KR20140100955A

KR20140100955A - 열교환기

Info

Publication number: KR20140100955A
Application number: KR1020147015627A
Authority: KR
Inventors: 한스-위르겐 가우거; 부노 쉬트렙; 허버트 콤페어나쓰; 토마쓰 케트너
Original assignee: 비케더 베스트팔렌슈탈 게엠베하
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-08-18
Also published as: RU2014118047A; IN2014KN01083A; DE102011120255A1; WO2013079665A1; HK1197291A1; CN103959006A

Abstract

이 발명은 제 1 물질(Stoff) 또는 물질의 대사(Stoffstrom)와 제 2 물질 또는 물질의 대사 사이에서 열을 교환하기 위한 열교환기(Waermetauscher)에 대한 것이고, 이 물질들 또는 물질의 대사들을 격리시키는, 적어도 하나의 벽을 구비하고 있으며, 여기서 이 벽의 표면은 적어도 부분적으로는 2 내지 20㎛ 바람직하기로는 10㎛의 산술평균 거칠기(Mittenrauwert) Ra, 또는 10 내지 50㎛ 바람직하기로는 30㎛의 거칠기 깊이(Rautiefe) Rz를 갖는다.

Description

열교환기{Heat exchanger}

이 발명은 청구항 1의 상위 개념에 따른 열교환기에 대한 것이다.

예를 들면 발전소 시설에서 직접식 공기 냉각 응축기 (DACC: Direct Air Cooler Condenser) 냉각시스템은 간접식 냉각시스템으로서도 사용된다. 결국 냉각시스템에서는 어떤 물질의 또는 물질의 대사의 열 에너지를 다른 물질로 전달하는(Uebertragen) 열교환기(Waermeuebertrager, Waermeaustauscher라고도 불리운다)가 중요하다. 이 물질 또는 물질의 대사 사이에는 일반적으로 전열성의 격벽이 있다. 어떤 물질 대사시 발전회사에서는 특히 증기가 중요하다. 다른 물질 대사시에는 예를 들면 공기 특히 대기가 중요할 수 있다.

공냉식 열교환기의 이용에 대한 배경은 환경을 보호하고 물을 절약하는 이 시스템의 효과다. 그것은 단지 냉각 사이클의 표준에 있다. 열은 열교환기를 거쳐 순환공기로 직접 방출된다. 열방출은 예를 들면 납땜이된 알루미늄 핀(Finnen)을 갖는 금속관 위에서 일어난다. 부식의 원인으로부터 그리고 알루미늄 공정에서 안전하게 납땜하기 위해 예를 들면 알루미늄 도금된 금속으로 파이프가 생산될 수 있다.

이 발전소 시설은 특별히 환경을 보호하기 위해 물이 부족한 지역뿐만 아니라 고온 지역과 습도가 높은 지역에서도 사용된다. 이런 타입의 발전소에서는 발전소의 효율을 위한 본질적인 요소는 터빈앞(약 200 bar)과 냉각시스템에서의 저압(가능하면 < 100mbar)의 압력차이라는 것이 알려져 있다. 냉각시스템에서의 약간의 압력증가와 수 mbar의 압력차이와 결합하면 전체 발전소의 상당한 효율감소로 이끌게 된다.

냉각시스템에서의 저압은 본래 수증기의 응축에 의해 발생된다. 이것이 의미하는 것은 냉각관에서는 가스-응축 시스템이 등장하게 되고, 이것은 아주 다양한 단계로 나타난다는 점이다. 파이프의 윗쪽 영역에서는 수증기의 혼합이 일어나고, 이것은 터빈에 의해 냉각시스템으로 유도된다. 냉각과정과 수증기의 응축에 기인하여 관련된 부피 감소(압력 감소) 동안에 다수의 단계들의 혼합이 파이프의 중간 영역에서 발생한다. 파이프의 하부 영역에서는 지속적으로 응축이 끝나고 응축된 물이 이를 위해 마련된 탱크 안으로 흘러들어간다.

예를 들어

MW의 발전소용 냉각시스템을 위한 면적은 수 헥타의 크기에 가볍게 도달할 수 있고, 이때 효율상의 이유로 80미터까지의 높이로 철구조물 위에 설치된다. 필수적인 냉각시스템의 크기는 냉각시스템의 냉각용량의 차이와 파이프의 냉각용량에 달려있다. 현재 알려져 있는 냉각시스템에서 사용되는 열교환기는 아주 큰 면적을 요구한다.

