KR20190093477A - 열 교환 장치 - Google Patents

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KR20190093477A
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주식회사 하이낸드
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Abstract

본 발명은 스크러버(scrubber)와 같이 고온이 발생하는 장치에서 효과적으로 열을 회수하기 위한 열 교환 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열 교환 장치는 중심부에 반응로가 형성되고, 반응로를 감싸도록 배치되며 반응로에서 발생되는 제1 가스가 배출되는 제1 통로와, 제1 통로와 이웃하게 배치되며, 외부로부터 유입되는 제2 가스를 유입하는 제2 통로를 구비하는 제1 열 교환부, 제1 열 교환부를 감싸도록 설치되며, 제1 통로와 연결되어 제1 통로로부터 제1 가스를 전달받아 외부로 배출하는 제3 통로와, 제3 통로와 이웃하게 배치되며 외부로부터 유입되는 제2 가스를 제2 통로에 유입하는 제4 통로를 구비하는 제2 열 교환부를 포함한다.

Description

열 교환 장치{Heat exchanger}
본 발명은 열 교환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스크러버(scrubber)와 같이 고온이 발생하는 장치에서 효과적으로 열을 회수하기 위한 열 교환 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체, LED, LCD, 태양전지 등은 수소(H2) 그룹 등의 가스와 모노실란, 디실란 등의 실란(SiH4)계 가스 및 암모니아(NH3) 등을 이용하여 고온에서 제조된다. 이때, 수소그룹, 실란계 가스 및 암모니아 등이 연소되는 과정에서 발생되는 발화성 가스와 이에 함유된 유독성 가스(Toxic gas) 등의 폐가스가 대기로 여과 없이 배출됨에 따라 인체 및 대기오염에 상당한 악영향을 미치는 문제점이 대두 되었다.
이에 따라, 반도체 제조 과정에서 배출되는 발화성 가스 및 유독성 가스 등의 폐가스를 처리하기 위하여 다양한 형태의 처리방법이 제공되었다. 그 대표적인 것으로, 습식방식 또는 건식방식 스크러버 등을 사용하는 방법이 있으며, 필요에 따라 스크러버의 전/후에 별도의 필터 또는 흡착층 등을 구비시켜 처리효율을 증가시킬 수 있다.
습식방식 스크러버는 물을 이용하여 유독성 가스를 세정 및 냉각하는 구조로 비교적 간단한 구성을 가지므로 제작이 용이하고 대용량화가 가능하다. 건식방식 스크러버는 에어 버너 또는 산소 버너 등의 버너 속을 유독성 가스가 통과되도록 하여 직접 연소시키거나, 또는 열원을 이용하여 고온의 챔버를 형성하고 고속으로 유독성 가스가 통과되도록 하여 간접적으로 연소시키는 구조로, 발화성 가스의 처리에는 탁월한 효과가 있다.
이러한 스크러버는 일반적으로 고온의 가스를 빠르게 냉각하여 후처리 가능한 온도로 낮추기 위해 운영된다. 따라서 스크러버 설비는 단열을 고려하지 않고 주변으로 방열되는 형태로 설계 및 운전되는 것이 일반적이다.
여기서 스크러버로부터 발생되는 고온의 유체가 갖고 있는 에너지와 설비로부터 방열되는 에너지를 회수한다면 스크러버에 소모되는 에너지를 상당부분을 줄일 수 있게 된다.
한편 열 교환 장치는 고온 유체와 저온 유체 간의 열 교환을 통해 온도의 제어, 에너지의 회수 등이 가능한 설비로 산업전반에 널리 사용되고 있다.
