KR20130073889A - Modular heat pipe heat exchanger - Google Patents

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KR20130073889A
KR20130073889A KR1020127029134A KR20127029134A KR20130073889A KR 20130073889 A KR20130073889 A KR 20130073889A KR 1020127029134 A KR1020127029134 A KR 1020127029134A KR 20127029134 A KR20127029134 A KR 20127029134A KR 20130073889 A KR20130073889 A KR 20130073889A
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프랑크 티엘
노르베르트 카우텐버거
하니 엘-카사스
에밀리 로날디
파비오 가부지노
스테파노 올리비에리
루카 스파도니
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풀 부르스 에스.에이.
풀 부르스 리프랙토리 앤드 엔지니어링 게엠베하
풀 부르스 이탈리아 에스.피.에이.
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Abstract

고온 가스로부터 냉가스로 열을 전달하기 위한 전열관 열교환기 (12, 12')는 상기 열교환기를 통과하는 고온 가스를 공급하기 위한 제 1 챔버 (14); 상기 열교환기를 통과하는 냉가스를 공급하기 위한 제 2 챔버(20); 및 제 1 챔버 (14)와 제 2 챔버 (20) 사이에 연장되어 열을 고온 가스로부터 냉가스로 전달하기 위한 복수의 전열관(26)을 구비한 하우징을 포함한다. 상기 전열관 열교환기 (12, 12')는 상기 하우징에서 하나 또는 그 이상의 전열관 카트리지 (36)를 더 포함한다. 각 전열관 카트리지 (36)는 복수의 전열관 (26)을 지지하는 지지 패널(40)을 구비한 프레임(frame) (38)을 포함하고; 전열관 카트리지 (36)가 하우징에 배치된 경우, 상기 지지 패널 (40)이 제 1 챔버 (14) 및 제 2 챔버 (20) 사이에서 제 1 및 제 2 챔버(14, 20) 사이에서 기밀 분리를 형성하기 위하여 분리벽 (32)과 동조하도록 지지 패널 (40)이 배치된다. 상기 전열관 (26)은 상기 지지 패널 (40)을 가로지르고 기밀(gas-tight) 방식으로 이와 체결된다. The heat exchanger heat exchanger (12, 12 ') for transferring heat from the hot gas to the cold gas comprises: a first chamber (14) for supplying hot gas through the heat exchanger; A second chamber 20 for supplying cold gas passing through the heat exchanger; And a housing having a plurality of heat transfer tubes 26 extending between the first chamber 14 and the second chamber 20 to transfer heat from the hot gas to the cold gas. The heat pipe heat exchanger (12, 12 ') further comprises one or more heat pipe cartridges (36) in the housing. Each heat pipe cartridge 36 comprises a frame 38 having a support panel 40 for supporting a plurality of heat pipes 26; When the heat pipe cartridge 36 is disposed in the housing, the support panel 40 allows for airtight separation between the first and second chambers 14, 20 between the first chamber 14 and the second chamber 20. The support panel 40 is arranged to align with the dividing wall 32 to form. The heat pipes 26 traverse the support panel 40 and are fastened thereto in a gas-tight manner.

Description

모듈식의 전열관 열교환기{modular heat pipe heat exchanger}Modular heat pipe heat exchanger

본 발명은 일반적으로 고온가스로부터 냉가스로 열을 전달하기 위한 전열관 열교환기에 관한 것으로, 특히 연소용 공기 및/또는 연소 가스를 예열하기 위한 열 회수 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to heat exchanger heat exchangers for transferring heat from hot gas to cold gas, and more particularly to a heat recovery apparatus for preheating combustion air and / or combustion gas.

열 회수 시스템은 다양한 산업에서 한 매체로부터 열을 회수하고 다른 매체로 열을 전달하기 위하여 사용된다. 다른 가스를 예열하기 위하여 한 가스의 여분의 열(excess heat)을 사용하면 에너지 소비를 제한하고 그로 인해 더욱 환경 친화적이다.
Heat recovery systems are used in various industries to recover heat from one medium and to transfer heat to another medium. The use of excess heat from one gas to preheat another gas limits energy consumption and is therefore more environmentally friendly.

예를 들어, 미국공개특허 US 4,434,004 에 개시된 것과 같은 열 회수 시스템은 고온 배기 가스, 특히 야금 공정에서의 고온 배기 가스 및 상온 가스로부터 열 회수 및 재사용 방법 및 장치에 관한 것이다. 상온 또는 고온의 배기 가스는 그 잔여 열(retained heat)을 수직하게 위치한 전열관의 저단으로 전달한다. 냉풍 또는 냉가스는 상기 전열관의 상단을 직접 통과하고, 그로 인해 상기 전열관의 열은 냉풍 또는 냉가스로 전달된다. 상기 장치는 고온 가스가 공급되는 하위 챔버(lower chamber) 및 냉가스가 공급되는 상위 챔버(upper chamber)를 포함한다. 전열관은 두 챔버(chamber)에 수직적으로 배치되고 한 챔버로부터 다른 챔버로 연장된다. 고온 가스가 하위 챔버(lower chamber)를 통과하면, 이 고온 가스의 열은 전열관의 저단에서 흡수되고, 그로 인해 고온 가스가 냉각된다. 상기 전열관에서, 열은 저단으로부터 상단으로 전달된다. 상기 상위 챔버(upper chamber)를 통과하는 냉가스는 더 뜨거운 전열관의 상단을 통과하면서 가열된다.
For example, heat recovery systems such as those disclosed in US Pat. No. 4,434,004 relate to methods and apparatus for heat recovery and reuse from hot exhaust gases, in particular from hot exhaust gases and room temperature gases in metallurgical processes. The exhaust gas at room temperature or high temperature transfers its retained heat to the lower stage of the vertically located heat pipe. Cold air or cold gas passes directly through the upper end of the heat transfer tube, whereby the heat of the heat transfer tube is transferred to the cold air or cold gas. The apparatus includes a lower chamber through which hot gas is supplied and an upper chamber through which cold gas is supplied. The heat pipes are arranged perpendicular to the two chambers and extend from one chamber to the other. When the hot gas passes through the lower chamber, the heat of the hot gas is absorbed at the lower end of the heat pipe, thereby cooling the hot gas. In the heat pipe, heat is transferred from the bottom to the top. The cold gas passing through the upper chamber is heated while passing through the top of the hotter heat pipe.

