KR100907039B1 - 열교환기 청소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동부로 복수개의 세척팁을 전진 또는 후진시킴에 따라, 용이하게 관군의 각각의 튜브 내부에 대한 청소 작업을 신속하게 수행할 수 있고, 스케일 고착 방지와, 열교환기 수명 증가와, 열교환기 열전도율 저감 내지 변동 방지가 가능하고 화학세척액을 사용하지 않아 친환경적인 열교환기 청소장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 열교환기 청소장치는 열교환기의 셸(1)의 주변에서 고정 설치되어 세척시 발생되는 반발력을 지지하도록 골격형으로 형성된 프레임부(110)와, 상기 프레임부에 탑재된 제어부(120)와, 상기 제어부에 접속되고 상기 프레임부에 탑재되어 전, 후진에 필요한 작동력을 발생시키는 구동부(130)와, 상기 구동부가 탑재된 이동블록(150), 상기 이동블록의 하부에 복수개로 설치된 삽입바(160), 상기 삽입바의 끝단 각각에 취부 가능하게 체결된 세척팁(170)을 갖는 세척부(140)와, 상기 세척팁을 가이드하는 복수개의 유도관(182)을 구비하여 상기 프레임부에 설치된 팁가이드부(180)를 포함하고, 삽입바(160), 세척팁(170), 유도관(182)이 각각 열교환기의 관군(4)의 튜브(3) 개수 및 튜브 축심에 대응하여 일치되어 있다.

열교환기, 세척팁, 구동부, 세척부, 팁가이드부

Description

열교환기 청소장치{APPARATUS FOR CLEANING HEAT EXCHANGER}

본 발명은 응축기(condenser), 증발기(evaporator), 기타 열교환 설비를 통칭하는 열교환기에서 그의 관군(tube bundle)의 각각의 튜브 내부, 튜브 내주면 등을 동시에 세척 또는 청소하여 스케일 고착 방지, 튜브내 오염 방지를 도모하는 열교환기 청소장치에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 셸 유체와 관내 유체와 같이 온도가 다른 2개의 유체를 직접 또는 간접으로 접촉시켜 열을 교환시키는 장치이다.

열교환기는 사관식(submerged-pipe coil), 개방 액막식(open-type), 2중관식(double-pipe), 원통다관식(shell and tube)이 있다.

특히 원통다관식 열교환기는 고정관판식(fixed tube-plate), U자관식(U-bend), 유동두식(floating-head), 재킷식(jacket), 와권식(volute), 평판식(plate)과 같이 형식별로 구분 가능하다.

원통다관식 열교환기의 구성을 간략하게 살펴보면, 셸덮개(shell cover)를 갖는 셸(shell)과, 그 내부에서 저지판(baffle plate)으로 지지된 복수의 전열관(tube)(이하 튜브라 칭함)으로 이루어진 관군(tube bundle)과, 관군의 양측 또는 일측 끝단에 튜브시트(tube sheet) 또는 튜브판(tube plate)과, 튜브시트 또는 튜브판은 헤드(head)와 헤드받침쇠(head backing plate) 등을 갖는다.

한편, 열교환기의 소재는 열전도율이 매우 양호하고 가공성이 좋고 재질의 경제성이 뛰어난 탄소강을 사용하고 있다. 경우에 따라, 스테인리스 재질이 튜브 제작에 사용되는 경우도 있으나 열전도율 면에서 탄소강에 비해 떨어진다.

탄소강 또는 스테인리스 재질 등을 사용하더라도 열교환기는 장시간 사용시 열응력, 부식, 스케일, 유기 또는 무기물, 이물질, 오염에 노출되어 있으므로, 이에 대한 유지보수 및 수리는 필수적이며, 이를 방치할 경우 유속 저하 및 압력 강화에 따라 열교환기의 작동 매개변수 또는 열전도율을 감소시켜 효율 감소를 초래하고, 더 나아가 열교환기의 제품 수명에 치명적인 문제를 일으킨다.

특히, 열교환기는 생산 공장, 화학 및 석유화학 기업의 공정, 제철소 등에서 기본적인 열교환 기능을 담당하고 있으므로, 이들의 작동 불량, 열전도율 감소, 고장 등은 운영비 상승 및 생산성 저하에 직결되어 있어 문제가 발생되기 전에 미연에 유지보수를 철저히 하는 것이 바람직하다.

