KR20160004195U - 열 교환기 - Google Patents

Abstract

열 교환기는 고온 유체를 위한 채널(2)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 내부 케이싱(1)을 포함한다. 외피(5)는 내부 케이싱을 적어도 부분적으로 둘러싼다. 사이공간(6)이 내부 케이싱과 외피 사이에서 내부 케이싱 둘레에 제공된다. 절연부가 사이공간 내에 제공된다. 절연부는 다공성 구체에 의해 형성되고, 이 다공성 구체는 사이공간을 적어도 부분적으로 충전한다.

Description

열 교환기 {A HEAT EXCHANGER}

본 고안은 열 교환기에 관한 것으로, 특히, 연도 가스 같은 고온 유체에 의해 유체를 가열하기 위한 열 교환기에 관한 것이다. 이런 열 교환기는 빈번히 보일러, 이코노마이저, 과열기 등이라 지칭되는 장치를 포함한다. 특히, 본 고안은 고온 유체를 위한 채널을 적어도 부분적으로 둘러싸는 내부 케이싱과, 내부 케이싱을 적어도 부분적으로 둘러싸는 외피와, 내부 케이싱과 외피 사이에서 내부 케이싱 둘레에 제공된 사이공간과, 사이공간 내에 제공된 절연부를 포함하는 열 교환기에 관한 것이다.

이런 열 교환기에서, 내부 케이싱의 온도는 열 교환기의 동작 동안 고온에 도달할 수 있다. 이 온도는 50 내지 700℃ 정도이거나 심지어 더 높을 수 있다. 외피의 온도는 작업자가 외피를 건드릴 수 있게 하도록 현저히 저하되어야만 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 열 교환기의 외피와 내부 케이싱 사이의 사이공간에 절연층을 제공하는 것이 알려져 있다. 일반적으로, 절연층은 Rockwool® 및/또는 유사한 절연 재료 판재 같은 섬유 또는 광물 재료로 형성된다. 그러나, 열 교환기의 내부 케이싱 상에서의 이러한 절연 층의 적응 및 정렬은 매우 시간 소모적이며, 열 교환기 제조를 위한 높은 비용의 원인이 된다.

US 4,351,277은 수직으로 연장하는 원통형 케이싱을 구비한 유형의 이코노마이저를 개시하고 있으며, 이 케이싱 내에는 원통형 케이싱의 중앙 수직 축선에 관하여 동심 관계로 서로 평행하게 배열된 복수의 나선형 코일이 장착되어 있다. 나선형 코일은 휜형 튜브(finned tube)의 형태이다. 열교환 유체는 나선형 코일을 통해 전달되고, 이에 의해 코일은 보일러로부터 이코노마이저를 통해 상향 통과하는 배기 가스로부터 열을 추출할 수 있다. 이코노마이저는 내부 라이닝과, 내부 라이닝으로부터 분리된 외부 케이싱을 포함한다. 광물 울(mineral wool)로 이루어진 절연부가 외부 케이싱과 내부 라이닝 사이에 제공된다.

본 고안의 목적은 상술한 문제를 극복하는 것이다. 특히, 본 고안은 더 비용 효율적 방식으로 더 짧은 시간 기간 내에 열 교환기에 적용될 수 있는 절연 재료에 관한 것이다. 또한, 본 고안은 열 교환기가 작고 접근불가한 공간을 제공할 경우의 절연부의 더 용이한 적용에 관한 것이다.

이러한 목적은 절연부가 사이공간을 적어도 부분적으로 충전하는 다공성 구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 서두에 정의된 열 교환기에 의해 달성된다.

다공성 구체는 용이하고 신속한 방식으로 사이공간 내에 공급될 수 있다. 예로서, 다공성 구체의 공급은 파이프 또는 호스를 통해 사이공간에 다공성 구체를 붓는 것에 의해 수행될 수 있다. 다공성 구체는 붓기 또는 분사를 통한 공급 또는 달리 말해서 유체의 공급을 위해 사용되는 바와 동일한 공급 기술을 통한 공급을 가능하게 한다. 종래 기술 절연부의 적용에 비한 시간 절약이 현저하다. 다공성 구체로 이루어진 절연부는 또한 예로서, 기존 열 교환기의 절연부의 교체와 연계하여, 열 교환기가 작고 접근불가한 공간을 제공하는 경우에 쉽게 적용될 수 있다.

