KR20220086454A - 쉘앤튜브 열교환기 및 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상부 튜브 시트 박스, 하부 튜브 시트 박스, 복수의 열교환 튜브 및 가압 볼트를 포함하는 쉘앤튜브 열교환기에 관한 것으로, 상기 복수의 열교환 튜브의 입구 단부가 상기 상부 튜브 시트 박스를 관통하고, 상기 복수의 열교환 튜프 출구 단부가 상기 하부 튜브 시트 박스를 관통하며, 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 밀봉 고무로 채워지되, 상기 밀봉 고무는 상기 열교환 튜브와 상기 상부 튜브 시트 박스 사이에 채워지고, 또한 상기 열교환 튜브와 상기 하부 튜브 시트 박스 사이에 채워지며, 상기 가압 볼트는 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스에 배치된다. 또한, 본 발명은 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법에 관한 것이다.

Description

쉘앤튜브 열교환기 및 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법 {Packaging Method of Shell and Tube Heat Exchangers and Shell and Tube Heat Exchangers}
본 발명은 쉘앤튜브 열교환기 및 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법에 관한 것이다.
쉘앤튜브 열교환기(shell and tube heat exchanger)는 코크스 산업, 야금, 화학 산업, 유해 폐기물 소각 시스템, 보일러 산업, 폐열 회수 시스템 및 도시 하수 처리 등의 분야에서 널리 사용되고 있다. 그렇지만, 일반적으로 사용 환경이 비교적 열악하고, 열교환 작동 유체(working medium)의 작동 온도 및 압력이 비교적 높으며, 부식성이 있기 때문에, 쉘앤튜브 열교환기의 열교환 튜브, 열교환 튜브 및 튜브 시트 패키징 공정에 고성능 지표가 필요하게 된다. 열교환 튜브와 튜브 시트 사이의 연결 방법은 주로 확장 연결, 용접, 폭발 연결 및 확장 용접을 포함하고, 서로 다른 연결 방법을 사용하는 경우 열교환 튜브와 튜브 시트의 연결 품질에 영향을 미치게 된다. 한편으로는, 열교환 튜브 당량의 직경이 감소(1mm 미만일 경우)하고 튜브 벽이 얇아질 경우(0.1mm 미만일 경우), 상술한 연결 방법에 의해서는 열교환 튜브의 튜브 벽이 파열될 수 있다. 또, 일부 연결 방법에 있어서는, 열교환 튜브가 막히기 쉬워 가공에 시간이 많이 걸리고, 대규모 가공이 어렵다. 확장 연결 방법도 비원형 열교환 튜브(예들 들어, 타원형 튜브, 드롭형 튜브)와 튜브 시트의 연결에는 적용될 수 없다. 다른 한편으로는, 특수 상황(강한 부식성 등)에 적용된 쉘앤튜브 열교환기에 있어서는, 비금속 열교환 튜브를 사용하는 경우 용접 또는 확장 연결 방법을 적용할 수 없으며, 부적절한 공정을 사용하는 경우 열교환기의 사용과 수명에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 처리 시간과 노동력을 절약하고 사용 및 수명에 영향을 주지 않으며 대규모 처리를 수행할 수 있는 쉘앤튜브 열교환기 및 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법을 제공할 필요가 있다.
본 발명은, 상부 튜브 시트 박스, 하부 튜브 시트 박스, 복수의 열교환 튜브 및 가압 볼트를 포함하는 쉘앤튜브 열교환기에 관한 것으로서, 상기 복수의 열교환 튜브의 입구 단부가 상기 상부 튜브 시트 박스를 관통하고, 상기 복수의 열교환 튜프 출구 단부가 상기 하부 튜브 시트 박스를 관통하며, 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 밀봉 고무로 채워지되, 상기 밀봉 고무는 상기 열교환 튜브와 상기 상부 튜브 시트 박스 사이에 채워지고, 또한 상기 열교환 튜브와 상기 하부 튜브 시트 박스 사이에 채워지며, 상기 가압 볼트는 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스에 배치된다.