열교환기의 효율을 위한 실제 크기는 특히 열교환기의 열교환용량

를 조건식으로 한다.

여기서

k: 열전달계수

A: 접촉면적

: 중간온도차

를 나타낸다. 열교환기의 열교환용량은 같거나 또는 더 작은 크기에서는 늘리는 것이 바람직하다.

이 발명의 과제는 개선된 열교환기를 제공하는 것이고 특히 작은 크기로 더 높거나 적어도 같은 열교환용량을 나타내는 열교환기를 제공하는 것이다.

이 발명의 다른 특징과 장점은 첨부된 도면을 참조하고 바람직한 실시예의 다음 명세서를 참조하면 명백해질 것이다.

이 발명에 따르면 이 과제는 청구항 1의 특징을 갖는 열교환기에 의해 해결된다. 벽의 표면은 적어도 부분적으로 2 내지 20㎛ 바람직하게는 10㎛의 산술평균 거칠기 Ra, 또는 10 내지 50㎛ 바람직하게는 30㎛의 거칠기 깊이 Rz를 갖는 것을 통해 열교환기는 일정한 열교환용량의 크기가 줄어들 수 있고 전체적인 발전소 냉각시스템의 안정성이 개선될 수 있다.

이 발명에 따른 열교환기의 다른 바람직한 실시예는 특히 종속항의 특징으로부터 나타난다. 종속항의 특징은 기본적으로 임의로 서로 연결될 수 있다.

이 발명에 따른 열교환기의 바람직한 일 실시예에서는, 벽의 표면이 적어도 부분적으로 2 내지 20㎛ 바람직하게는 10㎛의 산술평균 거칠기 Ra 그리고 10 내지 50㎛ 바람직하게는 30㎛의 거칠기 깊이 Rz를 갖는 것을 포함할 수 있다. 이것에 의해서 열교환기는 그리고 바람직하게는 그러한 형상을 한 열교환기의 동작시 그 용량이 줄어들 수 있고, 전체적인 발전소 냉각시스템의 안정성이 개선될 수 있다. 보다 높은 평균 거칠기와 보다 높은 거칠기 깊이에 의해 흐름 특히 공기와 수증기의 혼합가스의 흐름은 벽의 표면을 변화시킬 수 있고, 이것은 보다 높은 열교환을 벽으로 이끌 수 있다. 그리고 열교환기의 접촉면적은 거칠게 함으로써 증가한다. 특히 발전소 지역에서 그 결과 그러한 형상을 한 열교환기의 동작시 발전소의 효율은 높아질 수 있다.

이 발명에 따른 열교환기의 바람직한 일 실시예에서, 열교환기는 적어도 파이프를 포함할 수 있고, 이때 특별히 파이프의 안쪽면 및/또는 바깥면은 적어도 부분적으로는 기술된 평균 거칠기 및/또는 거칠기 깊이를 갖는다. 이 발명에 따른 열교환기의 이러한 실시예에서 파이프벽으로부터 격리되는 벽이 형성된다. 이 형태에 포함되는 한, 파이프벽은 보다 높은 열교환용량을 일정한 또는 실제로 약간 낮은 크기의 파이프를 허락할 수 있도록 하기 위해 상응하는 거칠기를 갖는다.

이 발명에 따른 열교환기의 다른 바람직한 일 실시예에서 제공될 수 있는 것은, 핀(Finne) 특히 알루미늄 핀을 갖는 파이프가 제공되는 것이다. 파이프의 이러한 실시예를 갖고서 소위 냉각 레기스터 또는 응용에 따라서는 히터 레기스터도 구성된다. 이런 열교환기는 특별히 발전소의 DACC(직접 공냉식 응축기. Direct Air Cooled Condenser) 냉각시스템의 적용을 위한 바람직한 방법에 적합하며, 이때 여기서 이 발명에 따른 파이프의 실시예에 의해 더 큰 열교환효율이 열교환기의 더 낮은 구조적 크기에도 달성될 수 있다. 발전소 지역에서 동작시 이것에 의해 발전소 효율도 또한 개선될 수 있다.

