KR100870588B1 - 열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가동 중인 에어팬쿨러(Air Fan Cooler) 튜브 핀(Tube Fin)을 기계식 클리닝장치를 이용하여 외부에서 청소하여 분진(Dust)에 의한 오염으로 인해 튜브 핀의 열교환효율이 저하되는 것을 방지하고, 기존 청소시 이용하던 화학약품의 사용을 억제하여 친환경적인 청소를 구현하기 위한 열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치에 관한 것이다.

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Description

열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치{AIR FAN COOLER TUBE FIN ON-LINE CLEANING PACKAGE FOR HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가동 중인 에어팬쿨러 튜브 핀을 기계식 클리닝장치를 이용하여 외부에서 청소하여 분진으로 인한 튜브 핀의 열교환효율이 저하되는 것을 방지하고, 화학약품의 사용을 억제하여 친환경적인 청소를 구현하기 위한 열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치에 관한 것이다.

일반적으로, 열교환기용 에어팬쿨러(Air Fan Cooler) 튜브 핀(Tube Fin)은 튜브 사이드(Tube Side)의 헌 열을 쉘 사이드(Shell Side)의 공기와 열교환 시 열교환효과를 극대화시키기 위해서 튜브 표면에 얇은 핀을 부착한 것으로, 이를 통해 열교환 표면적을 넓혀주고 있다.

이 튜브 핀은 주로 알루미늄소재를 0.4㎜의 두께로 하여 튜브를 감싸고 있다.

한편, 상기 튜브 핀에는 열교환과정에서 다량의 분진(Dust)이 쌓이고 있어 이 분진에 의한 오염으로 인해 열교환효율이 저하되는 문제점을 안고 있으며, 이는 결국 에어팬쿨러의 운전효율 저하를 야기하여 제품생산에 차질을 빚고 있다.

이를 해소하기 위하여 종래에는 화학약품의 화학반응을 이용하여 이 분진을 녹여내어 제거하고 있으나, 상기 화학약품을 통한 튜브 핀의 청소는 가동 중지된 에어팬쿨러의 경우에만 가능하다는 문제점이 있다.

즉, 가동 중인 에어팬쿨러의 경우에는 운전 온도로 인하여 튜브 핀 사이에 쌓여 있는 분진과 화학약품이 반응하기도 전에 증발되는 경우가 종종 발생하여 그 효과가 미비하였고, 이 청소작업공정과 준비과정이 매우 힘들다는 문제점이 있다.

또한, 상기 화학약품은 장기간 사용시 알루미늄소재의 튜브 핀을 부식시켜 훼손하는 등 추가적인 피해가 발생할 수 있는 우려가 있으며, 나아가 화학약품의 경우 수질 및 대기오염의 주원인으로 작용하는 폐단이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하여 에어팬쿨러의 가동 중에도 튜브 핀의 분진을 청소하여 제거할 수 있고, 이 청소과정에서 튜브 핀의 파손이나 훼손이 발생하지 않으며, 친환경적인 청소작업을 구현하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은, 에어팬쿨러의 가동 중에 튜브 핀의 분진을 외부에서 청소하고 제거하여 이 분진에 의한 오염으로 에어팬쿨러의 운전효율저하가 발생하는 것을 예방할 수 있도록 한 열교열교환기용 에어팬쿨러 튜브핀 클리닝장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 분진의 제거과정에서 튜브 핀의 파손이나 부분적인 훼손이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한 열교열교환기용 에어팬쿨러 튜브핀 클리닝장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 화학약품의 사용을 억제하여 친환경적인 청소작업이 이루어질 수 있도록 한 열교열교환기용 에어팬쿨러 튜브핀 클리닝장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 증기와 냉각수의 열교환을 통해 응축수를 생성하는 응축수발생기와;

이 응축수발생기에 연결되어 응축수가 함유된 증기를 이송하는 이송관과;

상기 이송관의 어느 일 부분에 장착되어 증기의 이송을 제어하는 개폐밸브와;

상기 개폐밸브의 개방시 응축수를 함유한 증기를 분사할 수 있도록 이송관의 선단에 장착된 분사노즐과;

상기 이송관에 설치되어 에어팬쿨러에 이송관을 걸어서 고정하는 견인수단으로 구성되어 달성된다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 기계식 클리닝장치의 제공으로 에어팬쿨러의 가동 중에도 튜브 핀의 분진을 외부에서 청소하고 제거함으로써, 이 분진에 의한 에어팬쿨러의 운전효율저하가 발생하는 것을 예방할 수 있으며, 이로 인한 열교환기의 효율적인 공정운전으로 생산성 증대효과를 기대할 수 있게 된다.

