KR101567038B1 - 튜브타입 내부식성 열교환 장치 - Google Patents

Abstract

장치의 구조적 안정성을 향상시키고, 설치 및 유지관리가 용이하도록 한 튜브타입 내부식성 열교환 장치가 제공된다. 열교환 장치는, 열매체를 공급하는 공급관에 연결되어 열매체를 분배하는 제1헤더, 열매체를 회수하여 배출관으로 배출하는 제2헤더, 도전성 분체가 함유된 내부식성의 수지재로 이루어지고 양단이 각각 상기 제1헤더와 상기 제2헤더에 연결되어 제1헤더로부터 열매체를 전달받아 열교환하고 제2헤더로 배출하는 복수개의 열교환튜브, 및 제1헤더 및 상기 제2헤더에 열교환튜브를 고정하며 도전성 재질로 이루어진 복수개의 연결플러그를 포함한다.

Description

튜브타입 내부식성 열교환 장치{Tube type corrosion-resistant heat exchanger}

본 발명은 열교환 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장치의 구조적 안정성을 향상시키고, 설치 및 유지관리가 용이하도록 한 튜브타입 내부식성 열교환 장치에 관한 것이다.

열교환 장치(Heat exchanger)는 가열 또는 냉각된 유체를 관로 등을 통해 순환시켜 장치 외부에 열을 제공하거나 장치 외부로부터 열을 흡수하도록 구성된 것으로서, 각종 실험장비나 다양한 생산품을 제조 및 처리하는 산업장비 등에 다양한 방식으로 적용 및 활용되고 있다. 열교환 장치는 대개 그 내부로 열매체가 유동하도록 만들어진 열교환관을 포함하여 구성된다.

열교환 장치의 열교환관은 열전도율 등을 고려하여 대부분 금속재로 제조되나, 장치의 적용방식에 따라 금속재가 아닌 플라스틱 튜브 등을 이용하여 제조될 수도 있다. 플라스틱 튜브를 이용한 열교환 장치는 금속관 등을 부식시키는 약품의 처리시설이나 강산성 약품을 대량으로 사용하는 금속제품의 처리시설 등에 매우 용이하게 사용될 수 있으며, 튜브의 유연성을 이용하여 설비 내부에 간편하게 설치 가능한 이점도 가질 수 있다. 대한민국 공개특허 제10-1999-001084호 등에 이러한 플라스틱 튜브를 이용한 열교환 장치가 개시되어 있다.

그러나, 이와 같이 비금속재의 튜브를 이용한 열교환 장치는 튜브를 종래와 같이 용접 방식 등으로 장치나 설비에 견고하게 고정하는 것이 어려워 연결부 누수나 파손 등의 현상에 매우 취약한 문제점이 있었다. 또한, 비도전성 재질로 형성된 튜브 내부에서 유체의 고속 유동으로 인한 마찰이 발생할 수 있는 바, 이로 인한 대전 및 급격한 방전 현상으로 인해 튜브에 균열이 발생하고, 튜브가 파손되는 심각한 문제가 있었다. 따라서 이에 대한 해결책의 모색이 시급한 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-1999-001084호, (1999.01.15)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 장치의 구조적 안정성을 향상시키고 설치 및 유지관리가 용이하도록 한 튜브타입 내부식성 열교환 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치는, 열매체를 공급하는 공급관에 연결되어 상기 열매체를 분배하는 제1헤더; 상기 열매체를 회수하여 배출관으로 배출하는 제2헤더; 도전성 분체가 함유된 내부식성의 수지재로 이루어지고 양단이 각각 상기 제1헤더와 상기 제2헤더에 연결되어 상기 제1헤더로부터 상기 열매체를 전달받아 열교환하고 상기 제2헤더로 배출하는 복수개의 열교환튜브; 및 상기 제1헤더 및 상기 제2헤더에 상기 열교환튜브를 고정하며 도전성 재질로 이루어진 복수개의 연결플러그를 포함한다.

상기 열교환튜브는 PFA(Perfluoroalkoxy alkane), 및

PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질에 카본그라파이트(Carbon graphite)가 함유되어 이루어질 수 있다.

상기 연결플러그는 상기 제1헤더 또는 상기 제2헤더와 연결되고 내부에 상기 열교환튜브가 수용되는 관통공이 형성된 중공형상의 몸체, 상기 관통공 내부에서 상기 열교환튜브 내측에 삽입되는 제1고정링, 상기 열교환튜브 외측에 끼움결합되고 상기 관통공과 밀착되는 제2고정링, 및 상기 몸체에 결합되어 상기 제2고정링을 상기 제1고정링을 향해 가압하는 커버를 포함할 수 있다.

