KR101783412B1 - 배열 회수 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따르면, 배기가스의 유입구 및 유출구가 마련되는 하우징; 상기 하우징 내부에 배열되며 내부에는 유체의 이동경로를 제공하는 중공이 형성되어 있는 열교환 튜브; 및 상기 하우징 내벽에 배치되어 상기 하우징 내벽을 따라 이동하는 배기가스를 상기 열교환 튜브측으로 바이패스 시키는 가이드부를 포함하는 배열 회수 장치를 제공한다.

Description

배열 회수 장치{APPARATUS FOR RECOVERING WASTE HEAT}
본 발명은 배열 회수 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력설비, 보일러, 차량 등의 내연기관에서 발생한 배열을 회수하기 위한 배열 회수 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전소는 연료를 연소시킴에 따라 발생되는 배기가스를 이용하여 가스터빈을 회전시켜 전력을 생산한다. 배기가스는 가스터빈을 회전시킨 후에도 고온의 상태를 유지한 채 외부로 배출되며 외부로 배출되는 고온의 배기가스로부터 열을 회수하기 위해 배열회수장치(Heat Recovery Steam Generator)가 설치된다.
일반적으로 배열회수장치는 가스터빈에서 배출되는 고온의 배기가스로부터 열을 회수하여 증기터빈을 회전시킨다. 배열회수장치는 열교환 매체가 고온의 배기가스로부터 열을 흡수함으로써 배기가스로부터 열을 회수할 수 있으며 열교환 매체는 전열튜브를 통해 배기가스로부터 열을 흡수할수 있다.
고온의 배기가스로부터 열을 회수하여 고온이 된 열교환 매체는 고속, 고압으로 이동함에 따라 증기터빈을 회전시킬 수 있는 구동력을 갖게 된다. 따라서, 배열회수장치는 열교환 매체가 배기가스로부터 열을 회수함으로써 증기터빈이 전력을 생산할 수 있는 구동력을 제공할 수 있다.
배열회수장치는 가스터빈에서 배출되는 배기가스가 열을 회수하기 위해 설치된 복수개의 전열튜브 사이를 통과하는 과정에서 배기가스의 이동 경로와 전열튜브 사이에 형성된 공간으로 인하여 열 회수 효율이 저하된다는 문제가 있다.
또한, 배기가스의 외부 누설이나 외부로부터 공기의 침입으로 인한 열 회수 효율 저하의 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 내연기관으로부터 발생되는 배기가스와 열교환 튜브와의 접촉면적을 향상시킴으로써 배열 회수 효율을 향상시킬 수 있는 배열 회수 장치를 제공하는데 있다.
또한, 배기가스의 누설 및 외부 유체의 유입을 방지함으로써 배열 회수 효율을 향상시킬 수 있는 배열 회수 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기가스의 유입구 및 유출구가 마련되는 하우징; 상기 하우징 내부에 배열되며 내부에는 유체의 이동경로를 제공하는 중공이 형성되어 있는 열교환 튜브; 및 상기 하우징 내벽에 배치되어 상기 하우징 내벽을 따라 이동하는 배기가스를 상기 열교환 튜브측으로 바이패스 시키는 가이드부를 포함하는 배열 회수 장치를 제공한다.
상기 가이드부는 상기 열교환 튜브의 배열 구조에 따라 형상 및 배치 구조 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.
상기 가이드부는 유선형, 직각 삼각형, 요철형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 가이드부는 상기 하우징의 길이 방향과 직교하는 방향을 따라 적어도 하나의 그루브가 내부에 형성될 수 있다.
상기 가이드부는 상기 그루브가 형성되지 않은 부분을 통하여 상기 하우징과 볼트 결합할 수 있다.
상기 하우징과 상기 가이드부와 접촉하는 부분에 상기 가이드부의 유동을 방지하기 위한 유동 방지 돌기가 마련될 수 있다.
본 발명인 배열 회수 장치는 내연기관으로부터 발생되는 배기가스와 열교환 튜브와의 접촉면적을 향상시킴으로써 배열 회수 효율을 향상시킬 수 있으며, 배기가스의 누설 및 외부 유체의 유입을 방지함으로써 배열 회수 효율을 향상시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 배열 회수 장치의 내부 단면도이고,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 가이드부의 상세도이고,
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배열 회수 장치의 내부 단면도이고,
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가이드부의 상세도이고,
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배열 회수 장치의 내부 단면도이고,
도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가이드부의 상세도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 배열 회수 장치의 내부 단면도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 가이드부의 상세도이다.
