KR200246125Y1 - 열교환모듈 및 이를 이용한 열교환장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공냉식 열교환기를 지지하는 지지구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 H형강을 접합수단으로 접합하여 형성된 육면체 형상의 프레임(60)과, 상기 프레임(60)의 상면에 고정되는 열교환기(10)와, 상기 프레임(60)의 내부에 위치되고, 상기 열교환기 방향으로 송풍하기 위한 적어도 하나의 팬모터장치 (20)와, 상기 팬모터장치(20)에서 발생하는 바람을 상기 열교환기(10) 방향으로 유도하기 위해 각각의 팬모터장치(20)와 열교환기(10) 사이에 고정되는 깔대기 형상의 공기박스(25)와, 양단이 상기 프레임(60)에 고정되고, 중간영역에는 상기 공기박스(25)의 일측 및 팬모터장치(20)가 고정되는 다수의 보강보(35)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

열교환모듈 및 이를 이용한 열교환장치{Heat exchanging module and Heat exchanging apparatus thereof}

본 고안은 공냉식 열교환기를 지지하기 위한 지지구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공냉식 열교환기를 지지하기 위한 열교환모듈 및 이를 이용한 열교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 석유화학공장이나 정유공장에는 여러 개의 화학공정이 있고 각 공정에는 열을 가하여 공정내용물의 온도을 올리고 또 열을 제거하여 냉각시킨다.공정상의 내용물은 핀이 달린 방열관 안을 흐르고 대형 팬에 의하여 송풍되는 공기는 핀튜브의 밖을 흐르며 열교환을 하여 공정내용물을 냉각시킨다. 이때 공정내용물은 공기에 열을 전달시켜 열이 대기로 방출되게 된다. 이처럼 열을 대기로 방출시키는 열교환기를 공냉식 열교환기라 한다.

공냉식 열교환기는 철관 밖에 알루미늄으로 된 핀을 부착시켜서 열전달 면적을 나관(Bare Tube)의 면적보다 23~25배 더 크게 하여 전체 열전달 저항을 작게 한것이다. 한 유닛의 공냉식 열교환기는 두 개의 번들(Bundle)로 되어 있고 한 개의 번들은 유체가 들어오는 쪽과 나가는 쪽에 두꺼운 철판으로 만든 두 개의 헤더 박스(Header Box)와 대략 200~250개의 핀튜브로 이 두 박스를 연결하는 형태로 되어 있다.

핀튜브의 크기는 일정하지는 않지만 9 ~ 15m까지로 한다. 한 번들의 크기 역시 일정하지 않으나 대략 2 ~ 3m의 크기로 한다. 두 개의 번들을 한 개의 유닛으로 만들고 이것을 구조물 위에 올려 놓고 이것을 한 베이(Bay)라고 통칭한다.

한 개의 베이에는 통상 두 개의 팬이 달려 있고 팬은 모터에 의하여 동작한다. 두 개의 번들을 옆으로 나란히 놓고 길이방향으로 두 개의 팬을 설치하여 팬이 송풍하는 것을 효과적으로 하기 위하여 플레넘 챔버(Planum chamber)라고 부르는 공기박스를 열교환기 밑에 달아 놓았다.

팬은 공기를 이 공기박스에 불어넣어 공기박스의 압력을 증가시켜 공기가 열교환기를 균일하게 흘러가도록 되어있다.

그리고 열교환기, 팬모터장치 및 공기박스로 구성된 것을 열교환기시스템이라 한다.

도 5는 공냉식 열교환기시스템을 지지하는 종래 지지구조물의 사시도이다.

이러한 공냉식 열교환기시스템을 지지하는 종래 지지구조물은 공냉식 열교환기(10)를 지지하기 위하여 다수의 H형강을 접합수단으로 접합하여 형성된 직사각형 형태의 평면프레임(65)과, 상단 세로보(31)와 하단 세로보(33)를 지나는 단일기둥으로 된 모서리기둥(41)과, 상기 상단 세로보(31)를 지지하여 상기 상단 세로보 (31)의 휨응력을 감소시키기 위하여 설치된 경사재(53)와, 팬모터장치(20)을 지지하는 보강보(35)와, 상기 보강보의 휨변형을 방지하기 위한 'L'자보(39)와, 상기 'L'자보가 상기 팬모터장치(20)을 지지하는 보강보(35)와 상단 중간보(38)를 연결하는 형태로 구성되어 있다.

종래에는 상기와 같은 공냉식 열교환기시스템을 설치함에 있어서, 지상에서높이가 15~20m 되는 통상 파이프랙(pipe rack)이라고 부르는 큰 구조물 위에 상기와 같이 구성된 지지구조물을 현장에서 조립 설치하고, 그 구조물 위에 열교환기, 팬모터장치 및 공기박스를 설치하는 방법으로 하였다.

