KR20230121875A - 증기 열 교환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일종의 증기 열 교환기인 것으로, 복합 헤더를 포함하고, 복합 헤더의 상방에는 1차 기체 진입 헤더 및 2차 기체 진입 헤더가 구비되고, 복합 헤더 및 2차 기체 진입 헤더 사이에는 전이 파이프를 통해 상호 연통되고; 2개 그룹의 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드를 더 포함하고, 여기에서 제1 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드의 출입단은 각각 1차 기체 진입 헤더 및 복합 헤더를 연결하고, 제2 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드의 출입단은 각각 2차 기체 진입 헤더 및 복합 헤더와 연결된다. 본 발명은 제1 레벨 열 교환 파이프 내부 및 열 교환 보드(파이프) 과정 내부 응축액 유동 방향을 따라 증기 유속을 제고하였고, 응축 액막의 배출 속도를 가속화하여, 응축 액막의 두께를 대폭 감소시켰고, 난류를 생성시켜, 제1 그룹 열 교환 보드(파이프) 과정 내부 열 교환 효율을 대폭 제고하였다. 본 발명은 헤더 내부의 관로 구조를 대폭 간소화하였고, 열 교환기 그룹 간의 2차 관로 연결을 감소시켰다. 이는 가공 조립을 더 간단화한다.
Description
본 발명은 일종의 열 교환 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 일종의 증기 열 교환 장치에 관한 것이다.
증기 파이프(보드) 공정에서 응축 응결 열 전달은 2가지 타입이 있다. 하나는 필름 응축이고; 다른 하나는 비드(드롭) 응축이다. 비드 응축은, 그 표면 열 전달 계수는 필름 응축보다 몇 배 또는 수십 배 더 크다. 증기는 수평 파이프(보드) 공정에서 응축되는데, 기본적으로 필름 응축에 속한다. 필름 응축의 경우, 벽면은 항상 한 층의 액막에 의해 복개되는 것으로, 응축 중 방출되는 상 변화 열(잠열)은 반드시 액막을 통과하여야 냉각 벽면에 전달될 수 있다. 따라서, 필름 응축의 주요 단점은, 응축 과정 중의 열 저항이 주로 응축액 필름 내부에 집중된다는 것이다. 필름 응축의 경우 열 교환 계수를 높이려면, 반드시 액막의 두께를 줄이거나, 유동하는 매질을 난류로 만드는 것이 필요하다.
필름 응축 열 교환의 경우, 열 교환 계수를 제고하고, 응축을 가속화하기 위해, 일반적으로 2차 또는 다차 열 교환기를 직렬 연결한 구조 형식을 채용한다. 예를 들어, 공개 번호 CN104132557A의 중국 발명 특허 출원은 "중간 배수식 고효율 응축 시스템"을 공개하였는데, 이는 적어도 두 단계의 열 교환기가 설치되고, 프론트 레벨 열 교환기의 열 교환 파이프 후단에는 프론트 레벨 인출단 헤더가 연결되고, 리어 레벨 열 교환기의 열 교환 파이프 전단에는 리어 레벨 진입단 헤더가 연결되고, 후단에는 리어 레벨 인출단 헤더가 연결되고; 프론트 레벨 인출단 헤더는 배관을 통해 리어 레벨 진입단 헤더와 상호 연결되고, 프론트 레벨 열 교환기가 배출하는 기체를 리어 레벨 열 교환기로 인입하는 데 사용되고; 프론트 레벨 열 교환기 및 리어 레벨 열 교환기는 동일 상자 내부에 위치하거나 각각 부동(不同) 상자 내부에 위치하고, 상자 하단에는 기체 진입구를 구비하고, 상단에는 축 유풍기가 장착되어 있다. 프론트 레벨 열 교환기 말단에 중간 배수를 실시하고, 프론트 레벨 열 교환기가 배출한 기체를 리어 레벨 열 교환기에 인입하는 것은, 열 교환 배관 내부 유체의 유동에 유리하고, 열 교환 배관 내부 액막의 배출을 가속화하여, 열 교환 계수를 대폭 상승시킨다. 액막 유동 방향을 따르는 증기 유속이 증가하므로, 액막은 난기류를 생성하고, 다른 측면에서는 액막은 벽면에 날릴 수도 있어, 열 교환 계수가 증대된다. 