KR102043889B1

KR102043889B1 - 열교환 유닛

Info

Publication number: KR102043889B1
Application number: KR1020180053581A
Authority: KR
Inventors: 배민철
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2019-11-12

Abstract

열교환 유닛이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환 유닛은 화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100); 상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격된 열교환 핀(200); 및 상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장된 보호 커버(300)를 포함한다.

Description

열교환 유닛{Heat exchanger unit}

본 발명은 화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스에 포함된 애쉬(ash)에 의해 열교환기의 튜브(tube) 표면에서 발생되는 부식을 방지하기 위한 열교환 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 화력 발전소의 퍼니스 후단에는 열교환을 위한 튜브가 설치되어, 상기 퍼니스를 경유한 연소 가스와 열교환을 통해 흡수탑으로 유입되는 연소공기에 대한 리히터(reheater)로 사용된다.

튜브는 내부로 고온의 유체가 이동되고 연소 가스와 열교환을 통해 리히터를 경유한 연소 가스의 온도를 상대적으로 변화시키기 위해 사용된다.

최근에는 퍼니스의 크기가 점차 대형화 되어가는 추세에 따라 화력 발전소의 저급탄 사용으로 인해 화력 발전소에서 다양한 에러 및 오작동이 발생된다.

상기 화력발전소에는 배기가스를 적정온도로 조절하기 위한 목적의 가스가스히터(Gas Gas Heater, GGH)가 사용된다. 상기 가스가스히터는 가스의 누설 여부에 따라 누설(Leakage) 타입과, 비누설(Non-Leakage, NL) 타입이 있다.

상기 비누설 타입의 가스가스히터는 보일러에서 배출되는 고온의 연소가스를 냉각시키는 제1 열교환기와, 배기가스를 가열시키는 제2 열교환기로 이루어진다. 그리고 상기 제1,2 열교환기에는 열교환을 위해 관 형태의 튜브가 사용된다.

종래에는 튜브의 외측 길이 방향을 따라 스파이럴 형태의 열교환 핀이 설치된 상태로 사용되었으나, 상기 열교환 핀은 연소가스의 안정적인 유동 흐름을 방해하는 문제점이 유발되어 판 평태의 열교환 핀이 사용된다.

상기 연소가스는 튜브를 경유하여 이동되는 과정에서 상기 튜브의 내측으로 이동하는 열교환 유체에 열을 방출하여 냉각되거나, 열교환 유체의 열을 흡수함으로써 가열된다.

그러나, 이러한 종래의 가스가스히터에 있어서 보일러에서의 연소과정에서 생성된 재(Ash)가 연소가스에 다량 포함되어 있고, 상기 재(Ash)가 상기 튜브에 적층될 경우 시간이 경과함에 따라 표면 부식이 발생되는 문제점이 유발되었다.

대한민국공개특허 제10-2005-0075379호 (공개일: 2005년7월 20일)

본 발명의 실시 예들은 열교환 유닛에 구비된 튜브가 애쉬(ash)에 의해 부식이 발생되지 않도록 연소가스의 이동 방향을 가이드하고, 열교환 효율도 동시에 향상시키고자 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛은 화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100); 상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격된 열교환 핀(200); 및 상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장된 보호 커버(300)를 포함한다.

상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)의 중심을 바라보며 상측과 하측을 향해 각각 소정의 길이로 절곡된다.

상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)을 외측에서 감싸며 고정된다.

상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)의 상측을 향해 제1 길이(L1)로 절곡되어 연장된 제1 가이드 부(310); 상기 튜브 유닛(100)의 하측을 향해 제2 길이(L2)로 절곡되어 연장된 제2 가이드 부(320)를 포함한다.

상기 제1 길이(L1)와, 상기 제2 길이(L2)는 동일 길이로 연장되되, 상기 튜브 유닛(100)의 중심을 기준으로 상기 제1,2 길이(L1, L2)가 상하측 반경 방향(R1, R2)을 향해 각각 동일 길이로 연장된다.

상기 제1 가이드 부(310)는 상기 열교환 핀(200)의 상측 단부(201) 보다 상측 위치를 향해 연장되고, 상기 제2 가이드 부(320)는 상기 열교환 핀(200)의 하측 단부(202) 보다 하측 위치를 향해 연장된다.