이 발명에 따른 열교환기의 바람직한 다른 실시예에서 제공되는 것은, 파이프는 적어도 부분적으로 알루미늄 코팅된 금속으로 이루어진다는 것이다. 특별히 알루미늄은 파이프의 바깥면을 형성한다. 그래서 예로서 여기서 알루미늄으로 이루어지는 핀은 또한 간단한 방법으로 예를 들면, 땜납에 의해 고정될 수 있다.

이 발명에 따른 열교환기의 다른 바람직한 일 실시예에서 제공되는 것은, 열교환기는 적어도 하나의 판(Platte)을 갖는데, 이 판의 내부면 및/또는 외부면은 적어도 부분적으로 소정의 평균 거칠기 및/또는 거칠기 깊이를 갖는다는 것이다. 이러한 구성은 결국 판형 열교환기에 대한 기초를 형성한다. 이 발명에 따라 격리되는 그리고 열교환이 되는 판의 거칠기를 갖는 이러한 판형 열교환기는 또한 더 작거나 또는 같은 설치공간에서도 성능이 더 좋다.

더 높은 평균거칠기 또는 더 높은 거칠기 깊이를 통해 흐름, 특히 공기 및 수증기 혼합 가스의 흐름이 벽 표면에서 바뀌고, 이것은 벽으로의 더 높은 열교환으로 이끈다. 그리고 열교환기 접촉면은 거칠게함으로써 증가한다. 특히 발전소 지역에서 그 결과 그러한 형상을 한 열교환기의 동작시 발전소의 효율은 높아질 수 있다.

도 1은 핀을 갖는 제 1 실시예에서 이 발명에 따른 열교환기를 나타내고,
도 2는 다른 실시예에서 포피파이프 열교환기 (Mantelrohroehrwaerme -tauscher)로서의 이 발명에 따른 열교환기를 나타낸다.

이 발명에 따른 열교환기는 적어도 하나의 물질 또는 물질의 대사의 격벽을 구비한다. 이 발명에 따른 열교환기가 특별히 간접적인 열전달을 하는 열교환기인 한에서는 물질의 대사는 공간적으로 열전도 벽(waermelaessige Wand)에 의해 격리되는 것이 특징이다. 이러한 급의 열교환기는 회수열교환기라고도 불리운다. 생각컨대 구성은 축열기로서도 가능하다.

이 발명에 따라 제공되는 것은, 이 격벽의 표면은 적어도 부분적으로 2 내지 20㎛ 바람직하기로는 10㎛의 산술평균거칠기 Ra 및/또는 10 내지 50㎛ 바람직하기로는 30㎛의 거칠기 깊이를 갖는다는 점이다.

산술평균 거칠기를 나타내는 약어 Ra는 DIN EN ISO 4287: 1998에 의해 표준화되어 있다. 평균 거칠기값은 거칠기 종단면도의 양의 산술적 평균값이고 기술적인 표면의 거칠기를 나타낸다. 이 측정값의 탐지를 위해서는 표면은 정의된 측정구역에서 스캔되고 모든 크기와 깊이의 거친 표면의 차이가 기록된다. 이 측정구역에서 이 거칠기 과정의 확실한 전체의 계산에 의해 이 결과는 결국 측정구역의 길이에 의해 나누어진다.

심볼 Rz에 의해 표시되는 소위 그렇게 평균화된 거칠기깊이는 다음과 같이 정해진다. 제품 표면 위에서 정의되는 측정구역은 7개의 동일한 크기의 단위측정구역으로 나누어진다. 그러나 평가는 단지 이 구간의 5개 이상에서만 일어나며, 그 이유는 적용하는 가우스필터가 절반의 단위측정구역인 전반부 또는 후반부를 필요로 하기 때문이고, 이들 각각은 과소평가해선 않되는 진입부(Einlauf) 및 퇴출부(Auslauf)에 주름을 포함한다. 이 단위측정구역의 각각에 대해 수직면의 최대 및 최소값의 차이가 산출된다. 그것에 따라서 Rz는 단위거칠기깊이의 대수평균값으로서 연속적인 단위측정구역을 정의한다.

이 발명에 따라 거친 격벽은 열교환기의 형태에 따라서 다른 구성과 위치를 가질 수 있다.

