KR100235824B1 - 열파이프 열교환기 튜브판 및 열파이프를 지지 밀봉하는방법 - Google Patents

열파이프 열교환기 튜브판 및 열파이프를 지지 밀봉하는방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열교환기내의 열파이프를 지지하고 밀봉시키는 방법과 장치에 관한 것으로, 열파이프상의 방열핀 부재가 서로 고정되거나 상호 결합된 일련의 링으로 구성되는 지지그리드를 관통함으로써 열파이프를 지지하고, 열교환기로부터 가스가 누출되는 것을 막도록 열파이프를 밀봉시키기 위해 개구부가 구비된 튜브판은 열파이프의 선단 너머로 위치되는 한편 상기한 개구부들의 크기가 커서 튜브판과 열파이프사이에 상당한 갭이 존재하게되고, 이갭에 걸쳐서 열파이프 둘레에 빈틈없이 들어 맞는 덮개디스크를 사용함으로써 갭이 덮히거나 밀봉되는 방식으로 어루어져 덮개디스크가 튜브판으로부터 분리되면, 유지 또는 보수를 목적으로 열교환기로부터 튜브판과 열파이프를 분리하는 작업을 수행하기에 상당히 용이해진다.

Description

열이프 열교환기 튜브판 및 열파이프를 지지 밀봉하는 방법
제1도는 내부를 관통하는 다양한 유동이 도시된 전형적인 열파이프 열교환기의 사시도.
제2도는 열파이프 열교환기내의 전형적인 튜브판의 정면도.
제3도는 제2도로 도시된 튜브판에 열파이프를 고정시키는 종래 방법이도시된도면.
제4도는 제3도의 4-4선상의 단면도.
제5도는 제3도의 5-5선상의 단면도.
제6도는 튜브판에 열파이프를 고정시키는 본 발명에 따른 고정형식이도시된도면.
제7도는 튜브판에 열파이프를 분리 가능하게 밀봉시키는 본 발명에 따른 고정형식이 도시된 제 6도의 7-7선상의 단면도.
제8도는 튜브판에 접한 열파이프의 지지형식이도시된 단면도.
제9도는 튜브판에 접한 열파이프의 지지형식이도시된 단면도.
제9도는 제8도의 9-9선상의 단면도.
제10도는 튜브판에 대해 열파이프를 분리 가능하게 밀봉시키는 덮개디스크의 정면도.
제11도는 제10도의 11-11선상의 단면도.
제12도는 튜브판에 대해 열파이프를 분리가능하게 밀봉시키는 상이한 덮개디스크의 정면도.
제13도는 제12도의 13-13선상의 단면도.
제14도는 열튜브와 튜브판사이에 위치하는 내구성 슬리브의 정면도.
제15도는 제14도의 15-15선상의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 열교환기 12 : 저온가스의 유동
14 : 고온가스의 유동 16 : 분할판
18 : 튜브판 20 : 열교환기의 하우징
22 : 열파이프 24 : 방열핀 부재
26 : 개구부 28 : 내구성슬리브
30 : 지지그리드 32 : 링
34 : 개구부 36 : 튜브판
38 : 덮개디스크 40 : 스크류
42 : 실리콘밀폐제 44 : 갭
본 발명은 열파이프열교환기내의 튜브판 및 열파이프의 밀봉, 지지 방법에 관한 것으로, 특히 열교환기로부터 열파이프의 제거가 보다 용이한 튜브판에 관한 것이다.
일반적으로 열파이프열교환기는 다수개의 열로 뻗어 있는 열파이프를 가로지르는 2개의 개별 유동채널(하나는 저온의 공기용 그리고 다른 하나는 고온의 가스용)로 구성되는데, 상기 다수개의 열파이프에는 열교환매체(종종 물)가 수용되어 상기한 개별 유동흐름 사이에서 열이 교환되도록 한다.
상기한 유동흐름의 분리된 상태를 유지시키기 위해, 일반적으로 튜브판이 연장된 열파이프의 양단 주위에 위치되고, 더불어 분할판이 열교환기의 중간지역에 설치 되어진다. 이와 같은 튜브판은 종종 열파이프의 지지와 유동채널의 밀봉이라는 두가지 기능을 수행하는 반면, 공기 또는 가스의 열전달이 우회됨으로써 열전달 효율이 떨어지게 하기도 한다.
