KR20010023965A - 공기 예열기의 열전달 표면 - Google Patents

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KR20010023965A KR1020007002680A KR20007002680A KR20010023965A KR 20010023965 A KR20010023965 A KR 20010023965A KR 1020007002680 A KR1020007002680 A KR 1020007002680A KR 20007002680 A KR20007002680 A KR 20007002680A KR 20010023965 A KR20010023965 A KR 20010023965A
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Abstract

본 발명의 공기 예열기용 열교환 소자(34)는 주 흐름방향을 가지는 열교환 매체의 통로용 채널을 형성하기 위하여 정렬되는 제 1 및 제 2의 열전달 소자(36,42)를 구비한다. 상기 열교환 판(34) 각각은 릿지(38,40)사이에서 평행한 직선 릿지(38,40) 및 평면(36)을 구비한다. 상기 릿지(38,40)는 각각의 열전달 판(34)의 대향된 쪽으로 부터 횡방향으로 연장하기 위하여 교대로 된다. 상기 인접된 판(34)의 릿지(38,40)는 주 흐름방향에 대한 대향된 방향에서 경사지게 배향되고, 릿지(38,40)의 교차점에서만 서로 접촉하게 된다.

Description

공기 예열기의 열전달 표면{Air preheater heat transfer surface}
회전식의 재생가능한 공기 예열기는 노로 부터 나오는 도관 가스로 부터 흡입되는 연소 공기로 열을 전달하는데에 통상적으로 사용된다. 종래의 회전식의 재생가능한 공기 예열기는 하우징에 회전가능하게 장착되는 로우터를 가진다. 상기 로우터는 상기 도관 가스로 부터 연소 공기로 열을 전달하기 위하여 열전달 소자에 의하여 형성되는 열전달 표면을 지지한다. 상기 로우터는 열전달 소자를 지지하기 위하여 이들사이에 격실을 형성하는 반경방향의 부분 또는 다이아프램을 구비한다. 섹터(sector) 판은 가스 섹터와, 적어도 하나의 공기 섹터로 분할하기 위하여 로우터의 상부 및 하부면을 가로질러서 연장된다. 상기 뜨거운 도관 가스 스트림은 상기 예열기의 가스 섹터를 통하고, 연속적으로 회전하는 로우터에서 열전달 소자로 열을 전달한다. 그 다음, 상기 가열된 열전달 소자는 예열기의 공기 섹터로 회전된다. 따라서, 상기 열전달 소자로 향하는 연소 공기는 가열된다.
재생 공기 예열기용의 열전달 소자는 몇몇 요구를 가지고 있다. 가장 중요한 것은, 상기 열전달 소자는 열전달 소자의 주어진 깊이용으로 열전달 또는 에너지 회복의 요구되는 양을 제공해야만 한다는 것이다. 공기 예열기용의 종래의 열전달 소자는 바스켓으로 언급되는 열교환 모듈에서 이격된 관계로 중첩되는 판 및/또는 형가압(form-pressed) 강철판의 다양한 형태의 조합을 포함한다. 상기 이격된 판은 도관 가스 스트림의 흐름 및 로우터를 통한 공기 스트림용 채널 또는 종방향 통로를 일반적으로 형성한다. 이러한 열전달 판의 표면 디자인 및 장치는 상기 통로 또는 채널을 형성하고 유지하기 위하여 인접된 판사이에서 접촉하게 된다. 상기 열전달 소자의 부가의 요구는 상기 열전달 소자의 중첩부가 열전달 소자의 소정의 깊이를 위한 최소 압력하강을 발생시키고, 작은 부피내에서 결합된다.
