KR20160004761A - 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템 - Google Patents

수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템을 개시한다. 일 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템은, 적어도 일부가 냉각수에 수용되고, 냉각수가 유입 및 유출될 수 있는 케이스; 및 공정에서 배출되는 고온유체가 유입 및 유출될 수 있고, 상기 케이스의 내부에 수용되며, 상기 케이스 내부의 냉각수와 열교환이 발생하는 열교환부를 포함하고, 상기 케이스가 수용되는 냉각수는 적어도 해수 또는 육지의 물 가운데 어느 하나이며, 상기 케이스의 일 측에는 냉각수를 상기 케이스의 내부로 끌어들이거나 상기 케이스 내부의 냉각수를 강제적으로 외부로 배출하는 물흐름 발생부가 구비될 수 있다.

Description

수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템{MECHANICAL DRAFT COOLING SYSTEM FOR PROCESS BASED ON THE SUBMERGED TYPE HEAT EXCHANGER IN SEAWATER OR FRESH WATER}
본 발명은 산업플랜트나 발전소 등에서 운전 중 발생되는 열을 배출하기 위한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정에서 배출되는 고온의 유체가 모듈식으로 결합되는 다수 개의 열교환부를 통과하며, 열교환부 주변을 흐르는 해수 또는 담수의 냉각수와 열교환되는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템에 관한 것이다.
일반적으로 산업플랜트, 발전소 등과 같은 산업체 공정에서는 공정 과정에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 부대설비를 갖추고 있다.
종래의 공정에서 주변으로 배출되는 배출수를 냉각하기 위한 열교환장치는 대다수가 해수나 강물과 같은 냉각수를 열교환장치로 끌어들여 배출수를 냉각시킬 수 있도록 열교환되는 방식이 이용되었다.
냉각수를 산업체 또는 발전소에 공급하기보다는 냉각시키고자 하는 대상을 해수나 담수, 강물 등에 직접 열교환기를 설치하는 것이 유리하다. 이 경우, 해수나 담수에 열교환기를 설치시 얼마나, 어떻게 바닷물 또는 담수와 열교환 시킬 것인가 하는 설계 문제점이 발생되었다.
본 발명은 공정에서 배출되는 고온유체를 냉각시키기 위한 냉각수를 끌어들이기 위한 별도의 냉각설비를 설치하기 위한 비용을 절감할 수 있고, 고온유체가 흐르는 열교환기를 해수나 강물과 같은 냉각수 내부에 직접 설치함으로써 열교환 효율을 증가시킬 수 있는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템을 제공하고자 한다.
또한, 종래 해수나 담수에 열교환기를 설치 시 얼마나, 어떻게 바닷물 또는 담수와 열교환 시킬 것인가 하는 설계 문제점이 발생되는 문제점을 해결하기 위한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템를 제공하고자 한다.
또한, 열교환부를 해수나 강물과 같은 냉각수 내부에 직접 설치함으로써, 열교환부와 열교환되는 냉각수의 양 및 냉각수의 흐름을 조절할 수 있는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템을 제공하고자 한다.
또한, 열교환기를 수심이 비교적 깊은 곳에 설치함으로써 저온 취수가 가능하여 공정에서 배출되는 고온유체를 냉각시키기 위한 필요 냉각수량을 감소시킬 수 있는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템은, 적어도 일부가 냉각수에 수용되고, 냉각수가 유입 및 유출될 수 있는 케이스; 및 공정에서 배출되는 고온유체가 유입 및 유출될 수 있고, 상기 케이스의 내부에 수용되며, 상기 케이스 내부의 냉각수와 열교환이 발생하는 열교환부를 포함하고, 상기 케이스가 수용되는 냉각수는 적어도 해수 또는 육지의 물 가운데 어느 하나이며, 상기 케이스의 일 측에는 냉각수를 상기 케이스의 내부로 끌어들이거나 상기 케이스 내부의 냉각수를 강제적으로 외부로 배출하는 물흐름 발생부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 케이스는 다수개가 구비되고, 상기 각각의 케이스 내부에는 상기 열교환부가 수용되며, 상기 각각의 열교환부는 모듈 형태로 구비되어 일부 열교환부만을 선택적으로 제어 또는 분리할 수 있다.
