KR100408579B1 - 나선형 인너-튜브를 이용한 고효율 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업용 요.로에서 배출되는 고온의 폐열을 회수하는 세라믹 관형 열교환기 또는 금속제 관형 열교환기의 효율을 향상시키기 위한 나선형 인너-튜브를 이용한 고효율 열교환기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 열교환기의 세라믹 전열관 또는 금속 전열관 내부에 세라믹재료(SiC,Al2O3,Sialon,뮬라이트,Si3N4등) 또는 금속재료(주철,동,철,알루미늄 등)로 된 상,하부 인너-튜브(Inner-Tube)를 삽입시켜 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있게한 것으로 세라믹 관형 열교환기 또는 금속제 열교환기의 효율을 향상시키기 위한 전열관(11)에 있어서,세라믹소재를 사용하여 상부튜브(21)와 하부튜브(21')로 분리,형성시키고 상,하부튜브(21)(21')의 외주연부는 나선형(31)(31')으로 형성한 인너-튜브(20)를 전열관(11)의 내부에 삽입시켜 전열관(11)을 공기입구측 헤더블럭(41)(41') 및 공기출구측 헤더블럭(42)(42')에 설치하여 공기입구측에 전열관 고정프랜지(43)와 체결볼트(44)(44')에 의해 설치하여 전열관(11) 내측에서 인너-튜브(20)의 내,외부를 공기가 동시에 흐를 수 있게한 것을 특징으로 하는 나선형 인너-튜브를 이용한 고효율 열교환기.

Description

나선형 인너-튜브를 이용한 고효율 열교환기{High Efficiency Heat Exchanger using Helical Inner-Tubes}
본 발명은 산업용 요.로에서 배출되는 고온의 폐열을 회수하는 세라믹 관형 열교환기 또는 금속제 관형 열교환기의 효율을 향상시키기 위한 나선형 인너-튜브를 이용한 고효율 열교환기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 열교환기의 세라믹 전열관 또는 금속 전열관 내부에 세라믹재료(SiC,Al2O3,Sialon,뮬라이트,Si3N4등) 또는 금속재료(주철,동,철,알루미늄 등)로 된 상,하부 인너-튜브(Inner-Tube)를 삽입시켜 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있게한 것이다.
종래에 산업용 요.로에서 사용되는 열교환기는 전열관 내부에 어떤 매개물도 설치되지 않은 단일 전열관을 사용하여 예열된 공기가 전열관을 통하여 버너로 직접 들어가는 구조로 형성되어 있다.
상기와 같은 종래의 전열관은 예열된 공기의 흐름 유동성에 대한 저항하는 매개물이 없어 재활용 가능한 고온의 폐열인 배기가스의 체류시간을 단축시키고 또한 열량을 회수하지 못하고 배출시키는 등의 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출된 것으로 전열관 내부에 인너-튜브를 설치하여 전열관을 통하여 온 열량을 축열하고 있으면서 전열관 내부를 흐르는 공기를 예열하므로 고온의 폐열을 회수하여 재활용하는 효과가 있고 또한 열교환기의 효율을 극대화 시켜 열교환기에 사용되는 세라믹 전열관 또는 금속제 전열관의 수를 절감시킬 수 있는 열교환기를 제공하기 위한 것이다.
상기한 열교환기를 제공하기 위하여 내열,내식성,고온강도 등이 우수한 SiC,Al2O3,Sialon,Cordierite,뮬라이트,Si3N4등의 세라믹소재를 사용하는 세라믹 인너-튜브를 형성함에 있어 튜브를 상,하부로 분리시켜 조립결합시킬 수 있게하고 외주연부는 나선형으로 형성하여 전열관의 내부에 삽입시켜 전열관의 내측에서 인너-튜브의 내,외부를 공기가 동시에 흐를 수 있게하여 열교환기의 예열효과를 향상시키는 것이며 주철,동,철,알루미늄등의 소재를 사용하는 금속제 인너-튜브도 상기한 세라믹 인너-튜브와 같이 상,하부 튜브로 형성하고 외주연부에 나선형을 형성하여 전열관에 삽입시켜서 세라믹 관형 열교환기 또는 금속제 관형 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공할 수 있는 것이다.