통상 튜브판은 대체로 금속이면서 그 내부에 일련의 홀 또는 개구부가 구비된 납작한 판으로 구성되는데, 이들 개구부들은 일반적으로 열파이프의 직경보다 약간 커서 개구부가 열파이프에 용접되기 전에 열파이프의 둘레에 내구성슬리브(wear sleeve)가 설치될 수 있다.
그러나 유감스럽게도, 어떠한 이유로 열파이프가 분리되어야 하는 경우에, 우선 튜브판이 분리 되어야 열파이프로 접근할 수 있게 되는데, 이와 같은 분리작업은 열교환기가 부식 따위로 인하여 연장된 기간동안 작동되고 있었으면 극도로 난해하게 될 뿐만 아니라, 내구성슬리브에 의해 부여된 튜브판의 작은 간격도 크게도움이되지 않는다.
일반적으로, 열파이프를 분리하기 위해서는 열파이프를 분리하기 전에 열파이프 둘레의 튜브판지역이 토치(torch)와 같은 것에 의해 물리적으로 절단되어야만 하는데, 이는 잘려진 튜브판 플러그(plug)의 재활용뿐만 아니라 열파이프가 대체 또는 재장착된 후에 설치할 튜브판을 제작해야 한다. 이와 같은 작업은 관련분야와 작업장 모두에 있어서 열파이프의 작업 또는 보수에 따른 비용을 증가시킨다.
그러므로 본발명은 튜브판을 물리적으로 절단하지 않고 다른 손상을 입히지않으면서 열파이프를 용이하게 분리할 수 있는 튜브판의 새로운 고안을 제공하는데 그 목적이 있으며, 본 발명의 다른 목적으로는 열파이프를 분리해야 하는 경우에는 분리가능한 밀봉부재로 열파이프에 튜브판을 밀봉시키는 수단을 제공하는데 있고, 본 발명의 또다른 목적으로는 밀봉조립품으로부터 개별 열파이프의 선단을 지지하는 수단을 제공하는데 있다.
본 발명은 열교환기내의 열파이프를 지지하는 데 사용되는 지지조립품으로 구성되는 열교환기용 튜브판의 고안에 관한 것으로, 개별 튜브판은 상기한 지지조립품에 접하여 위치되며, 튜브판에는 이튜브판을 통과하는 열파이프의 직경보다 큰직경을 갖는 다수개의 개구부가 구비되어지고, 각각의 개구부의 크기가 크므로 각열파이프와 튜브판 사이에 갭이 형성된다. 튜브판의 각 개구부내에 열파이프를 밀봉시키기 위해, 걸쳐져서 상기 갭을 폐쇄시키는 밀봉조립품이 설치되고 이 밀봉조립품은 상기 갭을 가로질러 튜브판에 고정된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 보다 상세히 기술한다.
제1도에는 그 내부를 통하여 저온가스의 유동(12; 일반적으로 공기)과 고온 가스의 유동(14; 일반적으로 연도가스)이도시된 전형적인 열파이프열교환기(10)가도시되어 있는데, 열교환기(10)의 중간지역내의 분할판(16)은 상기한 유동(12,14)을 분리시킨다. 또한 열교환기(10)의 맞은편 측면에 튜브판(18)이 구비되는데, 이 튜브판들은 열교환기(10)의 하우징(20)을 따라 유동흐름(12,14)을 둘러막게 된다. 이러한 유동격벽(이후로는 분할판; 16과 튜브판; 18)를 관통하여 연장되는 것이 마개가 있는 다수개의 열파이프(22)이다. 상기 열파이프(22)에는 가스(12,14)사이에서 보다 큰 열교환을 위해 그 외주에 고정되는 다수개의 방열핀 부재 (fin; 24)가 구비된다. 그러므로 열교환기(10)의 목적은 가스들을 혼합시키지 않으면서 가스(12, 14)사이에서 열이 교환되도록 하는데 있다. 이와 같은 열교환기는 교환매체(대체로 물)가 각열파이프(22)내에 수용됨으로써 그 역할을 수행할 수 있게 된다.
