KR100476534B1 - 유체자력을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치 - Google Patents

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본 발명은 셀엔드튜브(shell & tube)형식 열교환기의 튜브 내부 자동세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펌프, 압축기 등과 같은 가압장치를 이용하지 않고 벤츄리관 등과 같은 유체속도 증속기구의 흡인력을 이용하여 유체자력으로 열교환기 내부에 스폰지 볼과 같은 세정체를 투입시켜 스케일, 슬라임 등 전열 방해물질을 제거함으로서 열교환기 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하는 열교환기 자동세정장치에 관한 것이다.
본 발명은 셀엔드튜브(shell & tube)형식 열교환기에서와 같이 셀(shell)측에 피냉각 유체가 흐르고 튜브(tube)내에 냉각유체가 흐르는 열교환기에 있어서, 열교환기를 중심으로, 열교환기 입구측에 세정체투입용 벤츄리가 설치되고, 출구측에 세정체회수용 벤츄리가 설치되며, 상기 세정체회수용 벤츄리 출구측에는 세정체 분리기가 설치되어 있고, 상기 세정체 분리기는 세정체 회수관과 연통되게 설치되어 있다. 그리고 상기 세정체투입용 벤츄리와 세정체회수용 벤츄리에는 연통되게 세정체 투입관과 세정체반송유체 회수관이 설치되고, 상기 세정체 투입관과 세정체 회수관 사이에는 세정체 회수기가 설치되어 있고, 상기 세정체 회수기 하부는 세정체반송유체 유입관 및 세정체반송유체 회수관과 연통되게 되어 있고, 상기 세정체 투입관, 세정체 회수관, 세정체반송유체 유입관 및 세정체반송유체 회수관의 유로에는 각각 전자밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

유체자력을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치{Heat exchange tube auto cleaning system using fluid flow}
본 발명은 셀엔드튜브(shell & tube)형 열교환기의 튜브 내부 자동세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벤츄리관 등과 같은 유체속도 증속기구의 흡인력을 이용하여 유체자력으로 열교환기 내부에 스폰지 볼과 같은 세정체를 투입시켜 유체 흐름에 의해 튜브 내부를 통과하게 함으로서 튜브 내부의 부착물을 제거하여 열교환기 성능을 향상시키고 또 수명을 연장시키는 것을 목적으로 하는 유체자력(流體自力)을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치에 관한 것이다.
종래부터 냉동장치나 화학플랜트에서는 셀 내부에 다수의 튜브를 배열한 셀엔드튜브(shell & tube)형 열교환기가 많이 사용되어 왔으며, 이 형식의 열교환기에서 열매체로 사용되는 유체는 대부분 냉각탑에서 대기와 열교환하여 냉각되는데, 열교환기를 장시간 사용하게 되면 대기 중의 미생물, 먼지 등의 이물질이 유체로 유입되어 이들이 열교환기 튜브 내면에 쌓여 스케일, 슬라임 등의 부착물을 형성하여 열교환기성능이 저하되고 수명이 단축되는 등의 문제가 발생하고 있어, 이들 부착물을 정기적으로 세정해 줄 필요가 있다.
상기 부착물의 세정방법으로는 종래부터 스폰지 볼과 같은 세정체를 이용하여 이것을 튜브 내에 유체흐름에 의해 강제적으로 통과시켜 튜브 내벽의 부착물을 제거하는 열교환기 튜브 세정방법이 국내 국제특허 출원공개 출원번호 1996-7006061호, 일본 특허 특허번호 제2675685호, 일본 특허 특허번호 제2865373호, 일본 특허 특허번호 제2876066호, 국내 실용신안 등록번호 20-0227922(01.04.09) 등을 통해 알려져 있다.
상기 종래의 스폰지 볼을 세정체로 사용하는 열교환기 튜브 세정장치는 열교환기를 통과하여 열교환기 출구에서 배출되는 세정체를 포함한 냉각수를 체가 장착된 세정체 분리기에서 유체와 세정체를 분리하여 유체는 냉각탑으로 보내지고 세정체는 세정체 회수기에 저장하였다가 펌프나 압축기와 같은 유체기계에 의해 강제로 열교환기 입구측에 투입하였다.
그러나 상기 종래의 열교환기 튜브 세정장치에서는 세정체를 열교환기 입구측에 투입하기 위해 펌프나 압축기가 장착되어야 하므로, 장치설비 비용이 증가하고, 장치의 구성이 복잡하며, 장치의 유지관리에도 많은 어려움이 있고, 펌프나 압축기를 운전하는데 별도의 동력이 필요하였다.