상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 각각 상기 상부 튜브 시트, 하부 튜브 시트 및 측면 시트을 포함한다. 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 각각 복수의 타이로드를 더 포함하되, 상기 복수의 타이로드는 상기 열교환 튜브의 축 방향에 따라 상기 상부 튜브 시트와 상기 하부 튜브 시트 사이에 배치되어, 상기 상부 튜브 시트와 상기 하부 튜브 시트를 단단하게 고정한다.
상기 밀봉 고무는 실리콘 고무계, 폴리 설파이드 고무계, 우레탄 고무계 또는 디엔 고무계로부터 선택된다.
상기 복수의 열교환 튜브의 당량 튜브 직경은 100 마이크로미터 이상이고, 상기 복수의 열교환 튜브의 튜브 벽의 벽 두께는 수십 마이크로미터 이상이다.
쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법에는 다음의 단계가 포함된다:
(1) 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스와 복수의 열교환 튜브를 제공하고, 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 각각 복수의 개구부를 가지며, 상기 복수의 열교환 튜브는 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스의 개구부를 관통하는 단계;
(2) 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스에 액체 밀봉 고무를 채워 상기 복수의 열교환 튜브와 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스 사이에 액체 밀봉 고무가 채워지도록 한 다음, 상기 액체 밀봉 고무를 경화하여 상기 복수의 열교환 튜브가 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스 내에 밀봉 고정되도록 하는 단계; 및
(3) 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스에 가압 볼트를 설치하여, 밀봉 압력을 가하고 조정하는 단계.
상기의 단계 (1)에 있어서, 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스는 각각 상부 튜브 시트, 하부 튜브 시트 및 측면 시트를 포함한다. 상기 상부 튜브 시트, 하부 튜브 시트 및 측면 시트는 함께 캐비티를 형성하며, 상기 열교환 튜브의 축 방향을 따라 상기 상부 튜브 시트와 상기 하부 튜브 시트 사이에 타이로드가 배치되어 상기 상부 튜브 시트와 상기 하부 튜브 시트를 단단하게 고정한다.
상기 타이로드의 양단은 각각 상기 상부 튜브 시트와 상기 하부 튜브 시트에 고정되는바, 상기 타이로드의 일단은 상기 상부 튜브 시트 또는 상기 하부 튜브 시트에 용접되고, 타단은 용접, 나사 연결 또는 볼트-너트 연결을 통하여 상기 상부 튜브 시트 또는 상기 하부 튜브 시트에 고정된다.
상기의 단계 (2)에 있어서, 상기 액체 밀봉 고무의 점도의 범위는 500mpa.s로부터 100000mpa.s까지이다.
상기의 단계 (2)에 있어서, 상기 액체 밀봉 고무의 점도의 범위는 2000mpa.s로부터 20000mpa.s까지이다.
상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스는 각각 기계 절단 및 용접 가공 또는 3D 프린팅으로 형성된다.
본 발명의 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법은, 종래 기술과 비교하여, 전통적인 열교환 튜브와 튜브 시트의 연결 방법(용접, 확장 연결, 확장 용접 조합 등)을 변경한다. 밀봉 고무의 탄성, 유동성, 비압축성을 이용해 열교환 튜브와 튜브 시트가 밀봉 및 고정되어 열교환 튜브와 튜브 시트의 유연한 연결이 실현된다. 따라서, 상기 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법은 복수의 열교환 튜브를 튜브 시트에 신속하게 연결할 수 있다. 다시 말해서, 이 패키징 방법은 열교환 튜브와 튜브 시트를 동시에 연결하고 밀봉하기에 편리하고, 금속 또는 비금속 재질용 쉘앤튜브 열교환기 가공 공정에 적합하다. 따라서, 상기 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법은, 패키징을 한꺼번에 완료함으로써, 처리 시간과 노동력을 절감하고, 사용 및 수명에 영향을 주지 않으며, 대규모 가공을 수행할 수 있다. 또, 고무를 사용하여 열교환 튜브와 튜브 시트를 밀봉하여 고정하기 때문에, 열교환 튜브의 모양에 대한 요구 사항이 크게 줄어들고, 사용되는 열교환 튜브의 직경이 더 얇아지며, 튜브 벽이 더 얇아질 수 있다. 더 가늘고 더 얇은 열교환 튜브를 가진 쉘앤튜브 열교환기는 더 나은 방열 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 쉘앤튜브 열교환기의 단면 구조의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 쉘앤튜브 열교환기의 개략적인 평면 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법의 흐름도이다.