또한, 상기 케이스의 타 측에는, 상기 케이스의 내부로 유입되는 냉각수에 포함된 이물질을 걸러낼 수 있는 여과부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 물흐름 발생부 및 상기 여과부에는 상기 물흐름 발생부 및 상기 여과부를 개폐하는 커버가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 케이스 내부의 냉각수는 상기 물흐름 발생부를 통하여 유출되고, 상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 여과부를 통하여 상기 케이스 내부로 유입되며, 상기 물흐름 발생부는 상기 케이스의 상부에 설치되고, 상기 여과부는 상기 케이스의 하부에 설치될 수 있다.
또한, 상기 케이스 외부에는 공정에서 배출되는 고온유체가 흐르는 고온유체 배관과 상기 공정으로 다시 유입되는 저온유체 배관이 설치되고, 상기 다수의 열교환부는 상기 고온유체 배관과 각각 연결되고, 상기 고온유체 배관의 고온유체가 유입되며, 상기 열교환부로 유입된 고온유체는 상기 케이스 내부의 냉각수와 열교환되고, 상기 다수의 열교환부는 상기 저온유체 배관과 각각 연결되고, 열교환을 마친 저온유체를 상기 저온유체 배관으로 유출할 수 있다.
또한, 상기 열교환부는, 산업플랜트나 발전소에서 배출되는 고온유체가 유입되는 고온유체 유입헤더; 상기 고온유체 유입헤더에서 공급되는 고온유체가 유입되는 다수 개의 열교환기; 및 상기 열교환기에서 열교환되어 배출되는 저온유체가 유입되고, 저온유체를 다시 상기 저온수 회수관으로 배출하는 저온유체 회수관헤더를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 열교환부 가운데 일부만을 교체할 수 있다.
또한, 상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 물흐름 발생부에 의하여 상기 여과부를 통하여 유입되고, 상기 열교환부를 거쳐 상기 케이스 외부로 유출되며,
상기 물흐름 발생부는 상기 케이스의 상부 또는 하부에 설치되고, 상기 여과부는 외부의 냉각수가 상기 케이스의 내부에 유입되기 전에 여과된 후 유입될 수 있도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 물흐름 발생부와 상기 여과부는 상기 케이스에 일 직선으로 배치될 수 있고, 상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 물흐름 발생부 또는 상기 여과부를 통하여 상기 케이스의 내부로 유입되고, 상기 케이스 내부의 냉각수는 상기 물흐름 발생부를 통하여 상기 케이스의 외부로 유출될 수 있다.
또한, 상기 여과부는 상기 케이스의 일 측에 구비되는 제1 여과부와, 상기 케이스의 타 측에 구비되는 제2 여과부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 여과부와 상기 제2 여과부는 상기 케이스에 일 직선으로 배치될 수 있고, 상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 제1 여과부를 통해 상기 케이스의 내부로 유입되어 상기 제2 여과부를 통해 유출될 수 있고, 상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 제2 여과부를 통해 상기 케이스의 내부로 유입되어 상기 제1 여과부를 통해 유출될 수 있다.
또한, 상기 케이스 외부의 냉각수는 제1 여과부를 통하여 유입되고, 상기 케이스 내부의 냉각수는 제2 여과부를 통하여 상기 케이스의 외부로 유출되며, 상기 제1 여과부는 상기 케이스의 상부에 설치되고, 상기 제2 여과부는 상기 케이스의 하부에 설치될 수 있다.
또한, 상기 케이스와 상기 열교환부는 일체형으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 열교환부가 상기 케이스 내부에 설치될 때, 상기 열교환부의 내부에 물이 공급되어 해수 또는 담수의 내부에서 상기 열교환부의 자중에 의하여 상기 케이스 내부에 설치되고, 상기 열교환부의 보수 또는 이설시에는 상기 열교환부에서 물을 빼내어 상기 열교환부의 부력에 의하여 상기 열교환부를 떠오르도록 하여 상기 열교환부가 상기 케이스 외부로 나올 수 있다.
본 발명에 의하면, 케이스의 내부에 수용된 각각의 열교환부는 모듈 형태로 구비되어 다수의 열교환부 가운데 일부 열교환부만을 선택적으로 제어 또는 분리할 수 있다.
또한, 펌프나 수력기기의 설치 개수 및 펌프나 수력기기의 회전수에 의해서열교환부와 열교환되는 냉각수의 양 및 냉각수의 흐름을 조절할 수 있다.
또한, 별도의 물흐름 발생부가 없더라도 자연적으로 냉각수의 흐름이 발생되는 환경적인 요인이 되면 배출되어, 물흐름 발생부를 생략할 수도 있다.