또한 세정체 분리기에서 냉각수와 세정체를 분리하는데 원통형 체를 채택한 열교환기 튜브 세정장치에 있어서는, 세정체 분리기의 세정체가 모이는 원추형 부분 근방에서 유체의 소용돌이 현상이 발생하는 구조이어서 세정체가 원통형 체와 마찰하여 마모가 발생하여 사용수명이 짧다는 단점이 있으며, 또한 세정체의 회수가 완전하지 못하다는 문제가 있었다.
본 발명은 종래 열교환기 튜브 세정장치에서 발생하는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 열교환기 입구측 및 출구측에 벤츄리관을 설치하여 열교환기 입구측에 설치된 세정체투입용 벤츄리의 흡인력에 의해 세정체 회수기에 저장되어 있는 스폰지 볼과 같은 세정체를 열교환기 입구측에 투입하고, 열교환기 출구측에 설치된 세정체회수용 벤츄리의 흡인력에 의해 세정체를 세정체 분리기로부터 세정체 회수기로 회수할 수 있는 구조로 되어 있어, 종래 열교환기 튜브 세정장치에서와 같이 별도로 펌프나 압축기를 구비할 필요가 없어 설치 및 제작이 간단하여 경제적이며, 장치구동에 따른 에너지도 절약할 수 있고, 장치유지관리에 비용과 시간이 절약된다는 장점이 있다.
또한 세정체 분리기에 있어서는, 세정체 분리로 유입한 유체가 부딪히는 오른쪽 코너 부분을 경사지게 만들어 유체 부딪힘에 의해 생기는 소용돌이 현상의 발생을 방지하고 세정체 분리기 유체 제2출구 끝 부분에 세정체 홀더를 설치하여 세정체가 원통형 체와 마찰하여 생기는 마모를 방지하였다.
본 발명의 '유체자력을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치'는 도1, 도2 및 도3에 도시되어 있는 바와 같이 세정체투입용 벤츄리(2), 열교환기(3), 세정체회수용 벤츄리(4), 세정체 분리기(5), 세정체 회수기(19), 전자밸브(15,16,17,18), 수동 볼밸브(6,7,8,9,10)와 이들을 연결하는 배관으로 구성되어 있다.
상기 열교환기(3)를 중심으로, 열교환기 입구측에는 세정체투입용 벤츄리(2)가 설치되어 있고, 출구측에는 세정체회수용 벤츄리(4)가 설치되어 있으며, 세정체회수용 벤츄리(4) 출구측에는 세정체 분리기(5)가 설치되어 있다.
상기 세정체투입용 벤츄리(2)와 세정체회수용 벤츄리(4)는 유체 본관(1)에 병렬(by-pass)배관을 만들어 설치할 수도 있으며, 세정체투입용 벤츄리(2)가 세정체회수용 벤츄리(4)를 겸할 수도 있고, 또한 상기 벤츄리는 오리피스, 인젝트, 유체본관(1)내에 세정체 투입관(12) 삽입 등 유체속도를 증가시킴으로서 흡인력을 발생하는 기구를 대신 설치할 수도 있다. 그리고 세정체투입용 벤츄리(2)가 세정체회수용 벤츄리(4)를 겸하는 경우에는, 열교환기(3)에서의 압력손실이 세정체 회수에 미치는 영향을 보완하기 위해, 열교환기(3) 입구측과 세정체 분리기(5), 또는 열교환기(3) 입구측과 세정체 회수관(11)의 임의의 개소 사이에 연통관(균입관)을 설치할 수도 있다.
상기 세정체 분리기(5)는 입구로 유입한 유체가 부딪히는 우측 코너 부분을 경사지게 만들어 도 4에서와 같이 종래의 세정체 분리기에서 발생하였던 소용돌이 현상의 발생을 방지하고, 유체 제2출구(5c) 부분에 세정체 홀더(5d)를 설치하여 원통형 체(5f)의 우측 말단부에 모이는 세정체가 유체 제1출구(5b)로 흐르는 유체 흐름의 영향을 받지 않게 함으로써, 세정체가 원통형 체(5f)와 마찰하여 마모가 생기는 것을 방지하고, 또 세정체가 원통형 체(5f)의 구멍을 막아 생기는 압력손실을 적게 하여 주는 구조로 되어 있으며, 또한 세정체 홀더(5b) 내부에는 소용돌이 발생돌기(5e)를 만들어 세정체가 세정체 홀더(5d) 구석부분에 정체하는 것을 방지하여 세정체 회수가 원활히 이루어지는 구조로 되어 있다. 그리고 유체 제1출구(5b)와 유체 제2출구(5c)는 설치장소의 여건에 따라 다양한 각도로 설치가 가능하다.
