KR960005790B1 - 열 교환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

열 교환기

제1도는 본 발명에 따른 팩을 구성하는, 그리고 본 발명에 따라 열 교환기의 고온단에 이용되는 열 교환판의 평면도이다.

제2도는 제1도의 II-II의 방향으로 투시한 판의 단부도이다.

제3도는 그러한 판들로 형성된 팩의 채널들을 예시하는 제1도 및 제2도의 적층된 2개의 열 교환판의 사시도이다.

제4도는 열 교환기의 냉각 단부에 이용되는 본 발명에 따른 팩의 판을 보여주는 제1도와 유사한 도면이다.

제5도는 제4도의 판을 보여주는 제2도와 유사한 도면이다.

본 발명은 재생식 열 교환기에 관한 것이다.

재생색 열 교환기의 가장 잘 알려진 형태는 륭스트롬형(Ljungstrom type)인데, 이 타입의 열 교환기에서는 회전 부재에 대체로 평행하게 이격된 열 전달판의 몇개의 팩(pack)이 적층되고, 이 회전 부재의 두개의 대체로 반원형인 2개의 지역이 소위 "섹터판(sector plates)"에 의해 분리되며, 이 회전 부재가 축을 중심으로 회전하는 동안에 가열되는 가스가 이 반원형 지역중 하나를 통하여 하나의 축방향으로 공급되고, 냉각되는 가스는 다른 반원형 지역을 통하여 반대축방향으로 공급된다.

열 교환기에서 적층되는 다양한 형태의 판들이 제안되어 왔다.

영국 특허 제1335205호는 특별히 효과적인 형태의 판들을 보여주는데, 여기에서 판들로 이루어진 팩은 열교환 유체용 통로를 형성하는 겹쳐진 성형판들을 포함한다. 각각의 판은 그 판의 양측면에 일체적으로 평행하게 배치된 릿지들(ridge)을 포함하는 바, 이들 릿지들은 판의 중앙 평면을 기준으로 고려하였을 때, 릿지의 높이보다 더 큰 너비를 가진 평평한 부분에 의해 이격되어 있다. 판의 일측면에 있는 각 릿지는 판의 다른 측면에 있는 릿지에 인접하게 형성되어, 단면으로 도시했을 때 개방된 S형의 부분을 형성하도록 각각의 측면상에 배치된다. 팩의 판들은 하나의 판의 릿지가 인접한 판 또는 판들의 릿지와 교차 하도록 배치되며, 따라서, 인접한 판들은 릿지의 정상면을 따라 이격된 점들에서만 서로 접촉한다. 이러한 방법으로, 릿지들에 의해 이루어진 개방된 S형상 부분들안으로 연장하는 영역에 의해 채널들이 형성된다.

그러한 구조에 의하면, 매우 양호한 열 교환이 이루어질 수 있고, 그 판들자체는 매우 경제적으로 제조될 수 있는 것으로 판명되었다.

그러나, 이러한 형태의 열 교환기를 이용함에 있어서 그 열교환기를 통해서 흐르는 가스의 압력 강하가 매우 높을 수 있다. 이 가스들은 대개 팬(fans)에 의해 흐르게 되는 바, 열 교환기 판들의 팩을 통한 흐름 저항이 높으면, 그 팬을 구동하는데 필요한 에너지량이 증가된다. 따라서, 전체적인 시스템의 효율을 상승시키는 것이 매우 유리할 수 있다.