열전달 소자의 표면은 과거 60년 이상동안에 많은 방법과 형상에 따라서 디자인되고 제조된다. 저압의 하강으로 열전달의 높은 레벨을 제공하는 새로운 형상을 발전시키기 위하여 많은 시도가 행하져 왔고, 세척보다 일찍이 덜 더러운 것으로 만들기 위하여 노력해 왔으며, 그리고 매연 방출에 의하여 쉽게 손상되지 않는 것을 만들기 위하여 노력해왔다. 우수한 열전달과 낮은 압력하강으로 고려되는 하나의 표면은 미국 특허 제 4,449,573 호에 도시되어 있다. 열전달 판의 팩으로 구성된 상기 형상은 모두 동일한 형상이다. 상기 판의 주 흐름 방향에 경사지게 연장되는 노치를 구비하고 있다. 상기 판은 하나의 판의 노치가 제 2 판의 노치를 가로질러 있을 수 있도록 위치된다. 상기 노치는 열전달 판의 대향된 쪽으로 부터 횡방향으로 연장되는 평행한 이중 릿지(ridge)이다. 따라서, 각각의 노치는 열전달 판의 피크와 중간에 인접된 골(valley)의 각 표면위에 형성된다. 상기 노치는 적어도 2개의 유리한 작용을 하게 되는데, 첫 번째는 공지되고 균일한 거리로 분리되는 열전달 판을 유지시키는 것이다. 두 번째는 상기 노치는 열전달 판의 표면에서 흐름 유체 매체에 형성되는 열 경계층을 주기적으로 파열시킴으로써 열전달의 비를 증가시킨다. 이러한 방법에서, 상기 판은 노치의 크레스트(crest)를 따라서 이격되는 점에서만 서로 접촉하게 된다. 이것이 종래의 판에서 향상되는 것이 될지라도, 이것은 어떠한 단점을 가지게 된다. 모든 입자가 어떠한 각도에서 한쪽 측부로 제거되기 때문에 깨끗하게 하는 것은 어렵다. 입자, 물의 제트 또는 매연이 뿜어지는 제트용의 벌크 방향에는 어떠한 개구도 없게 된다. 상기 시트가 인접된 시트와 접촉함으로써 지지되지 않는다면 상기 각이진 노치는 진동을 살리기 위하여 충분한 구조적인 강도를 제공하지 않기 때문에, 바스켓에서 느슨하게 팩될 수 없게 된다. 상기 소자를 통하여 직선의 시야가 없기 때문에, 적외선 또는 뜨거운 스폿(spot) 검출 시스템은 어떠한 소자의 깊이에서도 적외선 방사를 검출할 수 없다. 따라서, 소자의 팩내 또는 하류에서 뜨거운 스폿 상태를 감지하는 어떠한 방법도 없다.
미국 특허 제 4,449,573 호에 기재된 경사진 노치는 유체에서의 열경계층을 파열시키며, 그래서 열전달의 비를 증가시킨다. 유체 기계적인 감각에서, 상기 경사진 노치는 판의 표면에서 균일하고 주기적인 거칠기와 거의 동일하게 된다. 그러나, 상기 판의 이격과 거칠기가 경사진 노치의 높이에 비례하기 때문에, 판의 이격에 관계없이 거칠기의 높이를 변화시키는 것은 불가능하다. 이러한 점은 판의 이격에 대한 거칠기의 비를 적절하게 하는 가능성을 불가능하게 한다. 이러한 형태의 적절함은 H/Dh의 적절함으로써 열전달 문헌에 기재되어 있는데, 여기에서 H는 거칠기의 높이이고, Dh는 채널의 유압 직경이다. 상기 유압직경은 길이 유닛을 가지고, 채널의 젖은 주변에 의하여 분할되는 흐름 영역의 비의 4배로 정의된다. 무한하게 평행한 평면을 위하여, Dh는 판사이의 개구 2배와 동일하다. 미국 특허 제 4,449,573 호의 판을 위하여, 상기 평탄한 시트위의 경사진 노치의 높이는 H로 될 수 있으므로, 상기 채널의 개구는 2H가 될 수 있다. 상기 Dh는 채널 개구의 대략 2배 또는, 4H가 될 수 있다. 이것은 상기 H/Dh의 비가는 H의 값에 관계없이 대략 0.25가 될 수 있다는 것을 의미한다.
상기 판의 이격이 거칠기의 높이에 관계없이 변화게 될 수 있다면, 상기 공기 예열기의 직경은 감소될 수 있으므로, 이것은 동일한 열회복과 압력강하를 유지하면서 보다 높은 흐름속도에서 작동될 수 있다. 이러한 제한하에서, 보다 큰 판의 이격이 필요하게 되고, 그 결과는 보다 작은 직경과 깊은 공기 예열기가 되며, 보다 큰 판의 이격이 통상적으로 보다 높은 속도에서도 낮은 난류를 발생시킬 수 있기 때문에 보다 큰 소자의 중량을 가지게 된다. 보다 높은 속도에서 낮은 오염을 제공하기 때문에 이러한 점이 바람직한 장치가 있게 된다. 그러나, 미국 특허 제 4,449,573 호에는, 증가되는 판의 이격은 단지 경사진 노치의 높이를 증가시킴으로써 단지 성취될 수 있다. 보다 높은 속도에는, 불균형적인 압력 강하를 발생시키는 큰 경사의 노치 높이가 증가하게 된다.
본 발명은 도관 가스 스트림으로 부터 연소 공기 스트림으로 열을 전달하기 위한 회전식의 재생가능한 공기 예열기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공기 예열기의 열전달 표면에 관한 것이다.