또한, 화학반응이 아닌 응축수를 함유하고 있는 증기를 분사하여 튜브 핀의 분진을 불어서 청소하고 제거함으로써, 튜브 핀의 파손이나 부분적인 훼손이 발생하는 것을 예방할 수 있으며, 아울러 견인수단의 제공을 통해 장시간 청소작업에도 쉽게 피로감을 느끼지 않게 된다.

따라서, 튜브 핀의 분진을 청소하고 제거하는데 주로 사용되던 화학약품의 사용을 억제하여 수질과 대기오염을 줄일 수 있는 등 친환경적인 청소작업이 이루어질 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하 면 다음과 같다.

도 1은 열교환기용 에어팬쿨러의 실시 예를 분해 사시도로 보인 것으로, 열교환기용 에어팬쿨러의 상부에 다수의 핀을 갖는 튜브가 설치된 것을 보이고 있다.

도 2는 본 발명에 따른 클리닝장치의 실시 예를 개략적으로 보인 것으로, 에어팬쿨러 튜브 핀의 분진을 응축수가 함유된 증기를 분사하여 제거하기 위한 클리닝장치의 구성 및 연결상태를 보이고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 응축수발생기의 실시 예를 개략적으로 보인 것으로, 증기와 냉각수의 열교환을 통해 응축수를 생성하기 위한 응축수발생기를 개략적으로 보이고 있으며, 이 응축수발생기에 증기와 냉각수의 공급온도를 계측하기 위한 온도계 및 내부압력을 계측하고 제어하기 위한 압력계와 안전밸브가 설치된 것을 보이고 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 분사노즐의 여러 실시 예를 확대하여 보인 것으로, 튜브 핀의 구조에 따라 응축수를 함유하고 있는 증기를 확산하면서 분사하거나 다방향으로 분사하기 위한 분사노즐의 여러 실시 예를 보이고 있다.

도 7은 본 발명에 따른 견인수단의 실시 예 및 사용상태를 확대하여 보인 것으로, 에어팬쿨러에 클리닝장치 걸어서 고정할 수 있도록 이송관에 인장스프링이 연결되고, 이 인장스프링의 끝 부분에 갈고리가 형성된 것을 보이고 있다.

즉, 도 1에서 보인 것과 같이, 본 발명은 열교환기용 에어팬쿨러(Air Fan Cooler)의 열교환 표면적을 넓혀주기 위한 튜브 핀(Tube Fin)을 상기 에어팬쿨러(1)의 가동 중에도 외부에서 청소하여 분진에 의한 튜브(2)의 열교환효율이 저하 되고, 에어팬쿨러(1)의 운전효율저하가 발생하는 것을 방지하기 위한 구성이다.

이를 위한 본 발명에 따른 클리닝장치(4)의 구성은 도 2에서 보인 것과 같이, 응축수를 생성하기 위한 응축수발생기(10), 이 응축수를 함유하고 있는 증기를 이송하기 위한 이송관(20), 상기 이송관(20)을 개폐하기 위한 개폐밸브(23) 및 분사노즐(30), 에어팬쿨러(1)에 이송관(20)을 고정하기 위한 견인수단(40)으로 구성됨을 그 기본적인 특징으로 한다.

상기 응축수발생기(10)는 증기와 냉각수의 열교환을 통해 응축수를 생성하게 되며, 이를 위한 실시 예로는 도 2 내지 도 3에서 보인 것과 같이, 상기 응축수발생기(10)에 증기를 공급하기 위한 증기공급배관(11)이 장착되고, 이 증기공급배관(11)을 통해 공급되는 증기와 열교환하기 위한 냉각수를 공급하는 냉각수공급배관(12)이 장착된 것을 보이고 있다.

