KR20010040840A - 회전형 재생 열 교환기 - Google Patents

Abstract

회전형 재생 공기 예열기용 열교환기 바스켓(22)은 덕트 단부로부터 축방향으로보다는 반지름방향으로 로터(14)에 로딩된다. 이 로터(14)는 다이어프램(34)에 의해 섹션(20)으로 나뉘어지고, 지지용 격자(40)는 이 격자(40) 상에 위치 및 지지되는 바스켓(22)을 갖는 각각의 로터 섹션(20)에 구비된다. 이 바스켓(22)은 경사진 에지(50)를 갖는 후크 부분(46)과 레버 부분을 포함하는 제거용 러그 또는 공구(44)로 로터(14)로부터 제거된다. 이 경사진 에지(50) 및 전체 후크 부분(46)은 바스켓(22)의 외부 에지 아래에 삽입된 다음 레버 부분으로 회전되며 여기서 이 후크 부분(46)은 바스켓(22)과 맞물린다. 그 다음, 이 러그 또는 공구(44)는 바스켓(22)을 제거하기 위해 바깥쪽으로 당겨진다.

Description

회전형 재생 열교환기{Rotary regenerative heat exchanger}

회전형 재생 열교환기는 도관 가스 흐름(flue gas stream)과 같은 한 고온 가스 유동으로부터 연소 공기와 같은 다른 저온 가스 흐름으로 열을 전달하기 위해 사용된다. 로터는 열이 그 열 흡수 재료에 의해 흡수되는 곳인 고온 가스 흐름용 통로 내에 우선 위치되는 다량의 열 흡수 재료를 포함한다. 로터가 회전함에 따라, 열 흡수 재료는 열이 이 흡수 재료로부터 저온의 가스 흐름으로 전달되는 곳인 저온 가스 흐름용 통로로 들어간다.

회전형 재생 공기 예열기와 같은 전형적인 회전형 열 교환기에서, 원통형 로터가 수직형 중심 로터 기둥(vertical central rotor post) 상에 배치되고 이 로터 기둥으로부터 로터의 외부 원주 쉘(outer peripheral shell)로 연장하는 다수의 방사형 구획(partition) 또는 다이어프램에 의해 다수의 섹터형 구획으로 나뉘어진다. 이들 섹터형 구획은 일반적으로 적층된 판형 소자를 포함하는 다량의 열 흡수 재료를 담는 모듈식 열 교환 바스켓을 적재한다.

이 로터는 하우징에 의해 둘러싸이고 로터의 단부는 가스 흡입구와, 고온 가스와 저온 가스측으로 하우징을 분할하는 배출 덕트 사이에 위치된 섹터 판에 의해 부분적으로 덮힌다. 작업효율을 개선하기 위해, 섹터 판 부근이 밀봉되고 로터의 단부에서의 고온과 저온측 사이의 가스 유동을 최소화하도록 로터의 단부에 밀봉(방사형 밀봉을 지시함)을 제공하는 것이 일반적이다. 상기 밀봉은 일반적으로 다이어프램의 에지에 부착된다.

모듈식 열교환기 바스켓의 한 형태는 개방 프레임을 포함하고 고형(solid) 측벽을 갖지 않는다. 상기 바스켓은 상부 단부(덕트 단부)로부터 로터로 축방향으로 적재되고 지지판(stay plate)은 인접한 바스켓 사이에 위치되고 이 인접한 바스켓을 방사형으로 지지한다. 바스켓이 자유롭게 삽입될 수 있음을 보장하기 위해, 간극이 존재하도록 다이어프램과 지지판으로 형성되는 구획에 비교하여 바스켓은 더 작은 치수를 가질 필요가 있다. 그러므로, 필요한 열교환면을 제공하기 위해, 과잉 정면 면적을 가지며, 따라서 보다 큰 로터가 될 필요가 있다. 또한, 각각의 바스켓 주위에 존재하는 갭은 공기와 도관 가스가 바이패스(bypass)하게 하므로 열효율을 감소시킨다.