도 1 은 본 발명의 분리사시도
도 2 는 본 발명의 조립 측면구조도
도 3 은 본 발명 세라믹 인너-튜브의 설치방법을 도시한 사시도
도 4 는 본 발명 세라믹 인너-튜브의 설치방법을 도시한 단면구조도
도 5 는 본 발명 금속제 인너-튜브가 전열관에 결합된 상태의 단면구조도
도 6 은 본 발명 금속제 인너-튜브의 설치방법을 도시한 단면구조도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(11) 전열관 (20) 인너-튜브
(21)(21') 상,하부튜브 (31)(31') 나선형
(41)(41') 공기입구측 헤더블럭 (42)(42') 공기출구측 헤더블럭
(43) 전열관 고정프랜지 (44)(44')(53) 체결볼트
(51) 인너-튜브 보강대 (52) 인너-튜브 고정판
(54) 열교환기 경판
이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명의 분리사시도로서 상,하부 인너-튜브로 분리된 상태를 도시하였으며,도 2 는 본 발명의 조립 측면구조도로서 상,하부 인너-튜브가 조립된 상태의 측면을 나타내었으며,도 3,4 은 본 발명 세라믹 인너-튜브의 설치방법을 도시한 사시도 및 단면구조도로서 세라믹 인너-튜브가 전열관의 내부에 삽입되어 설치된 상태를 도시하였으며,도 5 는 본 발명 금속제 인너-튜브가 전열관에 결합된 상태의 단면구조도로서 전열관의 내측 인너-튜브의 내,외부로 공기가 동시에 흐르는 것을 설명한 것이고,도 6 은 본 발명 금속제 인너-튜브의 설치방법을 도시한 단면구조도로서 전열관 내부에 삽입되어 체결,결합된 상태를 도시한 것이다.
세라믹 관형 열교환기 또는 금속제 열교환기의 효율을 향상시키기 위한 전열관(11)에 있어서,
내열,내식성,고온강도 등이 우수한 세라믹소재를 사용하여 상부튜브(21)와 하부튜브(21')로 분리,형성시키고 상,하부튜브(21)(21')의 각각 외주연부는 나선형(31)(31')으로 형성한 인너-튜브(20)를 전열관(11)의 내부에 삽입시켜 전열관(11)을 공기입구측 헤더블럭(41)(41') 및 공기출구측 헤더블럭(42)(42')에 설치하여 공기입구측에 전열관 고정프랜지(43)와 체결볼트(44)(44')에 의해 설치하여 전열관(11) 내측에서 인너-튜브(20)의 내,외부를 공기가 동시에 흐를 수 있게한 구조이다.
그리고 금속소재를 사용하여 상,하부튜브(21)(21')로 분리,형성하여 외주연부를 나선형(31)(31')으로 형성된 금속제 인너-튜브(20)를 전열관(11)에 삽입시켜인너-튜브 보강대(51)와 인너-튜브 고정판(52)을 인너-튜브(20)에 용접시키고 인너-튜브 고정판(52)을 열교환기 경판(54)에 용접 또는 체결볼트(53)로 고정시키는 구조이다.
이와같이 된 본 발명은 세라믹 관형 열교환기 또는 금속제 열교환기의 효율을 향상시키기 위하여 세라믹 인너-튜브 또는 금속제 인너-튜브를 삽입하여 열교환기의 효율을 향상시키기 위한 것으로 열교환기의 세라믹 또는 금속 전열관(11) 내부에 내열,내식성,고온강도 등이 우수한 SiC,Al2O3,Sialon,Cordierite,뮬라이트,Si3N4등의 세라믹소재를 사용하는 인너-튜브(20)를 적용할 경우에는 상부튜브(21)와 하부튜브(21')로 분리시켜 조립결합시킬 수 있게하고 상,하부 튜브(21)(21')의 외주연부는 나선형(31)(31')으로 형성하여 여러개의 인너-튜브(20)로서 전열관(11)의 내부에 끼워서 삽입시키거나 또는 하나의 전열관(11) 길이와 같은 인너-튜브(20)를 삽입시켜서 사용한다.
상기와 같이 인너-튜브(20)가 삽입된 전열관(11)은 열교환기의 공기입구측 헤더블럭(41)(41') 및 공기출구측 헤더블럭(42)(42')에 설치하여 공기입구측에서 전열관 고정프랜지(43)와 체결볼트(44)(44')로 설치하여 전열관(11)과 인너-튜브(20)가 공기의 압력에 의하여 밀려나가지 않는 구조로 설치되어 전열관(11)의 내측에서 인너-튜브(20)의 내,외부를 공기가 동시에 흐를 수 있게하여 전열관(11)을 통하여 온 열량을 축열하고 있으면서 열교환기의 예열효과를 향상시키는 것이다.