일반적인 원통다관식 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이, 셸(1, shell)의 일측 단부 또는 양단부에서 덮개(2)(예 : 셸덮개 또는 헤드커버 등)를 분리할 수 있도록 구성된 것으로서, 셸(1) 내부에 복수개의 튜브(3)를 다발로 배열 설치한 관군(4)과, 관군(4)의 양측 끝단에 결합된 튜브판(5)을 갖는다.

덮개(2)는 플랜지와 볼트, 너트 결합을 통해 셸(1)에 결합되어 있다.

튜브판(5) 및 관군(4)의 각각의 튜브(3) 입구 부위는 셸(1)로부터 덮개(2)가 분리될 경우에 개방되어 검사 또는 튜브(3) 내주면의 세척을 가능케 한다.

각각의 튜브(3) 내부를 따라 통과하는 관내 유체는 고온 또는 저온의 공업용수 또는 거무스름한 물이나 해수이고, 튜브(2) 외부와 셸 내부 사이에서 유동하는 셸 유체는 저온 또는 고온의 유체이다.

특히, 관내 유체는 열교환기 관련 설비 또는 플랜트에서 이용 가능한 공업용수로서 유기, 무기 부유물, 이물질 등이 포함되어 있는 경우가 대다수 이므로 튜브(3) 내부를 오염시키거나 스케일을 형성시킨다.

만일, 튜브(3)의 오염과 스케일 등에 의한 막힘 현상이 발생될 경우, 열교환기의 성능이 현저히 떨어지게 되고, 열원용량 확보 및 유지에 문제가 발생되며, 결국 튜브(3) 또는 관군(4)을 교체할 정도로 심각한 문제를 발생시킨다. 예컨대, 열교환기 세척을 아예 수행하지 않고 사용할 경우, 열교환기 튜브 또는 관군 자체 수명이 6개월 또는 2년 정도와 같이 매우 짧아질 수 있고, 이로 인하여 해당 튜브 또는 관군 자체를 교체할 수밖에 없어 막대한 시설운영비 발생이 초래되고 있는 실정이다.

그러나, 열교환기가 주기적으로 반드시 세척되어야 함에도 불구하고, 열교환기 전용으로 세척 또는 청소를 담당하는 설치 구조물 방식의 청소 수단의 부재로 인하여, 신속하고 용이한 세척 및 청소가 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

또한, 별도의 외부 용역 업체 및 작업자를 통해 열교환기의 세척이 이루어질 경우에도, 산세척과 같이 자연 환경에 치명적인 화학적 세제(예 : 산세척용 염산 50%와 물 50%)를 사용하므로, 수질 오염을 일으킴은 물론, 청소시 발생되는 염산가스에 의한 작업자의 건강 위협 등으로 인하여 작업자의 작업 회피 사례 등의 문제점이 지적되고 있다.

또한, 수개에서 수십개의 튜브 각각에 대해 일일이 세척이 요구되기 때문에, 청소 작업이 비효율적이고, 작업 시간이 길어지고, 매우 불편한 문제점이 있다.

이런 연유로 열교환기의 세척이 아예 수행되지 않고 사용되거나, 또는 세척이 수행되더라도 짧게는 분기별로, 길게는 매년 시행되고 있어서, 결국 열교환기에서 상대적으로 용이하고 반복적으로 용이하게 시행 가능한 관군 또는 튜브의 오염 방지 대책이 요구되고 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 열교환기의 주변에 설치되는 시설구조물로서, 본 발명의 목적은 관군(tube bundle)의 튜브 개수 및 직경에 대응하여 삽입 가능하게 배열된 복수개의 세척팁을 구동부에 의해 전진 또는 후진시킴에 따라, 용이하게 관군의 각각의 튜브 내부에 대한 청소 작업을 신속하게 수행할 수 있고, 스케일 고착 방지와, 열교환기 수명 증가와, 열교환기 열전도율 저감 내지 변동 방지가 가능하고 화학세척액을 사용하지 않아 친환경적인 열교환기 청소장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적은, 하기에 상세히 설명할 바와 같이, 열교환기의 셸의 주변에서 고정 설치되어 세척시 발생되는 반발력을 지지하도록 골격형으로 형성된 프레임부; 상기 프레임부에 탑재된 제어부; 상기 제어부에 접속되고 상기 프레임부에 탑재되어 전, 후진에 필요한 작동력을 발생시키는 구동부; 상기 구동부가 탑재된 이동블록과 상기 이동블록의 하부에 복수개로 설치된 삽입바와 상기 삽입바의 끝단 각각에 취부 가능하게 체결된 세척팁을 갖는 세척부; 상기 세척팁을 가이드하는 복수개의 유도관을 구비하여 상기 프레임부에 설치된 팁가이드부를 포함하고, 상기 삽입바, 상기 세척팁, 상기 유도관이 각각 열교환기의 관군의 튜브 개수 및 튜브 축심에 대응하여 일치되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 청소장치에 의해 달성된다.

