KR101871907B1 - modular heat pipe heat exchanger - Google Patents

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KR101871907B1
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노르베르트 카우텐버거
하니 엘-카사스
에밀리 로날디
파비오 가부지노
스테파노 올리비에리
루카 스파도니
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풀 부르스 에스.에이.
풀 부르스 리프랙토리 앤드 엔지니어링 게엠베하
풀 부르스 이탈리아 에스.피.에이.
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Abstract

고온 가스로부터 냉가스로 열을 전달하기 위한 전열관 열교환기 (12, 12')는 상기 열교환기를 통과하는 고온 가스를 공급하기 위한 제 1 챔버 (14); 상기 열교환기를 통과하는 냉가스를 공급하기 위한 제 2 챔버(20); 및 제 1 챔버 (14)와 제 2 챔버 (20) 사이에 연장되어 열을 고온 가스로부터 냉가스로 전달하기 위한 복수의 전열관(26)을 구비한 하우징을 포함한다. 상기 전열관 열교환기 (12, 12')는 상기 하우징에서 하나 또는 그 이상의 전열관 카트리지 (36)를 더 포함한다. 각 전열관 카트리지 (36)는 복수의 전열관 (26)을 지지하는 지지 패널(40)을 구비한 프레임(frame) (38)을 포함하고; 전열관 카트리지 (36)가 하우징에 배치된 경우, 상기 지지 패널 (40)이 제 1 챔버 (14) 및 제 2 챔버 (20) 사이에서 제 1 및 제 2 챔버(14, 20) 사이에서 기밀 분리를 형성하기 위하여 분리벽 (32)과 동조하도록 지지 패널 (40)이 배치된다. 상기 전열관 (26)은 상기 지지 패널 (40)을 가로지르고 기밀(gas-tight) 방식으로 이와 체결된다. A heat transfer pipe heat exchanger (12, 12 ') for transferring heat from a hot gas to a cold gas comprises: a first chamber (14) for supplying hot gas passing through said heat exchanger; A second chamber (20) for supplying a cold gas passing through the heat exchanger; And a plurality of heat transfer tubes (26) extending between the first chamber (14) and the second chamber (20) for transferring heat from the hot gas to the cold gas. The heat transfer pipe heat exchanger (12, 12 ') further includes one or more heat transfer pipe cartridges (36) in the housing. Each heat transfer tube cartridge 36 includes a frame 38 having a support panel 40 for supporting a plurality of heat transfer tubes 26; When the heat transfer tube cartridge 36 is disposed in the housing, the support panel 40 separates airtightly between the first and second chambers 14, 20 between the first chamber 14 and the second chamber 20 The support panel 40 is arranged to be tuned to the separation wall 32 to form the support panel 40. [ The heat transfer pipe (26) crosses the support panel (40) and is fastened thereto in a gas-tight manner.

Description

모듈식의 전열관 열교환기{modular heat pipe heat exchanger}[0001] MODULAR HEAT PIPE HEAT EXCHANGER [0002]

본 발명은 일반적으로 고온가스로부터 냉가스로 열을 전달하기 위한 전열관 열교환기에 관한 것으로, 특히 연소용 공기 및/또는 연소 가스를 예열하기 위한 열 회수 장치에 관한 것이다.
The present invention generally relates to a heat transfer pipe heat exchanger for transferring heat from a hot gas to a cold gas, and more particularly to a heat recovery device for preheating combustion air and / or combustion gas.

열 회수 시스템은 다양한 산업에서 한 매체로부터 열을 회수하고 다른 매체로 열을 전달하기 위하여 사용된다. 다른 가스를 예열하기 위하여 한 가스의 여분의 열(excess heat)을 사용하면 에너지 소비를 제한하고 그로 인해 더욱 환경 친화적이다.
Heat recovery systems are used in various industries to recover heat from one medium and transfer heat to another. The use of excess heat from one gas to preheat other gases limits energy consumption and is therefore more environmentally friendly.

예를 들어, 미국공개특허 US 4,434,004 에 개시된 것과 같은 열 회수 시스템은 고온 배기 가스, 특히 야금 공정에서의 고온 배기 가스 및 상온 가스로부터 열 회수 및 재사용 방법 및 장치에 관한 것이다. 상온 또는 고온의 배기 가스는 그 잔여 열(retained heat)을 수직하게 위치한 전열관의 저단으로 전달한다. 냉풍 또는 냉가스는 상기 전열관의 상단을 직접 통과하고, 그로 인해 상기 전열관의 열은 냉풍 또는 냉가스로 전달된다. 상기 장치는 고온 가스가 공급되는 하위 챔버(lower chamber) 및 냉가스가 공급되는 상위 챔버(upper chamber)를 포함한다. 전열관은 두 챔버(chamber)에 수직적으로 배치되고 한 챔버로부터 다른 챔버로 연장된다. 고온 가스가 하위 챔버(lower chamber)를 통과하면, 이 고온 가스의 열은 전열관의 저단에서 흡수되고, 그로 인해 고온 가스가 냉각된다. 상기 전열관에서, 열은 저단으로부터 상단으로 전달된다. 상기 상위 챔버(upper chamber)를 통과하는 냉가스는 더 뜨거운 전열관의 상단을 통과하면서 가열된다.
For example, a heat recovery system such as that disclosed in U.S. Patent No. 4,434,004 relates to methods and apparatus for heat recovery and reuse from hot exhaust gases, especially hot exhaust gases and ambient temperature gases in metallurgical processes. The exhaust gas at room temperature or high temperature transfers the retained heat to the lower end of the heat transfer pipe located vertically. The cold wind or the cold gas directly passes through the upper end of the heat transfer tube, whereby the heat of the heat transfer tube is transferred to the cold air or the cold gas. The apparatus includes a lower chamber to which hot gas is supplied and an upper chamber to which the cool gas is supplied. The heat transfer tubes are vertically disposed in two chambers and extend from one chamber to the other. When the hot gas passes through the lower chamber, the heat of the hot gas is absorbed at the lower end of the heat transfer pipe, thereby cooling the hot gas. In the heat transfer pipe, heat is transferred from the lower end to the upper end. The cold gas passing through the upper chamber is heated while passing through the upper end of the hotter heat transfer tube.