도 1은 회전식 재생 공기 예열기의 부분적으로 절취된 사시도.
도 2는 본 발명의 판의 하나를 도시하는 사시도.
도 3은 3-3선을 따라서 절취한 도 2의 판을 도시하는 단면도.
도 4는 제 2의 판을 도시하기 위하여 절취된 제 1 판으로 적층된 2개의 열전달판을 도시하는 정면도.
도 5 및 도 6은 판을 적층하기 위한 2개의 서로 다른 방법을 도시하는 단면도.
도 7은 각각의 판을 도시하기 위하여 절취된 3개의 적층된 판을 도시하는 정면도.
도 8은 도 7의 적층된 판을 도시하는 단면도.
상술한 바와 같이, 본 발명은 회전식 재생 공기 예열기에서 도관의 가스 스트림으로 부터 공기 스트림으로 열을 전달하기 위한 향상된 열전달 소자에 관한 것이다. 상기 열전달 소자는 2개 형태의 노치를 구비하는 각 판으로써 모두가 동일한 형상을 가진 열전달 판의 팩을 포함한다. 각각의 노치는 열전달 판의 대향된 쪽으로 부터 연장되는 인접된 릿지에 의하여 형성된다.
제 1 일련의 노치는 공칭의 흐름 방향으로 있는, 즉 로우터의 하나의 면으로 부터 다른 면까지의 방향에서 일반적으로 직선으로 있는 평행하게 이격된 직선 노치이다. 제 2 일련의 노치는 평탄한 섹션에 의하여 서로로 부터 이격되고 직선의 노치사이에서 연장되는 경사지거나 또는 각이진 노치이다. 상기 직선 노치의 높이는 각이진 노치의 높이와 동일하고 양호하게는 더 크게 됨으로써, 상기 직선의 노치는 각이진 노치의 크레스트와 접촉하고, 판의 이격과 지지체를 제공한다.
도 1은 로우터(14)가 화살표(18)로 도시된 회전용 구동축 또는 포스트(16)위에 장착된 하우징(12)을 도시하는 통상적인 공기 히터를 부분적으로 절단한 사시도이다. 상기 로우터는 다수의 바스켓 모듈(22)을 포함하는 각각의 섹터를 가진 다수의 섹터(20)로 구성되고, 각각의 섹터는 다이아프램(34)에 의하여 형성된다. 상기 바스켓 모듈은 열전달 표면을 포함한다. 상기 하우징은 도관 가스쪽과 공기쪽으로 흐름 불침투성의 섹터판(24)에 의하여 분할된다. 또한, 대응되는 섹터판은 유닛의 저부에 위치된다. 상기 뜨거운 도관 가스는 가스 입구 덕트(26)를 통하여 공기 가열기로 들어가고, 열이 로우터로 전달되는 로우터를 통하여 흐르게 되고, 그 다음 가스 출구 덕트(28)를 통하여 배출된다. 역류 흐름의 공기는 공기 입구 덕트(30)를 통하여 들어가게 되고, 열을 픽업(pick up)하는 로우터를 통하여 흐르게 되고, 그 다음 공기 출구 덕트(32)를 통하여 나가게 된다. 상기 열교환 면을 포함하는 바스켓 모듈(22)은 본 발명의 열교환 면을 포함하는 것을 제외하고는 공기 예열기에 사용되는 통상적이 모듈이다.
도 2는 본 발명의 하나의 열전달 판(34)을 도시하는 사시도이다. 상기 판(34)은 공기 예열기를 통하고 그리고 판위로의 유체 흐름 방향에 일반적으로 평행한 제 1의 일련의 이격된 노치(36)를 포함한다. 상기 공칭의 흐름방향에 양호한 배치는 0도이지만, ＋/－3도가 될 수 있다. 각각의 노치는 판의 한쪽으로 부터 돌출되는 부분(38)과, 다른 쪽으로 부터 돌출되는 부분(40)를 가진 판의 평면으로 돌출되는 2개의 인접된 부분 또는 릿지(38 및 40)를 포함한다.