따라서 본 발명에 따른 열교환기 청소장치는 관군의 각각의 튜브에 삽입되도록 정렬 및 배열된 삽입바 및 그의 끝단에 구비된 세척팁을 구동부의 작동력을 이용하여 동시에 각각의 튜브 내부로 전진 또는 후진시킴에 따라 용이하게 튜브 내부를 세척 및 청소할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 청소장치는 열교환기의 주변에서 구조물로서 설치되어 전용되기 때문에, 해당 열교환기 전용의 세척 및 청소가 신속하고 용이하게 수행될 수 있고, 기존 주기보다 더 짧게 자주 청소 작업을 수행할 수 있어, 스케일 등이 형성 또는 고착을 미연에 방지할 수 있어, 열전도율 편차를 최소화시킬 수 있고, 열교환기 수명을 연장시킬 수 있고, 관군 또는 튜브의 교체 비용에 비해 상대적으로 저렴한 운영비만으로 해당 열교환기의 작동 성능을 최적화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 청소장치는 삽입바의 끝단에 세척팁 각각을 튜브의 내경에 일치되도록 가이드하는 팁가이드부와 선형가이드의 이중 가이드 구조를 통해 세척팁과 튜브판 사이, 또는 세척팁과 튜브 입구 사이의 충돌을 미연에 방지하여 작동 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

특히, 팁가이드부는 벨마우스 형상 또는 병목 형상으로 형성된 유도관을 구비하되, 유도관의 내부에 세척팁을 청소할 수 있는 튜브형 브러쉬를 더 장착하여 세척 작업후 세척팁의 유지 관리를 상대적으로 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 청소장치는 화학적 세제 또는 화학세척액을 사용하지 않는 대신, 전진 또는 후진하는 세척팁과 튜브 내표면간 마찰을 이용하여 튜브 내표면에 축적 가능한 오니(汚泥), 부유물, 찌꺼기, 이물질 들을 단순히 튜브 내표면으로 분리시켜 세척함으로써, 매우 친환경적인 세척 및 청소작업을 작업자의 수고로움과 많은 운영 비용을 들지 않고 수행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 청소장치는 고온 내열 특성을 가지면서도 열교환기 튜브 재질에 비해 상대적으로 강도가 떨어지는 고무 재질 또는 테프론 재질의 세척팁을 이용하여 튜브의 손괴를 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 청소장치는 세척팁과 그의 삽입바 각각을 나사 결합 방식으로 분해 조립 가능하게 구성하여, 세척팁만을 삽입바로부터 취부 방식으로 교체 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 청소장치는 평활형, 탭돌기형, 나사돌기형, 엠보싱형, 딤플형, 노즐형 등과 같이 한 세트화된 세척팁을 제공하여 작업 대상물에 따라 선택적으로 사용할 수 있어 세척 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 청소장치는 랙-피니언방식, 볼스크루방식, 스프로켓-체인방식, 액추에이터방식, 샤프트모터방식 중 어느 하나의 구동부를 제공하여 정밀 작동 환경을 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열교환기 청소장치는 구동부와 같은 동력 장치를 이용하여 청소를 수행하기 때문에 작업자의 작업 회피 사례 등을 해소할 수 있는 이점이 있 다.

또한, 본 발명의 열교환기 청소장치는 하중감지센서를 이용하여 세척팁의 전, 후진 작동이 과도하게 일어나지 않게 하여 튜브 및 관군을 보호할 수 있는 장점이 있다.

이러한 본 발명의 열교환기 청소장치는 스케일의 고착을 미연에 방지할 수 있고, 이에 따라 열교환기의 수명을 증가시키며, 아울러 열교환기의 열전도율 저감 내지 변동을 방지시킬 수 있는 이점이 있다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

제1실시예

도면에서, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기 청소장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 열교환기 청소장치의 부분 확대 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 열교환기 청소장치의 세척팁 종류를 설명하기 위한 정면도이고, 도 5a 내지 도 5c는 도 2에 도시된 열교환기 청소장치의 작동관계를 설명하기 위한 단면도들이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열교환기 청소장치에 해당하는 제1실시예(100)는 열교환기의 셸(1)의 주변에 설치되는 시설구조물로서 이해된다.