전열관 열교환기는 때로 초고속 열전달에 사용된다. 그러나 다른 종류의 열교환기들과 같이, 이는 때, 먼지 및 유체의 입자에 의해 오염되고 부착물을 형성하는 문제에 직면한다. 이러한 때가 전열관의 열전달 표면에 축적될 수 있고, 그로 인해 전열관과 가열된 또는 냉각된 유체 사이에서 효과적으로 열이 전달하는 것을 제한할 수 있다. 나아가, 더 많은 때가 축적되면, 전열관 열교환기가 막히고 상기 열교환기를 통한 압력 저하가 증가한다.
Tube heat exchangers are sometimes used for ultra-fast heat transfer. However, like other types of heat exchangers, it is sometimes confronted with the problem of being contaminated by dust and particles of fluid and forming deposits. Such a time can be accumulated on the heat transfer surface of the heat transfer tube, thereby limiting effective heat transfer between the heat transfer tube and the heated or cooled fluid. Furthermore, when more time is accumulated, the heat transfer pipe heat exchanger is clogged and the pressure drop through the heat exchanger increases.

그러므로 오염물을 제거하고 열교환기를 통과하는유로(flow passage)를 열 수 있도록 열 회수 시스템의 관리 정지(maintenance shutdown)를 주기적으로 수행하여야 한다. 이러한 열교환기에 배치된 많은 수의 전열관에 있어서, 전열관을 청소하는 것은 일반적으로 시간을 소비하는 공정이다. 나아가, 열교환기에서 다양한 영역에 접촉하기 어려워 공정을 청소하기에 용이하지 않다. 연장된 정지 기간은 생산량 저하 및 공정상 비용을 필연적으로 높인다.
Therefore, a maintenance shutdown of the heat recovery system should be performed periodically to remove contaminants and to open the flow passage through the heat exchanger. For a large number of heat transfer tubes disposed in such heat exchangers, cleaning the heat transfer tubes is generally a time consuming process. Furthermore, it is difficult to contact the various regions in the heat exchanger, which is not easy to clean the process. The extended stopping period inevitably raises production costs and process costs.

본 발명의 목적은 위와 같은 문제점들을 회피하는 전열관 열교환기를 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a heat transfer pipe heat exchanger that avoids the above problems.

상기 목적은 청구항 제 1 항에서 청구된 전열관 열교환기에 의해 달성된다.
This object is achieved by the heat transfer pipe heat exchanger claimed in claim 1.

고온가스로부터 냉가스로 열을 전달하는 전열관 열교환기는 상기 열교환기를 통과하는 고온가스를 공급하기 위한 제 1 챔버(first chamber); 상기 열교환기를 통과하는 냉가스를 공급하기 위한 제 2 챔버(second chamber); 및 제 1 챔버(first chamber)와 제 2 챔버(second chamber) 사이에 연장되어 열을 고온가스로부터 냉가스로 전달하기 위한 복수의 전열관(heat pipe)을 구비한 하우징(housing)을 포함한다. 본 발명의 중요한 측면에 따르면, 상기 하우징에서 칸막이 패널(partition panel)은 제 1 및 제 2 챔버에 상기 챔버를 전열관 구획으로 나누기 위해 배치되고, 상기 칸막이 패널(partition panel)은 상기 챔버를 통한 가스의 흐름에 본질적으로 평행한 평면(plane)에 배치되고, 전열관 카트리지는 상기 전열관 구획에 제거가능하도록 배치된다. 각 전열관 카트리지(heat pipe cartridge)는 복수의 전열관을 지지하기 위한 지지 패널(support panel)을 구비한 프레임(frame)을 포함한다. 상기 지지 패널은 상기 전열관 카트리지가 상기 전열관 구획에 배치된 경우, 상기 지지 패널은 제 1 및 제 2 챔버 사이에 기밀(gas-tight) 칸막이(partition)를 형성하기 위하여 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에서 분리벽과 동조(cooperate)하도록 배치된다. 나아가, 상기 전열관은 상기 지지 패널(40)을 가로지르고 기밀(gas-tight)방식으로 이와 체결된다.

하나 또는 그 이상의 칸막이 패널(partition panel)은 가스 흐름의 단면을 두개 또는 그 이상의 더 작은 단면으로 나눈다. 이렇게 상기 챔버를 그 너비에 따라 나누는 것은 열교환기의 구조적 붕괴를 초래할 수 있는, 흐름에서 유발된 진동을 줄임으로써 열교환기의 음향 특성(acoustic characteristics)을 향상시킨다. 본 발명에 따른 열교환기에 있어서, 상기 전열관의 진동은 현저하게 감소하고, 그로 인해 이러한 구조적 붕괴를 회피할 수 있다.
A heat transfer pipe heat exchanger for transferring heat from the hot gas to the cold gas includes a first chamber for supplying a hot gas passing through the heat exchanger; A second chamber for supplying a cold gas passing through the heat exchanger; And a housing having a plurality of heat pipes extending between a first chamber and a second chamber for transferring heat from the hot gas to the cold gas. According to an important aspect of the present invention, a partition panel in the housing is disposed in the first and second chambers to divide the chamber into a heat transfer tube section, And the heat transfer pipe cartridge is disposed removably in the heat transfer pipe section. Each of the heat pipe cartridges includes a frame having a support panel for supporting a plurality of heat transfer tubes. When the heat transfer tube cartridge is disposed in the heat transfer tube section, the support panel is disposed between the first chamber and the second chamber to form a gas-tight partition between the first and second chambers. To cooperate with the separation wall. Further, the heat transfer tube crosses the support panel 40 and is fastened thereto in a gas-tight manner.

