KR890003109B1 - 열 교환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

열 교환기

제1도는 종래기술에 의한 분리형 열파이프 장치의 구조.

제2도는 상기 제1도의 계통도.

제3도는 두계의 열흐름으로 정렬된 종래기술에 의한 분리형 열파이프 장치의 계통도.

제4도는 제3도의 장치에 열흐름간의 온도의 변화를 나타낸 그래프.

제5도는 강제 순환형의 종래기술에 의한 열파이프 장치의 구성도.

제6도는 본 발명의 실시예에 따른 열파이프 장치의 구성도.

제7도는 제6도에서의 열파이프 장치의 변형예이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 12,16 : 증발파이프군 2, 5, 13,15,19 : 덕트

7 : 상부헤더 8, 9 : 하부헤더

6, 14, 20 : 응축파이프군 18 : 관로

22, 23 : 하부헤더 10 : 안전밸브

11 : 가스분리기 39 : 가포발생수단

41 : 액체증기 분리기 42 : 바이패스통로

43 : 기포발생수단 44 : 유량조절기

본 발명은 열교환기에 대한 것이며, 특히 증발기와 이 증발기와의 분리된 응축기로 이루어진 열파이프 장치에 관한 것이다.

종래에 여러가지 열교환기가 개발되었다. 이들은 하나의 가열유체(고온유체)에 의하여 가열되어야 하는 둘또는 그 이상의 유체(저온유체)를 가열시키게 된다. 예를들어 종래에 축열 로타리 열교환기, 다수튜브 열교환기 또는 플레이트형 열교환기가 있다. 이들중에서 가열유체는 피가열유체의 수에 대응하는 분기 흐름분활형을 쓰고 있으며 열교환기 분기 가열유체 흐름과 이에 대응하는 피가열유체 사이에 행하여지며 또 대응피가열유체를 가열하는 각가열 유체내에서 열교환기의 기능이 행하여 진다.

상기 경우에 사용되는 열교환기로서 가열유체의 흐름내에 위치하는 증발기 파이프부를 포함하는 가열파이프 장치와 증발기 파이프부로 부터 거리를 두고 직렬로 설치되어 가열될 유체흐름내에 위치하게되는 응축파이프부와 상기 양파이프부를 연결하는 통로수단을 연합한 것이다. 일반적으로 이와 같은 열파이프장치는 분리형 열파이프 장치라고 부르며 수개의 안전밸브와 비응축 가수분리기를 가져야 한다. 응축파이프부의 수가 증가하게되면 안전밸브의 수와 비응축 가스 분리기의 수도 역시 이에 비례하여 증가된다. 이로서 열교환기의 부품 및 단가가 증가하게 된다. 더우기 양파이프부가 직렬로 배열된 상기 구조에서는 가열유체와 응축파이프부를 통과하는 피가열유체 사이의 온도차가 작으므로 유체의 상류측에서 열교환능력을 증가 시킬 필요가 있게 된다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 단점을 해소시킨 열교환기를 제공하는데 있다.

기타 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 도면에 따른 실시예의 설명에 의해 명백해질 것이다.

제1도는 종래의 분리형 열파이프 장치의 구조를 나타낸 것이다. 1은 증발파이프군을 나타내며 이는 덕트(2)내에 설치되며 이 덕트(2)를 통하여 가열유체(G1)가 통과한다. 증발파이프군(1)내에 매체가 가열유체(G1)에 의하여 가열되어 증기로 된다. 매체증기는 통로(4)의 통로부(4A)를 통하여 증발파이프군(1)의 상부헤더(3)로 부터 덕트(5)내에 설치된 파이프군(6)의 상부헤더(7)로 운반되며 가열된 유체(G2)흐름이 상기 파이프군(6)을 통해 흐른다. 증발파이프군(1)으로 부터의 매체증기는 응축파이프군(6)내에서 응축되며 이는 이 파이프군의 하부헤더(8)로 부터 통로(4)의 통로부(4B)를 통하여 증발 파이프군(1)의 하부헤더(9)내로 흐르게 된다. 응축파이프군(6)의 하부헤더(8)가 증기파이프군(1)의 하부헤더(9)의 레벨보다도 높게 위치되어 있으므로 매체는 자연순환하게 된다. 안전밸브(10) 및 비응축가스 분리기(11)가 통로(4)의 통로부(4A)내에 설치된다.

제2도는 제1도의 구조를 나타낸다.

