KR102513327B1 - Gas-gas tube heat exchanger including insert with irregular pitch - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 유용가스가 유동하는 튜브; 상기 유용가스가 제1 방향에서 제2 방향으로 이동하며 상기 튜브의 외부에서 유동하는 배가스와 열교환을 수행하는 열교환부; 및 상기 튜브 내부에 상기 튜브의 종축을 따라 나선 형태의 시트가 연속적으로 배치되는 삽입물;을 포함하며, 상기 삽입물은, 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 갈수록 피치가 감소하는 형태로 배치될 수 있다. 이를 통해 기체의 압력손실을 최소화시켜 튜브 끝까지 기체의 유동을 교란시키고 전체 열전달효율을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a gas-gas tube heat exchanger including an insert having a non-uniform pitch, and according to an embodiment of the present invention, a tube through which useful gas flows; a heat exchanger which moves the useful gas from a first direction to a second direction and exchanges heat with the exhaust gas flowing outside the tube; and an insert in which spiral sheets are continuously disposed inside the tube along a longitudinal axis of the tube, wherein the insert may be disposed in a form in which a pitch decreases from the first direction to the second direction. there is. Through this, it is possible to minimize the pressure loss of the gas, disturb the flow of the gas to the end of the tube, and improve the overall heat transfer efficiency.

Description

불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기{GAS-GAS TUBE HEAT EXCHANGER INCLUDING INSERT WITH IRREGULAR PITCH}Gas-gas tube heat exchanger with an insert having a non-uniform pitch {GAS-GAS TUBE HEAT EXCHANGER INCLUDING INSERT WITH IRREGULAR PITCH}

본 발명은 불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a gas-gas tube heat exchanger comprising an insert having a non-uniform pitch.

기존의 가스-가스 튜브열교환기는 폐가스의 배열회수를 통해 유용가스(useful gas)를 가열하여 에너지 절감 및 반응 효율을 상승시켰다. 튜브 외부로 흐르는 배가스(flue gas)는 연료에 포함된 분진이나 금속 부식을 일으키는 황성분 등을 포함하여 열전달 효율이 떨어지는 바, 열전달을 향상시켜야 하는 문제점이 존재 하였으며, 이를 해결하고 튜브 내부의 열전달을 촉진하기 위해 튜브 내부에 핀이나 삽입물을 장착하였다.Conventional gas-gas tube heat exchangers save energy and increase reaction efficiency by heating useful gas through heat recovery of waste gas. The flue gas flowing outside the tube has poor heat transfer efficiency, including dust contained in fuel or sulfur components that cause metal corrosion, so there was a problem to improve heat transfer. Solving this problem and promoting heat transfer inside the tube To do this, a pin or insert was installed inside the tube.

종래 발명은 균일한 이중 나선 형태로서 튜브 입구부터 출구까지 동일한 간격으로 이격된 나선 형태의 삽입물을 튜브열교환기 내에 설치하였다. 그러나, 종래 삽입물을 튜브 내부에 설치할 경우, 난류 강도가 증가되며 전열 성능은 증가하지만 튜브 내부에 흐르는 유용가스의 압력손실이 커져 요구되는 펌핑파워가 증가하게 되었다.In the prior invention, spiral-shaped inserts spaced at equal intervals from the tube inlet to the outlet in the form of a uniform double spiral were installed in the tube heat exchanger. However, when the conventional insert is installed inside the tube, the intensity of turbulence increases and the heat transfer performance increases, but the pressure loss of the useful gas flowing inside the tube increases, resulting in an increase in required pumping power.

특히, 유체는 유체가 유입되는 튜브 입구에서는 입구효과로 충분한 열전달 계수를 가지지만, 유체가 튜브 내부를 지나면서 열전달이 수행되면 열경계층 성장하여 튜브 출구에서는 열전달계수는 감소하는 경향이 나타나게 되는 바, 유용가스의 압력손실이 커지면서 튜브 출구 쪽에서의 기체 유동 및 튜브 열전달에 문제가 발생할 수 있다.In particular, the fluid has a sufficient heat transfer coefficient due to the inlet effect at the entrance of the tube into which the fluid flows, but when the heat transfer is performed as the fluid passes through the inside of the tube, the thermal boundary layer grows and the heat transfer coefficient tends to decrease at the tube outlet, As the pressure loss of the useful gas increases, problems may occur in gas flow and tube heat transfer at the outlet of the tube.

따라서, 열을 전달시키는 전열 성능을 향상시키면서 튜브 입구부터 출구까지 유용가스가 유동할 수 있도록 압력손실을 최소화하는 삽입물의 형상 변화가 필요하게 되었다.Therefore, it is necessary to change the shape of the insert to minimize pressure loss so that useful gas can flow from the inlet to the outlet of the tube while improving heat transfer performance.