상기 보호 커버(300)는 상기 연소가스에 포함된 황 성분이 포함된 애쉬(Ash)와 화학 반응이 발생되지 않도록 표면에 코팅층(302)이 형성된다.

상기 보호 커버(300)는 상기 연소가스의 이동 방향을 기준으로 상기 튜브 유닛(100)을 바라보며 라운드진다.

상기 튜브 유닛(100)은 상기 연소가스와 최초 접촉이 이루어지는 위치에만 설치된다.

상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)과 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 열교환 유닛은 화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100); 상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격된 열교환 핀(200); 상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장되어 상기 연소가스가 상기 튜브 유닛(100)의 표면과 직접적인 접촉을 방지하기 위한 보호 커버(300)가 구비되되, 상기 보호 커버(300)에는 상기 연소가스와 접촉되는 외측면에 상기 연소가스의 이동 방향을 가이드 하기 위한 슬롯(330)이 형성된다.

상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)의 상측을 향해 제1 길이(L1)로 절곡되어 연장된 제1 가이드 부(310); 상기 튜브 유닛(100)의 하측을 향해 제2 길이(L2)로 절곡되어 연장된 제2 가이드 부(320)를 포함하고, 상기 슬롯(330)은 상기 제1 가이드 부(310)의 내측을 향해 제1 깊이(dp1)로 형성된 제1 슬롯(332); 상기 제2 가이드 부(310)의 내측을 향해 제2 깊이(dp2)로 형성된 제2 슬롯(334)을 더 포함한다.

상기 제1 슬롯(332)은 상기 제1 가이드 부(310)의 길이 방향에서 제1 연장폭(W1)으로 연장되고, 상기 제2 슬롯(334)은 상기 제2 가이드 부(320)의 길이 방향에서 제2 연장폭(W2)으로 연장된다.

상기 제1,2 연장폭(W1, W2)은 상기 제1,2 가이드 부(310, 320)에서 동일하게 연장된다.

상기 제1,2 연장폭(W1, W2)은 제1,2 가이드 부(310, 320)의 선단부에서 후단부로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 실시 예에 의한 열교환 유닛은 화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100); 상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격된 열교환 핀(200); 상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장되어 상기 연소가스가 상기 튜브 유닛(100)의 표면과 직접적인 접촉을 방지하기 위한 보호 커버(300)가 구비되되, 상기 보호 커버(300)에는 표면에서 외측으로 돌출된 다수개의 돌기(340)가 형성된다.

상기 돌기(340)는 반원 형태로 돌출된다.

상기 보호 커버(300)는 상기 돌기(340)가 소정의 간격으로 서로 간에 이격되되, 상기 이격된 돌기들 사이에 상기 보호 커버(300)의 내측으로 오목하게 형성된 홈부(350)가 형성된다.

상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)의 상측을 향해 제1 길이(L1)로 절곡되어 연장된 제1 가이드 부(310); 상기 튜브 유닛(100)의 하측을 향해 제2 길이(L2)로 절곡되어 연장된 제2 가이드 부(320)를 포함하고, 상기 홈부(350)는 상기 제1,2 가이드 부(310, 320)의 선단부에서 후단부에 이르는 일부 구간에만 형성된다.

상기 홈부(350)는 상기 돌기(340) 보다 반경이 크게 이루어진다.

본 발명의 실시 예들은 화력 발전소의 퍼니스에서 발생된 연소 가스가 갖고 있는 열 에너지와 최대한 열 교환을 실시할 수 있는 열교환 유닛을 통해 열교환 효율을 향상시키고, 상기 연소 가스에 포함된 애쉬(Ash)에 의한 튜브 유닛의 표면 부식을 예방할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 보호 커버를 통한 연소가스의 안정적인 이동과, 튜브 유닛과의 열교환 효율을 동시에 향상할 수 있어 화력 발전소의 열교환 효율 향상에 기여할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 열교환 유닛의 배치를 고려하여 최초 연소가스와 접촉되는 위치에만 보호 커버를 설치하여 사용하므로 작업자의 작업성 향상과, 원가절감 및 열교환 효율 향상에 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열교환 유닛을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열교환 유닛의 보호 커버가 튜브 유닛에 설치된 상태를 도시한 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 보호 커버의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열교환 유닛의 구성을 도시한 도면.
도 5 내지 도 6은 도 4에 도시된 보호 커버의 다른 실시 예를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 열교환 유닛을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 보호 커버의 다른 실시 예를 도시한 도면.