전열관 열교환기는 때로 초고속 열전달에 사용된다. 그러나 다른 종류의 열교환기들과 같이, 이는 때, 먼지 및 유체의 입자에 의해 오염되고 부착물을 형성하는 문제에 직면한다. 이러한 때가 전열관의 열전달 표면에 축적될 수 있고, 그로 인해 전열관과 가열된 또는 냉각된 유체 사이에서 효과적으로 열이 전달하는 것을 제한할 수 있다. 나아가, 더 많은 때가 축적되면, 전열관 열교환기가 막히고 상기 열교환기를 통한 압력 저하가 증가한다.
Heat exchanger heat exchangers are sometimes used for ultrafast heat transfer. However, like other types of heat exchangers, this faces the problem of being contaminated by dust and particles of fluid and forming deposits. Such times may accumulate on the heat transfer surface of the heat pipes, thereby limiting the efficient transfer of heat between the heat pipes and the heated or cooled fluid. Furthermore, as more time accumulates, the heat exchanger heat exchanger is blocked and the pressure drop through the heat exchanger increases.

그러므로 오염물을 제거하고 열교환기를 통과하는유로(flow passage)를 열 수 있도록 열 회수 시스템의 관리 정지(maintenance shutdown)를 주기적으로 수행하여야 한다. 이러한 열교환기에 배치된 많은 수의 전열관에 있어서, 전열관을 청소하는 것은 일반적으로 시간을 소비하는 공정이다. 나아가, 열교환기에서 다양한 영역에 접촉하기 어려워 공정을 청소하기에 용이하지 않다. 연장된 정지 기간은 생산량 저하 및 공정상 비용을 필연적으로 높인다.
Therefore, a maintenance shutdown of the heat recovery system should be performed periodically to remove contaminants and open the flow passage through the heat exchanger. For a large number of heat pipes arranged in such a heat exchanger, cleaning the heat pipes is generally a time consuming process. Furthermore, it is difficult to clean the process because it is difficult to contact various areas in the heat exchanger. Extended downtime inevitably leads to lower production and process costs.

본 발명의 목적은 위와 같은 문제점들을 회피하는 전열관 열교환기를 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a heat exchanger tube heat exchanger that avoids the above problems.

상기 목적은 청구항 제 1 항에서 청구된 전열관 열교환기에 의해 달성된다.
This object is achieved by a heat exchanger heat exchanger as claimed in claim 1.

고온가스로부터 냉가스로 열을 전달하는 전열관 열교환기는 상기 열교환기를 통과하는 고온가스를 공급하기 위한 제 1 챔버(first chamber); 상기 열교환기를 통과하는 냉가스를 공급하기 위한 제 2 챔버(second chamber); 및 제 1 챔버(first chamber)와 제 2 챔버(second chamber) 사이에 연장되어 열을 고온가스로부터 냉가스로 전달하기 위한 복수의 전열관(heat pipe)을 구비한 하우징(housing)을 포함한다. 본 발명의 중요한 측면에 따르면, 하나 또는 그 이상의 전열관 카트리지는 상기 하우징에 제거가능하도록 배치된다. 각 전열관 카트리지(heat pipe cartridge)는 복수의 전열관을 지지하기 위한 지지 패널(support panel)을 구비한 프레임(frame)을 포함한다. 상기 지지 패널은 상기 전열관 카트리지가 상기 전열관 구획에 배치된 경우, 상기 지지 패널은 제 1 및 제 2 챔버 사이에 기밀(gas-tight) 칸막이(partition)를 형성하기 위하여 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에서 분리벽과 동조(cooperate)하도록 배치된다. 나아가, 상기 전열관은 상기 지지 패널(40)을 가로지르고 기밀(gas-tight)방식으로 이와 체결된다.
The heat exchanger heat exchanger transferring heat from the hot gas to the cold gas includes: a first chamber for supplying hot gas passing through the heat exchanger; A second chamber for supplying cold gas passing through the heat exchanger; And a housing having a plurality of heat pipes extending between the first chamber and the second chamber to transfer heat from the hot gas to the cold gas. According to an important aspect of the invention, one or more heat pipe cartridges are arranged to be removable in the housing. Each heat pipe cartridge includes a frame having a support panel for supporting a plurality of heat pipes. The support panel is provided between the first chamber and the second chamber to form a gas-tight partition between the first and second chambers when the heat pipe cartridge is disposed in the heat pipe compartment. It is arranged to cooperate with the partition wall at. Furthermore, the heat pipes traverse the support panel 40 and are fastened thereto in a gas-tight manner.

본 발명에 따르면, 전열관은 열교환기 유지를 위해 전열관 카트리지에서 묶인다(bundled). 상기 열교환기는 많은 전열관 구획으로 나뉘고, 각 전열관 구획은 하나의 전열관 카트리지를 그 안에 수용하기 위해 설계되고 구비된다.
According to the invention, the heat pipes are bundled in heat pipe cartridges for maintaining the heat exchanger. The heat exchanger is divided into many heat pipe compartments, each heat pipe compartment being designed and equipped to receive one heat pipe cartridge therein.