제1실시예(100)는 셸(1)의 주변에서 셸(1)의 길이방향(예 : 도 2에서는 상하방향)을 따라 연장되어서, 세척시 발생되는 반발력을 지지하도록 골격형으로 형성된 골격형 프레임부(110)를 갖는다.

제1실시예(100)는 프레임부(110)에 탑재된 제어부(120)와, 제어부(120)에 접속되어 작동원을 전달 받아 프레임부(110)를 기초로 전진 또는 후진에 필요한 작동력을 발생시키는 구동부(130)를 갖는다.

제1실시예(100)는 구동부(130)의 작동력에 이동되는 세척부(140)를 갖는다. 여기서, 세척부(140)는 이동블록(150), 복수개의 삽입바(160), 복수개의 세척팁(170)에 의해 실현된다.

제1실시예(100)는 팁가이드부(180)를 포함하여, 삽입바(160) 및 세척팁(170)을 셸(1)의 튜브(3) 각각에 동시 삽입시키도록 가이드하도록 구성된다.

이하, 제1실시예(100)의 구성에 대한 기능 및 결합관계에 대해서 상세히 설명한다.

프레임부(110)는 셸(1)의 지지기반(6) 또는 셸(1)이 설치된 지면 등을 기준으로 지지력을 발생시킬 수 있도록 설치된다.

프레임부(110)는 수평형, 수직형 등과 같은 열교환기의 배치 형식에 맞춰 설치되는 것이 바람직하다. 도 2에서는 수직형을 기준으로 프레임부(110)가 배치되었다.

프레임부(110)는 전체적으로 사각, 육각, 원형 등과 같은 골격 구조를 갖도록 축부재, 연결재, 보강재를 이용하고, 스터드볼트 방식으로 지지기반(6) 또는 지 면에 고정 설치된다.

제어부(120)는 전원스위치를 이용한 온/오프 기능과, 전기, 공압, 유압 중 어느 하나의 작동원을 이용하여 해당 작동원에 맞는 구동모터, 액추에이터, 샤프트모터 등을 작동시키도록 제어레버의 조작에 따라 세척부(140)에 대한 전, 후진을 제어하는 역할과, 세척부(140)의 스트로크(stroke) 제어를 위한 위치감지센서(190, 191) 또는 튜브(3) 보호를 위한 하중감지센서(192)(도 3참조)로부터 입력되는 신호를 통해 구동모터의 작동을 제어하는 역할과, 하기의 제2실시예에서 설명할 펌프, 전자변 등을 제어하는 역할을 담당하도록 전자 회로적으로 구성되어 있다.

제어부(120)는 랙-피니언방식, 볼스크루방식, 스프로켓-체인방식, 액추에이터방식, 샤프트모터 중 어느 하나의 구동부(130) 및 관련 공장자동화기술을 지원할 수 있도록 변형 설계될 수 있다. 이는 당업자의 요구에 따라 정밀 작동 제어 또는 정밀 작동 환경을 구현하도록 다양하게 적용 가능하므로 제1실시예(100)에서는 특정한 것을 한정하지 않는다.

다만 설명의 용이성과 명확성을 위해서, 제1실시예(100)는 전기를 작동원으로 이용하고 서보모터기술을 지원하는 구동모터(132)(도 3참조), 케이블캐리어(도시 안됨), 피니언기어(135) 및 랙기어(136), 선형가이드(137), 위치감지센서(190, 191), 하중감지센서(192) 등을 조합한 바와 같은 구동부(130)에게 적합하게 최적화된 제어부(120)를 기준으로 설명된다.

제어부(120)는 전진 또는 후진 과정 중, 하중감지센서(192)로부터 입력된 신호가 미리 설정한 범위에 비교 체크되어 이상일 경우, 구동모터(132)를 비상 정지 시키는 비상 정지 수단과, 비상 정지시 경보를 발생시키는 경보 수단(도시 안됨)을 갖는다.

이를 위해 하중감지센서(192)는 동력전달샤프트 상에 설치되는 토크센서이거나, 또는 로드셀(load cell) 등이 사용 가능하다. 로드셀은 베어링홀더(134)와 이동블록(150) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면, 일측의 위치감지센서(190)는 세척부(140)의 스트로크 거리의 시작지점 또는 상사점에 해당하도록 프레임부(110)의 일측(예 : 프레임 상부 측면)에 설치된다.