이하, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 있어서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
아래에, 본 발명에 대한 기술방안에 대해 명세서 및 도면과 구체적인 실시예에 근거하여 더 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 쉘앤튜브 열교환기(10)를 제공하며, 상기 쉘앤튜브 열교환기(10)는 상부 튜브 시트 박스(1), 하부 튜브 시트 박스(11) 및 복수의 열교환 튜브(3)를 포함하고, 복수의 열교환 튜브(3)의 입구 단부는 상부 튜브 시트 박스(1)를 관통하고, 복수의 열교환 튜브(3)의 출구 단부가 하부 튜브 시트 박스(11)를 관통한다. 상부 튜브 시트 박스(1) 및 하부 튜브 시트 박스(11)의 모양은 제한되지 않는바, 직사각형, 정사각형 또는 원기둥 등일 수 있으며, 열교환 튜브(3)를 고정, 지지 및 밀봉하는 역할을 한다. 이 실시예에서, 상부 튜브 시트 박스(1) 및 하부 튜브 시트 박스(11)는 직사각형이다. 상부 튜브 시트 박스(1) 및 하부 튜브 시트 박스(11)의 구조는 동일하고, 복수의 열교환 튜브(3)와의 연결 방식 및 밀봉 방식도 동일하다. 따라서, 본 실시예에서는 상술한 튜브 시트 박스(1)를 예를 들어 상세히 설명한다.
복수의 열교환 튜브(3)의 재질은 제한되지 않으며, 유리 튜브 등과 같은 다양한 유형의 비금속 튜브, 또는 금속 튜브일 수 있다. 열교환 튜브(3)의 단면 형상은 원형 또는 비원형(타원형, 드롭형 등)일 수 있으며, 열교환 튜브(3)의 당량 직경은 0.2mm∼200mm이고, 열교환 튜브(3)의 배열방식은 인라인 또는 크로스로우일 수 있으며, 열교환 튜브(3) 사이의 거리는 열교환 튜브의 당량 직경의 0.8∼3배이지만 이에 한정되지 않는다. 이 실시예에서, 열교환 튜브(3)는 금속 튜브이고, 단면 형상은 원형이며, 열교환 튜브의 직경은 0.5mm이고, 열교환 튜브(3)는 서로 평행하다. 열교환 튜브는 상압, 약간 양압 또는 음압 튜브이고, 복수의 열교환 튜브(3)는 상부 튜브 시트 박스(1) 및 하부 튜브 시트 박스(11)의 튜브 시트에 의해 위치 고정된다.