상기 제2고정링의 외주면 및 상기 관통공의 내측면에 서로 빗면 접촉하는 빗면부를 각각 더 포함하고, 상기 빗면부가 상기 제2고정링을 향해 경사질 수 있다.

상기 커버와 상기 제2고정링 사이의 상기 열교환튜브 외측에 끼움 결합되고 양 단부가 상기 커버 및 상기 제2고정링과 접하여 지지되는 가압링을 더 포함할 수 있다.

상기 가압링의 양 단부가 상기 커버 및 상기 제2고정링과 각각 빗면 접촉할 수 있다.

상기 가압링의 양 단부는 상기 커버 및 상기 제2고정링과 각각 서로 엇갈리는 방향으로 빗면 접촉할 수 있다.

상기 몸체는 상기 제1헤더 또는 상기 제2헤더에 용접되거나 또는 전도성 접착제로 부착될 수 있다.

서로 짝을 이루는 식별번호의 쌍이 상기 제1헤더에 형성된 상기 연결플러그, 및 상기 제2헤더에 형성된 상기 연결플러그에 각각 지정되고, 상기 열교환튜브의 양 단부가 서로 짝을 이루는 상기 식별번호가 지정된 상기 연결플러그에 각각 결합될 수 있다.

상기 열교환튜브 일 측에 결합되고, 복수의 상기 열교환튜브가 각각 통과되는 복수의 고정홀이 서로 이격되어 관통 형성된 적어도 하나의 지지플레이트를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치는 간편하고도 견고하게 체결 가능한 연결부 구조와 장치 전체를 활용한 도전 방식을 이용하여, 튜브를 안정적으로 고정하고 튜브에 균열이나 손상이 발생하는 것을 사전에 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서 장치의 구조적 안정성이 비약적으로 향상되며, 아울러 복수의 튜브를 분리 구획하고 지지하도록 구성한 구조적 특징을 통해 장치의 설치 및 유지보수관리가 매우 편리하게 이루어지는 이점을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 열교환 장치의 연결플러그의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 연결플러그의 결합상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 연결플러그와 제1헤더의 내부 연결구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 열교환 장치의 지지플레이트를 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치의 작동과정을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 열교환 장치의 연결플러그의 분해사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)는 열매체를 공급하는 공급관(도 7의 A 참조)에 연결되어 열매체를 분배하는 제1헤더(10), 열매체를 회수하여 배출관(도 7의 B 참조)으로 배출하는 제2헤더(20), 도전성 분체가 함유된 내부식성의 수지재로 이루어지고 양단이 각각 제1헤더(10)와 제2헤더(20)에 연결되어 제1헤더(10)로부터 열매체를 전달받아 열교환하고 제2헤더(20)로 배출하는 복수개의 열교환튜브(200), 및 제1헤더(10) 및 제2헤더(20)에 상기 열교환튜브(200)를 고정하며 도전성 재질로 이루어진 복수개의 연결플러그(100)를 포함한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)는 금속이 아닌 내부식성의 수지를 재료로 하여 제조된 열교환튜브(200)를 사용하며, 특히, 제조과정에서 수지 내부에 도전성(導電性) 분체(粉體)를 적정 수준 함유하도록 하여 수지 자체의 내부식성, 유연성 등은 그대로 유지하면서도 전기 전도가 가능하도록 열교환튜브(200)를 구성한 특징이 있다. 뿐만 아니라, 열교환튜브(200)를 고정하는 연결플러그(100)와 제1헤더(10), 제2헤더(20)를 도전성 재질로 형성함으로써, 유체의 고속유동으로 인해 열교환튜브(200) 내부에서 생성된 마찰전기가 튜브에 머무르지 않고 연결플러그(100), 제1헤더(10), 또는 제2헤더(20)를 따라 이동하여 자연스럽게 방출 및 소산될 수 있도록 한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)는, 이와 같이 장치 전체를 활용한 도전 방식으로 열교환튜브(200)의 재료적 특성을 그대로 유지하고 별도의 기구나 장치의 도움 없이 자체적으로 튜브 내에서 발생한 정전기를 매우 효과적으로 처리하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 연결플러그(100) 내부에 삽입되는 제1고정링(120), 제2고정링(130), 가압링(140) 등을 이용하여 용접 등의 방법으로 결합하기 어려운 열교환튜브(200)를 매우 간편하고도 견고하게 고정할 수 있다. 따라서, 장치 전체를 활용한 도전 방식을 통해 방전으로 인한 튜브의 균열이나 파손 등의 원인이 되는 정전기를 효과적으로 해소하고, 연결플러그(100)를 이용하여 튜브를 견고하게 고정함으로써, 장치의 구조적 안정성이 비약적으로 향상되는 것이다.