제2도에 있어서, 그 안에 일련의 개구부(26)가 배열된 전형적인 튜브판(18)이 도시되어 있는데, 이개구부(26)들을 통하여 열파이프(22)가 뻗어있다. 결과적으로 이들 개구부(26)들은 열교환기(10)내에서 열파이프가 최대의 효율을 낼 수 있는 위치에 설치되도록 한다. 그러나 개구부(26)들은 방열핀 부재보다 그 크기가 작아서 열파이프(22)는 단순히 당김으로써 튜브판(18)을 통하여 빠져 나오지는 않게 된다.
제3도 내지 제5도에 튜브판(18)을 통하여 열파이프(22)를 설치시키는 종래 또는 통상의 방법이 도시되어 있는 바, 내구성슬리브(28)는 일반적으로 튜브판(18)과 결합될 열파이프(22)의 지역에 걸쳐서 열파이프에 리뱃으로 고정시켜 용접된다. 그러나 바람직하기로는 상기한 내구성슬리브(28)가 튜브판(18)에 용접되지 않고, 대신에 활주가능하게 되거나 튜브판(18)에 대하여 열적팽창 또는 수축(열파이프; 22를 따라)되는 것이 허용되도록 하는 것이 좋다. 상기한 내구성슬리브(28)는 마모방지부재와 같은 것으로 사용되어 열파이프(22)의 열적팽창 또는 수축 따위로 인하여 그 연결부에서 열파이프(22)와의 연결이 약해지는 것을 방지하게된다. 통상적으로 튜브판(18)을 통하여 설치되어지는 열파이프(22)에 상기한 내구성슬리브(28)가 용접되어지므로, 이와 같은 설치는 열파이프(22)에 직접적으로 선단지지를 제공할 뿐만 아니라, 상기한 바와 같은 연결은 그 각각의 격벽(enclosure)안에서 가스 (12,14)를 밀폐시킨다. 또한 튜브판(18)에 의해 그리고 이 튜브판을 열교환기(10)에 고정시킴으로써 구조적 지지가 부여된다. 또한 튜브판(18)을 통하여 내구성슬리브(28)가 빈틈없이 끼워넣어짐으로써 가스는 밀폐되어진다. 이와 같이 빈틈없이 끼워지도록 될 필요가 있으므로, 개구부(26)의 직경이 내구성 슬리브(28)의 외직경보다 많이 커서는 안 되며, 그렇지 않으면 저온가스(12)또는 고온가스(14)가 누출될 수 있게 된다. 결과적으로, 이들 개구부(26)의 크기를 방열핀 부재(24)보다 작게함으로써 단순히 잡아당김에 의해 개구부(26)들을 통하여 열파이프(22)가 빠져나오는 것을 방지하게된다. 그러므로 일단 상기한 방식으로 설치되면, 열교환기(10)로부터 열파이프(22)를 분리할 수 있도록 우선 튜브판(18)은 토치 또는 톱따위로 절단 또는 제거해야만 하는데, 보수 및 /또는 점검을 목적으로 이와 같은 열파이프(22)를 제거시키는 작업이 종종 필요하다.
제6도 내지 제15도에는 열교환기(10)내의 열파이프(22)를 밀봉하고 지지하도록 통상 쓰이는 방법보다 개량된 방법과 장치로 된 본 발명이 도시되어 있는 바, 열파이프(22)를 밀봉하고 지지하는 단계들은 통상적인 방법으로 결합시키지 않고, 대신 개별적인 인접구조(비록 밀봉구조가 열파이프; 22를 지지할지라도)에 의해 가능하다.
그리고 열파이프(22)는 일반적으로 용접되거나 또는 서로 고정 또는 연결되어진 일련의 링(32)로 구성되는 지지그리드 (grid; 30)에 의해 지지된다. 제8도에는 상기한 지지그리드(30)을 형성하는 링(32)들의 배열이 도시되었으며, 제9도에는 상기한 각 링(32)의 통상적인 형상이 도시되었다. 제6도에 도시된 바와 같이, 각파이프(22)의 방열핀 부재(24)는 링의 직경 내부상에 결합되어 놓임으로써 열파이프(22)의 이 지역이 지지된다. 또한 상기한 바와 같은 지지방법은 열파이프(22)와 링(32)사이에 발생할 수 있는 열적팽창 또는 수축에도 적응할 수 있게 하는데, 상기 지지그리드(30)내의 링(32)의 실제적인 배열은 튜브판(36)내의 개구부(34)와 정확히 일치하여야 한다.