상부 튜브 시트 박스(1)는 상부 튜브 시트(4), 하부 튜브 시트(7) 및 측면 시트(6)를 포함한다. 상부 튜브 시트(4), 하부 튜브 시트(7) 및 측면 시트(6)는 함께 캐비티를 형성하고, 상부 튜브 시트(4) 및 하부 튜브 시트(7)에는 각각 개구부가 제공되며, 상부 튜브 시트(4)의 개구부와 하부 튜브 시트(7)의 개구부가 일대일로 대응한다. 상부 튜브 시트(4), 하부 튜브 시트(7) 및 측면 시트(6)는 볼트로 고정될 수 있거나 상부 튜브 시트 박스(1)는 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다. 열교환 튜브(3)의 입구 단부는 상부 튜브 시트(4) 및 하부 튜브 시트(7)의 대응하는 개구부를 관통한다. 상부 튜브 시트 박스(1)의 캐비티는 탄성 밀봉 고무로 채워지고, 열교환 튜브(3)는 밀봉 고무에 의해 상부 튜브 시트 박스(1)의 캐비티에 고정된다. 더욱이, 밀봉 고무는 상부 튜브 시트의 개구부에서 열교환 튜브(3)와 상부 튜브 시트(4) 사이에 채워지고, 또한 열교환 튜브(3)와 하부 튜브 시트(7) 사이에 채워짐으로써, 열교환 튜브(3)가 상부 튜브 시트(4) 및 하부 튜브 시트(7)에 고정 밀봉된다. 본 실시예에서, 열교환 튜브(3)와 상부 튜브 시트(4) 및 하부 튜브 시트(7)의 고정 및 밀봉은 밀봉 고무에 의해서만 실현되고, 다른 고정 및 밀봉 방법은 포함되지 않는다. 밀봉 고무는 밀봉 및 유연한 고정 및 구속의 역할을 한다. 상기 밀봉 고무는 특정된 유형은 없으며, 쉘앤튜브 열교환기의 특정 적용 환경에 따라 선택하여 사용할 수 있다. 밀봉 고무는, 구체적으로 실리콘 고무계, 폴리 설파이드 고무계, 우레탄 고무계 또는 디엔 고무계 등이다.
하부 튜브 시트 박스(11)의 구조는 상부 튜브 시트 박스(1)의 구조와 완전히 동일한 바, 여기서는 반복하여 설명하지 않기로 한다.
이 실시예에서, 가압 볼트(9)는 상부 튜브 시트 박스(1)의 측면 시트(6)에 제공되고, 가압 볼트(9)는 열교환 튜브(3)의 축 방향에 수직이며, 가압볼트(9)를 통하여 밀봉 압력을 가압 및 조절하여 열교환 튜브(3)와 튜브 시트 사이의 유연한 연결을 실현한다. 물론, 가압 볼트가 설치되는 위치는 제한되지 않으며, 상부 튜브 시트 박스의 상부 시트 또는 하부 시트에도 설치할 수 있는바, 밀봉 압력을 가하고 조절할 수 있으면 된다.
상기 쉘앤튜브 열교환기(10)는 열교환 튜브의 축 방향을 따라 튜브 시트 박스에 연결되고, 쉘앤튜브 열교환기(10)의 헤드 박스를 설치하는데 사용되는 연결 플랜지(8)를 더 포함한다.
쉘앤튜브 열교환기(10)의 작동 온도는 밀봉 고무의 정상 사용 온도보다 높지 않으면 된다. 일반적으로, 쉘앤튜브 열교환기(10) 내부 및 외부의 고온 및 저온 유체(cold and thermal fluid)의 작동 온도는 -70 내지 250℃이고, 작동 압력은 상압 또는 약간 양압(또는 부압)일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 열교환 튜브와 상부 튜브 시트 및 하부 튜브 시트의 고정 밀봉 방법은 고무 밀봉만으로 실현되며, 다른 고정 밀봉 방법을 포함하지 않기 때문에, 이 연결 방법은 열교환 튜브의 모양에 대한 요구 사항을 크게 줄이고, 사용되는 열교환 튜브의 직경을 더 얇게 만들 수 있는바, 약 100 마이크론의 당량 튜브 직경을 가진 열교환 튜브를 사용할 수 있고, 튜브 벽이 더 얇아질 수 있는바, 튜브 벽 두께가 수십 마이크론인 열교환 튜브를 사용할 수 있다. 더 가늘고 더 얇은 열교환 튜브를 가진 쉘앤튜브 열교환기는 더 나은 방열 효과를 발휘할 수 있다.