One or more partition panels divide the cross-section of the gas flow into two or more smaller cross-sections. This division of the chamber by its width improves the acoustic characteristics of the heat exchanger by reducing the vibrations induced in the flow, which can lead to structural collapse of the heat exchanger. In the heat exchanger according to the present invention, the vibration of the heat transfer tube is remarkably reduced, thereby avoiding such a structural collapse.

본 발명에 따르면, 전열관은 열교환기 유지를 위해 전열관 카트리지에서 묶인다(bundled). 상기 열교환기는 많은 전열관 구획으로 나뉘고, 각 전열관 구획은 하나의 전열관 카트리지를 그 안에 수용하기 위해 설계되고 구비된다.
According to the present invention, the heat transfer tube is bundled in the heat transfer tube cartridge for maintaining the heat exchanger. The heat exchanger is divided into a plurality of heat transfer tube sections, and each heat transfer tube section is designed and equipped to accommodate therein one heat transfer tube cartridge.

이러한 전열관 카트리지는 지지 패널이 분리벽 수준이 되도록 열교환기에 설치된다. 상기 지지 패널은 제 1 및 제 2 챔버 사이에서 분리할 수 있도록 상기 분리벽에 연결된다.
These heat transfer tube cartridges are installed in the heat exchanger such that the support panel is at the separating wall level. The support panel is connected to the separating wall to be separable between the first and second chambers.

관리를 위해 정지하는 동안, 전열관이 조사될 수 있다. 만약 예를 들어, 전열관이 고장나거나 또는 열전달 표면이 심하게 오염되어 하나 또는 그 이상의 전열관 카트리지가 관리를 요구하는 경우, 관심있는 전열관 카트리지가 열교환기에서 들어올려질 수 있다. 이후 교환 전열관 카트리지는 열교환기에 설치될 수 있고 열 전달 시스템이 다시 작동될 수 있다. 손상된 전열관 카트리지는 열 회수 시스템의 정지 기간을 연장하지 않고 열교환기 밖에서 청소되거나 또는 고쳐질 수 있다. During the shutdown for maintenance, the heat transfer tubes can be inspected. If one or more of the heat transfer tube cartridges requires maintenance, for example, if the heat transfer tube fails or the heat transfer surface is heavily contaminated, the heat transfer tube cartridge of interest may be lifted from the heat exchanger. Thereafter, the exchange tube can be installed in the heat exchanger and the heat transfer system can be operated again. The damaged heat transfer tube cartridge can be cleaned or repaired outside the heat exchanger without extending the quiescent period of the heat recovery system.

사실, 관리에서 가장 시간이 많이 소요되는 부분은 이제 열교환기가 작동하는 동안 열교환기 밖에서 수행될 수 있다. 교환 가능한 전열관 카트리지를 구비한 모듈식의 전열관 열교환기를 제공함으로써, 열 회수 시스템의 정지 기간이 현저히 감소될 수 있다.

상기 전열관 카트리지의 지지 패널은 상기 제 1 및 제 2 챔버 사이에서 기밀 밀봉(gas-tight seal)을 형성하기 위한 제거가능한 용접(weld)을 이용하여 분리벽과 연결되는 것이 바람직하다. 주변을 둘러싸는 제거가능한 용접(weld)은 상기 열 교환기에서 전열관 카트리지의 설치 후에 수행된다. 상기 열 교환기로부터 전열관 카트리지를 제거하기 전에, 이 주위를 둘러싸는 용접이 손상될 수 있다. 지지 패널 및 분리벽 사이에서의 연결이 예를 들어 볼트와 같은 다른 적절한 수단에 의해 달성될 수 있음이 숙지되어야 한다. 밀봉 요소(seal element)는 제 1 및 제 2 챔버 사이에서 기밀 밀봉(gas-tight seal)을 형성하기 위해 지지 패널과 분리벽 사이에 배치될 수 있다.
In fact, the most time consuming part of management can now be done outside the heat exchanger while the heat exchanger is running. By providing a modular heat pipe heat exchanger having an exchangeable heat transfer tube cartridge, the stop period of the heat recovery system can be significantly reduced.

The support panel of the heat transfer tube cartridge is preferably connected to the separation wall using a removable weld to form a gas-tight seal between the first and second chambers. A removable weld surrounding the periphery is performed after installation of the heat transfer tube cartridge in the heat exchanger. Before the heat transfer tube cartridge is removed from the heat exchanger, the surrounding surrounding weld can be damaged. It should be appreciated that the connection between the support panel and the separating wall can be achieved by other suitable means such as, for example, bolts. A seal element may be disposed between the support panel and the separation wall to form a gas-tight seal between the first and second chambers.

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상기 열교환기는 제 2 챔버의 외벽에서 제 1 개구부를 또한 제 1 및 제 2 챔버 사이의 분리벽에서 제 2 개구부를 포함하는 것이 바람직하다; 제 1 및 제 2 개구부는 전열관 카트리지(heat pipe cartridge)를 상기 개구부를 통해 공급하기 위하여 배치되고 설계되는(dimensioned) 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 개구부는 전열관 카트리지가 열교환기로부터 용이하고 빠르게 공급되거나 제거될 수 있게 한다.
Preferably, the heat exchanger comprises a first opening at the outer wall of the second chamber and a second opening at the separating wall between the first and second chambers; The first and second openings are desirably arranged and dimensioned to supply a heat pipe cartridge through the opening. The first and second openings allow the heat transfer tube cartridge to be supplied or removed easily and quickly from the heat exchanger.

상기 전열관은 상기 지지패널에 나사 및 대응너트(counter-nut) 메커니즘(mechanism)을 이용하여 지지패널의 양면에 제공되는 금속 개스킷(gasket)과 함께 체결되는 것이 유익하다. 그로 인해 기밀 연결임에도 불구하고 관리 및 대체 공정을 위한 전열관의 대체를 위해 느슨해질 수 있는 기밀연결을 제공한다.
The heat transfer tube is advantageously fastened to the support panel with a metal gasket provided on both sides of the support panel using a screw and a counter-nut mechanism. Thereby providing an airtight connection that can be loosened for replacement of the conduit for management and replacement processes, despite a confidential connection.