격벽으로부터 가스가 누출되는 것을 막기 위해, 열파이프(22)는 제 10도 내지 제 13도에 도시된 바와 같은 환형의 밀봉부재 또는 덮개디스크에 의해 밀봉될 수 있는데, 이와 같은 환형디스크(38)는 열파이프가 튜브판(36)에 고정되기 전에 각 열파이프(22)의 선단 너머로 미끄러져 들어가도록 그 크기가 정해진다. 상기한 디스크(38)들은 스크류(40), 고온에 내성인 실리콘밀폐제(42) 또는 이와 같은 어떤 분리가능한 수단에 의해 제위치에 고정되는데, 이와 같은 고정방법은 열파이프(22)와 디스크(38) 사이에서의 열적팽창 또는 미끄러져 들어가는 것을 가능하게 한다. 어느 경우에도 각 디스크(38)의 내직경은 열파이프(22; 또는 그 각각의 내구성슬리브; 28)보다 약간만 크게 되어 열교환기(10)를 통하여 통과하는 가스(12, 14)의 유동 장벽으로서 작용하게된다. 각 디스크(38)의 외직경은 개구부(38)보다 크게 그 치수가 정해져 개구부를 덮는다.
한편 갭(44)은 디스크(38)에 의해 덮히거나 또는 폐쇄될 수 있게 되므로, 이제 상기한 개구부(34)들은 보다 큰 사이즈로 될 수 있게 되어 개구부(34)와 열파이프(22; 또는 내구성슬리브; 28)사이의 갭(44)을 포함 또는 통합할 수 있게 된다. 결과적으로, 일단 디스크(38)가 분리 (이와 같은 작업은 상대적으로 용이하게 수행된다)되면, 열파이프(22)는 더 이상 튜브판(36)에 물리적으로 고정되어 있지 않게 되어 열파이프를 열교환기(10)로부터 분리하는 것이 용이해진다. 또한 링(32)내에 방열핀부재(24)가 놓임으로써 열파이프(22)가 지지되어지므로 상기한 지지방법은 열파이프(22)의 분리에 있어서 어떠한 추가적인 문제도 발생하지 않게 된다.
제14도와 제15도는 디스크(38)와 결합하는 열파이프(22)의 지역에 걸쳐 위치되는 통상적인 내구성슬리브(28)가 도시되어 있는데, 이 내구성슬리브(28)는 열파이프(22)와 디스크(38)사이의 금속대 금속 부식 또는 운동에 기인한 열파이프(22)의 약화를 방지하게된다.
그러므로 크기가 큰 개구부(34)가 구비된 상기한 새로운 튜브판(36)은 하우징(20)의 외주에 볼트로 고정시키는 것과 같은 통상적인 방법에 의해 설치될 수 있고, 이후 덮개디스크(38)는 열파이프(22)의 선단지역에 위치되어 열파이프(22)를 제위치에 밀봉시킨다. 이후에 일단의 열파이프 부분만이 분리되어야 하는 경우, 일반적인 방법에 의해 튜브판(36)은 분할되거나 절단시켜 부식된 부분만을 분리하게되는데, 여기서 부식된 각각의 열파이프(22) 둘레로부터 덮개디스크만을 제거하면 되므로, 이제 열파이프(22)로부터 튜브판(36)을 분리시키는 것은 상당히 용이하게수행될 수 있다. 일단 상기튜브판(36)이 분리되면, 열파이프(22)도 링(32)상에 안착된 위치로부터 단순히 들어올림으로써 마찬가지로 용이하게 분리할 수 있게 된다.
본 발명의 이점은 열교환기(10)내의 열파이프(22)를 설치하는 단순하고 유연성 있으면서 비용이 적게 드는 방법이라는 것과, 또한 본 발명은 상기 열파이프(22)를 분리하는 간단하면서 비용이적게 드는 방법을 제공 한다는데 있다. 또한 이상에서는 열교환기(10)의 저온측에 대해 상술되어 있지만, 이와 같은 튜브판(36)과 상기한 설치방법은 고온측에서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 더불어, 덮개디스크(38)대신에 몇 개의 부품으로 분할된 제 2의 좀더 전형적인 튜브판(18; 즉 그 안에 꼭들어 맞는 개구부; 26가 구비된)이 본 발명의 튜브판(36)너머로 위치될 수도있다. 이러한 분할된 전형적인 튜브판(18)은 보다 큰 튜브판(36)에 간단한 고정구 또는 실리콘 밀폐제에 의해 고정될 수 있는데, 이와 같은 방식에 의해 열파이프(22)와 튜브판(36)내의 개구부(34)사이에 있는 1개 이상의 갭(44)은 한 번에 밀봉 될 수 있다.