이러한 종래의 공냉식 열교환기시스템 지지구조물을 현장에서 설치하기 위하여는 넓은 조립장소가 필요할 뿐만 아니라 고공에서 설치작업을 하여야 하며 또한 다수의 볼트 및 리벳을 현장에서 바로 체결하여야 하므로 설치지연, 현장 공간 부족 및 공사비용이 증가되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 고안의 목적은 공냉식 열교환기시스템를 지지하는 지지구조로서 열교환기, 팬모터장치 및 공기박스를 다수의 H형강을 접합하여 만든 육면체 형상의 프레임 상면 및 내부에 설치한 열교환모듈을 제조하여 신속하고 정확하게 또한 안전하고 경제적으로 공냉식 열교환기 설치작업을 수행할 수 있는 열교환모듈 및 이를 이용한 열교환장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 본 고안은, 다수의 H형강을 접합수단으로 접합하여 형성된 육면체 형상의 프레임(60); 상기 프레임(60)의 상면에 고정되는 열교환기(10); 상기 프레임(60)의 내부에 위치되고, 상기 열교환기 방향으로 송풍하기 위한 적어도 하나의 팬모터장치(20); 상기 팬모터장치(20)에서 발생하는 바람을 상기 열교환기(10) 방향으로 유도하기 위해 각각의 팬모터장치(20)와 열교환기(10) 사이에 고정되는 깔대기 형상의 공기박스(25); 양단이 상기 프레임(60)에 고정되고, 중간영역에는 상기 공기박스(25)의 일측 및 팬모터장치(20)가 고정되는 다수의 보강보(35)로 구성되는 것에 의하여 달성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 상기 프레임(60)의 절점을 보강하기 위해 모서리기둥(41) 및 보강기둥(42) 상, 하부에 추가로 버팀대(51)를 설치하는 것이 가능하다.

또한 상기 목적을 달성하기 위해 상기 프레임(60)의 상단 세로보(31)의 휨강성을 증가시키기 위해 상기 상단 세로보(31)에 접합된 모서리기둥(41)과 보강기둥 (42) 사이에 추가로 경사재(53)를 설치하는 것이 가능하다.

또한 상기 프레임(60)은 직육면체 형상으로 이루어지고, 상기 열교환기(10) 및 팬모터장치(20)는 각각 한 쌍씩 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 고안의 목적은, 다수의 H형강을 접합수단으로 접합하여 형성된 육면체 형상의 프레임(60); 상기 프레임(60)의 상면에 고정되는 열교환기(10); 상기 프레임(60)의 내부에 위치되고, 상기 열교환기 방향으로 송풍하기 위한 적어도 하나의 팬모터장치(20); 상기 팬모터장치(20)에서 발생하는 바람을 상기 열교환기(10) 방향으로 유도하기 위해 각각의 팬모터장치(20)와 열교환기(10) 사이에 고정되는 깔대기 형상의 공기박스(25); 양단이 상기 프레임(60)에 고정되고, 중간영역에는 상기 공기박스(25)의 일측 및 팬모터장치(20)가 고정되는 다수의 보강보 (35)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환모듈(70)을 포함하고, 복수의 상기 열교환모듈을 연결하여 구성되는 것에 의해서도 달성될 수 있다.

또한 상기 프레임(60)의 절점을 보강하기 위해 모서리기둥(41) 및 보강기둥(42) 상, 하부에 추가로 버팀대(51)를 설치하여 구성된 열교환모듈(70)을 포함하고, 복수의 상기 열교환모듈을 연결하여 구성되는 것이 가능하다.

또한 상기 프레임(60)의 상단 세로보(31)의 휨강성을 보강하기 위해 상기 상단 세로보(31)에 접합된 모서리기둥(41) 및 보강기둥(42) 사이에 추가로 경사재 (53)를 설치하여 구성된 열교환모듈(70)을 포함하고, 복수의 상기 열교환모듈을 연결하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 고안의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관 되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열교환모듈을 도시한 사시도.

도 2는 도 1에서 열교환기시스템을 제외한 프레임만을 도시한 사시도.

도 3은 본 고안의 다른 바람직한 실시예에 따른 열교환모듈의 프레임을 도시한 사시도.

도 4a 내지 4d는 본 고안에 따른 열교환모듈을 다수개 이용하여 구성한 열교환장치의 사시도.

도 5는 종래 열교환기시스템을 지지하는 지지구조물의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열교환기 20 : 팬모터장치

25 : 공기박스 31 : 상단 세로보

32 : 상단 가로보 33 : 하단 세로보

34 : 하단 가로보 35 : 보강보

41 : 모서리기둥 42 : 보강기둥

51 : 버팀대 53 : 경사재

60 : 프레임 65 : 평면프레임

70 : 열교환모듈 80 : 열교환장치

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도면 중에서 동일한 기능을 수행하는 부재는 동일한 번호를 사용하였다.