또한, 열교환기의 설치 구조물(케이스)이 열교환기의 일부(일체형)가 되며, 냉각수를 제어 가능하므로 열교환기의 적당한 크기를 정할 수 있고, 성능 보장이 가능하다.
또한, 열교환부의 전단 및 후단에 설치되는 차단밸브를 개폐시켜 열교환 부하에 따른 부분 부하 운전이 가능한 장점이 있다.
또한, 냉각수를 공정으로 끌어오기 위한 부대설비 및 건설비용을 절감할 수 있다.
또한, 수심이 비교적 깊은 곳에 열교환부를 설치함으로써 저온 취수가 가능하여 공정에서 배출되는 고온유체를 냉각시키기 위한 필요 냉각수량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 모듈화된 열교환부를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 열교환부를 확대 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템과 공정에서 배출되는 고온유체가 흐르는 고온유체 공급관과, 열교환을 마친 저온유체가 흐르는 저온유체 회수관이 결합된 형상을 도시하는 사시도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템(1)은 케이스(10)와, 열교환부(20)와, 물흐름 발생부(30)와, 여과부(40)와, 커버(50), 유체 배관(60)을 포함할 수 있다.
케이스(10)는 적어도 일부가 냉각수의 내부에 수용될 수 있고, 냉각수가 유입 및 유출될 수 있다. 이 때, 케이스(10)가 수용되는 냉각수는 적어도 해수, 강물, 호수, 민물 가운데 하나일 수 있다.
케이스(10)는 냉각수 내부에 다수 개가 구비될 수 있고, 각각의 케이스(10) 내부에는 열교환부(20)가 수용될 수 있다. 케이스(10)의 내부에 수용된 각각의 열교환부(20)는 모듈 형태로 구비되어 다수의 열교환부(20) 가운데 일부 열교환부(20)만을 선택적으로 제어 또는 분리할 수 있다.
케이스(10)는 냉각수가 유입 및 유출될 수 있도록 일부가 개방된 형태의 직육면체 형상으로 형성될 수 있다.
케이스(10)의 일 측에는 냉각수를 케이스(10)의 내부로 끌어들이거나 케이스(10) 내부의 냉각수를 외부로 배출하는 물흐름 발생부(30)가 구비될 수 있다. 물흐름 발생부(30)는 냉각수를 케이스(10)의 내부로 끌어들일 수 있는 펌프 또는 기타 수력장치로 설치될 수 있다. 일례로, 물흐름 발생부(30)가 펌프로 설치되는 경우에는, 펌프의 용량에 따라 열교환부(20)와 열교환되는 냉각수의 양 및 냉각수의 흐름을 제어할 수 있다.
케이스(10)의 타 측에는 케이스(10)의 내부로 유입되는 냉각수에 포함될 수 있는 이물질을 걸러내는 여과부(40)가 구비될 수 있다. 여과부(40)는 케이스(10)의 내부로 냉각수를 취수하는 동안 이물질을 걸러내는 역할을 할 수 있고, 일례로, 스트레이너(strainer)가 구비될 수 있다.
물흐름 발생부(30) 및 여과부(40)에는 물흐름 발생부(30) 및 여과부(40)를 개폐하는 커버(50)가 더 포함될 수 있다. 일례로, 커버(50)가 개방되면, 케이스(10)의 에 설치된 물흐름 발생부(30)를 분리하여 교체 또는 수리할 수 있고, 여과부(40)에 쌓여 냉각수 흐름을 방해하는 이물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템(1)은, 케이스(10) 내부의 냉각수는 물흐름 발생부(30)를 통하여 유출될 수 있고, 케이스(10) 외부의 냉각수는 여과부(40)를 통하여 케이스 내부로 유입될 수 있다. 물흐름 발생부(30)는 케이스(10)의 상부에 설치될 수 있고, 여과부(40)는 케이스(10)의 하부에 설치되어 냉각수의 흐름을 발생시킬 수 있다.
케이스(10) 및 케이스(10)에 수용되는 열교환부(20)는 비교적 수심이 깊은 곳에 설치될 수 있다. 일례로, 여름철에는 기온이 높아져 해수면의 온도가 상승될 수 있고, 해수 온도의 상승에 의하여 발전소나, 플렌트와 같은 공정에서 배출되는 고온유체가 냉각되는 효과가 저하될 수 있다. 그러나, 비교적 수심이 깊은 곳에 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템(1)을 설치하게 되면 저온 취수가 가능하기 때문에 해수면 온도 상승에 의한 냉각 효과 저하의 문제점을 해결할 수 있고, 고온유체를 냉각시키는 데 필요한 냉각수량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 물흐름 발생부(30)가 케이스(10)의 상부에 구비되고, 여과부(40)가 케이스(10)의 하부에 구비됨에 따라 케이스(10)의 높이만큼의 수심이 깊은 곳의 해수가 케이스(10) 내부로 유입되어 저온 취수가 가능할 수 있다.
