KR100320304B1 - 라디안트 튜브용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온으로 가열시에 발생되어지는 라디안트 튜브내의 폐열을 고효율로서 회수하여 열처리로의 연료비를 절감하고, 배가스중의 NOx, Co, CO2등의 오염물질을 최소화하여 환경오염을 방지할 수 있으며, 라디안트 튜브내에 견고히 안착되어 내구성도 크게 향상되는 라디안트 튜브용 열교환기에 관한 것이다.

본 발명은 라디안트 튜브를 통하여 배출되는 배가스의 폐열을 회수하고, 라디안트 튜브의 버너로 공급되는 연소용공기를 가열하는 열교환기에서, 상기 이형관의 직선부와 캡의 내,외주면에는 다수개의 흡열핀과 방열핀이 형성되는 라디안트 튜브용 열교환기를 제공한다.

본 발명에 의하면, 이형관의 직선부와 캡에 형성된 다수의 흡열핀들이 배가스로부터 효과적으로 열을 흡수하여 그 내측의 방열핀으로 전달시키기 때문에 고온의 공기로서 연소가스를 공급할 수 있게 된다. 그리고, 배가스가 본 발명의 열교환기에 의해서 온도가 크게 낮아져 외부로 배출되기 때문에, NOx, Co, CO2등의 대기오염물질의 발생량이 크게 낮아지게 되며, 그에 따라서 환경오염을 크게 방지할 수 있는 것이다.

Description

라디안트 튜브용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR RADIANT TUBE}

본 발명은 각종 열처리로에서 폐열을 회수하기 위하여 사용되는 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세히는 고온으로 가열시에 발생되어지는 라디안트 튜브내의 폐열을 고효율로서 회수하여 열처리로의 연료비를 절감하고, 배가스중의 NOx, Co, CO2등의 오염물질을 최소화하여 환경오염을 방지할 수 있으며, 라디안트 튜브내에 견고히 안착되어 내구성도 크게 향상되는 라디안트 튜브용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 제철소등에서는 각종 강판등을 열처리하여 그 강종 품질을 향상시키기 위하여 다수의 열처리로들이 사용되어진다. 이러한 열처리로들은 강판이 통과하는 그 내부공간을 가열시키기 위하여 각각 다수개의 라이안트 튜브들을 장착하고 있다. 상기 라디안트 튜브(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 열처리로(110)의 측벽(112)을 관통하여 장착되는 U 형의 구조를 갖는 것으로, 이는 일측에 버너(115)가 장착되고, 타측에는 배가스중의 폐열을 회수하기 위한 열교환기(120)가 장착되며, 열교환기(120)를 통과한 배가스는 연도를 통하여 대기로 배출되어진다.

이러한 라디안트 튜브(100)는 일측의 버너(115)가 화염을 발생시켜서 라디안트 튜브(100)를 가열시키면, 상기 라디안트 튜브(100)는 그 외측으로 열을 복사시켜 열처리로(110)의 내측을 가열하게 되며, 그 배가스는 열교환기(120)의 이형관(135)외측을 흘러서 배기파이프(137)측으로 배출되는 것이다.

상기와 같은 라디안트 튜브(100)에 사용되어지는 종래의 열교환기(120)는 라디안트 튜브(100)의 내부에서 주조 혹은 용접으로 제작된 내열강재료의 이형관(135)이 삽입되어지고, 상기 라디안트 튜브(100)의 외측으로는 상기 이형관(135)이 동축을 이루면서 몸체부(140)가 장착되어지며, 상기 몸체부(140)의 일측으로는 공기 유입구(142)가 형성되고, 측방으로는 배기파이프(137)가 형성되는 것이다.

그리고, 상기 몸체부(140)는 상기 전방측으로, 즉 상기 이형관(135)과 동측을 이루는 내튜브(150)를 형성하고 있으며, 상기 내튜브(150)는 몸체부(140)의 공기 유도관(153)을 통하여 연결되어 상기 몸체부(140)의 측방에 마련된 연소공기 공급관(160)에 연결되는 것이다. 이러한 열교환기(120)는 이형관(135)의 직선부(135a)가 상기 라디안트 튜브(100)의 내측으로 끼워져서 라디안트 튜브(100)의 내주면과 일정간격의 고리형 배가스 유로(p1)를 형성하고, 상기 배가스 유로(p1)는 열교환기(120)의 몸체부(140)에 형성된 배기파이프(137)에 연통 되어진다.

