KR102349742B1 - 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기 - Google Patents

고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기 Download PDF

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KR102349742B1
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Abstract

본 발명은 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업공정에서 발생된 배가스가 유입되는 배가스 유입구와, 타단에 냉각된 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 열교환기 본체; 상기 본체 내에 구비되며, 유입된 배가스가 통과되는 다공판과, 상기 다공판 상부측에 물 유동층으로 구성되며 상기 물 유동층 내에 구비되어 내부로 급수가 유입되는 다수의 전열관으로 구성되는 전열관 어레이가 침지되며 상기 배가스의 응축잠열과 현열을 흡수하여 상기 급수를 가열하고, 상기 물 유동층 상부에 매쉬부재를 갖는 물 유동층 유닛; 및 상기 물 유동층에 위치되며, 물의 유동화로 인하여 상기 전열관 사이공간 내에서 유동하며, 상기 전열관 표면과 충돌하여 상기 전열관 표면의 오염물질을 제거하는 고형물체;를 포함하고, 상기 물 유동층 유닛을 통과한 배가스는 상기 배가스 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기에 관한 것이다.

Description

고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기{Self-cleaning type Water fluidized bed heat exchanger with the solid moving bodies}
본 발명은 산업 공정에 사용되는 배가스 폐열회수를 위한 열교환기에서 나타나는 파울링이 매우 심한 경우, 이러한 문제점을 해결하기 위한 고온 배가스 폐열회수 유동층 열교환기의 자체청소기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 산업공정에 사용되는 배가스 폐열회수 열교환기에서의 파울링이 심한 경우, 기존의 물 유동층 열교환기의 전열관 사이의 공간에 다수의 고형물체를 투입하고, 물과 함께 고형물체가 전열관 사이의 공간에서 유동화되면서 전열면과 충돌하여, 전열면에서의 분진의 부착을 줄임으로써, 기존의 물 유동층 열교환기에 비하여 전열관의 청소 효과가 크게 증대될 수 있는, 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기에 대한 것이다.
기존의 먼지 등의 오염물질을 함유한 배가스의 대기오염저감을 위하여 스크라버 집진장치를 많이 사용하고 있다. 이러한 스크라버 집진장치 중에 이동층 스크라버 (moving or mobile bed scrubber)가 있으며, 이러한 이동층 스크라버는 물의 유동층 내에 다수의 볼을 넣어, 볼들이 유동층 내에서 이동하며, 서로 충돌하여 볼의 표면에 분진이 부착되는 것을 방지하고, 또한 스크라버의 집진효율을 증대시킨다.
산업체의 여러 가지 공정에서 다량의 오염물질을 함유한 고온 배가스가 대기로 배출되어, 막대한 에너지가 낭비되고 있다. 이러한 경우, 에너지 절감을 위하여 폐열회수 열교환기를 사용하여, 고온 배가스 폐열을 회수하는 것이 바람직하다. 그러나, 배가스 내에 함유된 오염물질이 폐열회수 열교환기의 전열면에 부착되는 파울링 현상이 발생될 수 있으며, 이에 따라, 열교환기의 성능이 저하되며, 더욱 심한 경우, 배가스 유로를 막아서 열교환 공정의 가동이 어렵게 된다.
종래의 연소 배가스의 폐열회수를 위하여 물 유동층 열교환기를 사용하여, 고온의 부식성 배가스에 함유된 수증기의 응축 잠열과 현열을 회수하였다.
도 1은 종래 물 유동층 열교환기의 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 물 유동층 열교환기는, 사각동체(1)의 내저부에 설치된 열교환 전열관(2)의 저면에 다공판(3)을 설치하고 사각동체(1)의 상부에는 물방울 제거필터(4)가 설치되어 있다.
또한, 사각동체(1)의 일측으로 배기가스 유도통로(5)가 형성되게 배기유입구(6)를 갖은 사각외동체(1a)를 설치하여 다공판(3)의 저면에서 점차 경사진 배기가스 유도통로(5a)를 이루도록 사각외동체(1a)의 저면판(1b)을 경사지게 형성하되 사각외동체(1a)와 저면판(1b)의 연접부를 도 1에서와 같이 각이 지게 연접되어 있다.
