KR820001663B1 - 부채꼴판 지지체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

부채꼴판 지지체

제1도는 본 발명을 포함한 회전 재생식 열교환 장치의 단면도.

제2도는 일정간격으로 배치되는 작동 레버봉을 구비하며 피봇트 결합된 부채꼴판의 확대도.

제3도는 "고온" 단부에서 과도하게 열을 받고 있는 전형적인 회전자의 개략적 설명도.

회전 재생식 열교환장치에서는, 통상 다수개의 판재를 충전하여 형성된 열흡수재를 우선 고온 가스통에 배치하여 여기를 통과하는 고온 가스로부터 열을 흡수하고 있다. 이와 같이하여 판재가 고온가스에 의해 가열된 후판재는 공기와 같은 저온 유체가 흐르는 통로에 이동시켜져 열을 저온 유체에 방출하도록 되어 있다.

열 흡수재는 고온 유체와 저온 유체 사이에서 회전하는 회전자에 적재되는 한편, 회전자의 양 단부에서 부채꼴 판을 포함하고 있는 고정 하우징 구조체는 회전자를 포위하여 그곳을 통하여 고온 유체 및 저온 유체를 안내하도록 되어 있다. 고온 유체와 저온유체의 혼합을 방지하기 위해서, 회전자의 단연부에는 가요성 밀봉부재가 설치되어 있는데 이 밀봉부재는 회전자 하우징의 인접표면에 마찰하면서 회전자의 기계적 하중 및 열 왜곡에 의한 회전자의 휨이나 기타 왜곡에 대하여 탄성적으로 적응하도록 되어 있다.

회전자가 그의 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 하기 위해서는 회전자와 인접 하우징 사이에 일정한 최소 여유공간이 필요하지만, 이 공간의 크기가 과대하면 그 사이를 통하여 유체의 과잉누출이 야기되므로 과대한 여유공간의 크기는 피해야 한다. 그런데 회전자와 회전자 하우징 사이의 불균일한 팽창은 과잉누출에 대한 통로를 형성하게 되어 효율의 저하를 초래한다.

회전자와 인접 회전자 하우징의 팽창은 고온유체입구의 바로 근처에서 최대라고 생각된다. 즉 이 입구근방에서 회전자와 회전자 하우징은 모두 최대의 열팽창 및 열왜곡을 하게 된다. 이 지점, 즉 회전자의 고온 단부에서의 밀봉효과의 손실을 보상하는 구성은 미국특허 제3,786,868호의 명세서에 보여지고 있는데, 여기서는 평탄한 부채꼴판이 하우징에 의해 지지되어 있는 지점에 피봇트되어 있다. 미국특허 제3,404,727호와 같은 다른 특허에서는, 부채꼴판을 반경방향으로 인접하는 부분으로 분할한 다음, 각각의 부분이 회전자의 인접면에 대하여 양호한 관계를 유지할 수 있도록 각각의 부분을 균형적으로 설치하고 있다.

이와 같은 구성은 회전자와 인접부채꼴 판 사이의 여유 공간을 통한 유체의 누출을 감소시키는데 어느정도 유효하지만 여기서도 누출이 여전히 중요한 문제점으로 지적되고 있는데, 그 이유는 부채꼴판의 각부분이 직선적으로 팽창하는 반면 이곳에 인접한 회전자의 면이 반경방향 및 축방향으로 팽창하여 접시형태의 구조를 취하기 때문인 것으로 판명되었다. 따라서 온도가 상승하게 되면 보통 부채꼴판과 회전자의 면사이에 팽창차이가 발생하여 서로 상대적으로 회전하는 다수개의 회전자 부품사이에서 유체의 누출량이 증대하게 된다.

이에, 본 발명은 독립적으로 작동하되 서로 힌지(hinge)결합할 수 있게 반경방향으로 인접하는 부분으로 분할된 부채꼴판을 제공하고 있다. 반경방향으로 인접하고 있는 각각의 부분은 서로 독립적으로 작동하여 회전자의 단부에 밀접한 위치를 점유함으로써 그들 사이에서 생기는 누출량을 최소로 유지하고 있다.

다음은 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 상세하게 설명한 것이다.

본 발명에 따르는 열교환기는 수직 회전자 축(6)과 이에 대해 동심(同心)인 회전자 통(8)을 포함하고 있는데, 이들 사이의 공간에는 유체가 투과할 수 있는 열흡수재 (10)가 충전되어 고온 유체로부터 열을 흡수하여 이 열을 피가열 저온유체에 전달하고 있다.

고온 배기가스나 기타 다른 가열유체는 제3도에 도시된 바와 같이 입구 덕트 (12)를 통하여 열교환기에 유입되고, 전동기(11)에 의해 회전되는 열흡수재를 통과한 후에 출구 덕트(14)를 통하여 배출된다. 저온 공기나 기타 다른 피가열 유체는 입구 덕트(16)를 통하여 열교환기에 유입되어 가열된 열흡수재 위를 흐른 후 출구덕트(18)를 통하여 배출된다. 출구 덕트에는 보통 송풍기(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 고온의 열흡수재(10)의 위를 통과하여 열을 흡수한 유체는 최종 이용 장소로 안내된다.