본 고안의 일 실시예에 따라서, 다공성 구체는 점토로 이루어진다. 이때, 다공성 구체는 다공성 점토 구체를 포함하거나 다공성 점토 구체로 이루어진다.

다공성 구체는 연료를 함유하는 성형된 점토 구체의 가열을 통해 형성될 수 있으며, 여기서, 가열 동안 연료는 연소되고, 그에 의해, 작은 가스 또는 공기 포켓을 갖는 다공성 구체의 공극을 생성한다.

다공성 점토 구체는 LECA^® 구체로서 상업적으로 입수할 수 있다. LECA^®는 경량 팽창 점토 응집체(Lightweight Expanded Clay Aggregate)를 나타낸다.

다공성 구체는 복수의 가스 또는 공기 포켓을 구비한 공극을 갖는다. 이 공극은 절연 기능에 유리하다. 따라서, 다공성 구체는 작은 중량과 높은 공극도를 가질 수 있어서 이들이 절연 재료로서 적합해지게 하고, 따라서, 열 교환기의 사이공간에 용이한 방식으로 공급될 수 있다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 사이공간은 내부 케이싱을 둘러싼다. 따라서, 내부 케이싱은 다공성 구체에 의해 둘러싸여지거나 포위될 수 있다.

본 고안의 다른 특징에 따라서, 열 교환기는 사이공간에 대한 접근로를 제공하는 개구를 포함한다. 이런 개구에 의해, 다공성 구체가 사이공간 내에 공급될 수 있다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 개구는 예로서, 폐쇄 요소에 의해 폐쇄될 수 있다. 개구는 다공성 구체의 공급 이후 예로서, 용접을 통해 영구적으로 폐쇄될 수 있거나 개방가능하게 폐쇄될 수 있다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 개구는 외피를 통해 연장하거나 적어도 부분적으로 외피를 통해 연장한다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 외피는 제거가능하다. 유리하게, 외피는 내부 케이싱에 제거가능하게 부착될 수 있다. 외피는 나사형 요소에 의해 부착될 수 있다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 사이공간은 50 내지 300 mm 또는 심지어 그 보다 큰 두께를 갖는다. 두께는 내부 케이싱과 외피 사이의 거리 또는 평균 거리일 수 있다. 이 거리는 열 교환기의 크기에 의존한다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 각 다공성 구체는 2 내지 25 mm 또는 그 보다 큰 최대 외부 치수를 갖는다. 절연부에 포함된 다공성 구체는 서로 다른 최대 외부 치수를 가질 수 있다. 유리하게, 최대 외부 치수는 4 내지 15 mm일 수 있다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 다공성 구체는 불규칙 형상을 가진다. 이런 불규칙 형상은 구형 형상 또는 외부 윤곽으로부터 벗어난다. 구체적으로, 다공성 구체는 임의의 외부 형상, 예로서, 둥근 형상 뿐만 아니라 날카로운 형상을 가질 수 있다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 접착제가 사이공간에 제공되어 다공성 구체가 서로 접착될 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 외피가 제거되는 경우에도 다공성 구체가 사이공간 외부로 떨어져 나오는 것이 방지된다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 접착제는 콘크리트를 포함한다. 콘크리트는 내열성이며 사이공간 내의 다공성 구체의 위치를 고정하도록 응고될 수 있기 때문에 적합하다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 다공성 구체 및 접착제는 사이공간 내로 다공성 구체를 공급하기 이전에 서로 혼합된다. 유동하는 혼합물은 사이공간을 충전하도록 사이공간 내로 부음으로써 공급되고, 그후, 응고되어 고체 또는 실질적 고체 절연부를 생성한다. 이는 특히 대형 열 교환기, 그리고, 정비를 위해 외피를 제거할 필요가 있는 경우에 유리하다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 다공성 구체 및 접착제는 사이공간 내로 다공성 구체를 공급하는 동안 서로 혼합된다. 유리하게는, 다공성 구체는 파이프 또는 호스로부터 공급될 때 콘크리트와 함께 분사될 수 있다. 다공성 구체는 따라서 파이프 또는 호스로부터 배출되고, 콘크리트로 다공성 구체를 피복하도록 콘크리트가 다공성 구체를 위한 파이프 또는 호스 옆에 배열된 파이프 또는 호스로부터 배출될 수 있다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 내부 케이싱은 채널로의 입구 및 채널로부터의 출구를 포함하고, 그에 의해, 연도 가스 같은 고온 유체가 채널을 통해 유동할 수 있게 한다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 입구 및 출구는 외피를 통해 연장한다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 열 교환기는 가열될 유체를 운반하도록 구성되면서 채널 내에 제공된 적어도 하나의 튜브를 포함하는 튜브 배열을 포함한다. 따라서, 튜브 배열은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 심지어 더 많은 튜브를 포함할 수 있다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 튜브 또는 튜브들은 복수 권회수를 갖는 나선형 코일로서 형성되고, 튜브 배열은 튜브의 제1 단부에 연결된 유체 입구 부재와 튜브의 제2 단부에 연결된 유체 출구 부재를 포함한다.