케이스(10) 외부에는 공정에서 배출되는 고온유체가 흐르는 고온유체 배관(611)과 공정으로 다시 유입되는 저온유체 배관(621)이 설치될 수 있다. 열교환부(20)는 고온유체 배관(611)과 각각 연결될 수 있고, 고온유체 배관(611)의 고온유체가 유입될 수 있다. 또한, 열교환부(20)로 유입된 고온유체는 케이스(10) 내부의 냉각수와 열교환될 수 있고, 다수의 열교환부(20)는 저온유체 배관(621)과 각각 연결될 수 있어 열교환을 마친 저온유체를 저온유체 배관(621)으로 유출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
케이스(10)와, 열교환부(20)에 관한 설명은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템(1)과 같으므로 생략하도록 한다.
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템(2) 및 본 발명의 제1 실시예에 의한 물흐름 발생부(30) 및 여과부(40)가 다른 위치에 구비되는 점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템(2)은 물흐름 발생부(30)가 케이스(10)의 하부에 설치될 수 있고, 여과부(40)는 케이스(10)의 상부에 설치될 수 있다.
케이스(10) 외부의 냉각수는 물흐름 발생부(30)를 통하여 유입될 수 있고, 케이스(10) 내부의 냉각수는 여과부(40)를 통하여 케이스(10)의 외부로 유출될 수 있다.
케이스(10) 주위의 환경에 따라 물흐름 발생부(30)는 케이스(10)의 하부에 설치되어 해수 또는 강물의 냉각수를 열교환부(20)로 공급할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 물흐름 발생부(30)는 케이스(10)의 일 측면에 구비될 수 있고, 여과부(40)는 케이스(10)의 타 측면에 구비될 수 있으며, 물흐름 발생부(30)와 여과부(40)는 같은 높이에 구비될 수 있다. 케이스(10)의 내부에 수용되는 열교환부(20)는 물흐름 발생부(30)와 여과부(40) 사이에 배치될 수 있다.
물흐름 발생부(30)는 열교환부(20)의 일 측면에 설치될 수 있고, 케이스(10) 내부의 냉각수를 케이스(10)의 외부로 유출시키는 역할을 할 수 있다.
여과부(40)는 열교환부(20)의 타 측면에 설치될 수 있고, 케이스(10) 외부의 냉각수를 케이스(10)의 내부로 유입시키는 역할을 할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 물흐름 발생부(30)와 여과부(40)는 케이스(10)에서 같은 높이에 배치될 수 있고, 도 3a와 같이 물흐름 발생부(30)가 케이스(10) 상에서 열교환부(20)의 일 측면에 설치될 수 있고, 여과부(40)가 열교환부(20)의 타 측면에 설치될 수 있다. 다만, 냉각수 흐름의 방향은, 도 3a와 반대로 열교환부(20)의 일 측면에 설치되는 물흐름 발생부(30)로 냉각수가 유입될 수 있고, 열교환부(20)의 타 측면에 설치되는 여과부(40)를 통해 냉각수가 케이스(10)의 외부로 유출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템 (4)은 제1 여과부(41)와 제2 여과부(42)가 설치될 수 있다.
케이스(10)의 일 측면에는 제1 여과부(41)가 구비될 수 있고, 케이스(10)의 타 측면에는 제2 여과부(42)가 구비될 수 있으며, 제1 여과부(41) 및 제2 여과부(42)는 케이스(10)상에서 같은 높이에 배치될 수 있다.
열교환부(20)의 주변 환경에 따라 물흐름 발생부(30)가 없어도 자연적으로 냉각수의 흐름이 발생될 수 있기 때문에 케이스(10) 외부의 냉각수가 여과부(41,42)를 통해 유입 및 유출될 수 있다.
일례로, 제1 여과부(41)를 통해 케이스(10) 외부의 냉각수가 케이스(10)의 내부로 유입될 수 있고, 열교환부(20)와 열교환을 마친 냉각수는 제2 여과부(42)를 통해 자연적으로 유출될 수 있다.
