KR20160044567A - 세척 특징이 향상된 열 교환 소자 프로파일 - Google Patents

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Abstract

가열 표면 소자들의 적층체는, 주 가스 흐름 방향(A)를 따라 순차적으로 배열된 제1 구역(10), 제2 구역(12), 및 제3 구역(14)을 갖는 제1 가열 표면 소자(4)를 포함한다. 제1 구역(10)은 헤링본 구조를 포함하고, 제2 구역(12)은 평탄한 구조를 포함하고, 제3 구역(14)은 주 가스 흐름 방향(A)로 연장되는 복수의 주름부를 포함한다. 주름부는 평탄한 피크 및 골 영역을 포함한다. 적층체는 또한 제2 가열 표면 소자(36)를 포함하고, 제2 가열 표면 소자는 주 가스 흐름 방향(A)로 연장되는 복수의 주름부를 포함한다.

Description

세척 특징이 향상된 열 교환 소자 프로파일{HEAT EXCHANGE ELEMENT PROFILE WITH ENHANCED CLEANABILITY FEATURES}
본 발명의 실시예들은, 일반적으로 열 교환 소자 프로파일에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는, 프로파일들이 향상된 세척성을 갖는 회전형 축열식 열 교환기에서 사용하기 위한 개선된 열 교환 소자 프로파일에 관한 것이다.
오늘날의 시장에서 경쟁력을 갖추도록, 석탄 또는 오일 연소 플랜트의 회전형 축열식 열 교환기에서 사용되는 열 전달 소자들은 고 열적 성능을 저 압력 강하와 조합해야 한다. 동시에, 이들 열 전달 소자는, 열 전달, 산 응결, 이에 따른 연관된 고체 증착율이 최대로 되는 소자 프로파일의 극 냉 단부(cold end)를 향하여 가능한 작은 파울링(fouling) 잠재성을 가져야 한다.
최적의 동작을 위해, 소자 배치에 따라 국부화된 소자 금속 온도가 거의 예열기의 극 냉 단부에서만큼 낮을 수 있는 공기 예열기까지 거슬러 올라가는 잠재적으로 동일한 문제성 파울링 상태를 열 전달 소자가 피하는 것 또한 중요하다. 또한, 아산화질소 및 산화 질소(NOx)의 환원을 위한 선택적 촉매 환원(SCR) 공정은, 소자들의 중간 또는 온 단부 티어(tier)에 의해 일반적으로 점유되는 구역에서 공기 예열기의 더욱 위에서 상당히 높은 온도에서 발생할 수 있는 암모니움 중황산염(ABS) 파울링의 추가 위험성을 갖는다. 이러한 열 전달 소자는, 일반적으로, 공기 예열기의 요구되는 전체 열적 성능을 달성하는 데 필요한 고 성능 특징을 갖는다.
이들 열 전달 소자를 세척하기 위한 기술들은, 가압된 스팀이나 압축된 공기로 이루어지는 고 에너지 세척 제트를 채택하는 수트블로잉(sootblowing) 장치를 사용하는 것을 포함한다. 열 교환 소자의 더욱 위에 있는 세척 영역에서의 이와 같은 장치의 효과는, 열 교환 소자의 냉 단부와 중간 티어 간에 불가피하게 존재하는 티어 간(inter-tier) 갭에 걸쳐 자연적으로 발생하는 세척 제트의 충격 속도와 에너지의 손실에 의해 크게 방해를 받는다. 따라서, 이러한 상황에서는, ABS 파울링 또는 상당한 고온의 이슬점을 갖는 다른 종들의 응결로 인해 가열기의 더욱 위에서 심각한 파울링이 발생할 수 있다.
과거에는, 통상적으로 WO2007/012874의 도 8에 도시한 바와 같이 많은 공기 예열기 공급자가 저 성능 노치형-평탄(notched-flat; NF) 소자들의 얕은 냉 단부 티어를 제공하였다. 이와 같은 경우에, 중간 및 온 단부 소자 티어들 모두는 도 6에 도시한 바와 같은 고 성능 주름 기복형 소자 또는 WO2007/012874의 도 1 내지 7 또는 도 9 내지 도 10에 도시한 대체 고 성능 소자들 중 임의의 것으로부터 제조된다.
대안으로서, WO2007/012874의 도 11 내지 도 15에 도시한 횡방향 헤링봉 시트들은, 다른 고 성능 소자들 중 임의의 것보다 훨씬 더 틀림없이 세척 가능한 고 성능 소자 프로파일을 생성하며, 이때, 이와 같이 더 높은 세척성에 의해 소자 파울링이 제어 불가능해지기 전에 소자들이 낮은 냉 단부 온도에서 사용될 수 있다. 냉 단부 소자에 사용되는 경우, 이들 개선점은, 이와 같은 소자들이 제어 불가능한 파울링을 피하면서 노치형 평탄 소자같은 유사한 가스 출구 온도에서 작동하는 데 성공적으로 사용될 수 있도록 충분한 것으로 여겨졌다.