이러한 전열관 카트리지는 지지 패널이 분리벽 수준이 되도록 열교환기에 설치된다. 상기 지지 패널은 제 1 및 제 2 챔버 사이에서 분리할 수 있도록 상기 분리벽에 연결된다.
This heat pipe cartridge is installed in the heat exchanger such that the support panel is at the level of the partition wall. The support panel is connected to the separation wall so as to be separated between the first and second chambers.

관리를 위해 정지하는 동안, 전열관이 조사될 수 있다. 만약 예를 들어, 전열관이 고장나거나 또는 열전달 표면이 심하게 오염되어 하나 또는 그 이상의 전열관 카트리지가 관리를 요구하는 경우, 관심있는 전열관 카트리지가 열교환기에서 들어올려질 수 있다. 이후 교환 전열관 카트리지는 열교환기에 설치될 수 있고 열 전달 시스템이 다시 작동될 수 있다. 손상된 전열관 카트리지는 열 회수 시스템의 정지 기간을 연장하지 않고 열교환기 밖에서 청소되거나 또는 고쳐질 수 있다. While stopping for maintenance, the heat pipes can be irradiated. If, for example, the heat pipe fails or the heat transfer surface is heavily soiled and one or more heat pipe cartridges require maintenance, the heat pipe cartridges of interest may be lifted from the heat exchanger. The exchange heat exchanger cartridge can then be installed in the heat exchanger and the heat transfer system can be activated again. Damaged heat pipe cartridges can be cleaned or repaired outside the heat exchanger without prolonging the shutdown period of the heat recovery system.

사실, 관리에서 가장 시간이 많이 소요되는 부분은 이제 열교환기가 작동하는 동안 열교환기 밖에서 수행될 수 있다. 교환 가능한 전열관 카트리지를 구비한 모듈식의 전열관 열교환기를 제공함으로써, 열 회수 시스템의 정지 기간이 현저히 감소될 수 있다.
In fact, the most time consuming part of the management can now be carried out outside the heat exchanger while the heat exchanger is in operation. By providing a modular heat exchanger heat exchanger with exchangeable heat exchanger cartridges, the downtime of the heat recovery system can be significantly reduced.

상기 전열관 카트리지의 지지 패널은 상기 제 1 및 제 2 챔버 사이에서 기밀 밀봉(gas-tight seal)을 형성하기 위한 제거가능한 용접(weld)을 이용하여 분리벽과 연결되는 것이 바람직하다. 주변을 둘러싸는 제거가능한 용접(weld)은 상기 열 교환기에서 전열관 카트리지의 설치 후에 수행된다. 상기 열 교환기로부터 전열관 카트리지를 제거하기 전에, 이 주위를 둘러싸는 용접이 손상될 수 있다.
The support panel of the heat pipe cartridge is preferably connected to the dividing wall using a removable weld to form a gas-tight seal between the first and second chambers. The perimeter removable weld is performed after installation of the heat pipe cartridge in the heat exchanger. Before removing the heat pipe cartridge from the heat exchanger, the welding surrounding it may be damaged.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 칸막이 패널(partition panel)은 제 1 및 제 2 챔버 내에 상기 챔버들을 전열관 구획(heat pipe compartment)으로 분리하기 위하여, 상기 칸막이 패널이 상기 챔버들을 통과하는 가스의 흐름에 본질적으로 평행한 평면에 배치된다. 하나 또는 그 이상의 칸막이 패널(partition panel)은 가스 흐름의 단면을 두개 또는 그 이상의 작은 단면으로 분리한다. 이렇게 상기 챔버를 그 너비에 따라 나누는 것은 열교환기의 구조적 붕괴를 초래할 수 있는, 흐름에서 유발된 진동을 줄임으로써 열교환기의 음향 특성(acoustic characteristics)을 향상시킨다. 본 발명의 열교환기에 있어서, 전열관의 진동은 현저하게 감소하고, 그로 인해 이러한 구조적 붕괴를 회피할 수 있다.
According to one preferred embodiment of the present invention, a partition panel is formed of a gas passing through the chambers so that the partition panel passes through the chambers in order to separate the chambers into heat pipe compartments in the first and second chambers. Disposed in a plane essentially parallel to the flow. One or more partition panels separate the gas flow section into two or more small sections. This dividing of the chamber by its width improves the acoustic characteristics of the heat exchanger by reducing the flow induced vibrations, which can lead to structural collapse of the heat exchanger. In the heat exchanger of the present invention, the vibration of the heat transfer tube is significantly reduced, whereby such structural collapse can be avoided.

상기 열교환기는 제 2 챔버의 외벽에서 제 1 개구부를 또한 제 1 및 제 2 챔버 사이의 분리벽에서 제 2 개구부를 포함하는 것이 바람직하다; 제 1 및 제 2 개구부는 전열관 카트리지(heat pipe cartridge)를 상기 개구부를 통해 공급하기 위하여 배치되고 설계되는(dimensioned) 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 개구부는 전열관 카트리지가 열교환기로부터 용이하고 빠르게 공급되거나 제거될 수 있게 한다.
The heat exchanger preferably comprises a first opening at the outer wall of the second chamber and a second opening at the separating wall between the first and second chambers; The first and second openings are preferably arranged and dimensioned for supplying a heat pipe cartridge through the openings. The first and second openings allow the heat pipe cartridge to be easily and quickly supplied or removed from the heat exchanger.

상기 전열관은 상기 지지패널에 나사 및 대응너트(counter-nut) 메커니즘(mechanism)을 이용하여 지지패널의 양면에 제공되는 금속 개스킷(gasket)과 함께 체결되는 것이 유익하다. 그로 인해 기밀 연결임에도 불구하고 관리 및 대체 공정을 위한 전열관의 대체를 위해 느슨해질 수 있는 기밀연결을 제공한다.
The heat pipe is advantageously fastened together with metal gaskets provided on both sides of the support panel using screws and counter-nut mechanisms on the support panel. This provides a leak-tight connection that can be loosened for the replacement of heat pipes for control and replacement processes, despite being a leak-tight connection.

