관리에 대한 요구가 극대화 되면서 열에너지의 중요성이 대두되고 있다. 그만큼 공정의 Flow를 구성하는 열 교환기의 중요성이 갈수록 증가하고 있다.
화학공학 실무에 흔하게 쓰이는 뜨거운 유체와 찬 유체가 고체 벽으로 분리되어 있는 열 교환기에서 전달되는 열은 응축 또는 증발과 같이 상 변화를 수반하는 잠열 이거나 또는 상 변화 없이 유체온도의 상승 또는 하강으로부터 오는 현열이다. 기본적으로 이러한 열 전달은 대류를 통해 이루어진다. 왜냐하면 내부를 흐르는 물질이 유체이기 때문이다. 이러한 대류는 면적과 열 전달 계수 그리고 온도 차에 의해 결정되는데 열 교환기는 열 전달 면적과 열 전달 계수를 변화시킬 수 있다.
그런데 두 유체 흐름 중 하나가 다른 것에 비해 아주 낮은 열 전달계수 값을 가질 때 열 교환에 어려운 문제가 일어난다. 한 전형적인 사례는 응축되는 수증기에 의하여 Ammonia와 같은 고정 기체를 가열하는 것이다. 수증기에 대한 계수는 Ammonia흐름에 대한 계수보다 100 ~ 200배 크다. 결과적으로 총괄 계수는 필연적으로 Ammonia의 계수와 같아지게 되고, 단위 가열 표면적 당 용량은 낮아지게 되며, 해당 용량에 대처하려면 아주 긴 관이 요구된다. 같은 문제의 또 다른 형태는 점성 액체를 가열하거나 냉각하는 데에서, 또는 저 유속의 액체흐름을 처리하는 데에서 나타나는데, 이것은 층류에서는 열 전달속도가 낮기 때문이다. 이러한 사례에서 공간을 아끼고 장치 비용을 절감하기 위하여 확장 표면(Extended surface)이라 하는 열 교환 형태가 개발되었는데, 이것은 관 외부 면적이 핀(fin), 대못(peg), 원판(disk) 및 기타의 부가물에 의해 증가 또는 확장된 것이다. 그래서 유체와 접촉되는 외부 면적은 내부 면적보다 훨씬 커지게 된다. 이 때 낮은 계수를 갖는 유체흐름이 확장표면과 접촉하게끔 관 외부를 흐르게 하고, 반면 큰 계수를 가진 다른 유체는 관 안을 통과하도록 한다.