본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환 유닛에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 첨부된 도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열교환 유닛이 퍼니스로부터 연소 가스를 공급받는 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열교환 유닛의 구성을 도시한 도면이다.

첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛(1)은 화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100)과, 상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격된 열교환 핀(200) 및 상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장된 보호 커버(300)를 포함한다.

상기 연소가스는 소량의 황 성분이 존재하고, 탈황을 위해 애쉬(ash)가 사용된다. 상기 애쉬는 황 성분을 포함하므로 상기 애쉬가 튜브 유닛(100)의 표면에 적층되는 것을 방지하기 위해 상기 보호 커버(300)가 설치된다.

본 실시 예에 의한 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)의 표면에 애쉬가 적층되지 않고, 상기 보호 커버(300)의 표면에 적층 되도록 하여 상기 튜브 유닛(100)의 부식 발생을 방지하고자 한다.

튜브 유닛(100)은 일정한 직경으로 형성되거나, 서로 다른 직경으로 형성될 수 있다. 만약 직경이 상이하게 연장될 경우 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 직경이 증가되어 상기 연소가스와의 열교환 면적을 증가될 수 있어 퍼니스에서 배출된 연소 가스와 열교환 유닛(1)의 열교환 효율이 향상된다.

상기 튜브 유닛(100)은 소정의 길이로 연장된 직선부(100a)와, 상기 직선부(100a)의 단부에서 외측으로 연장된 곡선부(100b)로 이루어진다. 상기 직선부(100a)와 곡선부(100b)는 교대로 다수개가 반복되어 연장된다. 참고로 직선부(100a)의 길이를 특정 길이로 한정하지는 않는다.

튜브 유닛(100)은 연소 가스와의 보다 효율적인 열교환을 위해 열전달율(heat transfer coefficient)이 높은 재질이 사용되며 일 예로 구리 또는 구리와 유사한 열전달율을 갖는 재질이 사용된다.

상기 열교환 핀(200)은 설명의 편의를 위해 도면 기준으로 상기 튜브 유닛(100)의 우측에 위치되고, 상기 보호 커버(300)는 좌측에 위치된다. 이 경우 연소가스의 이동 방향은 상기 보호 커버(300)가 위치된 좌측에서 상기 열교환 핀(200)이 위치된 우측으로 이동된다.

상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)의 중심을 바라보며 상측과 하측을 향해 각각 소정의 길이로 절곡된다. 이 경우 도면 기준으로 상하 대칭으로 배치되므로 연소가스가 상기 튜브 유닛(100)의 표면에 적층되는 현상이 최소화 된 조건으로 상기 연소가스가 열교환 핀(200)을 향해 이동된다.

따라서 상기 튜브 유닛(100)은 표면에 재(ash)가 적층되는 현상이 발생되지 않아 부식되거나 변형으로 인한 문제점이 발생되지 않고, 장기간 사용하는 경우에도 안정적으로 사용할 수 있어 수명 연장을 통한 고장 발생을 최소화 한다.

참고로 본 실시 예에 의한 보호 커버(300)는 튜브 유닛(100)의 직선부(100a)에 모두 설치되기 보다는 연소가스와 최초 접촉되는 위치에만 설치한다.

다만 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)의 첫 번째 위치된 직선부(100a)에만 설치한 것으로 도 1에 도시하였으나, 첫 번째와 두 번째 또는 세 번째에 위치된 직선부(100a)에 상기 보호 커버(300)가 설치되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)을 외측에서 감싸며 고정되는데, 부분 적으로 점 접촉 또는 면 접촉된 형태로 고정된다. 이 경우 튜브 유닛(100)은 보호 커버(300)에 면 접촉되므로 연소가스가 이동하는 경우에도 상기 보호 커버(300)를 통한 열교환을 통해 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 보호 커버(300)는 튜브 유닛(100)의 외주면 전체를 감싸는 것도 가능할 수 있다.

상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)의 상측을 향해 제1 길이(L1)로 절곡되어 연장된 제1 가이드 부(310)와, 상기 튜브 유닛(100)의 하측을 향해 제2 길이(L2)로 절곡되어 연장된 제2 가이드 부(320)를 포함한다.