또한, 스트로크 거리만큼 떨어진 타측의 위치감지센서(191)는 종료지점인 하사점에 해당하면서 상기 일측의 위치감지센서(190)를 통과하는 가상의 일직선상에서 프레임부(110)의 타측(예 : 프레임 중간부 측면)에 설치된다.

제어부(120)는 상기 위치감지센서(190, 191)로부터 입력되는 신호를 이용함과 함께, 미리 작업자에 의해 설정될 사이클 회수동안 세척부(140)의 전진과 후진을 자동으로 수행하는 자동작동회로 및 설정 수단(예 : 키패드, 설정표시창 등)을 갖는다.

구동부(130)는 세척부(140)와 프레임부(110) 사이에서 결합되고, 제어부(120)의 제어신호에 따라 전진 또는 후진에 필요한 작동력을 발생시킨다.

도 2와 도 3을 병행 참조하면, 구동부(130)는 제어부(120)와 접속되기 위한 와이어 하네스(wire harness)와 케이블캐리어를 포함한 케이블링 구조(131)와, 이런 케이블링 구조(131)의 종단에 접속된 구동모터(132)와, 구동모터(132)의 동력전 달샤프트에 결합된 풀리-벨트, 스프라켓-체인, 주동-피동기어 중 어느 하나를 사용한 동력전달기구(133)와, 상기 동력전달기구(133)의 종단에 연결되고 지지용 베어링홀더(134)에 의해 지지되어 회전 가능하게 결합된 피니언기어(135), 피니언기어(136)에 치합되도록 프레임부(110)의 길이 방향을 따라 고정된 랙기어(136), 상기 랙기어(136)와 평행한 곳에서 세척부(140)와 프레임부(110) 사이에 결합된 선형가이드(137)를 포함한다.

또한, 구동부(130)는 케이블링 구조(131) 일부, 구동모터(132), 동력전달기구(133), 베어링홀더(134), 피니언기어(135) 등을 보호하기 위해 취부 가능하게 결합된 구동부케이싱(138)을 갖는다.

구동모터(132)로는 서보모터, 기어모터, 회전각제어모터 등이 사용 가능하다.

구동모터(132)와 베어링홀더(134) 및 구동부케이싱(138)은 세척부(140)의 이동블록(150)을 기반으로 설치되는 것이 바람직하다.

구동부(130)는 적어도 하나로 구성된다. 예컨대, 도 2와 같이 구동부(130)가 이동블록(150)의 각 코너에 4개로 배치 구성되거나, 또는 구동부(130) 2개 및 2개의 더미(dummy)형 피니언 조립체(도시 안됨)로 이루어질 수 있다. 각각의 더미형 피니언 조립체는 도 3에서 케이블링 구조(131), 구동모터(132), 동력전달기구(133)를 제외한 것을 의미한다.

한편, 구동부(130)는 구동모터(132), 동력전달기구(133), 베어링홀더(134), 피니언기어(135), 랙기어(136)의 대체 구성으로서, 볼스크루방식, 스프로켓-체인방 식, 액추에이터방식, 샤프트모터방식 중 어느 하나와 관련 공장자동화기술을 이용하여 다양하게 구성될 수 있다.

세척부(140)는 구동부(130)를 지지하는 이동블록(150)의 저면에 복수개의 삽입바(160)를 취부 가능하게 결합하고 있다.

각각의 삽입바(160)는 스테인리스 중공관부재 또는 파이프를 사용하여 제작 가능하다.

각각의 삽입바(160)의 길이(n)는 제1실시예(100)가 설치될 해당 셸(1)의 높이(e)에 대응하여, 그 셸(1)에 설치된 튜브(3) 길이보다 상대적으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.

각각의 삽입바(160)는 열교환기의 관군의 튜브 개수 및 튜브 축심에 대응하여 일치되도록 배열되어 있고, 삽입바(160)의 일측 끝단에 형성된 플랜지와 볼트를 이용하여, 이동블록(150)의 저면에 고정된다.

각각의 삽입바(160)의 타측 끝단은 나사 결합 방식으로 세척팁(170)과 결합된다.

삽입바(160)의 타측 끝단과 세척팁(170)의 사이에는 삽입바(160)의 내부에 이물질, 수분 등이 유입되지 않도록 수밀링(165)이 더 개재되어 있는 것이 바람직하다.

