KR20240020752A - 열교환기의 튜브 세척장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 튜브 세척장치에 관한 것으로, 열교환기의 튜브의 내,외면을 세척하는 것으로, 내부가 비어있는 중공관 형상이며, 외주면에 통공이 형성되고, 상기 튜브 내에 삽입되는 코어부; 상기 코어부의 전방측 외면에 돌출되게 결합되며 외측 단부가 튜브의 내경에 맞도록 돌출되는 길이가 설정되는 팁과, 상기 코어부의 외면에 결합되며 내부를 관통하여 상기 팁의 내측 단부에 접촉 지지되는 조절부재를 구비한 내측제거부; 상기 튜브의 입구에 결합되며 코어부의 외주면에 지지되도록 코어부가 통과하는 관통홀이 중심에 형성되어 코어부의 회전을 지지하는 롤링부; 상기 코어부의 후방측에 장착되는 제1종동기어와, 상기 제1종동기어와 치차결합되는 주동기어가 모터축에 장착된 구동모터로 구성된 구동부; 상기 코어부의 내부에 삽입되는 세정액 유입호스와, 상기 세정액 유입호스에 세정액를 공급하는 세정액 공급부;를 포함한다.

Description

열교환기의 튜브 세척장치{Heat exchanger tube cleaning device}

본 발명은 열교환기의 튜브 세척장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 튜브의 내,외부에 형성되는 파울링을 제거하도록 하는 열교환기의 튜브 세척장치에 관한 것이다.

일반적으로 전열 면에 발생하는 파울링(fouling)은 제조공정 및 보일러 설비의 효율을 크게 저하시키는 원인 중의 하나로서, 열 매체에 포함되어 있는 물질(실리카, 탄산칼슘, 황산칼슘, 미생물, 탄소 등)이 다른 성분과 반응하거나 열 교환 시 온도변화에 따라 용해조건이 변화함으로써 결정이 생성되어 열 교환기 면에 퇴적되거나 스케일을 형성하게 되는 현상을 말한다.

이러한 스케일은 전체 열 저항 중 가장 큰 열 저항으로 작용하여 막대한 에너지 손실을 초래하고, 전열유로 내 마찰계수를 증가시켜 장치의 압력손실을 발생시켜 원활한 운용을 방해하므로 장치의 수명과 에너지 효율에 심각한 악영향을 끼치는 요인이 된다.

한편 대형 플랜트에 설치되는 열교환기는 열교환매체를 내부로 유동시키면서 열교환이 이루어지도록 하는 튜브로 구성되어 있다.

특히, 대형 보일러에서 발생된 열을 교환하기 위하여, 보일러에서 발생되는 열을 포함하는 가스가 배출되는 상부에는 이러한 튜브가 다단으로 적층된 상태로 설치되어 있다.

즉, 다수의 튜브가 적층되어 일단의 튜브번들이 설치되고, 이러한 일단의 튜브번들로부터 일정한 간격을 두고 또 다른 일단의 튜브번들이 설치되는 방식으로 구성된다. 보일러에 발생된 열교환의 효율성을 최대화하기 위함이다.

보일러에서 배출되는 가스 중에 함유된 먼지 또는 이물질이 튜브의 표면에 부착되고, 시간이 지남에 따라 부착정도가 증가된다. 즉, 이러한 열교환기로서 다단으로 적층된 튜브의 사용 년수가 지남에 따라 튜브의 표면에 부착된 부착물(fouling)이 증대된다.

시간이 지남에 따라 이러한 부착물이 증대되어 두꺼워지고, 이에 따라 열교환기의 열 전달 효율이 낮아지게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 주기적으로 이러한 다단으로 적층된 튜브의 표면을 세척해 줄 필요가 있다.

즉, 튜브에 부착된 부착물을 제거해줄 필요가 있다.

파울링 저감 및 제거하기 위한 것으로서 입자순환 방식, 자기장을 이용한 스케일 생성방지 방식, 용수전처리 방식과 초음파를 이용한 저감 및 제거 방식이 있는데, 초음파를 제외한 기술들은 거의 파울링 저감효과만 존재하며 그 저감효과가 평균 40%에도 미치지 못하는 것으로 알려져 있다.