이러한 결과는 주로 아래 2가지 단점이 존재한다: 첫째, 열 교환 장치는 점유 면적이 크고, 헤더 내부에 연결된 관로를 많이 포함하고, 가공 복잡도가 증가하고, 조립 과정에서 재차 배관 연결을 필요로 하고, 2차 부식의 공정을 생성하고, 장착 난도를 증가시킨다. 둘째, 중간 배수 효과를 보면, 이러한 류의 구조는 효과가 만족스럽지 못하고, 주로 체현되는 것은: 상부 1차의 출액 헤더 및 하부 1차의 출액 헤더는 각각 독립적인 것으로, 양자는 일정한 압력 하강이 존재하고, 상부 1차의 출액 헤더 내부는 기체상 및 액체상의 혼합물인 것이므로, 유동 시 분리가 어렵고; 한편, 하부 1차의 기체 진입 헤더 및 상부 1차의 기체 출입 헤더는 상호 연통된 것으로, 각자의 출액 파이프는 직접 배출하는 것이므로, 압력 하강의 작용 하에, 일부 포말 액체 상태가 1차 기체 진입 헤더로의 유입을 야기한다. 하부 1차 열 교환기의 열 교환 효과에 영향을 미친다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 액막의 두께를 감소시키고 열 교환 효율을 향상시키면서 헤더를 포함하는 관로 구조를 대폭 단순화시켜 토지를 덜 점유하고 기존 기술의 단점을 극복하기 위해 가공 및 조립이 더 편리하다.
본 발명의 기술방안은 아래와 같다:
증기 열 교환기는, 배수관을 구비한 복합 헤더를 포함하고, 복합 헤더의 상방에는 1차 기체 진입 헤더 및 2차 기체 진입 헤더가 설치되고, 1차 기체 진입 헤더에는 기체 진입 관로가 구비되고; 복합 헤더 및 2차 기체 진입 헤더 사이는 전이 파이프를 통해 상호 연통되고; 2개 그룹의 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드를 더 포함하고, 여기에서 제1 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드의 출입단은 각각 1차 기체 진입 헤더 및 복합 헤더를 연결하고, 제2 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드의 출입단은 각각 2차 기체 진입 헤더 및 복합 헤더와 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드를 열 교환 파이프로 선택하는 경우, 상기 열 교환 파이프는 코일 파이프 또는 다단 U형 파이프이다.
바람직하게는, 상기 증기 열 교환기는 1차 기체 진입 헤더 하측부와 연통된 상단, 복합 헤더와 상호 연통된 하단을 더 포함하고, 1차 기체 진입 헤더 내부 액상 유체를 복합 헤더 내부의 바이패스 파이프로 유입한다.
진일보하게 바람직하게는, 상기 바이패스 파이프는 직관 파이프 또는 액봉(liquid seal) 구비 파이프이다.
바람직하게는, 상기 배수관에는 액체 저장기가 연결되고, 2차 기체 진입 헤더 및 액체 저장기 사이에는 평행 파이프가 연결된다.
바람직하게는, 상기 증기 열 교환기는 복합 헤더 및 배수관을 연통하는 데 사용되는 보조 배수관을 더 포함하고, 보조 배수관과 배수관 사이의 연통 지점은 배수관과 복합 헤더 사이의 연통 지점 대비 복합 헤더의 고압단에 더 근접한다.
바람직하게는, 1차 기체 진입 헤더 및 2차 기체 진입 헤더는 동일 헤더가 내부 설치 이격 보드를 통해 이격 형성된 2단 헤더이다.
본 발명의 적극적인 효과는:
첫째, 본 발명의 복합 헤더의 가장 중요한 기능 중 하나는 제1액체 출입단과 제2액체 출입단 사이의 압력차의 균형을 맞추는 것이며, 이는 1차 액체 출입단의 기액 분리 효과를 크게 향상시켰다. 제2 그룹 열 교환기의 효율이 향상되었다. 또한, 본 발명의 1차 기체 진입 헤더와 2차 기체 진입 헤더 사이에 압력 강하가 존재하여, 시스템 내부 기상 유동 속도가 증가하여, 응축 액막의 배출을 가속화하고, 응축 액막이 얇아지고, 시스템 내부 유체가 더 용이하게 난류를 형성하여, 열 교환 효율이 향상된다.