세척팁(170)의 재질은 고온 내열 특성을 가져 내구성이 뛰어나면서도 열교환기 튜브 재질에 비해 상대적으로 강도가 떨어지는 고무 재질 또는 테프론 재질로 형성되어 있다.

도 3과 도 4를 병행 참조하면, 세척팁(170)은 삽입바(160)의 타측 끝단에 나사 결합되는 나사부(171)와, 나사부(171)로부터 연장되고 상기 삽입바(160)의 외경과 동일한 직경을 갖는 연장부(172)와, 상기 연장부(172)로부터 연장되고 열교환기의 튜브의 내경에 대응하여 삽입공차를 고려한 직경의 외주면과, 끝단이 무딘 탄두 형상의 경사면을 갖는 헤드부(174)와 같은 기본 형상을 갖는다.

이런 세척팁(170)은 상기 기본 형상만을 갖는 평활형(170a)과, 상기 기본 형상에 복수의 탭돌기를 더 형성한 탭돌기형(170b)과, 상기 기본 형상에 나사돌기를 더 형성한 나사돌기형(170c)과, 상기 기본 형상에 복수의 엠보싱돌기를 더 형성한 엠보싱형(170d)과, 상기 기본 형상에 복수의 딤플홈을 더 형성한 딤플형(170e)과, 도 6을 병행 참조하여 알 수 있듯이, 상기 기본 형상에 노즐(179)을 더 형성한 노즐형(170f) 중 어느 하나의 형상을 갖는 것이 바람직하다.

도 3에 보이듯이, 팁가이드부(180)는 프레임부(110)에서 브래킷에 의해 지지되도록 설치된 수평판(181)과, 수평판(181)에서 판두께 방향으로 관통하듯이 설치 고정된 복수개의 유도관(182)을 갖는다.

각각의 유도관(182)은 열교환기의 관군의 튜브 개수 및 튜브 축심에 대응하여 일치되도록 수평판(181)에 설치되어 있다.

각각의 유도관(182)은 벨마우스 형상 또는 병목 형상으로 형성되어 있어서 세척팁(170)의 헤드부(174)와 미끄러지듯이 접촉하면서 축심정렬이 이루어지도록 되어 있어서, 결국, 세척팁(170)이 튜브판 또는 튜브(3) 끝단에 충돌되지 않고 자연스럽게 삽입되도록 유도한다.

각각의 유도관(182)은 그 내부에 세척팁(170)과의 마찰을 통해 세척이 이루어지는 튜브형 브러쉬(183)를 더 장착하고 있다. 이를 통해서 열교환기의 튜브의 세척 작업후 세척팁(170)의 유지 관리가 상대적으로 용이하게 될 수 있다.

한편, 도 2에서 팁가이드부(180)의 설치 높이(h)를 살펴보면, 열교환기의 셸(1)에서 덮개(도시 안됨)를 분리하여 튜브(3)의 입구 부위가 개방될 수 있을 정도 정도로, 팁가이드부(180)와 셸(1)간 이격거리(m)와 셸(1)의 높이(e)를 고려하여 팁가이드부(180)가 셸(1)의 연직 상방에 설치되는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 바와 같은 제1실시예(100)에서는 기본적으로 수평판(181)이 고정식으로 설계 및 제작되었으나, 팁가이드부(180)와 열교환기간 이격거리를 짧게 형성시키기 위해서, 상기 수평판(181)을 힌지식으로 회동 가능하게 하거나, 또는 서랍식으로 이동시켜서, 필요에 따라 열교환기 연직 상방에 팁가이드부(180)를 위치시키거나 이격시키는 것이 바람직하다.

예컨대, 힌지식 수평판(181)의 구성을 위해서는 수평판(181)의 일측 끝단을 프레임부(110) 중 어느 하나의 축부재에 힌지결합되고, 수평판(181)의 타측 끝단을 프레임부(110) 중 적어도 하나의 다른 축부재에 형성된 안착홈(도시 안됨)에 삽입시키고, 별도의 고정핀과 같은 고정장치(도시 안됨)로 임시 고정시킬 수 있다.

만일, 서랍식 수평판(181)의 구성을 위해서는 수평판(181)의 양측변과 프레임부(110) 사이에 슬라이드레일(도시 안됨)을 설치할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기 청소장치의 작동방법에 대해서 설명하고자 한다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 작업자는 열교환기의 작동을 정지시키고, 열교환기의 셸(1)로부터 덮개를 분리하여 청소 작업을 준비한다.

