KR200379918Y1 - 열교환기용 히터모듈 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열교환기의 내부에 하나 이상 적층 설치되어 유입되는 배기가스의 온도를 보상하는 히터모듈에 관한 것으로; 상하부가 개방되고 내측에 가이드홈이 배기가스가 이동하는 방향으로 일정간격을 유지하며 형성되는 외측가이드와, 상기 가이드홈에 대응되는 가이드홈이 외측면에 형성되어 상기 외측가이드의 내부에 위치하는 내측가이드가 구비되어 배기가스의 이동공간을 형성하고, 상기 가이드홈에는 양측면이 끼워져 고정되되 상단부와 하단부에 다수의 끼움홈이 일정간격으로 형성되는 스페이서가 고정되고, 상기 끼움홈에는 다수의 튜브이 끼워져 고정되고, 상기 외측가이드의 외측 일면에는 상기 튜브의 양단부가 각각 연결되어 상기 배기가스와 열교환하기 위한 증기를 공급 및 순환시키기 위한 배관이 연결되는 유입구 및 배출구가 구비되는 판넬로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따르면; 히터모듈을 외측가이드와 내측가이드를 이용하여 상자 형상으로 제조하여 더욱더 견고하고, 스페이서를 각각의 가이드홈에 여러개를 차례대로 끼워가며 튜브를 일정간격으로 끼워 고정한 후 그 상부에 다른 스페이서를 이용하여 지지해줌으로써, 작업능률과 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

열교환기용 히터모듈{Heater module for heat exchanger}

본 고안은 열교환기용 히터모듈에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면 열교환기의 내부에 하나 이상 적층 설치되어 유입되는 배기가스의 온도를 보상하는 히터모듈에 관한 것이다.

일반적으로 백연(白煙)은 가시광선 파장영역(0.1 ~ 1㎛)의 미세입자들에 의한 빛의 산란현상에 의해 유발된다. 액상 또는 고상에 상관없이 공기중에서 중력장에 대해 안정된 시스템을 갖는 미세입자들을 에어로졸이라 부르며, 이는 크게 고상인 반응에어로졸과 액상인 응축에어로졸로 분류된다.

특히, 상기 응축에어로졸의 응축현상은 다시 동종응축 현상과 이종응축 현상으로 분류된다.

이때, 상기 동종응축현상은 고온 다습한 배기가 저온 저습한 대기로 방출됨으로서 온도-습도 선도상에서 상태변화선이 포화선 위를 지나게 됨에 따라 과포화되어 미세 액적을 형성하는 현상이 대표적인 경우에 해당하며, 상온(25℃)으로 배출되는 배기가스의 습식처리에 있어 백연현상을 유발하기 위해서는 일반적으로 외기의 온도가 영하이하로 내려갈 때만 발생한다. 그리고, 상기 이종응축 현상은 습식 배기가스 처리시스템에 있어서 입구가스의 온도가 상온(25℃)의 경우임에도 불구하고, 입구에서의 산가스농도와 씨앗물질의 농도 및 엔탈피 등 복잡한 조건 또는 처리장치내에서 에어로졸이 형성되는 현상이 대표적인 경우에 해당하며, 이러한 현상은 외기의 조건과 관계없이 사계절 모두에서 발생한다.

그런데, 상기 동종응축 현상 또는 이종응축 현상에 의해 발생되는 백연은 스크러버(scrubber)를 통과하면서 오염물질이 거의 제거된 상태이기 때문에 일상 생활에서의 특별한 피해는 없으나, 경관상 오염물질로 인식되어 관공서에 민원제기의 원인이 되기도 하므로 이의 제거 방안에 대한 연구가 활발하다.

일반적으로 백연의 발생을 방지하기 위하여 스크러버의 후단부와 연돌의 전단부 사이에는 열교환기를 구비하게 되는데 이는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같다.

이에 따르면, 열교환기(10)는 통상적으로 다수의 히터모듈(20)이 일정간격을 유지하며 하우징(12)의 내부에 적층 배치되어 스크러버(14)를 통해 연돌(16)로 이동하는 배기가스를 가온시키게 된다.

