KR100205732B1 - 회전재생식 공기 예열기의 고온점 검출장치 - Google Patents

Abstract

복수개의 적외선 고온점 검출기가 회전 재생식 공기 예열기(10)의 입구 덕트(18)의 요동 암(32)위에 장착됨으로써, 암이 피봇함에 따라 각 검출기는 로우터부를 주사하여 고온점을 검출한다. 검출기의 온도는 수냉식 히트 싱크(52), 열전 냉각기(74) 검출기판(82)에 의해 밀접하게 제어되어 열전 냉각기(74)를 제어한다.

Description

회전 재생식 공기 예열기의 고온점 검출장치

회전 재생식 공기 예열기는, 일반적으로, 들어오는 연소용 공기에 노(furnace)를 나온 연도 가스로부터의 열을 전달하는 것에 사용되고 있다. 이와 같은 공기 예열기내의 화염은, 종종, 콜드 스타트 업 또는 스타트 업에 이어지는 고온대기(Start-up Folllowing Hot Standby) 중에 발생한다. 이들 화염은, 연료의 연소가 불량하고, 그 결과 미연소 또는 부분적으로 연소된 연료가 고체화되어 공기 예열기의 요소에 퇴적하는 것에 의해 발생하는 것이다. 즉, 공기 예열기로 들어오는 온도가 증대하면, 퇴적물은 경질 바니스와 같은 물질로 베이킹된다. 이 베이킹은 205 내지 260℃(400 내지 500℉)의 온도범위에서 생기고, 온도가 315 내지 370℉(600 내지 700℉)로 증대하면, 이들 퇴적물이 발화된다. 발화는 통상 퇴적물의 작은 구역에서 시작하므로, 오퍼레이터는 종종 화염이 발생하고 있는 것을 알지 못한다. 즉, 발화의 초기 단계 중, 외부로의 영향은 나타나지 않는 것이다. 그리고, 퇴적물은 가스 또는 공기의 흐름을 제한하므로, 발생한 적은 과잉 열을 유체에 의해 하류로 이동하므로, 이들 유체에 의한 열의 이동에 의해 외부로 나타나는 영향은 적게 되고, 화염의 존재가 가려진다. 발생된 열은, 화염의 국부에 있어서 금속제 열전달 요소에 의해 흡수된다. 실제 온도 증대는, 비교적 느리다. 만약 고온점을 조기 검출할 수 있으면, 점화온도이하로 급속히 냉각하는 데에 필요로 되는 물의 양은 과잉으로 되지 않을 것이다. 그러나, 만약 고온점을 조기 검출할 수 없는 경우에는, 금속제 열전달 요소 표면의 온도가 이 금속 자체가 발화하는 온도까지 계속 증가한다. 이 금속의 발화는 약 705℃(1300℉)에서 생기고, 이후 온도는 불과 수분내에 1650℃(3000℉)까지 급속히 증가한다. 이와 같은 금속의 화염은 자기지속(self-sustaining)이고, 온도를 적당한 레벨까지 강하시키는 데에 다량의 물이 필요하다. 또, 물 이외의 소화제(消火劑) 예를 들면 이산화탄소, 할론(halon) 및 다른 소화제는, 이들의 냉각 효과가 충분히 없기 때문에, 도움이 되지 못한다.

그리고, 화재가 발생하는 것을 방지하기 위해, 과열 상태(고온점)를 검출하여 경보기를 작동시키는 시스템이 개발되어 있다. 이와 같은 시스템에 있어서, 예를 들면 열전쌍, 여러 가지의 서미스터 및 자외선 검출기와 같은 장치가 사용되고 있어도, 적합한 시스템은 적외선 검출기를 사용하고 있다. 그 이유는 적외선 검출기는 응답시간이 빠르고 배경 온도가 작은 변화에 대해 감도가 있기 때문이다. 즉, 공기 예열기에 있어서의 회전 열전달 표면의 15.24cm(6인치) 직경의 고온점은 150밀리초에 있어서 1000밀리초로 소정 점을 통과하고, 적외선 검출기의 응답 시간은 현재의 고속 고체 전자공학에 있어서 100밀리초보다 빠른 것이 가능하다. 또, 감도는 조정가능하지만, 그러나, 연도 가스의 입구 온도보다 높은 95 내지 150℃(200 내지 300℉)의 고온점이 검출된 때에 경보기를 작동시키도록 설정되어야 한다.