둘째, 전체 시스템은 최대 3개의 헤더를 채택하며, 특히, 하나의 이격 형성된 2단 헤더를 채용하여 2개의 헤더를 대체할 수 있다. 장치는 구조가 긴밀하고 점유 면적이 작다는 뛰어난 특징을 가지고 있으며, 한 번에 부식 방지 처리를 완료할 수 있어, 사용자 측에서 배관 연결 설치 및 2차 부식 방지 작업을 줄일 수 있다.
셋째, 1차 기체 진입 헤더 내부 압력은 2차 기체 진입 헤더의 압력보다 높다. 수액기에 연결된 밸런스 파이프는 2차 기체 진입 헤더에 연결되어 수액기의 내부 압력을 효과적으로 줄일 수 있어, 응축 시스템의 액체 반환에 유리하고, 또한 수액기 내부 매질 온도를 효과적으로 낮추어, 수액기의 냉각 작업량을 줄일 수 있다.
다섯째, 보조 배수관을 추가하는 방안에 있어서, 배수관을 복합 헤더의 저압단에 연결하여 주로 액체상을 배출하는 데 사용되고, 보조 배수관을 복합 헤더의 고압단에 연결하여 일부 액체상을 사전 배출함으로써 후속(제2 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드) 부하를 감소시킨다.
여섯째, 바이패스 배관을 추가하는 방안에 있어서, 상기 바이패스 배관을 통해 1차 기체 진입 헤더에서의 응축액 및 오일을 사전에 복합 헤더에 유입하고, 이에 따라 유막 및 액막의 영향을 효과적으로 줄이고, 열 교환 효율을 더욱 향상시킨다.
도 1은 본 발명 실시예의 구조도이다.
아래에서 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명에 대해 진일보하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 복합 헤더(1)를 포함하고, 복합 헤더(1)의 상방에는 1차 기체 진입 헤더(4) 및 2차 기체 진입 헤더(6)가 설치된다. 1차 기체 진입 헤더(4)는 기체 진입 관로(3)를 구비한다. 바람직한 방안으로써, 상기 1차 기체 진입 헤더(4) 및 2차 기체 진입 헤더(6)는 동일 헤더가 내부 설치 이격 보드(5)를 통해 이격 형성된 2단 헤더이다. 복합 헤더(1) 및 2차 기체 진입 헤더(6) 사이는 전이 파이프(7)를 통해 상호 연통된다. 2개 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드를 더 포함하고, 여기에서 제1 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드의 진출단은 각각 1차 기체 진입 헤더(4) 및 복합 헤더(1)를 연결하고; 제2 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드의 진출단은 각각 2차 기체 진입 헤더(6) 및 복합 헤더(1)를 연결하고; 복합 헤더(1)는 배수관(10)을 구비하고, 배수관(10)은 액봉 곡관(굽은 관)(11)을 통해 수액기(9)를 연결한다.
상기 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드를 열 교환 파이프로 선택하는 경우, 상기 열 교환 파이프는 코일 파이프 또는 다단 U형 파이프이다.
1차 기체 진입 헤더(4) 내부의 액체상 유체(주로 응축액 및 오일)를 복합 헤더(1) 내부에 유입함으로써, 유막 및 액막의 열 교환 효율에 대한 영향을 줄이고, 본 발명의 실시예는 진일보하게 1차 기체 진입 헤더(4) 하측부와 연통된 상단, 복합 헤더(1)와 상호 연통된 하단을 더 포함한다.
상기 바이패스 파이프는 바람직하게는 직관 파이프 또는 액봉(liquid seal) 구비 파이프이다.
본 발명의 실시예는 진일보하게는 2차 기체 진입 헤더(6) 및 수액기(9)를 연결하는 데 사용되는 밸런스 파이프(8)를 더 포함한다.