Claims (16)

  1. 열교환기내에 있는 열파이프를 지지하기 위한 지지수단과; 이 지지수단에 인접하며, 그 내부를 통과하는 열파이프의 직경보다 큰 치수의 다수개의 개구부들을 갖추고, 각 개구부들이 튜브판과 각 열파이프 사이에 갭을 형성하는 튜브판; 상기한 갭을 커버하면서, 상기한 튜브판에 구비된 각 개구부내의 열파이프를 밀봉시키는 밀봉수단; 및 상기 갭을 가로질러 상기 튜브판에 상기 밀봉수단을 고정하기 위한 수단이 구비된 열파이프 열교환기튜브판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밀봉수단이 상기 튜브판에 분리가능한 수단에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 열파이프 열교환기 튜브판.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 밀봉수단은 상기 튜브판에 밀봉가능하게 고정된 환형디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 열파이프 열교환기 튜브판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열파이프가 지지수단을 관통하고, 이 지지수단에는 서로 고정된 다수개의 링들이 구비되는 것을 특징으로 하는 열파이프 열교환기 튜브판.
  5. 제4항에 있어서, 상기 링의 직경이 열파이프에 부착된 모든 방열핀 부재의 외직경보다 큰 것을 특징으로 하는 열파이프 열교환기 튜브판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 열파이프의 1개 또는 다수개의 방열핀 부재가 상기 각 링 속으로 연장되어 안착된 것을 특징으로 하는 열파이프 열교환기 튜브판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열파이프 둘레에 위치되는 내구성슬리브가 열파이프와 밀봉수단의 이음매에 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 열파이프 열교환기 튜브판.
  8. 제6항에 있어서, 상기 환형디스크가 상기 튜브판에 나사결합으로 고정되는 것을 특징으로 하는 열파이프 열교환기 튜브판.
  9. 지지조립품을 매개로 열교환기내에 열파이프를 지지시키는 단계; 통과하는 열파이프의 직경보다 큰 다수의 개구부를 가지되, 각 개구부는 각각의 열파이프와 튜브판 사이에 갭을 형성하고 있으며, 상기 지지조립품에 인접한 개별적인 튜브판을 위치시키는 단계; 상기 갭을 커버하는 밀봉조립품을 매개로 상기 튜브판내의 각 개구부내에 열파이프를 밀봉시키는 단계; 및 상기 튜브판에 그리고 상기 갭에 걸쳐 밀봉수단을 고정시키는 단계를 포함하는 열교환기내 열파이프의 지지 및 밀봉방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 밀봉조립품이 튜브판에 분리 가능하게 고정되는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기내에 열파이프의 지지 및 밀봉방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 튜브판에 밀봉가능하게 고정되는 환형디스크인 밀봉조립품의 설치 및 조립단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기에 열파이프의 지지 및 밀봉방법.
  12. 제11항에 있어서, 서로 고정된 다수개의 링들이 구비된 지지조립품을 통하여 열파이프를 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기내에 열파이프의 지지 및 밀봉방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 링을 통과하는 열파이프에 부착된 모든 방열핀 부재의 외직경보다 큰 직경의 링을 조립하고 설치하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기내에 열파이프의 지지 및 밀봉방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 각 링 내부로 연장되면서 링상에 안착되도록 열파이프에 1개 또는 다수개의 방열핀 부재를 설치하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기내에 열파이프의 지지 및 밀봉방법.
  15. 제14항에 있어서 상기 열파이프 둘레에 상기 밀봉조립품의 이음매에 내구성 슬리브를 위치시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기내에 열파이프의 지지 및 밀봉방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 튜브판에 환형디스크를 나사결합으로 고정시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기내에 열파이프의 지지 및 밀봉방법.
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