본 발명에 따라, 회전 부재와, 열 교환기의 고온단과 냉각단을 제공할 목적으로 그 열 교환기를 통해서 고온 가스와 저온 가스를 선택적으로 이동시키기 위한 수단을 구비하는 열 교환기를 제공하는 것이 제안되었는 바, 열 교환기에는 복수의 팩으로 이루어진 열 교환 요소들이 장착되며, 각각의 팩은 적층되어 열 교환 유체용 채널을 형성하는 성형 판들을 포함하며, 각각의 판은 그 판의 양측면에 일체적으로 배치되는 평행한 릿지들을 포함하고, 그 릿즈들은 그들의 높이보다 큰 너비의 편평한 판 부분에 의해 이격되어 있으며, 그판의 중심 평면에 대하여 고려하였을 때, 판의 일측면상에 있는 각각의 릿지는 판의 타측면 상에 있는 릿지에 인접하게 배치되어 그 양측면에 배치된 릿지들은 단면으로 도시했을 때 실질적으로 개방된 S형상 부분을 형성하며, 그 팩의 판들은 하나의 판의 릿지가 인접한 적어도 하나의 판과 접촉하여 그 릿지의 정상면을 따라 이격된 점들에서만 상호 접촉함으로써 그 릿지들의 개방된 S형상 부분안으로 연장하는 영역을 포함하는 상기 채널들을 형성하여 그 채널을 통한 유체의 흐름 저항이 열 교환기의 고온단에서 보다는 냉각단에서 현저히 작아진다.

그러한 구조를 이용하면, 채널을 통한 유체를 흐름 저항이 열 교환기의 고온단에서 보다는 냉각단에서 현저히 작아지기 때문에 전체 효율이 현저히 개선될 수 있다. 즉, 고온단에서는 판들 사이에 형성된 채널들의 단면치수를 비교적 작게하여, 상당량의 난류 흐름을 초래하는게 바람직한 바, 이는 열 교환기의 고온 부분과 중간온도 부분에서의 열 교환을 현저히 향상시킨다. 그러나, 열 교환기의 냉각단에서는 열 교환 필요성이 그다지 크지 않기 때문에 난류 흐름의 필요성이 그리 크지 않는 것으로 판명되었다. 뜻밖에도, 열 교환기의 냉각단에서의 흐름 저항을 감소시키고, 이로써, 고온 및 저온 가스 양자 모두를 구동하는 팬에 필요한 동력을 감소시킴으로써, 전체 효율이 현저히 개선될 수 있는 것으로 판명되었다.

열 교환기의 냉각단에서 릿지들의 높이, 따라서, 판들 사이의 간격이 열교환기의 고온단의 그것보다 현저히 크게 되도록 배치함으로써, 냉각단에서 채널들을 통한 유체의 흐름 저항이 감소될 수 있다. 특히, 열 교환기의 냉각단의 릿지의 높이가 고온단의 릿지 높이의 1.25 내지 2배이면 유리한 결과가 성취될 수 있는 것으로 판명되었다.

열 교환기의 고온단에서의 릿지 사이의 피치(pitch)에 비해서 냉각단의 릿지의 피치를 증가시킴으로써, 그 채널들의 단면적을 증가시킬 수도 있다.

특히 바람직한 구조에 있어서는, 냉각단의 판들의 릿지의 피치대 높이의 비가 3.5 내지 5.25이다.

