KR910000499Y1 - 역류형 열교환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

역류형 열교환기

제1도는 수평축을 갖춘 본 고안 열교환기의 정면개략도.

제2도는 제1도의 측면도.

제3도는 본 고안 열교환기의 다른 실시예를 좌,우반부에서 본 정면도 및 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가스입구 2 : 가스출구

3 : 원료입구파이프 4 : 호퍼

5 : 원료출구 6 : 원통체임버

32 : 가스출구파이프 33,33' : 입구파이프

36 : 원료입구노즐 37 : 중앙파이프

본 고안은 분말상태로 된 고체원료입자를 가스와 열교환시켜 예열하도록 된 열교환기에 관한 것으로, 특히 고체원료를 가스흐름의 접선방향으로 유입시켜줌으로써 열교환효율을 높일 수 있도록 된 역류형 열교환기에 관한 것이다.

이와 같은 열교환기는 연소시키고자 하는 고체연료를 예열하는데 쓰여지는 것으로, 이러한 연료예열작업은 연소공정에서 배출되는 고온의 배출가스를 이용하도록 되어 있다.

즉, 분말상태인 고체원료입자의 예열작업이 고체원료출구가 하부에 연결된 원추형 바닥부를 가진 직립형 원통형기형상의 사이클론으로 구성된 사이클론시스템(Cyclone System)내에서 이루어지도록 되어 있는 바, 이러한 사이클론시스템의 상부에는 실린더가 설치되어 가스상의 열교환매개물이 수송되도록 되어 있다.

그리고 이 실린더는 그 내부로 뻗은 출구파이프의 중심부를 관통하는 환상형 상부플레이트에 의해 그 작동거리가 제한되도록 되어 있다.

여기서 고체원료는 상기 실린더에 접선방향으로 연결설치된 입구파이프를 통해 가스흐름에 실려 원통용 기형상으로 된 사이클론내부로 공급되어 이 원통용기내에서 가스를 순환시키게 됨으로써, 고체원료가 용기의 벽쪽을 향해 비산되면서 열교환되어진 다음 벽에 부딪혀 일시정지상태로 되고, 이어 중력에 의해 상기 원통용기의 원추형바닥부를 타고 미끄러져 내려 원료 출구를 통해 배출되는 한편, 가스는 원통용기의 상부에 위치한 중앙파이프를 통해 열교환기 외부로 배출되게 된다.

그리고 고온의 가스와 고체원료사이의 열교환은 정지상태를 유지하고 있는 고체원료가 가스흐름에 혼입시켜지는 상승파이프내에서 이루어지게 되는 바, 이러한 열교환형태의 열교환기를 병류형(竝流形)열교환기라 한다. 즉, 2가지의 열교환매개물 사이에서 충분한 열교환이 이루어지도록 하기 위해서는, 상기와 같은 일련의 병류형 열교환기들을 여러개 설치할 필요가 있게되고, 특히 시멘트원료분말같은 것을 예열하기 위해서는 연소작업전에 4-5단계의 예열과정이 필요하게 된다.

한편 열교환시키고자 하는 매개물들이 상호 반대방향으로 유동하면서 열교환이 이루도록 된 역류형(逆流形) 열교환방식이 기히 공지기술로 알려져 있기도 한데, 이는 예열시키고자 하는 원료가 온도가 상승하는 고온의 가스쪽으로 점차 거슬러 이동되면서 예열되도록하여 열교환율을 향상시켜지도록 되어 있다.

또 이와 같은 역류형 열교환방식으로서는 예컨데 영국 특허출원 제988284호로, 원료와 가스를 상호 반대방향으로 유동시켜 열교환이 이루어지도록 된 열교환기가 소개된 것이 있는바, 이는 열교환기가 실린더축에 수평으로 설치된 평판형 원통용기형상으로 되어, 가스가 원통용기의 접선방향으로 유입된 다음 나선형 경로를 따라 유동하면서 고체원료를 예열하고나서 원통용기벽에 위치한 중앙파이프를 통해 방출되고, 또 분말상태의 원료는 상기 원통용기의 축을 따라 용기내부로 유입되도록 되어 있다. 여기서 이 원료에는 열교환기로 부터 방출되는 가스에 고체원료가 혼입되어 배출되지 않도록 하기 위해, 방출되는 가스흐름과 반대방향으로의 속도가 부여되게 된다.