상기 제 2의 일련의 노치는 서로에 대하여 평행하고 직선 노치(36)의 인접된 것 사이의 각도에서 연장된다. 상기 경사진 노치(42)는 흐름 방향으로 부터 10 내지 50도의 각도가 될 수 있다. 상기 경사진 노치(42)는 평탄한 섹션(44)에 의하여 서로로 부터 분리되게 된다. 도 2의 3-3선을 따라취한 단면도인 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 평탄한 섹션(44)은 노치(42)사이의 크기 "X"를 가진다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 노치(42)는 판의 평면위 높이 "H"를 가진다. 상기 크기 H는 거칠기의 높이로 언급된다. 본 발명에서, 상기 크기 X는 적어도 3H이며, 통상적으로는 10H 내지 40H이다. 상기 열전달 문헌이 적절한 X가 10H 내지 20H의 범에 있는 다소간 서로 다른 형상의 연구를 포함하고 있기 때문에, X의 적절한 값은 3H 내지 40H의 범위로 있는 것이 기대된다. 이러한 점은 판의 평탄한 섹션으로 재부착하고 그리고 다른 파열을 필요로 하기 이전에 다시 두껍게 하기 위하여 파열되는 경계층용의 소정 거리를 취하게 되는 사실로 인한 것이다. X가 너무 작게 된다면, 흐름 재부착은 발생하지 않고, X가 너무 크다면, 열전달 비는 경계층 파열이 결핍되는 것으로 인하여 보다 낮게 된다.
도 4는 모든 판이 동일하지만 도면에 도시된 노치 패턴을 얻기 위한 적층 이전에 회전되는 다른 판을 가진 도 2의 2개의 판을 적층하는 것을 도시한다. 상기 직선의 노치(36)의 높이는 경사진 노치(42)의 높이와 동일하거나, 또는 보다는 더 큰것이 양호함으로써, 상기 직선의 노치는 접촉하게 되고, 각이진 노치의 크레스트에 의하여 지지된다. 상기 직선의 노치(36)가 경사진 노치(42)보다 더 크게 될 때, 개방된 채널은 판사이에서 발생된다. 상기 개방된 채널은 적외선의 뜨거운 스폿 검출용 팩을 통한 시선을 제공한다. 또한, 벌크 유체 흐름에 평행한 방향에서 소자의 팩을 통하여 청소되는 입자의 경로를 제공한다.
도 5 및 도 6은 판(34)을 적층하기 위한 2개의 서로 다른 장치를 도시한다. 도 5는 동일한 개방 영역을 가진 양호한 적층 장치이다. 도시된 바와 같이, 상기 노치(36)사이의 거리는 "N"이고, 상기 인접된 판의 노치사이의 개방된 영역은 "A"이다. 도 6에서, 상기 거리 N은 동일하지만, 인접된 판에서 결합되는 노치사이의 개방된 영역은 동일하지 않은 A1및 A2이다.
도 7 및 도 8은 2개 형태의 판이 교대로 있는 장치에서 사용되는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 상기 판(34)은 도 2 내지 도 6을 참고로 하여서 이미 설명되고 도시된 실시예의 판(34)과 동일하다. 제 2 형태의 판은 각각의 판(34)사이에서 샌드위치되는 판(46)이다. 이러한 판(46)은 경사진 노치(42)와 동일하거나 또는 유사한 경사진 노치(48)를 포함한다. 그러나, 이러한 판(46)은 판(34)에서 직선의 노치(36)와 비교되는 어떠한 직선의 노치를 갖지 않는다. 양호한 실시예에서, 상기 경사진 노치(48)는 각도, 높이 및 노치-대-노치의 이격을 포함하는 경사진 노치(42)와 동일한 크기를 가진다. 상기 양호한 장치는 경사진 노치(42 및 48)의 높이보다 더 큰 직선 노치의 높이를 가지는 것이다.
상기 경사진 노치의 방향이 본 발명의 도시된 양호한 실시예에서 교대로 있을지라도, 이것은 본 발명에 기본적인 것이 아니다. 상기 직선 노치와 결합되는 경사진 노치의 장점은 상기 경사진 노치가 직선과 경사의 노치 교차부에서 형성되고 개방되는 영역을 향하여 경사지게 된다는 것이다. 상기 "골"은 직선의 노치가 형성될 때 경사진 노치를 평탄하게 함으로써 형성된다. 이러한 보다 개방된 영역은 매연제거 또는 물세척동안에 팩을 바깥으로 입자 또는 침착물을 청소하기 위한 경로를 제공한다.
상기 팩의 열 및 압력 강하 성능은 유압 직경이 경사진 노치에 의하여 발생되는 거칠기에 관계없이 변화될 수 있기 때문에 특별한 디자인 상태로 적절하게 될 수 있다. 즉, 상기 직선 노치의 높이와 판의 이격은 일정하게 또는 균일하게 감소되는 경사진 노치 높이를 유지하면서 바람직하게 증가되거나 감소될 수 있다. 이것은 경사진 노치가 판의 이격을 결정하는 디자인에서 가능한 것은 아니다.