가스의 보다 직선적인 흐름이 성취될 수 있도록 판들의 릿지의 각도를 변화시키면 추가의 장점이 성취될 수 있다. 예를 들면, 그 판들이 실질적으로 장방형인 경우, 냉각단에서의 릿지들의 중심측이 그 판의 양쪽의 종방향 연부에 대해서 15 내지 20°의 각도로 배치되는 반면에 고온단의 릿지들은 보다 큰 각도, 즉 적어도 20°이상인 것이 바람직한 것으로 판명되었다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 재생식 열 교환기의 냉각단용의 열 교환 판팩들이 제공되는 바, 각각의 팩은 적층되어 열 교환 유체용 채널을 형성하는 성형판들을 포함하며, 각각의 판은 그 판의 양측면에 일체적으로 배치되는 평행한 릿지들을 포함하고, 그 릿지들은 그들의 높이보다 큰 너비의 편평한 판 부분에 의해 이격되어 있으며, 그 판의 중심 평면에 대하여 고려하였을 때, 판의 일측면상에 있는 각각의 릿지는 판의 타측면상에 있는 릿지에 인접하게 배치되어 그 양측면에 배치된 릿지들은 단면으로 도시했을 때 실질적으로 개방된 S형상 부분을 형성하며, 그 팩의 판들은 하나의 판의 릿지가 인접한 적어도 하나의 판과 접촉하여 그 릿지의 정상면을 따라 이격된 점들에서만 상호 점촉함으로써 그 릿지들의 개방된 S형상 부분안으로 연장하는 영역을 포함하는 상기 채널들을 형성하여, 릿지들간의 피치대 릿지의 높이의 비가 3.5 내지 5.25이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 재생식 열 교환기의 냉각단용의 열 교환 판팩들이 제공되는 바, 각각의 팩은 적층되어 열 교환 유체용 채널을 형성하는 성형판들을 포함하며, 각각의 판은 그판의 양측면에 일체적으로 배치되는 평행한 릿지들을 포함하고, 그 릿지들은 그들의 높이 보다 큰 너비의 편평한 판 부분에 의해 이격되어 있으며, 그 판이 중심 평면에 대하여 고려하였을 때, 하나의 판의 일측면상에 있는 각각의 릿지는 판의 타측면상에 있는 릿지에 인접하게 배치되어 그 양측면에 배치된 릿지들은 단면으로 도시했을 때 실질적으로 개방된 S형상 부분을 형성하며, 그팩의 판들은 하나의 판의 릿지가 인접한 적어도 판과 접촉하여 그 릿지의 정상면을 따라 이격된 점들에서만 상호 접촉함으로써 그 릿지들의 개방된 S형상 부분안으로 연장하는 영역을 포함하는 상기 채널들을 형성하여, 릿지들의 중심축은 판의 양쪽의 종방향 연부에 대하여 15 내지 20°의 각도를 이룬다.

본 발명을 보다 쉽게 이해할 수 있도록, 첨부 도면을 참고로, 단지 예로써 본원 발명을 다시 설명하기로 한다. 첨부 도면중 제1도에 예시한 판(10)은 두께가 약 0.5mm인 박판 금속으로 형성되는 바, 그 판은 대체로 장방향으로서, 하나가 도면 부호(11)로 도시된 종방향 연부들을 가진다. 그 판은 편평한 부분(12)과 일체적으로 평행하게 절곡된 릿지(14)를 구비하는 바, 그 릿지들은 종방향 연부(12)에서 각도(α)로서 연장하며, 그 각도는 열 교환기의 고온단의 경우 적어도 20°인 것이 바람직하다.

제2도는 제1도의 선 II-II를 따라 취한 판의 단면을 상세히 보여주는 도면이다. 따라서, 릿지들(14)은 단면으로 도시했을 때, 실질적으로 S형 부분을 형성하도록 판의 양측면에 하나씩 번갈아 배치되는 릿지들(15)을 구비하는 것으로 볼 수 있는 바, 그 두 릿지들은 각이진 전이부(16)에 의해 상호연결된다.

제3도에서 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 동일한 판들이 상호 반대 방향으로 적층되면, 그 팩의 판들은 하나의 판의 릿지들이 인접한 판(들)의 릿지와 교차하여 그 인접한 판들이 그 릿지들의 정상면을 따라서 이격된 지점에서만 접촉하도록 배치된다.

제2도에서, 릿지들 사이의 피치는 부호(P)로 도시되어 있고, 판의 중심 평면으로부터의 릿지들의 높이는 부호(N)로 도시되어 있다. 제1도, 제2도 및 제3도의 판에 있어서, 피치(P)는 35mm이고, 높이(N)는 5mm이며, 각도(α)는 20°이다.