상부 튜브 시트(4) 및 하부 튜브 시트(7)의 면적이 크고 상부 튜브 시트 박스(1)의 캐비티 내의 압력이 높을 때, 상부 튜브 시트(4) 및 하부 튜브 시트(7)는 변형되어 쉘앤튜브 열교환기(10)의 방열 효과에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 열교환 튜브(3)의 축 방향을 따라 상부 튜브 시트(4)와 하부 튜브 시트(7) 사이에 타이로드(2)가 제공되어, 상부 튜브 시트(4)와 하부 튜브 시트(7)를 단단하게 고정하고 있다. 타이로드(2)의 양단은 각각 상부 튜브 시트(4)와 하부 튜브 시트(7)에 고정되는바, 일단은 상부 튜브 시트(4) 또는 하부 튜브 시트(7)에 용접되고, 타단은 용접, 나사 연결 또는 볼트-너트 연결에 의해 하부 튜브 시트(7) 또는 상부 튜브 시트(4)에 고정된다. 이에 따라, 상부 튜브 시트(4) 및 하부 튜브 시트(7)가 변형되는 것이 방지되고, 상부 튜브 시트 박스(1)의 캐비티 내의 압력이 유지되며, 상부 튜브 시트 박스(1)의 강성이 증가된다. 타이로드(2)의 수와 그 사이의 거리는 실제 적용에 따라 계산할 수 있다. 구체적으로, 타이로드(2)는 밀봉 고무의 부식에 강한 금속 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 타이로드(2)는 철, 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸 등으로 만들어질 수 있다. 이 실시예에서, 타이로드(2)는 철로드일 수 있다. 튜브 시트 박스와 타이로드는 기계적인 절단 및 용접 가공 또는 3D 프린팅에 의해 일체로 형성될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기 열교환 튜브의 양단은 각각 상부 및 하부 튜브 시트 박스를 관통하고 밀봉 고무 및 가압 볼트로 고정 연결된다. 튜브 시트 박스의 크기는 열교환 튜브의 수 및 튜브 직경 튜브와 튜브 사이의 거리에 따라 결정되고, 튜브 시트 박스의 양쪽에 있는 튜브 시트는 타이로드로 고정된다.
튜브 시트 박스에 채워진 밀봉 고무, 가압 볼트 및 타이로드를 통해 튜브와 튜브 시트 사이의 단단한 연결 및 유연한 연결이 실현된다.
또한, 본 발명의 실시예는 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법을 제공한다. 도 3을 참조하면, 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법에는 다음의 단계가 포함된다:
(1) 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스와 복수의 열교환 튜브를 제공하고, 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 각각 복수의 개구부를 가지며, 상기 복수의 열교환 튜브는 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스의 개구부를 관통하는 단계;
(2) 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스에 액체 밀봉 고무를 채워 상기 복수의 열교환 튜브와 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스 사이에 액체 밀봉 고무가 채워지도록 한 다음, 상기 액체 밀봉 고무를 경화하여 상기 복수의 열교환 튜브가 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스 내에 밀봉 고정되도록 하는 단계; 및
(3) 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스에 가압 볼트를 설치하여, 밀봉 압력을 가하고 조정하는 단계.
상기의 단계 (1)에 있어서, 상부 튜브 시트 박스는 상부 튜브 시트, 하부 튜브 시트 및 측면 시트를 포함한다. 상부 튜브 시트, 하부 튜브 시트 및 측면 시트는 함께 캐비티를 형성하며, 상부 튜브 시트 및 하부 튜브 시트에는 각각 개구부가 제공되고, 상부 튜브 시트의 개구부와 하부 튜브 시트의 개구부가 일대일로 대응한다. 상부 튜브 시트, 하부 튜브 시트 및 측면 시트는 볼트로 고정될 수 있거나 상부 튜브 시트 박스는 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다. 하부 튜브 시트 박스의 구조는 상부 튜브 시트 박스의 구조와 동일하기 때문에, 여기서는 반복하여 설명하지 않기로 한다.