이 경우 연소가스는 상기 제1,2 가이드 부(310, 320)를 따라 이동한 후에 튜브 유닛(100)의 표면과 직접적으로 접촉되지 않는 이동 경로가 유지된다.

연소가스는 튜브 유닛(100)의 표면과 직접적으로 접촉될 경우 애쉬가 적층될 확률이 높아지므로, 최대한 튜브 유닛(100)의 표면으로 상기 연소가스가 이동하는 궤적이 발생되지 않도록 상기 보호 커버(300)를 통해 연소가스의 이동을 가이드 한다.

특히 상기 제1,2 길이(L1, L2)가 상하측 반경 방향(R1, R2)을 향해 각각 동일 길이로 연장되므로 연소가스는 화살표로 도시된 바와 같이 제1,2 가이드 부(310, 320)의 표면을 따라 이동 방향이 가이드 되어 상기 열교환 핀(200)을 향해 이동된다.

이 경우 연소가스는 제1,2 가이드 부(310, 320)를 따라 이동하는 도중에 특정 방향으로 이동이 집중되지 않고 상기 보호 커버(300)의 표면을 따라 이동 궤적이 일정하게 유지된다.

이 경우 연소가스는 제1, 2 가이드 부(310, 320)의 단부에서 박리되는 위치가 열교환 핀(200)의 상측과 하측에 해당된다. 상기 위치는 연소가스와 상기 열교환 핀(200)이 직접적으로 접촉되지 않는 위치에 해당되므로 상기 연소가스에 포함된 애쉬(Ash)가 열교환 핀(200)에 직접적으로 접촉되는 이동 궤적이 발생되지 않는다.

따라서 본 실시 예는 튜브 유닛(100)과 열교환 핀(200)에 애쉬가 포함된 연소가스와의 접촉이 방지되므로 상기 튜브 유닛(100)과 열교환 핀(200)의 부식이 방지되고, 수명이 연장되므로 장기간 사용하는 경우에도 내구성이 향상된다.

상기 코팅층(302)은 일 예로 크롬 니켈 합급강이 사용되며, 황산성분에 대한 저항력이 있는 합금강이 사용된다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 의한 보호 커버(300)는 상기 연소가스의 이동 방향을 기준으로 상기 튜브 유닛(100)을 바라보며 라운드 진다.

이 경우 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)의 외주면과 접촉되며 상기 연소가스가 마주보는 튜브 유닛(100)의 전체 외주면에 해당되는 절반을 감싸며 밀착된다.

이 경우 연소가스에 포함된 애쉬가 튜브 유닛(100)의 외주면과 접촉되는 면적이 감소되므로 상기 애쉬가 상기 튜브 유닛(100)의 표면에 적층되는 현상이 감소하게 된다.

또한 연소 가스는 상기 보호 커버(300)의 표면을 따라 이동될 때 라운드 진 보호 커버(300)의 표면을 따라 이동되면서 박리로 인한 난류 발생이 감소된다.

이 경우 연소 가스의 이동 안정성이 향상되고, 압력 강하로 인한 문제점이 발생되지 않으므로 튜브 유닛(100)의 안정적인 열교환을 도모할 수 있다.

따라서 전술한 실시 예와 함께 애쉬의 적층으로 인한 부식 발생 확률이 감소되므로 수명이 연장되고, 내구성이 향상된다.

본 실시 예에 의한 보호 커버(300)는 상기 연소가스와 최초 접촉이 이루어지는 튜브 유닛(100)에만 설치된다. 예를 들어 열교환 유닛이 연소 가스의 이동 방향으로 복수개가 배치된 경우에 상기 연소 가스와 최초 접촉되는 곳에 위치된 튜브 유닛(100)에만 상기 보호 커버(300)가 설치된다.

그리고 이웃한 연소 가스의 이동 방향으로 배치된 다른 튜브 유닛(100)에는 상기 보호 커버(300)가 미 설치된다.

상기 보호 커버(300)는 연소 가스와 최초 접촉되는 튜브 유닛(100)에 애쉬가 가장 많이 적층 되므로, 최초 접촉이 이루어지는 튜브 유닛(100)에 보호 커버(300)를 설치하여 부식 방지를 도모한다.