그리고, 현재의 적외선 검출기를 사용하는 것의 문제 중 하나로서, 검출기의 온도제어가 있다. 즉, 검출기로부터의 출력신호의 안정성 및 정확도는 검출기의 온도와 직접적인 관련이 있다. 그런데, 현재의 시스템에서는, 검출기는 개방 환경에서 히트싱크에 부착되어 있고, 수분 및 오염물에 노출되어, 장치의 성능저하 및 그 결과로서 성능의 손실이 생기고 있다. 또한, 히트 싱크는, 온도가 현저하게 변화하는 입구의 물을 사용하여, 수냉각되고 있다. 따라서, 이와 같이 함으로써, 시스템 성능을 위해 중요한 검출기의 출력 신호의 안정성이 영향을 받는다. 또, 만약 입구 냉각수의 온도가 매우 높게 된 때에는, 열제거가 불충분하게 되고, 이에 따라 검출기에 영구적인 손상이 생긴다.

본 발명은, 회전 재생식 공기 예열기의 고온점 검출장치, 특히, 개선된 온도 제어장치를 가진 적외선 검출기를 사용하는 열 영상 시스템에 관한 것이다.

제1도는 본 발명을 구체화하는 회전 재생식 공기 예열기의 단면도.

제2도는 제1도의 공기 예열기의 저면도로서, 로우터를 주사하도록 부착된 복수의 적외선 검출기를 나타낸 도면.

제3도는 검출기 구동장치의 단면도.

제4도는 본 발명에 따른 검출기 모듈의 단면도.

제5도는 히트 싱크에 부착된 검출기 모듈을 나타낸 도면.

본 발명의 목적은, 검출기의 온도를 설정한도내로 유지하는 시스템, 특히 회전 재생식 공기 예열기에 있어서의 고온점 검출장치의 적외선 검출기를 원하는 온도로 유지하는 시스템을 제공하는 것에 있다. 본 발명은, 열전 냉각기와, 서미스터와, 히트싱크와, 냉각수를 사용하는 것이다.

제1도 및 제2도에 예시된 전형적인 회전 재생식 공기 예열기(10)는, 원통형의 게이싱(12)과, 통상의 열교환 표면을 포함하고 샤프트(16)에 회전할 수 있게 장착되어 있는 로우터(14)와, 공기 입구 덕트(18)와, 공기 출구 덕트(20)와, 연도 가스 입구 덕트(22) 및 연도 가스 출구 덕트(24)를 포함한다. 그리고, 로우터(14)의 상면 및 하면에 인접해서 케이싱(12)을 가로질러 섹터 판(26) 및 (28)이 연장하고 있고, 이들 섹터 판은 공기 예열기를 공기측과 연도가스측으로 분할하고 있다. 화살표는, 공기 및 연도 가스 흐름의 방향을 나타낸다. 덕트(22)로 들어온 연도 가스는, 열을 로우터의 열교환 표면에 전달한다. 그리고, 로우터가 연속하여 회전함에 따라, 열이 전달된 뜨거운 열교환표면은 공기측으로 회전되고, 여기서 열이 공기에 전달된다.

그리고, 본 발명의 회전 재생식 공기 예열기용 고온점 검출장치가, 제1도에 도시되어 있는 것과 같이, 공기 예열기의 공기 입구 덕트(18)내에 설치되어 있다. 제2도에 나타낸 바와 같이, 4개 정도의 검출기가 로우터의 직경에 의존하여 필요로 된다. 검출기 헤드(30)는 요동 암(32)에 부착되고, 이것에 의해 검출기는 약 180°원호에 걸쳐 요동할 수 있다. 검출기의 경로는, 제2도에 점선 원호에 의해 나타내어져 있다. 모든 검출기의 요동에 의해, 로우터의 반경 전범위를 주사할 수 있는 것을 알 수 있다. 통상의 공기 예열기의 작동 상태하에서는, 로우터의 완전한 횡주사는 약 10분에 걸쳐 이루어진다.

