KR20000034835A - 열교환장치 - Google Patents

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KR20000034835A
KR20000034835A KR1019990012302A KR19990012302A KR20000034835A KR 20000034835 A KR20000034835 A KR 20000034835A KR 1019990012302 A KR1019990012302 A KR 1019990012302A KR 19990012302 A KR19990012302 A KR 19990012302A KR 20000034835 A KR20000034835 A KR 20000034835A
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준이치 시모마치
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준이치 시모마치
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Abstract

연소용 산소함유가스, 예를들어 공기 등의 피열교환매체를 열효율적으로 연소배기가스 등의 열원매체와 열교환 할 수 있고, 열팽창 등에 의해 파손 등의 사고가 발생하지 않으며, 초고온의 열교환을 행할 수 있다.
열원매체가 유동하는 열원매체통로를 형성한 외부통체(4)의 안둘레면을 따라 피열교환매체가 열원매체와 대향류로서 유동하는 제 1 피열교환매체통로(5)를 형성한 내부통체(6)를 배설한다. 제 1 피열교환매체통로(5)의 하류측에 상류측이 연이어지는 복수의 열교환관체(8)를 열원매체통로(3) 내에 병설한다. 각 열교환관체(8)는 피열교환매체가 열원매체와 병행류로서 유동시키는 제 2 피열교환매체통로(7)를 형성한다. 제 1 및 제 2 피열교환매체통로(5,7)의 연통부는 신축열변형연통부 (21)에 의해 접속하고, 외부통체(4)에는 제 1 열교환매체통로(5)에 위치하는 부분의 일부에 신축열변형부(16)를 형성한다.

Description

열교환장치{Heat Exchange Device}
본 발명은, 철강가열로, 열처리화로, 도시쓰레기 소각로 등에 있어서, 예를들어 고온열량의 연소배기가스 등의 열원매체에 의해 연소용 산소함유가스 등의 피열교환매체, 예컨대 공기를 열교환에 의해 예열하는 버너/사이드 레큐페레이터라고 하는 열교환장치에 관한 것이다.
종래에, 이러한 종류의 버너장치에 있어서의 연소용 산소함유가스를 예열하는 열교환장치는, 예를들어 일본국 특공소 41-12278호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 열원매체가 유동하는 열원매체통로를 형성한 외부통체와, 이 외부통체의 안쪽에 열원매체와 대향류로서 피열교환매체를 유동시키는 제 1 피열교환매체통로를 형성한 내부통체와, 이 제 1 피열교환매체통로의 상류측에 상류측이 연이어지고 상기 열원매체통로내에 병설되어 열원매체와 대향류로서 피열교환매체를 유동시키는 제 2 피열교환매체통로를 형성한 복수의 단면이 원형상인 열교환관체를 구비하고, 가마화에서 배출되는 열원매체의 연소배기가스는 외부통체 내의 열원매체통로를 유동하고, 이 연소배기가스가 제 1 피열교환매체통로를 유동하는 피열교환매체와 복수의 열교환관체의 제 2 피열교환매체통로를 흐르는 피열교환매체와 열교환하는 구성이 채용되어 있다.
그리고, 이 종래의 열교환장치의 제 1 피열교환매체통로 및 제 2 피열교환매체통로에서 열교환되어 고온으로 된 공기가 합류하여 버너의 연소부로 공급하도록 되어 있다.