제3도는 덕트(2)를 통해서 고온가스의 유체(G1)(예를들어 노의 연소가스)의 열을 두개의 유체(G2)(예를들어 연소에 필요한 공기) 및 (G3)(예를들어 연료가스)에 전달하도록 구성된 열파이프장치를 나타낸다. 덕트(2)안에는 두개의 상이한 증발파이프군(1), (12)이 각각 배설되어 있다. 덕트(5), (13)안에는 유체(G2),(G3)가 각각 통과하며 응축파이프군(6), (14)은 각각 증발파이프군(1), (12)과 연합배설 된다. 이 경우에 있어서 응축파이프군의 수와 동일한 수인 안전밸브가 요구되며 또한 6개의 비응축 가스 분리기가 요구된다. 따라서 필요한 부품수가 증가되어 단가 역시 이에 따라 증가된다.

더우기 상기 파이프군의 직렬구성에 있어서, 고온유체와 각각의 저온유체간의 온도차이가 제4도 표시와같이 출구 위치에서 작아지는 결함이 있게 된다. 그리고 제5도는 종래형의 강제순환형 열펌프장치의 구성도이며 동작매체증기(37)가 덕트(2)내의 증발파이프군(1)에 있는 가열유체에 의하여 가열되고 증발되며 덕트를 통하여 가열유체가 증발파이프군(1)의 상부헤더(3)로 부터 통로(4)의 통로부(4A)를 통해 덕트(5)내에 설치된 응축파이프군(6)내로 흐르고 덕트(5)에는 피가열유체가 흐르게 된다. 이로서 작동매체증기(37)는 이로부터 열을 빼앗겨 응축된다. 참조번호 7은 응축파이프군(6)의 상부헤더를 표시한다. 응축수(38)는 응축파이프군(6)의 하부헤더(8)로 부터 통로부(4B)를 통해 기포 발생수단(39)으로 들어간다. 기포 발생수단(39)은 일종의 기포 펌프로서 외부로부터 얻은 열(40)을 이용하여 응축수내에 기포를 발생시키는 것이다. 기포의 양력에 의하여 응축수(38)가 상승하여 통로부(4C)를 통하여 액체증기 분리기(41)로 들어간다. 액체증기분리기(41)에 의하여 분리된 액체는 통로부(4D) 및 증발파이프군(1)의 하부헤더(9)를 지나 파이프군(1)으로 유입된다. 한편, 상기 분리기(41)에 의하여 분리된 증기(기포)는 통로부 (4E)를 지나 통로부(4A)로 흘러가며 증발파이프군(1)으로 부터 배기된 증기와 만나게 된다. 상기와 같은 구조에 의하여 작동매체는 강재순환 된다. 강제순환용 펌프로서 기포발생장치가 사용되는 이유는 기포 발생장치가 단순한 구조를 갖고 있으며 외부로 부터 공급된 열에 의하여 발생된 기포자체가 잠열을 갖고 있기 때문이며, 이 잠열은 피가열 액체를 가열하기 위한 열원으로서 사용될 수 있다. 그러나 기포발생장치의 동작이 외부로 부터 공급된 열에 의존하기 때문에 외부로 부터의 열이 단절될때에는 작동매체가 순환을 멈추게되고 이로서 열교환기 자체의 기능이 감소된다. 따라서, 제6도에 표시한 본 발명의 한실시예에서는 피가열유체(G2)가 통과하는 덕트(19)를 가열유체(G1)가 통과하는 덕트(15)보다 더 낮은 위치에 배치하였다.

그결과 덕트(15)속에 배치한 증발파이프군(16)은 덕트(19)속에 배치한 응축파이프군(20)보다 더 높은 위치에 설치된다. 도면부호 42는 증발파이프군(16)을 바이패스 하는 가열유체(G1)를 위해 덕트(15)로 부터 분기되는 바이패스 통로를 나타낸다. 기포 발생수단(43)은 바이패스통로(42)내에 배치되고 기포발생수단(43)은 관로(18)의 연락관로(18C)에 의해 증발파이프군(16)의 하부헤더(23)에 연결된다.

도면부호 44는 바이패스통로(42)내에 설치된 유량조절기를 표시한다.