그런데, 상기 히터모듈(20)의 구조를 살펴보면 일정한 고온의 증기를 순환하기 위한 유입구(22)와 배출구(24)가 판넬(26)의 전면에 구비되고, 상기 판넬(26)의 후면에는 봉형상의 다수의 파이프로 이루어지는 프레임(28)이 고정되고, 그 프레임(28)에는 다수의 관통공(30a)이 형성되는 스페이서(30)를 수직으로 일정간격으로 배치하고, 상기 관통공(30a)에 여러가닥의 튜브(32)를 끼워 일정하게 배치시킴으로서 상기 증기가 이동할 수 있는 유로(流路)를 형성하게 된다.

따라서, 상기 튜브(32)를 통해 순환하는 증기의 온도가 배기가스를 가열시켜 고온으로 만들어 배출시켜 줌으로서 연돌로 배출시 백연의 발생을 방지하게 된다.

이때, 상기 프레임(28)은 강재인 SS400에 부식을 방지하기 위해 불소수지계열인 PTFE를 코팅처리한 것을 사용하고, 상기 스페이서(30) 역시 동일한 PTFE 재질을 사용하게 된다. 그런데 상기 프레임(28)에 상기 스페이서를 고정시에는 테프론 용접을 하여 고정하기 때문에 유해물질인 불소가스가 배출되어 작업자의 건강을 해치게 되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 상기 프레임(28)에 스페이서(30)를 고정한 후 유입구(22)와 배출구(24)와 연결되는 튜브(32)를 스페이서(30)의 관통공(30a)에 관통시켜 배치하게 되는데, 작업자가 일일히 튜브(32)의 단부를 스페이서(30)의 관통공(30a)에 밀어넣은 다음 인접한 다른 스페이서(30')의 관통공(30a)에 밀어넣는 과정을 계속해서 반복적으로 작업해야 하므로 제작시간이 길어지게 되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 이와같은 작업을 통해 완성된 히터모듈(20)을 열교환기(10)를 구성하는 하우징(12)의 일측 개구부(12a)를 통해 수평으로 끼워 고정시키는 경우, 프레임(28)이 찌그러지거나 튜브(32)가 손상되는 문제점이 있으며, 튜브(32)의 손상시 일일히 튜브(32)를 스페이서(30)에 재차 끼워 작업을 수행해야 하므로 보수작업이 용이하지 않은 문제점도 가지고 있다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 동종응축 현상은 물론 이종응축현상에 의한 백연현상을 없애기 위해 열교환기에 설치되되 견고한 프레임구조를 가지며 조립작업이 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 열교환기용 히터모듈을 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 튜브의 손상 등의 발생으로 인한 교체 등의 유지보수작업이 용이한 구조를 가지며 다양한 형태의 열교환기에 적용되어 사용이 가능한 열교환기용 히터모듈을 제공하는데 있다.