상기 종래의 열교환장치에서, 피열교환매체는 제 1 피열교환매체통로 및 제 2 피열교환매체통로를 흐르는 피열교환매체가 병행류로 되고, 이 피열교환매체가 열원매체통로의 하류측에서 상류측으로 피연소배기가스와 대향류로 되어 유동하기 때문에, 열원매체통로의 상류측의 온도가 높아지며, 외부통체와 제 1 피열교환매체통로를 형성하는 내부통체, 제 2 피열교환매체통로를 형성하는 복수의 열교환관체가 열팽창에 의한 열변형의 영향으로, 제 1 피열교환매체통로와 제 2 피열교환매체통로에 설계방법대로 공기가 흐르지 않아, 공기류의 흐름에 불균형이 생기고, 또한 외부통체, 내부통체, 열교환관체가 파손되는 등의 사고가 생길 위험성이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 연소용 산소함유가스, 예컨대 공기 등의 피열교환매체를 열효율적으로 연소배기가스 등의 열원매체와 열교환 할 수 있고, 열팽창 등에 의해 파손 등의 사고가 발생하지 않는 열교환장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태를 나타내는 열교환장치의 일부를 절결한 사시도,
도 2는 열교환장치의 일부를 절결한 사시도,
도 3은 열교환장치의 횡단평면도,
도 4는 열교환장치의 일부를 절결한 종단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3 : 열원매체통로 4 : 외부통체
5 : 제 1 피열교환매체통로 6 : 내부통체
7 : 제 2 피열교환매체통로 8 : 열교환관체
9 : 단열통체 15 : 내화통체
16 : 신축열변형부 17 : 벨로우즈
20 : 벨로우즈 21 : 신축열변형연통부
22 : 내화고리체 31 : 열원매체통로
34 : 도출입실 35 : 열교환관체
36 : 제 1 열교환부 37 : 열교환매체
38 : 제 2 열교환부
청구항 1에 기재된 발명의 열교환장치는, 열원매체가 유동하는 열원매체통로를 형성한 외부통체와, 이 외부통체의 안쪽에 배설되어 이 외부통체의 안둘레면을 따라 피열교환매체가 열원매체와 대향류로서 유동하는 제 1 피열교환매체통로를 형성한 내부통체와, 이 제 1 피열교환매체통로의 하류측에 상류측이 연이어짐과 동시에 상기 열원매체통로 내에 병설되어 피열교환매체가 열원매체와 병행류로서 유동하는 제 2 피열교환매체통로를 형성한 복수의 단면이 긴 원형상인 열교환관체를 구비하며, 상기 제 1 피열교환매체통로와 제 2 피열교환매체통로의 연통부는 신축열변형연통부로서 접속한 것이다.
그리고, 외부통체와 내부통체의 사이에 형성되는 제 1 피열교환매체통로에 도입된 피열교환매체는 열원매체통로를 유동하는 연소배기가스와 대향류로서 열교환되고, 고온으로 된 피열교환매체는, 복수의 열교환관체의 각 제 2 피열교환매체통로를 유동하여 열원매체통로를 유동하는 연소배기가스와 병행류로 열교환되고, 피열교환매체는 열효율적으로 가열되어 가마화로에 공급된다.
또한, 제 1 피열교환매체통로의 하류측에 제 2 피열교환매체통로의 상류측이 연이어지고, 제 1 피열교환매체통로와 제 2 피열교환매체통로는 직렬로 연이어지며, 제 1 피열교환매체통로를 흐르는 공기는 제 2 피열교환매체통로에 비하여 저온이기 때문에, 장치 전체의 온도상승이 균일화되어, 외부통체, 내부통체 및 열교환관체의 재료의 비용저감을 도모할 수 있으며, 외부통체의 단열구조를 얇게 할 수 있음과 동시에 열교환장치 전체가 경량으로 되어, 제작비용을 낮출 수 있다.
또한, 제 1 피열교환매체통로와 제 2 피열교환매체통로는 신축열변형연통부로서 연이어져 있기 때문에, 열팽창에 의해 열교환관체 및 외부통체와 내부통체와의 열신축변형량이 변화하여도 파손 등의 사고가 생길 우려가 없어, 안전성을 높일 수 있다.
또한, 제 2 피열교환매체통로를 형성한 복수의 열교환관체는 단면이 긴 원형상으로 되어 있기 때문에, 열교환면적이 확대됨에 따라 열원매체와 피열교환매체의 열교환효율이 높아지고, 열교환관체의 수를 적게 할 수 있어, 제작상 경제적으로도 유리해진다.
청구항 2에 기재된 발명의 열교환장치는, 열원매체가 유동하는 열원매체통로를 형성한 외부통체와, 이 외부통체의 안쪽에 배설되어 이 외부통체의 안둘레면을 따라 피열교환매체가 열원매체와 대향류로서 유동하는 제 1 피열교환매체통로를 형성한 내부통체와, 이 제 1 피열교환매체통로의 하류측에 상류측이 연이어짐과 동시에 상기 열원매체통로 내에 병설되어 피열교환매체가 열원매체와 병행류로서 유동하는 제 2 피열교환매체통로를 형성한 복수의 단면이 긴 원형상의 열교환관체를 구비하고, 상기 외부통체에는 제 1 피열교환매체통로에 위치하는 부분의 일부에 신축열변형부를 형성한 것이다.
그리고, 전술한 바와 같이, 제 1 피열교환매체통로에 도입된 피열교환매체는 열원매체통로를 유동하는 연소배기가스와 대향류로서 열교환되고, 고온으로 된 피열교환매체는, 제 2 피열교환매체통로에 도입되어 열원매체통로를 유동하는 연소배기가스와 병행류로서 열교환된다.
