KR101766744B1 - Heat exchanger for preventing crack - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천연가스에 혼합되는 물의 상변화에 따른 관로 내부의 온도차이로 인해 관로에 크랙이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchanger for preventing cracks due to phase changes, and more particularly, to a heat exchanger for preventing cracks from occurring due to a temperature difference inside a pipe due to a phase change of water mixed with natural gas, To a crack preventing heat exchanger.
일반적으로 연료전지 발전시스템에는 수소와 전기의 전기화학반응으로 전기, 열 및 물을 발생하는 스택이 마련되고, 이 스택의 전단에는 천연가스(연료)로부터 얻은 메탄과 초순수를 스택에 공급하기 위한 연료공급시스템이 마련된다.Generally, a fuel cell power generation system is provided with a stack for generating electricity, heat and water by an electrochemical reaction between hydrogen and electricity, and a fuel for supplying methane and ultra pure water obtained from natural gas (fuel) A supply system is provided.
또한, 이러한 연료공급시스템에는 천연가스와 스팀을 가열하는 열교환기(가습기)가 장착되는데, 종래의 열교환기는 천연가스와 액체상태의 물이 하나의 관로 상에 투입되며 이 관로의 외부로 열을 가함으로써 이송되면서 배출구측으로 천연가스와 스팀이 혼합된 혼합가스를 배출하도록 동작하였다.In this fuel supply system, a heat exchanger (humidifier) for heating natural gas and steam is installed. In the conventional heat exchanger, natural gas and liquid water are put on a single pipe, , And was operated to discharge the mixed gas in which natural gas and steam were mixed to the discharge port side.
그러나, 처음부터 물을 가열해서 포화상태로 관로 내부로 투입할 수 없어 액체상태의 물을 투입하게 되는데, 이로 인해 성층류(온도차에 의해 생기는 흐름)가 처음 몇 상단행에 존재하게 되고 2상의 흐름으로 각 관로의 바닥과 상단 사이에 온도차가 발생하였으며, 이러한 온도차로 인해 관로에 피로가 발생하게 되고 이러한 피로가 누적되어 관로에 크랙이 발생하는 문제점이 있었다.However, since water can not be heated from the beginning and can not be introduced into the pipe in a saturated state, water in a liquid state is injected. As a result, a laminar flow (flow caused by a temperature difference) A temperature difference is generated between the bottom and the top of each pipe. Fatigue occurs in the pipe due to such a temperature difference, and cracks are generated in the pipe due to accumulation of such fatigue.
또한, 열교환기 내에는 각 관로를 지지하기 위한 지지프레임이 배치되는데, 관로의 내부로 유체가 이송하면서 발생하는 진동에 의해 관로와 지지프레임 간의 접촉부위에 마찰이 발생하면서 관로의 접촉부위가 쉽게 마모되고 손상되는 문제점이 있었다.In the heat exchanger, a support frame for supporting the respective pipes is disposed. The vibration generated when the fluid is transferred into the pipe causes friction at the contact portion between the pipe and the support frame, And there was a problem that it was damaged.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 열교환기 내에서 물이 가열되면서 스팀형태로 상변화시킨 후 천연가스와 혼합되는 구조로 이루어짐으로써 물의 상변화에 따른 관로 내부의 온도차이가 발생하지 않도록 하여 상변화에 따른 크랙발생을 효과적으로 방지할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a heat exchanger in which water is heated in a steam phase to be mixed with natural gas, So that the occurrence of cracks due to the phase change can be effectively prevented.