그리고 사각동체(1)의 상부 일측에 자동조절밸브(7)를 설치한 급수관(7a)을 연관시켜 이 급수관(7a)을 통하여 적당량의 물을 공급시키면 보일러 가동 중지시에는 다공판(3)을 통하여 배기가스 유도통로(5)(5a)와 사각동체(1)의 저면에 모여 있다가 보일러 가동시에는 공급되는 배기가스 압력에 의하여 다공판(3)을 통하여 사각동체(1)의 내부로 유입되어 열교환 전열관(2) 사이에서 물 유동층을 형성하게 된다. 또한, 사각외동체(1a)의 상부에는 배기가스 배출구(8)와 연통되게 배기가스 바이패스(by-pass)관(9)을 설치하여 고온의 배기가스 일부가 바이패스관(9)을 통하여 배기가스 배출구(8)로 유입되어 물방울 제거필터(4)를 통과하여 나오는 냉각된 수분 포화상태의 배기가스와 혼합되므로 수분이 포화된 배기가스는 재가열되어 배기가스 배출구(8) 이후의 연도에서는 배기가스의 냉각으로 인한 수분의 응축현상을 방지할 수 있는 구성을 기재하고 있다.
즉, 종래에 사용하였던 물 유동층 열교환기의 경우, 배가스의 유로에 설치한 다공판의 상부에 물 유동층을 형성하고, 물유동층 내에 전열관 배열을 넣어, 수분을 다량 함유한 배가스의 현열과 수증기의 잠열을 동시에 회수하여, 전열관 내의 급수를 가열하여 폐열을 회수한다. 이 경우, 배가스내의 오염물질에 의한 파울링이 있는 경우에도, 열교환기 전열관의 표면에서의 물의 유동화로 인한 어느 정도 자체 청소 효과가 있어서, 효율적으로 이러한 파울링 문제를 어느 정도 해결할 수 있다.
그러나, 산업체의 건조기 및 소각로 등에서 배출되는 배가스에는 공정에 따라 다양한 오염물질이 포함되어 있다. 기존의 물 유동층 열교환기를 사용하여, 이러한 파울링 문제를 어느 정도 해결하였으나, 일부 배가스 오염문제가 매우 극심한 경우, 이러한 물유동층 열교환기에서의 파울링에 의한 전열면에의 분진부착이 계속 증가하게 된다. 열교환기의 성능이 급격하게 저하되고, 배가스의 유로가 점점 좁아지는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 열교환기의 유지 관리를 위하여 열교환기를 정지하고 주기적인 인력을 사용한 열교환기 청소작업이 필요하다.
대한민국 등록특허 제1118509호 대한민국 등록특허 제0242226호 대한민국 등록특허 제0578109호 대한민국 등록특허 제0213303호 대한민국 공개특허 제2013-0096317호 대한민국 등록특허 제1715488호
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 물 유동층 열교환기의 자체 청소성능을 크게 증대시켜, 오염이 극심한 경우의 열교환기의 파울링 문제를 해결할 수 있는, 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 물 유동층 열교환기의 전열관 사이에 고형물체를 넣고, 열교환기를 가동하는 경우, 고형물체가 유동층 내에서 이동하면서 전열관의 표면과 충돌함으로써, 전열관 표면에 부착된 분진을 제거하고, 전열관의 표면을 깨끗하게 유지하며, 이에 따라, 열교환기에서의 파울링 문제를 더 효율적으로 해결할 수 있는, 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열교환기의 성능이 파울링에 따라 감소하는 것을 방지하여, 열교환기의 성능이 감소되는 것을 방지할 수 있고, 주기적으로 열교환기의 가동을 중지한 인력을 사용한 청소작업이 필요 없게 되어, 열교환공정의 생산성을 향상시키고, 유지관리비용이 절감될 수 있는, 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고형물체의 크기가 아주 작거나, 또는 표면이 둥근 경우, 고형물체와 전열관의 충돌 시의 부착분진의 청소성능이 저하되기 때문에 본 발명에서는 고형물체의 개수와 크기 및 형상을 조절하여, 어느 정도 고형물체의 청소 성능을 적절하게 조절할 수 있는, 