제 1 피열교환매체통로를 흐르는 공기는 제 2 피열교환매체통로에 비하여 저온이기 때문에, 장치 전체의 온도상승이 균일화되어, 외부통체, 내부통체 및 열교환관체의 재료의 비용저감을 도모할 수 있으며, 외부통체의 단열구조를 얇게 할 수 있음과 동시에 열교환장치 전체가 경량으로 되어, 제작비용을 낮출 수 있다.
또한, 외부통체와 내부통체의 열팽창량에 차이가 생기더라도, 외부통체의 신축열변형부에서, 외부통체와 내부통체의 열신축변형량의 차이를 외부통체의 신축열변형부에서 흡수할 수 있고, 외부통체와 내부통체는 파손되는 등의 사고가 생길 염려가 없어, 안전성을 높일 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명의 열교환장치는, 열원매체가 유동하는 열원매체통로를 형성한 외부통체와, 이 외부통체의 안쪽에 배설되어 이 외부통체의 안둘레면을 따라 피열교환매체가 열원매체와 대향류로서 유동하는 제 1 피열교환매체통로를 형성한 내부통체와, 이 제 1 피열교환매체통로의 하류측에 상류측이 연이어짐과 동시에 상기 열원매체통로 내에 병설되어 피열교환매체가 열원매체와 병행류로서 유동하는 제 2 피열교환매체통로를 형성한 복수의 단면이 긴 원형상의 열교환관체를 구비하며, 상기 제 1 피열교환매체통로와 제 2 피열교환매체통로의 연통부는 신축열변형연통부에서 접속되고, 상기 외부통체에는 상기 제 1 피열교환매체통로에 위치하는 부분의 일부에 신축열변형부를 형성한 것이다.
그리고, 전술한 바와 같이, 제 1 피열교환매체통로에 도입된 피열교환매체는 열원매체통로를 유동하는 연소배기가스와 대향류로서 열교환되고, 고온으로 된 피열교환매체는, 또한 제 2 피열교환매체통로에 도입되어 열원매체통로를 유동하는 연소배기가스와 병행류로서 열교환된다.
제 1 피열교환매체통로를 흐르는 공기는 제 2 피열교환매체통로에 비하여 저온이기 때문에, 장치 전체의 온도상승이 균일화되어, 외부통체, 내부통체 및 열교환관체의 재료의 비용저감을 도모할 수 있으며, 외부통체의 단열구조를 얇게 할 수 있음과 동시에 열교환장치 전체가 경량으로 되어, 제작비용을 내릴 수 있다.
또한, 외부통체와 내부통체 및 복수의 열교환관체와의 열팽창량에 차이가 생기더라도, 외부통체와 내부통체 및 열교환관체와의 열신축변형량의 차이를 외부통체의 신축열변형부와 신축열변형연통부로써 흡수할 수 있고, 외부통체와 내부통체가 파손되는 등의 사고가 생길 염려가 없기 때문에, 외부통체와 내부통체의 열팽창량의 차이를 외부통체의 신축변형연통부에서 흡수할 수 있음과 동시에, 외부통체와 내부통체가 파손되는 등의 사고가 생길 염려가 없다.
(실시예)
본 발명의 열교환장치의 일 실시형태의 구성을 도면에 의거하여 설명한다.
도 1에 있어서, (1)은 버너/사이드 레큐페레이터라고 하는 초고온영역 열교환장치로서, 이 초고온영역 열교환장치(1)에 고온, 중온, 저온영역 열교환장치(2)가 접속되어 있다.
이 초고온영역 열교환장치(1)를 도 1 내지 도 4에 기초하여 설명한다.
이 초고온영역 열교환장치(1)는, 연소배기가스 등의 열원매체가 유동하는 열원매체통로(3)를 형성한 외부통체(4)와, 이 외부통체(4)의 안쪽에 이 외부통체(4)의 안둘레면과 간격을 두고 설치되어 연소용 산소함유가스, 예를들어 공기 등의 피열교환매체가 열원매체와 대향류로서 유동하는 제 1 피열교환매체통로(5)를 형성한 내부통체(6)와, 이 제 1 피열교환매체통로(5)의 하류측에 상류측이 연이어짐과 동시에 상기 열원매체통로(3) 내에 열원매체의 유동방향으로 병설되어 피열교환매체를 열원매체와 병행류로서 유동하는 제 2 피열교환매체통로(7)를 형성한 단면이 타원형상 등의 긴 원형상으로 된 복수의 열교환관체(8)를 구비하고 있다.
상기 외부통체(4) 및 내부통체(6)는 40Ni-20Cr(INCOLOY-825) 또는 75 Ni-22Cr(INCONEL-625) 등의 초합금강재에 의해 대략 원통형상으로 형성되고, 이 외부통체(4)의 바깥둘레면은 단열통체(9)로서 피복되어 있다.