도1 및 도2를 참고하면 본 발명의 일실시예에 따른 배열 회수 장치(1)는 내연기관에서 배출된 배기가스의 유입구 및 유출구가 마련되는 하우징(10), 하우징(10) 내부에 배열되며 내부에는 유체의 이동경로를 제공하는 중공이 형성되어 있는 열교환 튜브(20) 및 하우징(10) 내벽에 배치되어 하우징(10) 내벽을 따라 이동하는 배기가스를 열교환 튜브(20)측으로 바이패스 시키는 가이드부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 하우징(10)은 단면이 사각형으로 된 덕트 형상으로 양단부는 개방되어 있어 배기가스의 이동경로를 제공한다. 하우징(10)은 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금 재료 중 적어도 하나로 만들어질 수 있다. 하우징(10)의 외부면에는 쿨런트를 하우징 내부로 유입하기 위한 쿨런트 유입부(미도시)와 쿨런트를 외부로 배출하기 위한 쿨런트 배출부(미도시)가 마련될 수 있다.
열교환 튜브(20)는 내부를 따라 중공이 형성되어 있어 유체, 쿨런트의 이동경로를 제공할 수 있다. 열교환 튜브(20)는 하우징(10) 내부에서 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 또는 열교환 튜브(20)는 복수개가 특정 순서로 배열될 수 있으며 배열되는 열교환 튜브의 개수, 행과 열의 개수 등은 배열 회수 장치(1)가 적용되는 기계, 장치, 부품 등에 따라 상이해 질 수 있다. 열교환 튜브(20)는 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 소재로 이루어질 수 있으면 특정 소재에 한정되지는 않는다.
열교환 튜브(20) 내부를 따라 이동하는 유체 또는 쿨런트는 하우징(10) 내부로 유입된 배기가스와 열교환을 통하여 증기를 발생시키게 된다.
가이드부(30)는 하우징(10) 내벽 둘레를 따라 배치될 수 있으며, 열교환 튜브(20)와 하우징(10) 내벽과의 간극(gap)을 메꿈으로써 하우징(10) 내벽 둘레를 따라 이동하는 배기가스를 열교환 튜브(20)쪽으로 바이패스 시킬 수 있다.
가이드부(30)는 열교환 튜브(20)의 배열 구조에 따라 형상 및 배치 구조 중 적어도 하나가 결정될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 열교환 튜브(20)가 하우징의 길이 방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되어 있으며, 2행을 구성하는 열교환 튜브와 하우징 내벽간의 간극이 1행 및 3행을 구성하는 열교환 튜브와 하우징 내벽간의 간극보다 크게 배치 되어 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 중심부가 볼록한 유선형의 가이드부(30)가 하우징(10)의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격하여 배치될 수 있다. 즉, 가이드부(30)는 열교환 튜브(20)가 마련되어 있는 부분과 하우징(10) 내벽의 평행선상에 소정의 오차를 가지고 마련될 수 있으며, 중심부가 볼록한 유선형으로 마련됨으로써 열교환 튜브(20)의 양측과 가이드부(30)와의 간극의 편차를 최소화 할 수 있다.
또한, 가이드부(30)는 하우징(10)의 길이 방향과 직교하는 방향을 따라 적어도 하나의 그루브(31)가 형성될 수 있다. 그루브(31)는 가이드부(30)와 하우징(10) 내벽간의 틈새로 유입되는 유체의 압력을 최소화할 수 있는 구조로 형성될 수 있으며 예를 들면, 가이드부(30) 중심부의 볼록부를 중심으로 양측에 그루브(31)가 형성될 수 있다.
가이드부(30)는 그루브(31)가 형성되지 않은 부분을 통하여 하우징(10)과 볼트(40) 결합할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 가이드부(30)는 중심부에 형성된 볼록부의 하단부와 하우징(10) 벽을 관통하는 볼트(40)로 결합될 수 있다.
또한, 하우징(10)과 가이드부(30)와 접촉하는 부분에는 가이드부(30)의 유동을 방지하기 위한 유동 방지 돌기(50)가 마련될 수 있다, 유동 방지 돌기(50)는 예를 들면 하우징(10)의 내벽이 돌출되어 형성될 수 있으며, 볼트 결합이 되지 않은 부분으로 가이드부(30)와 접촉하여 가이드부(30)의 유동을 방지할 수 있다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배열 회수 장치의 내부 단면도이고, 도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가이드부의 상세도이다.