복수의 열교환 튜브의 재질은 제한되지 않고, 유리 튜브 등과 같은 다양한 유형의 비금속 튜브, 또는 금속 튜브일 수 있다. 열교환 튜브의 단면 형상은 원형 또는 비원형(타원형, 드롭형 등)일 수 있다. 열교환 튜브의 당량 직경은 0.2mm∼200mm이고, 열교환 튜브의 배열방식은 인라인 또는 크로스로우일 수 있으며, 열교환 튜브 사이의 거리는 열교환 튜브의 당량 직경의 0.8∼3배이지만 이에 한정되지 않는다. 열교환 튜브는 상압, 약간 양압 또는 음압 튜브이다. 복수의 열교환 튜브의 입구 단부는 상부 튜브 시트 박스를 관통하고, 복수의 열교환 튜브의 출구 단부는 하부 튜브 시트 박스를 관통하며, 복수의 열교환 튜브는 상부 튜브 시트 박스, 하부 튜브 시트 박스 및 튜브 시트에 의해 위치 고정된다. 이 실시예에서, 열교환 튜브는 금속 튜브이고, 단면 형상은 원형이며, 열교환 튜브의 직경은 0.5mm이고, 각 열교환 튜브는 서로 평행하다.
상기의 단계 (2)에 있어서, 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스에 액체 밀봉 고무를 채워 열교환 튜브와 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스 사이에 액체 밀봉 고무가 채워지도록 한 다음, 액체 밀봉 고무를 경화함으로써, 복수의 열교환 튜브가 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스 내에 밀봉 고정된다. 액체 고무는 유동성이 좋기 때문에, 충진량이 충분하면 열교환 튜브와 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스 사이에 형성된 틈새로 액체 밀봉 고무가 유입될 수 있다. 액체 고무가 경화하여 액체 밀봉 고무가 고체 밀봉 고무로 응고되어 탄성체로 되며, 밀봉 고무는 상부 튜브 시트의 개구부에 있는 상부 열교환 튜브와 상부 튜브 시트 사이에 채워지고, 또한 하부 튜브 시트의 개구부에 있는 열교환 튜브와 하부 튜브 시트 사이에도 채워진다. 상기 밀봉 고무는 특정된 유형은 없고, 쉘앤튜브 열교환기의 특정 적용 환경에 따라 선택하여 사용할 수 있다. 액체 밀봉 고무의 점도 범위는 500mpa.s∼100000mpa.s이고, 바람직하게는 2000mpa.s∼20000mpa.s이다. 액체 밀봉 고무는 구체적으로 실리콘 고무계, 폴리 설파이드 고무계, 우레탄 고무계 또는 디엔 고무계 등이다. 이 실시예에서, 액체 밀봉 고무는 액체 실리콘 고무계이다.
밀봉 고무는 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스를 채우기 전에 입상(粒狀) 또는 분말일 수도 있지만, 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스에 채워질 때는 반드시 고온 연화를 거쳐 입자 또는 분말 밀봉 고무를 유체로 연화시킨 다음 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스에 채워져야 한다.
상기의 단계 (3)에 있어서, 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스에 가압 볼트를 설치하고, 가압 볼트에 의해 밀봉 압력을 가하고 조정하여 열교환 튜브와 튜브 시트의 유연한 연결을 실현한다. 본 실시예에서, 가압 볼트는 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스의 측면 시트에 설치되는바, 가압 볼트는 열교환 튜브와 수직한 방향으로 설치된다.