본 고안은 열교환기용 히터모듈에 관한 것으로, 하나이상의 히터모듈(100)이 일정간격으로 수납 및 적층되어 배기가스가 유입되면 일정온도로 보상하여 배출하는 열교환기(10)에 있어서, 상기 히터모듈(100)은; 상하부가 개방되고 내측에 가이드홈(112)이 배기가스가 이동하는 방향으로 일정간격을 유지하며 형성되는 외측가이드(110)와, 상기 가이드홈(112)에 대응되는 가이드홈(122)이 외측면에 형성되어 상기 외측가이드(110)의 내부에 위치하는 내측가이드(120)가 구비되어 배기가스의 이동공간을 형성하고, 상기 가이드홈(112,122)에는 양측면이 끼워져 고정되되 상단부에 다수의 끼움홈(132a)이 일정간격으로 형성되는 스페이서(130)가 고정되고, 상기 끼움홈(132a)에는 다수의 튜브(140)이 끼워져 고정되고, 상기 외측가이드(110)의 외측 일면에는 상기 튜브(140)의 양단부가 각각 연결되어 상기 배기가스와 열교환하기 위한 증기를 공급 및 순환시키기 위한 배관(160)이 연결되는 유입구(152) 및 배출구(154)가 구비되는 판넬(150)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 가이드홈(112,122)에는 하나의 스페이서(130)의 상단부(132)에 다른 스페이서(130')의 하단부(134')가 맞대어지도록 끼워지되, 상기 스페이서(130)의 상단부에 형성된 끼움홈(132a)에는 상기 튜브(140)가 밀착되어 이탈이 방지되도록 걸림턱(132b)이 형성되고, 상기 스페이서(130)의 하단부(132)에는 상단부에 형성된 끼움홈(132a)에 대응하는 끼움홈(134a)이 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 외측가이드(110)와, 내측가이드(120)와 스페이서(130)와 판넬(150)은 그 재질이 FRP이고, 상기 튜브(140)는 그 재질이 PFA인 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도 3은 본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈의 사시도이고, 도 4는 본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈의 평면도이고, 도 5는 본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈의 일측 단면을 도시한 도면이고, 도 6은 본 고안에 따른 스페이서의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 7은 본 고안에 따른 열교환기가 설치된 시스템의 일예를 도시한 도면이다.

도 3 내지 도 7에 의하면, 본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈(100)은 열교환기(10)의 하우징(12)의 일측 개구부(12a)에 서랍식으로 수납되어 하나 이상이 일정간격을 유지하며 배치되어 스크러버(14)를 통해 배출되는 배기가스의 온도를 상승시켜 배출하게 된다. 이때, 상기 하우징(12)은 내식 FRP로 이루어짐이 바람직하다.

이와같은 히터모듈(100)은 사면(四面)이 사각형상이며 상하부가 개구된 외측가이드(110)와, 상기 외측가이드(110)의 내측에 놓여지는 내측가이드(120)와, 상기 내측가이드(120)의 외측과 외측가이드(110)의 내측 사이에 수직하게 일정간격을 유지하며 수직으로 세워지는 다수의 스페이서(130)와, 스페이서(130)에 관통되어 일정간격을 유지하며 배치되는 열전달을 위한 튜브(140)의 양단부가 각각 연결되어 상기 튜브(140)의 내부로 고온의 증기(steam)를 투입 및 순환시키기 위한 유입구(152)와 배출구(154)가 전면에 구비되는 판넬(150)로 이루어진다.

상기 외측가이드(110)는 배기가스에 대해 내식성을 가지도록 하기 위해 내식 FRP 재질로 이루어지며 그 단면이 "["자 형상으로 구비되고 수직방향으로 일정간격을 유지하며 가이드홈(112)이 형성된다.

한편, 상기 내측가이드(120)는 FRP 재질이며 상기 외측가이드(110)의 내부 정중앙부에 배치되되 그 단면이 외측가이드(110)와 대칭되도록 그 단면을 "]"자 형상으로 형성하되 수직방향으로 일정간격을 유지하며 상기 외측가이드(110)에 대응되는 형상의 가이드홈(122)이 일정간격을 유지하며 형성된다. 이때, 상기 내측가이드(120)의 전체적인 형상은 상기 외측가이드(120)의 형상과 동일하게 사각기둥 형상으로 제조하거나, 원통 형상 등의 다양한 형상으로 형성이 가능하다.

상기 외측가이드(110)의 내부 중앙부에 내측가이드(120)를 위치시키면 그 사이에 배기가스가 하부에서 상부로 이동할 수 있는 공간이 형성된다.

이와같은 상기 외측가이드(110)와 내측가이드(120)를 위치시킨 후 가이드홈(112,122)사이에 FRP재질로 이루어지는 스페이서(130)의 양측단부를 수직하게 끼우게 되는데, 상기 스페이서(130)는 도 6에 도시한 바와 같이 상단부(132)와 하단부(134)에 다수의 끼움홈(132a,134a)이 일정간격을 유지하며 각각 형성되어 다른 스페이서(130')의 상단부 또는 하단부가 맞닿도록 끼워지는 경우에는 원형의 관통공(136)을 형성하게 된다. 이때, 상기 스페이서(130)의 상단부에 형성되는 끼움홈(132a)은 튜브(140)가 끼워져 이탈되는 것을 방지하기 위해 걸림턱(132b)이 형성되도록 하여 튜브(140)를 끼움홈(132a)에 체결시에 빠지지 않고 지지해주는 작용을 하게 된다.