다른 장치에서, 로터는 덕트 단부를 통해 축방향으로가 아닌 로터의 측면을 통해 반지름 방향으로 바스켓을 적재 및 제거하도록 구성된다. 이 바스켓은 다이어프램 사이를 지지하도록 작용하고 바이패스 갭을 감소시키면서 로터 구조를 강화하도록 각각의 섹터에서 위치 및 지지된다. 바스켓은 로터의 각각의 단부 사이에서 다이어프램 사이와 바스켓의 층 사이에 고정된 격자 상에 지지된다. 바스켓이 다이어프램 사이에서 지지부로서도 작용하면, 안쪽 단부와 접촉하기 전에 각각의 바스켓의 바깥쪽 단부(outboard end)가 다이어프램과 접촉할 수 있도록 각각의 로터 섹터의 각도는 각각의 바스켓의 보조각보다 작다.

측방 제거용 바스켓, 특히 다이어프램과 접촉하는 바스켓에서의 문제점은 새 바스켓식 열전달면으로 교환 또는 점검하는데 이 바스켓이 제거하기 어려울 수 있다는 점이다. 바스켓을 제거하기 위해서는 바스켓이 지지용 격자에 걸쳐 슬라이딩될 필요가 있고 접근이 제한되므로 제거가 복잡하다. 여기에는 일반적으로 1/4 내지 1/2 인치의 수직 간극만이 있다. 또한, 바스켓이 최하단 에지 이외의 위치에서 당겨지면, 바스켓이 격자 지지 바아로 기울어져 걸리는 경향이 있다.

본 발명은 일반적으로 회전형 재생 열교환기에 대한 것이고, 더 상세하게는, 로터로부터 모듈식 열교환기 바스켓을 제거하는 개선된 수단에 대한 것이다.

도 1은 회전형 재생 공기 예열기의 사시도.

도 2는 다이어프램 사이의 위치에 있는 지지용 격자를 예시하는 도 1의 예열기의 로터의 일부분의 상부 단면도.

도 3은 정위치의 바스켓을 예시하는 도 1의 예열기의 일부분의 상부 단면도.

도 4는 바스켓이 정위치에 있는 로터의 일부분의 단면도.

도 5는 본 발명의 제거용 러그의 등각도.

도 6 및 도 7은 제거용 러그의 사용을 예시하는 로터의 일부분의 단면도.

본 발명은 회전형 재생 공기 예열기의 측면을 통해 반지름 방향에서 열교환기 바스켓을 제거하는 신규한 방법에 대한 것이다. 이 방법은 제한된 거리만큼 바스켓의 외부 에지를 들어올리기 위해 러그 장치를 바스켓의 하부 외부 에지 아래에 삽입하고, 바스켓을 걸기(hook) 위해 러그 장치를 회전시킨 다음, 바스켓을 로터 밖으로 꺼내기 위해 러그 장치를 당기는 것을 포함한다.

도 1은 화살표 18로 지시된 바와 같이 회전하기 위해 로터(14)가 구동축 또는 포스트(16) 상에 장착된 하우징(12)을 도시하는 전형적인 공기 가열기의 부분적으로 절단된 사시도이다. 이 로터는 다수의 섹터(20)로 구성되며 각각의 섹터는 다수의 바스켓(22) 모듈을 포함하고 다이어프램(34)에 의해 한정된다. 이 바스켓 모듈은 열교환면을 포함한다. 하우징은 유동 불투과성 섹터 판(24)에 의해 가스측 도관(flue)과 공기측 도관으로 분할된다. 상응하는 섹터 판이 이 장치의 하부에도 위치된다. 고온의 도관 가스는 가스 흡입 덕트(26)를 통해 공기 예열기로 들어가 열이 로터에 전달되는 곳인 로터를 통해 유동한 다음 가스 배출 덕트(28)를 통해 나간다. 대향류 유동 공기(countercurrent flowing air)는 공기 흡입 덕트(30)를 통해 들어가, 열을 채집하는 곳인 로터를 통해 유동한 다음 공기 배출 덕트(32)를 통해 나간다. 바스켓(22) 모듈은 커버 판(38)을 제거하고 바스켓을 반지름 방향으로 각각의 섹터(20)로 슬라이딩식으로 넣어 로터 쉘(36)을 통해 로터(14)로 로딩(loading)된다.