한편 상기와 같은 역류형 열교환기의 다른 실시예로서, 원료를 가스출구로 부터 일정거리 떨어진 위치로 유입시켜 이 원료의 유입에 따라 원통용기내에서 발생하게 되는 가스의 와류흐름으로 상기 원료가 회전 운동하면서 원통용기의 가장자리쪽을 향해 비산된 다음, 상기 열교환된 원료가 원통용기의 벽에 부딪히고 나서 중력에 의해 낙하되어, 용기가장자리 최하부에 위치한 원료출구를 통해 용기로부터 배출되도록 된 것도 있다.

그러나, 상기 영국 특허출원 제988284호로 소개된 열교환기에 있어서는, 열교환기가 실린더축에 수평으로 설치된 평판형 원통용기형상으로 되어 있어서, 이 용기의 하단부위에 고체원료가 퇴적되면서 가스 및 고체원료흐름을 방해하게 되고, 그 때문에 분말상태의 원료일부가 가스흐름에 혼입되어 그대로 가스출구를 통해 배출되는 현상이 일어나게 된다. 따라서 이 가스흐름으로부터 고체입자를 분리시키기 위해 가스출구파이프에다 공지의 고체입자분리기를 설치해서, 가스흐름에 혼입되어 가스출구로 배출되어진 고체입가 상기 입자분리기에 의해 걸러지도록 하고, 이렇게 걸러진 고체입자를 다시 가스출구로부터 반경방향로 일정거리 떨어진 위치에서 원통용기내부로 재유입시켜야 하는 결점이 있었다.

또한 이러한 역류형 열교환기는, 상기 고체입자가 원통용기로 재유입되는 위치가 원통용기의 중심축으로 부터 멀리 떨어질수록 고체원료가 고온가스에 대해 역류형 흐름으로 유동하면서 열교환시켜질 수 있는 거리가 더 짧아지게 되어, 열교환효율이 낮아진다고 하는 결점도 있었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 제반문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고온가스와 분말상태의 고체원료를 역류형 흐름으로 유동시키면서 분말상태로된 원료중 극히 일부의 입자만 가스흐름에 혼입되어 가스출구파이프를 통해 배출되어 분리시켜지도록 함으로써, 종래의 고체입자분리기를 추가로 설치하지 않고서도 고체입자를 원하는 입도(粒度)로 분리시킬 수 있도록 된 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안 역류형 열교환기는, 수평축을 갖는 원통체임버와, 이 원통체임버의 가장자리에 설치된 접선방향의 가스입구, 이 가스입구로부터 가스출구까지의 가스흐름이 나선흐름이 되도록 원통체임버의 한쪽벽을 관통해서 원통체임버의 축에 인접되게 설치된 1개 이상의 가스출구, 상기 원통체임버의 축에 대해 반경방향으로 일정거리로 떨어진 위치에서 원통체임버내부로 고체원료를 유입시켜주도록 된 1개 이상의 원료입구 및, 상기 나선형 가스흐름의 원심력에 의해 상기 원통체임버의 가장 자리쪽으로 비산되어 하강하게 되는 고체원료를 배출시키도록 된 원료출구파이프를 갖춘 열교환기에 있어서, 상기 원료입구들중 1개 또는 각 원료입구가, 원료유입시에 상기 원통체임버축에 대한 나선형 가스흐름의 방향과 같은 방향으로 또는 원료를 원통체임버의 축에 대해 접선방향의 속도성분을 갖고 유입시켜지도록 배열된 것을 그 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 고안 역류형 열교환기는, 고체원료가 유입될 때 이를 별도로 가속시켜주지 않더라도 가스흐름에 의해 접선속도성분이 주어지게 됨과 더불어, 원통체임버의 축에 인접한 부위에서 상기 고체원료가 가스출구쪽을 향해 큰 축방향속도 성분을 갖게 되고, 또 상기 가스가 유입된 고체입자에다 회전운동력을 부여하게 되어 이 고체입자가 원심력에 의해 원통체임버의 가장자리쪽에 향해 비산되기 전에 고체입자의 일부를 분리시켜 가스출구를 통해 쉽게 배출시키게 되며, 그에 따라 고체원료가 원통체임버의 유입 위치에서 회전운동하고 있는 가스의 속도성분과 거의 같은 접선속도성분을 갖고서 유입되게 된다.

여기서 만일 원통체임버의 축방향 한쪽벽에 가스출구가 1개만 갖춰져 있는 경우에는, 고체원료가 축방향 다른쪽벽 가까이로 근접해서 유입되면서 고체원료의 유입부위에서 원료에 주어지는 가속도성분에 의해 회전운동을 하게 된다. 즉 원통체임버의 축에 인접한 가스의 축방향속도성분에 의해 상기 고체원료가 원통체임버의 축방향의 전체폭을 가로질러 분배되게 된다.