이때, 상기 외측가이드(110)의 형상은 대략 사각 기둥형상을 취하는 경우 각각의 모서리 내측부에는 중심을 향하여 가이드홈(112')을 형성하여 스페이서(130)의 양측단부를 끼워줌으로서, 튜브(140)를 고정하는 작업을 수행시 휘어지는 모서리 부분에서 튜브(140,140')끼리 접촉되는 것을 방지하게 된다. 물론, 상기 외측가이드(110)의 가이드홈(112)에 대응되는 위치의 내측가이드(120)에도 가이드홈(122)이 형성됨은 당연하다.

한편, 상기 스페이서(130)의 끼움홈(132)에는 배기가스의 이동방향에 직교하도록 튜브(140)가 일정간격으로 끼워져 배치되는데, 상기 튜브(140)는 배기가스의 온도를 상승시켜주기 위하여 내부에 증기가 순환가능하고 배기가스에 의해 부식이 되는 것을 방지하기 위해 내식성을 가지는 PFA재질로 이루어지게 된다. 이때, 상기 튜브(140)는 한가닥만을 사용하는 것이 아니라 여러가닥을 사용하여 고정시켜 주어 열교환 효율을 증대시키도록 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 외측가이드(110)의 외측 일면에는 고온의 증기를 순환하기 위해 외부의 배관(160)이 연결되는 유입구(152)와 배출구(154)가 판넬(150)의 전면에 구비되어 상기 튜브(140)에 증기를 공급 순환시키게 된다.

이하, 도 3 내지 도 6을 참고로 본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈의 조립과정을 상세히 설명한다.

본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈은 판넬이 외부 일측면에 일체로 고정된 외측가이드(110)의 내측 중앙부에 내측가이드(120)를 위치시킨 후 상기 내측가이드(120)의 외측과 외측가이드(110)의 내측에 형성된 가이드홈(112,122)에 스페이서(130)를 끼우게 된다. 그와같이 1층만을 끼운 상태에서 튜브(140)를 완전히 편상태로 스페이서(130)의 상단부(132)에 형성된 끼움홈(132a)에 대고 그 튜브(140)의 상부를 누르면, 튜브(140)의 신축성에 의해 끼워지게 된다.

이와같은 과정을 반복적으로 수행하여 인접한 스페이서를 따라 동일한 방향으로 계속해서 내측가이드(120)의 중심을 축으로 하여 수 내지 십 수회 반복하여 원형의 유로(流路)를 형성하도록 끼움홈(132a)에 끼워 고정시키게 된다.

이때, 상기 스페이서(130)의 상단부(132)에 형성되는 끼움홈(132a) 모두에 튜브(140)를 끼워고정한 경우에는 준비된 다른 스페이서(130')의 하단부(134')가 상기 스페이서(130)의 상단부(132)에 맞대어지도록 가이드홈(112,122)에 차례대로 끼워 튜브(140)가 이탈되는 것을 방지하게 된다. 그리고, 그 상단에 상술한 바와 같이 튜브(140)를 계속해서 새로운 끼움홈(132a')에 반복적으로 고정시켜 최종적으로 모든 튜브(140)가 감겨지게 되면, 판넬(150)에 구비되는 유입구(152)와 배출구(154)에 연결하게 된다.

이와같이 완성되는 히터모듈(100)은 열교환기(10)의 하우징(12) 측면에 형성되는 개구부(12a)를 통해 수평상태로 밀어넣어 고정하여 유입구(152)와 배출구(154)에 증기를 순환시키기 위한 배관(160)을 연결하여 사용하게 된다.

