KR20110076949A - 2 유체 간의 열교환을 위한 어닐링 로용 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2 유체 간의 열을 교환하기 위한 어닐링 로(annealing furnace)용 열교환기로서, 외측 재킷 상에 형성된 열교환핀을 갖는 관형상체 포함하며, 하나 이상의 앞면(3)에 접속 플랜지(4)가 형성되며, 접속 플랜지(4)에는 2 유체 중 하나, 특히 고온 가스가 통과하는 하나 이상의 흐름 개구(8)가 형성되고, 관형상체(5)는 접힌 시트로 제조되며, 그 열교환핀(7)은 관형상체의 종방향으로 정렬되는 한편 접힌 시트로된 골판지 형태의 주름외벽으로 된다.

Description

2 유체 간의 열교환을 위한 어닐링 로용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR AN ANNEALING FURNACE FOR EXCHANGING HEAT BETWEEN TWO FLUIDS}
본 발명은 2 유체 간의 열교환을 위한 어닐링 로(annealing furnace)용 열교환기에 관한 것으로서, 특히, 외측 재킷 상에 열교환 핀(fin)이 형성된 관형상체를 포함하고, 이 관형상체는 2개의 유체 중 어느 하나, 특히 고온 가스를 위한 하나 이상의 흐름개구를 갖는 접속 플랜지에 최소한 일측면이 연결된 형태의 열교환기에 관한 것이다.
담금질(anneal)과 같은 금속제품의 열처리에 있어서, 열처리와, 선택적으로 필요에 따라 연이어 행하는 냉각작업은 보호 가스(protective gas) 분위기 (보호가스로는 대체로, 질소, 수소, 또는 이들의 혼합가스가 사용됨) 하에서 이루어진다. 불순물과 산화 발생을 해소한 적절한 보호가스 분위기를 확보하기 위해 주물(cast material) 또는 세라믹으로 된 고내열성 열교환기를 통해 사전에 미리 열공급 및 방출을 행하는 것이 일반적이다. 고온 가스, 특히 연료 가스 등이 이들 열교환기 또는 복열장치(recuperator)를 통과하여 흐르며, 이 때 고온 가스는 열을 열교환기로 보내고, 열교환기는 열을 외측 냉각 핀(cool fin)을 통과시켜 어닐링 챔버 등으로 보낸다. 강철 튜브(또는 강철 관)(steel tube)으로 제조되는 공지의 열교환기에 있어서는, 이들 튜브(또는 관)은 표면적을 확대시키기 위해 외측 재킷에 냉각 핀(cooling fin)을 형성하고 있다.
그러나, 이러한 공지의 열교환기가 주물 또는 세라믹 물질과 같은 상당한 내열성 물질로 제조된다는 점에서는 단점을 갖는데 그 이유는, 대용량의 열성 물질로 인해 가열시간를 증대시킬 뿐만 아니라, 대량의 열저장용량으로 인해 특히 신속한 열적 변동(temperature fluctuation)(또는 변동되는 열)의 인가가 어려워 (즉, 열을 신속히 식히고, 덮히는 반복 작업이 어려워) 산업생산성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 어닐링되는 피처리 물질에서 특별히 요구되는 신속한 열적 변동을 제생하기에 적합한 어닐링 로(annealing furnace) 용 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위해, 본 발명에 따른 열교환기는 접힌 시트로된 관형상체를 가지고, 그 관형상체에는 종방향으로 뻗는 열교환핀이 형성되며, 이 열교환핀은 주름진 형태이며, 특히 접힌 시트로된 골판지 형태의 주름외벽을 이룬다.