따라서, 이와 같은 소자들의 깊은 티어들을 사용함으로써, 전체 깊이에 걸쳐 동일한 프로파일 처리량을 갖는 이러한 소자가 소자들의 더욱 위에 있는 냉 단부 산 향상 파울링과 ABS 향상된 파울링의 조합을 제어하는 데 적합하다고 제안되었다. 그러나, 저 성능 노치형 평탄 소자를 공통적으로 사용함으로써 극 냉 단부 파울링 속도를 감소시키는 것을 예상할 수 있지만, 이와 같은 동일한 저 열적 성능은 또한 산 응결 온도 대역을 소자 내로 더욱 높게 구동하는 경향이 있으며, 국부화된 소자 온도가 극 냉 단부 소자 온도에 접근할 수 있는 중간 소자 티어의 냉 단부 내로 연장되는 가능성이 있다. 이들 중간 티어는 티어 간 갭 후에만 도달되므로, 수트블로잉 제트 속도의 연관된 감소에 따라 해당 세척 효과를 크게 잃게 된다. 결과적으로, 냉 단부 소자 티어가 적절히 세척될 수 있는 한편, 대부분의 극심한 파울링이 중간 티어에 대한 입구에서 발생하는 것으로 증명된 많은 경우가 있다. 이와 같은 제어 불가능한 파울링은 결국, 유속의 감소 없이 연관된 압력 강하의 증가가 유도 통풍 팬이 수용하기에는 매우 커질 수 있으므로 공기 예열기의 이용 가능성을 제한한다.
전술한 바를 고려할 때, 공기 예열기의 더욱 위에서의 ABS 형성으로 인해 발생하는 냉 단부 파울링 문제점과 중간 파울링 문제점 모두를 더욱 양호하게 다루도록 설계된 개선된 열 교환 소자를 제공하는 것이 바람직하다.
전술한 문제점을 해결하도록 본 발명자는 프로파일의 두 개의 서로 다른 형태를 단일 열 전달 소자 내에 통합하였다. 일 실시예에서, 매우 낮은 성능의 프로파일(그러나 파울링 프로파일은 동일하게 낮음)이 열 전달 소자 시트의 극 냉 단부에 배치되는 한편, 높은 성능 프로파일이 열 전달 소자 시트의 온 단부(hot end)를 향하여 배치된다.
열 전달 소자의 저 성능 냉 단부는, 공기 예열기의 각 회전 동안 그 영역에서의 열 전달량 및 이에 따른 이러한 열 전달 소자의 연관된 온도 스윙과 최소 온도를 제한하도록 기능할 수 있다. 이와 같은 이유로 인해, 공기 예열기 로터(rotor)의 극 냉 단부에서의 파울링 속도가 임의의 고 성능 열 전달 소자에 비해 이러한 저 성능 열 전달 소자에서 낮을 것으로 예상된다.
소자 시트의 각 단부에서 다른 프로파일이 있을 수 있기 때문에, 저 및 고 성능 구역들 간의 매끄러운 표면 천이가 가능하도록 및 또한 천이 구역을 통한 수트블로잉 제트의 연속성을 보장하도록 서로 다른 프로파일들 사이에 좁은 천이 구역이 제공될 수 있다.
열 전달 소자의 적층체를 개시한다. 적층체는, 주 방향을 가질 수 있고, 제1 및 제2 열 전달 소자들을 포함할 수 있다. 제1 열 전달 소자는, 주 방향을 따라 순차적으로 배열된 제1 구역, 제2 구역, 및 제3 구역을 포함할 수 있다. 제1 구역은 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부(undulation)를 포함하는 헤링본 구조를 포함할 수 있다. 기복부들의 길이 방향 정도는 주 방향에 대하여 비평행할 수 있다. 제2 구역은 평평한 구조를 포함할 수 있다. 제3 구역은 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함할 수 있다. 주름부들은 복수의 평평한 피크(peak)와 골(trough)을 가질 수 있다. 제2 열 전달 소자는 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함할 수 있다.