또한, 상기 긴 원형상의 복수의 열교환관체(8)는40Ni-20Cr(INCOLOY-825) 또는 75Ni-22Cr(INCONEL-625) 등의 초합금강재로 형성되고, 활형상의 가늘고 긴 판재의 길이방향을 따른 양측 가장자리를 용접하여 단면이 긴 원형상으로 형성하여, 양끝단부의 단면이 원형상으로 형성된다.
또한, 상기 외부통체(4)의 상부에는 상단부가 상기 제 1 피열교환매체통로 (5)로 연이어지는 피열교환매체의 도입실(10)이 고리형상으로 형성되고, 이 도입실 (10)에는 상기 단열통체(9)의 바깥둘레로 개구된 도입구(11)가 마련되어 있다.
그리고, 상기 도입실(10)의 상부에 위치하여 피열교환매체의 도출실(13)이 고리형상으로 형성되고, 이 도출실(13)에는 상기 단열통체(9)의 바깥둘레로 개구된 도출구(14)가 마련되어 있다. 또한 이 도출실(13)에는 상기 단면이 긴 원형상의 각 열교환관체(8)의 하류측인 상단부가 각각 원주방향으로 간격을 두고 연이어져 있다.
또한, 상기 외부통체(4)의 상단부에는 상기 도출실(13)의 안둘레에 내화통체 (15)가 끼워맞춤되고, 이 내화통체(15)에 상기 단면이 긴 원형상의 각 열교환관체 (8)의 상단굴곡부의 단면이 원형으로 된 선단부가 관통되어 도출실(13)로 연이어져 있다.
한편, 상기 외부통체(4)의 중간하부에는 상기 제 1 피열교환매체통로(5)에 위치하는 부분의 일부에 신축열변형부(16)가 형성되어 있다. 이 신축열변형부(16)는 벨로우즈(17)로 형성되고, 이 벨로우즈(17)에 의해 외부통 상측부재(4a)와 외부통 하측부재(4b)를 결합하여 상기 외부통체(4)를 구성하고 있다.
또한, 상기 외부통체(4)의 하부에는 하단부가 상기 제 1 피열교환매체통로 (5)의 하류를 이루는 하부에 연이어지는 피열교환매체의 연통실(18)이 고리형상으로 형성되고, 이 연통실(18)의 바닥부에는 원주방향으로 간격을 두고 상기 단면이 긴 원형상의 각 열교환관체(8)의 하단부에 형성된 대략 U자형상의 단면이 원형상인 굴곡부가 각각 끼워져 통한 복수의 통체(19)가 설치되고, 이 각 통체(19)의 상단개구부와 상기 각 열교환관체(8)의 굴곡부의 선단개구부는 벨로우즈(20)의 양끝단부가 각각 결합되어 상기 제 1 피열교환매체통로(5)와 제 2 피열교환매체통로(7)를 연결시키는 신축열변형연통부(21)가 형성되어 있다.
또한, 상기 연통실(18)의 하부는 내화고리체(22)로써 폐색되고, 이 내화고리체(22)의 중앙구멍(23)은 상기 열원매체통로(3)에 연이어져 있다. 또한 상기 내화통체(15)의 안둘레측은 상기 열원매체통로(3)의 하류측으로 연이어져, 고온, 중온, 저온영역 열교환장치(2)에 접속되도록 되어 있다.
그리고, 도 1 및 도 2에 있어서, 도시된 피열교환매체의 도입실(10)과 도 4에 나타낸 피열교환매체의 도입실(10)의 위치가 상이하지만, 도 4는 편의상 동일측에 도시한 것이다.
다음에, 본 실시형태의 작용을 설명한다.
가마화로에서 배출되는 열원매체의 연소배기가스는, 내화고리체(22)의 중앙구멍(23)으로부터 열원매체통로(3)의 상류측을 이루는 아래쪽으로부터 도입되고, 연소배기가스는 열원매체통로(3)를 통과하여 내화통체(15)의 안둘레쪽에서 도출되어 고온, 중온, 저온영역 열교환장치(2)로 유입된다. 이 열원매체가 열원매체통로 (3)를 유동할 때에, 제 1 피열교환매체통로(5)와 제 2 피열교환매체통로(7)를 유동하고 있는 피열교환매체, 예컨대 공기와 열교환하여 이 공기를 가열한다.