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 열교환기의 파울링이 극심한 경우, 기존의 물 유동층 열교환기에서 전열관 사이의 공간을 확대하고, 물 유동층 내에 다수의 고형물체를 투입하여, 다공판의 구멍을 고속으로 통과하는 분출류에 의하여 상승하고, 자체 중량에 의하여 하강하며, 유동층 내에서 비교적 자유롭게 유동화되며, 이러한 고형물체는 전열관 표면, 다공판, 그리고 철망과 충돌하며, 또한 고형물체 끼지 서로 충돌하여 열교환기의 유동층 내의 배가스 접촉면에서 오염물질이 부착되는 것을 방지하여, 열교환기의 청소 성능을 크게 증대시켜, 열교환기의 극심한 파울링 문제를 효과적으로 해결할 수 있는, 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은, 물 유동층 열교환기에 있어서, 산업공정에서 발생된 배가스가 유입되는 배가스 유입구와, 타단에 냉각된 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 열교환기 본체; 상기 본체 내에 구비되며, 유입된 배가스가 통과되는 다공판과, 상기 다공판 상부측에 물 유동층으로 구성되며, 상기 물 유동층 내에 구비되어 내부로 급수가 유입되는 다수의 전열관으로 구성되는 전열관 어레이가 침지되며 상기 배가스의 응축잠열과 현열을 흡수하여 상기 급수를 가열하고, 상기 물 유동층 상부에 매쉬부재를 갖는 물 유동층 유닛; 및 상기 물 유동층에 위치되며, 물의 유동화로 인하여 상기 전열관 사이공간 내에서 유동하며, 상기 전열관 표면과 충돌하여 상기 전열관 표면의 오염물질을 제거하는 고형물체;를 포함하고, 상기 물 유동층 유닛을 통과한 배가스는 상기 배가스 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 고형물체는 상기 전열관 사이공간 내에서 유동하며, 상기 오염물질이 상기 전열관 표면, 상기 다공판 및 상기 매쉬부재 표면에 부착되는 것을 방지하고, 상기 고형물체는 모서리 부분을 갖는 다면체로서, 상기 고형물체의 크기, 질량, 충돌속도 및 충돌횟수에 따라 상기 열교환기의 청소성능을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고형물체의 크기는 5 ~ 20mm이고, 상기 다공판의 천공크기와 상기 매쉬부재의 구멍크기보다 크며, 유효밀도는 0.5 ~ 2.0 g/cm3이며, 상기 전열관의 사이간격은 15 ~ 30mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 내부에 세정수가 저장되는 세정수탱크와, 세정수탱크의 세정수 공급부와 상기 본체 상단 일측에 구비되는 세정수 유입구 사이에 연결된 세정수배관과, 상기 세정수배관 일측에 구비되어 상기 세정수탱크 내의 세정수를 상기 본체 내 상기 물 유동층 유닛 상부로 유입시키는 세정수펌프와, 상기 본체 상부 일측에 구비되는 오버플로우 배출구와, 상기 오버플로우 배출구와 상기 세정수 탱크의 오버플로우 유입관 사이에 연결된 오버플로우관을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 세정수탱크 하부 일측에 구비되어 상기 세정수 탱크 내의 오염수를 배출시키는 드레인 배관과, 상기 드레인 배관 일측에 구비된 드레인 밸브와, 상기 세정수펌프를 제어하여 상기 물 유동층 유닛의 수위를 조절하고, 상기 드레인 밸브를 제어하여 상기 오염수 배출을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기에 따르면, 물 유동층 열교환기의 자체 청소성능을 크게 증대시켜, 오염이 극심한 경우의 열교환기의 파울링 문제를 해결할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기에 따르면, 물 유동층 열교환기의 전열관 사이에 고형물체를 넣고, 열교환기를 가동하는 경우, 고형물체가 유동층 내에서 이동하면서 