(특허문헌 1) US4823865 A (Patent Document 1) US4823865 A

본 발명은 튜브 내에 설치되어 튜브 입구부터 출구로 갈수록 피치가 점차 감소하는 삽입물을 삽입하여 가스- 가스 열교환기의 전열성능을 향상시킴과 동시에 유용가스의 압력손실을 최소화시키는, 불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기를 제공하고자 한다.The present invention is an insert with a non-uniform pitch, which is installed in a tube and has a gradually decreasing pitch from the inlet to the outlet of the tube, thereby improving the heat transfer performance of the gas-gas heat exchanger and minimizing the pressure loss of useful gas. It is intended to provide a gas-gas tube heat exchanger that includes this.

본 발명의 일 실시예에 따른 불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기는 내부에 유용가스가 유동하는 튜브; 상기 유용가스가 제1 방향에서 제2 방향으로 이동하며 상기 튜브의 외부에서 유동하는 배가스와 열교환을 수행하는 열교환부; 상기 튜브 내부에 상기 튜브의 종축을 따라 나선 형태의 시트가 연속적으로 배치되는 삽입물; 및 상기 유용가스가 유동하는 방향을 따라서 상기 삽입물을 감싸는 스프링 링을 포함하며, 상기 삽입물 및 상기 스프링 링은, 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 갈수록 피치가 감소하는 형태로 배치되고, 상기 스프링 링은 상기 삽입물을 통해 상기 튜브 내벽에 타이트하게 접촉되도록 구성되고, 상기 삽입물 및 상기 스프링 링의 상단 및 하단의 높이가 일정할 수 있다.A gas-gas tube heat exchanger including an insert having a non-uniform pitch according to an embodiment of the present invention includes a tube through which useful gas flows; a heat exchanger which moves the useful gas from a first direction to a second direction and exchanges heat with the exhaust gas flowing outside the tube; an insert in which spiral sheets are continuously disposed inside the tube along the longitudinal axis of the tube; and a spring ring surrounding the insert along a direction in which the useful gas flows, wherein the insert and the spring ring are disposed in a form in which a pitch decreases from the first direction to the second direction, wherein the spring The ring is configured to tightly contact the inner wall of the tube through the insert, and heights of upper and lower ends of the insert and the spring ring may be constant.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 삽입물은, 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 갈수록 상기 삽입물 간의 밀도가 높아지는 형태로 배치될 수 있다.In addition, the inserts according to an embodiment of the present invention may be disposed in a form in which a density between the inserts increases from the first direction to the second direction.

더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 삽입물은, 균일한 제1 피치와 제1 밀도를 가진 제1 구간과, 균일한 제2 피치와 제2 밀도를 가진 제2 구간을 포함하며, 상기 제2 피치는 제1 피치보다 작고, 상기 제2 밀도는 제1 밀도보다 높으며, 상기 삽입물에서 상기 제1 구간에서 상기 제2 구간으로 변경되는 구간의 시트는, 상기 제1 구간 시트와 상기 제2 구간 시트 사이의 시트 간 나사 각도의 차이(θ)가 있도록 배치될 수 있다.In addition, the insert according to an embodiment of the present invention includes a first section having a uniform first pitch and a first density, and a second section having a uniform second pitch and a second density, 2 pitch is smaller than the first pitch, the second density is higher than the first density, and the sheet of the section changed from the first section to the second section in the insert, the first section sheet and the second section It may be arranged so that there is a difference (θ) in the screw angle between the sheets.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 삽입물은 표면에 일정한 간격으로 형성된 복수의 딤플 또는 천공을 포함할 수 있다.Meanwhile, the insert according to an embodiment of the present invention may include a plurality of dimples or perforations formed on the surface at regular intervals.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 열교환부는, 상기 열교환부 외부에 결합된 복수의 열교환핀을 더 포함하며, 상기 튜브는, 상기 튜브의 외부에서 유동하는 배가스와 반복하여 크로스되도록 구불구불하게 배치되고, 내부에서 유동하는 유용가스가 상기 배가스의 반대방향으로 유동하는 대향류를 형성하도록 구성될 수 있다.In addition, the heat exchange unit according to an embodiment of the present invention further includes a plurality of heat exchange fins coupled to the outside of the heat exchange unit, and the tube is meandered so as to repeatedly cross with the exhaust gas flowing outside the tube. Arranged, useful gas flowing inside may be configured to form a counter flow flowing in the opposite direction of the exhaust gas.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 삽입물은, 상기 유용가스가 유동하는 방향을 따라서 상기 삽입물을 감싸는 스프링 링을 더 포함하며, 상기 스프링 링은 상기 삽입물을 통해 상기 튜브 내벽에 타이트하게 접촉되도록 구성될 수 있고, 상기 스프링 링은, 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 갈수록 피치가 감소하도록 배치될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the insert further includes a spring ring surrounding the insert along a direction in which the useful gas flows, and the spring ring is in tight contact with the inner wall of the tube through the insert. may be configured, and the spring ring may be disposed such that a pitch decreases from the first direction to the second direction.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기체가 접촉되는 전열 면적을 넓히고 전열성능을 증가시켜 열전달 효율을 향상시킴과 동시에, 튜브 입구에서 출구로 흐르는 기체의 압력손실을 최소화시켜 튜브 끝까지 기체의 유동을 교란시키고 열전달계수의 레버리지 효과를 극대화하여 전체 열전달효율을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the heat transfer area in contact with gas is widened and the heat transfer performance is increased to improve heat transfer efficiency, and at the same time, the flow of gas to the end of the tube is disturbed by minimizing the pressure loss of the gas flowing from the inlet to the outlet of the tube. It is possible to improve the overall heat transfer efficiency by maximizing the leverage effect of the heat transfer coefficient.