그리고, 상기 이형관(135)의 직선부(135a) 전단에는 둥근 반구형의 캡(135b)이 장착되어 상기 이형관(135)의 내측으로 상기 배가스가 흐르지 못하고, 이형관(135)의 외측에서 배기파이프(137)로만 흐르도록 구성된다(도 5의 화살표 참조).

또한, 상기 종래의 열교환기(120)에 갖춰진 이형관(135)은 상기 라디안트 튜브(100)의 배가스로부터 전달된 폐열을 보다 효과적으로 내부로 전달하기 위하여 그 직선부(135a) 내주면에는 다수개의 방열핀(170)을 구비하고 있다. 이러한 방열핀(170)의 구조는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 것으로서 상기 직선부(135a)의 내표면적을 증대시켜 몸체의 내튜브(150)측으로 보다 효과적인 열전달을 이루도록 구성된 것이다.

그리고, 상기 이형관(135)내측의 내튜브(150)는 그 외표면이 상기 이형관(135)의 방열핀(170)의 내측으로 끼워지는 것으로서, 몸체부(140)내의 공기 유도관(153)을 통하여 연결되어 연소공기 공급관(160)에 연통된다. 따라서, 상기 몸체부(140)의 공기 유입구(142)를 통하여 몸체부(140)의 내부로 유입된 공기는 상기 이형관(135)의 내측방열핀(170)사이와 상기 내튜브(150)의 외주면사이의 공간(p2)을 통하여 내튜브(150)의 외표면을 흐르게 되고, 이러한 과정에서 상기 이형관(135)의 방열핀(170)을 통하여 전달된 열로서 고온으로 가열되고, 캡(135b)의 내면에서 방향이 회전되어 내튜브(150)의 내측을 흐르게 되며, 도 5에서 실선의 화살표로 도시된 바와 같이 공기 유도관(153)과 연소공기 공급관(160)을 통하여 버너(115)측으로 고온의 상태로 공급된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 열교환기(120)는 라디안트 튜브(100)내의 폐열을 흡수하는 능력이 저하되는 것으로서, 이는 이형관(135)의 직선부(135a) 내측에서만 방열핀(170)을 구성하기 때문에 이형관(135)의 외부열을 흡수하는 전열면적이 적게 형성되는 것이다. 이와 같은 전열면적의 적음은 배가스의 폐열회수율을 낮추는 것이고, 이와 같이 폐열회수율이 낮을 경우는 라디안트 튜브(100)내의 배가스가 배기파이프(137)를 통하여 외부로 유출시 그 온도가 높게 됨으로서, 배가스내의 NOx, Co, CO2등의 환경오염물질을 다량 함유하게 되고, 그에 따라서 대기오염을 발생시키는 것이다.

또한, 이형관(135)의 캡(135b) 및 직선부(135a)등이 고온으로 장시간 가열된 상태를 유지하기 때문에 고온산화 및 부식현상에 따른 파공이 이루어지고, 그에 따라서 열교환기(120)의 수명이 단축되어지며, 열처리로(110)의 조업을 크게 불안정하게 하고, 조업시간을 단축시키는 것이다.

그리고, 상기와 같은 종래의 열교환기(120)는 이형관(135)의 외표면과 상기 라디안트 튜브(100)의 내주면사이에는 유로(p1)가 빈 공간으로 유지되기 때문에 상기 이형관(135)을 안정적으로 고정시키지 못함으로서 상기 열처리로(110)의 진동등에 의해서 쉽게 파손되어지는 문제점을 갖는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 고온으로 가열시에 발생되어지는 라디안트 튜브내의 폐열을 고효율로서 회수하여 열처리로의 연료비를 절감하고, 배가스중의 NOx, Co, CO2등의 오염물질을 최소화하여 환경오염을 방지할 수 있으며, 라디안트 튜브내에 견고히 안착되어 내구성도 크게 향상되는 라디안트 튜브용 열교환기를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환기가 장착된 라디안트 튜브를 도시한 구성도;

도 2는 본 발명에 따른 열교환기에 갖춰진 이형관의 단면도;

도 3은 도 2에 도시된 a-a선을 따른 단면도;