이러한 열 교환 장치는 넓은 온도 범위를 갖는 공정에서 단일 열 교환 장치가 아닌 적정 온도대별로 복수로 직렬 배치하여 운전하는 것이 일반적이다. 그러나 이와 같이 직렬로 연결한 열 교환 장치는 자체가 차지하는 공간과 더불어 서로의 유체 연결을 위한 별도의 덕트 공간이 필요한 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 스크러버와 같이 고온이 발생하는 장치에서 열 교환 장치가 차지하는 공간을 최소화 함과 동시에 효과적으로 열을 회수하기 위한 열 교환 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 열 교환 장치는 중심부에 반응로가 형성되고, 상기 반응로를 감싸도록 배치되며 상기 반응로에서 발생되는 제1 가스가 배출되는 제1 통로와, 상기 제1 통로와 이웃하게 배치되며, 외부로부터 유입되는 제2 가스를 유입하는 제2 통로를 구비하는 제1 열 교환부, 상기 제1 열 교환부를 감싸도록 설치되며, 상기 제1 통로와 연결되어 상기 제1 통로로부터 상기 제1 가스를 전달받아 외부로 배출하는 제3 통로와, 상기 제3 통로와 이웃하게 배치되며 외부로부터 유입되는 상기 제2 가스를 상기 제2 통로에 유입하는 제4 통로를 구비하는 제2 열 교환부를 포함한다.
본 발명에 따른 열 교환 장치에 있어서, 상기 제2 열 교환부는 상기 제1 열 교환부의 측면을 감싸도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열 교환 장치에 있어서, 상기 제1 통로 내지 상기 제4 통로는 지면과 수직하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열 교환 장치에 있어서, 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로 중 적어도 하나는 튜브(tupe)로 형성되며, 나머지 하나는 상기 튜브를 수용하는 쉘(Shell) 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열 교환 장치에 있어서, 상기 제1 열 교환부 및 상기 제2 열 교환부의 상부에 설치되어, 상기 제3 통로로부터 배출되는 상기 제1 가스를 상기 외부로 배출하며, 상기 외부로부터 상기 제2 가스를 유입하여 상기 제4 통로로 유입하는 커버, 상기 커버와 대향하는 상기 제1 열 교환부 및 상기 제2 열 교환부의 하부에 설치되어, 상기 제1 통로 및 상기 제3 통로와, 상기 제2 통로 및 상기 제4 통로 사이의 각각에 연통 유로를 형성하는 유로 변경부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 열 교환 장치에 있어서, 상기 커버는 상기 제1 통로와 연통되어 상기 반응로로부터 상기 제1 가스를 상기 제1 통로로 전달하는 제1 커버, 상기 제1 커버와 이격된 상태로 배치되며, 상기 제3 통로와 연통되어 상기 제3 통로로부터 배출되는 상기 제1 가스를 외부로 배출하는 제1 덕트를 구비하는 제2 커버, 상기 제2 커버와 이격된 상태로 배치되며, 상기 제4 통로와 연통되어 외부로부터 유입되는 상기 제2 가스를 상기 제4 통로에 유입하는 제2 덕트를 구비하는 제3 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열 교환 장치에 있어서, 상기 유로 변경부는, 중심부에 공간을 형성하여 상기 반응로와 연통되며, 상기 반응로의 반응을 위한 소스가 구비되는 소스 수용부, 상기 제4 통로를 통해 유입되는 상기 제2 가스를 상기 제2 통로로 유입시키는 제1 유로 변경부, 상기 제1 유로 변경부에 의해 상기 제2 통로를 거쳐 유입되는 상기 제2 가스를 상기 소스 수용부로 유입시키는 제2 유로 변경부, 상기 반응로를 거쳐 상기 제1 통로로부터 배출되는 제1 가스를 상기 제3 통로로 배출하는 제3 유로 변경부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열 교환 장치에 있어서, 상기 커버 및 상기 유로 변경부는 상기 제1 및 제2 열 교환기에 탈부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열 교환 장치에 있어서, 상기 제1 가스와 상기 제2 가스는 서로 반대 방향으로 이동하는 대향류 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열 교환 장치는 제1 열 교환부를 통해 반응로에서 발생되는 제1 가스와 외부로부터 유입되는 제2 가스 사이에 1차 열 교환을 수행하도록 하고, 제1 열 교환부의 외측부를 감싸는 제2 열 교환부를 통해 1차 열 교환된 제1 가스와 제2 가스를 제2 열 교환부에서 2차 열 교환을 수행하도록 함으로써, 열 교환 장치가 차지하는 공간을 최소화 함과 동시에 효과적으로 반응로로부터 발생되는 제1 가스의 열을 회수할 수 있다.