가열 표면 소자들의 적층체를 개시한다. 적층체는 주 방향을 가질 수 있다. 적층체는 주 방향을 따라 순차적으로 배열된 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역을 갖는 제1 가열 표면 소자를 포함할 수 있다. 제1 구역은 헤링본 구조를 포함할 수 있다. 헤링본 구조는 복수의 영역을 포함할 수 있다. 복수의 영역은 영역의 경계가 상기 주 방향을 따르도록 배열될 수 있다. 복수의 영역은 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부를 갖는 제1 영역을 포함할 수 있고, 상기 제1 영역에서의 기복부들의 길이 방향 정도는 주 방향에 대하여 0° 초과 90° 미만이다. 복수의 영역은 상기 제1 영역에 인접하는 제2 영역을 더 포함할 수 있다. 제2 영역은 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부를 가질 수 있고, 상기 제2 영역에서의 기복부들의 길이 방향 정도는 주 방향에 대하여 -90° 초과 0° 미만일 수 있다. 제2 구역은 평평한 구조를 포함할 수 있다. 제3 구역은 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함할 수 있고, 주름부는 평평한 피크와 골 영역을 갖는다. 적층체는 제2 가열 표면 소자를 더 포함할 수 있다. 제2 가열 표면 소자는 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함할 수 있다.
가열 표면 소자들의 적층체를 개시한다. 가열 표면 소자들의 적층체는 주 방향을 포함할 수 있다. 적층체는 주 방향을 따라 순차적으로 배열된 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역을 갖는 제1 가열 표면 소자를 포함할 수 있다. 제1 구역은 헤링본 구조를 포함할 수 있고, 제2 구역은 평평한 구조를 포함할 수 있고, 제3 구역은 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함할 수 있다. 주름부는 평평한 피크와 골 영역을 가질 수 있다. 적층체는 제2 가열 표면 소자를 더 포함할 수 있다. 제2 가열 표면 소자는 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함할 수 있다.
첨부 도면은 개시 방법의 원리를 실제 응용하도록 지금까지 고려된 개시 방법의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 1은 개시된 열 전달 소자를 포함하는 예시적인 예열기 조립체의 상부 평면도;
도 2는 개시 내용에 따른 예시적인 열 전달 소자의 평면도;
도 3도 2의 열 전달 소자를 포함하는 예시적인 열 전달 소자의 적층체의 등측도;
도 4도 3의 적층체의 일부의 상세 등측도;
도 5도 3의 적층체의 단면도;
도 6은 대체 개시된 열 전달 소자를 포함하는 예시적인 열 전달 소자들의 적층체의 등측도;
도 7도 6의 적층체의 일부의 상세 등측도;
도 8도 6의 적층체의 단면도;
도 9는 대체 개시된 열 전달 소자를 포함하는 예시적인 열 전달 소자의 적층체의 등측도;
도 10도 9의 적층체의 일부의 상세 등측도;
도 11도 9의 적층체의 단면도;
개선된 열 전달 소자 프로파일을 개시한다. 개시하는 열 전달 소자 프로파일은, 소자의 온 단부(hot end)에서의 제1 프로파일 및 소자의 냉 단부에서의 제2 프로파일을 갖는 복합 소자 프로파일을 포함한다. 일 실시예에서, 열 전달 소자 프로파일은, 깊은 기복 소자의 온 단부를 향하여 횡 헤링본 소자(transverse herringbone element) 및 그 프로파일의 냉 단부를 향하여 노치형의 평탄한 프로파일을 포함한다.
도 1은 복수의 개별적인 가열기 배스킷(2)을 포함하는 예시적인 예열기(1)의 상부 평면도이며, 각 배스킷은 복수의 열 전달 소자(4)를 포함할 수 있다. 도시한 실시예에서는, 열 전달 소자들(4)의 "온" 단부를 볼 수 있다. 열 전달 소자들(4)의 "냉" 단부는 예열기의 반대측에 위치한다.
이제, 도 2를 참조해 보면, 예시적인 제1 열 전달 소자(4)가 도시되어 있다. 제1 열 전달 소자(4)는 제1 및 제2 단부(6, 8)를 가질 수 있으며, 이는 일반적으로 각각 "온" 단부 및 "냉" 단부라 지칭할 수 있다. 제1 열 전달 소자(4)는 복수의 이산적 프로파일 구역을 포함할 수 있다. 도시한 실시예에서는, 제1, 제2, 제3 구역(10, 12, 14)이 제공된다. 제1 구역(10)은 제1 열 전달 소자(4)의 제1("온") 단부(6)에 인접하여 배치된다. 제3 구역(14)은 제1 열 전달 소자(4)의 제2("냉") 단부에 인접하여 배치된다. 제2 구역(12)은 천이 구역으로서 기능하며 그에 따라, 제1 및 제3 구역(10, 14) 사이에 배치된다. 사용시, 제1 열 전달 소자(4)는 가스가 대략 제1 단부(6)로부터 제2 단부(8)로 흐르도록 화살표 "A"로 식별되는 주 가스 흐름 방향을 가질 수 있다.
