KR20020071732A - 열 교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 열 교환기 블럭(1) 및 열 교환기를 둘러싸는 단열 용기를 가지며 절연 용기에 매달린 열 교환기 블럭(1)을 고정하기 위한 고정 수단(3, 4, 5, 7)이 제공되는 열 교환기에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 열 교환기 블럭(1)은 단열 용기에 이동가능하게 배치된다.

Description

열 교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 하나 이상의 열 교환기 블럭 및 열 교환기를 둘러싸는 단열 용기를 가지며 절연 용기에 가설된 열 교환기 블럭을 고정하기 위한 고정 수단이 제공되는 열 교환기에 관한 것으로, 저온 공기 분별 플랜트(low-temperature air fractionation plant)에서 열 교환기의 사용에 관한 것이다.

공기의 저온 분류중에는, 분별되어지는 충전 공기가 처리 온도로 냉각되어진다. 이는 통상적으로 공기 분별 플랜트에서 얻어지는 충전 공기와 생성 스트림 사이의 간접적인 열 교환을 통해 일어난다. 거대한 양의 공기를 처리하는 플랜트에서, 주요 열 교환기는 평행하게 연결된 다수의 열 교환기 블럭에 의해 생성된다. 개별적인 열 교환기 블럭은 이러한 경우에 있어서 일반적으로 플레이트 유형(plate-type)의 열 교환기로 형성된다.

주요 열 교환기의 열적 단열체는 열 교환기가 열적으로 단열된, 냉각박스(coldbox)라고 알려진 단열 용기로 도입됨으로써 제공된다. 단열 용기에서 열 교환기 또는 열 교환기 블럭을 고정하기 위한 다양한 방법이 공지되어 있다.

첫째로, 열 교환기 블럭이 수직부에 놓여지거나 또는 단열 하우징의 바닥 또는 기초면 위의 지지부에 놓여지는 것이 공지되었다. 어떤 경우에는, 단면부도 열 교환기 블럭의 대향된 두곳의 측면에 끼워지고, 이러한 단면부는 단열 공간을 가로지르며 놓인 지지부의 상부에 놓여지고 열 교환기 블럭을 유지한다. 타이 로드(tie-rod)가 보조하여 열 교환기가 단열 공간의 천정 지지부부터 가설되는 것으로서, 로드가 측면으로 배치된 단면부에 끼워지는 것이 가능하다.

또한, 국제 공개공보 제 99/11990호는 지지 브라켓에 의하여 열 교환기 블럭이 온난 단부 즉, 상부 영역에서 유지되며 로프 형태의 요소 수단에 의하여 열 교환기 블럭이 단열 공간과 일정각으로 냉각 단부에서 클램핑되는 것을 설명한다.

이러한 모든 고정 방법의 인자는 공통점을 갖는데, 이는 열 교환기 블럭이 단열 공간에 강성적으로 고정된다는 것이다. 그러나, 플랜트가 작동되거나 하중이 변화하는 경우에는, 열 교환기 블럭에 연결된 파이프 라인은 온도의 원인으로 길이상 심각한 변동을 겪게 되는데, 파이프 길이의 미터당 4㎜까지의 변화를 겪는다. 예를 들어, 냉각중에 열 교환기 블럭이나 파이프 라인의 수축으로 인한 균열이나 기타 손상을 피하기 위하여, 지금까지는 수축 보상 또는 고가의 열 교환기 블럭의 연결편의 강화로서 라인 루프가 제공되는 것이 필요하였다. 그 결과, 파이프 길이는 배관의 증가를 초래하였고, 배관에 의한 공간이 소요되며 배관은 더욱 복잡해졌다.

본 발명의 목적은 배관이 가능한 한 간단하고 수축 보상을 위한 라인 루프를 피하면서 또는 적어도 최소화시키는 방식으로 단열 용기에 고정되는 열 교환기를 개발하는 것이다.

본 발명에 따라, 상기한 목적은 열 교환기 블럭이 단열 용기에 이동가능하게 배치되도록 개시되는 유형인 열 교환기에 의해 달성된다.

본 발명에 따라, 열 교환기 블럭에 연결된 파이프 라인에서 열적으로 발생되는 변화가 블럭의 위치 변화에 의해 보상되는 방식으로 열 교환기 블럭이 고정된다. 예를 들어, 플랜트가 냉각될 때, 열 교환기 블럭은 파이프 라인의 수축과 함께 이동된다.

열 교환기 블럭은 하단부가 적어도 두곳의 공간 방향으로 이동이 가능한 방식으로 단열 용기에 고정되는 것이 바람직하다. 특별히, 열 교환기 블럭은 그의 무게 중심 위에서 자유롭게 이동이 가능한 방식으로 가설되는 것이 보다 바람직하다.