도 1은 본 발명의 일 실시형태가 적용되는 가스-가스 튜브열교환기의 구성 개략도를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 불균일 피치(irregular pitch)를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기의 횡단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 타입 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기의 횡단면도이다.
도 2c는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 하이브리드 타입 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 불균일 피치(irregular pitch)를 구비한 삽입물의 표면에 패턴을 적용한 삽입물의 사시도를 도시한 것이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas-gas tube heat exchanger to which an embodiment of the present invention is applied.
Figure 2a is a cross-sectional view of a gas-gas tube heat exchanger including an insert having an irregular pitch according to an embodiment of the present invention.
Figure 2b is a cross-sectional view of a gas-gas tube heat exchanger including a hybrid type insert according to an embodiment of the present invention.
Figure 2c is a cross-sectional view of a gas-gas tube heat exchanger including a hybrid type insert according to another embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of an insert in which a pattern is applied to the surface of the insert having an irregular pitch according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 도면부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, it will be described in detail through exemplary drawings of the present invention. Note that in adding reference numerals to components of each drawing, the same components have the same reference numerals as much as possible, even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시형태가 적용되는 가스-가스 튜브열교환기의 구성 개략도를 도시한 것이며, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 불균일 피치(irregular pitch)를 구비한 삽입물(insert)이 포함된 가스-가스 튜브열교환기의 횡단면도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas-gas tube heat exchanger to which an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2a is an insert having an irregular pitch according to an embodiment of the present invention. This is a cross-sectional view of the included gas-gas tube heat exchanger.

도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기는 내부에 유용가스가 유동하는 튜브(10), 상기 유용가스가 제1 방향에서 제2 방향으로 이동하며 상기 튜브(10)의 외부에서 유동하는 배가스와 열교환을 수행 열교환부(100) 및 상기 튜브(10) 내부에 상기 튜브의 종축을 따라 나선 형태의 시트가 연속적으로 배치되는 삽입물(200)을 포함하며, 상기 삽입물(200)은, 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 갈수록 피치가 감소하는 형태로 배치될 수 있다.1 and 2a, the gas-gas tube heat exchanger including an insert having a non-uniform pitch according to an embodiment of the present invention includes a tube 10 in which useful gas flows, the useful gas It moves from the first direction to the second direction and performs heat exchange with the flue gas flowing outside the tube 10. A spiral sheet is continuously formed inside the heat exchange unit 100 and the tube 10 along the longitudinal axis of the tube. The insert 200 may be disposed in a form in which a pitch decreases from the first direction to the second direction.

구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 고온의 배가스(flue gas)가 열교환부(100)가 설치된 튜브(10) 외부에서 흐르며, 저온의 유용가스(process gas)가 튜브(10) 내부에서 흐른다. 즉, 유용가스가 흐르는 튜브(10)와, 배가스가 흐르는 별도의 외부 튜브가 존재하고, 상기 튜브(10)와 외부 튜브(20) 사이에 설치된 열교환기(100)를 통해서 열교환을 수행할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 1, high-temperature flue gas flows outside the tube 10 in which the heat exchange unit 100 is installed, and low-temperature process gas flows inside the tube 10. . That is, there is a tube 10 through which useful gas flows and a separate external tube through which exhaust gas flows, and heat exchange can be performed through the heat exchanger 100 installed between the tube 10 and the external tube 20 .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 열교환부(100)는, 상기 열교환부(100) 외부에 결합된 복수의 열교환핀(110)을 더 포함하며, 상기 튜브(10)는, 상기 튜브(10)의 외부에서 유동하는 배가스와 반복하여 크로스되도록 구불구불하게 배치되고, 내부에서 유동하는 유용가스가 상기 배가스의 반대방향으로 유동하는 대향류를 형성하도록 구성될 수 있다.In addition, the heat exchange unit 100 according to an embodiment of the present invention further includes a plurality of heat exchange fins 110 coupled to the outside of the heat exchange unit 100, and the tube 10 includes the tube ( 10) is meanderingly arranged to repeatedly cross with the exhaust gas flowing from the outside, and the useful gas flowing inside may be configured to form a counter flow in which the useful gas flows in the opposite direction of the exhaust gas.

