KR100305130B1 - 공기 예열기용 열 전달 요소 - Google Patents
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Abstract
공기 예열기(10)는 일반적으로 연속적으로 측면 방향을 가로질러 형성된, 종방향으로 배향되고 서로 평행한 주름(51)을 갖는 제 1 시리즈의 주름 요소(50)를 갖는 열 전달 요소(40)를 갖는다. 제 1 시리즈의 각각의 주름 요소(50)의 다른 측면에는 서로 평행하게 이격된 노치를 각각 갖는 일련의 노치 플레이트(52)가 배치된다. 각각의 노치(54)는 대향 측면에서 횡으로 돌출하는 평행 이중 리지(56)로 형성되고 요소(50)는 노치(54)사이에 평면(58)을 갖는다. 노치(54)는 인접 요소(50)의 주름(51)에 대해 서로 대향 방향으로 비스듬하게 배향됨으로써 노치 요소(52)는 노치(54)와 주름(51)의 교차점에서만 주름 요소(50)와 접촉하게 된다. 이것은 증가된 수의 경계면 차단을 발생시키고요소(50)를 통한 직선 통로를 제공할 뿐만 아니라 열 전달을 개선시킨다.
Description
회전식 재생 공기 예열기는 용광로에 존재하는 도관 가스로부터 유입하는 연소 공기로 열을 전달하기 위해 일반적으로 사용된다. 종래의 회전식 재생 공기 예열기는 하우징에 회전가능하게 장착된 회전자를 갖는다. 상기 회전자는 도관 가스로부터 연소 공기로 열을 전달하기 위해서 열 전달 요소에 의해 한정되는 열 전달면을 지지한다. 상기 회전자는 열 전달 요소를 지지하기 위해 그 사이에서 구획부를 한정하는 반경방향 분할부 또는 격막을 갖는다. 섹터 플레이트는 회전자의 상부면 및 하부면을 가로질러 연장하여 예열기를 가스 섹터 및 공기 섹터로 분할한다. 고온의 도관 가스 흐름은 예열기의 가스 섹터를 통해 진행하여 연속적으로 회전하는 회전자상의 열 전달 요소로 열을 전달한다. 그 다음, 상기 열 전달 요소는 예열기의 공기 섹터로 회전된다. 그럼으로써, 열 전달 요소위로 진행하는 연소 공기 흐름이 가열된다.
재생 공기 예열기용 열 전달 요소는 여러가지 요구조건을 갖는다. 가장 중요하게는, 상기 열 전달 요소는 열 전달 요소의 소정 깊이를 위해 열 전달 또는 에너지 회복의 요구량을 제공해야 한다. 종래의 예열기용 열 전달 요소는 평평한 또는 가압 형태 강철 시트 또는 립가공된 플레이트를 조합하여 사용한다. 조합하여 스택되면, 플레이트는 예열기의 회전자를 통한 도관 가스 흐름과 공기 흐름의 운동을 위해 통로를 형성한다. 열 전달 플레이트의 표면 설계 및 배열은 열 전달 요소를 통해 흐름 통로를 한정하고 유지하기 위해 인접 플레이트 사이에 접촉을 제공한다. 열 전달 요소에 대한 다른 요구조건은 열 전달 요소가 소정 깊이의 열 전달 요소를 위한 최소의 압력 강하를 발생시키고, 더욱이 작은 부피내에서 고정된다는 것이다.
열 전달 요소는 도관 가스 흐름에서 일반적으로 그을음으로 참조되는 미립자 및 농축된 오염물로 더럽혀진다. 따라서, 다른 중요한 수행능력은 심각한 오염에 대해 열 전달 요소의 민감성이 낮게 되는 것이 고려된다. 더욱이, 열 전달 요소는 오염되었을 때 용이하게 세척될 수 있어야 한다. 열 전달 요소의 오염은 일반적으로 임팩트 에너지에 의해 열 전달 요소로부터 미립자, 스케일 및 오염물질을 제거하도록 가압 건조 흐름 또는 공기를 방출하는 그을음 송풍 장비로 제거된다. 따라서, 열 전달 요소는 그을음 송풍 장비에서 보다 멀리 배치된 열 전달 요소를 세척하기 위해 충분한 에너지로 열 전달 요소의 제 1 층을 관통하도록 그을음 송풍기 에너지를 허용한다. 추가로, 열 전달 요소는 그을음 송풍과 관련하여 마모 및 피로에 대해 견딜 수 있어야만 한다.
