쉘 앤 튜브 열 교환기 또는 튜브 번들 열 교환기로도 알려진 관형 열 교환기는 쉘 내에 둘러싸인 튜브 번들의 벽면을 열 전달 표면으로 사용하는 벽간 열 교환기의 한 유형입니다. 가장 일반적인 벽간 열교환기입니다. 다음은 해당 기능에 대한 자세한 소개입니다.
구조 구성: 주로 쉘, 튜브 번들, 튜브 시트 및 헤더로 구성됩니다. 쉘은 일반적으로 원통형이며 평행한 튜브 묶음을 포함하고 있으며 튜브 묶음의 양쪽 끝이 튜브 시트에 고정되어 있습니다. 튜브 외부 유체의 열 전달 계수를 향상시키기 위해 일반적으로 쉘 내부에 특정 수의 가로 배플이 설치됩니다. 일반적인 유형의 배플에는 세그먼트형 디자인과 디스크 모양 디자인이 포함됩니다.
작동 원리: 두 개의 유체가 각각 튜브 내부와 외부로 흐릅니다. 튜브 내부의 흐름 경로를 튜브 측면이라고 하고, 튜브 외부의 흐름 경로를 쉘 측면이라고 합니다. 튜브 다발의 벽면은 열 전달 표면 역할을 합니다. 뜨거운 유체는 대류를 통해 튜브 벽으로 열을 전달하고, 그 열은 튜브 벽을 통해 반대편의 차가운 유체로 전도되어 열교환 과정을 완료합니다.
일반적인 분류
고정형 튜브 시트 열교환기: 양쪽 끝의 튜브 시트가 쉘에 직접 용접됩니다. 구조가 간단하고 가격이 저렴하며 제조가 용이하고 튜브측 청소 및 유지관리가 편리한 것이 특징입니다. 그러나 쉘 측면의 청소가 어렵고, 제조 후 튜브다발에 열응력이 존재합니다. 튜브와 쉘 사이에 상당한 온도 차이가 있는 경우 쉘에 확장 조인트를 설치해야 합니다.
플로팅 헤드 열 교환기: 하나의 튜브 시트는 쉘과 튜브 상자 사이에 고정되고 다른 튜브 시트는 쉘 내에서 자유롭게 이동할 수 있습니다. 이 디자인은 튜브 번들과 쉘의 자유로운 열 팽창을 허용하여 열 응력을 제거합니다. 튜브 번들은 쉽게 제거하고 다시 설치할 수 있어 청소 및 유지 관리가 용이합니다. 그러나 구조가 상대적으로 복잡하고 밀봉 요구 사항이 더 높습니다.
U-튜브 열 교환기: 열 교환 튜브는 U자 모양으로 구부러져 양쪽 끝이 동일한 튜브 시트에 고정됩니다. 쉘과 튜브가 분리되어 있기 때문에 튜브 다발은 열 응력을 발생시키지 않고 자유롭게 팽창 및 수축할 수 있습니다. 구조가 비교적 간단하며, 튜브다발을 쉽게 제거하고 다시 장착하여 청소할 수 있습니다. 그러나 손상된 튜브를 교체하는 것은 어렵고, 튜브 묶음 중앙에 틈이 생기면 열 전달 효율에 영향을 줄 수 있습니다.
성능 특성: 최신 열교환기에 비해 관형 열교환기는 열 전달 효율, 구조적 소형화 및 금속 재료 소비 측면에서 효율성이 떨어집니다. 그러나 단순한 구조, 저렴한 비용, 고온 및 고압을 견딜 수 있는 능력, 성숙한 제조 공정, 강력한 적응성 및 광범위한 재료 옵션으로 인해 엔지니어링 응용 분야에서 지배적인 역할을 합니다.