이러한 및 다른 바람직한 실시예들은 첨부된 종속항들에 나열되어 있다.
These and other preferred embodiments are listed in the appended dependent claims.

본 발명은 현재 첨부된 도면들을 참조하여 예시를 통해 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 두개의 전열관 열교환기의 열 회수 시스템의 투시도이고;
도 2는 전달 후드(transition hood)가 없는 도 1의 열 회수 시스템의 투시도이고; 및
도 4는 상기 도 3의 전열관 카트리지의 프레임(frame)의 투시도이다.The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
1 is a perspective view of a heat recovery system of two heat exchanger heat exchangers according to the present invention;
FIG. 2 is a perspective view of the heat recovery system of FIG. 1 without a transition hood; FIG. And
4 is a perspective view of a frame of the heat pipe cartridge of FIG. 3.

도 1은 본 발명에 따른 두개의 전열관 열교환기 (12,12')의 전열관 회수 시스템 (10)의 바람직한 실시예를 나타낸다. 하나의 열 교환기 (12,12')는 다른 하나(12,12')가 연소 가스를 예열하는데 사용되는 동안에 연소 가스를 예열하는데 사용될 수 있다. 1 shows a preferred embodiment of a heat pipe recovery system 10 of two heat pipe heat exchangers 12, 12 'according to the present invention. One heat exchanger 12, 12 ′ can be used to preheat the combustion gas while the other 12, 12 ′ is used to preheat the combustion gas.

각 열 교환기(12,12')는 제 1 포트 및 제 2 포트를 구비한 제 1 챔버 및 제 3 포트 및 제 4 포트를 구비한 제 2 챔버를 포함한다. 도면에 나타낸 실시예에서, 상기 제 2 챔버는 제 1 챔버 (14) 위에 수직적으로 배치된다. 일반적으로 몇 천개인, 복수의 전열관(26)은 제 1 및 제 2 챔버 (14,20)에 수직적으로 배치된다. 이러한 전열관 (26)은 제 2 챔버 (20)의 전체 길이 이상으로 연장되고, 제 2 챔버 (20) 로부터 제 1 챔버(14)로 분리벽을 통과하고 (도 1에 미도시) 또한 제 1 챔버(14)의 전체 길이 이상으로 연장된다. 상기 열교환기를 통과하는 공기 및 가스는 제 1 및 제 3 포트 (16,22)로부터 제 2 및 제 4 포트 (18,24)로 각각 흐를 수 있다. 그러나, 상기 열교환기는 열교환기를 통과하는 공기 또는 가스가 제 1 및 제 4 포트 (16, 24)로부터 제 2 및 제 3 포트(18,22)로 각각 흐르는 역류(counter-flow) 모드에서 작동하는 것이 바람직하다.
Each heat exchanger 12, 12 ′ includes a first chamber having a first port and a second port and a second chamber having a third port and a fourth port. In the embodiment shown in the figure, the second chamber is arranged vertically above the first chamber 14. A plurality of heat pipes 26, typically several thousand, are disposed perpendicular to the first and second chambers 14, 20. This heat pipe 26 extends beyond the entire length of the second chamber 20, passes through the dividing wall from the second chamber 20 to the first chamber 14 (not shown in FIG. 1) and also in the first chamber. It extends beyond the full length of 14. Air and gas passing through the heat exchanger may flow from the first and third ports 16, 22 to the second and fourth ports 18, 24, respectively. However, the heat exchanger operates in a counter-flow mode where air or gas passing through the heat exchanger flows from the first and fourth ports 16, 24 to the second and third ports 18, 22, respectively. desirable.

본 발명에 따르면, 상기 전열관 (26)은 열교환기 관리를 가능하게 하기 위한 전열관 카트리지에서 함께 묶인다(bundle). 도 1에 나타낸 열교환기(12)는 가스 흐름 방향에서 3 개의 전열관 모듈( 28, 28',28'')로 분리되고, 이들 각각은 가스 흐름 방향에 수직하게 두개의 전열관 구획(heat pipe compartment)(30,30')으로 재분리된다. 각 전열관 구획(heat pipe compartment)(30,30')은 내부에 하나의 전열관 카트리지를 수용할 수 있도록 설계되고 구비된다.
According to the invention, the heat pipes 26 are bundled together in heat pipe cartridges to enable heat exchanger management. The heat exchanger 12 shown in FIG. 1 is divided into three heat pipe modules 28, 28 ′ and 28 ″ in the gas flow direction, each of which is divided into two heat pipe compartments perpendicular to the gas flow direction. (30,30 '). Each heat pipe compartment 30, 30 'is designed and provided to accommodate one heat pipe cartridge therein.

상기 전열관 모듈(28, 28', 28'') 및 전열관 구획(heat pipe compartment)(30,30')은 도 2에 더욱 명확하며, 이는 도 1의 열회수 시스템을 나타낸다. 여기에서, 배관과의 연결을 위한 전달 후드(transition hood)는 삭제되었다. 도 2는 또한 제 1 및 제 2 챔버 (14,20) 사이의 분리벽 (32)을 나타낸다.
The heat pipe modules 28, 28 ′, 28 ″ and heat pipe compartments 30, 30 ′ are more apparent in FIG. 2, which represents the heat recovery system of FIG. 1. Here, the transition hood for connection with the tubing has been removed. 2 also shows a partition wall 32 between the first and second chambers 14, 20.