상기의 세라믹 인너-튜브(20)는 각각의 세라믹 재료를 혼합하거나 단독으로 첨가제를 첨가하여 프레스 또는 수타(手打)방법을 통하여 성형한 후 건조하여 소성로에서 소성하여 고밀도의 성형체를 만든 것으로 밀도가 높으므로 축열량이 많고 열전도도가 우수한 특성을 가진다.
탄화실리카(SiC) 인너-튜브(20)의 제조방법은 설명하면 기본 물질인 탄화실리카에 소결조제인 B,C,Al2O3를 혼합하여 금형 혹은 목형내에 넣고 다져서 성형한 후 소성시키며 이때 소성온도는 1300-1500℃ 로서 로내분위기는 진공,H2,N2,Ar 분위기로 한다.
상기와 같이 소성된 인너-튜브(20)는 아래 표.1에서와 같이 밀도와 열전도도가 우수한 인너-튜브(20)가 되는 것이다.
표.1
특 성 소결방식(상압소결)
밀도(g/cm3) 3.14-3.18
기공율(%) ∼2
꺽임강도 상 온 47
1400℃ 44
영율(×104kg·fmm2) 4.1
열전도도(kcal/mh℃) (상온)76
열팽창계수(×10-6/℃) 4.0
주철,동,철,알루미늄등의 소재를 사용하는 금속제 인너-튜브(20)를 적용할 경우에는 상기한 세라믹 인너-튜브(20)와 같이 상부튜브(21)와 하부튜브(21')로 분리,형성하고 외주연부를 나선형(31)(31')으로 형성하여 전열관(11)에 삽입시켜 인너-튜브(20)에 인너-튜브 보강대(51)와 인너-튜브 고정판(52)을 용접시켜서 인너-튜브 고정판(52)을 열교환기 경판(54)에 용접시키거나 체결볼트(53)로 고정설치하여서 전열관(11)의 내측에서 인너-튜브(20)의 내,외부를 공기가 동시에 흐를 수 있게하여 전열관(11)을 통하여 온 열량을 축열하고 있으면서 열교환기의 예열효과를 향상시키는 것이다.
상기와 같이 산업용 요.로에 사용되는 세라믹 관형 열교환기 또는 금속제 관형 열교환기의 열효율을 향상시키기 위하여 열교환기의 세라믹 전열관 또는 금속전열관 내부에 세라믹재질 또는 금속재질의 인너-튜브를 삽입시켜 사용하므로 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
그러므로 본 발명은 전열관 내측으로 인너-튜브를 설치하여 인너-튜브의 내,외부로 공기가 동시에 흐를 수 있게하여 전열관의 관내대류열전도율이 약 3배 정도 증가시키며 고온작동시에는 복사의 전열촉진효과가 1.9배 증가하여 총합적으로 5.7배의 전열효과증가를 가져올 수 있어 열교환기에 사용되는 세라믹 전열관 또는 금속제 전열관의 수를 절감시킬 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 세라믹 관형 열교환기 또는 금속제 열교환기의 효율을 향상시키기 위한 전열관(11)에 있어서,
    세라믹소재를 사용하여 상부튜브(21)와 하부튜브(21')로 분리,형성시키고 상,하부튜브(21)(21')의 외주연부는 나선형(31)(31')으로 형성한 인너-튜브(20)를 전열관(11)의 내부에 삽입시켜 전열관(11)을 공기입구측 헤더블럭(41)(41') 및 공기출구측 헤더블럭(42)(42')에 설치하여 공기입구측에 전열관 고정프랜지(43)와 체결볼트(44)(44')에 의해 설치하여 전열관(11) 내측에서 인너-튜브(20)의 내,외부를 공기가 동시에 흐를 수 있게한 것을 특징으로 하는 나선형 인너-튜브를 이용한 고효율 열교환기.
  2. 세라믹 관형 열교환기 또는 금속제 열교환기의 효율을 향상시키기 위한 전열관(11)에 있어서,
    금속소재를 사용하여 상,하부튜브(21)(21')로 분리,형성하여 외주연부를 나선형(31)(31')으로 형성된 금속제 인너-튜브(20)를 전열관(11)에 삽입시켜 인너-튜브 보강대(51)와 인너-튜브 고정판(52)을 인너-튜브(20)에 용접시키고 인너-튜브 고정판(52)을 열교환기 경판(54)에 체결볼트(53)로 고정시키는 것을 특징으로 하는 나선형 인너-튜브를 이용한 고효율 열교환기.
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