본 발명은 특히 단순하고 저렴하게 제조할 수 있는 열교환기를 제공하며, 특히, 내재하는 열 저장용량으로 인해 특별히 동적 열변동(즉, 신속히 열을 식히거나 덮일 수 있는 능력)을 적은 물질의 투입 및 이에 따른 작은 중량으로 어닐링 로에서 실현할 수 있는 어닐링 로에 사용하기 적합한 열교환기를 제공할 수 있다. 사용되는 관형상체는 접힌 시트로 제조되며, 본 발명에 따르면 열교환기의 외측 재킷이 증대될 뿐만 아니라, 최첨단 기술로서, 열교환기의 내부 재킷은 한편으로는 고온 가스에 포함된 에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있고, 다른 한편으로는 최첨단기술로서 종래와 같은 치수를 가지고도 높은 열에너지 흐름을 갖는 열교환기를 실현할 수 있다. 최첨단기술에서 전송에 필요한 동일한 에너지량으로도, 본 발명은 상대적으로 작고도 가벼운 열교환기를 이용할 수 있는 장점을 가진다. 본 발명에 따르년 열교환기의 벽두께를 얇게하여 열교환물질의 열전도성을 실질적으로 무시할 수 있어 열교환효율을 상관계수 만큼 높일 수 있다.
고온 가스에 포함된 에너지의 보다 유용한 이용을 가능하게 하고, 유체와 열교환기 간의 열전달을 개선하기 위해, 관형상체의 내측 재킷 측에 및/또는 관형상체의 외측 재킷측에서 난류발생기가 열교환기에 연결될 수도 있으며, 이 난류발생기는 유체 흐름에 인가되는 난류에 의해 향상된 열전달을 제공한다.
가장 단순한 구조의 경우, 관형상체의 상하면(이하 "앞면"이라함)에는 접속 플랜지가 배치되며, 이 접속 플랜지에는 2개의 유체 중 하나가 통과하는 하나 이상의 흐름개구가 형성되며, 동작 중에 열교환기를 통과하면서 축방향으로 열 캐리어 유체가 흐른다.
이와는 다른 구조로서, 관형상체의 양쪽 앞면 중 하나에 접속 플랜지가 배치되며, 이 접속 플랜지에는 역시 2개의 유체 중 하나가 통과하는 하나 이상의 흐름개구가 형성되고, 양쪽 앞면 중 다른 하나는 밀봉된다. 특히 유체 튜브가 관형상체와 동심으로 배치되어 접속 플랜지를 통과하여 밀본된 앞면측 방향으로 돌출할 때 바람직한 구조 조건을 얻는다. 열 캐리어 유체가 상기 유체 튜브를 통해 열교환기로 도입되거나 제거될 수 있으며, 여기서 유체는 접속플랜지에 형성된 동축 개구를 통해 열교환기로부터 제거되거나 열교환기로 도입될 수 있다. 작은 공간을 요구하는 열교환기를 갖는 어닐링 로를 또한 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 열교환기의 흐름개구는 바람직하게는 예열된 열교환기 배기 부분과 선택적으로 작동하는 버너 연통과 연결하며, 여기서 열교환기 배기는 열교환기로부터 나오는 고온 가스의 일부로서 실질적으로는 다음에 연속하여 이루어지는 연소용으로 사용되는 부분이다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기를 나타내는 종단면도.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 열교환기의 단면도.
도 3은 도 1의 열교환기의 구성적 변형예를 나타낸 부분 종단면도.
도 4는 도의 열교환기를 나타낸 확대 사시도.
본 발명에 따른 열교환기(1)는 어닐링 로(annealing furnace: 일명 "소둔로(燒鈍爐)"라고도 함)를 포함하여 2 유체 간의 열을 교환하기 위한 것으로서, 열교환기의 내부와 어닐링 로의 내부를 통해 가열되는 고온 가스(2)가 흐른다. 열교환기의 상하면(이하 상하면 모두 "앞면"으로 칭함) 중 최소한 한 면, 즉 적어도 한 앞면(3)에는 접속 플랜지(4)가 배치되며, 이 플랜지(4)에는 최소한 하나 이상의 흐름개구(8)가 형성되고, 이 흐름개구(8)에는 상기 2 유체 중 하나가 통과한다. 본 발명에 따른 열교환기(1)는 접힌 시트로 제조되는 관형상체(5)를 포함하며, 관형상체(5)에는 그 종방향(길이방향)으로 뻗는 동시에 관형상체 축(9)에 대해 평행하게 다수의 열교환핀(7)이 형성되어 있다. 즉, 열교환핀(7)은 주름진 형태이며, 특히 접힌 시트로된 골판지 형태의 주름외벽으로 되어 있다.