또한, 칸막이 패널(partition panel) (34)은 전열관 구획들 (30, 30') 사이에 배치된 것을 알 수 있다. 이 칸막이 패널(partition panel) (34)들은 열교환기 (12, 12')를 통과하는 가스 흐름과 평행한 방향이고 가스 흐름을 두개의 작은 단면으로 분리한다. 너비를 따라 상기 챔버 (14, 20)를 더 작은 구획으로 분리하면 흐름에서 유발된 진동이 줄어듦으로써 열교환기의 음향 특성이 향상된다. 본 발명의 열교환기 (12,12')에서 전열관의 진동은 현저하게 줄어들고, 그로 인해 열교환기에 의한 소음 공해가 줄어든다. 전열관 (26)으로 접속하기 위해 관리 정지(maintenance shutdown)되는 동안 칸막이 패널(partition panel)이 제거될 수 있도록, 상기 칸막이 패널 (34)은 제거가능하게 배치되는 것이 바람직하다. 가스 흐름의 단면을 두개의 더 작은 단면 이상으로 분리할 수 있도록 하나 이상의 칸막이 패널(partition panel)(34)이 제공될 수 있다.
It can also be seen that a partition panel 34 is disposed between the heat pipe segments 30, 30 ′. These partition panels 34 are parallel to the gas flow through the heat exchangers 12, 12 ′ and separate the gas flow into two small cross sections. Separating the chambers 14 and 20 into smaller compartments along their width reduces the vibration induced by the flow, thereby improving the acoustic properties of the heat exchanger. In the heat exchanger (12, 12 ') of the present invention, the vibration of the heat pipe is significantly reduced, thereby reducing the noise pollution by the heat exchanger. The partition panel 34 is preferably removably arranged so that the partition panel can be removed during maintenance shutdown for connection to the heat pipes 26. One or more partition panels 34 may be provided to separate the cross section of the gas flow into two or more smaller cross sections.

상기에서 제시된 바와 같이, 전열관 (26)은 본 발명에 따르면, 전열관 카트리지 (36)에서 함께 묶이고(bundled), 이들 중 하나가 도 3에 더욱 자세하게 나타난다. 전열관 카트리지 (36)는 도 3 및 도 4를 참조하여 이제 더욱 상세하게 설명되며, 도 4는 도 3의 전열관 카트리지 (36)에서 전열관을 모두 제거한 것을 나타낸다.
As set forth above, the heat pipes 26 are bundled together in the heat pipe cartridge 36, according to the present invention, one of which is shown in more detail in FIG. The heat pipe cartridge 36 is now described in more detail with reference to Figs. 3 and 4, which shows that the heat pipe is removed from the heat pipe cartridge 36 of Fig. 3.

상기 전열관 카트리지 (36)는 프레임(frame) (38)에 올려진 복수의(수백 개의) 전열관 (26)을 포함한다. 이러한 프레임(frame) (38)은 설치되어 제 2 챔버 (20)와 마주보는 윗면(upper surface)(42) 및 설치되어 제 1 챔버와 마주보는 저면(lower surface)(44)을 구비한 지지 패널(40)을 포함한다. 상기 지지 패널(40)은 전열관 (26)들을 개별적으로 통과시키는 많은 구멍을 포함한다. 각 전열관 (26)을 상기 지지 패널(40)에 체결하기 위한 연결 수단이 제공되고, 이는 아래에서 더욱 상세하게 설명된다. 프레임(frame) (38)은 전열관(26)을 개별적으로 통과시킬 수 있는 구멍을 구비한 많은 예비 패널(auxiliary panel) (46)을 더 포함한다. 상기 예비 패널(46)은 서로 평행하게, 상기 지지 패널(40) 및 다른 예비 패널로부터 미리 결정된 거리만큼 떨어져 배치된다. 상기 예비 패널 (46)의 구멍들은 예비 패널 (46)과 전열관 (26) 사이에서 체결되어 연결하지 않고 핀(fin)과 결합된 전열관 (26)을 통과시키기에 충분히 큰 직경을 가진다. 실제로, 예비 패널 (46)의 목적은 주로 주변의 전열관 (26)을 서로 미리 결정된 거리만큼 유지하도록 하는 것이다. 예비 패널(46)은 거리 가이드(guide)를 제공하고, 작동하는 동안 전열관들이 일직선을 이루도록 유지하는 역할을 한다.
The heat pipe cartridge 36 includes a plurality of (hundreds) heat pipes 26 mounted on a frame 38. This frame 38 is provided with a support panel having an upper surface 42 facing the second chamber 20 and a lower surface 44 facing the first chamber. And 40. The support panel 40 includes many holes for individually passing the heat pipes 26. Connection means for fastening each heat pipe 26 to the support panel 40 are provided, which will be described in more detail below. The frame 38 further includes a number of auxiliary panels 46 having holes for individually passing the heat pipes 26. The preliminary panels 46 are arranged parallel to each other, a predetermined distance away from the support panel 40 and the other preliminary panels. The holes of the preliminary panel 46 have a diameter large enough to pass through the heat transfer tube 26 associated with the fin without being fastened and connected between the preliminary panel 46 and the heat transfer tube 26. In practice, the purpose of the preliminary panel 46 is mainly to keep the surrounding heat pipes 26 at a predetermined distance from each other. The preliminary panel 46 provides a distance guide and serves to keep the heat pipes in line during operation.

상기 지지 패널 (40) 및 예비 패널 (46)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 4개의 연결 로드(connection rod)를 이용하여 서로 연결된다. 지지 패널 (40), 예비 패널 (46) 및 네 개의 연결 로드(connection rod) (48)는 전열관 카트리지 (36)의 프레임(frame) (38)을 형성하기 위하여 예를 들어 용접에 의하여 서로 체결되어 연결된다.
The support panel 40 and the preliminary panel 46 are connected to each other using four connection rods, as shown in FIG. 4. The support panel 40, the preliminary panel 46 and the four connection rods 48 are fastened to each other, for example by welding, to form a frame 38 of the heat pipe cartridge 36. Connected.