이 제 1 피열교환매체통로(5)와 제 2 피열교환매체통로(7)를 유동하는 공기는, 고온, 중온, 저온영역 열교환장치(2)에서 열교환되어 약 600℃ 정도로 가열되고, 외부통체(4)의 상부에 형성되어 있는 도입실(10)에 도입구(11)로부터 도입된다. 그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 도입실(10)로 도입된 가열 공기는 화살표로 나타낸 바와 같이, 외부통체(4)의 상단부로 돌아 들어가서 외부통체(4)와 내부통체 (6) 사이의 제 1 피열교환매체통로(5)의 상류측을 이루는 상부로 유동하고, 이 공기는 제 1 피열교환매체통로(5)의 하류측을 이루는 아래쪽을 향해 유동하여 열원매체통로(3)로 유동하는 연소배기가스와 내부통체(6)를 통해 열교환에 의해 가열되면서 약 650℃ 정도로 되어 제 1 피열교환매체통로(5)의 하단부로 유동된다.
이 제 1 피열교환매체통로(5)의 하단부로 유입된 공기는 외부통체(4)하단쪽에서 윗쪽으로 돌아 들어가 연통실(18)로 유입된다. 이 연통실(18)로 유입된 공기는 이 연통실(18)의 하부에 각각 끼워져서 연통실(18)로 개구되어 있는 복수의 통체(19)로 유동하고, 이 통체(19)에 연이어져 있는 단면이 긴 원형상의 각 열교환관체(8)에 의해 형성되는 제 2 피열교환매체통로(7)의 상류측을 이루는 하부로 유동된다.
이 제 2 피열교환매체통로(7)로 유동된 공기는, 열원매체통로(3)를 유동하는 연소배기 가스와 단면이 긴 원형상의 각 열교환관체(8)를 통해 열교환에 의해 가열되면서 약 850℃∼900℃ 정도로 되어 제 2 피열교환매체통로(7)의 상단부에 연이어진 도출실로 유동된다.
또한, 도출실(13)로 유입된 초고온의 공기는 가마화로에 연소용 산소함유가스로서 공급된다. 또한 가마화로에서 배출되는 1300℃ 정도의 열원매체의 연소배기가스는 열원매체통로(3)를 유동하고 있을 때, 제 1 피열교환매체통로(5)와 제 2 피열교환매체통로(7)를 유동하는 공기와 열교환하여 1050℃ 정도로 되어 고온, 중온, 저온영역 열교환장치(2)로 유입된다.
그리고, 제 1 피열교환매체통로(5)는 외부통체(4)의 안둘레쪽을 따라 고리형상으로 형성되어, 고온의 연소배기가스가 외부통체(4)에 직접 접촉되지 않으며, 또한 외부통체(4)와 내부통체(6)의 사이를 흐르는 공기는, 가마화로에서 배출되는 1300℃ 정도의 연소배기가스에 비하여 600℃ 정도로 비교적 저온이기 때문에, 외부통체(4)의 바깥둘레면을 피복하는 단열통체(9)에 의한 단열보온이 용이해져, 단열통체(9)를 얇게 할 수 있다.
또한, 제 2 피열교환매체통로(7)의 단면이 긴 원형상의 각 열교환관체(8)를 유동하는 공기는 각 열교환관체(8)가 단면을 타원형상 등의 긴 원형상으로 형성하고 있기 때문에, 연소배기 가스와의 전열면적이 커서, 효율 좋게 열교환을 행할 수 있어, 제 2 피열교환매체통로(7)를 소형으로 할 수 있다.
또한, 제 1 피열교환매체통로(5)와 제 2 피열교환매체통로(7)를 접속하는 연통실(18)에 설치한 복수의 통체(19)와 단면이 긴 원형상의 각 열교환관체(8)의 굴곡부의 선단개구부는 벨로우즈(20)에 의한 신축열변형연통부(21)가 형성되어 있기 때문에, 제 1 피열교환매체통로(5)를 형성하는 외부통체(4)와 내부통체(6) 및 제 2 피열교환매체통로(7)를 형성하는 각 열교환관체(8)에 열팽창에 의한 열변형량이 다르더라도, 벨로우즈(20)의 신축에 의해 외부통체(4)와 내부통체(6) 및 각 열교환관체(8)가 변형되는 일이 없으므로, 외부통체(4)와 내부통체(6) 및 단면이 긴 원형상의 각 열교환관체(8)의 변형에 의해, 피열교환매체의 공기가 저해되지 않고 원활하게 유동하여, 사고의 원인이 되는 일이 없다.