이러한 및 다른 바람직한 실시예들은 첨부된 종속항들에 나열되어 있다.
These and other preferred embodiments are listed in the appended dependent claims.

본 발명은 현재 첨부된 도면들을 참조하여 예시를 통해 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 두개의 전열관 열교환기의 열 회수 시스템의 투시도이고;
도 2는 전달 후드(transition hood)가 없는 도 1의 열 회수 시스템의 투시도이고; 및
도 4는 상기 도 3의 전열관 카트리지의 프레임(frame)의 투시도이다.The present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
1 is a perspective view of a heat recovery system of two heat transfer pipe heat exchangers according to the present invention;
Figure 2 is a perspective view of the heat recovery system of Figure 1 without a transition hood; And
Fig. 4 is a perspective view of a frame of the heat transfer pipe cartridge of Fig. 3; Fig.

도 1은 본 발명에 따른 두개의 전열관 열교환기 (12,12')의 전열관 회수 시스템 (10)의 바람직한 실시예를 나타낸다. 하나의 열 교환기 (12,12')는 다른 하나(12,12')가 연소 가스를 예열하는데 사용되는 동안에 연소 가스를 예열하는데 사용될 수 있다. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the heat transfer pipe recovery system 10 of the two heat transfer pipe heat exchangers 12, 12 'according to the present invention. One heat exchanger 12, 12 'may be used to preheat the combustion gas while the other 12, 12' is used to preheat the combustion gas.

각 열 교환기(12,12')는 제 1 포트 및 제 2 포트를 구비한 제 1 챔버 및 제 3 포트 및 제 4 포트를 구비한 제 2 챔버를 포함한다. 도면에 나타낸 실시예에서, 상기 제 2 챔버는 제 1 챔버 (14) 위에 수직적으로 배치된다. 일반적으로 몇 천개인, 복수의 전열관(26)은 제 1 및 제 2 챔버 (14,20)에 수직적으로 배치된다. 이러한 전열관 (26)은 제 2 챔버 (20)의 전체 길이 이상으로 연장되고, 제 2 챔버 (20) 로부터 제 1 챔버(14)로 분리벽을 통과하고 (도 1에 미도시) 또한 제 1 챔버(14)의 전체 길이 이상으로 연장된다. 상기 열교환기를 통과하는 공기 및 가스는 제 1 및 제 3 포트 (16,22)로부터 제 2 및 제 4 포트 (18,24)로 각각 흐를 수 있다. 그러나, 상기 열교환기는 열교환기를 통과하는 공기 또는 가스가 제 1 및 제 4 포트 (16, 24)로부터 제 2 및 제 3 포트(18,22)로 각각 흐르는 역류(counter-flow) 모드에서 작동하는 것이 바람직하다.
Each heat exchanger 12, 12 'includes a first chamber having a first port and a second port, and a second chamber having a third port and a fourth port. In the embodiment shown in the figures, the second chamber is disposed vertically above the first chamber 14. [ A plurality of heat transfer tubes 26, which are generally several thousand, are arranged vertically in the first and second chambers 14, 20. This heat transfer pipe 26 extends beyond the entire length of the second chamber 20 and passes through the separation wall from the second chamber 20 to the first chamber 14 (not shown in FIG. 1) Lt; RTI ID = 0.0 > 14 < / RTI > Air and gas passing through the heat exchanger may flow from the first and third ports 16, 22 to the second and fourth ports 18, 24, respectively. However, the heat exchanger is operated in a counter-flow mode in which air or gas passing through the heat exchanger flows from the first and fourth ports 16, 24 to the second and third ports 18, 22, respectively desirable.

본 발명에 따르면, 상기 전열관 (26)은 열교환기 관리를 가능하게 하기 위한 전열관 카트리지에서 함께 묶인다(bundle). 도 1에 나타낸 열교환기(12)는 가스 흐름 방향에서 3 개의 전열관 모듈( 28, 28',28'')로 분리되고, 이들 각각은 가스 흐름 방향에 수직하게 두개의 전열관 구획(heat pipe compartment)(30,30')으로 재분리된다. 각 전열관 구획(heat pipe compartment)(30,30')은 내부에 하나의 전열관 카트리지를 수용할 수 있도록 설계되고 구비된다.
According to the present invention, the heat transfer tubes 26 are bundled together in a heat transfer tube cartridge for enabling heat exchanger management. The heat exchanger 12 shown in FIG. 1 is divided into three heat transfer pipe modules 28, 28 ', 28''in the gas flow direction, each of which has two heat pipe compartments perpendicular to the gas flow direction. (30, 30 '). Each heat pipe compartment 30, 30 'is designed and equipped to accommodate one heat transfer tube cartridge therein.

상기 전열관 모듈(28, 28', 28'') 및 전열관 구획(heat pipe compartment)(30,30')은 도 2에 더욱 명확하며, 이는 도 1의 열회수 시스템을 나타낸다. 여기에서, 배관과의 연결을 위한 전달 후드(transition hood)는 삭제되었다. 도 2는 또한 제 1 및 제 2 챔버 (14,20) 사이의 분리벽 (32)을 나타낸다.
The heat transfer tube modules 28, 28 ', 28''and the heat pipe compartments 30 and 30' are further illustrated in FIG. 2, which shows the heat recovery system of FIG. Here, the transition hood for connection with the pipe has been eliminated. Figure 2 also shows the separation wall 32 between the first and second chambers 14,20.