이후 작업자는 제어부의 전원스위치를 조작하여 제1실시예를 온(ON) 시킨다.

제어부는 세척부(170)의 스트로크 거리의 시작지점에 설치된 위치감지센서(190)로부터 입력되는 신호를 통해 세척부(170)의 초기 작동을 확인한다.

그런 다음, 작업자는 제어부의 제어레버를 전진 방향으로 조작한다.

이런 경우, 도 3에 보이는 바와 같이 구동부(130)가 작동된다.

즉, 구동부(130)의 구동모터(132)는 동력전달샤프트를 회동시켜 회전력을 발생시키고, 그 회전력을 동력전달기구(133)를 통해 피니언기어(135)에 전달한다.

피니언기어(135)는 회전력을 전달받아 회동하여 치합된 랙기어(136)를 따라 이동하면서 구동부(130)의 작동력을 발생시킨다.

구동부(130)의 작동력은 도 2에 보이는 선형가이드(137)의 유도 작용에 따라, 구동부(130)가 탑재된 이동블록(150)을 포함한 세척부(140)의 삽입바(160) 및 세척팁(170)을 전진(F)시킨다.

이렇게 전진(F)된 세척팁(170)은 팁가이드부(180)의 초입에 도착한다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 세척부(140)의 삽입바(160) 및 세척팁(170)은 팁가이드부(180)의 유도관(182)을 각각 통과하면서 벨마우스 형상적 특징에 의해 열교환기의 셸(1)의 튜브(3) 각각을 향하도록 자연스럽게 정조준 된다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 세척팁(170)은 셸(1)의 튜브(3)에 각각 삽입 및 전진하면서, 튜브(3) 내부에 형성된 수분을 함유한 이물질(3a) 등을 마찰에 의해 제거한다.

이렇게 제거된 이물질(3a)들은 튜브(3) 하부쪽 헤더(header) 공간으로 떨어져 나가고, 향후 열교환기의 재 작동시에 열교환기로부터 배출된다.

그리고 작업자가 제어레버의 조작을 멈출 때, 또는 제어부가 하사점과 같이 스트로크 거리의 종료지점에 설치된 위치감지센서에서 신호를 입력받아 인식할 때, 세척팁(170)은 정지된다.

이후, 작업자는 제어부의 제어레버를 후진 방향으로 조작하여, 세척팁(170)을 후진시켜 원래 시작 위치로 복귀시킬 수 있다.

특히, 세척팁(170)에 묻은 잔여물질들은 원래 위치로 복귀하면서 팁가이드부(180)를 빠져나가는 과정 중, 팁가이드부(180)의 유도관(182)의 튜브형 브러쉬(183)에 의해 제거된다.

또한, 전진 또는 후진 과정 중, 하중감지센서로부터 입력된 신호가 미리 설정한 범위 이상일 경우, 구동모터를 비상 정지시키고, 경보를 발생시켜 작업자에게 조치하도록 한다.

또한, 상기 전진 또는 후진 과정은 사용자의 제어레버 조작에 의해 제어되거나, 앞서 언급한 위치감지센서 및 자동작동회로에 의해 미리 설정한 사이클 동안 제어부에 의해 세척이 진행되고 정지될 수 있음은 물론이다.

제2실시예

이 실시예에서 설명하는 본 발명의 열교환기 청소장치는 유체 분사 방식으로 세척부를 구성한 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다. 그럼으로, 도 2 내지 도 6에서 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일하거나 유사한 도면부호가 부여될 것이며, 이것들에 대한 설명은 여기에서 생략될 것이다.

도면에서, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기 청소장치의 부분 확대 단면도이다.

도 6을 참조하면, 제2실시예(200)는 펌프(210) 및 전자변(220, 221)을 제어부에 더 접속시키고, 펌프(210) 및 전자변(220, 221)에 관련된 유체공급관의 일측 종단에 유체(예 : 공기, 물) 공급원(230)을 결합시켜서, 유체 분사 방식의 세척부(140')를 구현한다.

유체공급관의 타측 종단은 세척부(140')의 중공형 이동블록(150')의 내부에 유체를 공급할 수 있도록 관통하게 배관된다.

각각의 삽입바(160)는 스테인리스 중공관부재 또는 파이프로서 중공형 이동블록(150')의 저면에서 관통하게 결합된다.

중공형 이동블록(150')의 저면과 각각의 삽입바(160) 사이에는 오링 또는 패킹(163)이 개재되어서, 유체 압력에서도 수밀이 유지될 수 있게 된다.