또한, 외부통체(4)의 중간부에는 제 1 피열교환매체통로(5)에 위치하는 부분의 일부에 벨로우즈(17)에 의한 신축열변형부(16)를 형성하였기 때문에, 외부통체 (4)와 내부통체(6)의 열팽창량에 차이가 생기더라도, 벨로우즈(17)의 신축으로 외부통체(4)의 신축열변형부(16)로써 외부통체(4)와 내부통체(6)의 열신축변형량의 차이를 흡수할 수 있고, 외부통체(4)와 내부통체(6)가 파손되는 등의 사고가 생길 염려가 없어, 안전성을 높일 수 있다.
상기 실시형태의 초고온영역 열교환장치(1)에 고온, 중온, 저온영역 열교환장치(2)를 접속한 구성에 대하여 설명하였으나, 반드시 고온, 중온, 저온영역 열교환장치(2)를 접속하여 피열교환매체의 공기를 예열시킬 필요가 없는 경우에는, 상기 실시형태의 초고온영역 열교환장치(1)를 단일체로서 사용할 수도 있다.
다음에, 초고온영역 열교환장치(1)에 접속되는 고온, 중온, 저온영역 열교환장치(2)를 도 1에 의거하여 설명한다. 이 장치는 본 출원인에 의해서 특허 출원되어 있다(일본국 특원평 9-282127호).
(31)은 대략 사각형상의 열원매체통로로서, 이 열원매체통로(31)의 하류측에 위치하는 바깥둘레 윗면에, 이 열원매체통로(31)를 열원매체가 유동하는 방향을 따라 피열교환매체의 도입실(32)이 형성되고, 이 도입실(32)에서 열원매체통로(31)를 유동하는 열원매체의 상류측에 위치하는 바깥둘레 윗면에 피열교환매체의 도출실 (33)이 형성되어 있다.
또한, 상기 피열교환매체의 도입실(32)과 도출실(33)의 양측에 위치하는 열원매체통로(31)의 바깥둘레 윗면에, 이 열원매체통로(31)를 열원매체가 유동하는 방향을 따라서 하류측이 도출실로 됨과 동시에 상류측이 도입실로 되는 도출입실 (34,34)이 평행하게 형성되어 있다.
또한, 상기 도입실(32)에 한 끝단이 연이어짐과 동시에 다른 끝단이 도출실로 되는 도출입실(34,34)에 연이어지는 한 쌍의 하류측의 열교환관체(35,35)가 상기 열원매체통로(31)를 유동하는 열원매체의 유동방향과 직교하는 동일면에 배설되고, 이 각 쌍을 이루는 열교환관체(35,35)가 상기 열원매체통로(31)의 열원매체의 유동방향으로 복수쌍이 병설되어, 제 1 열교환부(36)를 형성하고 있다.
또한, 상기 도입실로 되는 도출입실(34,34)에 한 끝단이 연이어짐과 동시에 다른 끝단이 도출실로 되는 도출실(33)에 연이어지는 한쌍의 상류측의 열교환관체 (37,37)가 상기 열원매체통로(31)를 유동하는 열원매체의 유동방향과 직교하는 동일면에 배설되고, 이 각 쌍을 이루는 열교환관체(37,37)가 상기 열원매체통로(31)의 열원매체의 유동방향으로 복수쌍 병설되어, 제 2 열교환부(38)를 형성하고 있다.
이 제 2 열교환부(38)의 각 열교환관체(37,37)는 상기 피열교환매체의 도입실로 되는 도출입실(34,34)과 도출실(33)에 각각 양끝단부를 접속함과 동시에 이 양끝단부에 연속하는 직관부(39)와 이 양측 직관부(39)에 연속하는 반환굴곡관부 (40)와, 이 반환굴곡관부(40)에 각각 연속하는 중간직관부(41,41)와, 이 중간직관부(41,41)에 연속하는 반환굴곡관부(42)로서 대략 W자 형상으로 형성되고, 이 한 쌍의 열교환관체(37,37)는 상기 열원매체통로(31)를 유동하는 열원매체의 유동방향과 직교하는 동일면에 배설되어 있다.
상기 제 1 열교환부(36)의 각 열교환관체(35,35)는 상기 제 2 열교환부(38)의 각 열교환관체(37,37)와 동일한 형상으로, 상기 피열교환매체의 도입실(32) 및 도출실로 되는 도출입실(34,34)에 각각 양끝단부를 접속함과 동시에 이 양끝단부에 연속하는 직관부와 이 양측 직관부에 연속하는 중간부의 반환굴곡관부와, 이 반환굴곡관부에 각각 연속하는 중간직관부과, 이 양 중간직관부에 연속하는 반환굴곡관부로써 대략 W자 형상으로 형성되고, 이 한 쌍의 열교환관체(35,35)는 상기 열원매체통로(31)를 유동하는 열원매체의 유동방향과 직교하는 동일면에 배설되어 있다.