또한, 상기 응축수발생기(10)에는 증기공급배관(11)과 열교환코일(13)을 통해 연결되어 냉각수와의 열교환에 의해 응축된 응축수를 함유하고 있는 증기를 배기하기 위한 증기배기관(14)이 장착된 것을 보이고 있으며, 이 증기배기관(14)의 반대편에는 증기와 열교환한 냉각수를 배수하기 위한 냉각수배수관(15)이 장착된 것을 보이고 있다.

바람직하게는 상기 배관들은 제어밸브(16)에 의해 개폐되도록 하게 되며, 이 제어밸브(16)의 더욱 바람직한 실시 예로는 증기 또는 냉각수의 역류를 방지할 수 있도록 체크밸브(Check Valve)가 적합하다.

즉, 이와 같이 응축수발생기(10)가 구성됨에 따라 증기공급배관(11)을 통해 공급된 증기는 열교환코일(13)을 따라 이송되는 과정에서 냉각수공급배관(12)을 통해 공급된 냉각수와의 열교환에 의해 응축되어 응축수를 생성하게 되고, 이 응축수를 함유한 상태에서 증기배기관(14)을 통해 외부로 이송되는 것이다.

따라서, 상기 응축수발생기(10)에는 증기와 냉각수가 상호 열교환 할 수 있을 정도의 온도로 공급되어야 하고, 증기가 실질적으로 응축되는 구간인 열교환코일(13)은 응축수를 생성하기에 알맞은 길이로 제공되어야 하므로, 아래의 계산식을 제공한다.

[계산식]

증기 : 압력(10.5Kg/cm2), 온도(185℃),

냉각수 : 온도(20℃),

1. 증기증발 잠열 : 1,993KJ/Kg ( =476.6Kcal/kg )

2.　3/4” 배관에서 흐를 수 있는 증기 유량

(10kg/cm2, 40m/s 일때) = 216kg/hr

3.　응축이 필요한 증기량 (95% 응축수 기준)

216kg/hr x 0.95 = 205.2kg/hr　

4.　증기 205.2kg/hr 이 가진 열량

205.2kg/hr x 1,993KJ/Kg = 408.964KJ/hr 　

5.　냉각수 주입량 : 1차 공급온도 20℃ , 2차 배수온도 80℃

(△P 60) 408.964KJ/kg÷( 4.19kJ/Kg.℃ x 60℃ ) = 1.627kg/hr = 27ℓ/ min　

6. 내부 열교환코일 면적(A)

△TAM = 185℃ - (( 20 + 80 )/2) = 135℃

408.964KJ/hr = 7,200KJ/hr x A x 135℃

A = 0.421m2 ＞ x 10% = 0.463m3

0.463m3 ÷ 0.085m2/m = 5.45m

여기서, 이와 같은 계산식에 의해 증기와 냉각수가 공급되는지 여부를 외부에서 쉽게 파악할 수 있도록 응축수발생기(10)에 장착되는 각각의 배관들에는 증기와 냉각수의 출입온도를 계측하기 위한 온도계(17)가 장착되고, 내부 압력상승을 감지하기 위한 압력계(18) 및 이를 제어하기 위한 안전밸브(19)가 설치된다.

따라서, 상기와 같은 계산식에 의해 응축수발생기(10)에 증기와 냉각수가 공급되는지 여부를 온도계(17)를 통하여 정확하게 계측할 수 있을 뿐만 아니라 압력계(18)와 안전밸브(19)를 통하여 내부의 압력상승을 감지하고 제어하여 안전한 응축수의 생성이 이루어질 수 있도록 하게 되는 것이다.

이러한 응축수발생기(10)에 드레인배관(10a)을 설치할 경우 증기와 냉각수의 열교환 과정에서 상기 응축수발생기(10)의 내부에 맺혀 고이게 되는 응축수를 재활용할 수 있다는 것은 자명한 사항이다.

본 발명에 따른 이송관(20)은 앞서 설명한 응축수발생기(10)에 연결되어 응축수가 함유된 증기를 이송하게 되며, 바람직하게는 상기 이송관(20)은 이송호스(21)를 통하여 응축수발생기(10)에 연결되어 자유로운 움직임을 갖도록 하게 된다.