종래에는 일단의 튜브번들과 다른 일단의 튜브번들 사이에 작업자가 들어가 수작업으로 고압수로 튜브 표면의 부착물을 세척함으로써 열교환기의 효율을 유지하고 있는 실정이다.

작업자의 작업 환경이 열악하며, 세척한다 하더라도 최외측에 위치된 튜브의 표면만이 세척되어 일단의 튜브번들 전체에 대한 세척 효과 또한 매우 낮을 수 밖에 없다.

나아가, 세척작업이 수작업으로 이루어지는 바, 많은 비용과 시간이 소요되는 바, 세척작업의 효율성이 매우 낮은 문제점이 있었다.

대한민국 등록실용신안 20-0159279호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 튜브 내,외면에 형성된 파울링을 동반하여 제거하도록 하여 제거효율을 향상시킬 수 있도록 하는 열교환기의 튜브 세척장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 열교환기의 튜브의 내,외면을 세척하는 것으로, 내부가 비어있는 중공관 형상이며, 외주면에 통공이 형성되고, 상기 튜브 내에 삽입되는 코어부; 상기 코어부의 전방측 외면에 돌출되게 결합되며 외측 단부가 튜브의 내경에 맞도록 돌출되는 길이가 설정되는 팁과, 상기 코어부의 외면에 결합되며 내부를 관통하여 상기 팁의 내측 단부에 접촉 지지되는 조절부재를 구비한 내측제거부; 상기 튜브의 입구에 결합되며 코어부의 외주면에 지지되도록 코어부가 통과하는 관통홀이 중심에 형성되어 코어부의 회전을 지지하는 롤링부; 상기 코어부의 후방측에 장착되는 제1종동기어와, 상기 제1종동기어와 치차결합되는 주동기어가 모터축에 장착된 구동모터로 구성된 구동부; 상기 코어부의 내부에 삽입되는 세정액 유입호스와, 상기 세정액 유입호스에 세정액를 공급하는 세정액 공급부;를 포함하는 열교환기의 튜브 세척장치에 의해 달성될 수 있다.

상기 코어부의 전방측 외주면에 상기 롤링부와 동일한 직경을 가지며 튜브의 내측에 삽입되어 코어부를 지지하여 회전작동을 유지토록 하는 보조롤링부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 코어부의 후방측에 결합되는 지지대와, 상기 지지대에 후단이 결합되며 튜브의 외면과 평행하게 배치되며 튜브의 외면에 접촉되어 파울링을 제거하는 제거부가 형성된 샤프트로 이루어진 외측제거부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제거부는 와이어브러쉬 또는 다수의 돌기가 형성된 바이트인 것을 특징으로 한다.

상기 샤프트의 후단에 장착되는 제2종동기어와, 상기 제2종동기어가 제1종동기어와 치차결합되어 샤프트가 회전되도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 지지대에 연결되며 바퀴와, 바퀴를 구동시키는 동력원이 구비되어 지지대를 전후진시키도록 하는 주행부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1종동기어는 코어부와 체결 또는 해제되도록 하는 록킹수단;이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 록킹수단은 제1종동기어의 중심에 형성된 내부통공으로 출몰작동되는 스토퍼와, 제1종동기어의 표면에 나사결합되며 상기 스토퍼를 미는 조임볼트를 포함하고, 상기 스토퍼는 코어부와 접촉하는 스파이크가 일단에 형성되고, 타단에는 조임볼트의 단부와 접촉되는 경사면이 형성되고, 상기 조임볼트의 단부에는 스토퍼의 경사면에 접촉되는 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 튜브 내,외면에 형성된 파울링을 동반하여 제거하도록 하여 제거효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치에 대한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치에 대한 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치에 대한 배면도,
도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치의 '록킹수단'을 나타낸 사시도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치의 '록킹수단'의 작동을 나타낸 단면도.