원통형 하우징(22)은 간격을 두고 설치된 회전자를 포위하여 그 사이에서 환상 공간(24)을 형성하고 있는데, 이 공간으로 인하여 회전자는 그의 축 주위를 독립적으로 운전하게 된다. 회전자의 각 단부와 이들에 인접하는 하우징 구조체사이에 배설된 부채꼴판(26)은 가열유체의 흐름을 피가열 유체의 흐름으로부터 분리하는 작용을 한다. 일측의 유체흐름이 다른 축의 유체 흐름으로 누출되는 것을 방지하기 위해서 가요성 밀봉장치를 회전자의 단연부에 고정하여 회전자의 하우징의 인접면에 대향시킴으로써 그들 사이의 유체의 흐름을 방지하고 있는 것이 보통이다.

본 명세서에서 언급하고 있는 표준형 열교환기에 있어서, 고온가스는 하우징의 상단에 있는 입구 덕트(12)를 통하여 열교환기에 유입되며 여기로부터 하방으로 이동하면서 열흡수재(10)에 열을 전달한 후 냉각가스로서 출구 덕트(14)를 통하여 배출된다. 전형적인 열교환장치에 있어서 피가열 유체의 입구는 열교환장치의 하부에서 냉각된 가스의 출구에 인접하고 있기 때문에, 열교환장치의 하단부는 "저온"단부로 불리며, 가열유체의 입구에 인접한 단부는 "고온"단부로 불리고 있다. 회전자의 "고온"단부는 최대온도 변화를 일으키지만 회전자의 "저온"단부는 그보다 작은 온도변화 및 열팽창을 일으킨다는 것은 명백하다.

이와 같이 회전자 및 인접 회전자 하우징은 회전자의 "고온"단부에서 최대로 열팽창하며, 그 결과 회전자는 제3도에 도시된 바와 같이 뒤집어진 접시모양처럼 변형 또는 휘어지게 된다. 이러한 "휨"은 회전자와 인접 회전자 하우징 사이의 여유 공간의 증가를 초래하여, 사실상 상대적으로 운동하는 부품들 사이의 유체 누출을 증가시키는 결과를 가져온다.

하부 지지베어링(34)은 독립적인 지지 구조체에 강하게 장착되어 있으며, 그 결과 회전자를 지지하는 중앙 회전자 축(6)이 고정된 수직축 둘레를 회전할 수 있게 되어 있다. 회전자와 회전자 축이 가열될 때 이들은 축방향으로 팽창하는 것이 허용되어 있는 반면 반경방향으로의 이동은 회전자의 "고온" 단부에 있는 안내 베어링(35)에 의해 방지되어 있다.

본 발명은 가열유체를 피가열 유체로부터 분리시키는 부채꼴 판(26)을 회전자의 "고온" 단부에 설치하고 있다. 회전자의 "고온" 단부에 있는 개개의 부채꼴판은 독립적이며 반경방향으로 인접하고 있는 부분으로 분할되어 있는데, 이들 부분은 제2도에 도시된 바와 같이 긴 힌지(30)에 의하여 피봇트 결합되어 있다. 아울러 부채꼴판의 개개의 독립적인 부분은 작동간을 포함하고 있는데, 이 작동간은 상기한 부분에 힘을 가하여 인접 회전자 구조체의 변위량에 해당하는 거리만큼 상기 부분을 축방향으로 변위시킴으로써 그들 사이의 유체 누출량을 최소로 유지하고 있다. 다시 말해서, 상기한 부채꼴판의 각각의 부분이 제어를 받으며 작동하도록 하기 위해서, 안내 베어링(35)의 하우징이나 그 유사부분에 매달리는 작동간(36)을 제공하고 있는데, 이 작동간은 회전자 축(6)의 열팽창에 직접적으로 응동하여 상하로 운동하고 있다.

작동간(36)의 축방향으로 일정간격을 두고 배치된 지점(42A) (42B) (42C)에서 선회 가능하게 부착된 일련의 레버 봉(44A) (44B) (44C)은 부채꼴판(26)의 피봇트 결합된 개개의 부분과 행거(52A) (52B) (52C)에 수직운동을 부여하는 역할을 한다.