전술한 실시 예와 다르게 튜브 유닛(100)에 모두 보호 커버(300)를 설치하는 것도 가능하며, 상기 열교환 유닛이 상기 연소 가스의 이동 방향으로 3개 또는 그 이상의 개수로 배치될 경우 상기 연소가스와 최초 접촉되는 첫 번째와 두 번째 열교환 유닛에 위치된 튜브 유닛(100)에 보호 커버(300)가 설치되는 것도 가능하다.

본 실시 예에 의한 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)과 열교환이 이루어진다. 튜브 유닛(100)은 연소 가스와의 열교환을 위해 구비되므로, 부식으로 인한 변형을 방지하는 것이 가장 중요하고, 두 번째로 본래의 목적인 열교환이 안정적으로 유지되는 것이 중요하다.

상기 튜브 유닛(100)은 상기 보호 커버(300)에 의해 연소 가스와 직접적인 접촉이 유지되지 않으므로 상기 보호 커버(300)를 이용하여 간접적으로 연소 가스와 열교환이 이루어진다.

보호 커버(300)는 튜브 유닛(100)과 점 접촉 또는 면 접촉 형태로 서로 간에 결합되므로, 연소 가스가 보호 커버(300)와 접촉될 경우 상기 튜브 유닛(100)과 열교환이 이루어진다.

보호 커버(300)는 튜브 유닛(100)와 접촉 면적이 넓을 경우 열교환 효율이 향상되며 도면에 도시된 형태로 반드시 한정하지 않는다. 일 예로 상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)과 접촉되는 부분에 상기 튜브 유닛(100)의 외주면과 대응되는 곡률로 홈이 형성되는 것도 가능할 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 열교환 유닛에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 또는 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 의한 열교환 유닛(1a)은 화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100)과, 상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격된 열교환 핀(200)과, 상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장되어 상기 연소가스가 상기 튜브 유닛(100)의 표면과 직접적인 접촉을 방지하기 위한 보호 커버(300)가 구비된다.

그리고 상기 보호 커버(300)에는 상기 연소가스와 접촉되는 외측면에 상기 연소가스의 이동 방향을 가이드 하기 위한 슬롯(330)이 형성된다.

본 실시 예에서는 전술한 제1 실시 예에서 중복되는 부분은 설명을 생략하고, 보호 커버(300)에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

본 실시 예에 의한 슬롯(330)은 상기 제1 가이드 부(310)의 내측을 향해 제1 깊이(dp1)로 형성된 제1 슬롯(332)과, 상기 제2 가이드 부(310)의 내측을 향해 제2 깊이(dp2)로 형성된 제2 슬롯(334)을 더 포함한다.

상기 제1,2 슬롯(332, 334)는 원형 단면 또는 다각 단면 중의 어느 하나의 형태로 형성되며, 특별히 특정 형태로 한정하지 않고 연소 가스의 안정적인 이동을 가능하게 하는 다른 형태로 변경될 수 있다.

상기 제1 슬롯(332)은 연소가스가 제1 가이드 부(310)의 표면을 따라 이동할 때 박리되지 않고 최대한 밀착되어 이동되는 것이 이동 안정성 측면과, 열교환 효율 측면에서 유리해진다.

본 실시 예는 이동 안전성을 위해 상기 제1 가이드 부(310)의 표면에 홈 형태로 제1 슬롯(332)이 형성되고, 상기 연소 가스가 상기 제1 슬롯(332)을 따라 이동하도록 하여 연소 가스의 박리로 인한 문제점을 최소화 할 수 있다.

상기 연소가스가 상기 제1 슬롯(332)을 따라 이동할 경우 홈 형태로 이루어진 구조적 특징으로 인해 표면 마찰에 의한 박리가 최소화 되면서 열교환 핀(200)이 위치된 곳까지 가이드 된다.

따라서 연소가스는 제1 가이드 부(310)를 경유해서 이동될 때 불필요한 박리 현상이 발생되지 않고 안정적인 이동이 이루어진다.

상기 제2 가이드 부(320)는 제1 가이드 부(310)와 마찬가지로 표면에 홈 형태로 제2 슬롯(334)이 형성되고, 상기 연소 가스가 상기 제2 슬롯(334)을 따라 이동하도록 하여 연소 가스의 박리로 인한 문제점을 최소화 할 수 있다.