배가스가 외부 튜브(20)의 입구(flue gas inlet)에서 출구(flue gas outlet)로 흐르며, 유용가스가 열교환부(100)가 설치된 튜브(10)의 입구(Process gas inlet)에서 출구(Process gas outlet)로 흐른다.The exhaust gas flows from the flue gas inlet to the outlet of the external tube 20, and the useful gas flows from the process gas inlet to the outlet of the tube 10 in which the heat exchange unit 100 is installed. outlet).

이때, 열교환부(100)는 튜브(10) 내에 흐르는 유용가스와 외부 튜브(20) 내에 흐르는 배가스와 열교환을 수행할 수 있도록 상기 튜브(10)와 외부 튜브(20)가 크로스되게 배치되는 구간에 배치될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 배가스와 유용가스가 열교환을 수행할 수 있는 전열 면적을 증가시키기 위해 열교환부(100)와 여러 번 크로스되도록 구불구불한 형태로 배치할 수 있다.At this time, the heat exchange unit 100 is located in a section where the tube 10 and the outer tube 20 are disposed so as to exchange heat with the useful gas flowing in the tube 10 and the exhaust gas flowing in the outer tube 20. As shown in FIG. 1, it may be arranged in a meandering shape so as to cross the heat exchange unit 100 several times in order to increase a heat transfer area in which exhaust gas and useful gas can perform heat exchange.

또한, 배가스는 튜브(10)의 좌측에서 우측으로 유동할 때, 유용가스는 우측에서 좌측으로 유동시켜 서로 반대방향으로 유동되도록 하는 대향류를 형성할 수 있다. 이를 통해 열교환 효율을 극대화할 수 있다.In addition, when the exhaust gas flows from the left side of the tube 10 to the right side, the useful gas can flow from the right side to the left side to form countercurrents that flow in opposite directions. Through this, the heat exchange efficiency can be maximized.

또한, 열교환부(100)의 외부에 복수의 열교환핀을 더 배치하여, 열교환핀(110) 사이를 통과하는 공기와 열교환 면적이 넓혀져 튜브(10)에 흐르는 배가스와의 열전달성능을 더 향상시킬 수 있다.In addition, by further disposing a plurality of heat exchange fins outside the heat exchange unit 100, the heat exchange area with the air passing between the heat exchange fins 110 is widened to further improve the heat transfer performance with the flue gas flowing through the tube 10. can

더하여, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 튜브(10) 내부에 연속적으로 형성된 나선 형태의 삽입물(twisted tape insert)(200)을 배치할 수 있고, 튜브(10) 내부에서 유동하는 유용가스가 제1 방향에서 제2 방향으로 이동하면, 상기 삽입물(200)은 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 갈수록 피치가 감소하는 형태로 배치될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2A, a twisted tape insert 200 continuously formed inside the tube 10 may be disposed, and the useful gas flowing inside the tube 10 may When moving from the direction to the second direction, the insert 200 may be disposed in a form in which a pitch decreases from the first direction to the second direction.

삽입물(200)은 튜브(10)에 내장되어 튜브(10)에 유통되는 가스를 와류시키거나 열교환율을 증대시키도록 가스의 유통 진행상태를 일정하게 안내하는 것이다.The insert 200 is built into the tube 10 to vortex the gas flowing through the tube 10 or guide the flow of the gas to a constant state so as to increase the heat exchange rate.

우선, 나선 형태인 삽입물(200)의 피치는 나선을 따라 한 점이 축 주위를 한 바퀴 돌 때의 축 방향 이동 거리이며, 본 발명의 일 예시로서, 상기 삽입물(200)은 별도의 구간 없이 제1 방향에서 제2 방향으로 갈수록 삽입물(200)의 피치를 감소시킬 수 있다.First, the pitch of the insert 200 in the form of a spiral is an axial movement distance when a point along the spiral rotates around the axis once, and as an example of the present invention, the insert 200 has a first It is possible to decrease the pitch of the insert 200 toward the second direction in the direction.