또한, 칸막이 패널(partition panel) (34)은 전열관 구획들 (30, 30') 사이에 배치된 것을 알 수 있다. 이 칸막이 패널(partition panel) (34)들은 열교환기 (12, 12')를 통과하는 가스 흐름과 평행한 방향이고 가스 흐름을 두개의 작은 단면으로 분리한다. 너비를 따라 상기 챔버 (14, 20)를 더 작은 구획으로 분리하면 흐름에서 유발된 진동이 줄어듦으로써 열교환기의 음향 특성이 향상된다. 본 발명의 열교환기 (12,12')에서 전열관의 진동은 현저하게 줄어들고, 그로 인해 열교환기에 의한 소음 공해가 줄어든다. 전열관 (26)으로 접속하기 위해 관리 정지(maintenance shutdown)되는 동안 칸막이 패널(partition panel)이 제거될 수 있도록, 상기 칸막이 패널 (34)은 제거가능하게 배치되는 것이 바람직하다. 가스 흐름의 단면을 두개의 더 작은 단면 이상으로 분리할 수 있도록 하나 이상의 칸막이 패널(partition panel)(34)이 제공될 수 있다.
Further, it can be seen that a partition panel 34 is disposed between the heat transfer pipe sections 30 and 30 '. These partitioning panels 34 are parallel to the gas flow through the heat exchangers 12, 12 'and separate the gas flow into two small cross-sections. By separating the chamber 14, 20 along its width into smaller compartments, the vibration induced in the flow is reduced, thereby improving the acoustical characteristics of the heat exchanger. The vibration of the heat transfer tube in the heat exchanger (12, 12 ') of the present invention is remarkably reduced, thereby reducing the noise pollution caused by the heat exchanger. Preferably, the partition panel 34 is removably disposed so that the partition panel can be removed during maintenance shutdown to connect to the heat transfer pipe 26. One or more partition panels 34 may be provided to allow the cross section of the gas flow to be separated into two smaller cross sections.

상기에서 제시된 바와 같이, 전열관 (26)은 본 발명에 따르면, 전열관 카트리지 (36)에서 함께 묶이고(bundled), 이들 중 하나가 도 3에 더욱 자세하게 나타난다. 전열관 카트리지 (36)는 도 3 및 도 4를 참조하여 이제 더욱 상세하게 설명되며, 도 4는 도 3의 전열관 카트리지 (36)에서 전열관을 모두 제거한 것을 나타낸다.
As indicated above, the heat transfer tubes 26 are bundled together in the heat transfer tube cartridges 36 according to the present invention, one of which is shown in more detail in FIG. The heat transfer pipe cartridge 36 will now be described in more detail with reference to Figs. 3 and 4, and Fig. 4 shows the removal of all of the heat transfer tubes in the heat transfer pipe cartridge 36 of Fig.

상기 전열관 카트리지 (36)는 프레임(frame) (38)에 올려진 복수의(수백 개의) 전열관 (26)을 포함한다. 이러한 프레임(frame) (38)은 설치되어 제 2 챔버 (20)와 마주보는 윗면(upper surface)(42) 및 설치되어 제 1 챔버와 마주보는 저면(lower surface)(44)을 구비한 지지 패널(40)을 포함한다. 상기 지지 패널(40)은 전열관 (26)들을 개별적으로 통과시키는 많은 구멍을 포함한다. 각 전열관 (26)을 상기 지지 패널(40)에 체결하기 위한 연결 수단이 제공되고, 이는 아래에서 더욱 상세하게 설명된다. 프레임(frame) (38)은 전열관(26)을 개별적으로 통과시킬 수 있는 구멍을 구비한 많은 예비 패널(auxiliary panel) (46)을 더 포함한다. 상기 예비 패널(46)은 서로 평행하게, 상기 지지 패널(40) 및 다른 예비 패널로부터 미리 결정된 거리만큼 떨어져 배치된다. 상기 예비 패널 (46)의 구멍들은 예비 패널 (46)과 전열관 (26) 사이에서 체결되어 연결하지 않고 핀(fin)과 결합된 전열관 (26)을 통과시키기에 충분히 큰 직경을 가진다. 실제로, 예비 패널 (46)의 목적은 주로 주변의 전열관 (26)을 서로 미리 결정된 거리만큼 유지하도록 하는 것이다. 예비 패널(46)은 거리 가이드(guide)를 제공하고, 작동하는 동안 전열관들이 일직선을 이루도록 유지하는 역할을 한다.
The heat transfer pipe cartridge 36 includes a plurality (several hundreds) of heat transfer tubes 26 mounted on a frame 38. This frame 38 is mounted on a support panel 40 having an upper surface 42 facing the second chamber 20 and a lower surface 44 provided with a lower surface 44 facing the first chamber. (40). The support panel 40 includes a number of holes through which the heat transfer tubes 26 are individually passed. Connection means for fastening each heat transfer pipe 26 to the support panel 40 is provided, which will be described in more detail below. The frame 38 further includes a number of auxiliary panels 46 with holes through which the heat transfer tubes 26 can be passed individually. The spare panel 46 is disposed a predetermined distance from the support panel 40 and another spare panel in parallel with each other. The holes of the spare panel 46 have a diameter large enough to pass through the heat transfer pipe 26 coupled with the fin without being fastened between the spare panel 46 and the heat transfer pipe 26. In fact, the purpose of the reserve panel 46 is mainly to keep the surrounding heat transfer tubes 26 at a predetermined distance from each other. The reserve panel 46 provides a distance guide and serves to maintain the heat transfer tubes in line during operation.

상기 지지 패널 (40) 및 예비 패널 (46)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 4개의 연결 로드(connection rod)를 이용하여 서로 연결된다. 지지 패널 (40), 예비 패널 (46) 및 네 개의 연결 로드(connection rod) (48)는 전열관 카트리지 (36)의 프레임(frame) (38)을 형성하기 위하여 예를 들어 용접에 의하여 서로 체결되어 연결된다.
The support panel 40 and the spare panel 46 are connected to each other by using four connection rods as shown in FIG. The support panel 40, the redundant panel 46 and the four connection rods 48 are fastened to each other by welding, for example, to form a frame 38 of the heat transfer tube cartridge 36 .