이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 설명될 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치에 대한 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치에 대한 정면도, 도 3은 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치에 대한 배면도, 도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치의 '록킹수단'을 나타낸 사시도, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치의 '록킹수단'의 작동을 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 세척장치는,

열교환기의 튜브(T)의 내,외면을 세척하는 것으로,

내부가 비어있는 중공관 형상이며, 외주면에 통공(20)이 형성되고, 상기 튜브(T) 내에 삽입되는 코어부(2);

상기 코어부(2)의 전방측 외면에 돌출되게 결합되며 외측 단부가 튜브(T)의 내경에 맞도록 돌출되는 길이가 설정되는 팁(42)과, 상기 코어부(2)의 외면에 결합되며 내부를 관통하여 상기 팁(42)의 내측 단부에 접촉 지지되는 조절부재(44)를 구비한 내측제거부(4);

상기 튜브(T)의 입구에 결합되며 코어부(2)의 외주면에 지지되도록 코어부(2)가 통과하는 관통홀(60)이 중심에 형성되어 코어부(2)의 회전을 지지하는 롤링부(6);

상기 코어부(2)의 후방측에 장착되는 제1종동기어(71)와, 상기 제1종동기어(71)와 치차결합되는 주동기어(70)가 모터축에 장착된 구동모터(72)로 구성된 구동부(7);

상기 코어부(2)의 내부에 삽입되는 세정액 유입호스(82)와, 상기 세정액 유입호스(82)에 세정액를 공급하는 세정액 공급부(미도시);를 포함하여 구성된다.

코어부(2)는 원통관체로 이루어지고, 튜브(T)의 내부에 삽입되며 튜브(T)의 내경 보다 작은 내경으로 형성되어 그 외부에 돌출된 팁(42)이 튜브(T)의 내주면에 접촉될 수 있을 정도의 관경으로 형성됨이 바람직하다.

코어부(2)는 내부와 소통되는 다수의 통공(20)이 외주면에 형성된다.

코어부(2)의 내측으로 세정액 유입호스(82)가 삽입되어 세정액이 다수의 통공(20)을 통해 분사되어 튜브(T)의 내주면을 세척하게 된다.

또한 세정액 유입호스(82)를 통해 고압의 에어를 공급하므로써 코어부(2)의 다수의 통공(20)을 통해 고압에어 분사로 인해 튜브(T)의 내벽을 청소하거나 건조시킬 수 있다.

상기 코어부(2)의 전방측 외주면에 상기 롤링부(6)와 동일한 직경을 가지며 튜브(T)의 내측에 삽입되어 코어부(2)를 지지하여 회전작동을 유지토록 하는 보조롤링부(63);를 더 포함할 수 있다.

보조롤링부(63)는 튜브(T)의 내면 이물질이 팁(42)에 의해 제거된 후 매끈해진 내주면에 밀착됨으로써 튜브(T)에 삽입되는 길이가 길어진 코어부(2)의 회전작동을 안정적으로 지지해줄 수 있는 베어링(632)이 내장된 구조로 이루어질 수 있다.

한편 코어부(2)의 후방측에 결합되는 지지대(92)와, 상기 지지대(92)에 후단이 결합되며 튜브(T)의 외면과 평행하게 배치되며 튜브(T)의 외면에 접촉되어 파울링을 제거하는 제거부(93)가 형성된 샤프트(94)로 이루어진 외측제거부(9);를 더 포함한다.

제거부(93)는 튜브(T)의 외면에 고착된 파울링(F)을 제거하기 위한 것으로, 단단한 파울링의 제거에 적합한 와이어브러쉬 또는 다수의 돌기가 형성된 바이트로 이루어진다.

또는 파울링이 단단하지 않은 경우에는 부드러운 솔로 제거부(93)를 형성할 수 있을 것이다.

바람직하게는 상기 샤프트(94)의 후단에 장착되는 제2종동기어(95)가 형성되고 전단에는 롤링부(945)가 형성되어 샤프트(94)가 수평한 상태가 되도록 한다.

제2종동기어(95)는 제1종동기어(71)와 치차결합된다. 따라서 제1종동기어(71)의 회전에 연동되어 제2종동기어(95)가 회전되고, 이에 결합된 샤프트(94)가 회전됨으로써 제거부(93)가 회전하여 튜브(T)의 외면에 형성된 파울링 제거작업이 수행될 수 있다.