본 발명의 특징에 따르면, 천연가스(NG)가 공급되는 가스공급관(111)과 물(H2O)이 공급되는 물공급관(113) 및 상기 천연가스와 물이 혼합된 혼합가스를 외부로 배출하는 배출관(114)이 각각 마련되며, 내부에는 외부로부터 고열이 유입되는 가열공간(151)이 형성된 챔버(110); 상기 물공급관(113)에 일단이 연결된 상태로 상기 가열공간(151) 내에 일정길이로 연장배치되며, 상기 고열에 의해 가열되어 내부에 이송되는 물을 스팀형태로 기화시키는 제1가열관(120); 상기 챔버(110) 내에 배치되며 상기 제1가열관(120)의 타단과 상기 가스공급관(111)의 단부에 각각 연결되어 기체상태로 공급되는 스팀과 천연가스를 혼합하여 배출하는 믹싱헤더(130); 및 일단은 상기 믹싱헤더(130)의 배출측에 연결되고 타단은 상기 배출관(114)에 연결된 상태로 상기 가열공간(151) 내에 일정길이로 연장배치되며, 상기 고열에 의해 가열되어 내부에 이송되는 혼합가스를 설정온도로 가열시키는 제2가열관(140);을 포함하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)이 각각 관통삽입되는 관통공(152,153)이 형성된 판형상으로 이루어지며, 상기 챔버(110) 내부에 직립되게 장착되어 각 관통공(152,153)에 삽입된 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)이 고정되도록 지지하는 지지프레임(150); 및 각 가열관(120,140)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 단관형상으로 이루어져 각 가열관(120,140)의 둘레를 둘러싸는 형태로 끼움결합되는 슬리브관(160);을 더 포함하며, 상기 슬리브관(160)은 각 가열관(120,140)이 내경에 끼움결합된 상태로 각 관통공(152,153)에 외경이 끼움결합되어 각 가열관(120,140)의 외부면을 각 관통공(152,153)의 내경으로부터 이격시키는 것을 특징으로 하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 챔버(110)의 하단에는 상하로 개구되어 고열의 배기가스가 유입되는 열유입구(115)가 형성되고, 상기 열유입구(115)와 대향하는 챔버(110)의 상단에는 상하로 개구되어 상기 가열공간(151)으로 유입된 고열을 외부로 배출하는 열배출구(116)가 형성되며, 상기 지지프레임(150)은 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)의 슬리브관(160)이 각 관통공(152,153)에 끼움결합되면서 내부에 측방으로 밀폐된 가열공간(151)을 형성하고, 상기 열유입구(115)와 지지프레임(150)의 하단 사이에 연장배치되되 상부로 갈수록 점차적으로 내경이 줄어드는 형태로 경사지게 형성되어 상기 열유입구(115)로 유입된 고열이 상기 가열공간(151)으로 유입되도록 가이드하는 가이드판(170);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 가열공간(151) 내부로 노출된 제1가열관(120)의 둘레에는 제1가열관(120)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 관형상으로 이루어진 제1전열관(121)이 밀착되게 끼움결합되며, 상기 가열공간(151) 내부로 노출된 제2가열관(140)의 둘레에는 제2가열관(140)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 관형상으로 이루어져 제2전열관(141)이 밀착되게 끼움결합되는 것을 특징으로 하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a first heat pipe (120) having a relatively thicker plate thickness than the first heat pipe (120) is disposed around the first heat pipe (120) exposed to the inside of the heating space (151) A
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 믹싱헤더(130)는, 일정길이로 연장된 관형상으로 이루어져 내부에 밀폐된 공간부(132)가 마련된 바디부(131) 및, 상기 바디부(131)가 연장된 길이방향을 따라 연장형성되며 바디부(131) 내부에 배치되어 상기 공간부(132)를 가스공급공간(134)과 혼합공간(135)으로 구획하며 연장된 길이방향을 따라 다수 개의 가스주입공(136)이 형성된 분리판(133)을 포함하여 이루어지며, 상기 바디부(131) 상에서 상기 가스공급공간(134)이 마련된 둘레에는 상기 가스공급관(111)의 단부가 연결되고 상기 혼합공간(135)이 마련된 둘레에는 상기 제1가열관(120)의 타단과 제2가열관(140)의 단부가 각각 연결된 것을 특징으로 하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기가 제공된다.The