또는, 도 2a 에 도시된 바와 같이, 삽입물(200)은 제 1 구간(Lc), 제2 구간(Lm), 제3 구간(Ld)을 포함하고, 제1 구간은 제1 피치(Pc), 제2 구간은 제2 피치(Pm), 제3 구간은 제3 피치(Pd)의 삽입물(200)이 배치될 수 있으며, Pc＞Pm＞Pd 일 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 2A , the insert 200 includes a first section Lc, a second section Lm, and a third section Ld, the first section having a first pitch Pc, In the second section, the insert 200 having a second pitch Pm and a third pitch Pd may be disposed, and Pc>Pm>Pd.

즉, 삽입물(200)을 튜브(10) 내부에 배치할 때, 균일한 피치를 가진 일정 구간을 배치하고, 상기 구간보다 짧은 피치를 균일하게 배치한 다음 구간을 배치할 수 있다.That is, when placing the insert 200 inside the tube 10, a certain section having a uniform pitch may be arranged, and a section may be arranged after uniformly disposing a pitch shorter than the section.

이는, 연소용공기, 기체연료, 공정 가스 등을 포함하는 유용가스의 높은 열저항때문에 튜브(10) 내부에 삽입물(200)을 설치하여 튜브(10) 내부의 난류 강도를 높여 전열 성능을 향상시키고, 튜브(10)의 출구에 가까워질수록 상기 삽입물(200)에 의해 압력손실이 증가하여 열전달계수가 감소하는 것을 보완하기 위해 삽입물(200)의 피치를 감소시켜 튜브(10)와 열교환부(100) 내부의 기체 유동을 교란시켜 열전달 효율이 끝가지 유지되도록 하는 것이다.This is because of the high thermal resistance of useful gases including air for combustion, gaseous fuel, process gas, etc., by installing the insert 200 inside the tube 10 to increase the intensity of turbulence inside the tube 10 to improve the heat transfer performance In order to compensate for the decrease in the heat transfer coefficient due to the increase in pressure loss caused by the insert 200 as it approaches the outlet of the tube 10, the pitch of the insert 200 is reduced so that the tube 10 and the heat exchange unit 100 ) is to perturb the gas flow inside so that the heat transfer efficiency is maintained to the end.

따라서, 유용가스가 유동하는 방향대로 삽입물(200)의 피치를 감소시켜 배치할 수 있다. 다만, 상기 구간의 개수는 예시적인 실시예일뿐이며 상기 실시예로 청구범위가 제한되는 것은 아니다.Accordingly, the pitch of the insert 200 may be reduced in the direction in which the useful gas flows. However, the number of sections is only an exemplary embodiment, and the claims are not limited to the embodiment.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 삽입물(200)은, 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 갈수록 상기 삽입물(200) 간의 밀도가 높아지는 형태로 배치될 수 있다.In addition, the inserts 200 according to an embodiment of the present invention may be disposed in a form in which a density between the inserts 200 increases from the first direction to the second direction.

도 2a에 도시된 바와 같이, 삽입물(200)은 제 1 구간(Lc), 제2 구간(Lm), 제3 구간(Ld)을 포함하고, 제1 구간은 제1 피치(Pc), 제2 구간은 제2 피치(Pm), 제3 구간은 제3 피치(Pd)의 삽입물(200)이 배치될 수 있으며, Pc＞Pm＞Pd 이며, 제1 구간(Lc), 제2 구간(Lm), 제3 구간(Ld)에 배치된 삽입물의 개수는 모두 동일하다.As shown in FIG. 2A, the insert 200 includes a first section Lc, a second section Lm, and a third section Ld, and the first section includes a first pitch Pc and a second section Lc. The insert 200 of the second pitch (Pm) and the third pitch (Pd) may be disposed in the section, Pc>Pm>Pd, and the first section (Lc) and the second section (Lm) , the number of inserts disposed in the third section (Ld) is all the same.

따라서, 제1 구간의 밀도(Dc), 제2 구간의 밀도(Dm), 제 3 구간의 밀도(Dd)는, Dd＞Dm＞Dc로 피치의 길이와 반비례한다.Therefore, the density (Dc) of the first section, the density (Dm) of the second section, and the density (Dd) of the third section are in inverse proportion to the length of the pitch as Dd > Dm > Dc.

즉, 유용가스 흐름방향인 제1 방향에서 제2 방향으로 동일한 피치를 가진 삽입물의 구간의 길이도 감소하게끔 배치하여, 가스의 흐름방향으로 조밀한 피치를 형성하며, 이를 통해 열전달계수의 레버리지 효과를 극대화하여 열전달효율을 향상시킬 수 있다.That is, by arranging the length of the section of the insert having the same pitch from the first direction to the second direction, which is the useful gas flow direction, to decrease, a dense pitch is formed in the gas flow direction, thereby reducing the leverage effect of the heat transfer coefficient. It can be maximized to improve the heat transfer efficiency.