그런데 본 고안의 변형예로서 원통체임버의 축방향 폭을 가로질러 다수개의 원료입구를 설치해 놓게 되면, 고체원료가 원통체임버의 축방향 폭을 가로질러 원하는 형상으로 분배되어 유입되게 된다.

이하 본 고안을 첨부로 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

제1도와 제2도는 본 고안 역류형 열교환기의 정면도 및 측면도로서, 열교환기에 접선방향으로 설치된 가스입구(1)와, 열교환기의 중앙부에 설치된 가스출구(2), 이들 가스입구(1)와 출구(2)사이에 일점쇄선으로 도시된 나선형 경로를 따라 가스가 이동할 수 있도록 된 원통체임버(6)로 구성되어 있다.

여기서 고온가스로써 예열시키고자 하는 분말상태의 고체원료는, 상기 원통체임버(6)의 앞쪽에서 이 원통체임버(6)의 한쪽벽과 예각을 이루면서 그 끝이 원통체임버(6)내부로 관통해서 뻗은 원료입구파이프(3)를 통해 상기 가스흐름의 접선방향으로 지향하면서 원통체임버(6)로 유입되게 되는 바, 상기 원료입구파이프(3)는 언통체임버의 수평축과 평행한 평면내에 위치하도록 되어 있다.

그런데 원통체임버(6)의 가장자리쪽에 지향된 속도를 갖고서 유입된 원료는, 이 원통체임버(6)내부에서 회전유동하고 있는 가스에 의해 편향되어지면서 제1도에서 점선으로 도시된 나선경로를 따라 유동하게 된다. 여기서 상기 2개의 즉 일점쇄선 및 점선의 나선경로는 원통체임버(6)의 수평축을 중심으로 동일한 형상의 나선형으로 형성되기도 하나, 한쪽경로는 고체원료가 반지름방향 바깥쪽으로 이동하는 경로이고, 다른쪽 경로는 가스가 반지름방향 안쪽으로 이동하는 경로이다.

따라서 가스와 고체원료는 각각 상기 나선경로의 회전방향을 따라 상호 반대되는 방향으로 유동하게 되는바. 이때 고체원료는 원통체임버(6)의 안쪽으로 형성된 한쪽 나선경로를 따라 유동하게 되므로, 다른쪽 나선경로를 따라 유동하게 되는 가스의 흐름에 따라 비산되면서 열교환효과가 얻어지게 되고, 그에 따라 상기 고체원료는 점점 원통체임버(6)의 가장자리쪽으로 나선유동하면서 가스입구(1)로 부터 새로이 유입되는 가스, 즉 원통체임버(6)의 중심부쪽 가스보다 고온인 가스입구쪽 가스에 접촉하면서 열교환이 이루어지게 된다.

한편 상기 원통체임버(6)의 최하부에는 호퍼형상의 원료배출부위(4)가 연결되고, 이 원료배출부위(4)의 아래쪽에는 가스와 열교환되고 난 다음의 분말상태의 원료를 배출시키도록 연료출구파이프(5)가 연결되어져 있다.

다음에는 상기와 같이 구성된 본 고안의 작용효과를 대해 설명한다.

제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 원료입구파이프(3)를 통해 원통체임버로 유입된 원료는, 원통체임버(6)의 축에 대해 가스흐름의 회전방향과 같은 방향으로의 접선속도성분을 부여받게 되는 바, 즉 상기 원료입구 파이프(3)가 경사지게 위치해 있어서, 유입된 원료가 열교환기가 전체폭에 걸쳐 보다 넓게 분배될 수 있도록 축방향의 속도를 부여받게 된다.

이와 같이 원료가 축방향으로 분배되는 작용은, 상기 원료입구파이프(3)가 원통체임버(6)의 축방향의 한쪽벽에 위치된 가스출구와 마주보는 벽에 설치되어 있기 때문에 가속되게 되는 바, 원통체임버(6)내에서 회전운동하는 가스가 원통체임버(6)의 수평축 가까이로 접근하게 됨으로써 그 가스의 축방향속도성분이 증가되게 되므로, 상기 원료가 원통체임버(6)의 축방향을 가로질러 폭넓게 분배되게 된다.