반대쪽의 중공형 삽입바(160)의 끝단에는 노즐형(170f) 세척팁(170)이 관통하게 나사결합된다.

삽입바(160)와 노즐형(170f) 세척팁(170)의 나사결합에서는 복수개의 오링(164, 165)이 사용되어 유체 압력에서도 수밀을 유지할 수 있도록 되어 있다.

유체 분사 방식의 세척부(140')는 구동부(130)의 작동력을 이용하여 전, 후 진한다. 즉, 제어부에 의해 펌프(210) 및 전자변(220, 221)이 작동될 때, 유체는 펌프(210)로부터 유체공급관 및 세척부(140')의 중공형 이동블록(150')의 내부와, 삽입바(160)의 내부와, 노즐형(170f) 세척팁(170) 쪽으로 유동한 후 그의 노즐(179)에서 유체 제트 형식으로 분사됨으로써, 세척팁(170)의 마찰과 함께 유체 압력으로 셸(1)의 튜브(3)에 대한 세척을 더욱 효과적으로 수행하게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환기에 설치된 관군의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기 청소장치의 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 열교환기 청소장치의 부분 확대 단면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 열교환기 청소장치의 세척팁 종류를 설명하기 위한 정면도이다.

도 5a 내지 도 5c는 도 2에 도시된 열교환기 청소장치의 작동관계를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기 청소장치의 부분 확대 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

1 : 셸(shell) 100 : 제1실시예

110 : 프레임부 120 : 제어부

130 : 구동부 140 : 세척부

150 : 이동블록 160 : 삽입바

170 : 세척팁 180 : 팁가이드부

190, 191 : 위치감지센서 192 : 하중감지센서

200 : 제2실시예 210 : 펌프

220, 221 : 전자변 230 : 유체 공급원

Claims (9)

1. 열교환기의 셸의 주변에서 고정 설치되어 세척시 발생되는 반발력을 지지하도록 골격형으로 형성된 프레임부;

   상기 프레임부에 탑재된 제어부;

   상기 제어부에 접속되고 상기 프레임부에 탑재되어 전, 후진에 필요한 작동력을 발생시키는 구동부;

   상기 구동부가 탑재된 이동블록과 상기 이동블록의 하부에 복수개로 설치된 삽입바와 상기 삽입바의 끝단 각각에 취부 가능하게 체결된 세척팁을 갖는 세척부;

   상기 세척팁을 가이드하는 복수개의 유도관을 구비하여 상기 프레임부에 설치된 팁가이드부;

   를 포함하고, 상기 삽입바, 상기 세척팁 및 상기 유도관이 각각 열교환기의 관군의 튜브 개수 및 튜브 축심에 대응하여 일치되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 청소장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 프레임부의 일측과 타측에는 전, 후진에 대응한 스트로크 거리를 검별하기 위해 상기 제어부에 접속된 위치감지센서가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 청소장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 하중감지센서를 이용하여 구동부의 구동모터를 비상 정지시키는 비상 정지 수단과 비상 정지시 경보를 발생시키는 경보 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 청소장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 구동부는 랙-피니언방식, 볼스크루방식, 스프로켓-체인방식, 액추에이터방식, 샤프트모터방식 중 어느 하나와 관련 공장자동화기술 및 선형가이드를 이용하여 상기 프레임부를 기반으로 상기 세척부를 전, 후진시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기 청소장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 세척팁은 상기 삽입바의 타측 끝단에 나사 결합되는 나사부;

   상기 나사부로부터 연장되고 상기 삽입바의 외경과 동일한 직경을 갖는 연장부;

   상기 연장부로부터 연장되고 열교환기의 튜브의 내경에 대응하여 삽입공차를 고려한 직경의 외주면과, 끝단이 무딘 탄두 형상의 경사면을 갖는 헤드부;

   를 포함한 기본 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기 청소장치.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,

   상기 세척팁은 고무 재질 또는 테프론 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 청소장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 팁가이드부는 상기 프레임부에 설치된 수평판; 상기 수평판에서 판두께 방향으로 관통하게 설치된 복수개의 상기 유도관을 포함하고, 상기 유도관이 벨마우스 형상 또는 병목 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 청소장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 세척부는 펌프 및 전자변을 상기 제어부에 더 접속시키고, 상기 펌프 및 전자변에 관련된 유체공급관으로부터 유체를 공급받아 노즐형 세척팁을 통해 분사시키는 유체 분사 방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기 청소장치.

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