즉, 상기 이송관(20)은 응축수발생기(10)에서 배기된 증기를 이송할 수 있도 록 내부가 중공되어 있는 관으로서, 이송호스(21)를 통하여 증기배기관(14)에 연결되어 응축수가 함유된 증기를 공급받아 이송하게 된다.

이때, 상기 이송관(20)과 이송호스(21)의 연결부위는 실링 처리하여 증기의 공급 및 이송과정에서 누수가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 이송관(20)은 재질에 제한을 두고 있지는 않으나, 응축수를 함유하고 있는 증기를 이송하는 것이 주된 용도이므로, 쉽게 부식되지 않아 장기간 사용이 가능하며, 무게가 가벼운 스테인리스(SUS)가 적합하다.

또한, 상기 이송관(20)에는 손잡이(22)의 용도로 활용할 수 있도록 고무 또는 합성수지를 부착하여 튜브(2) 핀(3)의 분진을 청소하는 과정이나 이동 중에 미끄럼을 방지하고, 예기치 않은 외부 충격이 전달될 경우 이를 흡수하여 해소할 수 있도록 하게 된다.

본 발명에 따른 개폐밸브(23)는 이와 같은 이송관(20)의 어느 일부분에 장착되어 상기 이송관(20)을 개폐함으로써, 증기의 이송을 제어토록 하게 된다.

바람직하게는 상기 개폐밸브(23)의 장착위치는 앞서 설명한 손잡이(22)와 근접하게 장착하여 한 손으로는 손잡이(22)를 잡고 다른 손으로는 개폐밸브(23)를 용이하게 조작할 수 있도록 하는 것이 좋다.

이와 같은 개폐밸브(23)의 조작에 의해 개폐되는 이송관(20)의 선단에는 상기 개폐밸브(23)의 개방시 응축수를 함유한 증기를 튜브(2) 핀(3)에 분사하여 분진을 불어서 제거하기 위한 분사노즐(30)이 장착된다.

즉, 상기 분사노즐(30)은 응축수를 함유한 증기를 분사할 수 있도록 분사구 멍(31)이 형성되어 이송관(20)의 선단에 장착되며, 바람직하게는 상기 튜브(2) 핀(3)의 구조에 맞는 분사구조가 형성되어 제공된다.

이를 위한 실시 예로는 도 4에서 보인 것과 같이, 분사노즐(30)에 증기를 확산시키면서 분사하기 위한 분사확산부(32)가 경사지게 형성된 것을 보이고 있으며, 이 분사확산부(32)의 경사각도(A)는 60°정도가 가장 적합하다.

따라서, 응축수를 함유한 증기는 분사노즐(30)에 형성된 분사구멍(31)을 통해 분사되는 과정에서 분사확산부(32)에 의해 넓게 확산하면서 분사되어 분진을 효과적으로 제거하게 되는 것이다.

본 발명에 따른 분사노즐(30)은 앞서 설명한 바와 같이, 증기를 확산하여 분사하는 기능 외에 증기를 다방향으로 분사할 수 있도록 제공하게 되며, 이 다방향 분사구조의 실시 예로는 도 5 내지 도 6에서 보인 것과 같이, 상기 분사노즐(30)에 적어도 하나 이상의 보조분사홀(33)이 한 쌍으로 형성되거나, 분사구멍(31)을 중심으로 방사형으로 형성된 것을 보이고 있다.

이와 같이 분사구조를 분사노즐(30)에 적용하는 것은 튜브(2) 핀(3)의 구조에 적합한 증기의 분사가 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 분사구멍(31)을 통해 분사되는 증기가 한 쌍의 보조분사홀(33) 또는 방사형의 보조분사홀(33)을 통해 다방향으로 분사될 경우 분진을 더욱 효과적으로 제거할 수 있게 되는 것이다.

이러한 분사노즐(30)이 선단에 장착된 이송관(20)을 에어팬쿨러(1)에 걸어서 고정하기 위한 견인수단(40)은 주로 끈이나 줄로 구성되어 상기 이송관(20)에 설치되며, 이를 통해 분진의 장시간 청소시 피로감을 줄일 수 있게 된다.

