KR200294153Y1 - 열교환기 튜브 자동세정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 셀엔드튜브(shell ＆ tube)형식 열교환기의 튜브 내부 자동세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펌프, 압축기 등과 같은 가압ㆍ감압장치를 사용하지 않고 벤츄리관과 기존의 유체 순환계통에 설치되어 있는 유체 순환펌프의 흡인력을 이용하여, 열교환기 튜브 내부에 스폰지 볼과 같은 세정체를 순환시켜, 스케일, 슬라임 등 전열 방해물질을 제거함으로서 열교환기 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하는 열교환기 튜브 자동세정장치에 관한 것이다.

Description

열교환기 튜브 자동세정장치{Heat exchanger tube auto cleaning system}

본 고안은 셀엔드튜브(shell ＆ tube)형 열교환기의 튜브 내부 자동세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 열교환기 튜브 내부에 스폰지볼과 같은 세정체를 투입시켜, 유체 흐름에 의해 튜브 내부를 통과하게 함으로서 튜브 내부의 부착물을 제거하여 열교환기 성능을 향상시키고 또 수명을 연장시키는 것을 목적으로 하는 열교환기 튜브 자동세정장치에 관한 것이다.

종래부터 냉동장치나 화학플랜트에서는 셀 내부에 다수의 튜브를 배열한 셀엔드튜브(shell ＆ tube)형 열교환기가 많이 사용되어 왔으며, 이 형식의 열교환기에서 열매체로 사용되는 유체는 대부분 냉각탑에서 대기와 열교환하여 냉각되는데, 열교환기를 장시간 사용하게 되면 대기 중의 미생물, 먼지 등의 이물질이 유체로 유입되어 이들이 열교환기 튜브 내면에 쌓여 스케일, 슬라임 등의 부착물을 형성, 열교환기 성능이 저하되고 수명이 단축되는 등의 문제가 발생하고 있어, 이들 부착물을 정기적으로 세정해 줄 필요가 있다.

상기 부착물의 세정장치로는 종래부터 스폰지 볼과 같은 세정체를 이용하여이것을 튜브 내부로 유체흐름에 의해 강제적으로 통과시켜 튜브 내벽의 부착물을 제거하는 열교환기 튜브 세정장치가 많이 사용되어 왔다.

그러나 상기 종래 장치들은 몇 가지 문제점이 있는 것으로 알려져 있다. 첫째, 세정체를 순환시키기 위해 압축기나 펌프가 구비되어야 하므로, 장치설비 비용이 증가하고, 장치의 구성이 복잡하며, 장치의 유지관리에도 많은 어려움이 있다. 둘째, 세정체 분리기에서 유체와 세정체를 분리할 때, 원통형 체에 일시적으로 많은 양의 세정체가 정체하여 유체흐름을 방해할 뿐아니라, 또 많은 양의 세정체가 뒤엉켜 세정체 회수용 도관 입구를 막아 세정체 회수가 완전하지 못하다. 셋째, 도1에 도시되어 있는 바와 같은, 열교환기 입구 유체유입 도관에 전동밸브를 설치하고, 상기 유체유입 도관과 병렬로 벤츄리관을 설치하여 유체유입 도관에 설치된 전동밸브를 닫아 벤츄리관으로 유체를 흐르게 하여, 이 때 발생하는 벤츄리관의 흡인력에 의해 세정체를 유체유입 도관으로 흡인하는 방식이 있어서는, 유체 유입도관과 같은 대구경의 도관에 설치되는 전동밸브의 가격이 매우 고가인 점, 열교환기에서 발생하는 압력손실을 극복하고 세정체를 저장탱크로부터 유체유입 도관으로 흡인하기 위해서는 벤츄리관에서 유체속도를 매우 빠르게 하여 적어도 열교환기에서 발생하는 정압손실 이상의 정압손실이 벤츄리관에서 발생하여야 하며, 이는 유체 순환펌프의 부하를 가중시키는 결과가 되어 펌프운전 동력을 급격히 증가시켜 과부하에 의한 펌프장애를 초래한다는 점에서 실용적이지 못하다. 넷째, 도2에 도시되어 있는 것과 같은, 유체 순환펌프의 흡입력에 의해 세정체를 직접 흡입, 토출하여 이를 열교환기에 순환시키는 방식에 있어서는, 세정체가 펌프를 통과할 때 임펠라와 접촉하여 손상을 입는다는 문제가 있다.