전열관 (26)은 지지 패널 (40)에 체결되어 연결되고, 한 챔버(14,20)로부터 다른 챔버로의 가스 전달을 회피하기 위하여 상기 전열관의 연결은 기밀(gas tight)하여야 한다. 예를 들어, 전열관의 지지 패널로의 직접적인 용접; 실 링(seal ring)을 이용한 압축(pressing) 및 조임(tightening); 또는 지지 패널로의 직접적인 나사조임(screw)과 같은 많은 연결 수단이 알려져 있다. 그러나, 바람직하게는 나사 및 대응너트(counter-nut) 메커니즘(mechanism)이 사용되고, 상기 지지 패널의 양 면에서 한 면의 나사머리 및 다른 면의 대응너트(counter-nut)에 의해 조여질 수 있다. 금속 개스킷(gasket)은 나사 머리와 지지패널의 윗면(upper surface)(42) 사이 및 대응너트(counter-nut)와 지지 패널 (40)의 저면(lower surface) (44) 사이의 지지 패널(40)의 양 면에서 제공되는 것이 바람직하다.
The heat transfer tubes 26 are fastened to the support panel 40 and are connected and the connection of the heat transfer tubes should be gas tight so as to avoid the transfer of gas from one chamber 14 to another chamber. For example, direct welding of the heat transfer tube to the support panel; Pressing and tightening with a seal ring; Or direct screwing to a support panel are known. However, preferably a screw and a counter-nut mechanism are used and can be tightened by counter-nut on one side of the screw head and on the other side on both sides of the support panel . The metal gasket is supported between the screw head and the upper surface 42 of the support panel and between the support nut 40 and the lower surface 44 of the support panel 40 ) Is preferable.

나사 및 유도너트(counter-nut) 메커니즘(mechanism)은 개별적으로 전열관 (26)이 지지 패널(40)로부터 제거될 수 있고 대체될 수 있다는 이점을 가진다. 그러므로 손상된 전열관은 용이하게 대체될 수 있다. 나아가, 기밀 밀봉(gas-tight seal)은 제 1 챔버(14)로부터 나온 가스가 제 2 챔버 (20)로부터 나온 가스와 혼합되지 않도록 지지 패널(40)의 윗면(upper surface) 및 저면(lower surface) (42, 44) 사이에서 형성된다. 이는 가스들 중 하나가 연소가스인 경우에 특별히 중요하다.
The screw and counter-nut mechanisms have the advantage that the heat transfer tubes 26 can be removed from the support panel 40 separately and can be replaced. Therefore, a damaged heat transfer tube can be easily replaced. Further, a gas-tight seal is formed between the upper surface and the lower surface of the support panel 40 so that the gas from the first chamber 14 is not mixed with the gas from the second chamber 20. [ ) 42 and 44, respectively. This is especially important if one of the gases is a combustion gas.

전열관 카트리지 (36)를 설치하고 제거하기 위하여, 열교환기는 제 2 챔버 (20)의 외벽(52)에서 제 1 개구부 (50)를 제공한다. 제 2 개구부 (54)는 제 1 및 제 2 챔버 (14,20) 사이의 분리벽 (32)에서 배치된다.
In order to install and remove the heat transfer tube cartridge 36, the heat exchanger provides a first opening 50 at the outer wall 52 of the second chamber 20. A second opening 54 is disposed in the separation wall 32 between the first and second chambers 14,20.

설치되는 동안, 전열관 카트리지 (36)는 제 1 개구부 (50) 및 제 2 개구부 (54)를 통해 열교환기(12,12')내로 수직방향으로 낮춰진다. 지지 패널 (40)은 제 2 개구부 (54)를 닫을 수 있도록 분리벽 (32)의 수준으로 낮춰진다. 바람직하게는, 상기 지지 패널 (40)은 그 둘레 전체가 분리벽과 용접되기 전까지 분리벽 (32)의 가장자리에 위치하고, 그로 인해 지지 패널 (40)과 분리벽 (32) 사이에서 기밀 연결(gas-tight connection)을 형성할 수 있다. 열교환기(12, 12')에 설치된 때, 전열관 (26)의 하위 부분은 제 1 챔버 (14)에 배치되고 제 1 챔버 (14)를 통해 고온 가스가 공급되는 경우 증발기(evaporator)로서 역할을 한다.
During installation, the heat transfer tube cartridge 36 is lowered vertically into the heat exchanger 12, 12 'through the first opening 50 and the second opening 54. The support panel 40 is lowered to the level of the separating wall 32 so as to close the second opening 54. Preferably, the support panel 40 is positioned at the edge of the separating wall 32 until the entire circumference thereof is welded to the separating wall, thereby causing a gas connection between the supporting panel 40 and the separating wall 32 -tight connection. The lower portion of the heat transfer pipe 26 is disposed in the first chamber 14 and functions as an evaporator when the hot gas is supplied through the first chamber 14 do.

관리를 위해 반복적으로 정지되는 동안, 상기 전열관 (26)은 열교환기(12,12')의 측면벽(sidewall)에 배치된 맨홀(manhole) 및 점검창(56)을 통해 조사될 수 있다. 만약 하나 또는 그 이상의 전열관 카트리지 (36)가 예를 들어, 전열관이 손상되거나 또는 열 전달 표면이 심각하게 오염되어 관리가 요구된다면, 주목하고 있는 전열관 카트리지 (36)가 지지 패널 (40)과 분리벽 (32) 사이에서 용접을 깨고 손상된 전열관 카트리지를 열교환기 (12,12')로부터 들어올림으로써 제거될 수 있다. 이로써 대체 전열관 카트리지 (36)는 열교환기에 설치되고 열 전달 시스템이 다시 작동될 수 있다. 상기 손상된 전열관 카트리지 (36)는 청소되거나 또는 열교환기 외부에서 고쳐질 수 있고, 그로 인해 상기 열 회수 시스템의 정지 기간을 연장하지 않을 수 있다. 실제로, 이제 관리에서 가장 시간을 소요하는 부분이 열교환기가 작동하는 동안에 열교환기 외부에서 수행될 수 있다. 전열관 카트리지를 교환가능한 모듈식의 전열관 열교환기를 제공함으로써, 열 회수 시스템의 정지 기간이 현저하게 감소될 수 있다.
The heat transfer tubes 26 can be irradiated through the inspection window 56 and the manhole disposed in the side wall of the heat exchanger 12 and 12 'while being repeatedly stopped for maintenance. If one or more heat transfer tube cartridges 36 are required to be managed, for example, because the heat transfer tubes are damaged or the heat transfer surface is seriously contaminated, the heat transfer tube cartridge 36, Can be removed by breaking the weld between the heat exchanger (32) and lifting the damaged heat transfer tube cartridge from the heat exchanger (12, 12 '). Whereby the replacement heat transfer tube cartridge 36 is installed in the heat exchanger and the heat transfer system can be operated again. The damaged heat transfer tube cartridge 36 may be cleaned or refurbished outside the heat exchanger, thereby not extending the shutdown period of the heat recovery system. In fact, the most time consuming part of management can now be done outside the heat exchanger while the heat exchanger is operating. By providing a modular heat transfer pipe heat exchanger capable of replacing the heat transfer pipe cartridge, the pause period of the heat recovery system can be remarkably reduced.