열 전달 요소에 대한 다른 설계 고려 사항은 열 전달 요소의 깊이를 통해 가시선(a line of sight view)을 갖는 능력이다. 가시선은 적외선 또는 다른 고온의스폿 검출 시스템이 열 전달 요소상에서 고온의 스폿 또는 발화의 초기 스테이지를 감지하게 한다. 고온의 스폿 및 발화의 빠르고 적절한 검출은 예열기의 손상을 최소화한다.
종래의 예열기는 일반적으로 회전자상에 다른 형태의 열 전달 요소의 다중층을 사용한다. 회전자는 도관 가스 배출구에 배치된 저온의 단부층과, 중간층 및 도관 가스 유입구에 배치된 고온의 단부층을 갖는다. 일반적으로 고온의 단부층은 열 전달 요소의 소정 깊이를 위해 가장 높은 상태의 에너지 회복을 제공하도록 설계된 고도의 열 전달 요소를 사용한다. 이 고도의 열 전달 요소는 비스듬하게 배향되고 상호연결된 흐름 채널을 갖는데, 상기 흐름 채널은 고도의 열 전달을 제공하지만 그을음 송풍 에너지로부터의 에너지가 열 전달 요소로 이동할 때 퍼지거나 발산하게 한다. 그을음 송풍기 흐름의 발산은 그을음 송풍기에 가장 인접한 열 전달 요소의 세척 효과를 매우 감소시키며, 또한 더 멀리 배치된 열 전달 요소층의 세척 효과도 감소시킨다.
일반적으로 가장 중요한 그을음의 양은 일부가 농축되기 때문에 저온의 단부층에서 발생한다. 종래의 고도의 열 전달 요소의 비스듬하게 배향된 흐름 채널은 그러한 고도의 열 전달 요소의 관통중에 그을음 송풍 에너지가 중요하게 없어지기 때문에 저온의 단부 층에서 그 사용을 배제한다. 그러므로, 그을음 송풍에 의해 능률적이고 효과적인 세척을 허용하는 열 전달 표면을 제공하기 위해서는, 그을음 송풍 에너지의 방산을 감소시키도록 적어도 저온의 단부층에서는 직선 채널 요소가 사용된다. 따라서, 열 전달 또는 에너지 회복 효과는 일반적으로 절충되고 종래의열 전달 요소와 비교하여 등가의 열 전달 용량을 제공하기 위해서는 더 큰 깊이의 직선 채널의 열 전달 요소가 필요하다.
본 발명은 도관 가스 흐름으로부터 연소 가스 흐름으로 열을 전달하기 위한 회전식 재생 공기 예열기에 관한 것이며, 보다 상세히는 공기 예열기의 열 전달면에 관한 것이다.
도 1은 회전식 재생 예열기의 부분 절취된 사시도.
도 2는 도 1의 회전자의 파단 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 도 2의 열 전달 요소의 사시도.
도 4는 도 3의 열 전달 요소의 파단 단부도.
도 5는 도 3의 열 전달 요소의 파단 부분 단면 사시도.
요약하면, 본 발명은 회전식 재생 공기 예열기에서 도관 가스 흐름으로부터 공기 흐름으로 열전달하기 위한 열 전달 요소이다. 열 전달 요소는 종방향으로 배향된 서로 평행한 주름을 갖는 주름형 열 전달 플레이트를 갖는다. 상기 주름은 제 1 열 전달 플레이트의 전체 측면 방향을 연속적으로 가로질러 형성된다.
주름형 열 전달 플레이트의 다른 측면상에는 서로 평행하게 이격된 노치를 각각 갖는 노치형 플레이트가 배치된다. 각 노치는 노치형 열 전달 플레이트의 대향 측면에서 횡으로 돌출하는 평행한 이중 리지로 형성된다. 상기 노치형 열 전달 플레이트는 노치사이에 평면을 또한 한정한다. 노치형 열 전달 플레이트의 노치는 주름형 열 전달 플레이트상의 주름에 대해 서로 대향 방향으로 비스듬하게 배향된다. 각각의 노치형 열 전달 플레이트는 노치 및 주름의 교차점에서만 주름형 열 전달 플레이트와 접촉한다.