제1 구역(10)은 헤링본 프로파일을 포함한다. 헤링본 프로파일은 교번하는 복수의 제1 및 제2 영역들(16, 18)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 영역(16, 18)의 각각은 영역들 간의 경계(20)가 가스 흐름의 주 방향 "A"를 따라 배향되도록 배열될 수 있다. 도시한 실시예에서, 제1 영역(16)은 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부(22)를 포함하고, 제1 영역(16)에서의 기복부의 길이 방향 축 "B-B"(도 3)는 가스 흐름의 주 방향 "A"에 대하여 각도 "α"로 배향된다. 일부 실시예에서, 각도 "α"는 약 0°와 90° 사이에 있다. 제2 영역(18)은 제1 영역(16)에 인접하여 위치할 수 있고, 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부(24)를 포함할 수 있고, 제2 영역(18)에서의 기복부(24)의 길이 방향 축 "C-C"( 3)는 가스 흐름의 주 방향 "A"에 대하여 각도 "β"로 배향된다. 일부 실시예에서, 각도 "β"는 약 0°와 -90°사이에 있다. 도시한 바와 같이, 제1 구역(10)은 교번하는 복수의 제1 및 제2 영역(16, 18)을 포함할 수 있다.
제3 구역(14)은, 기복부(26)가 가스 흐름의 주 방향 "A"에 실질적으로 평행하게 배향되는 주름진 시트일 수 있다. 도시한 실시예에서 기복부(26)는 평탄한 피크(28)와 골(30)을 갖는다(도 3도 4 참조). "천이" 구역이라 지칭할 수 있는 제2 구역(12)은 제1 구역(10)과 제3 구역(14) 사이에 배치된다. 제2 구역(12)은, 도 3에서 가장 잘 알 수 있듯이, 기복부가 없는 대략 평탄한 프로파일이다. 제2 구역(12)은, 제1 및 제3 구역(10, 14)의 형상을 제2 구역의 평탄한 프로파일로 각각 변환하는 제1 및 제2 천이 영역(32, 34)을 포함할 수 있다. 따라서, 이들 제1 및 제2 천이 영역은 제1 및 제3 구역(10, 14)의 프로파일을 제2 구역(12)의 평탄한 프로파일로 매끄럽게 변환하도록 기능한다.
다시 도 2를 참조해 보면, 제1, 제2, 및 제3 구역(10, 12, 14)은 각각의 길이(L1, L2, L3)를 가질 수 있다. 일부 비제한적이며 예시적인 실시예에서, 길이(L1)는 600 mm와 900 mm 사이일 수 있고, 길이(L2)는 5 mm와 25 mm 사이일 수 있고, 길이(L3)는 200 mm와 300 mm 사이일 수 있다. 이들 길이는 핵심 사항이 아니며 다른 길이들을 사용할 수 있음이 이해될 것이다.
도시한 실시예는 3개의 이산적 프로파일 구역을 포함하고 있지만, 구역의 특정 개수는 핵심 사항이 아니며, 그에 따라 제1 열 전달 소자(4)가 두 개의 구역만큼 적은 개수의 구역 또는 세 개의 구역을 초과하는 구역을 가질 수 있음이 이해될 것이다.
도 3은 삽입된 제1 및 제2 열 전달 소자들(4, 36)의 적층체를 도시한다. 도 3의 구성은 예시를 위한 것이며, 실제 응용에 있어서 통상적인 가열기 배스킷(2)은 다수의 삽입된 제1 및 제2 열 전달 소자들을 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 도시한 실시예에서, 제2 열 전달 소자들(36)은 가스 흐름의 주 방향 "A"에 실질적으로 평행하게 배향되는 복수의 기복부(38)를 갖는 주름형 프로파일을 포함한다.