본 설명은 고온 스터브(stove)에 연결된 열교환기에 관한 것임을 주목해야 한다. 이러한 열교환기는 일반적으로 수직적으로 다른 하나위에 하나가 배치된 두 개의 챔버 (14,20)를 가진다. 그러나 또한 본 발명의 관점에서 두 개의 챔버 (14,20)는 하나 옆에 다른 하나를 거의 수평적으로 배치할 수 있다. 그러나 전열관은 수평선에 대하여 약간의 경사를 (예를 들어, 적어도 5 °) 제시하여야 한다. 이러한 배치는 예를 들어 전력 플랜트와 같은 다른 응용으로 사용될 수 있다.
It should be noted that the present description is directed to a heat exchanger connected to a hot stove. This heat exchanger generally has two chambers 14,20 one vertically on the other. However, also from the point of view of the present invention, the two chambers 14,20 may be arranged substantially horizontally on the other side. However, the conduit tube should be slightly inclined (eg at least 5 °) to the horizontal line. This arrangement can be used for other applications, for example power plants.

10 열 회수 시스템
12 전열관 열교환기
14 제 1 챔버
16 제 1 포트
18 제 2 포트
20 제 2 챔버
22 제 3 포트
24 제 4 포트
26 전열관
28 전열관 모듈
30 전열관 구획
32 분리벽
34 칸막이 패널
36 전열관 카트리지
38 프레임
40 지지 패널
42 윗면
44 저면
46 예비 패널
48 연결 로드
50 제 1 개구부
52 외벽
54 제 2 개구부
56 점검창 10 heat recovery system
12 Heat Transfer Tube Heat Exchanger
14 First chamber
16 First port
18 second port
20 Second chamber
22 Third port
24 fourth port
26 Heat pipe
28 Heat Transfer Tube Module
30 Trenches
32 separating wall
34 partition panel
36 Heat Transfer Cartridge
38 frames
40 support panel
42 Top
44 bottom
46 Spare Panel
48 Connection Load
50 first opening
52 outer wall
54 second opening
56 Inspection Window

Claims (11)