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 바디부(131)는 수평배치된 원통형상으로 형성되고, 상기 바디부(131) 상에서 상기 가스공급관(111)의 단부와 상기 제1가열관(120)의 타단은 상기 분리판(133)의 중심을 기준으로 상호 대향하는 위치에 각각 연결되며, 상기 분리판(133)은 상기 가스공급관(111)의 단부와 제1가열관(120)의 타단 사이에 비스듬히 경사진 형태로 배치되어 상기 가스공급공간(134) 및 혼합공간(135) 내부에 와류를 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the
이상에서와 같이 본 발명에 의하면,As described above, according to the present invention,
첫째, 열교환기 내에서 공급된 물이 가열되면서 스팀형태로 상변화된 후 천연가스와 혼합되는 구조로 이루어져 물의 상변화에 따른 관로(140) 내부의 온도차이가 발생하지 않으므로, 관로(140)에 상변화에 따른 크랙이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 열교환기의 기대수명을 보장하고 유지관리보수 비용을 절감할 수 있다.First, the water supplied from the heat exchanger is heated and mixed with the natural gas after being phase-changed into steam, so that no temperature difference occurs in the
둘째, 외부로부터 고열이 유입되는 가열공간(151)이 형성된 챔버(110)와, 상기 가열공간(151) 내에 연장배치되어 고열에 의해 가열되면서 내부에 이송되는 물을 스팀형태로 기화시키는 제1가열관(120)과, 공급되는 상기 스팀과 외부로부터 공급되는 천연가스를 혼합하여 배출하는 믹싱헤더(130) 및, 상기 가열공간(151) 내에 연장배치되어 고열에 의해 가열되면서 내부에 이송되는 혼합가스를 설정온도로 가열시키는 제2가열관(140)을 포함하는 구조와 같이, 하나의 챔버(110)로 각 가열관(120,140)을 동시에 가열시킬 수 있으므로 구조를 간소화할 수 있으며 제조비용을 절감할 수 있다.A
셋째, 각 가열관(120,140)은 챔버(110) 내부에 직립되게 장착된 지지프레임(150)의 관통공(152,153)에 각각 관통삽입되어 수평배치된 상태가 고정지지될 수 있고, 각 가열관(120,140)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 단관형상으로 이루어진 슬리브관(160)이 각 가열관(120,140)의 둘레에 끼움결합되며, 상기 슬리브관(160)은 각 가열관(120,140)이 내경에 끼움결합된 상태로 각 관통공(152,153)에 외경이 끼움결합되어 각 가열관(120,140)의 외부면을 각 관통공(152,153)의 내경과 접촉되지 않도록 이격시켜 보호할 수 있으므로 각 가열관(120,140)과 지지프레임(150)간의 마찰로 인해 관로의 일부가 누수되거나 수명이 단축되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.Third, the
넷째, 상기 지지프레임(150)은 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)의 슬리브관(160)이 각 관통공(152,153)에 끼움결합되면서 내부에 측방으로 밀폐된 가열공간(151)을 형성하고, 상기 열유입구(115)와 지지프레임(150)의 하단 사이에 연장배치되되 상부로 갈수록 점차적으로 내경이 줄어드는 형태로 경사지게 형성된 가이드판(170)이 구비되어 상기 열유입구(115)로 유입된 고열이 상기 가열공간(151)으로 유입되도록 가이드할 수 있으므로 유입된 고열을 가열공간(151)에 집중시키고 챔버(110) 외부로 열이 방출되는 것을 방지할 수 있어 열효율을 극대화할 수 있다.Fourthly, the
다섯째, 상기 가열공간(151) 내부로 노출된 제1가열관(120)의 둘레에는 제1가열관(120)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 관형상으로 이루어진 제1전열관(121)이 밀착되게 끼움결합되며, 상기 가열공간(151) 내부로 노출된 제2가열관(140)의 둘레에는 제2가열관(140)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 관형상으로 이루어져 제2전열관(141)이 밀착되게 끼움결합되어, 각 가열관(120,140)의 전열면적을 대폭 넓힐 수 있으며 축열효과를 제공하여 열효율을 더욱 증대시킬 수 있다.Fifth, a first