전열관 (26)은 지지 패널 (40)에 체결되어 연결되고, 한 챔버(14,20)로부터 다른 챔버로의 가스 전달을 회피하기 위하여 상기 전열관의 연결은 기밀(gas tight)하여야 한다. 예를 들어, 전열관의 지지 패널로의 직접적인 용접; 실 링(seal ring)을 이용한 압축(pressing) 및 조임(tightening); 또는 지지 패널로의 직접적인 나사조임(screw)과 같은 많은 연결 수단이 알려져 있다. 그러나, 바람직하게는 나사 및 대응너트(counter-nut) 메커니즘(mechanism)이 사용되고, 상기 지지 패널의 양 면에서 한 면의 나사머리 및 다른 면의 대응너트(counter-nut)에 의해 조여질 수 있다. 금속 개스킷(gasket)은 나사 머리와 지지패널의 윗면(upper surface)(42) 사이 및 대응너트(counter-nut)와 지지 패널 (40)의 저면(lower surface) (44) 사이의 지지 패널(40)의 양 면에서 제공되는 것이 바람직하다.
The heat pipes 26 are fastened and connected to the support panel 40, and the connection of the heat pipes should be gas tight in order to avoid gas transfer from one chamber 14,20 to another. Direct welding of the heat pipes to the support panels, for example; Pressing and tightening with a seal ring; Or many connecting means are known, such as direct screwing into a support panel. However, preferably a screw and counter-nut mechanism is used and can be tightened by a screw head on one side and a counter-nut on the other side on both sides of the support panel. . The metal gasket is supported between the screw head and the upper surface 42 of the support panel and between the counter-nut and the lower surface 44 of the support panel 40. It is preferred that both sides are provided.

나사 및 유도너트(counter-nut) 메커니즘(mechanism)은 개별적으로 전열관 (26)이 지지 패널(40)로부터 제거될 수 있고 대체될 수 있다는 이점을 가진다. 그러므로 손상된 전열관은 용이하게 대체될 수 있다. 나아가, 기밀 밀봉(gas-tight seal)은 제 1 챔버(14)로부터 나온 가스가 제 2 챔버 (20)로부터 나온 가스와 혼합되지 않도록 지지 패널(40)의 윗면(upper surface) 및 저면(lower surface) (42, 44) 사이에서 형성된다. 이는 가스들 중 하나가 연소가스인 경우에 특별히 중요하다.
The screw and counter-nut mechanism has the advantage that the heat pipe 26 can be removed and replaced from the support panel 40 individually. Therefore, a damaged heat pipe can be easily replaced. Furthermore, a gas-tight seal is used to prevent the gas from the first chamber 14 from mixing with the gas from the second chamber 20 and the upper and lower surfaces of the support panel 40. ) Between 42 and 44. This is especially important if one of the gases is a combustion gas.

전열관 카트리지 (36)를 설치하고 제거하기 위하여, 열교환기는 제 2 챔버 (20)의 외벽(52)에서 제 1 개구부 (50)를 제공한다. 제 2 개구부 (54)는 제 1 및 제 2 챔버 (14,20) 사이의 분리벽 (32)에서 배치된다.
In order to install and remove the heat pipe cartridge 36, the heat exchanger provides a first opening 50 in the outer wall 52 of the second chamber 20. The second opening 54 is arranged in the dividing wall 32 between the first and second chambers 14, 20.

설치되는 동안, 전열관 카트리지 (36)는 제 1 개구부 (50) 및 제 2 개구부 (54)를 통해 열교환기(12,12')내로 수직방향으로 낮춰진다. 지지 패널 (40)은 제 2 개구부 (54)를 닫을 수 있도록 분리벽 (32)의 수준으로 낮춰진다. 바람직하게는, 상기 지지 패널 (40)은 그 둘레 전체가 분리벽과 용접되기 전까지 분리벽 (32)의 가장자리에 위치하고, 그로 인해 지지 패널 (40)과 분리벽 (32) 사이에서 기밀 연결(gas-tight connection)을 형성할 수 있다. 열교환기(12, 12')에 설치된 때, 전열관 (26)의 하위 부분은 제 1 챔버 (14)에 배치되고 제 1 챔버 (14)를 통해 고온 가스가 공급되는 경우 증발기(evaporator)로서 역할을 한다.
During installation, the heat pipe cartridge 36 is lowered vertically into the heat exchangers 12, 12 'through the first opening 50 and the second opening 54. The support panel 40 is lowered to the level of the dividing wall 32 so that the second opening 54 can be closed. Preferably, the support panel 40 is located at the edge of the partition wall 32 until its entire circumference is welded to the partition wall, thereby providing a gas tight connection between the support panel 40 and the partition wall 32. -tight connection). When installed in the heat exchangers 12, 12 ′, the lower part of the heat pipe 26 is disposed in the first chamber 14 and serves as an evaporator when hot gas is supplied through the first chamber 14. do.