아울러, 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)는 식별번호(11, 21)를 이용하여 복수의 연결플러그(100) 및 그와 연결된 서로 다른 열교환튜브(200)를 식별 및 구분할 수 있으며, 복수의 고정홀(211)이 형성된 지지플레이트(210)를 이용하여 복수의 열교환튜브(200)를 서로 분리구획하고 용이하게 지지할 수 있다. 따라서, 장치의 구조적 안정성이 향상될 뿐만 아니라 설치 및 유지보수관리상의 편의까지도 도모할 수 있다. 이하, 이러한 특징을 갖는 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)의 각 구성부와 특징들에 대해 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.

제1헤더(10) 및 제2헤더(20)는 금속재와 같이 전기전도가 가능한 도전성 재질로 이루어지며, 도시된 바와 같이 일 측으로 길게 연장된 원통형상으로 형성될 수 있다. 제1헤더(10) 및 제2헤더(20)는 내부가 빈 중공형상으로 형성되고 열매체를 공급하는 공급관 또는 열매체를 배출하는 배출관에 연결되어 내부로 상기 열매체를 유동시킬 수 있다. 제1헤더(10) 및 제2헤더(20)의 형상은 도시된 바와 같이 형상으로 한정될 필요는 없고 내부에 유동공간이 형성된 다양한 형상으로 얼마든지 변형될 수 있다.

본 명세서 상의 제1헤더(10)와 제2헤더(20)는 열매체를 공급하는 공급관에 연결되는 헤더(Header)와 열매체를 배출하는 배출관에 연결되는 헤더(Header)를 서로 구분하기 위한 것일 뿐 큰 차이가 있는 것은 아니다. 제1헤더(10) 및 제2헤더(20)는 연결플러그(100)가 형성된 위치 등을 제외하고는 그 형상이나 구조 등이 실질적으로 동일한 것일 수 있다.

열교환튜브(200)는 양 단이 각각 제1헤더(10)와 제2헤더(20)에 연결되고 도 1에 도시된 바와 같이 적어도 한번 굴절되어 제1헤더(10)와 제2헤더(20) 사이를 연결하는 루프를 형성할 수 있다. 이와 같이 루프 형태로 구성된 열교환튜브(200)를 따라 제1헤더(10)와 제2헤더(20) 사이에서 열매체가 순환한다.

이 때, 열매체는 흡열 및 발열과정을 통해 열교환튜브(200) 내외부로 열을 수송하는 열매체(Heat medium)이며, 액체 및 기체상태로 존재하는 것일 수 있다. 열매체는 예를 들어 담수를 사용할 수 있으며, 담수 외에도 다양한 종류의 물질이 열매체로 사용될 수 있다. 열매체는 비열이 큰 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 본 명세서 상에서 열매체가 순환한다는 것은 제1헤더(10)와 제2헤더(20) 사이를 열교환튜브(200)를 따라 특정 경로로 이동한 후 배출되는 것을 말하는 것으로 단지 폐루프 형태로 동일구간을 반복적으로 순환하는 것만을 말하는 것은 아니다.

열교환튜브(200)는 전술한 바와 같이 내부식성 수지를 재료로 하여 이루어지되 도전성의 분체를 함유한다. 따라서 유동하는 열매체의 마찰에 의해 생성된 마찰전기(또는 정전기)를 열교환튜브(200)를 따라 이동시켜 외부로 방출 및 소산시킬 수 있다. 즉, 열교환튜브(200) 내에 마찰 등의 이유로 전하가 축적되어 열교환튜브(200) 내부와 외부 사이에 전위차가 커지면, 급작스런 방전 현상에 의해 열교환튜브(200)에 균열 생길 위험이 있으므로, 도전성 분체를 이용하여 튜브의 전기 전도도를 높이고 생성된 마찰전기가 자연스럽게 튜브 외부로 이동하도록 유도하는 것이다.