도 4에 도시한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템(4)은 별도의 물흐름 발생부(30)가 필요하지 않고, 자연적으로 발생되는 냉각수의 흐름에 따라 열교환부(20)의 내부를 흐르는 고온유체의 온도를 낮출 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 열교환부(20)가 케이스(10)의 내부에 수직 방향으로 설치될 수 있고, 별도의 물흐름 발생부(30)가 없이 제1 여과부(41)와 제2 여과부(42)만 구비되어 자연적으로 냉각수의 흐름이 발생될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제1 여과부(41)는 케이스(10)의 하부에 설치될 수 있고, 제2 여과부(42)는 케이스(10)의 상부에 설치될 수 있다.
일례로, 케이스(10) 외부의 냉각수는 제1 여과부(41)를 통하여 열교환부(20) 방향으로 유입될 수 있고, 열교환부(20)와 열교환을 마친 케이스(10) 내부의 냉각수는 제2 여과부(42)를 통하여 케이스(10)의 외부로 유출될 수 있다. 반대로, 케이스(10) 외부의 냉각수는 제2 여과부(42)를 통하여 케이스(10)의 내부로 유입될 수 있고, 열교환을 마친 냉각수는 제1 여과부(41)를 통하여 케이스(10)의 외부로 유출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 모듈화된 열교환부를 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 열교환부(20)는 다수 개가 열교환 부하에 따라 모듈화된 형태로 구비될 수 있다.
각각의 열교환부(20)는 열교환 부하에 따라 여러 개의 열교환부(20)로 분리되어 별개의 열교환부(20)가 독립적으로 이용될 수 있다. 일례로, 열교환 부하가 작은 경우에는, 일부 열교환부(20)의 전단 및 후단에 설치되는 차단밸브(Vn)를 차단시킬 수 있고, 열교환 부하에 따른 부분 부하 운전이 가능한 장점이 있다.
또한, 각각의 열교환부(20)를 설치 및 보수할 때에도 열교환부(20)의 전단 및 후단에 설치되는 차단밸브(Vn)를 개폐시켜 각각의 열교환부(20)를 설치 및 보수할 수 있다는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 열교환부를 확대 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템(1)의 열교환부(20)는 고온유체 유입헤더(21)와, 열교환기(23)와, 저온유체 회수관헤더(22)를 포함할 수 있다.
고온유체 유입헤더(21)는 공정에서 배출되는 고온유체가 유입될 수 있고, 고온유체 유입헤더(21)에서 배출되는 고온유체는 다수 개의 열교환기(23)로 유입될 수 있다. 또한, 다수 개의 열교환기(23)를 흐르면서 냉각수와 열교환된 저온유체는 저온유체 회수관헤더(22)로 유출될 수 있다.
고온유체 유입헤더(21) 및 저온유체 회수관헤더(22)는 비교적 얇은 판 형상으로 형성될 수 있고, 다수개의 열교환기(23)가 결합될 수 있도록 원형 형상으로 결합홀(221)이 형성될 수 있다. 결합홀(221)은 열교환기(23)의 외주 지름과 동일하게 형성될 수 있고, 고온유체 유입헤더(21) 및 저온유체 회수관헤더(22)에 끼워 맞춤 되어 결합될 수 있다.
일례로, 냉각수가 해수인 경우에는, 고온유체 유입헤더(21), 저온유체 회수관헤더(22) 및 다수 개의 열교환기(23)는 해수의 염분에 의한 부식을 방지하기 위해 적어도 티타늄 재질로 형성될 수 있다.
열교환부(20)는 모듈형태로 형성될 수 있고, 다수 개의 열교환기(23) 가운데 일부 또는 전체를 교체할 수 있다. 또한, 다수 개의 열교환부(20) 가운데 일부 또는 전체를 교체할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템과 공정에서 배출되는 고온유체가 흐르는 고온유체 공급관과, 열교환을 마친 저온유체가 흐르는 저온유체 회수관이 결합된 형상을 도시하는 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템(1)은 다수 개의 케이스(10) 각각의 내부에 열교환부(20)가 수용될 수 있고, 각각의 열교환부(20)는 모듈 형태로 형성될 수 있다.
케이스(10)의 일 측에는 물흐름 발생부(30) 또는 여과부(40)를 개폐할 수 있는 커버(50)가 구비될 수 있다. 이 때, 커버(50)를 개폐시킴에 따라 물흐름 발생부(30) 또는 여과부(40)로 케이스(10) 외부의 냉각수가 유입 또는 유출될 수 있다.