상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스는 밀봉 고무로 채워져 있는바, 밀봉 고무는 고온과 저온에 견딜 수 있고, 탄성과 비압축성이 좋으며, 작동 온도 범위가 넓다. 밀봉 고무는 열교환 튜브와 튜브 시트 사이에 채워져, 밀봉 및 유연한 고정 및 구속의 역할을 담당한다. 가압 볼트를 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스에 설치할 때, 밀봉 고무의 비압축성으로 인해, 밀봉 고무를 압착하면 압력이 상승하여, 밀봉 고무가 열교환 튜브와 튜브 시트의 개구부 사이의 틈새를 밀봉하고, 열교환 튜브와 튜브 시트를 밀봉 고정한다.
상기의 단계 (1)에 있어서, 상부 튜브 시트 및 하부 튜브 시트의 면적이 비교적 크고 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스의 캐비티 내의 압력이 높을 때, 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스의 상부 튜브 시트와 하부 튜브 시트가 변형되어 쉘앤튜브 열교환기의 방열 효과에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 열교환 튜브의 축 방향을 따라 상부 튜브 시트와 하부 튜브 시트 사이에 타이로드를 제공하는바, 아로써 상부 튜브 시트와 하부 튜브 시트가 단단하게 고정된다. 타이로드의 양단은 각각 상부 튜브 시트와 하부 튜브 시트에 고정되어 있는바, 일단은 상부 튜브 시트 또는 하부 튜브 시트에 용접되고, 타단은 용접, 나사 연결 또는 볼트-너트 연결에 의해 하부 튜브 시트 또는 상부 튜브 시트에 고정된다. 이로써, 상부 튜브 시트 및 하부 튜브 시트가 변형되는 것이 방지되고, 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스의 캐비티 내의 압력이 유지되며, 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스의 강성이 증가된다. 타이로드의 수와 그 사이의 거리는 실제 적용에 따라 계산할 수 있다. 구체적으로, 타이로드는 밀봉 고무의 부식에 강한 금속 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 타이로드는 철, 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸 등으로 만들어질 수 있다. 튜브 시트 박스와 타이로드는 기계적인 절단 및 용접 가공 또는 3D 프린팅에 의해 일체로 형성될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법은, 전통적인 열교환 튜브와 튜브 시트의 연결 방법(용접, 확장 연결, 확장 용접 조합 등)을 변경한 것이다. 밀봉 고무의 탄성, 유동성, 비압축성을 이용해 열교환 튜브와 튜브 시트가 밀봉 및 고정되어 열교환 튜브와 튜브 시트의 유연한 연결이 실현된다. 따라서, 상기 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법은, 복수의 열교환 튜브를 튜브 시트에 신속하게 연결할 수 있는바, 이 패키징 방법은 열교환 튜브와 튜브 시트를 동시에 연결하고 밀봉하기에 편리하고, 금속 또는 비금속 재질용 쉘앤튜브 열교환기 가공 공정에 적합하다. 따라서 상기 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법은, 패키징을 한꺼번에 완료함으로써, 처리 시간과 노동력을 절감하고, 사용 및 수명에 영향을 주지 않으며, 대규모 가공을 수행할 수 있다.
또, 고무를 사용하여 열교환 튜브와 튜브 시트를 밀봉하고 고정하기 때문에, 열교환 튜브의 모양에 대한 요구 사항이 크게 줄어들고, 사용되는 열교환 튜브의 직경이 더 얇아지며, 튜브 벽이 더 얇아질 수 있다. 더 가늘고 더 얇은 열교환 튜브를 가진 쉘앤튜브 열교환기는 더 나은 방열 효과를 발휘할 수 있다.
상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스의 면적이 클 경우, 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스의 상부 튜브 시트와 하부 튜브 시트 사이에 타이로드를 설치하여 상부 튜브 시트와 하부 튜브 시트를 단단하게 고정함으로써, 상부 튜브 시트 및 하부 튜브 시트가 변형되는 것이 방지되고, 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스의 캐비티 내의 압력이 유지되며, 상부 튜브 시트 박스와 하부 튜브 시트 박스의 강성이 증가된다.