구체적으로, 상기 열교환튜브(200)는 내약품성, 내열성 등이 우수한 불소수지 계열의 고분자화합물에 카본그라파이트(Carbon graphite)와 같은 도전성 분체를 적정비율로 혼합하여 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 열교환튜브(200)가 PFA(Perfluoralkoxy alkane) 및 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질에 카본그라파이트(Carbon graphite)를 함유하는 방식으로 구성될 수 있다. 특히, 카본그라파이트를 도전성 분체로 사용하는 경우, 열전도도가 함께 증가하여 열교환튜브(200)의 열 전달 및 수송 능력이 더욱 증가하는 이점을 얻을 수 있다.

연결플러그(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1헤더(10) 및 제2헤더(20)의 표면에 복수개가 형성되며, 열교환튜브(200)와 결합하여 열교환튜브(200)를 견고하게 고정한다. 연결플러그(100)는 전술한 바와 같이 금속재와 같은 도전성 재질로 형성될 수 있다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 연결플러그(100)에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 열교환 장치의 연결플러그의 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 연결플러그의 결합상태를 도시한 단면도며, 도 4는 도 3의 연결플러그와 제1헤더의 내부 연결구조를 도시한 단면도이다.

연결플러그(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1헤더(10) 또는 제2헤더(도 1의20 참조)와 연결되고 내부에 열교환튜브(200)가 수용되는 관통공(110a)이 형성된 중공형상의 몸체(110), 관통공(110a) 내부에서 열교환튜브(200)의 내측에 삽입되는 제1고정링(120), 열교환튜브(200) 외측에 끼움결합되고 관통공(110a)과 밀착되는 제2고정링(130), 및 몸체(110)에 결합되어 제2고정링(130)을 제1고정링(120)을 향해 가압하는 커버(150)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 커버(150)와 제2고정링(130) 사이의 열교환튜브(200) 외측에는 제2고정링(130)과 마찬가지로 끼움 결합되는 가압링(140)이 더 포함되었다. 연결플러그(100)는 이와 같이 몸체(110)와 커버(150) 사이에서 열교환튜브(200)의 안팎으로 결합되는 제1고정링(120), 제2고정링(130), 가압링(140) 등의 구성을 이용하여 열교환튜브(200)를 간편하고도 매우 견고하게 고정할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제1고정링(120)은 내부가 빈 중공형상으로 형성되어 열교환튜브(200)의 단부에 삽입된다. 제1고정링(120)은 플랜지(121)가 형성되어 있어 열교환튜브(200) 내측으로 완전히 삽입되지 않고 열교환튜브(200)의 단부에 고정된 상태를 유지할 수 있으며, 열매체는 중공형상인 제1고정링(120)의 내부를 통과하여 열교환튜브(200) 내 외부로 자유로이 유동될 수 있다.

제2고정링(130) 및 가압링(140)은 도 3에 도시된 바와 같이 열교환튜브(200) 외측에 차례로 끼움 결합된다. 이 때 몸체(110)를 관통하는 관통공(110a)의 내측면, 및 관통공(110a)에 밀착되는 제2고정링(130)의 외주면에 각각 제1빗면부(111, 131)가 형성되어 서로 빗면 접촉하도록 형성될 수 있다.

또한, 제2고정링(130)의 내주면, 및 제2고정링(130)의 내주면에 밀착되는 가압링(140)의 일측 단부에는 각각 제2빗면부(132, 141)가 형성되어 서로 빗면 접촉하도록 형성될 수 있으며, 커버(150)의 내측면, 및 상기 커버(150)의 내측면에 밀착되는 가압링(140)의 타측 단부에는 각각 제3빗면부(142, 151)가 형성되어 서로 빗면 접촉하도록 형성될 수 있다. 이 때, 도 3에 도시된 바와 같이 제1빗면부(111, 131)는 서로 밀착된 상태로 제1고정링(120)의 끝단부를 향하여 경사지도록 형성되며, 제2빗면부(132, 141)는 서로 밀착된 상태로 제1고정링(120)을 향하여 경사지되 제1빗면부(111, 131)와는 경사진 각도가 다르게 형성될 수 있다. 반면, 제3빗면부(142, 151)는 서로 밀착된 채 제1빗면부(111, 131) 및 제2빗면부(132, 141)와 엇갈리는 방향으로 경사를 이룰 수 있다.