다른 실시예에 따라서, 중앙 케이싱이 튜브 또는 튜브들의 나선형 코일 내부에 제공된다. 중앙 케이싱은 종방향 축선과 평행하게 연장할 수 있다. 중앙 케이싱은 고온 유체를 위한 우회 채널을 둘러싼다.

본 고안의 다른 실시예에 따라서, 유체 입구 부재 및 유체 출구 부재 모두는 내부 케이싱, 사이공간 및 외피를 통해 연장한다.

이제, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조로 다양한 실시예에 대한 설명을 통해 더욱 정확하게 설명한다.
도 1은 본 고안의 제1 실시예에 따른 열 교환기를 통한 부분 단면도를 개시한다.
도 2는 열 교환기의 제조 동안 도 1의 열 교환기의 부분 단면도를 개시한다.

도 1은 본 고안의 제1 실시예에 따른 열 교환기를 개시한다. 열 교환기는 내부 케이싱(1)을 포함한다. 내부 케이싱(1)은 50 내지 700℃ 정도 또는 심지어 그보다 높은 온도를 갖는 고온 유체를 이송하도록 구성되는 채널(2)을 둘러싼다.

제1 실시예에서, 열 교환기는 보일러, 이코노마이저, 과열기 등이다. 본 고안은 이들 두 종류의 열 교환기에 한정되지 않으며, 다른 종류의 열 교환기에도 적용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.

개시된 실시예에서, 고온 유체는 버너(미도시)로부터의 연도 가스이다.

내부 케이싱(1)은 채널(2)로의 입구(3) 및 채널(2)로부터의 출구(4)를 포함한다. 채널(2)은 입구(3) 및 출구(4)를 통해 연장하는 종방향 축선(x)에 평행하게 연장한다. 따라서, 연도 가스는 입구(3)를 거쳐 채널(2)을 통해, 그리고, 출구(4)를 통해 외부로 통과할 수 있다.

또한, 열 교환기는 내부 케이싱(1)을 둘러싸는 외피(5)를 포함한다. 사이공간(6)이 내부 케이싱(1)과 외피(5) 사이에서 내부 케이싱(1) 주변에 제공된다. 따라서, 사이공간(6)은 내부 케이싱(1)을 둘러싼다. 사이공간(6)은 도 1에 개시된 상태에서 폐쇄되어 있다. 절연부(7)는 사이공간(6) 내에 제공된다.

절연부(7)는 다공성 구체(8)(도 2 참조)를 포함하며, 이 다공성 구체는 사이공간(6)을 충전하거나 적어도 부분적으로 충전한다.

다공성 구체(8)는 점토, 콘크리트 또는 임의의 유사한 재료, 예로서, 플라스틱 발포체 재료로 이루어질 수 있다. 플라스틱 발포체 재료는 고온 가스의 온도가 비교적 낮을 때, 즉, 상술한 범위의 하부 영역에 있을 때 적합할 수 있다.

점토로 이루어진 다공성 구체(8)는 연료를 포함하는 성형된 점토 구체의 가열을 통해 형성될 수 있다. 성형된 점토 구체의 가열 동안, 연료가 연소되어 다공성 구체(8)의 공극을 형성한다.

콘크리트로 이루어진 다공성 구체(8)는 유사한 방식으로 형성될 수 있다.

각 다공성 구체(8)는 2 내지 25 mm 또는 심지어 그 보다 큰 최대 외부 치수를 가질 수 있다. 예로서, 최대 외부 치수는 4 내지 15 mm일 수 있다. 사이공간(6)에 포함된 다공성 구체(8)의 최대 외부 치수는 상술한 한계 내에서 변할 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 또한, 다공성 구체(8)는 구형 형상으로부터 벗어나는 임의의 불규칙 형상을 가질 수 있다는 것도 유의하여야 한다.