지지대(92)에는 제2종동기어(95)가 원주방향의 궤적으로 선회운동될 수 있도록 가이드홀(920)이 호형으로 형성된다.

따라서 가이드홀(920)을 따라 제2종동기어(95)가 호형 궤적으로 반복 선회되면서 튜브(T)의 외주면을 따라 이동하면서 제거작업이 실행될 수 있다.

즉, 구동모터(72)가 시계방향으로 일정 각도만큼 회전되면 주동기어(70)와 치차 결합된 제1종동기어(71)와 제2종동기어(95)가 일정 각도로 회전되어 자전함과 동반하여 가이드홀(920)을 따라 샤프트(94) 및 제거부(93)가 구동되므로 가이드홀(920)의 좌측 단부(도 1 참조)까지 이동하면서 튜브(T)의 외면에 대한 세척작업이 실시된다.

이와 반대로 구동모터(72)가 반시계방향으로 일정 각도만큼 회전되면 주동기어(70)와 치차 결합된 제1종동기어(71)와 제2종동기어(95)가 일정 각도로 회전되어 자전함과 동반하여 가이드홀(920)을 따라 샤프트(94) 및 제거부(93)가 구동되므로 가이드홀(920)의 우측 단부(도 1 참조)까지 이동하면서 튜브(T)의 외면에 대한 세척작업이 실시된다.

이러한 구동모터의 회전방향이 반복적으로 변경되어 튜브의 외면을 제거부(93)가 반복하여 세척할 수 있다.

한편 지지대(92)에 연결되며 바퀴(982)와, 바퀴(982)를 구동시키는 동력원(미도시)이 구비되어 지지대(92)를 전후진시키도록 하는 주행부(98);를 포함할 수 있다.

동력원은 자력 주행이 가능하도록 하는 모터일 수 있고, 전후방향으로 지지대(92)가 이동할 수 있어 튜브(T) 내에서 코어부(2)의 전진과 후진 작동을 수행할 수 있다.

한편 상기 제1종동기어(71)는 코어부(2)와 체결 또는 해제되도록 하는 록킹수단(5);이 형성된다.

도 4 및 도 5, 도 6을 참조하면, 록킹수단(5)을 해제작동(도 5 참조)시킨 후 코어부(2)를 튜브(T) 내에 적절한 깊이로 삽입한 다음 다시 록킹수단(5)을 잠금작동(도 6 참조)시킴으로써 제1종동기어(71)의 회전력이 코어부(2)에 전달될 수 있어 동반회전되도록 한다.

일 예에 따르는, 록킹수단(5)은 제1종동기어(71)의 중심에 형성된 내부통공(710)으로 출몰작동되는 스토퍼(52)와, 제1종동기어(71)의 표면에 나사결합되며 상기 스토퍼(52)를 미는 조임볼트(54)를 포함한다.

스토퍼(52)는 코어부(2)와 접촉하는 스파이크(522)가 일단에 형성되고, 타단에는 조임볼트(54)의 단부와 접촉되는 경사면(524)이 형성된다.

조임볼트(54)는 제1종동기어(71)의 후단부에 나사 결합되며, 내측 단부에는 스토퍼(52)의 경사면(524)에 접촉되는 테이퍼부(541)가 형성된다.

따라서 조임볼트(54)를 조여서 밀어넣으면 테이퍼부(541)가 진입하면서 스토퍼(52)의 경사면(524)을 밀게 되고, 스토퍼(52)는 외측으로 밀려남으로써 스파이크(522)가 코어부(2)의 외주면에 강하게 밀착되어 고정력을 갖게 된다(도 5 참조).

이후 제1종동기어(71)의 회전과 동반하여 코어부(2)가 회전되고, 그 선단의 팁(42)이 튜브(T)의 내주면을 긁어내면서 회전하게 되어 파울링 제거 작업이 수행될 수 있다.

아울러 코어부(2)의 내부에 세정액 유입호스(82)를 삽입한 후 세정액을 주입함으로써 세정액이 코어부(2)의 다수의 통공(20)을 통해 외부로 분출되어 팁(42)에 의해 박리된 이물질을 세정액이 쓸어내면서 튜브(T)의 외부로 배출될 수 있다.