바람직하게는 상기 견인수단(40)으로 도 7에서 보인 것과 같이, 본 발명에 따른 클리닝장치(4)의 무게 및 증기의 분사시 반동력을 흡수하여 해소할 수 있도록 이송관(20)에 인장스프링(41)이 연결되고, 이 인장스프링(41)의 끝 부분에 갈고리(42)를 형성하여 제공하게 된다.

즉, 상기와 같이 견인수단(40)이 인장스프링(41) 및 이를 에어팬쿨러(1)에 걸어서 고정하기 위한 갈고리(42)로 구성됨에 따라 클리닝장치(4)의 무게 및 분진을 청소하여 제거하기 위한 증기의 분사시 발생하는 반동력을 흡수하여 해소하게 된다.

따라서, 이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 견인수단(40)이 이송관(20)에 설치되어 제공됨에 따라 분진을 불어서 청소하고 제거하는 과정이 쉽고 편리하게 이루어지게 되는 것이다.

여기서, 본 발명에 따른 클리닝장치(4)의 구동과정 및 이를 통한 에어팬쿨러(1) 튜브(2) 핀(3)의 분진을 청소하여 제거하는 과정에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 분진을 청소하여 제거하기 위해서는 응축수발생기(10)의 증기공급배관(11)과 냉각수공급배관(12)을 통해 증기와 냉각수를 각각 공급하여 상호 열교환으로 응축수를 생성하게 되며, 이와 같이 생성된 응축수를 함유한 증기는 증기배기관(14)을 통해 이송호스(21)로 배기하게 되고, 냉각수는 냉각수배수관(15)을 통해 배수되어 재활용된다.

상기 이송호스(21)로 배기된 증기는 이송관(20)으로 공급되고, 개폐밸브(23) 의 개방시 분사노즐(30)에 이송되어 에어팬쿨러(1) 튜브(2) 핀(3)의 분진에 분사된다.

이 과정에서 상기 분사노즐(30)은 분사확산부(32)를 통해 증기를 확산하면서 분사하거나, 보조분사홀(33)을 통해 다방향으로 분사하여 상기 튜브(2) 핀(3)의 분진을 불어서 청소하여 제거하게 된다.

이와 같은 튜브(2) 핀(3)의 분진제거는 클리닝장치(4)가 견인수단(40)에 의해 에어팬쿨러(1)에 걸려 고정되어 있고, 청소작업자는 손잡이(22)를 이용하여 이송관(20)의 분사방향을 제어할 수 있어 장시간 청소가 이루어지더라도 피로감을 느끼지 않고 편리하게 청소가 진행된다.

도 1은 열교환기용 에어팬쿨러의 실시 예를 보인 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 클리닝장치의 실시 예를 보인 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 응축수발생기의 실시 예를 보인 개략도.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 분사노즐의 여러 실시 예를 보인 확대도.

도 7은 본 발명에 따른 견인수단의 실시 예 및 사용상태를 보인 확대도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 - 에어팬쿨러 2 - 튜브

3 - 핀 4 - 클리닝장치

10 - 응축수발생기 20 - 이송관

23 - 개폐밸브 30 - 분사노즐

40 - 견인수단

Claims (5)

1. 증기와 냉각수의 열교환을 통해 응축수를 생성하는 응축수발생기와;

   이 응축수발생기에 연결되어 응축수가 함유된 증기를 이송하는 이송관과;

   상기 이송관의 어느 일 부분에 장착되어 증기의 이송을 제어하는 개폐밸브와;

   상기 개폐밸브의 개방시 응축수를 함유한 증기를 분사할 수 있도록 이송관의 선단에 장착된 분사노즐과;

   상기 이송관에 설치되어 에어팬쿨러에 이송관을 걸어서 고정하는 견인수단으로 구성됨을 특징으로 하는 열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 응축수발생기에는 증기와 냉각수의 출입온도를 계측하기 위한 온도계가 장착되고, 출입압력을 계측하기 위한 압력계가 장착되며, 내부 압력상승을 방지하기 위한 안전밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 분사노즐에는 증기를 확산시키면서 분사하기 위한 분사확산부가 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 분사노즐에는 증기를 다방향으로 분사하기 위한 보조분사홀이 적어도 하나 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 견인수단은 이송관에 인장스프링이 연결되고, 이 인장스프링의 끝 부분에 갈고리가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 에어팬쿨러 튜브 핀 클리닝장치.

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