이때 본 발명에 따른 열 교환 장치는 제1 열 교환부 및 제2 열 교환부 각각에서 열 교환이 이루어짐과 동시에, 제2 열 교환부가 제1 열 교환부를 감싸고 있기 때문에, 제1 열 교환부와 제2 열 교환부 사이에 추가적으로 열 교환을 하도록 함으로써 열 교환 효율을 극대화 시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열 교환 장치는 제1 열 교환부와 대비하여 저온의 제2 열 교환부가 제1 열 교환부를 감싸고 있기 때문에 별도의 단열재를 사용하지 않고도 열 손실을 최소화 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열 교환 장치는 제1 열 교환부 및 제2 열 교환부의 각 통로를 지면과 수직한 방향(중력 방향)으로 배치함으로써, 제1 또는 제2 가스에 포함된 분진이 통로 내에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
더하여 본 발명에 따른 열 교환 장치는 제1 열 교환부 및 제2 열 교환부의 유로를 형성하는 커버 및 유로 변경부가 제1 열 교환부 및 제2 열 교환부의 상하부에 각각 탈부착 가능하도록 결합됨으로써 유지 보수가 용이할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열 교환 장치는 제1 열 교환기가 고온 부식이 발생될 수 있는 온도 영역에서 열 교환을 수행하고, 열 교환을 통하여 낮아진 온도 영역에서 제2 열 교환기가 열 교환을 수행한다. 이때 이러한 제2 열 교환부가 제1 열 교환부를 감싸고 있기 때문에, 내성이 강한 고가의 재료를 제1 열 교환기에 최소한으로 사용할 수 있어 비용을 절감할 수 있으며, 제2 열 교환기를 고온 부식의 우려가 없는 영역에서 열 교환 하도록 함으로써 목표로한 열 교환 효율에 도달 할 수 있다.
즉 본 발명에 따른 열 교환 장치는 제1 열 교환기와 제2 열 교환기의 재질을 선택적으로 적용하여 내구성을 높이면서도 전체적인 열 교환 효율을 향상하고 콤팩트하게 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치를 나타낸 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 열 교환부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2 열 교환부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 열 교환부의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유로 변경부를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치의 제1 및 제2 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치를 나타낸 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치(100)는 제1 열 교환부(10) 및 제2 열 교환부(20)를 포함한다.
제1 열 교환부(10)는 반응로(200)로부터 발생되는 제1 가스를 외부로부터 유입되는 제2 가스와의 열 교환을 통해 냉각시켜 제2 열 교환부(20)로 배출시킬 수 있다.
또한 제1 열 교환부(10)는 제2 열 교환부(20)로부터 제2 가스를 유입시켜 반응로(200)에 제2 가스를 유입시킬 수 있다.
여기서 제1 가스는 외부로부터 유입된 제2 가스가 반응로(200)를 통과하여 처리된 고온의 가스가 될 수 있다. 제2 가스는 외부로부터 유입되는 제1 가스 대비 저온이며 반응로(200)에서 처리 대상이 되는 발화성 가스 및 유독성 가스 등을 포함하는 폐가스가 될 수 있다.
반응로(200)는 상부와 하부가 관통된 중공 형태로 형성될 수 있으며, 제1 열 교환부(10)의 외측면과 대응되는 수평 절단면이 원형, 사각형, 육각형 등 중공 형태로 형성될 수 있다. 이러한 반응로(200)의 내부에는 스크러버가 설치되어 외부로부터 유입되는 제2 가스를 처리하여 외부로 배출할 수 있다. 예컨데 반응로(200)에 설치되는 스크러버로는 촉매를 이용하여 화학적으로 외부로부터 유입되는 폐가스를 처리하는 방식이 사용되거나, 버너를 이용하여 연소를 통해 폐가스를 처리하는 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. 여기서 스크러버는 반응성 부산물을 포함하는 유독성 가스를 취급하는 모든 설비에 적용될 수 있다.
제2 열 교환부(20)는 제1 열 교환부(10)를 감싸도록 제1 열 교환부(10)의 외측면에 설치될 수 있다. 이러한 제2 열 교환부(20)는 제1 열 교환부(10)와 연통되어 반응로(200)로부터 배출되는 제1 가스가 제1 열 교환부(10)를 거쳐 1차 냉각되어 배출되는 제1 가스를 전달받아, 외부로부터 유입되는 제2 가스와의 열 교환을 통해 제1 가스를 2차 냉각시킬 수 있다.