한편 조임볼트(54)를 풀어 후퇴시키면 테이퍼부(541)가 빠져나오면서 스토퍼(52)를 미는 힘이 해제됨으로써 코어부(2)와 분리될 수 있다(도 6 참조).

따라서 코어부(2)를 이동시켜 튜브(T) 내로 더 밀어넣거나 또는 외부로 빼낼 수 있어 위치 설정이 가능해진다.

이와 같이 파울링 제거 작업을 실시한 후 세정액 유입호스(82)를 코어부(2)에서 제거한 후 내시경 카메라(미도시)를 코어부(2)의 내부에 삽입하고, 통공(20)을 통해 외부로 이동하여 튜브(T)의 내부를 촬영하여 세척상태를 확인할 수 있을 것이다.

비록 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

2 : 코어부 4 : 내측제거부
6 ; 롤링부 7 : 구동부
8 : 세정액 공급부 20 : 통공
42 : 팁 44 : 조절부재
52 : 스토퍼 54 : 조임볼트
63 : 보조롤링부 71 : 제1종동기어
72 : 구동모터 82 : 세정액 유입호스
92 : 지지대 94 : 샤프트
93 : 제거부 95 ; 제2종동기어
98 : 주행부

Claims (7)

1. 열교환기의 튜브의 내,외면을 세척하는 것으로,
   내부가 비어있는 중공관 형상이며, 외주면에 통공이 형성되고, 상기 튜브 내에 삽입되는 코어부;
   상기 코어부의 전방측 외면에 돌출되게 결합되며 외측 단부가 튜브의 내경에 맞도록 돌출되는 길이가 설정되는 팁과, 상기 코어부의 외면에 결합되며 내부를 관통하여 상기 팁의 내측 단부에 접촉 지지되는 조절부재를 구비한 내측제거부;
   상기 튜브의 입구에 결합되며 코어부의 외주면에 지지되도록 코어부가 통과하는 관통홀이 중심에 형성되어 코어부의 회전을 지지하는 롤링부;
   상기 코어부의 후방측에 장착되는 제1종동기어와, 상기 제1종동기어와 치차결합되는 주동기어가 모터축에 장착된 구동모터로 구성된 구동부;
   상기 코어부의 내부에 삽입되는 세정액 유입호스와, 상기 세정액 유입호스에 세정액를 공급하는 세정액 공급부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브 세척장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 코어부의 전방측 외주면에 상기 롤링부와 동일한 직경을 가지며 튜브의 내측에 삽입되어 코어부를 지지하여 회전작동을 유지토록 하는 보조롤링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브 세척장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 코어부의 후방측에 결합되는 지지대와, 상기 지지대에 후단이 결합되며 튜브의 외면과 평행하게 배치되며 튜브의 외면에 접촉되어 파울링을 제거하는 제거부가 형성된 샤프트로 이루어진 외측제거부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브 세척장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제거부는 와이어브러쉬 또는 다수의 돌기가 형성된 바이트이며,
   상기 샤프트의 후단에 장착되는 제2종동기어와, 상기 제2종동기어가 제1종동기어와 치차결합되어 샤프트가 회전되도록 한 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브 세척장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 지지대에 연결되며 바퀴와, 바퀴를 구동시키는 동력원이 구비되어 지지대를 전후진시키도록 하는 주행부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브 세척장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제1종동기어는 코어부와 체결 또는 해제되도록 하는 록킹수단;이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브 세척장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 록킹수단은
   제1종동기어의 중심에 형성된 내부통공으로 출몰작동되는 스토퍼와,
   제1종동기어의 표면에 나사결합되며 상기 스토퍼를 미는 조임볼트를 포함하고,
   상기 스토퍼는 코어부와 접촉하는 스파이크가 일단에 형성되고, 타단에는 조임볼트의 단부와 접촉되는 경사면이 형성되고,
   상기 조임볼트의 단부에는 스토퍼의 경사면에 접촉되는 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브 세척장치.