도 1은 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 열교환모듈을 도시한 도면이다. 도 2는 도 1에서 열교환기시스템을 제외한 지지프레임만을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 공냉식 열교환기(10)가 H형강으로 된 4개의 모서리기둥(41)과 2개의 상단 가로보(32) 및 상단 세로보(31)와 2개의 하단 가로보(34) 및 하단 세로보(33)가 상호 접합되어 형성된 육면체 형상의 프레임(60) 상면에 고정되어 있다.

상기 프레임(60)을 형성하기 위한 접합수단으로는 리벳접합, 볼트접합, 고력볼트접합 및 용접접합 등을 사용할 수 있다.

한편, 상기 프레임(60)은 정육면체 또는 직육면체 형상으로 조립하는 것이 가능하나 공냉식 열교환기(10)의 형상에 따라 직육면체 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 두 개의 번들을 한 개의 유닛으로 만들고 이것을 구조물 위에 올려 놓은 한 베이에 통상 두 개의 팬이 달려 있으므로 상기 열교환기(10) 및 팬모터장치 (20)는 각각 한 쌍씩 설치하는 것이 바람직하다.

상단 세로보(31)와 하단 세로보(33)를 연결하여 상단 세로보(31)에 걸리는 하중을 부담하기 위하여 보강기둥(42)이 설치된다.

공기박스(25)의 일측과 팬모터장치(20)를 고정하기 위하여 상기 프레임(60)의 하단 세로보(33) 위에 2개의 보강보(35)가 고정 설치되어 있다. 그러나 이는 공기박스(25)와 팬모터장치(20)를 고정하기 위하여 필요한 최소의 보강보(35)를 도시한 것이며 팬모터장치(20)의 작동으로 인한 하중의 증가에 대응하여 안전성을 확보하기 위하여 보강보(35)의 수를 증가시키는 것이 가능하다.

공기박스(25)는 수십 개의 철판을 여러 모양으로 절단하고 절곡하여 수백 개의 리벳을 체결하여 구성되는데 팬모터장치(20)에서 발생하는 바람을 상기 열교환기(10) 방향으로 유도하기 위해 각각의 팬모터장치(20)와 열교환기(10) 사이에 고정되어 있다.

팬모터장치(20)는 모터와 이에 의해 동작하는 팬으로 구성되어 있고 보강보 (35) 상면에 고정되어 있다.

또한 상기 프레임(60)의 각 절점을 보강하기 위하여 모서리기둥(41) 및 보강기둥(42) 상, 하부에 버팀대(51)를 설치하는 것이 바람직하다. 버팀대(51)로는 'ㄱ'형강이나 'L'형강이 사용될 수 있다. 동도면에는 상기 프레임(60)의 각 절점을 보강하기 위한 버팀대(51)가 모서리기둥(41) 및 보강기둥(42) 상부에만 설치되어 있으나, 상하부 모든 절점을 보강하기 위하여 모서리기둥(41) 및 보강기둥(42) 하부에도 설치될 수 있다.

도 3은 본 고안의 다른 바람직한 실시예에 따른 열교환모듈의 프레임을 도시한 도면이다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 각 보들 중에서 상단 세로보(31)에 하중이 가장 많이 걸리고 열교환기(10)의 자중이 커지면 하중분산을 위하여 경사재(53)을 더해 주어 트러스 형태를 만든다.

이렇게 함으로서 보의 단면을 키우지 않고 큰 하중을 지지하는 능력을 가진다. 그럼으로써 육면체 형상의 프레임(60) 상면에 설치되는 열교환기(10) 자체의 하중 및 상기 프레임(60) 내부에 설치되는 팬모터장치(20)의 작동으로 인한 하중의 크기에 별로 영향을 받지 않는 모듈화된 지지구조물을 제공할 수 있는 것이다.

이상과 같이 구성된 열교환모듈이 공장에서 조립되어 현장에 운반되거나 각 구성부재가 분해되어 운반되어 현장에서 조립된 후 크레인 등에 의하여 파이프랙 위로 들어올려져 조립 설치된다.

도 4a 내지 도 4d는 본 고안에 따른 열교환모듈(70)을 다수개 이용하여 구성한 열교환장치를 도시한 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 열교환모듈(70) 2개를 단변방향으로 연결하여 열교환기(10)의 용량을 확장하여 열교환장치(80)를 구성할 수 있다.

도 4b에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 열교환모듈(70) 2개를 장변방향으로 연결하여 열교환장치(80)를 구성할 수도 있다.

도 4c에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 열교환모듈(70) 3개를 2개는 단변방향으로 나머지 1개는 상기 2개의 열교환모듈(70) 중 어느 하나에 장변방향으로 연결하여 열교환장치(80)를 구성할 수도 있다.