사이공간(6)은 열 교환기의 크기, 그리고, 연도 가스의 온도에 따라서, 50 내지 300 mm 또는 심지어 그보다 큰 두께를 가질 수 있다. 이 두께는 종방향 축선(x)에 관하여 반경 방향으로 측정된다.

또한, 열 교환기는 추가적 장비에 대한 부착을 가능하게 하도록 입구(3)에 제1 연결 요소(9)를 포함하고, 추가적 장비에 대한 부착을 가능하게 하도록 출구(4)에 제2 연결 요소(10)를 포함한다. 개시된 실시예에서, 제1 및 제2 연결 요소(9, 10)는 각각의 플랜지를 포함한다.

열 교환기는 본 실시예에서 연도 가스로 개시되어 있는 고온 유체에 의해 가열될 유체를 위한 튜브 배열을 포함한다.

개시된 실시예에서, 튜브 배열은 채널(2) 내에 제공된 네 개의 튜브(11, 12, 13, 14)를 포함한다. 튜브(11 내지 14)는 복수의 권회부를 각각 갖는 나선형 코일로서 형성된다. 튜브(11 내지 14)는 종방향 축선(x)에 관하여 동심으로 제공된다. 튜브(11 내지 14)는 휜(미도시)을 구비할 수 있다.

튜브 배열은 임의의 수의 튜브, 예로서, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 심지어 더 많은 튜브를 포함할 수 있다는 것을 유의하여야 한다.

또한, 열 교환기는 튜브(11 내지 14)의 나선형 코일 내부에 제공된 중앙 케이싱을 포함할 수 있다. 중앙 케이싱은 종방향 축선(x)과 평행하게 연장할 수 있다. 중앙 케이싱은 연도 가스를 위한 우회 채널을 둘러싼다. 우회 채널을 개폐하기 위해 밸브가 제공될 수 있다.

또한, 튜브 배열은 유체 입구 부재(15) 및 유체 출구 부재(16)를 포함한다. 각 튜브(11 내지 14)는 각 튜브(11 내지 14)의 제1 단부에서 유체 입구 부재(15)에 연결된다. 각 튜브(11 내지 14)는 또한 각 튜브(11 내지 14)의 제2 단부에서 유체 출구 부재(16)에 연결된다. 유체는 유체 입구 부재(15)를 통해 급송되고, 튜브(11 내지 14)를 통과하고, 그리고, 가열되어 유체 출구 부재(16)를 통해 빠져나간다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 유체 입구 부재(15) 및 유체 출구 부재(16)는 내부 케이싱(1), 사이공간(6) 및 외피(5)를 통해 연장한다.

열 교환기는 개구(17)(도 2 참조)를 포함하고, 이 개구는 사이공간(6)에 대한 접근로를 제공한다. 제1 실시예에서, 개구(17)는 외피(5)를 통해 연장한다. 개구(17)는 예로서, 폐쇄 요소에 의해 폐쇄될 수 있다. 도면에 개시된 실시예에서, 개구(17)는 제2 연결 요소(10)에 의해 폐쇄될 수 있다. 개구(17)는 열 교환기의 다른 위치에 제공될 수 있으며, 용접을 통해 영구적으로 폐쇄되거나, 제2 연결 요소(10) 이외의 다른 요소에 의해 폐쇄될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.

또한, 외피(5)는 제거가능할 수 있으며, 예로서, 내부 케이싱(1)에 제거가능하게 부착될 수 있다. 외피(5)는 외피(5)의 제거를 허용하기 위해 스크류 및 너트 같은 참조 번호 18로 개략적으로 표시되어 있는 나사형 요소에 의해 부착될 수 있다.

도 2에, 파이프(20) 또는 호스가 개시되어 있다. 다공성 구체(8)는 용이하고 편리한 방식으로 파이프(20)에 의해 사이공간(6)에 공급될 수 있다. 다공성 구체(8)는 파이프(20)를 거쳐 사이공간(6) 내로 부어져서 사이공간(6)을 적어도 부분적으로 충전한다.

제1 실시예에서, 다공성 구체(8)는 임의의 다른 물질이나 재료 없이 사이공간(6)에 공급된다. 다공성 구체(8)는 따라서 사이공간(6) 내에 유리상태로 수용된다.