관리를 위해 반복적으로 정지되는 동안, 상기 전열관 (26)은 열교환기(12,12')의 측면벽(sidewall)에 배치된 맨홀(manhole) 및 점검창(56)을 통해 조사될 수 있다. 만약 하나 또는 그 이상의 전열관 카트리지 (36)가 예를 들어, 전열관이 손상되거나 또는 열 전달 표면이 심각하게 오염되어 관리가 요구된다면, 주목하고 있는 전열관 카트리지 (36)가 지지 패널 (40)과 분리벽 (32) 사이에서 용접을 깨고 손상된 전열관 카트리지를 열교환기 (12,12')로부터 들어올림으로써 제거될 수 있다. 이로써 대체 전열관 카트리지 (36)는 열교환기에 설치되고 열 전달 시스템이 다시 작동될 수 있다. 상기 손상된 전열관 카트리지 (36)는 청소되거나 또는 열교환기 외부에서 고쳐질 수 있고, 그로 인해 상기 열 회수 시스템의 정지 기간을 연장하지 않을 수 있다. 실제로, 이제 관리에서 가장 시간을 소요하는 부분이 열교환기가 작동하는 동안에 열교환기 외부에서 수행될 수 있다. 전열관 카트리지를 교환가능한 모듈식의 전열관 열교환기를 제공함으로써, 열 회수 시스템의 정지 기간이 현저하게 감소될 수 있다.
While repeatedly stopped for management, the heat pipes 26 may be irradiated through manholes and inspection windows 56 arranged in the sidewalls of the heat exchangers 12, 12 ′. If one or more of the heat pipe cartridges 36 is damaged, for example, or if the heat transfer surface is damaged or the heat transfer surface is seriously contaminated, the heat pipe cartridges 36 to be noted are supported by the support panel 40 and the separation wall. It can be removed by breaking the weld between the 32 and lifting the damaged heat pipe cartridge from the heat exchanger 12, 12 '. This allows the replacement heat pipe cartridge 36 to be installed in the heat exchanger and the heat transfer system to be activated again. The damaged heat pipe cartridge 36 may be cleaned or fixed outside the heat exchanger, thereby not extending the shutdown period of the heat recovery system. In fact, the most time consuming part of the management can now be carried out outside the heat exchanger while the heat exchanger is in operation. By providing a modular heat exchanger heat exchanger for the heat exchanger cartridge, the shutdown period of the heat recovery system can be significantly reduced.

본 설명은 고온 스터브(stove)에 연결된 열교환기에 관한 것임을 주목해야 한다. 이러한 열교환기는 일반적으로 수직적으로 다른 하나위에 하나가 배치된 두 개의 챔버 (14,20)를 가진다. 그러나 또한 본 발명의 관점에서 두 개의 챔버 (14,20)는 하나 옆에 다른 하나를 거의 수평적으로 배치할 수 있다. 그러나 전열관은 수평선에 대하여 약간의 경사를 (예를 들어, 적어도 5 °) 제시하여야 한다. 이러한 배치는 예를 들어 전력 플랜트와 같은 다른 응용으로 사용될 수 있다.
It should be noted that the present description relates to a heat exchanger connected to a hot stub. Such heat exchangers generally have two chambers 14, 20 arranged one above the other vertically. However, also in the context of the present invention, the two chambers 14 and 20 can be arranged almost horizontally next to one another. However, the heat pipe should show a slight inclination (eg at least 5 °) with respect to the horizon. This arrangement can be used for other applications, such as for example in power plants.

10 열 회수 시스템
12 전열관 열교환기
14 제 1 챔버
16 제 1 포트
18 제 2 포트
20 제 2 챔버
22 제 3 포트
24 제 4 포트
26 전열관
28 전열관 모듈
30 전열관 구획
32 분리벽
34 칸막이 패널
36 전열관 카트리지
38 프레임
40 지지 패널
42 윗면
44 저면
46 예비 패널
48 연결 로드
50 제 1 개구부
52 외벽
54 제 2 개구부
56 점검창 10 heat recovery system
12 heat pipe heat exchanger
14 first chamber
16 first port
18 second port
20 second chamber
22 3rd port
24 fourth port
26 heat pipe
28 heat pipe module
30 heat pipe block
32 separation wall
34 partition panel
36 heat pipe cartridge
38 frames
40 support panel
42 Top
44 Bottom
46 spare panel
48 connection load
50 first opening
52 exterior walls
54 second opening
56 Inspection Window

Claims (11)