전열관의 표면과 충돌함으로써, 전열관 표면에 부착된 분진을 제거하고, 전열관의 표면을 깨끗하게 유지하며, 이에 따라, 열교환기에서의 파울링 문제를 더 효율적으로 해결할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기에 따르면, 열교환기의 성능이 파울링에 따라 감소하는 것을 방지하여, 열교환기의 성능이 감소되는 것을 방지할 수 있고, 주기적으로 열교환기의 가동을 중지한 인력을 사용한 청소작업이 필요 없게 되어, 열교환공정의 생산성을 향상시키고, 유지관리비용이 절감될 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기에 따르면, 고형물체의 크기가 아주 작거나, 또는 표면이 둥근 경우, 고형물체와 전열관의 충돌 시의 부착분진의 청소성능이 저하되기 때문에 본 발명에서는 고형물체의 개수와 크기 및 형상을 조절하여, 어느 정도 고형물체의 청소 성능을 적절하게 조절할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기에 따르면, 물 유동층 내에 다수의 고형물체를 투입하여, 다공판의 구멍을 고속으로 통과하는 분출류에 의하여 상승하고, 자체 중량에 의하여 하강하며, 유동층 내에서 비교적 자유롭게 유동화되며, 이러한 고형물체는 전열관 표면, 다공판, 그리고 철망과 충돌하며, 또한 고형물체 끼지 서로 충돌하여 열교환기의 유동층 내의 배가스 접촉면에서 오염물질이 부착되는 것을 방지하여, 열교환기의 청소 성능을 크게 증대시켜, 열교환기의 극심한 파울링 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기에 따르면, 열교환기의 파울링이 극심한 경우, 기존의 물 유동층 열교환기에서 전열관 사이의 공간을 확대하고, 물 유동층 내에 다수의 고형물체를 투입하여, 다공판의 구멍을 고속으로 통과하는 분출류에 의하여 상승하고, 자체 중량에 의하여 하강하며, 유동층 내에서 비교적 자유롭게 유동화되며, 이러한 고형물체는 전열관 표면, 다공판, 그리고 철망과 충돌하며, 또한 고형물체 끼지 서로 충돌하여 열교환기의 유동층 내의 배가스 접촉면에서 오염물질이 부착되는 것을 방지하여, 열교환기의 청소 성능을 크게 증대시켜, 열교환기의 극심한 파울링 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 물 유동층 열교환기의 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기의 구성도,
도 3은 배가스 흐름과, 급수 흐름, 세정수 흐름을 나타낸, 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기의 구성, 기능 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기의 구성도를 도시한 것이다. 또한, 도 3은 배가스 흐름과, 급수 흐름, 세정수 흐름을 나타낸, 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기(100)는, 전체적으로 열교환기 본체(10), 열교환기 본체(10) 내에 구비되는 물 유동층 유닛(20), 물 유동층 유닛(20) 내에 유동화되는 복수의 고형물체(30), 세정수 탱크(40) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
열교환기 본체(10)는, 하단 측면 일측에 산업공정에서 발생된 배가스가 유입되는 배가스 유입구(11)가 구비되며, 상단에 냉각된 배가스가 배출되는 배가스 배출구(13)를 포함하여 구성된다.
그리고 물 유동층 유닛(20)은 본체(10) 내에 구비되며, 유입된 배가스가 통과되는 다공판(22)과, 다공판 상부측에 물 유동층(21)으로 구성된다. 또한, 이러한 물 유동층(21) 내에 구비되어 내부로 급수가 유입되는 다수의 전열관(23)으로 구성되는 전열관 어레이가 침지된다.