케이스(10)의 상면에는 덮개부(11)가 구비될 수 있다. 일례로, 덮개부(11)를 개방시켜 다수 개의 열교환기(23) 중 교체 또는 수리가 필요한 일부 열교환기(23)를 분리시켜 꺼낼 수 있고, 케이스(10) 내부의 열교환부(20) 전체를 분리하여 교체 또는 수리할 수 있다. 이 때, 덮개부(11)가 개방된 상태에서 크레인(미도시)을 케이스(10)의 상측에 설치한 후 다수 개의 모듈화된 열교환부(20) 중에서 일부 열교환부(20)만을 끌어 올려 교체 또는 수리할 수 있다.
또한, 케이스(10)의 외부에는 공정에서 배출되는 고온유체와, 열교환부(20)를 흐르며 열교환되어 온도가 낮아진 저온유체가 흐르는 유체 배관(60)이 구비될 수 있다. 유체 배관(60)은 발전소 또는 플랜트 등과 같은 공정과 연결될 수 있고, 발전소 또는 플랜트와 같은 공정에서 배출되는 고온유체가 유입될 수 있고, 열교환부(20)를 흐르며 온도가 낮아진 저온유체가 유출되어 흐를 수 있다. 유체 배관(60)은 공정에서 배출되는 고온유체가 흐르는 고온유체 공급관(61)과, 열교환부(20)를 통과하며 온도가 낮아진 저온유체가 흐르는 저온유체 회수관(62)을 포함할 수 있다. 공정에서 배출되는 고온유체는 고온유체 공급관(61)을 통해 고온유체 배관(611)을 흘러 열교환부(20)로 고온유체를 유입될 수 있고, 열교환부(20)로 유입된 고온유체는 케이스(10)의 내부를 흐르는 냉각수와 열교환될 수 있다. 열교환부(20) 내부를 흐르며 열교환을 마친 저온유체는 다시 저온유체 배관(621)을 통해 저온유체 회수관(62)의 내부를 흘러 공정으로 되돌아갈 수 있다.
다수 개의 열교환부(20)는 고온유체 배관(611) 및 저온유체 배관(621)과 각각 연결될 수 있고, 고온유체 배관(611)을 통해 고온유체 유입헤더(21)로 유입되는 고온유체는 다수 개의 열교환기(23)를 흐르면서 케이스(10) 내부의 냉각수와 열교환된 후 저온유체 회수관헤더(23)로 유출되며, 저온유체 회수관헤더(23)에 연결된 저온유체 배관(62)을 통해 저온유체 회수관(62)으로 유출되어 다시 공정으로 되돌아갈 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템은 케이스(10)의 내부에 수용되는 열교환부(20)를 설치 및 분리할 수 있는 방법을 설명한다.
먼저, 해수 또는 담수의 내부에 설치되는 케이스(10)의 내부에 열교환부(20)를 수용할 수 있도록 열교환부(20)의 내부에 유체를 공급할 수 있다. 이 때, 열교환부(20) 내부에 공급한 유체의 무게에 의한 중력을 이용하여 케이스(10) 내부로 열교환부(20)가 설치될 수 있다. 즉, 열교환부(20) 및 열교환부(20)의 내부에 공급되는 유체의 자체 중량에 의해 해수 또는 담수 내부로 가라앉을 수 있다.
그 다음에, 열교환부(20)를 보수하거나 이설할 때에는 열교환부(20)의 내부에 공급해주었던 유체를 열교환부(20)에 구비되는 다수 개의 열교환기(23)에서 빼내어 줌으로써 부력으로 열교환부(20)가 수면 위로 떠오르도록 할 수 있다. 이 때, 열교환부(20)의 내부에 공급했던 유체를 빼내기 위해서는 이동식펌프, 고정식펌프가 이용될 수 있고, 공기유압을 이용하여 유체를 배출시킬수도 있다. 또한, 열교환부(20)의 내부에 공급하는 유체는 또 다른 열교환부(20)에서 끌어올 수 있다
그 다음에, 케이스(10)의 외부에 열교환부(20)를 설치 또는 고정시킬 수 있도록하는 홈 및 레일을 부착할 수 있다. 일단, 보수 또는 이설하려는 열교환부(20)가 수면위로 떠오르면, 케이스(10)의 외부에 설치된 홈 및 레일에 의하여 열교환부(20) 전체를 이동시켜 보수한 후, 원래 위치에 다시 설치하거나 이설할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템의 작용에 대하여 설명한다.