여섯째, 상기 믹싱헤더(130)는 일정길이로 연장된 관형상으로 이루어져 내부에 밀폐된 공간부(132)가 마련된 바디부(131) 및, 상기 바디부(131)가 연장된 길이방향을 따라 연장형성되며 바디부(131) 내부에 배치되어 상기 공간부(132)를 가스공급공간(134)과 혼합공간(135)으로 구획하며 연장된 길이방향을 따라 다수 개의 가스주입공(136)이 형성된 분리판(133)을 포함하여 이루어지고, 상기 바디부(131) 상에서 상기 가스공급공간(134)이 마련된 둘레에는 상기 가스공급관(111)의 단부가 연결되고 상기 혼합공간(135)이 마련된 둘레에는 상기 제1가열관(120)의 타단과 제2가열관(140)의 단부가 각각 연결된 구조로 이루어짐으로써, 서로 다른 경로로 유입되는 천연가스와 스팀을 고르게 혼합하여 배출할 수 있다.Sixth, the
일곱째, 상기 바디부(131)는 수평배치된 원통형상으로 형성되고, 상기 바디부(131) 상에서 상기 가스공급관(111)의 단부와 상기 제1가열관(120)의 타단은 상기 분리판(133)의 중심을 기준으로 상호 대향하는 위치에 각각 연결되며, 상기 분리판(133)은 상기 가스공급관(111)의 단부와 제1가열관(120)의 타단 사이에 비스듬히 경사진 형태로 배치되어 상기 가스공급공간(134) 및 혼합공간(135) 내부에 와류를 형성하므로 천연가스와 스팀을 더욱 고르게 혼합하여 전체적으로 균일한 혼합비를 갖는 혼합가스를 획득할 수 있다.The end of the
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기의 구성을 나타낸 정면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기의 구성을 나타낸 측단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 각 관로와 지지프레임의 관통공 사이에 끼움결합되는 슬리브관의 구성을 나타낸 도 2의 A를 확대한 확대도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지지프레임의 구성을 나타낸 정면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view showing the construction of a crack preventing heat exchanger according to a phase change according to a preferred embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a side sectional view showing the structure of a crack preventing heat exchanger according to a phase change according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 3 is an enlarged view of an enlarged view of FIG. 2 (A) showing a structure of a sleeve tube fitted between through holes of respective conduits and support frames according to a preferred embodiment of the present invention;
4 is a front view showing the structure of a support frame according to a preferred embodiment of the present invention.
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.The objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기(100)는 열교환기 내에서 물이 가열되면서 스팀형태로 상변화시킨 후 천연가스와 혼합되는 구조로 이루어짐으로써 물의 상변화에 따른 관로 내부의 온도차이가 발생하지 않도록 하여 상변화에 따른 크랙발생을 효과적으로 방지할 수 있는 열교환기(100)로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(110), 제1가열관(120), 믹싱헤더(130) 및 제2가열관(140)을 포함하여 구비된다.The
먼저, 상기 챔버(110)는 공급된 천연가스와 물을 가열하기 위한 공간을 제공하는 부재로서, 내부에는 외부로부터 고열(대략 400도씨)이 유입되는 가열공간(151)이 형성되며, 측방에는 천연가스(NG)가 공급되는 가스공급관(111), 물(H2O)이 공급되는 물공급관(113) 및, 혼합가스가 배출되는 배출관(114)이 각각 마련된다.First, the
여기서, 상기 챔버(110)의 하부에는 상하로 개구되어 고열의 배기가스가 유입되는 열유입구(115)가 형성되고, 상기 열유입구(115)와 대향하는 챔버(110)의 상부위치에는 상하로 개구되어 상기 가열공간(151)으로 유입되는 고열을 외부로 배출하는 열배출구(116)가 형성된다. 또한, 상기 배기가스는 연료전지 발전시스템에서 공급되는 배기가스이거나 열교환기(100)의 가열을 위해 마련된 별도의 고열공급장치로부터 공급된 배기가스일 수 있다. 더불어, 상기 배출관(114)는 연료전지 발전시스템 상에 구비된 프리컨버터(Pre-Convertver)와 연결되어 천연가스와 스팀이 혼합되어 가열된 상태의 혼합가스가 상기 프리컨버터 측에 공급되도록 한다.A