본 고안은 종래의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 열교환기 입구측에 벤츄리관을 설치하여 상기 벤츄리관의 흡인력에 의해 세정체 회수기에 저장되어 있는 세정체를 열교환기 입구측에 투입하고, 기존 유체순환계통에 설치되어 있는 유체 순환펌프의 흡인력을 이용하여 세정체를 세정체 분리기로부터 세정체 회수기로 회수할 수 있는 구조로 되어 있어, 종래 방식에서와 같이 펌프나 압축기를 구비할 필요가 없다. 그러므로 설치 및 제작이 간단하여 경제적이며, 펌프나 압축기 가동에 소요되는 에너지도 절약할 수 있고, 장치 유지관리에 비용과 시간이 절약된다는 장점이 있다.

또 열교환기에 세정체를 투입할 때만 벤츄리관의 흡인력을 이용하고 ,세정체를 회수할 때는 본 고안과는 별도로 기존 유체순환계통에 설치되어 있는 펌프의 흡인력을 이용하므로, 세정체 투입 및 회수를 하나의 벤츄리관에 의해 행하는 종래의 방식에 비해 벤츄리관에서의 정압감소가 매우 작아 된다. 즉 벤츄리관에서의 압력손실을 매우 작게 할 수 있다. 따라서 기존 유체순환계통에 설치되어 있는 유체순환펌프의 부하증가를 대폭 감소할 수 있으며, 또한 종래 방식에서와 같이 유체유입 도관에 바이패스 배관을 구비하여 벤츄리관을 설치할 필요 없이, 직접 유체유입 도관에 벤츄리관을 설치할 수 있어 고가의 전동밸브를 설치를 생략할 있으므로 매우 경제적이다.

도 1은 종래의 벤츄리관을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치 구성도

도 2는 종래의 펌프 흡입측을 이용한 열교환기 튜브 자동세정장치 구성도

도 3은 본 고안의 열교환기 튜브 자동세정장치 구성도

도 4는 본 고안의 세정체 분리기 단면도

도 5는 본 고안의 세정체 회수기 단면도

도 6은 본 고안의 열교환기 튜브 자동세정장치의 세정체 투입 작용도

도 7은 본 고안의 열교환기 튜브 자동세정장치의 세정체 회수 작용도

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호 설명＞

1 : 유체유입 도관 2 : 열교환기

3 : 세정체 분리기 4 : 세정체 분리기 체

5 : 유체유출 도관 6 : 세정체 홀더

7 : 세정체 회수기 8 : 벤츄리관

9 : 세정체회수 도관 10 : 세정체투입 도관

11 : 세정체반송유체유입 도관 12 : 세정체반송유체회수 도관

13 : 세정체홀딩유체회수 도관 14 : 전자밸브

15 : 수동 볼밸브 16 : 유체 순환펌프

17 : 세정체 18 : 세정체 홀더 체

19 : 덮개 20 : 사이트글라스

21 : 세정체 회수기 체 22 : 저장탱크

23 : 전동밸브

본 고안의 열교환기 튜브 자동세정장치는 도3, 도4 및 도5에 도시되어 있는 바와 같이, 유체유입 도관, 벤츄리관, 열교환기, 세정체 분리기, 세정체 회수기, 유체 순환펌프 및 밸브와 이들을 연결하는 배관으로 구성되어 있다.

상기 열교환기를 중심으로, 열교환기의 입구측에는 벤츄리관이 설치되고 출구측에는 세정체 분리기가 설치되어 있다.

상기 세정체 분리기는 체의 구조를 경사지게 원뿔대형으로 설치하고 유체입구와 유체출구를 같은 방향으로 배치하여 유체가 체를 통과할 때 방향변화를 작게 하여 유체 와류 발생에 따른 압력손실을 최소화하였으며, 또 세정체 분리기에 세정체 홀더를 더 구비하여 세정체 분리기에서 분리된 세정체를 즉시 세정체 홀더로 흡인하여 세정체 분리기의 체에는 세정체가 정체하지 않도록 함으로써, 체를 통과하는 유체에 대한 저항발생 요소를 제거하였으며, 또한 세정체와 체가 마찰하여 생기는 세정체 마모를 방지할 수 있는 구조로 되어 있다.