여기서 제2 열 교환부(20)는 제1 열 교환부(10)와 직접적으로 맞닿도록 배치됨으로써, 내부적인 열 교환과 추가적으로 제1 열 교환부(10)와 사이에 열 교환을 수행함으로써, 열 교환 효율을 베가시킬 수 있다.
즉 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치(100)는 제1 열 교환부(10)를 통해 반응로(200)에서 발생되는 제1 가스와 외부로부터 유입되는 제2 가스 사이에 1차 열 교환을 수행하도록 하고, 제1 열 교환부(10)의 외측부를 감싸는 제2 열 교환부(20)를 통해 1차 열 교환된 제1 가스와 제2 가스를 제2 열 교환부(20)에서 2차 열 교환을 수행하도록 함으로써, 열 교환 장치(100)가 차지하는 공간을 최소화 함과 동시에 효과적으로 반응로로부터 발생되는 제1 가스의 열을 회수할 수 있다.
이때 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치(100)는 제1 열 교환부(10) 및 제2 열 교환부(20) 각각에서 열 교환이 이루어짐과 동시에, 제2 열 교환부(20)가 제1 열 교환부(10)를 감싸고 있기 때문에, 제1 열 교환부(10)와 제2 열 교환부(20) 사이에 추가적으로 열 교환을 하도록 함으로써 열 교환 효율을 극대화 시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치(100)는 제1 열 교환부(10)와 대비하여 저온의 제2 열 교환부(20)가 제1 열 교환부(10)를 감싸고 있기 때문에 별도의 단열재를 사용하지 않고도 열 손실을 최소화 할 수 있다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치(100)는 제1 열 교환부(10) 및 제2 열 교환부(20)의 상부에 결합되어 외부로부터 제2 가스를 흡입하거나, 제1 가스를 배출하는 커버(30)와, 제1 열 교환부(10)와 제2 열 교환부(20) 사이에 유로를 결정하는 유로 변경부(40)를 더 포함할 수 있다. 커버(30) 및 유로 변경부(40)의 상세한 구성에 대해서는 후술 하도록 한다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치(100)의 각 구성에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 열 교환부를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 열 교환부(10)는 중심부에 반응로(200)가 형성된 관 형태로 형성될 수 있다. 여기서 제1 열 교환부(10)는 수평 절단면이 사각형인 관 형태로 도시되지만, 이에 한정된 것은 아니고, 수평 절단면이 원형인 관, 육각형인 관 등 다양한 관 형태로 형성될 수 있다.
또한 제1 열 교환부(10)는 반응로(200)를 감싸는 측면 공간 상에, 반응로(200)와 연통되어 반응로(200)로부터 배출되는 제1 가스가 통과하는 제1 통로(11)가 형성될 수 있다. 여기서 제1 통로(11)는 지면과 수직한 길이 방향으로 관통된 통로가 될 수 있다. 이때 제1 통로(11)는 지면과 수직한 방향 즉, 중력이 작용하는 방향으로 형성됨으로써, 제1 가스에 포함된 분진이 내부에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
또한 제1 열 교환부(10)는 제2 열 교환부(20)로부터 유입되는 제2 가스를 유입하여 제1 가스와 열 교환을 수행한 후 반응로(200)로 유입되도록 하는 제2 통로(12)가 형성될 수 있다. 여기서 제2 통로(12)는 지면과 수직한 길이 방향으로 관통된 통로가 될 수 있으며, 제1 통로(11)와는 서로 밀폐된 상태에서 서로 이웃하게 배치될 수 있다. 이때 제2 통로(12)는 지면과 수직한 방향 즉, 중력이 작용하는 방향으로 형성됨으로써, 제2 가스에 포함된 분진이 내부에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
이러한 제1 열 교환부(10)의 제1 통로(11) 및 제2 통로(12) 중 적어도 하나는 튜브(tupe)로 형성되며, 나머지 하나는 튜브를 수용하는 쉘(Shell) 형태로 형성될 수 있다. 바람직하게는 제1 통로(11)가 튜브로 형성되며, 제2 통로(12)가 쉘 형태로 형성될 수 있다. 이는 후술할 제2 열 교환부(20)의 제3 통로(21)를 통과하는 제1 가스와 제2 통로(12)의 제2 가스가 열 교환을 수행하기 위함이다. 이러한 제1 통로(11)와 제2 통로(12)는 쉘-튜브 형태로 제1 가스와 제2 가스 사이에 열 교환이 이루어지도록 할 수 있다.