따라서 배가스의 응축잠열과 현열을 흡수하여 전열관(23) 내의 급수가 가열되고 배가스는 냉각되게 된다. 또한, 물 유동층(21) 상부에 철망(24) 등으로 구성된 매쉬부재가 설치되게 된다. 또한, 전열관(23) 입구 측에는 급수펌프(25)가 구비되어 공급되는 급수의 유량을 조절할 수 있다. 또한, 배가스 유입구(11) 전단에 송풍기 등의 배가스 공급수단(12)이 구비되어 유입되는 배가스의 유량을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 물 유동층 열교환기(100)의 전열관(23) 어레이의 전열관(23) 사이의 간격을 증대시키고, 전열관(23) 사이의 공간에 다수의 고형물체(30) 들을 넣고, 고형물체(30)가 물의 유동화에 따라 이동하며, 전열관(23) 표면, 다공판(22) 및 철망(24) 표면과 충돌하여, 오염물질이 부착되는 것을 막아 파울링을 방지할 수 있도록 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고형물체(30)는 모서리 부분을 갖는 다면체로서, 고형물체(30)의 크기, 질량, 충돌속도 및 충돌회수에 따라 열교환기의 청소성능을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고형물체(30)의 모양은 모서리 부분을 갖고 있는 다면체이며, 크기는 5mm ~ 20mm 정도이며, 이것은 고형물체(30)의 크기가 너무 작은 경우, 전열면과의 충돌에 의한 오염물질의 제거 효과가 적기 때문이다.
이에 적합한 전열관(23)의 사이의 간격은 대략 15mm ~ 30mm 정도이다. 또한 고형물체(30)의 물 유동층(21) 내에서의 유동화를 위하여 고형물체(30)의 유효밀도는 대략 0.5 g/cm3 ~ 2.0 g/cm3 정도의 범위에 있다.
또한, 고형물체(30)가 다공판(22)의 천공크기를 통하여 하부로 배출되지 않도록 다공판(22)의 천공의 크기를 고형물체보다 작게 유지한다.
그리고 고형물체(30)가 물 유동층(21) 높이보다 높게 되는 경우, 유동층의 오버플로우 배출구(15)를 통하여 유동층 밖으로 배출되는 것을 막기 위해, 구멍의 크기가 고형물체(30)보다 작은 철망을 전열관(23) 배열의 상부에 설치한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 오염물질이 다량으로 포함된 고온 배가스가 열교환기 본체(10)의 배가스 유입구(11)로 유입된다. 열교환기 본체(10)의 배가스 수직 유로에 유동층의 다공판(22)이 있으며, 열교환기로 유입된 배가스는 다공판(22)의 구멍을 통과하여 상부로 올라간다.
이에 따라, 다공판(22)의 상부에 물 유동층(21)이 형성되고, 물 유동층(21) 내에 열교환기의 전열관(23) 어레이가 설치되어 있다. 그리고 전열관(23) 어레이 상부에는 고형물체(30)가 통과하지 못하도록 구멍이 고형물체 크기보다 작은 철망(24)이 설치되어 있다.
전열관(23) 사이의 공간에 다수의 청소용 고형물체(30)가 투입되고, 청소용 고형물체(30)들은 물의 유동화로 인하여 전열관(23) 배열 사이의 공간 내에서 비교적 자유롭게 이동하며, 전열관(23)의 표면과 충돌한다.
또한 고형물체(30)는 하부로는 다공판(22)과 충돌하며, 상부로는 철망(24)과 충돌한다. 그리고 고형물체(30)끼리 서로 충돌한다. 이에 따라, 전열관(23) 어레이 내의 전열면, 다공판(22) 그리고 철망(24)의 표면에 배가스에 함유된 오염물질이 부착되는 것을 방지하여, 파울링 문제를 해결할 수 있다.
이 경우, 전열면은 어느 정도 질량이 있는 고형물체(30)의 모서리 부분과 충돌하게 되며, 이에 따라 고형물체(30)의 크기 및 질량 그리고 충돌속도와 횟수에 따라, 충돌에 의한 열교환기의 청소 성능을 조절할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 세정수가 저장되는 세정수탱크(40)와, 세정수탱크(40)의 세정수 공급부(41)와 본체(10) 상단 일측에 구비되는 세정수 유입구(14) 사이에 연결된 세정수배관(42)과, 세정수배관(42) 일측에 구비되어 세정수탱크(40) 내의 세정수를 본체(10) 내 물 유동층 유닛(20) 상부로 유입시키는 세정수펌프(43)를 포함하고 있음을 알 수 있다.