고온 가스로부터 냉가스로 열을 전달하기 위한 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger)에 있어서,
상기 전열관 열교환기(12,12')는
상기 열교환기를 통과하는 고온 가스를 공급하기 위한 제 1 챔버(first chamber) (14);
상기 열교환기를 통과하는 냉가스를 공급하기 위한 제 2 챔버(second chamber) (20); 및
제 1 챔버(first chamber)(14)와 제 2 챔버(second chamber)(20) 사이에 연장되어 열을 고온가스로부터 냉가스로 전달하기 위한 복수의 전열관(heat pipe)(26)을 구비한 하우징(housing)을 포함하고,
상기 하우징에는 하나 또는 그 이상의 전열관 카트리지(heat pipe cartridge) (36)가 제거가능하도록 배치되며;
상기 각 전열관 카트리지(heat pipe cartridge) (36)는 복수의 전열관을 지지하기 위한 지지 패널 (support panel)(40)을 구비한 프레임(frame) (38)을 포함하고;
상기 전열관 카트리지(36)가 상기 하우징 내에 배치된 경우, 상기 지지 패널(40)은 제 1 및 제 2 챔버(14,20) 사이에 기밀(gas-tight) 칸막이(partition)를 형성하기 위하여 제 1 챔버(14)와 제 2 챔버(20) 사이에서 분리벽(32)과 동조(cooperate)하도록 지지 패널(40)이 배치되고;
상기 전열관(heat pipe) (26)이 상기 지지 패널(40)을 가로지르고 기밀(gas-tight) 방식으로 이와 체결되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
In a heat pipe heat exchanger for transferring heat from hot gas to cold gas,
The heat exchanger heat exchanger (12, 12 ') is
A first chamber (14) for supplying hot gas through the heat exchanger;
A second chamber 20 for supplying cold gas passing through the heat exchanger; And
A housing having a plurality of heat pipes 26 extending between a first chamber 14 and a second chamber 20 to transfer heat from hot gas to cold gas. (housing),
One or more heat pipe cartridges 36 are disposed in the housing to be removable;
Each heat pipe cartridge 36 comprises a frame 38 having a support panel 40 for supporting a plurality of heat pipes;
When the heat pipe cartridge 36 is disposed in the housing, the support panel 40 is provided with a first to form a gas-tight partition between the first and second chambers 14, 20. A support panel 40 is arranged between the chamber 14 and the second chamber 20 to cooperate with the separating wall 32;
Heat pipe heat exchanger, characterized in that the heat pipe 26 traverses the support panel 40 and is fastened thereto in a gas-tight manner.
제 1 항에 있어서,
상기 전열관 카트리지 (36) 의 상기 지지 패널 (40)은 상기 제 1 및 제 2 챔버 (14, 20) 사이에서 기밀 밀봉(gas-tight seal)을 형성하기 위하여 상기 분리벽(32)과 용접되는(welded) 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method of claim 1,
The support panel 40 of the heat pipe cartridge 36 is welded with the dividing wall 32 to form a gas-tight seal between the first and second chambers 14, 20 ( heat pipe heat exchanger, characterized in that it is welded.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 프레임(frame) (38)은 하나 또는 그 이상의 예비 패널 (auxiliary panel) (46)을 더 포함하고, 각 예비 패널 (auxiliary panel) (46)은 이를 통해 전열관을 수용하기 위한 복수의 구멍을 포함하고, 상기 구멍은 상기 전열관을 위한 가이드를 제공하고 상기 전열관 (26)이 서로 평행하게 유지하기 위해 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기 (heat pipe heat exchanger).
3. The method according to claim 1 or 2,
The frame 38 further includes one or more auxiliary panels 46, wherein each auxiliary panel 46 includes a plurality of apertures for receiving heat transfer tubes therethrough. And the hole is arranged to provide a guide for the heat pipe and to keep the heat pipe (26) parallel to each other.
제 3 항에 있어서,
상기 전열관 (26)은 핀(fin)과 함께 제공되고, 상기 예비 패널(auxiliary panel) (46)의 구멍들은 상기 핀은 이를 통해 통과할 수 있도록 충분히 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method of claim 3, wherein
The heat pipe 26 is provided with a fin, and the holes of the auxiliary panel 46 have a diameter large enough to allow the fin to pass therethrough. heat pipe heat exchanger).
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 프레임(frame) 은 상기 지지 패널 (40) 및 상기 예비 패널(auxiliary panel)을 상기 프레임(frame)에 연결하기 위한 하나 또는 그 이상의 연결 로드(connection rod) (48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to claim 3 or 4,
The frame is characterized in that it comprises one or more connection rods 48 for connecting the support panel 40 and the auxiliary panel to the frame. Heat pipe heat exchanger.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 칸막이 패널 (34)은 제 1 및 제 2 챔버 (14, 20)를 전열관 구획(heat pipe compartment) (30, 30')으로 분리하기 위하여 상기 챔버들 (14, 20)을 통과하는 가스 흐름에 본질적으로 평행한 평면(plane)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The partition panel 34 is adapted to the gas flow through the chambers 14, 20 to separate the first and second chambers 14, 20 into heat pipe compartments 30, 30 ′. Heat pipe heat exchanger, characterized in that it is disposed in an essentially parallel plane.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기 (12, 12')는 상기 제 2 챔버 (20)의 외벽 (52)에 제 1 개구부(fist opening) (50) 및 상기 제 1 및 제 2 챔버 (14, 20)의 상기 분리벽에 제 2 개구부 (54) 를 포함하고; 상기 제 1 및 제 2 개구부는 전열관 카트리지(heat pipe cartridge)를 상기 개구부를 통해 공급하기 위하여 배치되고 설계되는(dimensioned) 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The heat exchanger 12, 12 ′ has a first opening 50 in the outer wall 52 of the second chamber 20 and the separation walls of the first and second chambers 14, 20. A second opening 54 in; And the first and second openings are dimensioned and arranged to supply a heat pipe cartridge through the openings.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 패널 (40)은 상기 전열관 카트리지(36)가 상기 열교환기(12,12')에 설치되는 경우 상기 분리벽 (32)에 용접되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to any one of claims 1 to 8,
The support panel (40) is heat pipe heat exchanger (11) characterized in that the heat pipe cartridge (36) is welded to the separation wall (32) when installed in the heat exchanger (12, 12 ').
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
맨홀(manhole) 및 점검창(inspection window)(56)은 상기 열교환기(12,12')의 측면벽(sidewall)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
The method according to any one of claims 1 to 8,
A manhole and an inspection window 56 are arranged in the sidewalls of the heat exchangers 12 and 12 '. Heat pipe heat exchanger.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전열관(26)은 상기 지지패널(40)에 나사 및 대응너트(counter-nut) 메커니즘(mechanism)을 이용하여 체결되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).
10. The method according to any one of claims 1 to 9,
The heat pipe (26) is a heat pipe heat exchanger (heat pipe heat exchanger), characterized in that the fastening using a screw and a counter-nut mechanism (mechanism) to the support panel (40).
제 10 항에 있어서,
금속 개스킷(gasket)은 나사의 나사 머리 및 상기 지지 패널(40)의 윗면(upper surface) (42) 사이; 및/또는 대응너트(counter-nut) 와 상기 지지 패널 (40)의 저면(lower surface) (44) 사이에서 제공되는 것을 특징으로 하는 전열관 열교환기(heat pipe heat exchanger).11. The method of claim 10,
A metal gasket is formed between the screw head of the screw and the upper surface 42 of the support panel 40; And / or a heat pipe heat exchanger provided between a counter-nut and a lower surface 44 of the support panel 40.
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