레버봉(44A)은 회전자의 단부에 놓여있는 고정된 하우징 구조체나 연결링크 (50)의 지점(46A)을 중심으로 요동할 수 있게 장착되어 있다. 다른 레버봉 (44B) (44C)도 레버봉(44A)과 같은 방법으로 장착되어 있다. 링크(50)자체는 작동장치 (51)에 선회 가능하게 장착되어 있는데, 이 작동장치는 폐색(閉塞)이라든가 기타 다른 부자연한 상태가 발생하였을 때 링크(50)와 이에 연결된 레버봉(44A)(44B)(44C)을 급속히 운동시키도록 되어 있다. 이리하여 밸브(53)를 작동시켜 압력원(55)으로부터 작동장치(51)로 다량의 압력유체를 공급함으로써 링크(50), 레버봉(44A, 44B, 44C), 행거(52A, 52B, 52C) 및 부채꼴판(26)의 관계되는 독립적인 부분을 그들 사이에 심한 간섭을 야기시키는 상태가 검지되었을 때 회전자의 인접면으로부터 수직방향으로 급속히 이동시킨다. 부채꼴 판의 각 부분에는 상자형 보강재(56)가 설치되어 있는데, 이 보강재는 부채꼴판의 각각의 독립부분의 상면에 접착되어 각각의 독립부분의 상면에 접착되어 각각의 독립부분을 항상 평면상으로 유지하고 있다. 상자형 보강재(56)는 적당한 추축 핀들(62)에 의해 대응하는 행거(52)를 취부하는 주요 기부(基部) 역할을 하며 이에 의해 부채꼴판의 개개의 독립적인 부분들은 레버봉(44A) (44B) (44C)에 피봇트 접속되어 있고, 상기한 레버 봉들은 다시 작동간(36)에 접속되어 있다.

회전자의 "휨"의 정도는 회전자의 반경방향의 중심으로부터 외측에 있는 단부에서 최대가 되며 이보다 내측에 있는 부분들은 점점 작아지기 때문에 부채꼴판의 피봇트 결합된 각 부분은 회전자에 가장 인접한 부분의 "휨" 정도에 따라 결정되는 양만큼 작동함으로써 그들사이의 여유공간을 최소로 유지하고 있다.

각각의 지점(46A) (46B) (46C)의 올바른 위치를 결정하기 위해서는, 회전자의 운전 조건을 파악해서 작동간(36)의 운동에 따르는 부채꼴판의 소정의 수직운동량을 얻기 위한 주지의 법칙과 이미 알고 있는 레버(44A, 44B, 44C)의 길이를 이용하여 작동간(36)과 각각의 지점까지의 거리 (d¹) (d²) (d³)를 계산해야 한다.

작용거리(1¹)(1²)(1³)(이는 각각 지점 46A, 46B 및 46C로부터 행거 52A, 52B, 52C까지의 거리에 해당함)에 대한 작용거리 (d¹) (d²) (d³)의 상대적인 길이를 변화시켜 각각의 지점(46A) (46B) (46C)의 위치를 올바로 정하는 것에 의해, 작동되는 부채꼴판의 수직운동은 회전자의 외형에 아주 긴밀하게 일치하여 행하여지고, 그 결과 그들 사이의 누출량을 최소로 유지된다.

레버 봉(44C)은 도면에서 부채꼴판(26)의 최내측 부분에 소정의 방법으로 작동력을 가하는 "제2급(second. class)"레버 봉으로 도시되어 있지만, 다른 연결방식을 이용하여 상기한 최내측 부분에 작동력을 가함으로써 전술한 바와 같은 회전자의 "휨"에 적응토록 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 기술사상에서 벗어나지 않고 여러가지 변형예를 얻을 수 있으며, 아울러 명세서에 설명되고 도면에 도시된 것들은 본 발명의 일례로서 본 발명이 여기에 국한되지 않는 것임을 주지해야할 것이다.

Claims (1)

1. 중앙회전자 축(6)과 이에 동심인 회전자 통(8)을 포함하는 회전자와, 상기한 회전자 축과 회전자 통사이의 공간에 적재되는 열흡수재(10)와, 회전자를 간격을 두고 포위하며 그의 양단에 가열유체 및 피가열 유체를 위한 입구 및 출구 덕트(12, 14) (16, 18)를 구비하고 있는 하우징(22)과, 회전자가 자신의 축을 중심으로 회전할 수 있도록 회전자를 하단에서 지지하는 지지 베어링(34)과, 회전자 축의 반경방향으로의 이동을 방지하기 위하여 회전자의 상단에 설치된 안내 베어링(35)과, 회전자를 회전시키는 전동기(11)등으로 구성되는 회전 재생식 열교환장치에 있어서, 가열유체를 피가열 유체로부터 분리하며 피봇트 결합되어 반경방향으로 인접하고 있는 평탄한 독립적인 부분(56)과, 회전자 축에 인접하여 회전자 축의 열팽창에 응동하여 운동하는 작동간(36)과, 작동간으로부터 외측을 향해 반경방향으로 신장되는 레버 봉(44A, 44B, 44C)과, 대응하는 각각의 레버 봉을 부채꼴판의 독립적인 부분에 연결하는 행거(52A, 52B, 52C)와, 일단이 작동장치(51)에 연결되어 있는 링크(50)에 상기한 레버 봉(44A, 44B, 44C)을 접속하는 지점(46A, 46B, 46C)등을 구비하는 것을 특징으로 하는 부채꼴판 지지체.

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