그리고 본체(10) 상부 일측에 구비되는 오버플로우 배출구(15)와, 이러한 오버플로우 배출구(15)와 세정수 탱크(40)의 오버플로우 유입관(44) 사이에 연결된 오버플로우관(16)을 포함하여 구성된다.
즉, 열교환기 본체(10)의 하부에 세정수탱크(40)가 있으며, 세정수탱크(40)의 측면 하부에 세정수배관(42)가 있으며, 세정수배관(42)은 세정수탱크(40)와 세정수펌프(43)가 연결되며, 세정수펌프(43)가 작동하면, 열교환기(100)의 물 유동층(21)의 상부 벽면의 세정수유입구(14)로 연결된 세정수배관(42)을 통하여 물 유동층(21)으로 세정수가 유입된다.
이로써, 열교환기 본체(10)에 형성된 물 유동층(21)의 높이가 올라가며, 열교환기 본체(10)의 벽면에 설치된 오버플로우관(16)을 통하여 하부의 세정수탱크(40)로 보내진다. 이에 따라, 물 유동층(21)의 높이는 오버플로우 배출구(15)의 높이로 비교적 일정하게 유지된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 세정수탱크(40) 하부 일측에 구비되어 세정수탱크(40) 내의 오염수를 배출시키는 드레인 배관(44)과, 이러한 드레인 배관(44) 일측에 구비된 드레인 밸브(45), 및 보충수를 보충하기 위한 보충수 유입구(46)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다
따라서 제어부(50)는 세정수펌프(40)를 제어하여 물 유동층 유닛(20)의 수위를 조절할 수 있다. 이때, 물 유동층(21)의 수위를 측정하는 제1수위센서(26)를 포함할 수도 있다.
그리고 제어부(50)는 드레인 밸브(45)를 제어하여 오염수 배출을 조절할 수 있다. 이때, 세정수 탱크(40) 내의 수위를 측정하는 제2수위센서(47)에서 측정된 값을 기반으로 할 수 있으며, 오염도 측정부(48)에 의해 오염도를 측정하여 측정값이 설정된 값을 초과하는 경우 드레인 밸브(45)를 개방하여 오염물질이 포함된 세정수 탱크(40) 내의 오염수를 배출하고, 보충수 유입구(46)를 통해 보충수를 공급할 수 있다.
즉, 열교환기(100)가 가동하는 동안, 물 유동층(21)에서 포집되는 배가스 내의 오염물질이 축적되는 것을 줄이기 위하여 세정수 탱크(40)로 깨끗한 보충수가 보충되며, 세정수 탱크(40) 내의 오염물질을 함유한 세정수는 세정수 탱크(40)의 하단벽면에 설치된 드레인 배관(44)을 통하여 외부로 배출된다.
물 유동층(21)의 다공판(22)의 구멍을 통과한 오염물질을 함유한 배가스는 다공판(22) 상부에 형성된 물 유동층(21)을 통과하면서, 먼지와 산성 가스와 같은 오염물질이 제거되며, 전열관(23) 상부의 철망(24)을 통과하여, 열교환기 본체(10)의 상부에 있는 배가스 배출구(13)를 통하여 오염물질이 제거된 비교적 깨끗한 배가스가 밖으로 배출된다.
고온 배가스가 다공판(22)의 구멍을 고속으로 통과하며, 다공판(22) 상부의 물을 유동화하며, 이에 따라 전열관(23) 표면에서의 열전달율이 크게 촉진되며, 고온 배가스의 현열과 배가스 내에 포함된 수증기의 응축 잠열까지 효율적으로 회수하여, 전열관(23) 내의 급수를 가열한다.