도 4는 본 발명에 따른 열교환기에 갖춰진 이형관의 직선부 단면도로서,

a)도는 원주방향으로 삼각단면의 요철부를 형성한 이형관의 직선부 단면도,

b)도는 원주방향으로 대략적인 사각단면의 요철부를 형성한 이형관의 직선부 단면도,

c)도는 다수의 흡열핀 및 방열핀을 장착한 이형관의 직선부 단면도;

도 5는 종래의 기술에 따른 열교환기가 장착된 라디안트 튜브를 도시한 구성도;

도 6은 종래의 기술에 따른 열교환기에 갖춰진 이형관의 단면도;

도 7은 도 6에 도시된 b-b선을 따른 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1..... 열교환기 10..... 이형관

10a... 직선부 10b... 캡

20.... 흡열핀 40,50... 요철면

100... 라디안트 튜브 110... 열처리로

115... 버너 137... 배출파이프

140... 몸체부 142... 공기 유입구

150... 내튜브 160... 연소공기 공급관

170... 방열핀

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 라디안트 튜브의 내측에 이형관이 위치되고, 상기 이형관의 일측으로는 몸체부가 장착되며, 상기 이형관의 내측에는 내튜브가 장착되어 라디안트 튜브를 통하여 배출되는 배가스의 폐열을 회수하고, 상기 이형관의 직선부와 캡의 내,외주면에는 다수개의 흡열핀과 방열핀이 형성되어 상기 라디안트 튜브의 버너로 공급되는 연소용공기를 가열하는 열교환기에 있어서, 상기 직선부의 길이방향으로 전체길이에 걸쳐 상기 흡열핀이 형성되는 상기 이형관의 외경은 상기 라디안트 튜브의 내경에 대략적으로 일치하도록 구성됨을 특징으로 하는 라디안트 튜브용 열교환기를 마련함에 의한다.

또한, 본 발명은, 라디안트 튜브의 내측에 직선부와 반구형 캡을 갖는 이형관이 위치되고, 상기 이형관의 일측으로는 몸체부가 장착되며, 상기 이형관의 내측에는 내튜브가 장착되어 라디안트 튜브를 통하여 배출되는 배가스의 폐열을 회수하고, 라디안트 튜브의 버너로 공급되는 연소용공기를 가열하는 열교환기에 있어서, 상기 이형관의 직선부는 원주방향으로 삼각단면의 요철부를 다수개 형성하여 전열면적을 확대시키도록 구성되어짐을 특징으로 하는 라디안트 튜브용 열교환기를 마련함에 의한다.

그리고, 상기 이형관의 직선부는 원주방향으로 사각단면의 요철부를 다수개형성하여 전열면적을 확대시키도록 구성되어짐을 특징으로 하는 라디안트 튜브용 열교환기를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 열교환기(1)가 라디안트 튜브(100)에 장착되어 있다. 본 발명의 열교환기(1)는 종래의 열교환기(120)와 단지 이형관(10)의 구조가 다른 것을 제외하고는 거의 동일하게 구성되기 때문에 이형관(10)을 제외한 열교환기(120)의 구조에 관해서는 보다 상세한 설명을 생략하기로 하며, 종래의 열교환기(120)에 관련된 동일 혹은 일치하는 구성부품에 대해서는 동일 참조부호를 부여하여 설명하기로 한다.

본 발명의 열교환기(1)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 라디안트 튜브(100)의 내측에 이형관(10)이 위치되고, 상기 이형관(10)은 직선부(10a)와 캡(10b)을 갖추며, 상기 이형관(10)의 일측으로는 몸체부(140)가 장착된다. 또한, 상기 이형관(10)의 내측에는 내튜브(150)가 장착되어 라디안트 튜브(100)를 통하여 배출되는 배가스의 폐열을 회수하고, 라디안트 튜브(100)의 버너(115)로 공급되는 연소용 공기를 가열하는 것이다.

그리고, 상기 이형관(10)의 직선부(10a)와 캡(10b)의 내,외주면에는 다수개의 흡열핀(20)과 방열핀(170)이 형성되는 바, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 이형관(10) 직선부(10a)의 원주방향으로 등간격을 유지하면서 흡열핀(20)들이 직선부(10a)의 외주면에 다수개 설치되고, 방열핀(170)들은 직선부(10a)의 내주면에 다수개 형성된다. 또한, 상기 흡열핀(20)과 방열핀(170)들은 서로 동일한 구성을 갖추거나 서로 다른 구성을 가질 수 있는 것이다.