이하 가열파이프장치의 작동에 관해서 설명한다. 가열파이프장치로 부터 열이 방출되고 응축파이프군(20)내에서 응축된 작동매체는 하부헤더(22)와 연락관로(18B)를 통하여 기포발생수단(43)으로 유동한다. 상기 수단(43)에서 응축수는 바이패스통로(42)를 통과하는 가열유체(G1)의 일부에 의해 가열되어 기포를 발생한다. 그후 응축수는 액체증기 분리기(41)에 도달하기 위해 발생된 기포의 양력에 의하여 연락관로(18C)를 통해서 액체증기 분리기(41)까지 상승한다. 이로서 분리된 응축수는 증발 파이프군(6)내로 유입하고 한편, 기포는 연락관로(18D)내로 유입하여 증발파이그군(16)으로 부터의 증기와 연합되어 상부헤더(17)를 통해 연락관로(18A)를 거쳐서 응축파이프군(20)에 공급된다. 이때 가열유체(G1)의 온도는 그다지 높지않으며, 저온부식이 증발파이프군의 하류측에서 발생할 우려가 있게 된다. 온도표시 제어기(45)는 저온 부식의 발생을 방지하가 위해 제공된다. 즉, 온도표시제어기는 증발파이프군(16)의 하류측에서의 유체의 온도를 측정하여 유량조절기(44)의 개방도를 제어하게 된다. 이는 가열유체(G1)의 온도가 감소될때 유량조절기(44)의 개방도를 작게하여 상기 기포발생수단(43)에서 발생한 기포에 기인하여 상승한 액체의 유량을 감소시켜서 이로서 작동매체 순환양이 감소되도록 하여 설정된 값으로 증발파이프군의 하류측에서 유체온도의 강하를 방지하게 된다. 이경우에 상승하는 작동매체의 유량은 유량지시 제어기(4b)에 의해 측정되어 이 측정은 온도 표시제어기(45)내에 입력되어 캐스케이드 제어를 행하게 된다.

제7도에 표시한 가열파이프장치는 제6도에 표시한 작동의 순환통로를 중복시켜 만들어진 형태이다. 이 장치에 있어서 기포 발생수단(43)에 공급되는 가열유체량은 전체량의 10%미만이어야하며 이 가열유체속의 총열량은 잠열형태이고 액체내에서 기포를 통하여 증발파이프군으로 부터 증기열에 합쳐져서 이용됨으로써 온도 손실을 극소화 하게된다.

이 실시예에 의하면 기포발생수단의 이점을 가지므로서 외부열원의 영향을 받지 않고 항상 안전한 상태에서 열교환기의 작동을 수행할 수 있게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 가열유체(G1)의 흐름속에 배설된 증발파이프군(16)과, 이 증발파이프군으로 부터 이격되고 또한 이 증발파이그군 보다도 하방위치에 배설되고 피가열 유체(G2)의 흐름중에 배설된 응축파이프군(20)과, 이 응축파이프군의 입구와 상기 증발파이프군의 출구의 사이를 연통시킴과 동시에 증기상의 작동매체를 상기 증발파이프군 으로부터 상기 응축파이프군으로 유동시키는 제1연락관로(18A)와, 상기 응축파이프군의 출구와 상기 증발 파이프군의 입구와의 사이를 연통시킴과 동시에 액상의 상기 작동매체를 상기 응축 파이프군으로 부터 상기 증발 파이프군으로 유동시키는 제2연락관로(18B)를 가진 열교환기에 있어서, 상기 제2연락관로의 도중에 액상이 상기 작동매체의 일부를 증발시키기 위한 기포발생수단(43)을 설치함과 동시에 상기 증발파이프군을 바이패스하여 상기가열유체의 일부가 흐르는 바이패스통로(42)내에 상기 기포발생수단을 배설하고, 이로서 액상이 작동매체중에 기포가 발생하여 이 작동매체가 상승하며 작동매체가 강제적으로 상기 제1 및 제2연락관로를 통해서 순환되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 바이패스 유로를 통해서 흐르는 상기 가열유체의 유량을 조절하기 위한 유량조절기(44)를 가지며, 이로써 증발파이프군의 하류를 흐르는 상기 가열유체의 온도를 조절하도록 되어있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 기포발생수단 보다 하류의 상기 제2연락관로의 부분에 기액분리기(41)가 설치되고, 이 기액분리기에 의하여 분리된 액상의 작동매체가 상기 증발파이프 군으로 이송되고, 아울러 이 분리기에 의해 분리된 증기상의 작동매체가 상기 증발파이프군을 바이패스하여 상기 제1연락관로로 이송되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.

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