상기 연소가스가 상기 제2 슬롯(334)을 따라 이동할 경우 홈 형태로 이루어진 구조적 특징으로 인해 표면 마찰에 의한 박리가 최소화 되면서 열교환 핀(200)이 위치된 곳까지 가이드 된다.

따라서 연소가스는 제2 가이드 부(320)를 경유해서 이동될 때 불필요한 박리 현상이 발생되지 않고 안정적인 이동이 이루어진다.

상기 제1 슬롯(332)은 제1 깊이(dp1)로 형성되는데, 상기 제1 깊이(dp1)는 보호 커버(300)의 안전성과 제작성을 고려하여 두께(t)에 해당되는 길이의 1/2을 초과 하지 않는 것이 바람직하다.

상기 제1,2 연장폭(W1, W2)은 상기 제1,2 깊이(dp1, dp2)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있으나, 상기 연소가스의 이동 흐름에 따른 박리 상태를 실험을 통해 구현하고, 이를 기반으로 최적의 길이로 변경될 수 있다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 제1,2 연장폭(W1, W2)은 상기 제1,2 가이드 부(310, 320)에서 동일하게 연장된다. 연소가스는 제1,2 가이드 부(310, 320)의 표면을 경유하여 이동되므로 제1,2 연장폭(W1, W2)dl 서로 상이할 경우 상기 제1,2 가이드 부(310, 320)를 경유하는 연소가스의 이동 속도가 서로 상이해 진다.

이 경우 연소가스는 제1 가이드 부(310)를 경유한 후에 열교환 핀(200)으로 이동하는 속도와, 제2 가이드 부(320)를 경유한 후에 열교환 핀(200)으로 이동하는 속도가 서로 상이해지면서 상기 열교환 핀(200)이 설치된 위치에서 급격한 와류가 발생될 수 있다.

열교환 핀(200)은 연소가스 또는 튜브 유닛(100)과 열교환이 일정하고 안정적으로 유지되는 것이 열교환 유닛(1a)의 효율측면에서 유리해진다. 예를 들어 열교환 핀(200)의 전체 면적에서 균일하게 열교환이 이루어지는 것이 가장 바람직하나, 불 균일하게 열교환이 이루어질 경우에는 열효율이 저하되므로 상기 제1,2 연장폭(W1, W2)은 균일하게 연장된다.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 의한 제1,2 연장폭(W1, W2)은 제1,2 가이드 부(310, 320)의 선단부에서 후단부로 갈수록 감소된다.

여기서 선단부는 도면 기준으로 제1,2 가이드 부(310, 320)와 연소가스가 최초 만나는 위치에 해당되고, 후단부는 상기 제1,2 가이드 부(310, 320)가 열교환 핀(200)을 향해 연장된 단부에 해당된다.

상기 제1,2 연장폭(W1, W2)이 위와 같이 구성되면, 연소가스가 제1,2 가이드 부(310, 320)를 경유하여 열교환 핀(200)을 향해 이동하는 속도가 증가한다.

연소가스는 애쉬(ash)가 포함되어 있으므로 튜브유닛(100)의 표면에 최소한의 시간으로 접촉되는 것이 가장 바람직 하다. 본 실시 예는 이를 위해 제1,2 연장폭(W1, W2)을 선단부에서 후단부로 갈수록 감소시켜 연소가스의 이동 속도가 증가되도록 구성하였다.

이 경우 연소가스는 제1,2 가이드 부(310, 320)의 표면을 따라 이동할 때 선단부 보다 후단부로 갈수록 이동 속도가 빨라지므로, 튜브유닛(100)과의 접촉 가능한 시간을 단축시키고, 열교환 효율도 동시에 향상할 수 있다.

본 발명의 제3 실시 예에 의한 열교환 유닛에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 의한 열교환 유닛(1b)은 화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100)과, 상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격된 열교환 핀(200)과, 상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장되어 상기 연소가스가 상기 튜브 유닛(100)의 표면과 직접적인 접촉을 방지하기 위한 보호 커버(300)가 구비되되, 상기 보호 커버(300)에는 표면에서 외측으로 돌출된 다수개의 돌기(340)가 형성된다.

본 실시 예에 의한 보호 커버(300)는 표면에 외측을 향해 돌기(340)가 반원 형태로 돌출된다.