도 4d에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 열교환모듈(70) 4개 중 2개는 단변방향으로 나머지 2개은 장변방향으로 연결하여 열교환장치(80)를 구성할 수도 있다.

이상에서와 같은 구성을 갖는 열교환장치(80)는 본 고안의 요지를 설명하기 위하여 예시한 것에 불과하고, 본 고안에 따른 열교환모듈(70)을 다수개 이용하여 단변방향으로 혹은 장변방향으로 연결하여 다양한 용량을 갖는 열교환장치(80)를 구성할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따르면, 열교환기가 공장에서 미리 제작 및 조립된 모듈형태로 현장에 도착함으로서, 크레인으로 즉시 파이프랙 위에 설치할 수 있어서 수개 월씩 걸리는 설치기간을 단축할 수 있다.

또한 공사현장에서 조립할 필요가 없어 공사현장의 장소부족의 어려움을 해소해 준다.

또한 여러 종류의 화학공정에서 다양한 용량의 열교환기가 요구되는 경우필요한 용량만큼 추가로 본 고안의 열교환모듈을 설치하면 되므로 열교환기의 용량 확장이 용이한 효과가 있다.

즉, 종래에는 각각의 용량에 따른 열교환기를 위한 구조물을 설치하기 위하여 열교환기 자체의 하중 및 팬모터장치의 작동으로 인한 하중을 고려하여 보 및 기둥의 단면 크기를 산정하고 절점 및 보의 보강재를 선정한 다음 이들 부재를 현장에서 조립하여 설치하였다. 그러나 본 고안에 의하면 모듈화된 열교환기를 필요한 용량 만큼 추가로 설치하면 되므로 열교환기의 용량 확장이 용이한 것이다.

비록 본 고안이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 고안의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 고안의 요지에 속하는 그러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (7)

1. 다수의 H형강을 접합수단으로 접합하여 형성된 육면체 형상의 프레임(60);

   상기 프레임(60)의 상면에 고정되는 열교환기(10);

   상기 프레임(60)의 내부에 위치되고, 상기 열교환기 방향으로 송풍하기 위한 적어도 하나의 팬모터장치(20);

   상기 팬모터장치(20)에서 발생하는 바람을 상기 열교환기(10) 방향으로 유도하기 위해 각각의 팬모터장치(20)와 열교환기(10) 사이에 고정되는 깔대기 형상의 공기박스(25);

   양단이 상기 프레임(60)에 고정되고, 중간영역에는 상기 공기박스(25)의 일측 및 팬모터장치(20)가 고정되는 다수의 보강보(35)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 프레임(60)의 절점을 보강하기 위해 모서리기둥(41) 및 보강기둥(42) 상,하부에 추가로 버팀대(51)를 설치한 것을 특징으로 하는 열교환모듈.
3. 제1항에 있어서,

   상기 프레임(60)의 상단 세로보(31)의 휨강성을 보강하기 위해 상기 상단 세로보(31)에 접합된 모서리기둥(41)과 보강기둥(42) 사이에 추가로 경사재(53)를 설치한 것을 특징으로 하는 열교환모듈.
4. 제1항에 있어서,

   상기 프레임(60)은 직육면체 형상으로 이루어지고, 상기 열교환기(10) 및 팬모터장치(20)는 각각 한 쌍씩 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환모듈.
5. 다수의 H형강을 접합수단으로 접합하여 형성된 육면체 형상의 프레임(60);

   상기 프레임(60)의 상면에 고정되는 열교환기(10);

   상기 프레임(60)의 내부에 위치되고, 상기 열교환기 방향으로 송풍하기 위한 적어도 하나의 팬모터장치(20);

   상기 팬모터장치(20)에서 발생하는 바람을 상기 열교환기(10) 방향으로 유도하기 위해 각각의 팬모터장치(20)와 열교환기(10) 사이에 고정되는 깔대기 형상의 공기박스(25);

   양단이 상기 프레임(60)에 고정되고, 중간영역에는 상기 공기박스(25)의 일측 및 팬모터장치(20)가 고정되는 다수의 보강보(35)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환모듈(70)을 포함하고,

   복수의 상기 열교환모듈(70)을 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 프레임(60)의 절점을 보강하기 위해 모서리기둥(41) 및 보강기둥(42) 상,하부에 추가로 버팀대(51)를 설치하여 구성된 열교환모듈(70)을 포함하고,

   복수의 상기 열교환모듈(70)을 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 프레임(60)의 상단 세로보(31)의 휨강성을 보강하기 위해 상기 상단 세로보(31)에 접합된 모서리기둥(41)과 보강기둥(42) 사이에 추가로 경사재(53)를 설치하여 구성된 열교환모듈(70)을 포함하고,

   복수의 상기 열교환모듈(70)을 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.