케이스(10)와, 케이스(10)의 내부에 수용되는 열교환부(20)는 해수 또는 담수의 냉각수 내부에 수용될 수 있다. 각각의 열교환부(20)는 모듈 형태로 구비될 수 있고, 일부 열교환부(20)만을 선택적으로 제어 및 분리 할 수 있다.
케이스(10) 및 열교환부(20)는 수심이 비교적 깊은 곳에 설치될 수 있고, 케이스의 일 측에 구비되는 물흐름 발생부(30) 또는 여과부(40)에 의해 케이스(10)의 내부로 저온의 냉각수를 취수할 수 있다. 따라서, 공정에서 배출되는 고온유체의 온도를 낮추기 위한 필요 냉각수량을 감소시킬 수 있다. 열교환부(20)의 내부를 흐르는 고온유체와 케이스(10)의 내부를 흐르는 저온의 냉각수 사이에서 열교환이 발생하고, 열교환을 마친 냉각수는 물흐름 발생부(30) 또는 여과부(40)를 통해 케이스(10)의 외부로 유출될 수 있다.
열교환부(20)로 유입되어 열교환된 후 유출되는 고온유체는 공정에서 배출되며, 케이스(10)의 외부에 설치되는 고온유체 공급관(61)을 통해 열교환부(20) 내부로 유입될 수 있다.
열교환부(20)는 공정에서 배출되는 고온유체가 유입되는 고온유체 유입헤더(21)와, 고온유체 유입헤더(21)에서 배출되는 고온유체가 유입되는 다수 개의 열교환기(23)와, 열교환기(23)에서 배출되는 저온유체가 유입되는 저온유체 회수관헤더(23)를 포함할 수 있다.
또한, 열교환부(20)의 전단 및 후단에는 차단밸브(Vn)가 설치될 수 있고, 차단밸브(Vn)를 개폐시켜, 열교환 부하에 따른 부분 부하 운전이 가능한 장점이 있다.
유체 배관(61,62)은 각각의 열교환부(20)와 결합되는 고온유체 배관(611)과 저온유체 배관(621)을 포함할 수 있고, 고온유체 배관(611)을 통해 열교환부(20)로 유입되는 고온유체는 열교환부(20)에 구비되는 다수 개의 열교환기(23)를 흐르며 주위의 냉각수에 열을 전달하고 온도가 낮아지면 저온유체 배관(621)을 통해 다시 공정으로 되돌아갈 수 있다.
다른 실시예에 의한 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템은, 별도의 물흐름 발생부(30) 없이 여과부(40)만을 구비하여 열교환부(20)를 흐르는 고온유체를 냉각시킬 수 있다.
여과부(40)는 냉각수를 자연적으로 유입 및 유출시킬 수 있는 제1 여과부(41)와 제2 여과부(42)를 포함할 수 있다. 제1 여과부(41) 및 제2 여과부(42)는 케이스(10)상에 일직선으로 배치될 수도 있고, 제1 여과부(41)가 케이스(10)의 상부에, 제2 여과부(42)가 케이스(10)의 하부에 설치될 수도 있다.
별도의 물흐름 발생부(30)를 구비하지 않아도 자연적으로 냉각수의 흐름이 발생되어 케이스(10) 내부에 수용되는 열교환부(20)의 내부를 흐르는 고온유체와 열교환될 수 있는 장점이 있다.