도 4는, 적층체의 제2 단부(8)(즉, "냉" 단부) 근처에 있는 제1 열 전달 소자(4)와 예시적인 제2 열 전달 소자(36) 간의 상호 작용을 도시한다. 본 실시예에서, 제1 열 전달 소자(4)의 평평한 피크(28)와 골(30)의 폭 "FW"는, 제2 열 전달 소자(36)의 주름부(38)의 인접하는 골(42) 간의 거리 "TW"의 약 0.5 배이다. 도면에서 알 수 있듯이, 특정한 위치(40)에서, 제2 열 전달 소자(36)의 골(42)은 제1 열 전달 소자(4)의 제3 구역(14)의 평탄한 상부 피크(28) 및 골(30)과 양호하게 라인 접촉한다. 다른 위치(44)에서, 제2 열 전달 소자의 골(40)은 제1 열 전달 소자(4)의 제3 구역(14) 상의 평탄한 상부 피크(28) 및 골(30)과 불량하게 라인 접촉하거나 라인 접촉하지 않는다. 제1 및 제2 열 전달 소자들(4, 36)의 특징부들 간의 상관은, 도 3에 도시한 적층체의 제2 단부(8)(즉, "냉" 단부)로부터 취한 단면도인 도 5에서도 알 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 대체 적층체 구성이 도시되어 있다. 본 실시예는 제1 열 전달 소자(104)가 제2 단부(108)에서 프로파일 소자들 간에 다른 기하학적 관계를 가질 수 있다는 점을 제외하고는 도 3 내지 도 5에 관하여 전술한 제1 및 제2 열 전달 소자들(4, 36)의 특징부 중 일부 또는 전부를 갖는 제1 및 제2 열 전달 소자들(104, 136)을 포함할 수 있다.
따라서, 제1 열 전달 소자(104)는, 주 가스 흐름 방향 "A"로 순차적으로 정렬된 제1, 제2, 및 제3 구역(110, 112, 114)을 가질 수 있다. 제1 구역(110)은 전술한 바와 같이 실질적으로 헤링본 프로파일을 포함할 수 있다. 제2 구역(112)은 평탄한 "천이 구역"을 포함할 수 있고, 제3 구역(114)은 평탄한 피크 (128)와 골(130)을 포함하는 전술한 바와 같은 주름형 프로파일을 포함할 수 있다.
그러나, 본 실시예에서, 제1 열 전달 소자(104)의 제3 구역(114)에서, 평탄한 피크(128)와 골(130)의 폭 "FW"는 제2 열 전달 소자(136)의 주름부(138)의 인접하는 골(142) 간의 거리 "TW"와 같을 수 있다. 도 7에서 알 수 있듯이, 특정한 위치(140)에서, 제2 열 전달 소자(136)의 골(142)은 제1 열 전달 소자(104)의 제3 구역(114)의 평탄한 상부 피크(128) 및 골(130)과 양호하게 라인 접촉한다. 다른 위치(144)에서, 제2 열 전달 소자의 골(140)은, 제1 열 전달 소자(104)의 제3 구역(114) 상의 평탄한 상부 피크(128) 및 골(130)과 불량하게 라인 접촉하거나 라인 접촉하지 않는다. 제1 및 제2 열 전달 소자들(104, 136)의 특징부 간의 상호 작용은, 도 6에 도시한 적층체의 제2 단부(8)(즉, "냉" 단부)로부터 취한 단면도인 도 8에서도 알 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 추가 대체 적층체 구성이 도시되어 있다. 본 실시예는, 제1 열 전달 소자(204)가 제2 단부(208)에서 프로파일 소자들 간에 다른 기하학적 관계를 가질 수 있다는 점을 제외하고는 도 3 내지 도 6에 관하여 전술한 제1 및 제2 열 전달 소자들(4, 36)의 특징부 중 일부 또는 전부를 갖는 제1 및 제2 열 전달 소자(204, 236)를 포함할 수 있다.
따라서, 제1 열 전달 소자(204)는, 주 가스 흐름 방향 "A"로 순차적으로 정렬된 제1, 제2, 및 제3 구역(210, 212, 214)을 가질 수 있다. 제1 구역(210)은 전술한 바와 같이 실질적으로 헤링본 프로파일을 포함할 수 있다. 제2 구역(212)은 평탄한 "천이 구역"을 포함할 수 있고, 제3 구역(214)은 평탄한 피크(228)와 골(230)을 포함하는 전술한 바와 같은 주름형 프로파일을 포함할 수 있다.
그러나, 본 실시예에 있어서, 제1 열 전달 소자(204)의 제3 구역(214)에서, 평탄한 피크(228)와 골(230)의 폭 "FW"는 제2 열 전달 소자(236)의 주름부(238)의 인접하는 골(242) 간의 거리 "TW"의 1.5 배일 수 있다. 도 10에서 알 수 있듯이, 일부 위치(240)에서, 제2 열 전달 소자(236)의 골(242)은, 제1 열 전달 소자(204)의 제3 구역(214)의 평탄한 상부 피크(228) 및 골(230)과 양호하게 라인 접촉한다. 다른 위치(244)에서, 제2 열 전달 소자의 골(240)은, 제1 열 전달 소자(204)의 제3 구역(214) 상의 평탄한 상부 피크(228) 및 골(230)과 불량하게 라인 접촉하거나 라인 접촉하지 않는다. 제1 및 제2 열 전달 소자(204, 236)의 특징부 간의 상호 작용은, 도 9에 도시한 적층체의 제2 단부(8)(즉, "냉" 단부)로부터 취한 단면도인 도 11에서도 알 수 있다.