즉 제1 열 교환부(10)의 외측면 각각은 내부에 공간이 형성되며, 이 공간이 제2 통로(12)가 되며, 제2 통로(12)를 상하부로 관통하는 복수의 튜브가 제1 통로(11)가 될 수 있다.
여기서 제1 통로(11)는 상부로 제1 가스를 유입하고, 유입된 제1 가스를 하부로 배출시킬 수 있다. 여기서 배출된 제1 가스는 후술할 유로 변경부(40)로 이동될 수 있다.
제2 통로(12)는 하부에 형성된 공간을 통해 제2 가스를 유입하며, 제1 열 교환부(10)의 최외곽에 위치한 각 외측면의 격벽(13)의 상부에 형성된 배출로(13a)를 통해 제2 가스를 배출시킬 수 있다. 여기서 배출로(13a)를 통과한 제2 가스는 격벽의 외부면을 따라 후술할 유로 변경부(40)로 이동될 수 있다.
즉 제1 통로(11)와 제2 통로(12)는 제1 가스와 제2 가스가 서로 반대방향으로 흐르는 대향류 형태의 유로 구조를 취할 수 있다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 제1 열 교환부(10)는 제1 통로(11) 및 제2 통로(12)가 커버(30) 및 유로 변경부(40)에 의해 제2 열 교환기(20)와 연통되지만, 이에 한정된 것은 아니고 제1 통로(11)가 제3 통로(21)가, 제2 통로(12)가 제4 통로(22)와 직접적으로 연결되도록 설계될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 제2 열 교환부(20)에 대하여 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2 열 교환부를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 열 교환부의 측단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 제2 열 교환부(20)는 중심부의 상부면으로부터 하부면을 관통하여 제1 열 교환부(10)를 수용하는 중공(20a)이 형성될 수 있다. 여기서 중공은 제1 열 교환부(10)의 외측부 형성과 대응되도록 형성될 수 있으며, 제1 열 교환부(10)가 결합 되었을때 맞닿도록 설계될 수 있다.
또한 제2 열 교환부(20)는 유로 변경부(40)를 통해 제1 열 교환부(10)로부터 유입되는 제1 가스를 전달받아 외부로 배출하는 제3 통로(21)가 형성될 수 있다. 여기서 제3 통로(21)는 제2 열 교환부(20)의 측면 공간 상에 형성될 수 있으며, 지면과 수직한 방향 즉, 중력이 작용하는 방향으로 형성됨으로써, 제1 가스에 포함된 분진이 내부에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
또한 제2 열 교환부(20)는 외부로부터 제2 가스를 전달받아 유로 변경부(40)를 통해 제1 열 교환부(10)의 제2 통로(12)로 유입시키는 제4 통로(22)가 형성될 수 있다. 여기서 제4 통로(22)는 제3 통로(21)와 분리된 상태로 제2 열 교환부(20)의 측면 공간 즉, 제3 통로(21)의 외측부에 형성될 수 있으며, 지면과 수직한 방향 즉, 중력이 작용하는 방향으로 형성됨으로써, 제2 가스에 포함된 분진이 내부에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
즉 제2 열 교환부(20)의 각 측면은 내부에 빈 공간이 형성될 수 있으며, 내부면과 외부면 사이에 격벽을 통해 제3 통로(21)와 제4 통로(22)로 구획될 수 있다. 또한 제3 통로(21)와 제4 통로(22) 각각은 상부와 하부에 복수의 홀이 형성되어 커버(30)와 유로 변경부(40) 사이에 연통되도록 구성될 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니고, 복수의 홀이 형성된 것으로 도시되어 있지만 개방된 형태로도 형성될 수 있다.
한편 제3 통로(21)와 제4 통로(22)는 중심부에 배치되는 격벽에 의해 구획되도록 구성된다. 하지만 이에 한정된 것은 아니고, 제3 통로(21)와 제4 통로(22)는 각각 더 큰 열 교환 효율을 위하여 복수의 격벽을 갖고, 서로 구획되도록 구성될 수도 있다. 즉 제3 통로(21)와 제4 통로(22)는 복수로 구성될 수 있으며, 서로 엇갈리게 배치된 상태에서 각각 연통되는 직교류 형태가 될 수 있다.