그리고, 도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가스공급관(111)은 하나의 주관로가 여러 개의 분기관(112)으로 분기되어 각 분기관(112)이 믹싱헤더(130)에 연장된 길이를 따라 연이어 연결된 구조를 가지며, 상기 물공급관(113)도 마찬가지로 하나의 주관로에서 여러 개의 분기관으로 분기되고 각 분기관이 여러 개의 제1가열관(120)과 개별적으로 연결된 구조를 갖는다.1, 2, and 5, the
상기 제1가열관(120)은 기체 상태의 물을 믹싱헤더(130)에 공급하기 위한 수단으로서, 상기 물공급관(113)에 일단이 연결된 상태로 상기 가열공간(151) 내에 일정길이로 연장배치되며, 상기 고열에 의해 가열되어 타단측으로 이송되는 물을 스팀형태로 기화시켜 타단에 연결된 믹싱헤더(130)로 공급한다. 여기서, 상기 제1가열관(120)은 가열공간 내에서 수평 연장배치된 형태로 상하로 복수 회 절곡되게 형성되어 내부로 유입된 물이 이송되면서 고열에 의해 가열되어 스팀형태로 상변환시킨다.The
상기 믹싱헤더(130)는 기체상태의 천연가스와 기체상태의 스팀을 상호 혼합시키는 수단으로서, 상기 챔버(110) 내에 배치되며 제1가열관(120)의 타단과 상기 가스공급관(111)의 단부에 각각 연결되어 기체상태로 공급되는 스팀과 천연가스를 혼합하여 제2가열관(140) 측으로 배출한다.The
여기서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 믹싱헤더(130)는, 일정길이로 연장된 관형상으로 이루어져 내부에 밀폐된 공간부(132)가 마련된 바디부(131) 및, 상기 바디부(131)가 연장된 길이방향을 따라 연장형성되며 바디부(131) 내부에 배치되어 상기 공간부(132)를 가스공급공간(134)과 혼합공간(135)으로 구획하며 연장된 길이방향을 따라 다수 개의 가스주입공(136)이 형성된 분리판(133)을 포함하여 이루어지며, 상기 바디부(131) 상에서 상기 가스공급공간(134)이 마련된 둘레에는 상기 가스공급관(111)의 단부가 연결되고 상기 혼합공간(135)이 마련된 둘레에는 상기 제1가열관(120)의 타단과 제2가열관(140)의 단부가 각각 연결된 구조를 가짐으로써, 서로 다른 경로로 유입되는 천연가스와 스팀을 고르게 혼합하여 배출할 수 있다.5 and 6, the
또한, 상기 바디부(131)는 수평배치된 원통형상으로 형성되고, 상기 바디부(131) 상에서 상기 가스공급관(111)의 단부와 상기 제1가열관(120)의 타단은 상기 분리판(133)의 중심을 기준으로 상호 대향하는 위치에 각각 연결되며, 상기 분리판(133)은 상기 가스공급관(111)의 단부와 제1가열관(120)의 타단 사이에 비스듬히 경사진 형태로 배치되어 상기 가스공급공간(134) 및 혼합공간(135) 내부에 와류를 형성함으로써, 천연가스와 스팀을 더욱 고르게 혼합하여 전체적으로 균일한 혼합비를 갖는 혼합가스를 획득할 수 있다.The end of the
더불어, 상기 가스공급관(111)의 전단에는 유량밸브가 장착되어 밸브의 온오프 동작에 따라 유입량(예를 들면, 0.7L/min) 및 유입압력(예를 들면, 15kPa 내지 49kPa)이 조절되고 공급되는 가스는 대략 14도씨의 온도를 갖는다.In addition, a flow rate valve is mounted at the front end of the
그리고, 상기 물공급관(113)의 전단에도 유량밸브가 장착되어 밸브의 온오프 동작에 따라 유입량(예를 들면, 6.25L/min) 및 유입압력(예를 들면, 18kPa 내지 128.9kPa)이 조절되며, 상기 제1가열관(120)을 통해 가열된 물은 100도씨 정도의 스팀형태로 믹싱헤더(130)에 공급된다. 또한, 믹싱헤더(130)의 내부로 유입된 가스와 스팀은 상호간의 온도차이로 혼합공간(135) 내에서 대류현상이 발생되어 더욱 균일하게 혼합될 수 있다.A flow rate valve is also mounted on the front end of the
상기 제2가열관(140)은 혼합된 혼합가스를 가열하기 위한 수단으로서, 일단은 상기 믹싱헤더(130)의 배출측에 연결되고 타단은 상기 배출관(114)에 연결된 상태로 상기 가열공간(151) 내에 일정길이로 연장배치되며, 상기 고열에 의해 가열되어 타단측으로 이송되는 혼합가스를 설정온도로 가열시킨다. 여기서, 상기 제2가열관(140)은 제1가열관(120)과 마찬가지로 가열공간 내에서 상하로 복수 회 절곡되게 연장형성되어 내부로 유입된 혼합가스가 충분히 가열공간의 고열을 전달받아 가열될 수 있도록 한다.The
이와 같은, 챔버(110), 제1가열관(120), 믹싱헤더(130) 및 제2가열관(140)의 조합된 구성 및 기능에 의해, 열교환기 내에서 물이 가열되면서 스팀형태로 상변화된 후 천연가스와 혼합되는 구조로 이루어져 물의 상변화에 따른 관로(140) 내부의 온도차이가 발생하지 않으므로, 관로(140)에 상변화에 따른 크랙이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 열교환기의 기대수명을 보장하고 유지관리보수 비용을 절감할 수 있다. 또한, 하나의 챔버(110)로 각 가열관(120,140)을 동시에 가열시킬 수 있으므로 구조를 간소화할 수 있으며 제조비용을 절감할 수 있다.By such a combined structure and function of the