전술한 실시예들의 각각은, 새로운 열 전달 소자들의 깊이/높이를 따라 세 개의 개별적인 구역을 포함하는 열 전달 소자를 예시한다. 약 600 mm 깊이일 수 있는 이들 소자 시트(4)의 더욱 깊은 온 단부 구역(10)은, 횡방향 헤링본 구성으로 배열된 기복부들을 포함한다. 이들 횡방향 헤링본의 주 목적은 가스가 회전형 공기 예열기(1)의 가스 측을 통해 횡방향으로 소자 팩의 온 단부(6)로부터 냉 단부(8)로 흐를 때 및 회전형 축열식 공기 예열기의 공기 측을 통한 소자 배스킷(2)의 천이 동안 공기가 공기 예열기의 냉 단부로부터 온 단부로 흐를 때 소자를 통한 스큐 흐름을 제한하는 것이다.
도면에 도시한 바와 같이, 소자 팩의 반대측인 냉 단부(8)에는, 흐름 방향에 있어서 소자의 깊이를 따라 길이 방향으로 이어지며 통상적으로 소자 깊이의 하측 300 mm를 구성하는 상부 평탄한 기복부의 제3 구역(114)이 있으며 깊이 치수는 가변될 수 있다.
도 5, 도 8, 및 도 11에서 알 수 있듯이, 이들 상기 상부 평탄한 기복부(26, 126, 226)의 높이 "FTH"는 열 전달 소자(4, 104, 204)의 온 단부(6)를 향하는 횡방향 헤링본 기복부(22, 24)의 높이 "HTH"와 동일하도록 선택된다. 이와 같은 방식으로 배열되면, 이들 상부 평탄한 기복부(26, 126, 226)이 반대측 제2 열 전달 소자(36, 136, 236)의 주름부(38, 138, 238)의 하나 이상의 피크가 가압하는 상당히 넓은 밀봉면을 제공하고, 이에 따라 폐쇄된 채널들을 형성하는 연속 접촉 라인을 형성함을 알 수 있다.
서로 다른 실시예는 주름부(36, 136, 236)의 피크 간에 접촉을 제공하는 데 있어서 상부 평탄한 기복부(26, 126, 226)의 폭 "FW"를 증가시키는 통상적인 효과를 나타낸다.
이들 접촉 라인에 의해 형성되는 폐쇄 채널은 정상적인 가스 흐름 패턴 및 소자들을 세척하는 데 사용되는 간헐적 수트블로잉(sootblowing) 제트 모두를 함유하도록 기능하는 물리적으로 폐쇄된 소자 프로파일을 생성한다. 실제로, 소자(4, 104, 204)의 냉 단부(즉, 제2 단부(8))에서의 이러한 물리적으로 폐쇄된 소자를 횡방향 헤링본 기복부(22, 24)에 의해 생성된 공기역학적으로 폐쇄된 프로파일과 결합함으로써, 소자가 수트블로잉 제트 통과를 더욱 최대화하고 그 세척 효율성을 증가시킨다.
동시에, 개시된 복합 프로파일(제1 열 전달 소자(4, 104, 204))의 이러한 냉 단부(8)가 난류를 촉진하고 소자의 열적 성능을 증가시키도록 임의의 경사진 기복부를 포함하지 않는다는 점에 주목할 수 있다. 따라서, 이와 같은 평탄한 주름형 섹션(제1 열 전달 소자(4, 104, 204)의 제3 구역(14, 114, 214))은 전술한 종래의 저 성능 노치형 평탄 소자의 특성과 유사한 열 전달 특성과 압력 강하 특성이 낮은 구역을 생성한다.
제1 열 전달 소자(4)의 훨씬 얕은 중간 구역(제2 구역(12, 112, 212))은 소자의 서로 다른 온 단부(제1 구역(10, 110, 210))와 냉 단부(제3 구역(14, 114, 214)) 프로파일 사이에 위치한다. 이와 같은 중간 구역(제2 구역(12, 112, 212))은 통상적으로 길이가 단지 약 25 mm이고, 임의의 확정적인 형상으로 의도적으로 형성되지 않는다. 대신에, 그 목적은 서로 다른 프로파일(즉, 제1 구역(10, 110, 210)의 횡방향 헤링본 프로파일과 제2 구역의 상부 평탄한 주름형 프로파일) 간에 자연적이며 자유로운 형태의 천이부를 생성하고, 이에 따라 천이 구역(12, 112, 212)이 매끄러운 방식으로 자연적인 형상을 취할 수 있게 하는 것이다. 이와 같은 천이 구역(12, 112, 212)은 하나의 프로파일과 다른 하나의 프로파일 간의 임의의 갑작스런 천이를 제거하도록 설계되며, 이러한 갑작스런 단차는 다른 상황에서 향상되고 국부화된 부식율을 촉진할 수 있다. 또한, 천이 구역(12, 112, 212)에 걸친 중단되지 않은 연속성은 피크 수트블로어 제트 속도 및 연관된 피크 충격 압력의 감소가 최소화되어 효과적인 세척을 또한 보장한다.