또한 제3 통로(21)와 제4 통로(22)는 내부면에 복수의 핀(Fin)이 형성될 수 있다. 이에 따라 제3 통로(21)와 제4 통로(22)의 복수의 핀은 내부 표면적을 넓혀주어 열 교환 효율을 극대화 시킬 수 있다.
이하 본 발명의 커버(30) 및 유로 변경부(40)에 대하여 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유로 변경부를 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치의 제1 및 제2 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 커버(30)는 제1 열 교환부(10)와 제2 열 교환부(20)가 결합된 상태에서 상부에 설치될 수 있다. 또한 커버(30)는 제1 열 교환부(10)와 제2 열 교환부(20)를 이동하는 제1 가스와 제2 가스의 유로를 변경하는 역할을 할 수 있으며, 제1 열 교환부(10)와 제2 열 교환부(10)를 보호할 수 있다.
이러한 커버(30)는 제1 통로(11)와 연통되어 반응로(200)로부터 제1 가스를 제1 통로로 전달하는 제1 커버(31)와, 제1 커버(31)와 이격된 상태로 배치되며, 제3 통로(21)와 연통되어 제3 통로(21)로부터 배출되는 제1 가스를 외부로 배출하는 제1 덕트(30a)를 구비하는 제2 커버(32)와, 제2 커버(32)와 이격된 상태로 배치되며, 제4 통로(22)와 연통되어 외부로부터 유입되는 제2 가스를 제4 통로(22)에 유입하는 제2 덕트(30b)를 구비하는 제3 커버(33)를 포함할 수 있다.
여기서 제1 커버(31)는 내부에 제1 가스가 유동할 수 있는 공간이 형성될 수 있으며, 상부가 밀폐된 상태에서 제1 통로(11)와 제3 통로(21) 사이를 경계로 제1 열 교환부(10)의 상부를 밀폐시킬 수 있다. 이에 따라 반응로(200)에서 발생되는 제1 가스는 제1 커버(31)에 의해 밀폐된 공간을 따라 제1 통로(11)로 유입될 수 있다.
제2 커버(32)는 제1 커버(31)로부터 이격되어 내부에 제3 통로(21)를 통해 배출되는 제1 가스가 유동할 수 있는 공간이 형성될 수 있으며, 상부가 밀폐된 상태에서 제3 통로(21)와 제4 통로(22) 사이를 경계로 제2 열 교환부(20)의 상부를 밀폐시킬 수 있다. 이에 따라 제3 통로(21)로부터 배츨되는 제1 가스는 제1 커버(31)와 제2 커버(32) 사이의 공간을 따라 이동하여 제1 덕트(30a)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 여기서 제1 덕트(30a)는 외부로부터 제2 커버(32)의 측면을 통해 제2 커버(32)와 제1 커버(31) 사이의 공간과 연통될 수 있다
제3 커버(33)는 제2 커버(31)로부터 이격되어 내부에 제4 통로(22)를 통해 배출되는 제2 가스가 유동할 수 있는 공간이 형성될 수 있으며, 상부가 밀폐된 상태에서 제4 통로(22)의 외측부를 경계로 제2 열 교환부(20)의 상부를 밀폐시킬 수 있다. 이에 따라 제2 덕트(20b)를 통해 유입되는 제2 가스는 제3 커버(33)와 제2 커버(32) 사이의 공간을 따라 이동하여 제4 통로(22)로 유입될 수 있다. 여기서 제2 덕트(30a)는 외부로부터 제3 커버(33)의 측면을 통해 제3 커버(33)와 제2 커버(32) 사이의 공간과 연통될 수 있다.
한편 제1 덕트(30a)와 제2 덕트(30b)는 도시되지는 않지만, 내부에 각각 제1 가스 또는 제2 가스에 포함된 분진을 필터링 할 수 있는 필터를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편 유로 변경부(40)는 제1 열 교환부(10)와 제2 열 교환부(20)가 결합된 상태에서 하부에 결합될 수 있다. 즉 유로 변경부(40)는 커버(30)과 대향하도록 설치될 수 있다. 여기서 유로 변경부(40)는 제1 통로(11)와 제3 통로(21), 제2 통로(12)와 제4 통로(22) 사이의 각각에 연통 유로를 형성할 수 있다.