이제, 로터의 일부분의 단면의 평면도인 도 2를 참조하면, 다이어프램(34)이 로터 쉘(38)과 로터의 중심부분(36) 사이에서 방사형으로 연장하는 단면을 도시한다. 이러한 도 2는 바스켓 모듈이 설치되기 전의 도면이다. 지지용 격자(40)는 다이어프램(34) 사이에 지지 및 장착된다. 이들 지지용 격자는 부재(42)로 형성되고 일반적으로 트러스형 구조이다. 구조적으로 바스켓을 지지하기 위해 설계되는 한 어떠한 바람직한 트러스 형상도 사용될 수 있다. 격자는 용접 등에 의해 다이어프램에 적절하게 부착된다. 통상적으로, 각각의 섹터 내에는 다수의 레벨의 격자가 존재한다.

본 발명의 바스켓은 로터의 상단부로부터가 아니라 로터의 주변 또는 측면을 통해 로터로 위치된다. 바스켓이 상부로부터 위치되면, 충분한 간극이 제공되어야 하고 지지용 판이 이 바스켓을 제 위치에 유지시키기 위해 반지름방향으로 인접한 바스켓 사이에 위치되어야 한다. 각각의 바스켓 주위의 이 간극은 공기 예열기가 일정량의 열전달면을 수용하기 위해 부가적인 정면(단부) 영역을 요구한다는 것을 의미한다. 바스켓이 측면으로부터 로딩되면, 매우 적은 간극만이 요구되고 바스켓은 대부분의 간극이 제거되도록 섹션으로 서로에 대해 밀접하게 설치될 수 있다. 이는 지지판의 필요성을 제거하며 특정량의 열전달면을 위해 필요한 공기 예열기의 필요 전방 면적을 감소시킨다.

도 3은 바스켓(22)이 제 위치에 있고 격자(40; 도 3에는 도시안함) 위에 안착된, 도 2의 로터의 동일한 부분의 단면을 도시하는 평면도이다. 물론, 종래와 같이, 일반적으로 도 4에 도시한 바와 같이 각각의 섹터 내에는 다수의 층의 격자 및 바스켓 모듈이 있을 수 있다. 도 3은 바스켓 모듈이 섹터(20)의 테이퍼 각도보다 더 큰 각도로 테이퍼진 양호한 실시예를 도시한다. 이에 관해서는 미국 특허 제 5,485,877을 참조하라. 바스켓은 그 외부 모서리(outboard corner)가 다이어프램과 접촉할 때까지 바스켓을 밀어 측방 설치된다. 그 다음 이 바스켓은 최소한 외측의 바스켓을 다이어프램에 적절하게 핀 고정하여 제 위치에 고정될 수 있다.