온난 충전 공기가 열 교환기 블럭의 상단부에 공급되어지도록 하며 냉각 생성 가스가 열 교환기 블럭의 하단부에 공급되어지도록 하는 것이 통상적이다. 따라서, 작동 초기 동안 또는 하중이 변화되는 경우에, 열 교환기 블럭의 하부의 냉각 단부에 연결된 파이프 라인만이 길이상으로 상당한 변화를 받게 되는데, 이는 온난 단부에서의 온도 변화가 단지 작기 때문이다. 열 교환기 블럭이 그의 무게 중심 위에 가설된다는 것은 그의 하단부에서 상대적으로 용이하게 이동가능하다는 것을 의미한다. 그러므로, 단지 작은 힘만이 하단부에 연결된 파이프 라인에 작용하며 수축을 통하여 열 교환기 블럭의 이동이 초래된다. 파이프 라인상의 수용되기 어려운 높은 응력은 피하여진다.

본 발명은 열 교환기에 특히 유용한 것이 증명되었고, 열 교환기는 적어도 두개의, 바람직하게는 적어도 4개의 열 교환기 블럭을 포함한다. 본 발명은 4개 또는 5개의 블럭 각각의 경우에 두개의 횡렬로 8개 또는 10개의 열 교환기 블럭을 포함하는 열 교환기에 특별히 유용하다. 다수의 열 교환기 블럭을 포함하는 상대적으로 거대한 열 교환기는 냉각되어질 충전 공기 및 개별적인 열 교환기 블럭으로 역류 방향으로 안내되는 생성 스트림을 배분하기 위하여 복잡한 배관이 요구된다.

또한, 현재까지 수축 길이로서 요구되는 라인 루프는 더욱 난해해지며, 특히 필요한 공간을 증가시킨다. 따라서, 이러한 유형의 플랜트의 가격을 더욱 증가시키는 거대한 단열 용기를 제공하는것이 필요하다.

열 교환기 블럭을 고정하는 독창적인 방법은 배관을 단순화하고, 단열 용기의 크기를 감소하므로 가격면에서 상당한 절감을 유도한다. 이는 개별적인 열 교환기 블럭이 공통 수집 라인으로 유도되는 공급 라인 및/또는 배출 라인을 갖는 경우에 특별히 증명된다.

바람직하게는 조인트를 갖는 고정 수단을 제공하므로, 열 교환기 블럭은 조인트 축선 주위로 이동될 수 있다. 이러한 유형의 마디가 있는 관절식의 가설부는 상대적으로 기술적인 소비가 거의 없이 달성되며 실제에 있어서 특별히 성공적이라는 것이 증명되었다.

도 1은 본 발명에 따른 열 교환기의 서스펜션을 개략적으로 도시한 것,

도 2는 도 1의 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:열 교환기 블럭2: 헤더

3: 알루미늄 플레이트4: 스틸 플레이트

5: 볼트6, 9: 축선

7: 조인트8: 지지대

10: 가설점

본 발명 및 본 발명의 상세한 설명은 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참고로 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1과 도 2는 열 교환기 블럭의 상단부를 도시한 것으로, 이는 저온 공기 분별 플랜트의 주요 열 교환기에 사용된다. 주요 열 교환기는 이러한 유형의 다수의 열 교환기 블럭(1)이 평행하게 연결된다.

열 교환기 블럭(1)은 240㎝ 까지의 폭을 갖는다. 헤더(header)라고 알려진 커넥터/디스트리뷰터(2)는 열 교환기 블럭(1) 위에 배치되고, 헤더로부터 하나 이상의 파이프라인(도시안됨)이 바깥으로 유도된다.

헤더(2)의 상방으로 돌출된 알루미늄 플레이트(3)는 대향된 두곳의 측면에서 열 교환기 블럭(1)에 고정된다. 정역학적인 요구에 따라 설계된 실질적으로 삼각형인 스틸 플레이트(4) 또는 스틸 지지대는 헤더(2)의 위에서 알루미늄 플레이트(3)에 수직으로 배치되고, 두곳의 모서리에서 볼트(5)에 의해 두개의 알루미늄 플레이트(3)에 마디가 있는 관절식으로 고정된다. 스틸 플레이트(4)는 두개의 볼트(5)의 연장선에서 형성된 축선(6)에 대하여 열 교환기 블럭(1)과 상대적인 이동이 가능하다.