더하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 삽입물(200)의 피치의 변화가 발생하는 제1 구간(Lc)와 제2 구간(Lm) 사이, 또는 제2 구간(Lm)과 제3 구간(Ld)의 사이에 위치한 삽입물(200a, 200b)은 제1 구간(Lc)의 피치(Pc)와 제2 구간(Lm)의 피치(Pm) 또는 제2 구간(Lm)의 피치(Pm)와 제3 구간(Ld)의 피치(Pd)를 모두 구비하게 된다.In addition, according to one embodiment of the present invention, between the first section (Lc) and the second section (Lm), or between the second section (Lm) and the third section (Ld) where a change in the pitch of the insert 200 occurs. ) The inserts 200a and 200b located between the pitch Pc of the first section Lc and the pitch Pm of the second section Lm or the pitch Pm of the second section Lm and the third section Lc. All of the pitches Pd of the section Ld are provided.

이때, 상기 삽입물(200a, 200b)의 나선형 시트간의 각도(θ')의 차이(θ)를 조절할 수 있다. 나선 형태인 삽입물의 시트 간 나사 각도는 나선의 접선과 상기 나선이 놓인 가상의 원통 축에 직각인 평면 사이의 예각을 의미한다. At this time, the difference (θ) of the angle (θ′) between the spiral sheets of the inserts 200a and 200b may be adjusted. The screw angle between the sheets of a spiral-shaped insert means the acute angle between the tangent of the spiral and the plane perpendicular to the imaginary axis of the cylinder on which the spiral lies.

예를 들어, 상기 삽입물(200a)은 제1 피치(Pc)와 제2 피치(Pm)를 가진 나선형 시트가 반씩 설치되어 있는 바, 제1 피치(Pc)를 가진 부분이 이루는 나사 각도와 제2 피치(Pm)를 가진 부분이 이루는 나사 각도의 차이를 시트 간 나사 각도를 조절할 수 있는 것이다. 즉, 제1 피치(Pc)를 가진 시트와 제2 피치(Pm)를 가진 시트의 만나는 지점에서의 나사 각도(θ')를 조절할 수 있으며, 상기 제1 피치(Pc)를 가진 시트와 제2 피치(Pm)를 가진 시트의 나사 각도의 차이(θ)를 조절할 수 있다.For example, in the insert 200a, halves of spiral sheets having a first pitch Pc and a second pitch Pm are installed, and the screw angle formed by the portion having the first pitch Pc and the second pitch The difference between the screw angles formed by the parts with the pitch (Pm) can be adjusted to the screw angle between the sheets. That is, it is possible to adjust the screw angle θ′ at the point where the sheet having the first pitch Pc and the sheet having the second pitch Pm meet, and the sheet having the first pitch Pc and the second pitch Pc may be adjusted. The difference (θ) of the screw angle of the sheet having the pitch (Pm) can be adjusted.

구체적으로, 상기 θ=0°일 때, 제1 피치(Pc)와 제2 피치(Pm)를 가진 나선형 시트는 연속적으로 붙어져 있고, θ＞0°일 때, 피치가 동일하지 않은 나선형 시트는 한 점에서 만난다. 상기 각도를 조절하여 피치가 상이한 나선형 시트 사이의 간격이 조절되며 이를 이용하여 열전달 효율을 극대화할 수 있다.Specifically, when θ = 0 °, the spiral sheets having the first pitch Pc and the second pitch Pm are continuously attached, and when θ > 0 °, the spiral sheets having unequal pitches meet at one point. By adjusting the angle, the distance between the spiral sheets having different pitches is adjusted, and heat transfer efficiency can be maximized by using this.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 삽입물은, 균일한 제1 피치와 제1 밀도를 가진 제1 구간과, 균일한 제2 피치와 제2 밀도를 가진 제2 구간을 포함하며, 상기 제2 피치는 제1 피치보다 작고, 상기 제2 밀도는 제1 밀도보다 높으며, 상기 삽입물에서 상기 제1 구간에서 상기 제2 구간으로 변경되는 구간의 시트는, 상기 제1 구간 시트와 상기 제2 구간 시트 사이의 시트 간 나사 각도의 차이(θ)가 있도록 배치될 수 있다.Accordingly, the insert according to an embodiment of the present invention includes a first section having a uniform first pitch and a first density, and a second section having a uniform second pitch and a second density, 2 pitch is smaller than the first pitch, the second density is higher than the first density, and the sheet of the section changed from the first section to the second section in the insert, the first section sheet and the second section It may be arranged so that there is a difference (θ) in the screw angle between the sheets.