제4도 및 제5도에 도시된 변형된 구조에 있어서, 팩의 냉각단에 사용될 판들의 피치(P)는 역시 35mm이지만, 릿지 높이는 8.9mm이고, 각도(α)는 20°이다. 그러한 구조는, 그 채널의 단면적이 약 80% 증가하도록 하여 채널 내에 훨씬 더 적은 가스의 흐름 저항을 제공한다. 제1도, 제2도 및 제3도에 도시된 특별한 구조에 있어서, P/N비는 7인 반면에 제4도 및 제5도에 도시된 구조에 있어서는 P/N가 3.93이다. 변형 형태에 있어서는, 피치(P)가 25 내지 35mm이고, 높이가 6.8mm이므로, P/N비는 3.68 내지 5.15이다. P/N비가 3.5 내지 5.25이면 유리한 결과가 도출되는 것으로 확인되고 있다.

냉각단의 판들은 이들 판들이 보다 큰 응력 및 냉각단에서의 부식에 견디도록 할 수 있게 하기 위하여, 0.5mm보다 더 두꺼운 예컨대 0.8mm 두께인 것이 바람직하다. 예를 들면 냉각단에는 그 냉각단의 냉각 판에 보다 큰 부식을 초래하는 산의 형성 및 응결 가능성 때문에 이들 판들을 보다 두껍게 제조하는 것이 유리하다. 또한, 단에는 매연 생성물이 누적될 가능성이 한층 더 크기 때문에, 채널의 단면을 크게 하고 경사각(α)을 작게 하면 이러한 생성물 제거효과가 한층 촉진된다.

Claims (6)

1. 회전부재와 열 교환기에 고온단과 냉각단을 제공할 목적으로 열 교환기를 통해서 고온 가스의 냉각 가스를 선택적으로 공급하는 수단을 구비하는 열 교환기로서, 적층되어 열 교환 유체용 채널을 형성하는 성형 판들로 이루어지는 복수의 팩을 포함하며, 각각의 판은 그 판의 양측면에 일체적으로 배치되는 평행한 릿지들을 포함하고, 그 릿지들은 그들의 높이 보다 큰 너비의 편평한 판 부분에 의해 이격되어 있으며, 그 판의 중심 평면에 대하여 고려하였을 때, 판의 일측면상에 있는 각각의 릿지는 판의 타측면상에 있는 릿지에 인접하게 배치되어 그 양측면에 배치된 릿지들은 단면으로 도시했을 때 실질적으로 개방된 S형상 부분을 형성하며, 상기 팩의 판들은 하나의 판의 릿지가 인접한 적어도 하나의 판과 접촉하여 그 릿지의 정상면을 따라 이격된 점들에서만 상호 접촉함으로써 그 릿지들의 개방된 S형상 부분안으로 연장하는 영역을 포함하는 상기 채널들을 형성하는 열 교환기에 있어서, 상기 열 교환 요소들의 팩이, 고온단에 있는 제1형태의 팩과 냉각 단부에 있는 제2형태의 팩으로 구성되며, 냉각단에 있는 팩은 그들이 형성하는 채널을 통해서 고온단에 있는 팩의 흐름 저항보다는 현저히 적은 흐름 저항을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
2. 제1항에 있어서, 열 교환기의 냉각단에서의 릿지의 높이 및 그에 따른 판들 간의 간격이 열교환기의 고온단에서의 그것 보다 현저히 큰 것을 특징으로 하는 열 교환기.
3. 제2항에 있어서, 냉각단의 릿지의 높이가 열 교환기의 고온단에서의 릿지 높이의 1.25 내지 2배 사이인 것을 특징으로 하는 열 교환기.
4. 제1항에 있어서, 열 교환기의 냉각단에서의 릿지들 사이의 피치가 고온단에서의 릿지들간 피치보다 현저히 큰 것을 특징으로 하는 열 교환기.
5. 제1항에 있어서, 냉각단에서의 판들의 릿지간 피치대 릿지의 높이의 비가 3.5 내지 5.25인 것을 특징으로 하는 열 교환기.
6. 제1항에 있어서, 상기 판들이 거의 장방형 형상이고, 냉각단의 릿지의 중심 축들은 그들 판의 양쪽 종방향 연부에 대하여 15 내지 20°의 각도를 취하고 있는 것을 특징으로 하는 열 교환기.

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