고온 가스로부터 냉가스로 열을 전달하기 위한 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger)에 있어서,
상기 전열관 열교환기(12,12')는
상기 열교환기를 통과하는 고온 가스를 공급하기 위한 제 1 챔버(first chamber) (14);
상기 열교환기를 통과하는 냉가스를 공급하기 위한 제 2 챔버(second chamber) (20); 및
제 1 챔버(first chamber)(14)와 제 2 챔버(second chamber)(20) 사이에 연장되어 열을 고온가스로부터 냉가스로 전달하기 위한 복수의 전열관(heat pipe)(26)을 구비한 하우징(housing)을 포함하되, 상기 하우징에서는
칸막이 패널(partition panel) (34)이 가스 흐름에서 유발된 진동을 줄이기 위하여 상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버 (14, 20)에서 상기 챔버 (14, 20)들을 전열관 구획(heat pipe compartment) (30, 30')으로 나누기 위하여 상기 전열관에 수평한 방향으로 배치되고, 상기 칸막이 패널(34)이 상기 챔버 (14, 20)를 통한 가스의 흐름에 본질적으로 평행한 평면(plane)에 배치되며, 상기 전열관 구획(30, 30')을 통과하는 가스의 흐름 방향은 이웃한 전열관 구획(30, 30‘)을 통과하는 가스의 흐름방향에 평행하고, 또한
상기 전열관 구획 (30, 30')에 제거가능하도록 전열관 카트리지(heat pipe cartridge) (36)가 배치되는 것을 특징으로 하되;
이때 각 전열관 카트리지(heat pipe cartridge) (36)는 복수의 전열관을 지지하기 위한 지지 패널 (support panel)(40)을 구비한 프레임(frame) (38)을 포함하고;
상기 전열관 카트리지(36)가 상기 전열관 구획(30,30')에 배치된 경우, 상기 지지 패널(40)은 제 1 및 제 2 챔버(14,20) 사이에 기밀(gas-tight) 칸막이(partition)를 형성하기 위하여 제 1 챔버(14)와 제 2 챔버(20) 사이에서 분리벽(32)과 동조(cooperate)하도록 지지 패널(40)이 배치되고;
상기 전열관(26)은 지지 패널(40)을 가로지르고 기밀(gas-tight) 방식으로 이와 체결되고,
상기 프레임(frame) (38)은 하나 또는 그 이상의 예비 패널 (auxiliary panel) (46)을 더 포함하고, 각 예비 패널 (auxiliary panel) (46)은 이를 통해 전열관을 수용하기 위한 복수의 구멍을 포함하고, 상기 구멍은 상기 전열관을 위한 가이드를 제공하고 상기 전열관 (26)이 서로 평행하게 유지하기 위해 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
1. A heat pipe heat exchanger for transferring heat from a hot gas to a cold gas,
The heat transfer pipe heat exchanger (12, 12 ')
A first chamber (14) for supplying a hot gas passing through the heat exchanger;
A second chamber 20 for supplying a cold gas passing through the heat exchanger; And
A housing 20 having a plurality of heat pipes 26 extending between a first chamber 14 and a second chamber 20 for transferring heat from the hot gas to the cold gas, wherein the housing comprises:
A partition panel 34 is arranged between the chambers 14 and 20 in the first and second chambers 14 and 20 in order to reduce vibrations induced in the gas flow to a heat pipe compartment 30 , 30 '), the partition panel (34) being disposed in a plane essentially parallel to the flow of gas through the chambers (14, 20), the partition The flow direction of the gas passing through the heat transfer tube section 30, 30 'is parallel to the flow direction of the gas passing through the neighboring heat transfer tube section 30, 30'
Characterized in that a heat pipe cartridge (36) is disposed so as to be removable to the heat transfer pipe section (30, 30 '),
Wherein each heat pipe cartridge 36 includes a frame 38 having a support panel 40 for supporting a plurality of heat transfer tubes;
When the heat transfer pipe cartridge 36 is disposed in the heat transfer pipe section 30 or 30 ', the support panel 40 has a gas-tight partition between the first and second chambers 14, A support panel 40 is disposed to cooperate with the separation wall 32 between the first chamber 14 and the second chamber 20 to form the first chamber 14 and the second chamber 20;
The heat transfer pipe 26 is fastened to the support panel 40 in a gas-tight manner,
The frame 38 further comprises one or more auxiliary panels 46 and each auxiliary panel 46 includes a plurality of holes for receiving the heat transfer tubes therethrough And said holes are provided to provide a guide for said heat transfer tubes and to keep said heat transfer tubes (26) parallel to each other.
제 1 항에 있어서,
상기 전열관 카트리지 (36) 의 상기 지지 패널 (40)은 상기 제 1 및 제 2 챔버 (14, 20) 사이에서 기밀 밀봉(gas-tight seal)을 형성하기 위한 제거가능한 용접(weld)을 이용하여 상기 분리벽(32)과 연결되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to claim 1,
The support panel 40 of the heat transfer tube cartridge 36 may be formed using a removable weld to form a gas-tight seal between the first and second chambers 14, Is connected to the separating wall (32). ≪ RTI ID = 0.0 > 31. < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 전열관 카트리지 (heat pipe cartridge) (36) 의 상기 지지 패널 (support panel) (40)은 상기 제 1 및 제 2 챔버 사이에서 기밀 밀봉 (gas-tight seal)을 형성하기 위하여 볼트와 상기 지지 패널 (40)과 상기 분리벽 (32) 사이에 배치되어 있는 밀봉 요소 (seal element)를 이용하여 상기 분리벽 (32)과 연결되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to claim 1,
The support panel 40 of the heat pipe cartridge 36 may include a bolt and a support panel 40 to form a gas-tight seal between the first and second chambers. Is connected to the separating wall (32) by means of a sealing element disposed between the partition wall (40) and the separating wall (32).
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 전열관 (26)은 핀(fin)과 함께 제공되고, 상기 예비 패널(auxiliary panel) (46)의 구멍들은 상기 핀은 이를 통해 통과할 수 있도록 충분히 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to claim 1,
The heat transfer pipe (26) is provided with a fin, and the holes of the auxiliary panel (46) have a diameter large enough to allow the fin to pass therethrough heat pipe heat exchanger).
제 1 항에 있어서,
상기 프레임(frame) 은 상기 지지 패널 (40) 및 상기 예비 패널(auxiliary panel)을 상기 프레임(frame)에 연결하기 위한 하나 또는 그 이상의 연결 로드(connection rod) (48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to claim 1,
Characterized in that the frame comprises one or more connection rods (48) for connecting the support panel (40) and the auxiliary panel to the frame Heat pipe heat exchanger.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환기 (12, 12')는 상기 제 2 챔버 (20)의 외벽 (52)에 제 1 개구부(fist opening) (50) 및 상기 제 1 및 제 2 챔버 (14, 20)의 상기 분리벽에 제 2 개구부 (54) 를 포함하고; 상기 제 1 및 제 2 개구부는 전열관 카트리지(heat pipe cartridge)를 상기 개구부를 통해 공급하기 위하여 배치되고 설계되는(dimensioned) 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to claim 1,
The heat exchanger 12,12'is provided with a fist opening 50 in the outer wall 52 of the second chamber 20 and a fist opening 50 in the first and second chambers 14,20. And a second opening (54) in the opening; Wherein the first and second openings are arranged and dimensioned to supply a heat pipe cartridge through the opening. ≪ Desc / Clms Page number 13 >
제 1 항에 있어서,
상기 지지 패널 (40)은 상기 전열관 카트리지(36)가 상기 열교환기(12,12')에 설치되는 경우 상기 분리벽 (32)에 용접되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to claim 1,
The support panel 40 is welded to the partition wall 32 when the heat transfer pipe cartridge 36 is installed in the heat exchanger 12 or 12 '.
제 1 항에 있어서,
맨홀(manhole) 및 점검창(inspection window)(56)은 상기 열교환기(12,12')의 측면벽(sidewall)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to claim 1,
A manhole and an inspection window (56) are arranged in a sidewall of the heat exchanger (12, 12 ').
제 1 항에 있어서,
상기 전열관(26)은 상기 지지패널(40)에 나사 및 대응너트(counter-nut) 메커니즘(mechanism)을 이용하여 체결되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to claim 1,
Wherein the heat transfer pipe (26) is fastened to the support panel (40) using a screw and a corresponding counter-nut mechanism.
제 10 항에 있어서,
금속 개스킷(gasket)은 나사의 나사 머리 및 상기 지지 패널(40)의 윗면(upper surface) (42) 사이; 또는 대응너트(counter-nut) 와 상기 지지 패널 (40)의 저면(lower surface) (44) 사이에서 제공되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).11. The method of claim 10,
The metal gasket is between the screw head of the screw and the upper surface 42 of the support panel 40; Or between a counter nut and a lower surface (44) of the support panel (40). ≪ Desc / Clms Page number 12 >
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