그리고, 상기 캡(10b)의 내,외주면에도 각각 흡열핀(20)과 방열핀(170)들을 다수개 형성할 수 있으며, 이들 캡(10b)이나 직선부(10a)들은 정밀주조 내열강등으로 이루어질 수 있고, 혹은 상기 흡열핀(20)과 방열핀(170)들을 상기 직선부(10a)와 캡(10b)에 용접이음등으로 연결할 수도 있는 것이다.

그리고, 상기 흡열핀(20)이 형성하는 이형관(10)의 직선부(10a) 외경(d1)은 상기 라디안트 튜브(100)의 내경(d2)에 대략적으로 일치하도록 구성됨으로서, 본 발명의 열교환기(1)에 갖춰진 이형관(10)이 라디안트 튜브(100)의 내측으로 삽입되는 경우, 라디안트 튜브(100)내의 이형관(10)은 외부의 진동등에 의해서도 라디안트 튜브(100)내에 견고하게 지지됨으로서 파손을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은, 도 4의 a)에 도시된 바와 같이, 라디안트 튜브(100)의 내측에 삽입되어지는 상기 이형관(10)의 직선부(10a)가 원주방향으로 삼각단면의 요철부(40)를 다수개 형성하여 전열면적을 확대시키도록 구성될 수 있다. 이는 직선부(10a)를 구성하는 다수개의 삼각단면의 요철부(40)가 마치 다수개의 흡열핀(20)과 방열핀(170)의 기능을 하게 됨으로서 전열효과를 증대시키고 있다. 이러한 경우, 상기 직선부(10a)에 장착되어지는 캡(10b)은 상기 도 3에 관련하여 설명한 방식의 캡(10b)을 사용할 수 있을 것이다.

이러한 구조는 상기 도 3에 도시한 이형관(10)의 직선부(10a)구조에 비하여 그 제작공정을 크게 단순화시킬 수 있고, 그에 따라서, 제작원가의 절감을 크게 이룰 수 있을 것이 분명하다.

그리고, 상기 이형관(10)의 직선부(10a)는 도 4의 b)에 도시된 바와 같이 원주방향으로 사각단면의 요철부(50)를 다수개 형성하여 전열면적을 확대시키도록 구성될 수 있다. 이러한 직선부(10a)를 구성하는 다수개의 사각단면의 요철부(50)도 마치 다수개의 흡열핀(20)과 방열핀(170)의 기능을 하게 됨으로서 전열효과를 증대시키는 것이다.

이와 같은 경우에도, 상기 삼각단면 혹은 사각단면을 형성한 이형관(10)의 직선부(10a) 외경(d1)은 상기 라디안트 튜브(100)의 내경(d2)에 대략적으로 일치하도록 구성됨으로서, 본 발명의 열교환기(1)에 갖춰진 이형관(10)이 라디안트 튜브(100)의 내측으로 삽입되는 경우, 라디안트 튜브(100)내의 이형관(10)은 외부의 진동등에 의해서도 라디안트 튜브(100)내에 견고하게 지지됨으로서 파손을 방지할 수 있는 것이다.

상기에서와 같이 본 발명은 흡열핀(20)의 특정 단면형상 및 원주방향으로의 특정 배열숫자등에 한정되는 것은 아니다. 그렇지만, 상기 이형관(10)의 직선부(10a)와 캡(10b)의 흡열 면적을 증대시켜 흡열 효과를 증대시키고, 보강부재로서 가능한 여러 가지 구조를 포함할 수 있는 것이다.

또한, 상기 이형관(10)의 직선부(10a) 및 캡(10b)의 재질을 내열강으로 한정하는 것이 아니고, 철, 비철, 혹은 비금속등의 다른 재료도 포함할 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 열교환기(1)는, 라디안트 튜브(100)의 일측에 장착된 버너(115)에서 점화가 이루어져 라디안트 튜브(100)의 내측으로 배가스가흐르면, 배가스가 라디안트 튜브(100)를 통과하는 동안, 그 내부온도가 500 내지 1400℃로 유지되고, 그 열이 외부로 복사되어 열처리로(110)의 내부온도를 일정치 이상으로 상승시킨다. 그리고 열교환기(1)측으로 배출되어지는 배가스의 온도는 300 내지 900℃로 유지되며, 본 발명의 열교환기(1)의 이형관(10) 외부면을 통과하는 동안, 이형관(10)의 직선부(10a)와 캡(10b)에 마련된 다수개의 흡열핀(20)을 통하여 열이 이형관(10)내측의 방열핀(170)측으로 전도되고, 상기 이형관(10)의 내주면과 내튜브(150)의 외주면사이 공간 유로(p2)를 통과하는 공기를 가열시킨다.