물 유동층(21)의 물에 포집된 먼지와 같은 오염물질은 전열관(23) 표면에 부착되어 열교환기(100)의 파울링 문제를 발생시킨다. 이에 따라, 앞서 언급한 본 발명의 실시예에서는 물 유동층(21) 내에 다수의 고형물체(30)를 투입하여, 다공판(22)의 구멍을 고속으로 통과하는 분출류에 의하여 상승하고, 자체 중량에 의하여 하강하며, 유동층(21) 내에서 비교적 자유롭게 유동화되며, 이러한 고형물체(30)는 전열관(23) 표면, 다공판(22), 그리고 철망(24)과 충돌하며, 또한 고형물체(30)끼리 서로 충돌하여 열교환기의 유동층(21) 내의 배가스 접촉면에서 오염물질이 부착되는 것을 방지하여, 열교환기(100)의 청소 성능을 크게 증대시켜, 열교환기(100)의 극심한 파울링 문제를 효과적으로 해결할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1b:저면판
2:열교환 전열관
3:다공판
4:물방울 제거필터(데미스터)
5a,5b:배가스 유동통로
6:배기가스유입구
7:자동조절밸브
8:배기가스 배출구
9:바이패스관
10:열교환기 본체
11:배가스유입구
12:배가스공급수단
13:배가스배출구
14:세정수유입구
15:오버플로우 배출구
16:오버플로우관
20:물 유동층 유닛
21:물 유동층
22:다공판
23:전열관
24:철망
25:급수펌프
26:제1수위센서
30:고형물체
40:세정수탱크
41:세정수공급구
42:세정수배관
43:세정수펌프
44:드레인배관
45:드레인밸브
46:보충수유입구
47:제2수위센서
48:오염도측정부
50:제어부
100:고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기

Claims (5)

  1. 물 유동층 열교환기에 있어서,
    산업공정에서 발생된 배가스가 유입되는 배가스 유입구와, 타단에 냉각된 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 갖는 열교환기 본체;
    상기 본체 내에 구비되며, 유입된 배가스가 통과되는 다공판과, 상기 다공판 상부측에 물 유동층으로 구성되며, 상기 물 유동층 내에 구비되어 내부로 급수가 유입되는 다수의 전열관으로 구성되는 전열관 어레이가 침지되며 상기 배가스의 응축잠열과 현열을 흡수하여 상기 급수를 가열하고, 상기 물 유동층 상부에 매쉬부재를 갖는 물 유동층 유닛; 및
    상기 물 유동층에 위치되며, 물의 유동화로 인하여 상기 전열관 사이공간 내에서 유동하며, 상기 전열관 표면과 충돌하여 상기 전열관 표면의 오염물질을 제거하는 고형물체;를 포함하고, 상기 물 유동층 유닛을 통과한 배가스는 상기 배가스 배출구로 배출되고,
    상기 고형물체는 상기 전열관 사이공간 내에서 유동하며, 상기 오염물질이 상기 전열관 표면, 상기 다공판 및 상기 매쉬부재 표면에 부착되는 것을 방지하고,
    상기 고형물체는 모서리 부분을 갖는 다면체로서, 상기 고형물체의 크기, 질량, 충돌속도 및 충돌횟수에 따라 상기 열교환기의 청소성능을 조절하며,
    상기 고형물체의 크기는 5 ~ 20mm이고, 상기 다공판의 천공크기와 상기 매쉬부재의 구멍크기보다 크며, 유효밀도는 0.5 ~ 2.0 g/cm3이며,
    상기 전열관의 사이간격은 15 ~ 30mm인 것을 특징으로 하는 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    내부에 세정수가 저장되는 세정수탱크와, 세정수탱크의 세정수 공급부와 상기 본체 상단 일측에 구비되는 세정수 유입구 사이에 연결된 세정수배관과, 상기 세정수배관 일측에 구비되어 상기 세정수탱크 내의 세정수를 상기 본체 내 상기 물 유동층 유닛 상부로 유입시키는 세정수펌프와, 상기 본체 상부 일측에 구비되는 오버플로우 배출구와, 상기 오버플로우 배출구와 상기 세정수 탱크의 오버플로우 유입관 사이에 연결된 오버플로우관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 세정수탱크 하부 일측에 구비되어 상기 세정수 탱크 내의 오염수를 배출시키는 드레인 배관과, 상기 드레인 배관 일측에 구비된 드레인 밸브와, 상기 세정수펌프를 제어하여 상기 물 유동층 유닛의 수위를 조절하고, 상기 드레인 밸브를 제어하여 상기 오염수 배출을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기.
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