따라서, 커버(150)가 몸체(110)에 결합되면, 가압링(140)은 몸체(110)를 향해 이동되면서 서로 엇갈린 방향으로 경사를 이루는 제2빗면부(132, 141)와 제3빗면부(142, 151)에 의해 열교환튜브(200)를 향하는 방향으로 압착될 수 있다. 또한, 이와 동시에 제2고정링(130)은 가압링(140)의 제2빗면부(141)를 통해 압력을 전달받고, 제1고정링(120)을 향해 경사진 몸체(110)의 제1빗면부(111)를 따라 제1고정링(120)방향으로 가압될 수 있다. 즉, 서로 유기적으로 배치된 빗면부에 의해 커버(150), 가압링(140), 제2고정링(130)이 연속적으로 몸체(110) 및 열교환튜브(200)를 향하는 방향으로 가압될 수 있는 것이다.

반면, 제1고정링(120)은 열교환튜브(200) 내측에 삽입되어 튜브를 확장시키므로, 도시된 바와 같이 열교환튜브(200)를 사이에 두고 제1고정링(120)은 열교환튜브(200)의 내측으로부터 외측을 향해, 반대로 제2고정링(130)은 열교환튜브(200)의 외측으로부터 내측을 향해 특히, 제1고정링(120)을 향하는 방향으로 압착되어 열교환튜브(200)를 견고하게 고정할 수 있는 것이다.

이와 같은 고정방식은 제1고정링(120)을 열교환튜브(200) 내측에, 제2고정링(130)과 가압링을 열교환튜브(200) 외측에 위치시킨 후, 열교환튜브(200)를 관통공(110a)을 통해 몸체(110)에 삽입하고 커버(150)를 결합하는 것만으로 손쉽게 완료할 수 있는 것이다. 따라서, 열교환튜브(200)를 관통하거나, 열교환튜브(200) 내 외측에 부착되는 등의 별도의 체결부재를 추가로 사용할 필요가 없어 이러한 방식으로 열교환튜브(200)를 매우 견고하면서도 간편하게 고정할 수 있다.

연결플러그(100)의 몸체(110)와 커버(150)는 나사산(112, 152)을 이용하여 서로 나사 결합될 수 있으며, 몸체(110)의 외측과 커버(150)의 외측에는 각진 면이 형성되어 스패너 등으로 용이하게 조일 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 커버(150)에는 개구부(도 2의 153 참조)가 형성되어 있어 열교환튜브(200)가 커버(150)를 통과하여 몸체(110)의 관통공(110a)에 용이하게 삽입될 수 있다. 몸체(110)는 제1헤더(10) 또는 제2헤더에 용접 방식으로 견고히 고정될 수 있으며, 필요한 경우 전도성 접착제를 이용하여 간편하게 부착할 수도 있다.

한편, 상기 제2고정링(130)은 제1고정링(120)을 향하는 방향으로 점차 직경이 감소하여 그 단면이 도 3에 도시된 바와 같이 쐐기모양으로 형성될 수 있으므로, 열교환튜브(200)에 밀착되어 열교환튜브(200)가 몸체(110) 반대편으로 빠져나가는 것을 방지하는 역할을 할 수 있으며, 가압링(140) 역시 전술한 제2빗면부(132, 141)와 제3빗면부(142, 151)의 상호작용을 통해 열교환튜브(200)를 보다 용이하게 가압할 수 있다. 이와 같이 열교환튜브(200) 안팎으로 밀착되는 복수의 링을 이용하여 열교환튜브(200)를 견고히 고정할 수 있다.

도 4를 참조하면, 이와 같이 연결플러그(100)에 결합되어 견고하게 고정된 열교환튜브(200)를 통해 열매체가 용이하게 순환됨을 알 수 있다. 예를 들어, 열매체는 제1헤더(10)를 통해 유입되어 열교환튜브(200)로 공급되고(도면상의 실선화살표 참조), 열교환튜브(200)를 따라 순환하면서 열을 수송할 수 있다. 이 때, 전술한 바와 같은 상호작용을 통해 견고하게 결합된 연결플러그(100) 내측의 열교환튜브(200) 연결부위는 열매체가 고속으로 유동하거나 고압 상태로 유지되는 경우에도 이탈되거나 분리되지 않고 매우 고정 상태를 유지할 수 있다.