마찬가지로 원통체임버(6)의 축방향 양쪽벽에 2개의 가스출구가 각각 갖춰진 열교환기에 있어서도, 유입된 분말상태의 원료가 이들 2개의 가스출구사이의 원통체임버(6)중심부쪽 영역으로 폭넓게 분배되게 된다.

그런데, 원통체임버(6)내부로 원료를 유입시키는 방법으로서는 상기 설명 이외에도 여러가지 방법이 있을수 있는 바, 예컨대 비산디스크 또는 회전바퀴를 가지고 원료를 축방향의 제트흐름형태로 유입시킬수도 있다. 여기서 상기 비산디스크에는 요구되는 접선속도성분을 원료에 부여해 줄 수 있도록 안내리브(rib)가 설치되고, 또 상기 회전바퀴는 열교환기의 원통체임버(6)내부에서 회전되는 가스와 같은 방향으로 회전하도록 되어 있다.

제3도는 본 고안의 변형예로서, 다수의 독립된 입구파이프를 통해 원통체임버(6)내부로 원료를 유입시키도록 된 열교환기의 원통체임버(6)를 도시해 놓은 것인 바, 도면에서 좌반부는 2개의 입구파이프(33')가 갖춰진 실시예를 정면도로 도시한 것이고, 우반부는 3개의 입구파이프(33)가 갖춰진 다른 실시예를 단면도로 도시한 것이다.

이 제3도의 실시예에서는, 변개로 된 원료입구노즐(36)이 각각 연결된 다수의 입구파이프(33,33')를 통해 원료가 원통체임버(6)내부로 공급되게 되는 바, 여기서 상기 원료입구노즐(36)은 원통체임버(6)의 수평축방향의 양쪽 벽에 고정 설치된 가스출구파이프(32)내부에 동심원상으로 배열되면서 상기 입구파이프(33,33')를 포위하도록 된 중앙파이프(37)에 각각 설치되어, 화살표방향으로 유압되는 원료가 상기 입구파이프(33 또는 33')를 통해 원통체임버(6)내부로 분산시켜서 공급되도록 되어 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 고안에 따른 원료입구 시스템은 열교환기의 전체폭에 걸쳐 균일한 속도분포가 얻어지도록 개개의 노즐을 통해 원료를 공급하는데 적용될 수도 있는바, 예컨데 열교환기의 원통체임버(6)의 축으로부터 반경방향을 소정거리만큼 떨어지면서 원통체임버(6)를 가로질러 설치된 원료입구파이프(3)에다 다수의 별도 노즐을 설치해서 원료주입속도가 적어도 원료주입시 임의점에서 가스속도의 접선 속도성분에 대응되도록 함으로써, 고체원료가 원통체임버(6)축방향 전체폭을 가로질러 폭넓게 분배되어져 고체입자를 원하는 입도로 효과적으로 분리시킬 수 있게됨과 더불어 열교환효율을 높힐 수가 있게 된다.

Claims (2)

1. 수평축을 갖는 원통체임버(6)와, 이 원통체임버(6)의 가장자리에 설치되어 접선방향으로 형성된 가스입구(1). 이 가스입구(1)로 부터 가스출구(2)에 이르기 까지 가스흐름이 나선흐름이 되도록 원통체임버축에 인접해서 원통체임버(6)의 한쪽선단에 관통설치된 가스출구(2), 상기 원통체임버(6)의 축으로 부터 반경방향으로 일정거리 떨어지도록 인접설치되어 원통체임버(6)내부로 원료를 유입시키도록 된 원료입구파이프(3) 및, 나선형 가스흐름을 관통해서 운통체임버(6)의 가장자리쪽으로 원심력에 의해 비산되어 낙하되는 원료가 배출시켜지도록 된 원료출구파이프(5)가 갖춰진 역류형 열교환기에 있어서, 상기 원료입구파이프(3)가, 원료유입시에 원통체임버(6)의 수평축에 대해 나선형 가스흐름의 방향과 같은 방향으로 원료에 접속속도성분을 부여해주도록 원통체임버(6)의 한쪽 벽에 예각을 이루도록 관통설치된 것을 특징으로 하는 역류형 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스출구(2)가 원통체임버(6)의 한쪽 벽에 설치되고, 상기 원료입구파이프(3)가 상기 가스출구(2)의 반대쪽 원통체임버(6)의 벽을 관통해서 이 원통체임버(6)의 수평축과 평행한 평면내에 가스출구(2)에 인접되게 설치된 것을 특징으로 하는 역류형 열교환기.