상기 세정체 홀더는 상기 세정체 분리기 체와 연통하여 세정체 분리기의 하부에 구성되되, 상기 세정체 홀더의 하부는 세정체회수 도관을 통하여 세정체 회수기와 연통되고 측면은 세정체홀딩유체회수 도관을 통하여 유체순환펌프 흡입측과 연통되고, 세정체 홀더 체가 세정체 홀더의 내부에 원통형으로 개재되어 상기 세정체회수용 벤츄리관의 흡인력으로 세정체홀딩유체회수 도관으로 흐르는 유체와 세정체가 분리 가능하게 구성되어 세정체 분리기 체에 의해 분리된 세정체를 즉시 흡인하여 일시 보관하는 것이 가능하다.

상기 세정체 회수기는 내부에 세정체 회수기용 체가 설치되어 있고, 상부 덮개에는 사이트글라스가 구비되어 있어 세정체의 유동과 마모 정도를 관찰할 수 있도록 되어 있고, 또한 상부 덮개는 탈착이 용이한 구조로 되어 있어 세정체가 마모되었을 때 쉽게 교체가 가능한 구조로 되어 있다. 그리고 상기 세정체 회수기 하부에는 도관이 연결되어 둘로 분기하여 하나는 세정체반송유체유입 도관을 통하여 유체유입 도관과 연통되고, 다른 하나는 세정체반송유체회수 도관을 통하여 유체 순환펌프의 흡입측과 연통하며, 상기 세정체 회수기의 상부측면은 두개의 도관이 연결되어 하나는 세정체투입 도관을 통하여 벤츄리관과 연통되고, 다른 하나는 세정체회수 도관을 통하여 상기 세정체 분리기의 하부와 연통되게 설치되어 있다.

상기 세정체회수 도관, 세정체투입 도관, 세정체반송유체유입 도관, 세정체반송유체회수 도관 및 세정체홀딩유체회수 도관의 유로에는 각각 전자밸브가 설치되어 있어 이들 전자밸브의 개폐에 의해 세정체가 투입되거나 회수되는 것을 특징으로 하는 구성으로 되어 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 고안의 작동개요를 도6 및 도7을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

먼저 도6을 통하여 세정체를 유체유입 도관에 투입하는 과정을 설명하면, 수동 볼밸브는 모두 열려있고 전자밸브는 모두 닫혀있는 상태에서, 상기 세정체 회수기의 상부 덮개를 열어 적당 개수의 세정체를 넣은 후 덮개를 닫은 다음, 도시되어 있지 않은 제어판넬에 의해 세정체투입 도관, 세정체반송유체유입 도관, 세정체홀딩유체회수 도관에 설치되어있는 각각의 전자밸브를 열면, 유체유입 도관을 흐르던 유체 일부가 벤츄리관의 흡인력에 의해 세정체반송유체유입 도관으로 유입되어 세정체 회수기, 세정체투입 도관을 거쳐 벤츄리관으로 유입되며, 이 때 세정체 회수기에 저장되어 있던 세정체가 반송유체와 함께 열교환기로 유입된다. 세정체는 유체유입 도관을 흐르는 유체에 휩쓸러 열교환기 내를 통과하면서 튜브 내벽에 부착되어 있는 스케일, 슬라임 등 부착물을 제거한다. 열교환기를 통과한 세정체는 세정체 분리기에서 유체흐름 방향과 경사지게 설치된 원뿔대형 체에 의해 유체와 세정체가 분리되어, 유체는 유체유출 도관을 통하여 다음 공정으로 이송되고, 세정체는 유체의 일부와 함께 유체순환펌프의 흡인력에 의해 세정체 분리기에 머물지 않고 분리 즉시 세정체 홀더로 유입되어 유체는 세정체홀딩유체회수 도관을 통하여 유체순환펌프 흡입측으로 흡입되고 세정체는 세정체 홀더 체에 의해 걸려져서 세정체 홀더에 일시 정체하게 된다.