제 1실시예에서 열교환기는 파이프(1)을 포함하며, 이 파이프는 핀(2) 바람직하게는 알루미늄으로 이루어진 핀을 갖고있다. 이러한 종류의 열교환기의 형태는 냉각 레기스터 또는 응용에 따라 히터 레기스터라고도 한다. 따라서 전열성의 격 벽은 파이프벽에 의해 형성된다. 파이프(1)의 내벽은 이 발명에 따른 평균거칠기값 Ra와 거칠기깊이 Rz를 갖도록 설계된다. 내벽의 일부는, 예를 들어서 연결부위같은, 위에서 언급한 평균거칠기값 Ra 또는 거칠기깊이 Rz를 갖지 말아야 한다. 그러한 형상의 열교환기는 공기 특별히 대기를 통해 파이프를 흐르는 액체의 냉각에 알맞다.

다른 실시예에서는, 열교환기는 적어도 두개의 파이프(1) 예를 들어서 내부파이프(1)와 외부파이프(30를 포함한다. 그러한 구성은 포피파이프열전달기라고 한다. 따라서 위에서 제시된 거칠기를 갖는 전열성의 격벽은 내부파이프(1)의 파이프벽에 의해 형성된다. 내부파이프의 내부벽뿐만 아니라 외부벽도 이 발명에 따른 위에서 언급한 평균거칠기값 Ra와 거칠기깊이 Rz를 갖도록 할 수 있다. 도 2에서 물질대사들은 큰화살표에 의해 표시되어 있다. 여기서 우연히 반대방향의 흐름원리가 선택되어져있고, 이때 여기서 추가적인 물질, 특별히 혼합물도 투입될 수 있다.

이 발명에 따른 열교화기를 위해 다수개의 추가적인 형태를 생각할 수 있다. 그래서 이 발명에 따른 열교환기는 예를 들면 플레이트형 열변환기, 파이프형 열변환기, U-파이프형 열교환기, 역류층형 열교환기 등으로서 지어질 수 있다. 앞에서 언급한 구성 목록은 한정된 것이 아니다. 추가적인 구성을 생각할 수 있다. 또한 결합 예를들면 파이프-플레이트형 열변환기도 생각할 수 있다. 또한 발명에 따른 열교환기는 보통 소위 "다발"로 결합해있는 한 개의 파이프 또는 플레이트로 이루어진다.

이 발명에 따른 열교환기에서 이용되는 물질 또는 물질대사로서는, 예을들어서 공기, 물, 수증기 등과 같은 액체 또한 가스형태의 매체가 투입될 수 있다.

위 도면들에는 다음의 참조부호들이 사용된다.
1: 파이프/내부 파이프
2: 핀
3: 외부 파이프 또는 포피파이프

Claims

물질들 또는 물질대사들이 적어도 하나의 격벽을 갖는 제1물질 또는 물질대사와 제2물질 또는 물질대사 사이의 열교환을 위한 열교환기는, 벽의 표면이 적어도 소정의 산술평균거칠기값 Ra가 2 내지 20㎛, 바람직하게는 10㎛이고, 또는 거칠기깊이 Rz는 10 내지 50㎛ 바람직하게는 30㎛인 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
청구항 1에서, 벽의 표면은 적어도 소정의 산술평균거칠기값 Ra가 2 내지 20㎛, 바람직하게는 10㎛이고, 거칠기깊이 Rz는 10 내지 50㎛ 바람직하게는 30㎛인 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
앞의 청구항들 가운데 적어도 하나에서, 열교환기는 적어도 하나의 파이프(1)를 구비하고, 이때 파이프의 내측면 및/또는 외측면은 적어도 단편적으로 소정의 평균거칠기값 및/또는 거칠기깊이를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
청구항 3에서, 핀(2) 특히 알루미늄으로된 핀을 갖춘 파이프(1)가 설치된 것을 특징으로 하는, 열교환기.
청구항 3에서, 파이프(1)는 적어도 단편적으로 알루미늄으로 코팅된 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 열교환기.
앞의 청구항들 가운데 적어도 하나에서, 열교환기는 적어도 하나의 플레이트를 구비하고, 이때 플레이트의 내측면 및/또는 외측면은 적어도 소정의 평균거칠기값 및/또는 거칠기깊이를 갖는 것을 특징으로 하는, 열교환기.