본 발명에 따른 열 전달 요소는 단지 스택된 노치형 열 전달 플레이트만을 갖는 종래의 열 전달 요소에 비해 주름형 및 노치형 열 전달 플레이트 사이에 증가된 수의 접촉점을 갖는다. 주름형 및 노치형 열 전달 플레이트 사이의 증가된 수의 접촉점은 증가된 수의 경계층 차단을 초래한다. 이 경계층 차단은 열 전달 플레이트의 표면을 따라 발생할 수 있는 열 경계층을 분쇄하고 열 전달 수행을 떨어뜨린다. 따라서, 증가된 수의 경계층 차단은 유체 매체와 본 발명의 열 전달 요소 사이에 증가되고 개선된 열 전달을 유도한다.
일반적으로 주름형 열 전달 플레이트는 열 전달 요소를 통해 연속적인 직선 통로를 제공한다. 따라서, 그을음 작동중에, 주름형 열 전달 플레이트는 송풍 매체가 개선된 그을음 송풍을 위해 열 전달 요소의 전체 깊이를 관통하게 한다. 또한 주름형 및 노치형 열 전달 플레이트의 스택된 배열은 열 전달 요소의 전체 깊이를 통해 가시선을 허용한다. 따라서, 적외선 센서는 효과적인 작동과 예열기의 발화 방지를 위해 고온의 스폿 및 열 전달 요소상의 초기 스테이지의 요소 발화를 검출할 수 있다.
도면중 도 1을 참조하면, 종래의 회전식 재생 예열기가 도면 번호 10으로 지시되어 있다. 상기 공기 예열기(10)는 하우징(14)에 회전가능하게 장착된 회전자(12)를 갖는다. 상기 회전자(12)는 회전자 포스트(18)에서 회전자의 외주변(12)으로 반경방향 연장하는 격막 또는 분할부(16)로 형성된다. 상기 분할부(16)는 열 교환 요소(40)를 수용하기 위해 그 사이에 격실(17)을 한정한다.
상기 하우징(14)은 공기 예열기(10)를 통해 가열된 도관 가스가 흐르도록 하기 위해 도관 가스 유입관(20)과 도관 가스 배출관(22)을 한정한다. 상기 하우징(14)은 예열기(10)를 통해 연소 공기가 흐르도록 하기 위해 공기 유입관(24)과 공기 배출관(26)을 또한 한정한다. 섹터 플레이트(28)는 회전자(12)의 상부면 및 하부면에 인접한 하우징(14)을 가로질러 연장한다. 상기 섹터 플레이트(28)는 공기 예열기(10)를 공기 섹터(32)와 도관 가스 섹터(34)로 분할한다. 도 1의 화살표들은 회전자(12)를 통한 도관 가스 흐름(36)과 공기 흐름(38)의 방향을 지시한다. 도관 가스 유입관(20)을 통해 진입하는 고온의 도관 가스 흐름(36)은 격실(17)에 장착된 열 전달 요소(40)로 열을 전달한다. 그 다음 가열된 열 전달 요소(40)는 공기 예열기(10)의 공기 섹터(32)로 회전된다. 그후 열 전달 요소(40)의 저장된 열은 공기 유입관(24)을 통해 진입하는 연소 공기 흐름(38)으로 전달된다. 저온의 도관 가스 흐름(36)은 도관 가스 배출관(22)을 통해 예열기(10)을 빠져나가고, 가열된 공기 흐름(38)은 공기 배출관(26)을 통해 예열기(10)를 빠져나간다.
회전자(12)는 일반적으로 세개의 층의 열 전달 요소(40)를 갖는다(도 2 및 3 참조). 고온의 단부층(42)은 도관 가스 유입관(20)과 공기 배출관(26)에 최대로 가깝게 배치된다. 중간층(44)은 고온의 단부층과 인접하게 배치되고, 저온의 단부층(46)은 일반적으로 도관 가스 유입관(22)과 공기 유입관(24)에 인접하게 배치된다.
열 전달 요소(40)는 다른 주름형 열 전달 플레이트(50)와 노치형 열 전달 플레이트(52)의 스택으로서 구성된다. 주름형 열 전달 플레이트(50)는 종방향으로 배향된 서로 평행한 주름(51)을 한정한다. 상기 주름(51)은 주름형 열 전달 플레이트(50)의 전체 측면 방향을 연속적으로 가로질러 형성되는 것이 바람직하다.