본 발명자는 동일한 열 전달 소자의 각 단부에서 서로 다른 성능 특성들을 생성하도록 특정하게 설계된 임의의 열 전달 소자를 인식하지 않는다. 또한, 본 발명자는 성곽형(castellated) 평탄한 상부 기복부(피크(28, 128, 228), 골(30, 130, 230)이 기복된 시트의 양측 상의 반대측 소자 시트의 주름부와 교대로 라인 접촉하도록 설계되는 것이 폐쇄된 채널 소자들을 생성하기 위한 고유한 방안이라고 여긴다. 또한, 본 발명자는 얕은 비-예비성형(non-preformed) 천이 구역(12, 112, 212)이 소자 프로파일의 서로 다른 온 단부와 냉 단부 간의 매끄러운 흐름 패턴을 촉진하고, 이에 따라 부식율을 최소화하며 소자의 한 구역으로부터 다른 구역으로의 흐름의 매끄러운 천이를 촉진하고 중간 압력 강하와 에너지 손실을 감소시키는 새롭지만 간단한 방안을 제공한다고 여긴다.
이것은 티어 간 충격 및 손실을 감소시키기 때문에, 출원인은 또한 본 발명이 통상적인 두 개의 계층의 구성보다 보다 낮은 압력 강하를 생성한다고 주장한다.
기본 발명을 변경하지 않고서 통합될 수 있는 여러 대체 구조 구성을 설명하였는데, 상부 평탄한 기복부(피크(28, 128, 228), 골(30, 130, 230))의 폭 "FW"는 가변되어 단일의 상부 평탄한 기복부에 대한 1개 내지 2개의 접촉 라인의 최소값을 생성하는 통상적인 구성을 나타내었으며, 유사하게, 상부 평탄한 기복부의 이들 주름부와 인접하는 골(30, 130, 230) 간에 접촉이 없는 제1 열 전달 소자(4)의 냉 단부(제3 구역(12))에서의 주름부의 1개 내지 2개 이하의 라인을 나타내었다. 최종적으로 압축되는 소자 팩의 안정성을 최대화하도록 이들 제약을 달성하는 것이 바람직하게 여겨진다.
개시한 구성은 본 명세서에서 설명한 회전형 축열식 열 교환기(1)에 관하여 전술한 바와 동일한 이점의 조합을 나타내도록 판형 열 교환기 등의 다양한 유형의 열 교환기에서 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명을 일부 실시예들에 관하여 개시하였지만, 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 전술한 실시예에 대하여 많은 수정, 변경, 및 변화를 행할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 하기 청구범위의 언어에 의해 정의되는 전체 범위 및 그 균등물을 가진다.

Claims (15)

  1. 주 방향으로의 열 전달 소자들의 적층체로서,
    상기 주 방향을 따라 순차적으로 배열된 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역을 갖는 제1 열 전달 소자를 포함하며,
    상기 제1 구역은 헤링본 구조를 포함하고, 상기 헤링본 구조는 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부를 포함하고, 상기 기복부들의 길이 방향의 정도는 상기 주 방향에 평행하지 않으며,
    상기 제2 구역은 평평한 구조를 포함하며,
    상기 제3 구역은 상기 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함하고, 상기 주름부는 복수의 평탄한 피크와 골을 가지며,
    상기 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함하는 상기 제2 가열 표면 소자인 제2 열 전달 소자를 포함하는, 적층체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헤링본 구조는 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부를 갖는 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역에서의 상기 기복부들의 길이 방향 정도는 상기 주 방향에 대하여 0° 초과 90° 미만이고, 상기 복수의 영역은 상기 제1 영역에 인접하는 제2 영역을 더 포함하고, 상기 제2 영역은 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부를 갖고, 상기 제2 영역에서의 상기 기복부의 길이 방향 정도는 상기 주 방향에 대하여 -90° 초과 0° 미만인, 적층체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 구역은 상기 제1 구역에 인접하는 제1 천이 영역을 포함하고, 상기 제1 천이 영역은 상기 제1 구역의 상기 헤링본 구조의 상기 기복부와 상기 제2 구역의 상기 평탄한 구조 간에 천이하는 형상을 포함하는, 적층체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 구역은 상기 제3 구역에 인접하는 제2 천이 영역을 포함하고, 상기 제2 천이 영역은 상기 제2 구역의 상기 평탄한 구조와 상기 제3 구역의 상기 주름부 간에 천이하는 형상을 포함하는, 적층체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 열 전달 소자의 평탄한 피크와 골 각각의 폭은 상기 제2 열 전달 소자의 상기 주름부의 인접하는 골 간의 거리의 0.5 배 내지 1.5 배인, 적층체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적층체는 복수의 제1 열 전달 소자와 복수의 제2 열 전달 소자를 포함하고, 상기 제1 열 전달 소자들의 각각은 상기 제2 열 전달 소자들 중 적어도 하나에 인접하는, 적층체.