한편, 도 7은 본 고안에 따른 열교환기가 설치된 일예를 도시한 도면으로서 반도체공장(13)에서 발생되는 약 25℃의 배기가스가 스크러버(14)를 거쳐 세정되는데 이 경우 배기가스의 온도는 20℃로 하강되어 배출된다. 이와같은 배기가스는 열교환기(10)의 하부에서 상방향으로 이동하면서 히터모듈(100)의 튜브(140)의 외부면을 지나면서 열교환이 이루어져 약 30 내지 40℃로 가온(加溫)되어 연돌을 통해 최종적으로 대기중에 배출되어 백연의 발생을 억제하게 된다.

이상과 같이 본 고안의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 고안의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 고안의 실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 고안의 권리범위가 미친다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 고안에 따르면 열교환기에 하나이상 서랍식으로 적층되는 히터모듈(100)을 외측가이드(110)와 내측가이드(120)를 이용하여 상자 형상으로 제조하여 더욱더 견고하고, 스페이서(130)를 각각의 가이드홈(112,122)에 여러개를 차례대로 끼워가며 튜브(140)를 일정간격으로 끼워 고정한 후 그 상부에 다른 스페이서(130')를 이용하여 지지해줌으로써, 작업능률과 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

아울러, 별도의 용접 작업이 필요없어 작업자의 건강을 해치지 않고, 이와같은 조립구조를 다양한 형태의 열교환기에 적용하여 사용할 수 있다.

도 1은 종래 일반적인 열교환기 및 이에 구비되는 히터모듈을 도시한 도면.

도 2는 도 1의 히터모듈을 구성하는 스페이서를 도시한 도면.

도 3은 본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈의 사시도.

도 4는 본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈의 평면도.

도 5는 본 고안에 따른 열교환기용 히터모듈의 일측 단면을 도시한 도면.

도 6은 본 고안에 따른 스페이서의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면.

도 7은 본 고안에 따른 열교환기가 설치된 시스템의 일예를 도시한 도면.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 열교환기 100: 히터모듈

110: 외측가이드 120: 내측가이드

130: 스페이서 140: 튜브

150: 판넬 160: 배관

Claims (4)

1. 하나이상의 히터모듈(100)이 일정간격으로 수납 및 적층되어 배기가스가 유입되면 일정온도로 보상하여 배출하는 열교환기(10)에 있어서,

   상기 히터모듈(100)은;

   상하부가 개방되고 내측에 가이드홈(112)이 배기가스가 이동하는 방향으로 일정간격을 유지하며 형성되는 외측가이드(110)와, 상기 가이드홈(112)에 대응되는 가이드홈(122)이 외측면에 형성되어 상기 외측가이드(110)의 내부에 위치하는 내측가이드(120)가 구비되어 배기가스의 이동공간을 형성하고, 상기 가이드홈(112,122)에는 양측면이 끼워져 고정되되 상단부에 다수의 끼움홈(132a)이 일정간격으로 형성되는 스페이서(130)가 고정되고, 상기 끼움홈(132a)에는 다수의 튜브(140)이 끼워져 고정되고, 상기 외측가이드(110)의 외측 일면에는 상기 튜브(140)의 양단부가 각각 연결되어 상기 배기가스와 열교환하기 위한 증기를 공급 및 순환시키기 위한 배관(160)이 연결되는 유입구(152) 및 배출구(154)가 구비되는 판넬(150)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 히터모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가이드홈(112,122)에는 하나의 스페이서(130)의 상단부(132)에 다른 스페이서(130')의 하단부(134')가 맞대어지도록 끼워지되, 상기 스페이서(130)의 상단부에 형성된 끼움홈(132a)에는 상기 튜브(140)가 밀착되어 이탈이 방지되도록 걸림턱(132b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 히터모듈.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 스페이서(130)의 하단부(132)에는 상단부에 형성된 끼움홈(132a)에 대응하는 끼움홈(134a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 히터모듈.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 외측가이드(110)와, 내측가이드(120)와 스페이서(130)와 판넬(150)은 그 재질이 FRP이고, 상기 튜브(140)는 그 재질이 PFA인 것을 특징으로 하는 열교환기용 히터모듈.