한편, 열매체가 열교환튜브(200)를 내부를 유동하면서 발생하는 마찰전기는, 열교환튜브(200)로부터 연결플러그(100), 및 제1헤더(10)를 따라(또는 연결플러그가 제2헤더에 연결된 경우에는 제2헤더를 따라) 이동하여 외부로 방출 및 소산된다(도면상의 점선화살표 참조). 이와 같이 열매체가 유동하는 동안 발생한 마찰전기가 자연스럽게 전도되어 해소되므로, 열교환튜브(200)에 전하가 축적되지 않고 따라서, 열교환튜브(200) 내 외부에 전위차가 형성되지 못하므로 종래와 같이 열교환튜브(200)를 손상시키는 방전 현상이 발생하지 않게 된다. 이로써 열교환튜브(200)를 매우 효과적으로 보호하는 것이 가능하다.

이하, 도 1 및 도 5를 참조하여 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)의 나머지 구성부에 대한 설명을 진행한다.

복수의 연결플러그(100)에는 서로 짝을 이루는 식별번호(11, 21)의 쌍이 제1헤더(10) 측에 형성된 연결플러그(100)와 제2헤더(20) 측에 형성된 연결플러그(100)에 각각 지정될 수 있다. 즉, 제1헤더(10)에 형성된 연결플러그(100) 중 어느 하나에 특정 식별번호(11)를 부여하고, 제2헤더(20)에 형성된 연결플러그(100) 중 어느 하나에 그에 대응하는 식별번호(21)를 부여하는 방식으로 제1헤더(10)에 형성된 연결플러그(100)와 제2헤더(20)에 형성된 연결플러그(100)를 쌍을 이루어 짝지을 수 있다.

열교환튜브(200)는 이와 같이 서로 짝을 이루도록 식별번호(11, 21)가 지정된 연결플러그(100)에 양단부가 각각 결합되어 연결된다. 즉, 하나의 식별번호(11, 21) 쌍에 하나의 열교환튜브(200)가 대응되도록 제1헤더(10) 측과 제2헤더(20) 측의 연결플러그(100)를 하나의 열교환튜브(200)를 이용하여 짝지어 연결할 수 있는 것이다. 이를 통해 특정 열교환튜브(200)에 이상이 생기거나 문제가 생긴 경우 식별번호(11, 21)를 이용하여 이를 손쉽게 발견하고 보수 처리할 수 있다. 또한 설치시에도 식별번호(11, 21)의 쌍을 이용하여 열교환튜브(200)를 매우 용이하게 결합하고 장치를 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 베이스플레이트(30)를 포함할 수 있으며, 베이스플레이트(30)에 지지바(32)가 형성되어 제1헤더(10) 및 제2헤더(20)를 고정하도록 형성할 수 있다. 지지바(32)와 각각의 헤더는 예를 들어, U자형 결합볼트 등을 이용하여 용이하게 결합될 수 있다.

베이스플레이트(30)의 일 측에는 내부에 가이드홈(31a)이 관통된 가이드블록(31)이 형성될 수 있다. 가이드블록(31)은 복수의 열교환튜브(200)를 갈무리하여 적절한 방향으로 연장되도록 가이드 하는 것으로 도시된 바와 같이 베이스플레이트(30)의 상부에 형성된 제1헤더(10) 및 제2헤더(20)로부터 베이스플레이트(30)의 하부로 연장되도록 열교환튜브(200)를 가이드 할 수 있다.

베이스플레이트(30)의 하부에는 열교환튜브(200)의 연장방향을 따라 형성되고 열교환튜브(200)에 밀착되어 열교환튜브(200)를 가이드하고 지지하는 가이드바(33)가 설치될 수 있다. 가이드바(33)는 직선 또는 곡선 형태로 다양하게 형성될 수 있으며, 적어도 한번 굴절되어 루프를 형성할 수도 있다. 가이드바(33)는 내부식성의 수지재로 형성되거나 표면이 내부식성의 수지재로 코팅된 것일 수 있다.

가이드바(33)를 따라 연장되는 열교환튜브(200) 일 측에는 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같은 지지플레이트(210)가 결합된다. 지지플레이트(210)에는 복수의 고정홀(211)이 서로 이격되어 관통 형성되어 각각의 고정홀(211)로 열교환튜브(200)를 통과시킬 수 있다. 따라서, 복수의 열교환튜브(200)가 지지플레이트(210)를 관통하면서 고정홀(211)에 의해 서로 분리 구획되고 고정홀(211)에 결합된 채 안정적으로 지지된다. 따라서 이러한 지지플레이트(210)를 도 1에 도시된 바와 같이 수평 또는 수직 방향으로 다양하게 배치함으로써, 열교환튜브(200)의 지지력을 높이고 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)가 보다 안정적으로 구성되도록 할 수 있다.