도3 및 도4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는 열교환 튜브(200)가 하우징(100)의 길이 방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되어 있으며, 길이 방향을 따라 열교환 튜브(200)와 하우징(100) 내벽간의 간극이 커지도록 배치 되어 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 직각 삼각형의 가이드부(300)가 하우징(100)의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격하여 배치될 수 있다. 즉, 가이드부(300)는 열교환 튜브(200)가 마련되어 있는 부분과 하우징(100) 내벽의 평행선상에 소정의 오차를 가지고 마련될 수 있으며, 직각 삼각형으로 마련됨으로써 열교환 튜브(200)의 양측과 가이드부(300)와의 간극의 편차를 최소화 할 수 있다.
또한, 가이드부(300)는 하우징(100)의 길이 방향과 직교하는 방향을 따라 적어도 하나의 그루브(310)가 형성될 수 있다. 그루브(310)는 가이드부(300)와 하우징(100) 내벽간의 틈새로 유입되는 유체의 압력을 최소화할 수 있는 구조로 형성될 수 있으며 예를 들면, 가이드부 중심축선을 중심으로 양측에 그루브(310)가 형성될 수 있다.
가이드부(300)는 그루브(310)가 형성되지 않은 부분을 통하여 하우징(100)과 볼트(400) 결합할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 가이드부(300)는 중심축선의 하단부와 하우징(100) 벽을 관통하는 볼트(400)로 결합될 수 있다.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배열 회수 장치의 내부 단면도이고, 도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가이드부의 상세도이다.
도5 및 도6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 열교환 튜브(2000)가 하우징의 길이 방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되어 있으며, 1, 3행을 구성하는 열교환 튜브와 하우징 내벽간의 간극이 2행을 구성하는 열교환 튜브와 하우징 내벽간의 간극보다 크게 배치 되어 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 중심부가 오목한 요철형상의 가이드부(3000)가 하우징(1000)의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격하여 배치될 수 있다. 즉, 가이드부(3000)는 열교환 튜브(2000)가 마련되어 있는 부분과 하우징(1000) 내벽의 평행선상에 소정의 오차를 가지고 마련될 수 있으며, 중심부가 오목한 요철형상으로 마련됨으로써 열교환 튜브(2000)의 양측과 가이드부(3000)와의 간극의 편차를 최소화 할 수 있다.
또한, 가이드부(3000)는 하우징(1000)의 길이 방향과 직교하는 방향을 따라 적어도 하나의 그루브(3100)가 형성될 수 있다. 그루브(3100)는 가이드부(3000)와 하우징(1000) 내벽간의 틈새로 유입되는 유체의 압력을 최소화할 수 있는 구조로 형성될 수 있으며 예를 들면, 가이드부(3000) 중심부의 오목부를 중심으로 양측에 그루브(3100)가 형성될 수 있다.
가이드부(3000)는 그루브(3100)가 형성되지 않은 부분을 통하여 하우징(1000)과 볼트(4000) 결합할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 가이드부(3000)는 중심부에 형성된 오목부의 하단부와 하우징(1000) 벽을 관통하는 볼트(4000)로 결합될 수 있다.
또한, 하우징(1000)과 가이드부(3000)와 접촉하는 부분에는 가이드부(3000)의 유동을 방지하기 위한 유동 방지 돌기(5000)가 마련될 수 있다, 유동 방지 돌기(5000)는 예를 들면 하우징(1000)의 내벽이 돌출되어 형성될 수 있으며, 볼트 결합이 되지 않은 부분으로 가이드부(3000)와 접촉하여 가이드부(3000)의 유동을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 하우징
20: 열교환 튜브
30: 가이드부

Claims (6)

  1. 배기가스의 유입구 및 유출구가 마련되는 하우징;
    상기 하우징 내부에 배열되며 내부에는 유체의 이동경로를 제공하는 중공이 형성되어 있는 열교환 튜브; 및
    상기 하우징 내벽에 배치되어 상기 하우징 내벽을 따라 이동하는 배기가스를 상기 열교환 튜브측으로 유도하는 가이드부를 포함하며,
    상기 가이드부는 중심부가 볼록한 유선형의 폐구조이고,
    상기 가이드부의 내부에는 중심부의 볼록부와 동일 축상에 상기 하우징부와 결합하는 볼트가 배치되고, 상기 가이드부의 내부 가장자리에는 상기 하우징 내벽이 돌출되어 상기 가이드부의 내벽과 접촉하는 유동 방지 돌기가 형성되며, 상기 볼트와 상기 유동 방지 돌기 사이에는 상기 하우징의 길이 방향과 직교하는 방향을 따라 상기 가이드부를 관통하는 한 쌍의 그루브가 형성되어 가이드부와 하우징 내벽간의 틈새로 유입되는 유체의 압력을 감소시키는 배열 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 열교환 튜브의 배열 구조에 따라 형상 및 배치 구조 중 적어도 하나가 결정되는 배열 회수 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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