상술한 실시예를 통해 튜브(10)와 열교환부(100)가 입구에서 출구까지 열전달 효율을 높게 유지할 수 있으며, 전열성능이 증가될 수 있다.Through the above-described embodiment, the heat transfer efficiency of the tube 10 and the heat exchanger 100 from the inlet to the outlet can be maintained high, and the heat transfer performance can be increased.

또한, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 타입 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기의 횡단면도로서, 도 2b와 2c에 도시된 바와 같이, 하이브리드 타입 삽입물(insert)는 튜브(10)에 장착된 나선 형태의 삽입물(twisted tape insert)(200)을 스프링 링(spring ring)(210)이 감싸고 있는 형태일 수 있다.In addition, Figures 2b and 2c is a cross-sectional view of a gas-gas tube heat exchanger including a hybrid type insert according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 2b and 2c, the hybrid type insert (insert) is a tube A spring ring 210 may be wrapped around a twisted tape insert 200 mounted on 10 .

본 발명의 일 실시형태에 따른 나선 형태의 삽입물(200)은 튜브(10) 내벽과 스프링 링(210)을 사이에 두고 타이트하게 배치될 수 있으며, 추가로 설치된 스프링 링(210)이 튜브 벽에서 성장하는 열경계층을 억제할 수 있다.The spiral-shaped insert 200 according to an embodiment of the present invention may be tightly placed with the inner wall of the tube 10 and the spring ring 210 interposed therebetween, and the additionally installed spring ring 210 is installed on the tube wall. The growing thermal boundary layer can be suppressed.

또한, 스프링 링(210)은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 나선 형태의 삽입물(200)과 같이 유용 가스가 흐르는 제1 방향에서 제2 방향으로 갈수록 피치가 감소하도록, 즉, 밀도가 더 조밀하게 배치될 수 있다. In addition, as shown in FIG. 2B, the spring ring 210 has a pitch that decreases from the first direction through which the useful gas flows to the second direction, that is, the density is more dense, like the spiral insert 200. can be placed appropriately.

또는, 스프링 링(210)은, 도 2c에 도시된 바와 같이, 비균일 피치를 구비한 나선 형태의 삽입물(200)과 달리, 피치 또는 밀도가 균일하게 배치될 수도 있다. 상술한 내용과 동일한 내용은 중복을 피하기 위해 생략하기로 한다.Alternatively, as shown in FIG. 2C , the spring rings 210 may have a uniform pitch or density, unlike the spiral-shaped insert 200 having a non-uniform pitch. Details identical to those described above will be omitted to avoid duplication.

이와 같은 하이브리드 타입 삽입물을 통해 나선 형태의 삽입물(200)이 난류의 강도를 증가시켜 열전달을 증가시키고, 추가로 설치된 스프링 링(210)이 튜브 벽에서 성장하는 열경계층을 억제하여 열전달성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 스프링 링의 피치(또는 밀도)와 두께 등을 고려하여 열수력 선능을 더욱 강화할 수 있다. Through this hybrid-type insert, the spiral-shaped insert 200 increases the intensity of turbulent flow to increase heat transfer, and the additionally installed spring ring 210 suppresses the thermal boundary layer growing on the tube wall to further improve heat transfer performance. can make it At this time, the thermal hydraulic performance can be further enhanced by considering the pitch (or density) and thickness of the spring ring.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 삽입물(200)은 표면에 일정한 간격으로 형성된 복수의 딤플(201) 또는 천공(202)을 포함할 수 있다.Meanwhile, the insert 200 according to an embodiment of the present invention may include a plurality of dimples 201 or perforations 202 formed at regular intervals on the surface.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 불균일 피치(irregular insert)를 구비한 삽입물(200)의 표면에 패턴을 적용한 것을 도시한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 나선 형태의 삽입물(200) 표면에 흠이 패인 딤플(201)을 형성할 수 있으며, 또는 관통 형의 홀인 천공(202)을 형성할 수도 있다.FIG. 3 shows that a pattern is applied to the surface of an insert 200 having an irregular pitch according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the spiral insert 200 ), a dimple 201 with a flaw may be formed on the surface, or a perforation 202, which is a through hole, may be formed.

딤플(201) 또는 천공(202)을 통해 유용가스가 유동하며 삽입물(200)과 부딪혀 발생하는 압력손실이 증가하더라도 딤플(201) 또는 천공(202)이 압력강하를 줄여 유용가스의 난류강도를 증가시키고 열효율을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 가스-가스 튜브 열교환기의 열수력성능을 상향시킬 수 있다.Even though the useful gas flows through the dimple 201 or the perforation 202 and the pressure loss caused by colliding with the insert 200 increases, the dimple 201 or the perforation 202 reduces the pressure drop and increases the turbulence strength of the useful gas. and improve thermal efficiency. Through this, the thermal hydraulic performance of the gas-gas tube heat exchanger can be improved.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and accompanying drawings. It is intended to limit the scope of rights by the appended claims, and it is to those skilled in the art that various forms of substitution, modification and change can be made without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be self-explanatory.