제2 실시예는 사이공간(6) 내에 접착제가 제공되는 점만이 제1 실시예와 다르다. 접착제는 다공성 구체(8)가 서로 접착될 수 있게 한다. 따라서, 다공성 구체(8)는 사이공간(6) 내에 유리상태로 수용되지 않으며, 예로서, 열 교환기로부터의 외피(5)의 임의의 개방 또는 분리시에 이들이 사이공간(6)으로부터 떨어져 나오지 않도록 서로 다소 고착된다.

접착제는 콘크리트를 포함하거나 콘크리트로 구성될 수 있다. 제2 실시예에서, 다공성 구체(8) 및 접착제는 다공성 구체(8)를 예로서 파이프(20)를 통해 사이공간(6) 내로 공급하기 이전에 서로 혼합된다.

제3 실시예는 다공성 구체(8)와 접착제가 사이공간(6) 내로의 다공성 구체(8)의 공급 동안 혼합된다는 것 만이 제2 실시예와 다르다. 이러한 실시예에서, 다른 파이프(21)가 예로서 파이프(20) 옆에 제공될 수 있다. 파이프(20) 및 다른 파이프(21) 각각은 출구 또는 노즐을 가지고, 이를 통해 다공성 구체(8)와 접착제가 각각 사이공간(6) 내로 전달될 수 있다. 출구 도는 노즐은 다공성 구체(8)와 접착제가 다공성 구체(8)와 접착제의 공급 동안 혼합되도록 배열될 수 있다.

본 고안은 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 하기의 청구범위의 범주 내에서 변경 또는 변형될 수 있다.

Claims (17)

1. 열 교환기이며,
   고온 유체를 위한 채널(2)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 내부 케이싱(1),
   내부 케이싱(1)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 외피(5),
   내부 케이싱(1)과 외피(5) 사이에서 내부 케이싱(1) 둘레에 제공된 사이공간(6), 및
   사이공간(6) 내에 제공된 절연부(7)를 포함하는, 열 교환기에 있어서,
   절연부는 사이공간(6)을 적어도 부분적으로 채우는 다공성 구체(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
2. 제1항에 있어서, 다공성 구체(8)는 점토로 형성되는 열 교환기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열 교환기는 사이공간(6)에 대한 접근로를 제공하는 개구(17)를 포함하는 열 교환기.
4. 제3항에 있어서, 개구(17)는 폐쇄가능한 열 교환기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 외피(5)는 제거가능한 열 교환기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 사이공간(6)은 50 내지 300 mm 이상의 두께를 갖는 열 교환기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각 다공성 구체(8)는 2 내지 25 mm 이상의 최대 외부 치수를 갖는 열 교환기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 다공성 구체(8)는 불규칙 형상을 갖는 열 교환기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 사이공간(6) 내에 접착제가 제공되어, 다공성 구체(8)가 서로 접착되게 하는 열 교환기.
10. 제9항에 있어서, 접착제는 콘크리트를 포함하는 열 교환기.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 다공성 구체(8) 및 접착제는 사이공간(6) 내로 다공성 구체(8)를 공급하기 이전에 서로 혼합되는 열 교환기.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 다공성 구체(8)와 접착제는 사이공간(6)으로의 다공성 구체(8)의 공급 동안 서로 혼합되는 열 교환기.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 케이싱(1)은 채널(2)로의 입구(3) 및 채널(2)로부터의 출구(4)를 포함하며, 그에 의해, 고온 유체가 채널(2)을 통해 유동할 수 있게 하는 열 교환기.
14. 제14항에 있어서, 입구(3) 및 출구(4)는 외피(5)를 통해 연장하는 열 교환기.
15. 제15항에 있어서, 열 교환기는 채널(2) 내에 제공되어 가열 대상 유체를 이송하도록 구성된 적어도 하나의 튜브(11 내지 14)를 포함하는 튜브 배열을 포함하는 열 교환기.
16. 제15항에 있어서, 튜브(11 내지 14)는 복수의 권회수를 갖는 나선형 코일을 형성하고, 튜브 배열은 튜브(11 내지 14)의 제1 단부에 연결된 유체 입구 부재(15)와, 튜브(11 내지 14)의 제2 단부에 연결된 유체 출구 부재(16)를 포함하는 열 교환기.
17. 제16항에 있어서, 유체 입구 부재(15) 및 유체 출구 부재(16) 양자 모두는 내부 케이싱(1), 사이공간(6) 및 외피(5)를 통해 연장하는 열 교환기.

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