상기 돌기(340)는 연소가스와 접촉시 열교환을 위한 면적 증가를 통해 열교환 효율을 향상하고, 상기 돌기(340)를 경유하는 연소가스의 박리를 최소화 시켜 안정적인 이동을 도모하고자 한다.

상기 돌기(340)는 반구 형태 또는 다각 형태 중의 어느 하나의 형태로 구성되고, 특별히 형태를 한정하지 않는다. 다만 연소가스와 접촉시 열교환 효율이 증가되도록 소정의 높이와 직경으로 구성된다.

첨부된 도 8을 참조하면, 보호 커버(300)는 상기 돌기(340)가 소정의 간격으로 서로 간에 이격되되, 상기 이격된 돌기들 사이에 상기 보호 커버(300)의 내측으로 오목하게 형성된 홈부(350)가 형성된다.

상기 홈부(350)는 튜브 유닛(100)과 보호 커버(300)와의 열교환 효율을 증가시키기 위한 목적으로 형성된다. 즉, 보호 커버(300)는 돌기(340)와 홈부(350)의 구성을 통해 연소가스와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 그리고 상기 홈부(350)는 튜브 유닛(100)과의 열전달 효율이 향상되도록, 상기 튜브 유닛(100)을 향해 오목하게 형성되므로 열전달을 위한 거리가 짧아지므로 보다 신속하게 열교환이 이루어진다.

따라서 연소가스가 열교환 유닛(1b)을 경유하여 이동할 때 튜브 유닛(100)과 보호 커버(300)의 열교화 효율이 전술한 실시 예 보다 향상된다.

상기 홈부(350)는 상기 제1,2 가이드 부(310, 320)의 선단부에서 후단부에 이르는 일부 구간에만 형성된다.

일 예로 상기 홈부(350)가 형성된 구간은 제1 길이(L1)의 2/3*L1의 위치까지 형성된다. 상기 위치는 튜브 유닛(100)을 정면으로 바라볼 때 시계 방향을 기준으로 7시 위치에서부터 11시 위치에 해당된다.

상기 위치에 한정하여 상기 홈부(350)가 형성될 경우 튜브유닛(100)과, 상기 보호 커버(300)는 서로 간에 열교환 효율이 최대로 향상 가능한 조건이 유지되므로 애쉬(ash)에 의한 표면 부식에 의한 영향을 최소화 하면서도 열교환 효율은 최대로 향상 된다.

본 실시 예에 의한 홈부(350)는 상기 돌기(340) 보다 반경이 크게 이루어진다. 이와 같이 구성되는 이유는 홈부(350)는 연소가스의 안정적인 이동을 위해 형성된 구성이므로 도면에 도시된 크기와 형태가 유지되는 것이 연소가스의 이동 안정성 측면에서 유리해진다.

그리고 상기 홈부(350)는 튜브유닛(100)과, 보호 커버(300)와의 열교환 효율을 높이기 위해 구비되므로 접촉 면적 증가를 위해위와 같이 돌기(340) 보다 반경을 크게 구성한다.

다만 홈부(350)는 보호 커버(300)의 전체적인 면적과, 별도의 실험을 통해 최적의 크기가 설정될 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 튜브 유닛
200 : 열교환 핀
300 : 보호 커버
302 : 코팅층
310 : 제1 가이드 부
320 : 제2 가이드 부
L1 : 제1 길이
L2 : 제2 길이
330 : 슬롯
332 ; 제1 슬롯
334 : 제2 슬롯