10: 튜브
20: 외부 튜브
100: 열교환부
200: 삽입물
210: 스프링 링
200a, 200b: 피치 또는 밀도가 변경되는 구간의 삽입물
201: 딤플
202: 천공10: tube
20: outer tube
100: heat exchange unit
200: insert
210: spring ring
200a, 200b: Inserts in sections where pitch or density is changed
201 dimple
202 Perforation

Claims (7)

내부에 유용가스가 유동하는 튜브;
상기 유용가스가 제1 방향에서 제2 방향으로 이동하며 상기 튜브의 외부에서 유동하는 배가스와 열교환을 수행하는 열교환부;
상기 튜브 내부에 상기 튜브의 종축을 따라 나선 형태의 시트가 연속적으로 배치되는 삽입물; 및
상기 유용가스가 유동하는 방향을 따라서 상기 삽입물을 감싸는 스프링 링을 포함하며,
상기 삽입물 및 상기 스프링 링은, 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 갈수록 피치가 감소하는 형태로 배치되고,
상기 스프링 링은 상기 삽입물을 통해 상기 튜브 내벽에 타이트하게 접촉되도록 구성되고,
상기 삽입물 및 상기 스프링 링의 상단 및 하단의 높이가 일정한,
불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기.
a tube through which useful gas flows;
a heat exchanger which moves the useful gas from a first direction to a second direction and exchanges heat with the exhaust gas flowing outside the tube;
an insert in which spiral sheets are continuously disposed inside the tube along the longitudinal axis of the tube; and
And a spring ring surrounding the insert along the direction in which the useful gas flows,
The insert and the spring ring are disposed in a form in which a pitch decreases from the first direction to the second direction,
The spring ring is configured to tightly contact the inner wall of the tube through the insert,
The height of the top and bottom of the insert and the spring ring is constant,
Gas-to-gas tube heat exchanger with inserts with non-uniform pitch.
 제1 항에 있어서,
상기 삽입물은, 상기 제1 방향에서 상기 제2 방향으로 갈수록 상기 삽입물 간의 밀도가 높아지는 형태로 배치되는,
불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기.
According to claim 1,
The inserts are disposed in a form in which the density between the inserts increases from the first direction to the second direction.
Gas-to-gas tube heat exchanger with inserts with non-uniform pitch.
 제1 항에 있어서,
상기 삽입물은, 균일한 제1 피치와 제1 밀도를 가진 제1 구간과, 균일한 제2 피치와 제2 밀도를 가진 제2 구간을 포함하며, 상기 제2 피치는 제1 피치보다 작고, 상기 제2 밀도는 제1 밀도보다 높으며,
상기 삽입물에서 상기 제1 구간에서 상기 제2 구간으로 변경되는 구간의 시트는, 상기 제1 구간 시트와 상기 제2 구간 시트 사이의 시트 간 나사 각도의 차이(θ)가 있도록 배치되는,
불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기.
According to claim 1,
The insert includes a first section having a uniform first pitch and a first density, and a second section having a uniform second pitch and a second density, the second pitch being smaller than the first pitch, The second density is higher than the first density,
In the insert, the sheet of the section changed from the first section to the second section is arranged so that there is a difference (θ) in the screw angle between the first section sheet and the second section sheet,
Gas-to-gas tube heat exchanger with inserts with non-uniform pitch.
 제1 항에 있어서,
상기 삽입물은 표면에 일정한 간격으로 형성된 복수의 딤플 또는 천공을 포함하는,
불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기.
According to claim 1,
The insert includes a plurality of dimples or perforations formed at regular intervals on the surface.
Gas-to-gas tube heat exchanger with inserts with non-uniform pitch.
 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환부는,
상기 열교환부 외부에 결합된 복수의 열교환핀을 더 포함하며,
상기 튜브는, 상기 튜브의 외부에서 유동하는 배가스와 반복하여 크로스되도록 구불구불하게 배치되고, 내부에서 유동하는 유용가스가 상기 배가스의 반대방향으로 유동하는 대향류를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
불균일 피치를 구비한 삽입물이 포함된 가스-가스 튜브열교환기.
According to any one of claims 1 to 4,
The heat exchanger,
Further comprising a plurality of heat exchange fins coupled to the outside of the heat exchange unit,
The tube is meanderingly disposed to repeatedly cross with the exhaust gas flowing outside the tube, and the useful gas flowing inside forms a counter flow in which the useful gas flowing in the opposite direction of the exhaust gas is configured to form,
Gas-to-gas tube heat exchanger with inserts with non-uniform pitch.
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