그리고, 이 열원매체통로(31)에 상기 제 1 열교환부(36)가 상기 제 2 열교환부(38)보다도 이 열원매체통로(31)를 유동하는 열원매체의 하류측에 배설하고, 상기 제 2 열교환부(38)가 제 1 열교환부(36)보다도 고온인 상류측에 배치되도록 되어 있다.
또한, 상기 하류측 열교환관체(35), 상류측 열교환관체(37)는 인코넬 또는 70%니켈·15%크롬 합금 등의 내열금속재로써 성형한다.
다음에, 이 실시형태의 작용을 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 가마화로에서 배출되는 열원매체의 연소배기가스는, 상기 초고온영역 열교환장치(1)의 열원매체통로(3)로부터 열원매체통로(31)로 유입되고, 이 열원매체통로(31)를 유동하는 열원매체의 하류측에 위치하는 도입실 (32)로 도입된 피열교환매체는, 각각 이 도입실(32)에 한 끝단이 연이어지는 제 1 열교환부(36)의 복수쌍의 하류측 열교환관체(35)로 각각 유입되어 열원매체통로 (31)를 유동하는 열원매체와 열교환되고 중간온도로 가열된 피열교환매체로 되어 도출실로 되는 도출입실(34,34)로 유출된다.
그리고, 열원매체의 유동방향과 직교하는 동일면에 각각 배설된 복수쌍의 열교환관체(35,35)에 각각 유동하는 피열교환매체는 열교환관체(35,35)의 직관부와, 이 양측 직관부에 연속하는 중간부의 반환굴곡관부와, 이 반환굴곡관부에 각각 연속하는 중간직관부와, 이 양 중간직관부에 연속하는 반환굴곡관부를 유동할 때에, 열원매체와 직교류가 되어 열교환관체(35,35)의 피열교환전열매체는 열교환된다.
또한, 도출실로 되는 도출입실(34,34)에 유출된 피열교환매체는 이 도출입실 (34,34)에 한 끝단이 연이어진 제 2 열교환부(38)의 복수쌍의 상류측의 열교환관체 (37,37)로 유동하고, 열원매체통로(31)를 유동하는 열원매체와 열교환되고 고온으로 가열된 피열교환매체가 되어 도출실(33)로 유출된다.
그리고, 제 1 열교환부(36)의 각 하류측 열교환관체(35)와 제 2 열교환관체부(38)의 각 상류측 열교환관체(37)를 유동하는 피열교환매체에 대하여 열원매체통로(31)를 유동하는 열원매체와는 직교류로 되고, 열원매체가 각 열교환관체(35,37)에 접촉되면, 열교환관체(35,37)의 열원매체의 상류측에 따른 층류로부터 하류측에서 난류로 되며, 또한 열원매체의 유속이 일정한 속도 이상이 되면 상류측에서도 난류로 되어 열교환부(36,38)에서의 열교환율이 높아진다.
상기 고온, 중온, 저온영역 열교환장치(2)의 도출실(33)에서 유출된 피열교환매체는, 약 600℃ 정도로 가열되어 상기 초고온영역 열교환장치(1)의 도입실(10)로 유입된다.
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 제 1 피열교환매체통로에 도입된 피열교환매체는 열원매체통로를 유동하는 열원매체와 대향류로서 열교환되고, 고온으로 된 피열교환매체는, 복수의 단면이 긴 원형상의 열교환관체의 각 제 2 피열교환매체통로를 유동하여 열원매체통로를 유동하는 열원매체와 병행류로서 열교환되어, 피열교환매체는 열효율적으로 가열된다. 또한 제 1 피열교환매체통로와 제 2 피열교환매체통로는 직렬로 연이어지고, 제 1 피열교환매체통로를 흐르는 공기는 제 2 피열교환매체통로에 비하여 저온이기 때문에, 장치 전체의 온도상승이 균일화되고, 또한 제 2 피열교환매체통로를 형성하는 열교환관체는 단면이 긴 원형상으로 하였기 때문에, 피열교환매체와 열원매체의 열교환면적이 확대되어, 열교환효율이 높아지고, 열교환관체의 설치수를 작게 할 수 있어, 외부통체, 내부통체 및 열교환관체의 재료의 비용저감을 도모할 수 있으며, 외부통체의 단열구조를 얇게 할 수 있음과 동시에 열교환장치 전체가 경량으로 되어, 제작비용을 낮출 수 있다.