도 1 및 도 2의 실시예에 따르면, 관형상체(5)는 양쪽 앞면(3)(즉 "상하면"모두를 칭함)에서 접속플랜지(4)와 연결되며, 이 접속플랜지(4)에는 2 유체 중 하나가 통과하는 하나 이상의 개구(8)가 형성되며, 여기서 유체는 열교환기의 동작 중에 관형상체 축(9)의 방향으로 관형상체(5)를 통과하여 흐른다.
도 3의 실시예에 따르면, 관형상체(5)는 양쪽 앞면 중 하나에서 접속 플랜지(8)와 연결되고, 이 접속 플랜지(8)에는 2 유체 중 하나가 통과하는 흐름 개구(8)가 형성되어 있다. 한편 양쪽 앞면 중 나머지 다른 하나는 밀봉 플레이트(10)로 밀봉된다. 또한 관형상체축(9)과 동심으로 유체 튜브(11)가 배치되며, 이 유체튜브(11)는 접속 플랜지(4)를 통과하여 밀봉된 앞면 측 방향을 지나 밀봉판(10) 쪽으로 돌출한다. 그리고, 유체튜브(11)를 경유하여 고온가스가 열교환기(1) 로 도입되고, 관형상체축(9)과 접속 플랜지(4) 사이의 동심 환형 갭(gap)를 경유하여 흐름개구(8)로 나오게 된다.
열교환기(1)는 관형상체 표면의 길이방향(종방향)으로 확대되는 것 없이 접힘을 발생시키고, 접힌 시트들의 끝단부를 용접하여 제조한다.

Claims (5)

  1. 2 유체 간의 열을 교환하기 위한 어닐링 로(annealing furnace)용 열교환기로서,
    외측 재킷 상에 형성된 열교환핀을 갖는 관형상체를 포함하고, 하나 이상의 앞면(3)에 접속 플랜지(4)가 형성되며, 상기 접속 플랜지(4)에는 2 유체 중 하나, 특히 고온 가스가 통과하는 하나 이상의 흐름 개구(8)가 형성되는 것에 있어서,
    상기 관형상체(5)는 접힌 시트로 제조되며, 그 열교환핀(7)은 관형상체의 종방향으로 정렬되는 한편 접힌 시트로된 골판지 형태의 주름외벽으로된 것을 특징으로 하는 어닐링 로용 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    관형상체 재킷의 내측 및/또는 외측에서 난류발생기가 열교환기핀(7)과 결합되는 것을 특징으로 하는 어닐링 로용 열교환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    2 유체 중 하나가 통과하는 하나 이상의 흐름 개구(8)가 형성된 접속 플랜지(4)가 양쪽 앞면에서 관형상체(5)와 연결되는 것을 특징으로 하는 어닐링 로용 열교환기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    2 유체 중 하나가 통과하는 하나 이상의 흐름 개구(8)가 형성된 접속 플랜지(4)가 양쪽 앞면 중 하나에서 관형상체(5)와 연결되고, 양쪽 앞면 중 다른 하나는 밀봉되는 것을 특징으로 하는 어닐링 로용 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 관형상체의 축과 동심으로 유체튜브(11)가 배치되며, 상기 유체튜브(11)는 상기 접속플랜지(4)를 통과하여 밀봉된 앞면측 방향으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 어닐링 로용 열교환기.
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