공기 입구 덕트(18)의 벽을 통해 부착된 검출기 구동장치(34)의 상세가, 제3도에 도시되어 있다. 요동 아암(32)은 중공 샤프트(36)에 설치되어 있다. 이 샤프트(36)는 회전가능한 동시에, 샤프트(36)에 설치되어 있는 기어(38)를 가진다. 이 기어(38)와 맞물리는 기어(40)가, 샤프트(42)에 설치되어 있다. 또, 이 샤프트(42)에는 레버 암(44)의 일단이 부착되고, 이 레버 암(44)의 다른 단은 링키지 바(46)에 접속되어 있다. 그리고, 이 링키지 바(46)는, 제2도에 도시한 바와 같이, 다른 검출기 구동장치의 레버 암(44)과, 구동 모터(48)에 접속되어 있다. 구동 모터(48)는, 공지의 적당한 방법에 의해 링키지 바(46)를 왕복운동시키고, 이에 따라 레버 암(44) 및 요동 암(32)은 180°원호에 걸쳐 전후로 회전된다.

검출기 헤드(30)는, 제4도에 일층 상세히 도시되어 있다. 각 검출기 헤드(30)는 절연 하우징(50)을 포함하고, 이 절연 하우징(50) 내에 적합하기로는 알루미늄으로 형성되어 있는 히트 싱크(52)가 설치되어 있다. 또, 히트 싱크(52)를 둘러싸는 냉각수 순환용 공간(54)이 설치되어 있고, 냉각수는 복수의 수관(水管)(56)(그 하나가 제4도에 도시되어 있음)에 의해 공간(54)에 도입되고, 그 후 공간(54)으로부터 배출된다. 이들 수관(56)은, 전선(58)과 동일하게 요동 암(32) 및 샤프트(36)를 통과하여 나온다. 또한, 히트 싱크(52)에는 검출기 모듈(60)이 설치되어 있고, 이 검출기 모듈(60)에 대해서는 뒤에 상세히 설명한다. 또, 검출기 헤드(30)를 덮는 커버(61)가 설치되어 있고, 이 커버(61)는 적외선 방사 에너지를 제4도에 화살표로 도시되는 방사 에너지선에 의해 표시되어 있는 것과 같이 검출기 모듈(60)에 포커싱하기 위한 렌지를 구비하고 있다.

제5도에 도시된 바와 같이, 검출기 모듈(60)은 하우징 캔(62)을 포함하고, 이 하우징캔(62)은 하우징 베이스(64)에 부착되어 있다. 그리고, 하우징 캔(62)의 정상부에는 창개구(66)가 형성되어 있고, 이 창개구(66)는 에폭시 접착제로 하우징 캔(62)의 내측에 밀봉되어 부착된 사파이어 창(68)을 가지고 있다. 또, 가시 자외선을 필터하기 위한 글라스 필터(70)가 에폭시 접착제에 의해 창개구(66)의 위에 부착되어 있다. 하우징(62)은, 하우징 베이스(64)가 원통형의 동제(銅製) 히트 싱크(72)에 납땜되어, 히트 싱크(72)에 부착된다. 하우징 캔(62)과 하우징 베이스(64)로 이루어진 밀봉 하우징은 검출기의 성능 저하 및 성능 손실을 생기게 하는 수분 및 오염물로부터 검출기를 보호한다. 하우징은, 바람직하게는, 배기되어, 그 불활성 가스로 충전된다. 그리고, 적외선 검출기를 냉각하기 위해, 열전 냉각기(74)가 하우징 캔(62)의 내측에 하우징 베이스(64)에 납땜에 의해 부착되어 있다. 이 열전 냉각기(74)는, 콜드(cold) 플레이트(76)와 핫(hot) 플레이터(78)로 이루어진다. 열전 냉각기(74)는, 또한, 가열하는 것에 이용될 수도 있지만, 여기에서는 냉각기라 칭하고 있다. 더욱이, 열전 냉각기(74)의 정상부에는, 서미스터(80)와 황화납제의 적외선 검출기판(82)이 부착되어 있다. 이 서미스터(80)와 검출기판(82)은, 에폭시 접착제에 의해 함께 접합되어 있다. 서미스터(80)는 공지의 적당한 방법에 의해 검출기의 온도를 감시하고, 전선 C-C에 의해, 공지의 열전 냉각기용 2극 온도 제어회로에 접속되어 검출기의 온도를 설정 한도내에 유지한다.