본 발명의 실시예는 진일보하게는 복합 헤더(1) 및 배수관(10)을 연통하는 데 사용되는 보조 배수관(12)을 더 포함하고, 보조 배수관(12)과 배수관(10) 사이의 연통 지점은 일반적으로 복합 헤더(1)의 고압단에 위치하고, 배수관(10)과 복합 헤더(1) 사이의 연통 지점은 일반적으로 복합 헤더(1)의 저압단에 위치한다.
사용 시, 상기 헤더, 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드 및 관련 연결 관로는 모두 하나의 하우징 내부에 설치되고, 물 분사 또는 공기 냉각을 통해, 시스템 내부 증기에 대해 응축한다. 고온 고압 증기는 1차 기체 진입 헤더(4) 좌단(left end)의 기체 진입 관로(3)로 진입하고, 제1 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드를 거쳐 하우징 내부 분무수 또는 냉기와 열을 교환하고, 부분 응축 후 복합 헤더(1)로 진입하고, 액체상은 배수관(10) 및 보조 배수관(12)을 거쳐 수액기(9)로 진입하고, 기체상은 전이 파이프(7) 및 2차 기체 진입 헤더(6)를 거쳐 제2 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드로 진입하고, 하우징 내부 분무수 또는 냉기와 열을 교환하고, 응축 후 복합 헤더(1)로 진입한 후, 배수관(10) 및 보조 배수관(12)을 거쳐 수액기(9)로 진입한다.
Claims (7)
- 증기 열 교환기에 있어서,
배수관(10)을 구비한 복합 헤더(1)를 포함하고,
복합 헤더(1)의 상방에는 1차 기체 진입 헤더(4) 및 2차 기체 진입 헤더(6)가 설치되고, 1차 기체 진입 헤더(4)에는 기체 진입 관로(3)가 구비되고; 복합 헤더(1) 및 2차 기체 진입 헤더(6) 사이는 전이 파이프(7)를 통해 상호 연통되고; 2개 그룹의 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드를 더 포함하고, 여기에서 제1 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드의 출입단은 각각 1차 기체 진입 헤더(4) 및 복합 헤더(1)를 연결하고, 제2 그룹 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드의 출입단은 각각 2차 기체 진입 헤더(6) 및 복합 헤더(1)와 연결되는 것을 특징으로 하는,
증기 열 교환기. - 제1항에 있어서,
상기 열 교환 파이프 또는 열 교환 보드를 열 교환 파이프로 선택하는 경우, 상기 열 교환 파이프는 코일 파이프 또는 다단 U형 파이프인 것을 특징으로 하는,
증기 열 교환기. - 제1항에 있어서,
1차 기체 진입 헤더(4) 하측부와 연통된 상단, 복합 헤더(1)와 상호 연통된 하단을 더 포함하고, 1차 기체 진입 헤더(4) 내부 액상 유체를 복합 헤더(1) 내부의 바이패스 파이프(2)로 유입하는 것을 특징으로 하는,
증기 열 교환기. - 제3항에 있어서,
상기 바이패스 파이프(2)는 직관 파이프 또는 액봉(liquid seal) 구비 파이프인 것을 특징으로 하는,
증기 열 교환기. - 제1항에 있어서,
상기 배수관(10)에는 수액기(9)가 연결되고, 2차 기체 진입 헤더(6) 및 수액기(9) 사이에는 밸런스 파이프(8)가 연결되는 것을 특징으로 하는,
증기 열 교환기. - 제1항에 있어서,
복합 헤더(1) 및 배수관(10)을 연통하는 데 사용되는 보조 배수관(12)을 더 포함하고, 보조 배수관(12)과 배수관(10) 사이의 연통 지점은 배수관(10)과 복합 헤더(1) 사이의 연통 지점 대비 복합 헤더(1)의 고압단에 더 근접한 것을 특징으로 하는,
증기 열 교환기. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
1차 기체 진입 헤더(4) 및 2차 기체 진입 헤더(6)는 동일 헤더가 내부 설치 이격 보드(5)를 통해 이격 형성된 2단 헤더인 것을 특징으로 하는,
증기 열 교환기.
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