이러한 유로 변경부(40)는 소스 수용부(41), 제1 유로 변경부(42), 제2 유로 변경부(43) 및 제3 유로 변경부(44)를 포함할 수 있다.
소스 수용부(41)는 중심부에 형성되는 홈으로 반응로(200)와 연통되어, 반응로(200)의 반응을 위한 소스가 구비될 수 있다. 예컨데 소스 수용부(41)에는 외부로부터 유입되는 제2 가스를 가열하기 위한 버너가 설치될 수 있다.
제1 유로 변경부(42)는 제4 통로(22)를 통해 유입되는 제2 가스를 제2 통로(12)로로 유입시킬 수 있다. 즉 제4 통로(22)를 통해 유입되는 제2 가스는 제1 유로(42a)를 통해 유입되어, 제1 유로(42a)와 내부적으로 연통되는 제2 유로(42b)를 통하여 제2 통로(12)로 유입될 수 있다.
제2 유로 변경부(43)는 제1 유로 변경부(42)에 의해 제2 통로(12)를 거쳐 유입되는 제2 가스를 소스 수용부(41)로 유입시킬 수 있다. 즉 제2 통로(12)로부터 유입되는 제2 가스는 제3 유로(43a)를 거쳐, 제3 유로(43a)와 내부적으로 연통되는 제4 유로(43b)를 통해 소스 수용부(41)로 유입시킬 수 있다.
제3 유로 변경부(44)는 반응로(200)를 거쳐 제1 통로(11)로부터 배출되는 제1 가스를 제3 통로(21)로 배출시킬 수 있다. 즉 제1 통로(11)로부터 배출되는 제1 가스는 제5 유로(44a)를 거쳐, 제5 유로(44a).와 내부적으로 연통되는 제6 유로(44b)를 통해 제3 통로(21)로 배출될 수 있다.
한편 커버(30)와 유로 변경부(40)는 제1 및 제2 열 교환기(10, 20)에 각각 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시이예 따른 열 교환 장치(100)는 제1 열 교환부(10) 및 제2 열 교환부(20)의 유로를 형성하는 커버(30) 및 유로 변경부(40)가 제1 열 교환부(10) 및 제2 열 교환부(20)의 상하부에 각각 탈부착 가능하도록 결합됨으로써 유지 보수가 용이할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 열 교환 장치(100)에서 제1 가스 및 제2 가스의 흐름을 개념적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저 반응로(200)에서 발생되는 제1 가스는 제1 커버(31)를 통해 제1 통로(11)로 유입되며, 제1 통로(11)에서 제2 통로(12)를 이동하는 제2 가스와 열 교환을 수행하여 1차 냉각된다. 그리고 제1 통로(11)로부터 배출되는 제1 가스는 유로 변경부(40)를 통해 제3 통로(21)로 유입되며, 제3 통로(21)에서 제4 통로(22)를 이동하는 제2 가스와 열 교환을 수행하여 2차 냉각된다. 그리고 제3 통로(21)로부터 배출되는 제1 가스는 제2 커버(32)에 의해 외부로 배출된다.
한편 외부로부터 유입되는 제2 가스는 제3 커버(33)를 통해 제4 통로(22)로 유입되며, 제4 통로(22)에서 제3 통로(21)를 이동하는 제1 가스와 열 교환을 수행한다. 그리고 제3 통로(21)로부터 유입되는 제2 가스는 유로 변경부(40)를 통해 제2 통로(12)로 유입되며, 제2 통로(12)에서 제1 통로(11)와 열 교환을 수행한다. 그리고 제2 통로(12)로부터 유입되는 제2 가스는 유로 변경부(40)를 통해 반응로(200)로 유입된다.