지지플레이트(210) 역시 가이드바(33)와 마찬가지로 내부식성의 수지재로 형성되거나 표면이 내부식성의 수지재로 코팅될 수 있다. 지지플레이트(210)는 도 5에 도시된 바와 같이 수평 또는 수직방향으로 정렬될 수 있으며, 각각의 정렬 상태에서 고정홀(211)로 열교환튜브(200)를 통과시켜 용이하게 분리 구획하고 지지할 수 있다. 고정홀(211)은 격자 형태로 배열될 수 있으며, 각각에는 전술한 식별번호(11, 21)에 대응하는 번호가 추가로 지정되어 이를 통해 열교환튜브(200)를 보다 용이하게 인지 구별하도록 할 수 있다. 지지플레이트(210)에는 고정홀(211)외에 가이드바(33)가 체결되는 체결공(212)이 추가로 형성될 수 있으며, 도시되지 않았지만, 가이드바(33)와 지지플레이트(210) 사이에는 예를 들어, 클램프나 연결판과 같은 다양한 방식의 체결구조가 형성되어 서로 긴밀하게 연결되도록 구성할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치의 작동과정을 도시한 도면이다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 튜브타입 내부식성 열교환 장치의 작동과정에 대해 상세히 설명한다.

우선, 도 6에 도시된 바와 같이 제1헤더(10)는 열매체 공급관(A)에 연결되고, 제2헤더(20)는 열매체를 배출하는 배출관(B)에 연결될 수 있다. 도면상에 제1헤더(10)와 제2헤더(20)의 끝단부에 각각 공급관(A) 및 배출관(B)이 연결된 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐 공급관(A)과 배출관(B)을 제1헤더(10) 및 제2헤더(20)에 연결하는 방식은 이와 다른 방식으로 다양하게 변화될 수 있다.

공급관(A)을 통해 제1헤더(10)로 유입된 열매체는 연결플러그(100)를 따라 분배되어 열교환튜브(200)에 제공된다. 열매체는 열교환튜브(200)를 따라 이동 및 순환한 후 제2헤더(20)로 유출되며, 제2헤더(20)로부터 배출관(B)을 통해 배출된다. 전술한 바와 같이 열교환튜브(200)는 베이스플레이트(30)에 형성된 가이드블록(31) 내부의 가이드홈(31a)을 통해 베이스플레이트(30) 하부로 연장될 수 있다.

베이스플레이트(30) 하부로 연장된 열교환튜브(200)는 도 7에 도시된 바와 같이 각종 처리약품(C)이 저장된 반응조 내부에 유지될 수 있다. 이 때 처리약품(C)은 예를 들어, 금속 표면을 부식시켜 에칭 처리하는 데 사용되는 것일 수 있으며, 염산이나 황산과 같은 강산성분을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 시예에 의한 튜브타입 내부식성 열교환 장치(1)는 고온의 열매체를 열교환튜브(200)를 따라 순환시켜(도 7의 실선화살표 참조) 이러한 처리약품(C)을 적정 반응온도로 유지시킬 수 있다. 이 때 열교환튜브(200)는 내부식성의 수지재로 이루어지므로 종전의 금속재 열교환관을 이용한 열교환 장치와 달리 처리약품(C) 내부에서도 안정적으로 동작하는 것이 가능하다.

뿐만 아니라, 열매체가 열교환튜브(200) 내측을 고속으로 유동하면서 발생하는 마찰전기(또는 정전기)는 처리약품(C) 내부에 위치하는 열교환튜브(200)로부터 상대적으로 전위가 낮은 측으로 연결플러그(100) 및 제1헤더(10) 또는 제2헤더(20)를 따라 자연스럽게 이동한 후(도 7의 점선화살표 참조) 방출 및 소산되는 것이다. 이 때 제1헤더(10) 측 또는 제2헤더(20) 측은 접지하여 영전위 또는 기준전위를 유지하도록 할 수 있다.