상기 세정체투입용 벤츄리(2)와 세정체회수용 벤츄리(4)에는 연통되게 세정체 투입관(12)과 세정체반송유체 회수관(14)이 설치되어 있고, 세정체 회수관(11), 세정체 투입관(12), 세정체반송유체 유입관(13) 및 세정체반송유체 회수관(14)의 유로에는 각각 전자밸브(15,16,17,18)가 설치되어 있으며, 상기 전자밸브는 도시되지 않은 제어판넬에 의해 제어된다.
상기 세정체 회수관(11)과 세정체 투입관(12)의 사이에는 세정체 회수기(19)가 설치되어 있으며, 상기 세정체 회수기(19)는 내부에 원통형 체가 설치되어 있고, 상부덮개(19b)에는 사이트글라스(19a)가 장착되어 있어 세정체의 유동과 마모 정도를 관찰할 수 있도록 되어 있고, 또한 상부 덮개(19b)는 탈착이 용이한 구조로 되어 있어 세정체가 마모되었을 때 쉽게 교체가 가능하다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 작동원리를 도 6을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
먼저 수동 볼밸브(6,7,8,9)는 모두 열려있고 전자밸브(15,16,17,18)는 모두 닫혀있는 상태에서 세정체 회수기(19)의 상부 덮개(19b)를 열어 적당 개수의 세정체(19c)를 넣은 다음 덮개를 닫는다. 도시되어 있지 않은 제어판넬에 의해 전자밸브(15,17)를 열면 유체 본관(1)을 흐르던 유체 일부가 세정체투입용 벤츄리(2)의 흡인력에 의해 세정체반송유체 인입관(13)으로 유입되어 세정체 회수기(19) 및 세정체 투입관(12)을 거쳐 세정체투입용 벤츄리(2)로 유입되며, 이 때 세정체 회수기(19)에 저장되어 있던 세정체(19c)가 반송유체와 함께 열교환기(3)로 유입된다. 세정체는 유체 본관(1)을 흐르는 유체에 섞여 열교환기(3) 내를 통과하면서 튜브 내벽에 부착되어 있는 스케일, 슬라임 등 부착물을 제거한다. 열교환기(3)를 통과한 세정체는 세정체 분리기(5)에서 원통형 체(5f)에 의해 유체와 세정체가 분리되어, 유체는 유제 제1출구(5b)를 통해 다음 공정으로 이송되고, 세정체는 세정체 홀더(5d)에 모이게 된다. 세정체가 열교환기(3)로 투입되고 나면 도시되어 있지 않은 제어판넬에 의해 전자밸브(15,17)은 닫히고 전자밸브(16,18)가 열린다. 전자밸브(16,18)가 열리면 세정체회수용 벤츄리(4)의 흡인력에 의해 세정체 홀더(5d)에 모여 있던 세정체는 반송유체와 함께 세정체회수관(11)을 통해 세정체 회수기(19)로 흡인되어 온다. 세정체 회수기(19)에서 세정체는 원통형 체(19d)에 의해 걸려지고 반송유체는 세정체회수용 벤츄리(4)에 흡인되어 유체 본관(1)을 흐르는 유체와 합류하여 유체 제1출구(5b)를 통해 다음 공정으로 보내어진다. 세정체가 세정체 회수기(19)에 모두 회수되면 도시되어 있지 않은 제어판넬에 의해 전자밸브(16,18)를 닫는다. 일정시간이 경과되면 다시 도시되어 있지 않은 제어판넬에 의해 다시 전자밸브(15,17)를 열어 세정체(19c)가 열교환기(3)로 투입되어 위에서와 같은 과정을 반복한다.