한편 유로 변경부(40)와 커버(30)는 서로 역 방향으로 배치되어도 무방하다. 즉 유로 변경부(40)가 제1 열 교환기(10) 및 제2 열 교환기(20)의 상부에 위치하고, 커버(30)가 유로 변경부(40)와 대향하는 제1 열 교환기(10) 및 제2 열 교환기(20)의 하부에 위치할 수도 있다. 이때 제1 가스와 제2 가스의 유로 방향이 역으로 변경되더라도 제1 열 교환부(10) 및 제2 열 교환부(20)의 구조는 동일하며, 제1 가스와 제2 가스는 서로 역 방향으로 흐르는 대향류 구조가 될 수 있다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 제1 열 교환부 11 : 제1 통로
12 : 제2 통로 13 : 격벽
13a : 배출로 20 : 제2 열 교환부
20a : 중공 21 : 제3 통로
22 : 제4 통로 30 : 커버
30a : 제1 덕트 30b : 제2 덕트
31 : 제1 커버 32 : 제2 커버
33 : 제3 커버 40 : 유로 변경부
41 : 소스 수용부 42 : 제1 유로 변경부
42a : 제1 유로 42b : 제2 유로
43 : 제2 유로 변경부 43a : 제3 유로
43b : 제4 유로 44 : 제3 유로 변경부
44a : 제5 유로 44b : 제6 유로
100 : 열 교환 장치 200 : 반응로

Claims (9)

  1. 중심부에 반응로가 형성되고, 상기 반응로를 감싸도록 배치되며 상기 반응로에서 발생되는 제1 가스가 배출되는 제1 통로와, 상기 제1 통로와 이웃하게 배치되며, 외부로부터 유입되는 제2 가스를 유입하는 제2 통로를 구비하는 제1 열 교환부;
    상기 제1 열 교환부를 감싸도록 설치되며, 상기 제1 통로와 연결되어 상기 제1 통로로부터 상기 제1 가스를 전달받아 외부로 배출하는 제3 통로와, 상기 제3 통로와 이웃하게 배치되며 외부로부터 유입되는 상기 제2 가스를 상기 제2 통로에 유입하는 제4 통로를 구비하는 제2 열 교환부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열 교환부는 상기 제1 열 교환부의 측면을 감싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열 교환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 통로 내지 상기 제4 통로는 지면과 수직하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열 교환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 통로 및 상기 제2 통로 중 적어도 하나는 튜브(tupe)로 형성되며, 나머지 하나는 상기 튜브를 수용하는 쉘(Shell) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 열 교환 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 열 교환부 및 상기 제2 열 교환부의 상부에 설치되어, 상기 제3 통로로부터 배출되는 상기 제1 가스를 상기 외부로 배출하며, 상기 외부로부터 상기 제2 가스를 유입하여 상기 제4 통로로 유입시키는 커버;
    상기 커버와 대향하는 상기 제1 열 교환부 및 상기 제2 열 교환부의 하부에 설치되어, 상기 제1 통로 및 상기 제3 통로와, 상기 제2 통로 및 상기 제4 통로 사이의 각각에 연통 유로를 형성하는 유로 변경부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 열 교환 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커버는,
    상기 제1 통로와 연통되어 상기 반응로로부터 상기 제1 가스를 상기 제1 통로로 전달하는 제1 커버;
    상기 제1 커버와 이격된 상태로 배치되며, 상기 제3 통로와 연통되어 상기 제3 통로로부터 배출되는 상기 제1 가스를 외부로 배출하는 제1 덕트를 구비하는 제2 커버;
    상기 제2 커버와 이격된 상태로 배치되며, 상기 제4 통로와 연통되어 외부로부터 유입되는 상기 제2 가스를 상기 제4 통로에 유입하는 제2 덕트를 구비하는 제3 커버;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환 장치
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유로 변경부는,
    중심부에 공간을 형성하여 상기 반응로와 연통되며, 상기 반응로의 반응을 위한 소스가 구비되는 소스 수용부;
    상기 제4 통로를 통해 유입되는 상기 제2 가스를 상기 제2 통로로 유입시키는 제1 유로 변경부;
    상기 제1 유로 변경부에 의해 상기 제2 통로를 거쳐 유입되는 상기 제2 가스를 상기 소스 수용부로 유입시키는 제2 유로 변경부;
    상기 반응로를 거쳐 상기 제1 통로로부터 배출되는 제1 가스를 상기 제3 통로로 배출시키는 제3 유로 변경부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 커버 및 상기 유로 변경부는 상기 제1 및 제2 열 교환기에 탈부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 열 교환 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스와 상기 제2 가스는 서로 반대 방향으로 이동하는 대향류 구조인 것을 특징으로 하는 열 교환 장치.
KR1020180023569A 2018-02-01 2018-02-27 열 교환 장치 KR20190093477A (ko)

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