다음은 도7를 통하여 세정체 회수 과정을 설명하면, 열교환기로의 세정체 투입이 완료되고 나면, 도시되어 있지 않은 제어판넬에 의해 세정체투입 도관, 세정체반송유체유입 도관, 세정체홀딩유체 회수관에 설치되어 있는 각각의 열려있는 전자밸브를 닫고, 세정체회수 도관과 세정체반송유체회수도관에 설치되어 있는 각각의 전자밸브를 연다. 세정체홀딩유체회수 도관에 설치된 전자밸브가 닫히고 세정체회수 도관과 세정체반송유체회수 도관에 설치되어 있는 전자밸브가 열리면, 유체순환펌프의 흡인력에 의해 세정체 홀더에 일시 정체하고 있던 세정체는 반송유체와 함께 세정체회수 도관을 통해 세정체 회수기로 흡인된다. 상기 세정체 회수기로 흡인되어 온 세정체는 세정체회수기 체에 의해 걸려져, 세정체는 세정체 회수기에 남고, 반송유체만 유체 순환펌프의 흡입측으로 흡인된다. 세정체가 세정체 회수기에모두 회수되고 나면 도시되어 있지 않은 제어판넬에 의해 세정체회수 도관과 세정체반송유체회수 도관에 설치되어 있는 전자밸브가 닫힌다. 그리고 일정시간이 경과되면 다시 도시되어 있지 않은 제어판넬에 의해 세정체투입 도관, 세정체반송유체유입 도관, 세정체홀딩유체회수 도관에 설치되어 있는 각각의 전자밸브를 열어 세정체가 열교환기로 투입되어 상기와 같은 과정을 반복하게 된다.

상기와 같이, 본 고안은 열교환기 입구측에 설치되어 있는 벤츄리관과, 기존 유체순환계통에 설치되어 있는 유체 순환펌프의 흡인력을 이용하여 스폰지 볼과 같은 세정체를 열교환기 튜브 내부로 투입하거나 세정체 회수기로 회수하는 것이 가능하여, 종래 펌프나 압축기와 같은 유체기계에 의해 상기와 같은 작용이 이루어졌던 방식에 비해, 제작이 간단하고, 제작비용이 적게 들며, 장치운전에 별도의 동력이 필요 없어, 에너지절약 효과가 크며, 또한 장비유지관리에 있어서도 유지관리비 및 관리 인력이 현격히 절감된다는 장점이 있다.

또한 본 고안방식은 기존 유체순환계통에 설치되어 있는 유체 순환펌프를 활용하여 세정체를 회수할 수 있는 구조로 되어 있어, 벤츄리관은 세정체 투입 역할만 수행하면 된다. 따라서 하나의 벤츄리관에 의해 세정체 투입과 회수를 동시에 수행하는 방식에 비해 압력손실이 작은 벤츄리관의 채택이 가능하여 유체유입 도관에 직접 벤츄리관을 설치할 수 있어 고가의 바이패스 제어용 전동밸브 설치를 생략할 수 있어 경제적이고, 또한 벤츄리관에서의 압력손실이 작아 유체 순환펌프의 무리한 부하증가를 방지할 수 있다.

Claims (1)

1. 열교환기(2) 튜브 내부를 스폰지 볼과 같은 세정체(17)를 이용하여 자동세정하는 장치에 있어서,

   상기 열교환기(2)의 입구측에는 벤츄리관(8)이 설치되고 출구측에는 세정체 분리기(3)가 설치되며; 상기 세정체 분리기에는 두 개의 출구가 있는 세정체 홀더(6)가 구비되어, 하나는 세정체홀딩유체회수 도관(13)을 통하여 유체 순환펌프(16) 흡입측과 연통하고, 다른 하나는 세정체회수 도관(9)을 통하여 세정체 회수기(7)와 연통되게 설치되며; 상기 세정체 회수기(7)의 하부에는 도관이 연결되되 둘로 분기하여 하나는 세정체반송유체유입 도관(11)을 통하여 유체유입 도관(1)과 연통되고, 다른 하나는 세정체반송유체회수 도관(12)을 통하여 유체 순환펌프(16)의 흡입측과 연통되며; 상기 세정체 회수기(7)의 상부에는 두개의 도관이 연결되어, 하나는 세정체투입 도관(10)을 통하여 벤츄리관(8)과 연통되고, 다른 하나는 세정체회수 도관(9)을 통하여 상기 세정체 분리기(3)의 하부와 연통되며; 상기 세정체회수 도관(9), 세정체투입 도관(10), 세정체반송유체유입 도관(11), 세정체반송유체회수 도관(12) 및 세정체홀딩유체회수 도관(13)의 유로에는 각각 전자밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브 자동세정장치.