이 서미스터(80)의 정상부에는, 황화납제의 적외선 검출기판(82)이 부착되어 있다. 공기 예열기내의 화염으로부터의 적외선 방사에 의해 이 검출기판(82)으로부터 전기 출력을 발생시키고, 이 전기 출력은 출력 전선 A-A에 걸쳐 나타난다. 전선 B-B이, 열전 냉각기(74)에 접속되어 있는 동시에, 검출기판(82)용 온도제어회로에도 접속되어 있다. 전선의 전부는 하우징 캔(62)의 바닥부 즉 베이스(64)에 형성된 구멍을 통과하고, 이들 구멍은 글라스로 밀봉된다.

상기한 검출기 모듈(60)은, 요동 암(32)에 장착되는 알루미늄제의 히트 싱크(52)에 부착된다. 이 히트 싱크(52)는 모듈이 장착되는 구멍(84)을 가지고 있다. 그리고, 비도전성인 열 그리스(thermal grease)의 얇은 코팅이 구멍(84)의 벽 및 바닥부에 행해진다. 구멍(84)과 동제 히트 싱크(72) 사이의 간격은 0.00635cm(0.0025인치)정도로 작고, 그 결과 그리스는 검출기 모듈을 적소에 유지하여, 열을 효율좋게 전도한다. 전선 A-A, B-B 및 C-C는 구역(88)을 통하여 검출기 모듈을 나오는 동시에, 전선 유지 스트랩(90)에 의해 적소에 유지된다. 이 스트랩(90)은, 또한 검출기 모듈을 적소에 고정하는 것에도 유용한다.

작용에 있어서, 서미스터(80)는 검출기판(82)의 온도를 검출하고, 열전 냉각기(74)의 동작을 제어하고, 검출기판(82)을 원하는 온도 범위내로 유지한다. 이 검출기판(82)의 출력은, 공지의 적당한 경보 시스템 또는 그라픽 디스플레이에 접속되어 있다. 검출기의 작동 온도의 변화는, 예를 들면 목표치의 2%와 같지 않도록 되어 있다. 이로써, 검출기가 그 최적온도범위로 작동하는 것을 허용하고, 긴 수명을 부여할 수 있다. 또, 이렇게 함으로써, 정확을 위해 중요한 검출기 출력 신호의 안정성 및 감도를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 고온점을 검출하기 위해 회전 재생식 공기 예열기(10)의 로우터(14)를 주사할 수 있고, 열 검출기의 온도를 감지하는 온도 감지 수단과 최대 온도와 최소 온도 범위로 정의된 미리 정해진 온도 범위내에서 열검출기의 온도를 유지하기 위해 열 검출기를 조절가능하게 가열 또는 냉각하는 가열 및 냉각 수단을 구비하고 열 검출기의 온도를 조절하는 제어장치와, 개선된 적외선 열 검출기 모듈(60)을 구비하는 회전 재생식 공기 예열기의 고온점 검출장치에 있어서, 상기 개선된 적외선 열 검출기 모듈(60)은 : a. 수냉식 히트 싱크(72)와; b. 상기 히트 싱크(72)에 장착되고, 상기 히트 싱크(72)에 연결된 상기 열전 냉각기(74)의 핫 플레이트(hot plate)(78)와 상기 히트 싱크(72)로부터 떨어져 있는 콜드 플레이트(cold plate)(76)를 가지며, 상기 콜드 플레이트(74)터 열을 제거하기 위해 배선되어 있는 열전 냉각기(74)와, c. 상기 열전 냉각기(74)에 열전달관계로 장착되어 있는 적외선 검출기판(82)과, d. 상기 열전 냉각기(74)의 상기 콜드 플레이트(76)와 상기 적외선 검출기판(82) 사이에 장착되고, 상기 적외선 검출기판(82)의 온도를 감시하고, 상기 열전 냉각기(74)의 동작을 제어하여 상기 적외선 검출기판(82)을 선택 온도 범위내로 유지하기 위해 배선되어 있는 서미스터(80)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 회전 재생식 공기 예열기의 고온점 검출장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 적외선 열 검출기 모듈(60)은 상기 열전 냉각기(74), 적외선 검출기판(82) 및 상기 서미스터(80)를 수용하는 밀봉 하우징(62,64)을 부가로 구비하고, 상기 밀봉 하우징(62,64)은 상기 히트 싱크(52)에 장착되어 있는 동시에 가시 자외선용 필터(70)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 회전 재생식 공기 예열기의 고온점 검출장치.