Claims

화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100);
상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격된 열교환 핀(200); 및
상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장된 보호 커버(300)를 포함하며,
상기 보호 커버(300)는, 상기 튜브 유닛(100)의 상측을 향해 제1 길이(L1)로 절곡되어 연장된 제1 가이드 부(310) 및 상기 튜브 유닛(100)의 하측을 향해 제2 길이(L2)로 절곡되어 연장된 제2 가이드 부(320)를 포함하고,
상기 제1 가이드 부(310)는 상기 열교환 핀(200)의 상측 단부(201) 보다 상측 위치를 향해 연장되고,
상기 제2 가이드 부(320)는 상기 열교환 핀(200)의 하측 단부(202) 보다 하측 위치를 향해 연장된 열교환 유닛.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)을 외측에서 감싸며 고정된 열교환 유닛.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 제1 길이(L1)와, 상기 제2 길이(L2)는 동일 길이로 연장되되, 상기 튜브 유닛(100)의 중심을 기준으로 상기 제1,2 길이(L1, L2)가 상하측 반경 방향(R1, R2)을 향해 각각 동일 길이로 연장된 열교환 유닛.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 보호 커버(300)는 상기 연소가스에 포함된 황 성분이 포함된 애쉬(Ash)와 화학 반응이 발생되지 않도록 표면에 코팅층(302)이 형성된 열교환 유닛.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 튜브 유닛의 보호 커버(300)는 상기 연소가스와 최초 접촉이 이루어지는 위치에만 설치된 열교환 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)과 열교환이 이루어지는 열교환 유닛.
화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100);
상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격 된 열교환 핀(200);
상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장되어 상기 연소가스가 상기 튜브 유닛(100)의 표면과 직접적인 접촉을 방지하기 위한 보호 커버(300)가 구비되되,
상기 보호 커버(300)에는 상기 연소가스와 접촉되는 외측면에 상기 연소가스의 이동 방향을 가이드 하기 위한 슬롯(330)이 형성되며,
상기 보호 커버(300)는, 상기 튜브 유닛(100)의 상측을 향해 제1 길이(L1)로 절곡되어 연장된 제1 가이드 부(310) 및 상기 튜브 유닛(100)의 하측을 향해 제2 길이(L2)로 절곡되어 연장된 제2 가이드 부(320)를 포함하고,
상기 슬롯(330)은, 상기 제1 가이드 부(310)의 내측을 향해 제1 깊이(dp1)로 형성된 제1 슬롯(332) 및 상기 제2 가이드 부(320)의 내측을 향해 제2 깊이(dp2)로 형성된 제2 슬롯(334)을 포함하는 열교환 유닛.
삭제
제11 항에 있어서,
상기 제1 슬롯(332)은 상기 제1 가이드 부(310)의 길이 방향에서 제1 연장폭(W1)으로 연장되고,
상기 제2 슬롯(334)은 상기 제2 가이드 부(320)의 길이 방향에서 제2 연장폭(W2)으로 연장된 열교환 유닛.
제13 항에 있어서,
상기 제1,2 연장폭(W1, W2)은 상기 제1,2 가이드 부(310, 320)에서 동일하게 연장된 열교환 유닛.
제13 항에 있어서,
상기 제1,2 연장폭(W1, W2)은 제1,2 가이드 부(310, 320)의 선단부에서 후단부로 갈수록 감소되는 열교환 유닛.
화력 발전소의 보일러를 경유한 연소가스의 이동 방향을 따라 복수 개가 구비된 튜브 유닛(100);
상기 튜브 유닛(100)의 일측 길이 방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격 된 열교환 핀(200);
상기 열교환 핀(200)과 서로 마주보며 위치되고, 상기 튜브 유닛(100)의 타측 길이 방향을 따라 연장되어 상기 연소가스가 상기 튜브 유닛(100)의 표면과 직접적인 접촉을 방지하기 위한 보호 커버(300)가 구비되되,
상기 보호 커버(300)는 상기 튜브 유닛(100)과 점 접촉 또는 면 접촉되고,
상기 보호 커버(300)에는 표면에서 외측으로 돌출된 다수개의 돌기(340)가 형성되며,
상기 돌기(340)는 반원 형태로 돌출되고,
상기 보호 커버(300)는 상기 돌기(340)가 소정의 간격으로 서로 간에 이격되되, 상기 이격된 돌기들 사이에 상기 보호 커버(300)의 내측으로 오목하게 형성된 홈부(350)가 형성된 열교환 유닛.
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삭제
제16 항에 있어서,
상기 보호 커버(300)는, 상기 튜브 유닛(100)의 상측을 향해 제1 길이(L1)로 절곡되어 연장된 제1 가이드 부(310); 및
상기 튜브 유닛(100)의 하측을 향해 제2 길이(L2)로 절곡되어 연장된 제2 가이드 부(320)를 포함하고,
상기 홈부(350)는 상기 제1,2 가이드 부(310, 320)의 선단부에서 후단부에 이르는 일부 구간에만 형성된 열교환 유닛.
제19 항에 있어서,
상기 홈부(350)는 상기 돌기(340) 보다 반경이 크게 이루어진 열교환 유닛.