스틸 플레이트(4)의 세번째 모서리에는 다른 조인트(7)가 있다. 스틸 플레이트(4)는 이중-T 형 지지대(8)에서의 조인트(7)에 의해 가설되며, 냉각박스(도시안됨)에 고정되며 열 교환기 블럭(1)을 지지한다. 조인트(7)는 스틸 플레이트(4)의 평면내에서 또는 스틸 플레이트(4)에 수직인 축선(9)에 대하여 이동을 가능하게 한다.

그리하여, 열 교환기 블럭(1)은 서로 수직인 두개의 축선(6, 9)에 대하여 회전될 수 있는 방식으로 마디가 있는 관절식으로 가설된다. 알루미늄 플레이트(3)와 스틸 플레이트(4) 두가지의 배치는 가설점(10)이 열 교환기 블럭(1)의 무게 중심 위에서 수직선상으로 놓여지는 방식으로 선택되어진다.

또한, 열 교환기 블럭(1)의 수평 이동은 알루미늄 플레이트(3)와 스틸 플레이트(4) 사이의 적절하게 선택된 거리에 의하여 흡수될 수 있다.

조인트(7)는 축선(9)이 돌출-특정 요구사항 즉, 열 교환기의 특정 설계에 대하여 발생하거나 또는 계산될 수 있는 파이프 응력에 부합되는 방식으로 배치된다.

열 교환기 상호간에 발생되는 유체 스트림을 제공하며 배출하는 하나 이상의 파이프 라인(도시안됨)은 열 교환기 블럭(1)의 하단부에 배치된다. 하중이 가변되는 경우와 플랜트가 가열되며 냉각되어질 때에는, 이러한 파이프 라인이 열적인 원인으로 인하여 파이프 라인 길이의 미터(metre) 당 약 3~4㎜의 길이가 가변된다. 실제에 있어서, 본 발명에 따라, 열 교환기 블럭(1)은 그 무게 중심의 위에서 가설되는데, 이는 열 교환기 블럭의 하단부에 가해지는 상대적으로 작은 힘조차에 의해 이동할 수 있다는 것을 의미한다. 열 교환기 블럭(1)의 이동은 파이프 길이에 있어서 열적으로 유도되는 변화를 보상하므로, 파이프 라인에서의 수축에 대하여 보상하기 위한 파이프 루프가 필요하지 않게 된다.

열 교환기 블럭을 고정하는 독창적인 방법은 배관을 단순화하고, 단열 용기의 크기를 감소하므로 가격면에서 상당한 절감을 유도한다. 이는 개별적인 열 교환기 블럭이 공통 수집 라인으로 유도되는 공급 라인 및/또는 배출 라인을 갖는 경우에 특별히 증명된다.

바람직하게는 조인트를 갖는 고정 수단을 제공하므로, 열 교환기 블럭은 조인트 축선 주위로 이동될 수 있다. 이러한 유형의 마디가 있는 관절식의 가설부는 상대적으로 기술적인 소비가 거의 없이 달성되며 실제에 있어서 특별히 성공적이라는 것이 증명되었다.

Claims (9)

1. 하나 이상의 열 교환기 블럭 및 열 교환기를 둘러싸는 단열 용기를 가지고, 상기 단열 용기에 매달린 상기 열 교환기 블럭을 고정하기 위한 고정 수단이 제공되는 열 교환기에 있어서,

   상기 열 교환기 블럭(1)은 상기 단열 용기내에 이동가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열 교환기 블럭(1)의 하단부는 둘 이상의 공간 방향으로 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 열 교환기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열 교환기 블럭(1)은 그의 무게 중심 위에서 자유롭게 이동이 가능한 방식으로 가설되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 두개 이상이며, 바람직하게는 3개의 열 교환기 블럭(1)을 포함하는 열 교환기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 열 교환기 블럭(1)은 공통 연결 라인으로 유도되는 공급 및/또는 배출 라인을 가지는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
6. 제 1 항 내지 제 5 항에 있어서, 상기 고정 수단은 조인트(5, 7)을 가지는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 고정 수단은 상호 수직인 두개의 회전 축선(6, 9)을 가지는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
8. 제 1 항 내지 제 7 항에 있어서, 상기 고정 수단은, 상기 열 교환기 블럭(1)에 고정되게 연결된 제 1요소(3)와, 그리고 상기 제 1요소(3)에 관절식으로 연결된 제 2요소(4)를 가지고, 상기 제 2요소(4)는 상기 단열 용기에 관절식으로 고정되어지는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
9. 저온 공기 분별 플랜트, 특히 저온 공기 분별 플랜트의 주요 열 교환기로 사용되는 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 열 교환기의 용도.