상기와 같이, 본 발명은 열교환기 입구 및 출구측에 설치되어 있는 세정체투입용 벤츄리와 세정체회수용 벤츄리의 흡인력을 이용하여 스폰지 볼과 같은 세정체를 열교환기 튜브 내부로 투입하거나 세정체 회수기로 회수하는 것이 가능하여 ,종래 펌프나 압축기와 같은 유체기계에 의해 이와같은 것이 이루어졌던 방식에 비해, 제작이 간단하고, 제작비용이 적게 들고, 장치운전에 별도의 동력이 필요없어 에너지 절약에 효과가 있고, 또한 장비유지관리에 있어서도 유지관리비 및 관리 인력이 현격히 절감된다.
또한 세정체 분리기는 오른쪽 모서리 부분을 경사지게 만들어 소용돌이 현상의 발생을 방지하고, 유체 제 2출구 부분에 세정체 홀더를 설치하여 세정체가 유체 제 1출구로 흐르는 유체 흐름의 영향을 받지 않게 함으로써 원통형 체와의 마찰에 의해 생기는 마모를 방지하여 세정체의 수명을 연장하는 효과가 있다. 또한 세정체가 원통형 체의 구멍을 막아 생기는 압력손실을 방지하여 펌프 동력의 절감에도 효과가 있다.
도 1은 본 발명 유체자력을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치의 구성 개요도
도 2는 본 발명 세정체 분리기의 단면도
도 3은 본 발명 세정체 회수기의 단면도
도 4는 종래 세정체 분리기의 일례 단면도
도 5는 본 발명 유체자력을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치의 세정체 흐름도
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
1: 유체 본관 2: 세정체투입용 벤츄리
3: 열교환기 4: 세정체회수용 벤츄리
5: 세정체 분리기 6: 수동 볼밸브
7: 수동 볼밸브 8: 수동 볼밸브
9: 수동 볼밸브 10: 수동 볼밸브
11: 세정체 회수관 12: 세정체 투입관
13: 세정체반송유체 유입관 14: 세정체반송유체 회수관
15: 전자밸브 16: 전자밸브
17: 전자밸브 18: 전자밸브
19: 세정체 회수기 20: 펌프
5a: 유체입구 5b: 유체 제1출구
5c: 유체 제2출구 5d: 세정체 홀더
5e: 소용돌이 생성돌기 5f: 원통형 체
19a: 사이트글라스 19b: 덮개
19c: 세정체 19d: 원통형 체

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  7. 열교환기(3) 튜브 내벽을 스폰지 볼과 같은 세정체를 이용하여 자동 세척하는 장치에 있어서, 열교환기의 입구측 유체 본관(1)에 세정체투입용벤츄리(2)가 설치되고 출구측 유체 본관(1)에 세정체회수용 벤츄리(4)가 설치되며, 상기 세정체회수용 벤츄리(4) 출구측에 세정체 분리기(5)가 설치되어 있고, 상기 세정체 분리기(5)는 세정체 회수관(11)과 연통되게 설치되어 있고, 세정체투입용 벤츄리(2)와 세정체회수용 벤츄리(4)는 세정체 투입관(12) 및 세정체반송유체 회수관(14)과 연통되게 설치되어 있고, 상기 세정체 투입관(12)과 세정체 회수관(11)사이에는 세정체 회수기(19)가 설치되어 있고, 상기 세정체 회수기(19)의 하부에는 세정체반송유체 유입관(13) 및 세정체반송유체 회수관(14)과 연통되게 설치되어 있고, 상기 세정체 투입관(12), 세정체 회수관(11), 세정체반송유체 유입관(13) 및 세정체반송유체 회수관(14)의 유로에는 각각 전자밸브(15,16,17,18)가 설치되되, 상기 세정체분리기(5)는 유체입구(5a), 유체 제 1출구(5b), 유체 제 2출구(5c) 및 원통형 체(5f)가 구비되어 있고, 유체입구 반대측 즉 유체 제 2출구(5c) 측 외곽 코너부분을 경사진 모양으로 하고, 유체 제 2출구(5c) 종단에 세정체 홀더(5d)가 장착되어 있고, 세정체 홀더(5d) 내부에 소용돌이 생성돌기(5e)가 있는 것을 특징으로 하는 유체자력을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 세정체 분리기(5)는 설치현장 여건에 따라 유체 제 1출구(5b) 및 유체 제 2출구(5c)의 장착 각도가 다르게 변할 수 있는 것을 특징으로 하는 유체차력을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 세정체 회수기(19)는 덮개(19b)가 열고 닫음이 가능한 구조로 되어있고, 상부에는 사이트글라스(19a)가 장착되어 있고, 내부에 외부로 인출이 가능한 구조의 원통형 체(19d)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 유체차력을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치.
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