  7. 주 방향으로의 가열 표면 소자들의 적층체로서,
    상기 주 방향을 따라 순차적으로 배열된 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역을 갖는 제1 가열 표면 소자, 및
    상기 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함하는 제2 가열 표면 소자를 포함하고,
    상기 제1 구역은 헤링본 구조를 포함하고, 상기 헤링본 구조는 복수의 영역을 갖고, 상기 복수의 영역은 상기 영역의 경계가 상기 주 방향을 따르도록 배열되고, 상기 복수의 영역은 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부를 갖는 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역에서의 상기 기복부의 길이 방향 정도는 상기 주 방향에 대하여 0° 초과 90° 미만이고, 상기 복수의 영역은 상기 제1 영역에 인접하는 제2 영역을 더 포함하고, 상기 제2 영역은 측 방향으로 나란히 배열된 복수의 기복부를 갖고, 상기 제2 영역에서의 상기 기복부의 길이 방향 정도는 상기 주 방향에 대하여 -90° 초과 0° 미만이고,
    상기 제2 구역은 평탄한 구조를 포함하고,
    상기 제3 구역은 상기 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함하고, 상기 주름부는 복수의 평탄한 피크와 골을 갖는, 적층체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 구역은 상기 제1 구역에 인접하는 제1 천이 영역을 포함하고, 상기 제1 천이 영역은 상기 제1 구역의 상기 헤링본 구조의 상기 기복부와 상기 제2 구역의 상기 평탄한 구조 간에 천이하는 형상을 포함하는, 적층체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 구역은 상기 제3 구역에 인접하는 제2 천이 영역을 포함하고, 상기 제2 천이 영역은 상기 제2 구역의 상기 평탄한 구조와 상기 제3 구역의 상기 주름부 간에 천이하는 형상을 포함하는, 적층체.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 열 전달 소자의 평탄한 피크와 골의 각각의 폭은 상기 제2 열 전달 소자의 상기 주름부의 인접하는 골 간의 거리의 0.5 배 내지 1.5 배인, 적층체.
  11. 제7항에 있어서, 상기 적층체는 복수의 제1 열 전달 소자와 복수의 제2 열 전달 소자를 포함하고, 상기 제1 열 전달 소자들의 각각은 상기 제2 열 전달 소자 중 적어도 하나에 인접하는, 적층체.
  12. 주 방향으로의 가열 표면 소자들의 적층체로서,
    상기 주 방향을 따라 순차적으로 배열된 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역을 갖는 제1 가열 표면 소자, 및
    상기 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함하는 제2 가열 표면 소자를 포함하고,
    상기 제1 구역은 헤링본 구조를 포함하고, 상기 제2 구역은 평탄한 구조를 포함하고, 상기 제3 구역은 상기 주 방향으로 연장되는 복수의 주름부를 포함하고, 상기 주름부는 평탄한 피크 및 골 영역을 갖는, 적층체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 구역은 상기 제1 구역에 인접하는 제1 천이 영역을 포함하고, 상기 제1 천이 영역은 상기 제1 구역의 상기 헤링본 구조의 상기 기복부와 상기 제2 구역의 상기 평탄한 구조 간에 천이하는 형상을 포함하는, 적층체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 구역은 상기 제3 구역에 인접하는 제2 천이 영역을 포함하고, 상기 제2 천이 영역은 상기 제2 구역의 상기 평탄한 구조와 상기 제3 구역의 상기 주름부 간에 천이하는 형상을 포함하는, 적층체.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제1 열 전달 소자의 평평한 피크와 골 각각의 폭은 상기 제2 열 전달 소자의 상기 주름부의 인접하는 골 간의 거리의 0.5 배 내지 1.5 배인, 적층체.
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