또한, 제 1 피열교환매체통로와 제 2 피열교환매체통로는 신축열변형연통부로써 연이어져 있기 때문에, 열팽창에 의해 단면이 긴 원형상의 열교환관체 및 외부통체와 내부통체의 열신축변형량이 변화하여도 파손 등의 사고가 생길 염려가 없어, 안전성을 높일 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 제 1 피열교환매체통로에 도입된 피열교환매체는 열원매체통로를 유동하는 열원매체와 대향류로서 열교환되고, 고온으로 된 피열교환매체는, 제 2 피열교환매체통로에 도입되어 열원매체통로를 유동하는 열원매체와 병행류로서 열교환되며, 제 1 피열교환매체통로를 흐르는 공기는 제 2 피열교환매체통로에 비하여 저온이기 때문에, 장치 전체의 온도상승이 균일화되어, 열교환효율을 높일 수 있고, 외부통체, 내부통체 및 열교환관체의 재료의 비용저감을 도모할 수 있으며, 외부통체의 단열구조를 얇게 할 수 있음과 동시에 열교환장치 전체가 경량으로 되어, 제작비용을 내릴 수 있다.
또한, 외부통체와 내부통체의 열팽창량에 차이가 생기더라도, 외부통체의 신축열변형부에서, 외부통체와 내부통체의 열신축변형량의 차이를 외부통체의 신축열변형부에서 흡수할 수 있어, 외부통체와 내부통체가 파손되는 등의 사고가 생길 염려가 없어, 안전성을 높일 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 외부통체와 내부통체 및 복수의 열교환관체와의 열팽창량에 차이가 생기더라도, 외부통체와 내부통체 및 열교환관체의 열신축변형량의 차이를 외부통체의 신축열변형부와 신축열변형연통부로써 흡수할 수 있어, 외부통체와 내부통체가 파손되는 등의 사고가 생길 염려가 없으므로, 외부통체와 내부통체의 열팽창량의 차이를 외부통체의 신축변형연통부에서 흡수할 수 있음과 동시에, 외부통체와 내부통체가 파손되는 등의 사고가 생길 염려가 없다.

Claims (3)

  1. 열원매체가 유동하는 열원매체통로를 형성한 외부통체와, 이 외부통체의 안쪽에 배설되어 이 외부통체의 안둘레면을 따라 피열교환매체가 열원매체와 대향류로서 유동하는 제 1 피열교환매체통로를 형성한 내부통체와, 이 제 1 피열교환매체통로의 하류측에 상류측이 연이어짐과 동시에 상기 열원매체통로 내에 병설되어 피열교환매체가 열원매체와 병행류로서 유동하는 제 2 피열교환매체통로를 형성한 복수의 단면이 긴 원형상의 열교환관체를 구비하며,
    상기 제 1 피열교환매체통로와 제 2 피열교환매체통로의 연통부는 신축열변형연통부로서 접속한 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  2. 열원매체가 유동하는 열원매체통로를 형성한 외부통체와, 이 외부통체의 안쪽에 배설되어 이 외부통체의 안둘레면을 따라 피열교환매체가 열원매체와 대향류로서 유동하는 제 1 피열교환매체통로를 형성한 내부통체와, 이 제 1 피열교환매체통로의 하류측에 상류측이 연이어짐과 동시에 상기 열원매체통로 내에 병설되어 피열교환매체가 열원매체와 병행류로서 유동하는 제 2 피열교환매체통로를 형성한 복수의 단면이 긴 원형상의 열교환관체를 구비하며,
    상기 외부통체에는 제 1 피열교환매체통로에 위치하는 부분의 일부에 신축열변형부를 형성한 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  3. 열원매체가 유동하는 열원매체통로를 형성한 외부통체와, 이 외부통체의 안쪽에 배설되어 이 외부통체의 안둘레면을 따라 피열교환매체가 열원매체와 대향류로서 유동하는 제 1 피열교환매체통로를 형성한 내부통체와, 이 제 1 피열교환매체통로의 하류측에 상류측이 연이어짐과 동시에 상기 열원매체통로 내에 병설되어 피열교환매체가 열원매체와 병행류로서 유동하는 제 2 피열교환매체통로를 형성한 복수의 단면이 긴 원형상의 열교환관체를 구비하며,
    상기 제 1 피열교환매체통로와 제 2 피열교환매체통로의 연통부는 신축열변형연통부로서 접속하고,
    상기 외부통체에는 상기 제 1 피열교환매체통로에 위치하는 부분의 일부에 신축열변형부를 형성한 것을 특징으로 하는 열교환장치.
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