본 발명의 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법은 주로 열교환 튜브와 튜브 시트의 연결에 관한 것으로, 저온 배가스 폐열 회수, 하수 처리 및 기타 분야에 적합하고, 열교환 튜브의 재료는 금속 튜브 또는 비금속 튜브로 될 수 있으며, 튜브 직경 변화 너비가 넓고, 상압 또는 약간 양압(또는 부압)에서 작동할 수 있다.
또한, 당업자는 본 발명의 사상 내에서 다른 변경을 할 수도 있으며, 물론 본 발명의 사상에 따라 이루어진 이러한 변경은 모두 본 발명이 주장하는 보호 범위에 포함되어야 한다.
1 상부 튜브 시트 박스
2 타이로드
3 열교환 튜브
4 상부 튜브 시트
5 밀봉 고무
6 측면 시트
7 하부 튜브 시트
8 연결 플랜지
9 가압 볼트
10 쉘앤튜브 열교환기
11 하부 튜브 시트 박스

Claims (6)

  1. 상부 튜브 시트 박스, 하부 튜브 시트 박스, 복수의 열교환 튜브 및 가압 볼트를 포함하는 쉘앤튜브 열교환기로서, 상기 복수의 열교환 튜브의 입구 단부가 상기 상부 튜브 시트 박스를 관통하고, 상기 복수의 열교환 튜브 출구 단부가 상기 하부 튜브 시트 박스를 관통하며, 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 밀봉 고무로 채워지되, 상기 밀봉 고무는 상기 열교환 튜브와 상기 상부 튜브 시트 박스 사이에 채워지고, 또한 상기 열교환 튜브와 상기 하부 튜브 시트 박스 사이에 채워지며, 상기 가압 볼트는 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스에 배치되는 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 각각 상부 튜브 시트, 하부 튜브 시트 및 측면 시트를 포함하고, 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 각각 복수의 타이로드를 더 포함하되, 상기 복수의 타이로드는 상기 열교환 튜브의 축 방향에 따라 상기 상부 튜브 시트와 상기 하부 튜브 시트 사이에 배치되어, 상기 상부 튜브 시트와 상기 하부 튜브 시트를 단단하게 고정하는 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 고무는 실리콘 고무계, 폴리 설파이드 고무계, 우레탄 고무계 또는 디엔 고무계로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 열교환기.
  4. 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법으로서,
    (1) 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스와 복수의 열교환 튜브를 제공하고, 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스는 각각 복수의 개구부를 가지며, 상기 복수의 열교환 튜브는 상기 상부 튜브 시트 박스 및 하부 튜브 시트 박스의 개구부를 관통하는 단계;
    (2) 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스에 액체 밀봉 고무를 채워 상기 복수의 열교환 튜브와 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스 사이에 액체 밀봉 고무가 채워지도록 한 다음, 상기 액체 밀봉 고무를 경화하여 상기 복수의 열교환 튜브가 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스 내에 밀봉 고정되도록 하는 단계; 및
    (3) 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스에 가압 볼트를 설치하며, 밀봉 압력을 가하고 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기의 단계 (1)에 있어서, 상기 상부 튜브 시트 박스 및 상기 하부 튜브 시트 박스는 각각 상부 튜브 시트, 하부 튜브 시트 및 측면 시트를 포함하고, 상기 상부 튜브 시트, 하부 튜브 시트 및 측면 시트는 함께 캐비티를 형성하며, 상기 열교환 튜브의 축 방향을 따라 상기 상부 튜브 시트와 상기 하부 튜브 시트 사이에 타이로드가 배치되어 상기 상부 튜브 시트와 상기 하부 튜브 시트를 단단하게 고정하는 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기의 단계 (2)에 있어서, 상기 액체 밀봉 고무의 점도의 범위는 500mpa.s∼100000mpa.s인 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 열교환기의 패키징 방법.
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