한편, 상기 제1가열관(120)과 제2가열관(140)은 열교환기(100) 내에 배치됨에 있어서 수평으로 연장배치되면서 상하로 복수 회 절곡된 상태로 고정될 수 있도록 지지프레임(150)에 의해 지지될 수 있다.The
여기서, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 지지프레임(150)은 상기 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)이 각각 관통삽입되는 관통공(152,153)이 형성된 판형상으로 이루어지며, 상기 챔버(110) 내부에 직립되게 장착되어 각 관통공(152,153)에 삽입된 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)이 고정되도록 지지한다.2 and 4, the
또한, 상기 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)의 내부에는 천연가스나 혼합가스가 고압으로 이송되기 때문에 유동하면서 진동이 발생하게 되는데, 이 경우 각 가열관(120,140)은 지지프레임(150) 상에서 형성된 제1관통공(152)이나 제2관통공(153) 등의 관통공(152,153)에 삽입되면서 지지되는 부위에 마찰이 발생하여 접촉부위(외경)가 쉽게 마모되고 훼손될 수 있다.Since the natural gas or the mixed gas is transported to the inside of the
이에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기(100)는 각 가열관(120,140)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 단관형상으로 이루어져 각 가열관(120,140)의 둘레를 둘러싸는 형태로 끼움결합되는 슬리브관(160)을 더 포함하여 구비된다. 또한, 상기 슬리브관(160)은 각 가열관(120,140)이 내경에 끼움결합된 상태로 각 관통공(152,153)에 외경이 끼움결합되어 각 가열관(120,140)의 외부면을 각 관통공(152,153)의 내경으로부터 보호할 수 있다. 따라서, 각 가열관(120,140)과 지지프레임(150)간의 마찰로 인해 관로의 일부가 누수되거나 수명이 단축되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.Accordingly, the
한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 지지프레임(150)은 직립배치된 판형상으로 이루어지고 전방과 후방에 배치된 지지프레임(150)이 각각의 양 측단이 맞물리도록 측방결합되며, 이 두 지지프레임(150) 사이에 다른 두 개의 지지프레임(150)이 더 직립되게 양단이 연결되면서 내부에 밀폐된 가열공간(151)을 형성할 수 있다.2 and 4, the
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기(100)는 상기 열유입구(115)와 지지프레임(150)의 하단 사이에 연장배치된 가이드판(170)을 더 포함하여 구비되는데, 상기 가이드판(170)은 상부로 갈수록 점차적으로 내경이 줄어드는 형태로 경사지게 형성되어 상기 열유입구(115)로 유입된 고열이 지지프레임(150)에 의해 상기 가열공간으로 유입되도록 가이드된다. 이러한 가이드판(170)의 구성을 통해 상기 열유입구(115)로 유입된 고열이 상기 가열공간(151)으로 유입되도록 가이드할 수 있으므로 유입된 고열을 가열공간(151)에 집중시키고 챔버(110) 외부로 열이 방출되는 것을 방지할 수 있어 열효율을 극대화할 수 있다.The
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 가열공간(151) 내부로 노출된 제1가열관(120)의 둘레에는 제1가열관(120)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 관형상으로 이루어진 제1전열관(121)이 밀착되게 끼움결합되며, 상기 가열공간(151) 내부로 노출된 제2가열관(140)의 둘레에는 제2가열관(140)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 관형상으로 이루어져 제2전열관(141)이 밀착되게 끼움결합될 수 있다. 각 가열관(120,140)의 전열면적을 대폭 넓힐 수 있으며 축열효과를 제공하여 열효율을 더욱 증대시킬 수 있다.2, a
또한, 판두께가 상대적으로 얇은 각 가열관(120,140)의 표면을 외부에서 커버함으로써 고압의 내부압력에 의해 가열관(120,140)이 과도하게 팽창하거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be clear to those who have knowledge.