따라서, 상대적으로 이온화도가 높은 강산성의 처리약품(C) 내부에서도 트리 방전과 같은 급작스런 고온의 방전현상이 일어나는 것을 막을 수 있으며, 이로 인한 열교환튜브(200)의 균열 및 파괴와 같은 심각한 피해를 미연에 방지할 수 있는 것이다. 이를 통해 장치를 효과적으로 사용하고, 보다 오래 안전하게 사용하며, 다양한 방식으로 각종 설비에 용이하게 적용할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 튜브타입 내부식성 열교환 장치
10: 제1헤더
11, 21: 식별번호 20: 제2헤더
30: 베이스플레이트 31: 가이드블록
31a: 가이드홈 32: 지지바
32a: 고정수단 33: 가이드바
100: 연결플러그 110: 몸체
110a: 관통공 111, 131: 제1빗면부
112, 152: 나사산 120: 제1고정링
121: 플랜지 130: 제2고정링
132, 141: 제2빗면부 140: 가압링
142, 151: 제3빗면부 150: 커버
153: 개구부 200: 열교환튜브
210: 지지플레이트 211: 고정홀
212: 체결공
A: 공급관 B: 배출관
C: 처리약품

Claims (10)

1. 열매체를 공급하는 공급관에 연결되어 상기 열매체를 분배하는 제1헤더;
   상기 열매체를 회수하여 배출관으로 배출하는 제2헤더;
   도전성 분체가 함유된 내부식성의 수지재로 이루어지고 양단이 각각 상기 제1헤더와 상기 제2헤더에 연결되어 상기 제1헤더로부터 상기 열매체를 전달받아 열교환하고 상기 제2헤더로 배출하는 복수개의 열교환튜브;
   상기 제1헤더 및 상기 제2헤더가 고정되고, 가이드 홈이 관통된 가이드블록이 일 측에 형성된 베이스플레이트; 및
   상기 제1헤더 및 상기 제2헤더에 상기 열교환튜브를 고정하며 도전성 재질로 이루어진 복수개의 연결플러그를 포함하고,
   상기 열교환튜브는 상기 베이스플레이트에 형성된 상기 가이드블록 내부의 상기 가이드홈을 통해 상기 베이스플레이트 하부로 연장되며,
   서로 짝을 이루는 식별번호의 쌍이 상기 제1헤더에 형성된 상기 연결플러그, 및 상기 제2헤더에 형성된 상기 연결플러그에 각각 지정되고, 상기 열교환튜브의 양 단부가 서로 짝을 이루는 상기 식별번호가 지정된 상기 연결플러그에 각각 결합되는 튜브타입 내부식성 열교환 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열교환튜브는 PFA(Perfluoroalkoxy alkane), 및
   PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질에 카본그라파이트(Carbon graphite)가 함유되어 이루어지는 튜브타입 내부식성 열교환 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연결플러그는 상기 제1헤더 또는 상기 제2헤더와 연결되고 내부에 상기 열교환튜브가 수용되는 관통공이 형성된 중공형상의 몸체,
   상기 관통공 내부에서 상기 열교환튜브 내측에 삽입되는 제1고정링,
   상기 열교환튜브 외측에 끼움결합되고 상기 관통공과 밀착되는 제2고정링, 및
   상기 몸체에 결합되어 상기 제2고정링을 상기 제1고정링을 향해 가압하는 커버를 포함하는 튜브타입 내부식성 열교환 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2고정링의 외주면 및 상기 관통공의 내측면에 서로 빗면 접촉하는 빗면부를 각각 더 포함하고, 상기 빗면부가 상기 제2고정링을 향해 경사지는 튜브타입 내부식성 열교환 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 커버와 상기 제2고정링 사이의 상기 열교환튜브 외측에 끼움 결합되고 양 단부가 상기 커버 및 상기 제2고정링과 접하여 지지되는 가압링을 더 포함하는 튜브타입 내부식성 열교환 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가압링의 양 단부가 상기 커버 및 상기 제2고정링과 각각 빗면 접촉하는 튜브타입 내부식성 열교환 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 가압링의 양 단부는 상기 커버 및 상기 제2고정링과 각각 서로 엇갈리는 방향으로 빗면 접촉하는 튜브타입 내부식성 열교환 장치.
8. 제3항에 있어서,
   상기 몸체는 상기 제1헤더 또는 상기 제2헤더에 용접되거나 또는 전도성 접착제로 부착되는 튜브타입 내부식성 열교환 장치.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브 일 측에 결합되고, 복수의 상기 열교환튜브가 각각 통과되는 복수의 고정홀이 서로 이격되어 관통 형성된 적어도 하나의 지지플레이트를 더 포함하는 튜브타입 내부식성 열교환 장치.
    

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