도 4는 열교환기 바스켓(22)이 제 위치에 있는 로터의 일부분의 단면도이다. 이 바스켓(22)은 상기 도 4에 그 중 하나가 도시된 다이어프램(34)에 부착된 격자(40) 상에 지지된다. 바스켓(22)을 로터로부터 제거하기 위한 본 발명의 방법에 사용되는 제거용 러그(44)가 또한 도시되어 있다. 제거용 러그(44)와 이 러그의 사용을 포함하는 제거 방법은 도 5 내지 도 7에 보다 명확하게 예시되어 있다. 도 5의 등각도에 도시된 바와 같이, 제거용 러그(44)는 한 단부에서의 구부러진 후크 부분(46)과 다른 단부에서의 당김용 케이블을 부착하기 위한 구멍(48)을 포함하는 평편한 금속판으로 구성된다. 후크 부분(46)의 단부는 도면부호 50에서 도 6에 도시된 바와 같이 바스켓(22) 아래에 제거용 러그를 삽입하기 위해 비교적 작고 날카로운 에지를 형성하도록 경사져 있다. 또한, 제거용 러그는 전형적인 바스켓 지지부 또는 타이 바아(tie bar)에 걸쳐지도록 또는 끼워지도록 적용되는 후크 부분 내의 노치부(notch)를 갖는다. 상기 타이 바아는 각각의 바스켓의 하부 중심을 따라 반지름 방향으로 연장하고 바스켓의 내부 및 외부 단부에 고정되는 부재이다. 타이 바아(54)는 격자(40) 상의 바스켓(22)의 외부 하부 모서리의 단면도인 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 바스켓은 바스켓 랩퍼(basket wrapper)의 외부 단부 부분(56)과 바스켓 랩퍼의 측면 부분(58)을 포함한다. 타이 바아(54)는 상기 외부 단부 부분(56)의 외부 하부 에지에 부착된다. 도 6에서, 제거용 러그(44)는 바스켓(22) 아래에 경사진 에지(50)를 삽입하는 위치를 도시한다. 이는 제거용 러그를 단순히 해머질하여 보통 이루어진다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 이는 격자(40)로부터 바스켓(22)의 외부 에지가 들어올려지기 시작하게 한다. 일단, 제거용 러그(44)의 후크 부분(46)이 바스켓(22) 아래에 일정량이 삽입되면, 이 제거용 러그(44)는 도 7에 도시된 위치로 회전된다. 비록 도시되지는 않았으나, 제거용 러그(44)의 노치부(52)는 타이 바아(54)에 걸쳐진다. 이 제거용 러그(44)는 특히 그 두께가, 바스켓(22)이 격자(40) 상에서 들어올려지는 거리가 바스켓의 상부에서 가용 자유공간(free space available) 량보다 작도록 설계된다. 상기 들어올리는 거리는 일반적으로 1/4 인치(6.35mm)이다. 제거용 러그(44)가 도 7에 도시된 위치에 있을 때, 케이블 또는 다른 당김용 수단이 구멍(48)에 부착되고 바스켓은 로터 외측으로 끌어 당겨진다.

Claims (2)

1. 바스켓이 로터 내의 지지용 격자 상에 지지되고, 하부 외부 에지를 가지고, 최소한 상기 하부 외부 에지에 걸쳐 연장하는 부재를 포함하는, 회전형 재생 공기 예열기의 로터의 측면을 통해 열교환기 바스켓을 반지름 방향으로 제거하기 위한 방법에 있어서,

   a. 레버 부분과 후크 부분을 포함하고 상기 후크 부분에 경사진 에지를 포함하는 제거용 공구를 준비하는 단계와,

   b. 상기 지지용 격자와 상기 바스켓 중의 하나 사이에 상기 후크 부분의 경사진 에지를 삽입하는 단계와,

   c. 상기 한 바스켓 아래에 상기 후크 부분을 밀어 넣어 상기 한 바스켓이 상기 지지용 격자 위로 들리는 단계와,

   d. 상기 제거용 공구의 레버 부분을 하향으로 회전시켜 상기 후크 부분은 상기 바스켓의 하부 외부 에지에 걸쳐 연장하는 상기 부재와 맞물리는 단계와,

   e. 상기 제거용 공구 상에서 방사상 외향으로 당겨 상기 바스켓을 상기 로터의 측면으로부터 밖으로 제거하는 단계를 포함하는 열교환기 바스켓 제거 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제거용 공구는 상기 레버 부분에 구멍을 포함하고, 상기 방사상 외향으로 당기는 단계는 상기 구멍에 케이블을 부착하고 상기 케이블을 당기는 단계를 포함하는 열교환기 바스켓 제거 방법.