100...열교환기 110...챔버
111...가스공급관 113...물공급관
114...배출구 115...열유입구
116...열배출구 120...제1가열관
130...믹싱헤더 140...제2가열관
150...지지프레임 151...가열공간
152,153...관통공 160...슬리브관
170...가이드판100 ...
111 ...
114 ...
116 ...
130 ... mixing
150 ... supporting
152,153 ... through
170 ... guide plate
Claims (4)
상기 믹싱헤더(130)는, 일정길이로 연장된 관형상으로 이루어져 내부에 밀폐된 공간부(132)가 마련된 바디부(131) 및, 상기 바디부(131)가 연장된 길이를 따라 연장형성되며 바디부(131) 내부에 배치되어 상기 공간부(132)를 가스공급공간(134)과 혼합공간(135)으로 구획하며 연장된 길이방향을 따라 상기 가스공급공간(134)에 주입된 천연가스를 혼합공간(135)으로 주입하기 위한 다수 개의 가스주입공(136)이 형성된 분리판(133)을 포함하며,
상기 바디부(131) 상에서 상기 가스공급공간(134)이 마련된 둘레에는 상기 가스공급관(111)의 단부가 연결되고 상기 혼합공간(135)이 마련된 둘레에는 상기 제1가열관(120)의 타단과 제2가열관(140)의 단부가 각각 연결되며,
상기 바디부(131)는 수평배치된 원통형상으로 형성되고, 상기 바디부(131) 상에서 상기 가스공급관(111)의 단부와 상기 제1가열관(120)의 타단은 상기 분리판(133)의 중심을 중심으로 상호 대향하는 위치에 각각 연결되며,
상기 분리판(133)은 상기 가스공급관(111)의 단부와 제1가열관(120)의 타단 사이에 비스듬히 경사진 형태로 배치되어 상기 가스공급공간(134)과 혼합공간(135) 내부에 와류를 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기.
A gas supply pipe 111 to which natural gas (NG) is supplied, a water supply pipe 113 to which water (H 2 O) is supplied, and a discharge pipe 114 to discharge a mixed gas in which the natural gas and water are mixed, A chamber 110 in which a heating space 151 for introducing high temperature from the outside is formed; A first heating tube 120 extending in a predetermined length in the heating space 151 with one end connected to the water supply pipe 113 and being heated by the high temperature and vaporizing the water conveyed to the inside by steam, ; A mixing header 130 disposed in the chamber 110 and connected to the other end of the first heating pipe 120 and the end of the gas supply pipe 111 to mix and discharge steam supplied in a gaseous state with natural gas, ; And one end connected to the discharge side of the mixing header 130 and the other end extended in the heating space 151 in the heating space 151 in a state of being connected to the discharge pipe 114, And a second heating pipe (140) for heating the mixed gas to a set temperature,
The mixing header 130 includes a body part 131 having a tubular shape extending to a predetermined length and having a space 132 sealed therein and a body part 131 extending along the extended length of the body part 131 The gas supply space 134 is disposed inside the body part 131 and divides the space part 132 into a gas supply space 134 and a mixing space 135. The natural gas injected into the gas supply space 134 along the extended longitudinal direction And a separation plate 133 formed with a plurality of gas injection holes 136 for injection into the mixing space 135,
An end of the gas supply pipe 111 is connected to the periphery of the gas supply space 134 on the body part 131 and a second end of the first heating pipe 120 is connected to the periphery of the mixing space 135 The ends of the second heating pipe 140 are respectively connected,
The end of the gas supply pipe 111 and the other end of the first heating pipe 120 are connected to each other on the body 131 of the separator 133, And are connected to positions mutually opposed with respect to the center,
The separation plate 133 is disposed obliquely inclined between the end of the gas supply pipe 111 and the other end of the first heating pipe 120 so that the gas is supplied into the gas supply space 134 and the mixing space 135, Wherein the heat exchanger is formed of a heat resistant material.