주름형 열 전달 플레이트(50)의 다른 측면상에는 노치형 열 전달 플레이트(52)가 배치된다. 각각의 노치형 열 전달 플레이트(52)는 서로 평행한 노치(54)를 한정한다. 상기 노치(54)는 노치형 열 전달 플레이트(52)의 반대측면에서 횡으로 돌출하는, 서로 평행한 이중 리지(56;ridge)로 형성된다. 상기 노치(54)는 S자형 단면을 한정하는 것이 바람직하다. 그러나, 또한 상기 노치(54)는 보다 삼각형 또는 Z자형 단면을 가지거나 대향하게 횡으로 연장하는 다중 리지를 형성하기 위해 다른 잘 알려진 형태의 노치를 가질 수 있다. 상기 노치형 열 전달 플레이트(52)는 노치(54)사이에 평면(58)을 한정한다. 주름형 열 전달 플레이트(50)의 대향 측면상에 배치된 열 전달 플레이트(52)는 주름형 열 전달 플레이트(50)상의 주름의 배향에 대해 서로 반대 방향으로 비스듬하게 배향된다. 결론적으로, 노치형 열 전달 플레이트(52)와 주름형 열 전달 플레이트(50)는 주름(51)과 노치(54)의 리지(56)의 교차점에서만 접촉한다.
주름형 열 전달 플레이트(50)의 주름(51)은 열 전달 요소(40)를 통해 가시선을 한정하므로, 열 전달 요소의 초기 위상 및 고온 스폿의 모니터링이 적외선 또는 다른 감지 시스템에 의해 발화하는 것을 허용한다. 또한, 주름형 열 전달 플레이트(50)의 주름(51)은 열 전달 요소(40)로부터의 침적물을 제거하기 위해 매연 송풍 장치의 세척 매체가 열 전달 요소(40)의 내부로 관통하는 직선 통로를 제공한다.
리지(56)와 주름(54)의 교차점 또는 접촉점(도 4 참조)은 흐르는 유체 매체와 열 전달 요소(40)의 표면 사이에 발생하는 열 경계에 경계 트립을 제공한다. 종래의 열 전달 요소에 비해 열 전달 플레이트(50,52) 사이의 접촉점의 증가된 수는 본 발명에 따라 유체 매체와 열 전달 요소(40) 사이에 개선된 열 전달 수행을 위해 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예가 상세하게 도시 및 서술되었지만, 본 분야의 당업자의 능력내에서 많은 변경 및 변형이 용이하게 평가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 정신 및 범위내에 있는 그러한 변경예 일부 및 모두는 첨부된 청구범위로 커버될 것이다.
Claims (1)
- 주름형 열 전달 플레이트(50) 및 노치형 열 전달 플레이트(52)의 배열과, 노치(54)사이의 평면을 구비하고,각각의 주름형 플레이트(50)는 주름형 플레이트(50)의 측면 방향을 연속적으로 가로질러 형성된, 종방향으로 배향된 서로 평행한 주름(51)을 가지며 각각의 노치형 플레이트(52)는 노치형 플레이트(52)의 대향 측면에서 횡으로 돌출하는 서로 평행한 이중 리지(56)로 형성된 직선 노치(54)를 가지고, 각 노치형 플레이트(52)가 주름형 플레이트(50)에 의해 인접한 노치형 플레이트(52)로부터 분리되며 각 노치형 플레이트(52)가 노치형 플레이트(52)의 노치(54)와 주름형 플레이트(50)의 주름(51)의 교차점에서만 주름형 플레이트(50)와 접촉하고 개별적인 각 쌍의 인접한 노치형 플레이트(52)의 하나의 노치형 플레이트(52)의 노치(54)는 한 경사 방향으로 개별적인 주름형 플레이트(52)의 주름으로 경사지게 배향되며 각 쌍의 인접한 노치형 플레이트(52)의 다른 노치형 플레이트(52)의 노치(54)는 각 쌍의 인접한 노치형 플레이트(52)의 하나의 노치형 플레이트(52)의 노치(54)의 한 경사 방향에 대해 서로 대향 방향에서 개별적인 주름형 플레이트(50)의 주름(51)으로 경사지게 배향되는 다른 방식으로 상기 주름형 플레이트(50)와 노치형 플레이트(52)가 배열되는 공기 예열기용 열 전달 요소.
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