1,2,3,4: 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템
10: 케이스 11: 덮개부
20: 열교환부 21: 고온유체 유입헤더
22: 저온유체 회수관헤더 23: 열교환기
30: 물흐름 발생부 40: 여과부
41: 제1 여과부 42: 제2 여과부
50: 커버 60: 유체 배관
61: 고온유체 공급관 62: 저온유체 회수관
221: 결합홀 611: 고온유체 배관
621: 저온유체 배관 Vn: 차단밸브

Claims (15)

  1. 적어도 일부가 냉각수에 수용되고, 냉각수가 유입 및 유출될 수 있는 케이스; 및
    공정에서 배출되는 고온유체가 유입 및 유출될 수 있고, 상기 케이스의 내부에 수용되며, 상기 케이스 내부의 냉각수와 열교환이 발생하는 열교환부;
    를 포함하고,
    상기 케이스가 수용되는 냉각수는 적어도 해수 또는 육지의 물 가운데 어느 하나이며,
    상기 케이스의 일 측에는 냉각수를 상기 케이스의 내부로 끌어들이거나 상기 케이스 내부의 냉각수를 강제적으로 외부로 배출하는 물흐름 발생부가 구비되는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 다수개가 구비되고, 상기 각각의 케이스 내부에는 상기 열교환부가 수용되며, 상기 각각의 열교환부는 모듈 형태로 구비되어 일부 열교환부만을 선택적으로 제어 또는 분리할 수 있는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이스의 타 측에는, 상기 케이스의 내부로 유입되는 냉각수에 포함된 이물질을 걸러낼 수 있는 여과부가 구비되는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 물흐름 발생부 및 상기 여과부에는 상기 물 흐름 발생부 및 상기 여과부를 개폐하는 커버가 더 포함되는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 케이스 내부의 냉각수는 상기 물흐름 발생부를 통하여 유출되고, 상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 여과부를 통하여 상기 케이스 내부로 유입되며,
    상기 물흐름 발생부는 상기 케이스의 상부에 설치되고, 상기 여과부는 상기 케이스의 하부에 설치되는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 케이스 외부에는 공정에서 배출되는 고온유체가 흐르는 고온유체 배관과 상기 공정으로 다시 유입되는 저온유체 배관이 설치되고,
    상기 다수의 열교환부는 상기 고온유체 배관과 각각 연결되고, 상기 고온유체 배관의 고온유체가 유입되며,
    상기 열교환부로 유입된 고온유체는 상기 케이스 내부의 냉각수와 열교환되고,
    상기 다수의 열교환부는 상기 저온유체 배관과 각각 연결되고, 열교환을 마친 저온유체를 상기 저온유체 배관으로 유출하는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    산업플랜트나 발전소에서 배출되는 고온유체가 유입되는 고온유체 유입헤더;
    상기 고온유체 유입헤더에서 공급되는 고온유체가 유입되는 다수 개의 열교환기; 및
    상기 열교환기에서 열교환되어 배출되는 저온유체가 유입되고, 저온유체를 다시 저온유체 회수관으로 배출하는 저온유체 회수관헤더;
    를 포함하는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다수 개의 열교환부 가운데 일부만을 교체할 수 있는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 물흐름 발생부에 의하여 상기 여과부를 통하여 유입되고, 상기 열교환부를 거쳐 상기 케이스 외부로 유출되며,
    상기 물흐름 발생부는 상기 케이스의 상부 또는 하부에 설치되고, 상기 여과부는 외부의 냉각수가 상기 케이스의 내부에 유입되기 전에 여과된 후 유입될 수 있도록 설치되는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 물흐름 발생부와 상기 여과부는 상기 케이스에 일 직선으로 배치될 수 있고,
    상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 물흐름 발생부 또는 상기 여과부를 통하여 상기 케이스의 내부로 유입되고, 상기 케이스 내부의 냉각수는 상기 물흐름 발생부 또는 상기 여과부를 통하여 상기 케이스의 외부로 유출되는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 여과부는 상기 케이스의 일 측에 구비되는 제1 여과부와, 상기 케이스의 타 측에 구비되는 제2 여과부를 포함하는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 여과부와 상기 제2 여과부는 상기 케이스에 일 직선으로 배치될 수 있고,
    상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 제1 여과부를 통해 상기 케이스의 내부로 유입되어 상기 제2 여과부를 통해 유출될 수 있고,
    상기 케이스 외부의 냉각수는 상기 제2 여과부를 통해 상기 케이스의 내부로 유입되어 상기 제1 여과부를 통해 유출될 수 있는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 케이스 외부의 냉각수는 제1 여과부를 통하여 유입되고, 상기 케이스 내부의 냉각수는 제2 여과부를 통하여 상기 케이스의 외부로 유출되며,
    상기 제1 여과부는 상기 케이스의 상부에 설치되고, 상기 제2 여과부는 상기 케이스의 하부에 설치되는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 케이스와 상기 열교환부는 일체형으로 구비되는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부가 상기 케이스 내부에 설치될 때, 상기 열교환부의 내부에 물이 공급되어 해수 또는 담수의 내부에서 상기 열교환부의 자중에 의하여 상기 케이스 내부에 설치되고,
    상기 열교환부의 보수 또는 이설시에는 상기 열교환부에서 물을 빼내어 상기 열교환부의 부력에 의하여 상기 열교환부를 떠오르도록 하여 상기 열교환부가 상기 케이스 외부로 나오는 것을 특징으로 하는 수중 열교환기의 냉각수 강제순환방식에 의한 공정용 냉각시스템.
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