이와 같이 공기가 가열되면, 그 온도는 대략 150 내지 800℃로 유지되며, 이는 내튜브(150)의 내부유로와 공기 유도관(153) 및 연소공기 공급관(160)을 통하여 버너(115)측으로 고온상태로 공급되는 것이다.

한편, 상기 이형관(10)의 외측과 라디안트 튜브(100)의 내측 유로(p1)를 흐르면서 이형관(10)의 흡열핀(20)을 통하여 폐열을 빼았긴 배가스는 몸체부(140)에서 배기파이프(137)를 통하여 외부로 배출되는 것이다.

상기에서와 같이 본 발명에 의하면, 이형관(10)의 직선부(10a)와 캡(10b)에 형성된 다수의 흡열핀(20)들이 배가스로부터 효과적으로 열을 흡수하여 그 내측의 방열핀(170)으로 전달시키기 때문에 고온의 공기로서 연소가스를 공급할 수 있게 된다. 따라서 버너(115)의 연료비를 절감할 수 있게 됨으로서 열처리작업의 원가절감을 이룰 수 있다.

그리고, 배가스가 본 발명의 열교환기(1)에 의해서 온도가 크게 낮아져 외부로 배출되기 때문에, NOx, Co, CO2등의 대기오염물질의 발생량이 크게 낮아지게 되며, 그에 따라서 환경오염을 크게 방지할 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 이형관(10)의 외경(d1)이 대략적으로 상기 라디안트 튜브(100)의 내경(d2)에 일치되므로서 라디안트 튜브(100)내에 견고히 안착되어 외부의 진동등에 의한 파손이 방지되고 내구성도 크게 향상되는 효과가 얻어지는 것이다.

Claims (3)

1. 라디안트 튜브(100)의 내측에 이형관(10)이 위치되고, 상기 이형관(10)의 일측으로는 몸체부(140)가 장착되며, 상기 이형관(10)의 내측에는 내튜브(150)가 장착되어 라디안트 튜브(100)를 통하여 배출되는 배가스의 폐열을 회수하고, 상기 이형관(10)의 직선부(10a)와 캡(10b)의 내,외주면에는 다수개의 흡열핀(20)과 방열핀(170)이 형성되어 상기 라디안트 튜브(100)의 버너(115)로 공급되는 연소용공기를 가열하는 열교환기에 있어서,

   상기 직선부(10a)의 길이방향으로 전체길이에 걸쳐 상기 흡열핀(20)이 형성되는 상기 이형관(10)의 외경(d1)은 상기 라디안트 튜브(100)의 내경(d2)에 대략적으로 일치하도록 구성됨을 특징으로 하는 라디안트 튜브용 열교환기.
2. 라디안트 튜브(100)의 내측에 직선부(10a)와 반구형 캡(10b)을 갖는 이형관(10)이 위치되고, 상기 이형관(10)의 일측으로는 몸체부(140)가 장착되며, 상기 이형관(10)의 내측에는 내튜브(150)가 장착되어 라디안트 튜브(100)를 통하여 배출되는 배가스의 폐열을 회수하고, 라디안트 튜브(100)의 버너(115)로 공급되는 연소용공기를 가열하는 열교환기에 있어서,

   상기 이형관(10)의 직선부(10a)는 원주방향으로 삼각단면의 요철부(40)를 다수개 형성하여 전열면적을 확대시키도록 구성되어짐을 특징으로 하는 라디안트 튜브용열교환기.
3. 제 3항에 있어서, 상기 이형관(10)의 직선부(10a)는 원주방향으로 사각단면의 요철부(50)를 다수개 형성하여 전열면적을 확대시키도록 구성되어짐을 특징으로 하는 라디안트 튜브용 열교환기.