본 발명의 판은 근본적으로 매우 강성이다. 상기 판은 먼저 직선의 노치에 의하여 강화되고, 그리고 경사진 노치에 의하여 부가로 강화된다. 하나의 장점은 타이트한 팩킹이 상기 판의 지지체가 더 이상 필요없는 것을 유지하기 때문에, 상기 바스켓에서 느슨하게 유지될 수 있다. 이러한 느슨한 팩킹 형상은 판의 침착물을 파열시키고 그리고 느슨하기 위하여 매연 제거 또는 고압의 물세척동안에 판이 흔들리거나 또는 굽혀지는 것을 허용한다.
상기 직선 및 경사의 노치를 가진 판은 일단 2개 형태의 노치를 형성하는 패턴을 구비하는 롤로써 하나의 노칭 롤 작동 또는 2개의 분명한 노칭 롤 작동을 통하여 천연 금속 스톡(stock)을 통과시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 경사진 노치가 먼저 형성될 때, 상기 직선 노치용의 제 2 노칭 작동이 경사진 노치로 부터 몇 비트의 거칠가 경계층 파열을 목적으로 직선 노치에 남아 있기 때문에, 후자의 방법에 몇몇 장점이 있게된다.
본 발명의 양호한 실시예가 상세하게 도시되고 설명되었지만, 당업자는 많은 수정과 변화를 할 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 정신과 범위내에 있는 어떠한 그리고 모든 수정을 포함한다.

Claims (7)

  1. 로우터를 구비하는 회전식 재생 열교환기용 열전달 소자에 있어서,
    상기 열전달 소자는 로우터를 통하여 일반적으로 축방향에서 유체 흐름을 위하여 그 사이에 채널을 형성하도록 로우터에 정렬되는 다수의 적층되고 이격된 열교환 판을 포함하고, 상기 다수의 열교환 판의 각각은,
    상기 유체 흐름 방향에 일반적으로 평행한 방향으로 연장되는 이격된 간격으로 형성된 다수의 직선 노치 및;
    상기 판의 평탄한 부분에 의하여 분리되고 평행하게 이격된 간격으로 형성된 다수의 경사진 노치를 포함하고, 상기 경사진 노치는 직선의 노치와 상기 유체 흐름 방향에 대한 각도로 연장되며, 인접된 노치사이에서 연장되는 열전달 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 직선 노치는 판의 평면위에서 제 1의 선택된 높이를 구비하고, 상기 경사진 노치는 판의 평면위에서 선택된 제 2의 높이를 가지며, 상기 제 2 높이는 제 1 높이 이하인 열전달 소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 높이는 제 1 높이 미만인 열전달 소자.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 축방향에서 측정되는 경사진 노치사이에서 상기 판의 평탄한 부분의 크기는 제 2의 선택된 높이의 적어도 3배인 열전달 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 각도는 경사진 노치사이에서 형성되고, 인접되게 적층되고 이격된 열교환 판에서의 유체 흐름 방향은 상기 유체 흐름방향에 대향된 각도로 연장되는 열전달 소자.
  6. 로우터를 구비하는 회전식 재생 열교환기용 열전달 소자에 있어서,
    상기 열전달 소자는 로우터를 통하여 일반적으로 축방향에서 유체 흐름을 위하여 그 사이에 채널을 형성하도록 로우터에 정렬되는 다수의 적층되고 이격된 열교환 판을 포함하고, 상기 열교환 판은 다수의 제 2 열교환 판과 교대로 있는 일련의 제 1 열교환 판을 포함하고, 상기 제 1 열교환 판의 각각은,
    상기 유체 흐름 방향에 일반적으로 평행한 방향에서 이격된 간격으로 형성된 다수의 직선 노치와, 상기 제 1 열교환 판의 평탄한 부분에 의하여 분리되고 평행하게 이격된 간격으로 형성된 다수의 경사진 노치를 포함하고, 상기 경사진 노치는 직선의 노치와 유체 흐름 방향에 대하여 소정의 각도로 연장되고, 인접된 직선 노치사이에서 연장되며,
    상기 제 2 열교환 판의 각각은 직선의 노치를 포함하지 않고,
    평행하게 이격된 간격으로 형성되고 제 2의 열교환 판의 평탄한 부분에 의하여 분리되며, 상기 제 2의 열교환 판을 가로지르는 유체 흐름 방향에 대하여 소정의 각도로 연장되는 다수의 경사진 노치를 포함하는 열전달 소자.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 각도는 경사진 노치사이에 형성되고, 인접된 제 1 및 제 2의 열교환 판에서의 유체 흐름방향은 상기 유체 흐름방향에 대한 대향된 각도로 연장되는 열전달 소자.
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