상기 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)이 각각 관통삽입되는 관통공(152,153)이 형성된 판형상으로 이루어지며, 상기 챔버(110) 내부에 직립되게 장착되어 각 관통공(152,153)에 삽입된 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)이 고정되도록 지지하는 지지프레임(150); 및
각 가열관(120,140)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 단관형상으로 이루어져 각 가열관(120,140)의 둘레를 둘러싸는 형태로 끼움결합되는 슬리브관(160);을 더 포함하며,
상기 슬리브관(160)은 각 가열관(120,140)이 내경에 끼움결합된 상태로 각 관통공(152,153)에 외경이 끼움결합되어 각 가열관(120,140)의 외부면을 각 관통공(152,153)의 내경으로부터 이격시키는 것을 특징으로 하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기.
The method according to claim 1,
The first heating pipe 120 and the second heating pipe 140 are formed in the shape of a plate having through holes 152 and 153 through which the first heating pipe 120 and the second heating pipe 140 are inserted. A support frame 150 for supporting the first heating tube 120 and the second heating tube 140 inserted in the first heating tube 120 to be fixed; And
And a sleeve tube (160) having a single tube shape having a relatively thicker plate thickness than each of the heating tubes (120, 140) and being fitted and joined to surround each of the heating tubes (120, 140)
The outer surface of each of the heating pipes 120 and 140 is connected to the outer surface of each of the through holes 152 and 153 so that the outer surface of each of the heating pipes 120 and 140 is connected to the inner surface of the through- Wherein the heat exchanger is spaced apart from the inner diameter.
상기 챔버(110)의 하단에는 상하로 개구되어 고열의 배기가스가 유입되는 열유입구(115)가 형성되고, 상기 열유입구(115)와 대향하는 챔버(110)의 상단에는 상하로 개구되어 상기 가열공간(151)으로 유입된 고열을 외부로 배출하는 열배출구(116)가 형성되며,
상기 지지프레임(150)은 제1가열관(120) 및 제2가열관(140)의 슬리브관(160)이 각 관통공(152,153)에 끼움결합되면서 내부에 측방으로 밀폐된 가열공간(151)을 형성하고,
상기 열유입구(115)와 지지프레임(150)의 하단 사이에 연장배치되되 상부로 갈수록 점차적으로 내경이 줄어드는 형태로 경사지게 형성되어 상기 열유입구(115)로 유입된 고열이 상기 가열공간(151)으로 유입되도록 가이드하는 가이드판(170);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기.
3. The method of claim 2,
A heat input port 115 is formed at a lower end of the chamber 110 to receive a high temperature exhaust gas. An upper portion of the chamber 110 opposed to the heat input port 115 is vertically opened, A heat outlet 116 for discharging the high heat introduced into the space 151 to the outside is formed,
The support frame 150 includes a heating space 151 which is sealed laterally inside the sleeve 160 of the first heating pipe 120 and the second heating pipe 140 while being inserted into the through holes 152 and 153, Lt; / RTI >
The heating space 151 is disposed between the heat input port 115 and the lower end of the support frame 150 so that the inner diameter of the heat input port 115 gradually decreases toward the upper portion. And a guide plate (170) for guiding the coolant to be introduced into the heat exchanger.
상기 가열공간(151) 내부로 노출된 제1가열관(120)의 둘레에는 제1가열관(120)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 관형상으로 이루어진 제1전열관(121)이 밀착되게 끼움결합되며,
상기 가열공간(151) 내부로 노출된 제2가열관(140)의 둘레에는 제2가열관(140)보다 상대적으로 판두께가 두꺼운 관형상으로 이루어져 제2전열관(141)이 밀착되게 끼움결합되는 것을 특징으로 하는 상변화에 따른 크랙방지용 열교환기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A first heat transfer pipe 121 having a relatively thicker plate thickness than the first heat transfer pipe 120 is closely fitted around the first heat transfer pipe 120 exposed to the inside of the heating space 151 ,
The second heating pipe 140 is exposed to the inside of the heating space 151. The second heating pipe 140 has a relatively thicker plate than the second heating pipe 140. The second heating pipe 141 is closely fitted to the second heating pipe 140 Wherein the heat exchanger is a heat exchanger for preventing cracks due to a phase change.
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KR1020160167437A KR101766744B1 (en) | 2016-12-09 | 2016-12-09 | Heat exchanger for preventing crack |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
KR20200004970A (en) * | 2018-07-05 | 2020-01-15 | 고상진 | Anti-vibration structure of high-temperature humidifier |
CN112054229A (en) * | 2019-06-06 | 2020-12-08 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell system |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |