KR101685795B1

KR101685795B1 - 열교환 유닛

Info

Publication number: KR101685795B1
Application number: KR1020150047068A
Authority: KR
Inventors: 이재달; 권우철; 이진운
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2016-12-20
Also published as: US10151537B2; US20160290729A1; EP3076117A1; EP3076117B1; KR20160118652A

Abstract

열교환 유닛이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환 유닛은 화력 발전소의 퍼니스에서 공급된 연소 가스와 열교환을 위해 덕트 유닛의 내부에 배치되고 상기 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 직경이 증가되는 제1 내지 제n 튜브 유닛이 구비된 튜브 유닛; 상기 제1 내지 제n 튜브 유닛의 외주면에 길이 방향을 따라 배치되어 상기 연소 가스와 열교환이 이루어지고 제1 튜브 유닛에서 제n 튜브 유닛으로 갈수록 두께가 증가되는 열교환 핀; 및 상기 열교환 핀의 외주면에서 폭 방향을 따라 연장되고 길이 방향을 따라 다수개가 배치된 열교환 돌기를 포함한다.

Description

열교환 유닛{Heat exchanger unit}

본 발명은 화력발전소의 퍼니스를 경유하여 이동된 고온의 연소 가스와 열교환을 실시하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 튜브 유닛과 열교환 핀으로 이루어진 열교환 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 화력 발전소의 퍼니스 후단에는 열교환을 위한 튜브가 설치되어, 상기 퍼니스를 경유한 연소 가스와 열교환을 통해 흡수탑으로 유입되는 연소공기에 대한 리히터(reheater)로 사용된다.

튜브는 내부로 고온의 유체가 이동되고 연소 공기와 열교환을 통해 리히터를 경유한 연소 공기의 온도를 상대적으로 변화시키기 위해 사용된다.

최근에는 퍼니스의 크기가 점차 대형화 되어가는 추세에 따라 화력 발전소의 저급탄 사용으로 인해 화력 발전소에서 다양한 에러 및 오작동이 발생된다.

종래에는 튜브의 외측 길이 방향을 따라 스파이럴 형태의 열교환 핀이 설치된 상태로 사용되었으나, 상기 열교환 핀은 연소 공기의 안정적인 유동 흐

름을 방해하는 문제점이 유발되었고, 연소 공기 중에 포함된 재(ash)로 인해 핀 외측에 다량의 재가 적층되는 현상이 유발되었다.

이로 인해 리히터 전체의 열교환 성능이 저하되고, 연소 가스가 다수개의 튜브를 경유하여 안정적으로 이동하지 못하고 부분적으로 압력 강하가 발생되거나 열전달 성능이 저하되는 다양한 문제점이 발생되었다.

대한민국등록특허 제10-0490722호 (등록일: 2005년5월 12일)

본 발명의 실시 예들은 화력 발전소의 퍼니스에서 발생된 고온의 연소 가스와 열교환을 위해 열교환 유닛에 설치된 열교환 핀의 구성을 변경하여 연소 가스와의 열교환 효율을 안정적으로 유지하고자 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛은 화력 발전소의 퍼니스에서 공급된 연소 가스와 열교환을 위해 덕트 유닛의 내부에 배치되고 상기 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 직경이 증가되는 제1 내지 제n 튜브 유닛; 상기 제1 내지 제n 튜브 유닛의 외주면에 길이 방향을 따라 배치되어 상기 연소 가스와 열교환이 이루어지고 제1 튜브 유닛에서 제n 튜브 유닛으로 갈수록 두께가 증가되는 열교환 핀; 및 상기 열교환 핀의 외주면에서 폭 방향을 따라 연장되고 길이 방향을 따라 다수개가 배치된 열교환 돌기를 포함한다.

상기 열교환 핀은 전면과 후면이 전방과 후방을 향해 각각 라운드지게 돌출된 돌출부를 포함한다.

상기 열교환 돌기는 상기 열교환 핀의 외주면에서 외측을 향해 유선형으로 돌출된 라운드 부를 포함하고, 상기 라운드 부는 상기 열교환 핀의 선단부에서 후단부로 갈수록 돌출된 반경이 감소되는 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 돌기는 상기 열교환 핀의 선단부에서 후단부로 갈수록 상면과 하면이 각각 하향 경사지게 연장된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 돌기는 상기 튜브 유닛과 마주보며 배치된 제1 열교환 돌기; 상기 튜브 유닛과 마주 보지 않는 위치에 배치된 제2 열교환 돌기를 포함한다.

상기 제1 열교환 돌기는 상기 제2 열교환 돌기에 비해 연장 길이가 상대적으로 짧은 길이로 연장된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 핀은 상기 튜브 유닛의 반경을 기준으로 서로 마주보며 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 핀은 상기 튜브 유닛의 반경을 기준으로 서로 어긋나게 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 핀은 평판 형태 또는 사다리꼴 형태 중의 어느 하나의 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 열교환 유닛은 화력 발전소의 퍼니스에서 공급된 연소 가스와 열교환을 위해 덕트 유닛의 내부에 배치되고 상기 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 점진적으로 직경이 증가되는 제1 내지 제n 튜브 유닛; 상기 제1 내지 제n 튜브 유닛의 외주면에 길이 방향을 따라 배치되어 상기 연소 가스와 열교환이 이루어지고 제1 튜브 유닛에서 제n 튜브 유닛으로 갈수록 두께가 증가되는 열교환 핀; 및 상기 열교환 핀의 외주면에서 폭 방향을 따라 상부와 하부를 향해 교대로 라운드지게 돌출된 열교환 리브를 포함한다.

상기 열교환 리브는 돌출된 단부에 중앙이 연결되고 상부와 하부를 향해 연장되어 상기 연소 가스가 상기 열교환 리브를 따라 이동되는 것을 가이드 하기 위한 가이드 리브를 더 포함한다.

상기 가이드 리브는 상기 열교환 리브의 돌출된 단부에서 상부와 하부를 향해 동일 길이로 연장된 것을 특징으로 한다.

상기 가이드 리브는 상기 열교환 리브의 돌출된 단부에서 수직으로 직교되어 외측으로 연장된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 리브는 돌출된 단부에 중앙이 연결되고 상기 열교환 핀을 향해 라운드지게 형성되어 상기 연소 가스가 상기 열교환 리브를 따라 이동되는 방향을 가이드 하기 위한 가이드 리브를 더 포함한다.

상기 가이드 리브는 상기 열교환 리브의 돌출된 단부에 중앙이 연결되고 상부와 하부를 향해 각각 소정의 길이로 연장된 제1 연장부; 상기 제1 연장부의 단부에서 상기 열교환 핀을 향해 각각 절곡된 제2 연장부를 포함하는

본 발명의 실시 예들은 화력 발전소의 퍼니스에서 발생된 연소 가스가 갖고 있는 열 에너지와 최대한 열 교환을 실시할 수 있도록 열교환 핀의 구조를 변경하여 열교환 유닛의 전체적인 열교환 효율을 향상시키고, 상기 연소 가스의 유동 박리를 최소화시켜 다수개의 열교환 핀에서 열교환을 안정적으로 실시하고자 한다.

본 발명의 실시 예들은 열교환 핀을 따라 이동하는 연소 가스의 이동 흐름을 상기 열교환 핀의 외주면에 최대한 밀착된 상태로 가이드 하여 연소 가스가 갖는 고온의 열 에너지와의 열교환을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛이 설치된 화력 발전소의 퍼니스를 경유하여 연소 가스가 이동되는 상태를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛의 배치 상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛의 구성을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 핀의 평면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 핀의 다른 실시 예에 의한 배치 상태를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 열교환 유닛의 배치 상태를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 열교환 유닛의 구성을 도시한 사시도.
도 8은 도 7의 변형 실시 예를 도시한 사시도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 에에 의한 열교환 리브의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 10 내지 도 11은 제2 실시 에에 의한 열교환 리브의 또 다른 실시 예를 도시한 도면.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛이 설치된 화력 발전소의 퍼니스를 경유하여 연소 가스가 이동되는 상태를 도시한 도면 이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛의 배치 상태를 도시한 도면 이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛의 구성을 도시한 사시도 이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 핀의 평면도 이다.

첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 열교환 유닛(1)은 화력 발전소의 퍼니스(2)에서 공급된 연소 가스와 열교환을 위해 덕트 유닛(3)의 내부에 배치되고 상기 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 직경이 증가되는 제1 내지 제n 튜브 유닛(11 ~ 10+n)이 구비된 튜브 유닛(10)과, 상기 튜브 유닛(10)의 외주면에 길이 방향을 따라 배치되어 상기 연소 가스와 열교환이 이루어지고 상기 제1 튜브 유닛(11)에서 제n 튜브 유닛(10+n)으로 갈수록 두께가 증가되는 열교환 핀(20); 및 상기 열교환 핀(20)의 외주면에서 폭 방향을 따라 연장되고 길이 방향을 따라 다수개가 배치된 열교환 돌기(30)를 포함한다.

열교환 핀(20)은 평판 형태 또는 사다리꼴 형태 중의 어느 하나의 형태로 이루어지는데, 본 실시 예 에서는 평판 형태로 한정하여 설명하나 다른 형태로 변경될 수 있다.

열교환 핀(20)은 튜브 유닛(10)의 길이 방향을 따라 다수개가 장착되며, 브레이징 용접 또는 다른 용접 방식을 통해 상기 튜브 유닛(10)의 외주면에 고정된다. 열교환 핀(20)은 연소 가스와의 열교환을 보다 효율적으로 실시하기 위해 열전도율이 우수한 구리 또는 구리와 유사한 열전도율을 갖는 재질이 사용되며 경제성을 고려하여 구리로 한정하여 설명하나 다른 재질이 사용되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

연소 가스는 덕트 유닛(3)으로 이동된 후에 튜브 유닛(10)을 따라 이동되는데, 다수개의 열교환 핀(20)의 외주면을 따라 일부의 연소 가스가 이동되고, 일부의 연소 가스는 열교환 핀(20)의 외주면을 따라 이동되면서 연소 가스가 가지고 있는 고온의 열 에너지와, 상기 튜브 유닛(10)을 통해 이송된 유체와 열 교환이 이루어진다.

튜브 유닛(10)은 일정한 직경으로 형성되거나, 서로 다른 직경으로 형성될 수 있으며, 직경이 상이하게 연장될 경우 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 직경이 증가되어 상기 연소가스와의 열교환 면적을 증가될 수 있어 퍼니스(2)에서 배출된 연소 가스와 열교환 유닛의 열교환 효율이 향상될 수 있다.

튜브 유닛(10)은 상기 연소 가스와 최초 접촉되는 제1 튜브 유닛(11)과, 상기 제1 튜브 유닛(11)과 이웃하여 배치된 제2 내지 제n 튜브 유닛(12 ~10+n)을 포함하고, 상기 제1 튜브 유닛(11)에서 제n 튜브 유닛(10+n)으로 갈수록 직경이 증가되는데, 상기 튜브 유닛(10)의 직경이 변화되는 이유는 일정 직경으로 상기 튜브 유닛(10)을 연장하는 것이 비해 직경 증가를 통해 전열 면적 증가를 도모하고 이를 통해 상기 튜브 유닛(100)의 단위 면적당 열전달 효율을 향상시키기 위해서이다.

튜브 유닛(10)은 연소 가스의 이동 방향과 직교된 상태로 배치되고, 열교환 핀(20)은 상기 연소 가스의 이동 방향과 일치된 상태로 배치되는 것이 상기 연소 가스와 열교환 핀(20) 사이에서 발생되는 유동 저항이 최소화되고, 난류 발생으로 인한 열전달 효율 저하를 예방할 수 있다.

열교환 핀(20)은 두께가 모두 균일하게 이루어지거나, 상기 제1 튜브 유닛(11)에서 제n 튜브 유닛(10+n)으로 갈수록 두꺼워지도록 구성될 수 있으며, 상기 두께는 제1 튜브 유닛(11)에서 제n 튜브 유닛(10+n)으로 갈수록 불규칙적으로 두께가 증가되지 않고 특정 비율로 두께가 점진적으로 증가되므로 연소 가스와 접촉되는 접촉 면적이 증가되고 이로 인해 열교환 핀(20)에서의 열교환 효율이 향상되어 보다 많은 연소 가스가 가지고 있는 열 에너지와 열 교환이 이루어질 수 있다.
참고로 제1 튜브 유닛(11)의 직경이 d일 경우 제n 튜브 유닛(10+n)의 직경은 상기 제1 튜브 유닛(11)의 직경(d) 보다 큰 dn의 직경을 갖도록 구성되고, 상기 제1 튜브 유닛(11)에 구비된 열교환 핀(20)의 두께가 t일 경우 제n 튜브 유닛(10+n)에 구비된 열교환 핀(20)의 두께(t')는 상기 제1 튜브 유닛(11)에 구비된 열교환 핀의 두께(t) 보다 두꺼운 두께로 형성된다.

본 실시 예에 의한 튜브 유닛(10)은 원형의 단면으로 이루어지고, 외주면에 일정 간격으로 다수개의 열교환 핀(20)이 소정의 간격으로 배치된다.

열교환 핀(20)은 전면과 후면이 전방과 후방을 향해 각각 라운드지게 돌출된 돌출부(22)를 포함하는데, 상기 돌출부(22)는 연소 가스가 열교환 핀(20)의 외주면을 따라 이동될 때 외주면에 최대한 밀착된 상태로 폭 방향을 따라 이동되도록 함으로써 상기 연소 가스가 열교환 핀(20) 의 외주면을 따라 박리되는 현상을 최소화 한다.

돌출부(22)는 유선형으로 형성되는데, 보다 상세하게는 타원 형태로 형성되므로 열교환 핀(20)을 따라 이동하는 연소가스는 열교환 핀(20)의 외주면을 따라 밀착된 상태로 이동되며 상기 열교환 핀(20)의 폭 방향에서 연소 가스의 유동 박리가 발생되지 않고 외주면에 밀착된 상태로 안정적으로 이동된다.

따라서 연소 가스가 갖는 열 에너지가 열교환 핀(20)의 외주면을 통해 효율적으로 전달될 수 있어 열 교환 효율이 향상된다.

열교환 핀(20)은 도면을 기준으로 전면에 형성된 돌출부(22)를 통해 외주면을 기준으로 폭 방향에서 연소 가스가 이동되는 동안 최대한 밀착된 상태로 상기 열교환 핀(20)의 좌측면과 우측면에서 각각 연소 가스가 이동된 후에, 후면에 형성된 돌출부(22)까지 이동된다.

열교환 돌기(30)는 전술한 열교환 핀(20)에서의 연소 가스의 이동에 따른 열전달에 따른 면적을 증가시키기 위해 상기 열교환 핀(20)의 외주면에서 외측을 향해 유선형으로 돌출된 라운드 부(32)를 포함하고, 상기 라운드 부(32)는 상기 열교환 핀(20)의 선단부에서 후단부로 갈수록 돌출된 반경(r)이 감소된다.

열교환 돌기(30)는 도면에 도시된 바와 같이 열교환 핀(20)의 폭 방향을 따라 연장되는데, 돌출된 반경은 도면 기준으로 전방에서 후방으로 갈수록 반경이 감소된다.

이와 같이 형성되는 이유는 전방위치에서의 돌출 반경이 후방에 비해 감소될 경우 연소 가스의 이동 속도는 전방에서 후방으로 갈수록 이동 속도가 상대적으로 증가될 수 있고, 돌출된 라운드 부(32)로 인한 면적 증가로 인해 연소 가스가 갖는 고온의 열 에너지와 열교환 돌기(30) 상호 간의 열전달 효율이 향상될 수 있다.

또한 열교환 돌기(30)의 돌출된 면적에 해당되는 만큼 열교환 효율이 향상될 수 있어 연소 가스와 튜브 유닛(10)을 통해 이동되는 유체의 열전달률이 향상된다.

열교환 돌기(30)는 열교환 핀(20)의 좌측면과 우측면에 각각 형성되거나 좌측면 또는 우측면 중의 어느 한 면에만 선택적으로 형성되는 것도 가능하며 라운드 부(32)의 라운드 진 반경은 변경될 수 있다.

열교환 돌기(30)는 상기 열교환 핀(20)의 선단부에서 후단부로 갈수록 상면과 하면이 각각 하향 경사지게 연장되는데, 이 경우 연소 가스의 이동 속도가 증가되어 특정 위치에 위치된 열교환 핀(20)에서 연소 가스가 부분 정체되는 현상을 최소화 할 수 있다.

상기 열교환 돌기(30)는 하향 경사진 각도를 시뮬레이션을 통해 최적의 각도로 셋팅할 경우 이동 속도의 증가에 따른 연소 가스의 유동이 박리되는 형상이 억제되어 열교환 돌기(30)에서의 열교환 효율이 향상된다. 따라서 튜브 유닛(10)에 설치된 다수개의 열교환 핀(20)과 열교환 돌기(30)를 통한 열교환 효율이 전체적으로 향상된다.

열교환 돌기(30)는 상기 튜브 유닛(10)과 마주보며 배치된 제1 열교환 돌기(34)와, 상기 튜브 유닛(10)과 마주 보지 않는 위치에 배치된 제2 열교환 돌기(36)를 포함한다.

제1 열교환 돌기(34)와 제2 열교환 돌기(36)는 열교환 핀(20)에서의 효율적인 열전달을 위해 도면에 도시된 상태로 배치될 수 있으며 상기 튜브 유닛(10)과 마주보는 위치에 배치된 제1 열교환 돌기(34)는 상기 제2 열교환 돌기(36)에 비해 연장 길이가 상대적으로 짧은 길이로 연장된다.

이와 같이 연장되는 이유는 튜브 유닛(10)의 형상에 기인하며 상기 제1 열교환 돌기(34)의 돌출된 반경은 제2 열교환 돌기(36)에 비해 상대적으로 작은 반경으로 돌출될 수 있으며 이로 인해 연소 가스의 이동 속도 향상과 유동 박리를 최소화 할 수 있다.

첨부된 도 5를 참조하면, 열교환 핀(20)은 상기 튜브 유닛(10)의 반경을 기준으로 서로 마주보며 배치되거나, 상기 튜브 유닛(10)의 반경을 기준으로 서로 어긋나게 배치될 수 있으며 특별히 특정 배치 상태로 한정하지 않는다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 열교환 유닛에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 6 내지 도 7을 참조하면, 열교환 유닛(1a)은 화력 발전소의 퍼니스에서 공급된 연소 가스와 열교환을 위해 덕트 유닛의 내부에 배치되고 상기 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 점진적으로 직경이 증가되는 제1 내지 제n 튜브 유닛(101 ~ 100+n)이 구비된 튜브 유닛(100)과, 상기 제1 내지 제n 튜브 유닛(101 ~ 100+n)의 외주면에 길이 방향을 따라 배치되어 상기 연소 가스와 열교환이 이루어지고 제1 튜브 유닛(101)에서 제n 튜브 유닛(100+n)으로 갈수록 두께가 증가되는 열교환 핀(200); 및 상기 열교환 핀(200)의 외주면에서 폭 방향을 따라 상부와 하부를 향해 교대로 라운드지게 돌출된 열교환 리브(300)를 포함한다.

상기 열교환 리브(300)는 연소 가스와 직접적으로 접촉되는 면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시키기 위한 목적과 연소가스가 열교환 핀(200)을 따라 이동되는 동안 유동 박리로 인한 난류 발생을 최소화 시키기 위한 목적과, 덕트 유닛(3)의 입구와 출구에서의 압력 차이로 인한 압력 강하 현상을 최소화 시키기 위해 형성된다.

연소 가스의 유동 박리는 열교환 핀(200)의 외주면에서 외측으로 멀어질 경우 증가될 수 있으므로 상기 열교환 핀(200)의 외주면에 최대한 밀착된 상태로 상기 열교환 핀(200)의 폭 방향을 따라 이동되는 것이 바람직 한데, 상기 열교환 핀(200)의 외주면에 형성된 열교환 리브(300)를 통해 상기 연소 가스의 유동 박리를 억제하고 연소 가스의 안정적인 이동과 열교환을 실시할 수 있다.
또한 제1 튜브 유닛(101)의 직경이 d일 경우 제n 튜브 유닛(100+n)의 직경은 상기 제1 튜브 유닛(101)의 직경(d) 보다 큰 dn의 직경을 갖도록 구성되고, 상기 제1 튜브 유닛(101)에 구비된 열교환 핀(200)의 두께가 t일 경우 제n 튜브 유닛(100+n)에 구비된 열교환 핀(200)의 두께(t')는 상기 제1 튜브 유닛(101)에 구비된 열교환 핀의 두께(t) 보다 두꺼운 두께로 형성된다.

열교환 리브(300)는 열교환 핀(200)의 폭 방향에서 라운드진 형태로 상부와 하부를 향해 교대로 연장되므로 연소 가스가 상기 열교환 리브(300)를 따라 이동될 경우 사인 파(sine wave) 형태로 이동되므로 폭 방향에서의 연소 가스의 이동 속도가 감소되지 않고 상기 열교환 리브(300)의 외주면과 밀착된 상태로 이동된다.

첨부된 도 8을 참조하면, 열교환 리브(300)는 돌출된 단부에 중앙이 연결되고 상부와 하부를 향해 연장되어 상기 연소 가스가 상기 열교환 리브(300)를 따라 이동되는 것을 가이드 하기 위한 가이드 리브(310)를 더 포함하는데, 상기 가이드 리브(310)는 상기 열교환 리브(300)의 돌출된 단부에서 상부와 하부를 향해 동일 길이로 연장된다.

가이드 리브(310)는 열교환 리브(300)의 외주면을 따라 연소 가스가 이동되는 것으로 가정할 때 유동 박리가 발생되지 않도록 도면에 도시된 바와 같은 형태로 형성되며, 라운드 진 형태에 따라 상기 열교환 리브(300)의 길이 방향을 따라 함께 연장된다.

또한 가이드 리브(310)는 열교환 리브(300)의 돌출된 단부에서 상하부를 향해 동일 길이로 연장되므로 상기 열교환 리브(300)의 상면과 하면을 따라 이동되는 연소 가스가 상면 외측 또는 하면 외측을 통해 유동이 박리되는 현상을 최소화 할 수 있어 열교환 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

가이드 리브(310)는 상기 열교환 리브(300)의 돌출된 단부에서 수직으로 직교되어 외측으로 연장될 수 있으며 연장된 길이는 연소 가스의 유속에 따라 변경되며 도면에 도시된 길이로 한정하지 않는다.

첨부된 도 9를 참조하면, 열교환 리브(300)는 돌출된 단부에 중앙이 연결되고 상기 열교환 핀(200)을 향해 라운드지게 형성되어 상기 연소 가스가 상기 열교환 리브(300)를 따라 이동되는 방향을 가이드 하기 위한 가이드 리브(310)를 더 포함한다.

상기 가이드 리브(310)는 전술한 가이드 리브와 다르게 형상이 플레이트 형태가 아닌 반원 형태로 형성되므로 상기 열교환 리브(300)의 상면 또는 하면 외측으로 연소가스가 이동되면서 유동이 박리되는 현상을 최소화 할 수 있다.

특히 가이드 리브(310)는 X축 방향으로 열교환 리브(300)의 단부가 아닌 a위치에서 유동 박리가 발생되어 상부 또는 하부를 향해 연소 가스가 이동되는 경우에도 상기 가이드 리브(310)에 의해 연소 가스의 유동 흐름이 열교환 리브(300)의 상면 또는 하면 외측으로 분리되지 않고 열교환 리브(300)의 상면 또는 하면을 따라 이동되는 연소 가스에 합류되어 이동되므로 유동 박리로 인한 현상이 최소화된다.

첨부된 도 10을 참조하면, 가이드 리브(310)는 상기 열교환 리브(300)의 돌출된 단부에 중앙이 연결되고 상부와 하부를 향해 각각 소정의 길이로 연장된 제1 연장부(312)와, 상기 제1 연장부(312)의 단부에서 상기 열교환 핀(200)을 향해 각각 절곡된 제2 연장부(314)를 포함한다.

제1 연장부(312)와 제2 연장부(314)는 전술한 형태와 다르게 다각 형태 또는 상기 열교환 리브(300)를 향해 소정의 각도로 각각 경사진 형태 중의 어느 한 형태로 경사지게 배치되며, 이 경우 열교환 리브(300)의 상면과 하면을 따라 이동하는 연소 가스가 열교환 핀(200)의 폭 방향에서 박리되는 현상을 최소화할 수 있어 상기 연소 가스가 갖고 있는 고온의 열 에너지와 튜브 유닛(100)을 통해 유동하는 유체 상호 간의 열교환 효율이 향상된다.

첨부된 도 11을 참조하면, 가이드 리브(310)는 열교환 리브(300)의 단부에서 상기 열교환 핀(200)을 향해 특정 각도로 경사진 상태로 설치되는데, 이 경우 상기 열교환 리브(300)의 외측 단부에서 연소 가스가 이동하는 이동 속도가 열교환 핀(200)과 근접된 위치에 비해 상대적으로 빨라질 수 있다. 이와 같이 연소 가스의 유동 흐름이 발생되는 이유는 상기 열교환 리브(300)가 경사지게 배치되면서 연소 가스가 이동하는 공간이 좁아지고 이로 인해 열교환 핀(200)과 인접된 위치에서 상대적으로 넓은 공간에서 이동하는 연소 가스의 이동 속도보다 빠르게 이동될 수 있어 유동 박리로 인한 난류 발생이 최소화 된다.

튜브 유닛(100)은 일정한 직경으로 형성되거나, 서로 다른 직경으로 형성될 수 있으며, 직경이 상이하게 연장될 경우 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 직경이 증가되어 상기 연소가스와의 열교환 면적을 증가될 수 있어 퍼니스(2)에서 배출된 연소 가스와 열교환 유닛의 열교환 효율이 향상될 수 있다.

튜브 유닛(100)은 상기 연소 가스와 최초 접촉되는 제1 튜브 유닛(101)과, 상기 제1 튜브 유닛(101)과 이웃하여 배치된 제2 내지 제n 튜브 유닛(102 ~100+n)을 포함하고, 상기 제1 튜브 유닛(101)에서 제n 튜브 유닛(100+n)으로 갈수록 직경이 증가되는데, 상기 튜브 유닛(100)의 직경이 변화되는 이유는 일정 직경으로 상기 튜브 유닛(100)을 연장하는 것이 비해 직경 증가를 통해 전열 면적 증가를 도모하고 이를 통해 상기 튜브 유닛(100)의 단위 면적당 열전달 효율을 향상시키기 위해서이다.

튜브 유닛(100)은 연소 가스의 이동 방향과 직교된 상태로 배치되고, 열교환 핀(200)은 상기 연소 가스의 이동 방향과 일치된 상태로 배치되는 것이 상기 연소 가스와 열교환 핀(200) 사이에서 발생되는 유동 저항이 최소화되고, 난류 발생으로 인한 열전달 효율 저하를 예방할 수 있다.

열교환 핀(200)은 두께가 모두 균일하게 이루어지거나, 상기 제1 튜브 유닛(101)에서 제n 튜브 유닛(100+n)으로 갈수록 두꺼워지도록 구성될 수 있으며, 상기 두께는 제1 튜브 유닛(101)에서 제n 튜브 유닛(100+n)으로 갈수록 불규칙적으로 두께가 증가되지 않고 특정 비율로 두께가 점진적으로 증가되므로 연소 가스와 접촉되는 접촉 면적이 증가되고 이로 인해 열교환 핀(200)에서의 열교환 효율이 향상되어 보다 많은 연소 가스가 가지고 있는 열 에너지와 열 교환이 이루어질 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10, 100 : 튜브 유닛
20, 200 : 열교환 핀
22 : 돌출부
32 : 라운드 부
30 : 열교환 돌기
34 : 제1 열교환 돌기
36 : 제2 열교환 돌기
300 : 열교환 리브
310 : 가이드 리브
312 : 제1 연장부
314 : 제2 연장부

Claims

화력 발전소의 퍼니스에서 공급된 연소 가스와 열교환을 위해 덕트 유닛의 내부에 배치되고 상기 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 직경이 증가되는 제1 내지 제n 튜브 유닛이 구비된 튜브 유닛;
상기 제1 내지 제n 튜브 유닛의 외주면에 길이 방향을 따라 배치되어 상기 연소 가스와 열교환이 이루어지고 제1 튜브 유닛에서 제n 튜브 유닛으로 갈수록 두께가 증가되는 열교환 핀; 및
상기 열교환 핀의 외주면에서 폭 방향을 따라 연장되고 길이 방향을 따라 다수개가 배치된 열교환 돌기를 포함하는 열교환 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 열교환 핀은,
전면과 후면이 전방과 후방을 향해 각각 라운드지게 돌출된 돌출부를 포함하는 열교환 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 열교환 돌기는,
상기 열교환 핀의 외주면에서 외측을 향해 유선형으로 돌출된 라운드 부를 포함하고,
상기 라운드 부는 상기 열교환 핀의 선단부에서 후단부로 갈수록 돌출된 반경이 감소하는 것을 특징으로 하는 열교환 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 열교환 돌기는,
상기 열교환 핀의 선단부에서 후단부로 갈수록 상면과 하면이 각각 하향 경사지게 연장된 열교환 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 열교환 돌기는,
상기 튜브 유닛과 마주보며 배치된 제1 열교환 돌기;
상기 튜브 유닛과 마주 보지 않는 위치에 배치된 제2 열교환 돌기를 포함하는 열교환 유닛.
제5 항에 있어서,
상기 제1 열교환 돌기는,
상기 제2 열교환 돌기에 비해 연장 길이가 상대적으로 짧은 길이로 연장된 것을 특징으로 하는 열교환 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 열교환 핀은,
상기 튜브 유닛의 반경을 기준으로 서로 마주보며 배치된 것을 특징으로 하는 열교환 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 열교환 핀은,
상기 튜브 유닛의 반경을 기준으로 서로 어긋나게 배치된 것을 특징으로 하는 열교환 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 열교환 핀은,
평판 형태 또는 사다리꼴 형태 중의 어느 하나의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환 유닛.
화력 발전소의 퍼니스에서 공급된 연소 가스와 열교환을 위해 덕트 유닛의 내부에 배치되고 상기 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 점진적으로 직경이 증가되는 제1 내지 제n 튜브 유닛이 구비된 튜브 유닛;
상기 제1 내지 제n 튜브 유닛의 외주면에 길이 방향을 따라 배치되어 상기 연소 가스와 열교환이 이루어지고 제1 튜브 유닛에서 제n 튜브 유닛으로 갈수록 두께가 증가되는 열교환 핀; 및
상기 열교환 핀의 외주면에서 폭 방향을 따라 상부와 하부를 향해 교대로 라운드지게 돌출된 열교환 리브를 포함하는 열교환 유닛.
제10 항에 있어서,
상기 열교환 리브는,
돌출된 단부에 중앙이 연결되고 상부와 하부를 향해 연장되어 상기 연소 가스가 상기 열교환 리브를 따라 이동되는 것을 가이드 하기 위한 가이드 리브를 더 포함하는 열교환 유닛.
제11 항에 있어서,
상기 가이드 리브는,
상기 열교환 리브의 돌출된 단부에서 상부와 하부를 향해 동일 길이로 연장된 것을 특징으로 하는 열교환 유닛.
제11 항에 있어서,
상기 가이드 리브는,
상기 열교환 리브의 돌출된 단부에서 수직으로 직교되어 외측으로 연장된 것을 특징으로 하는 열교환 유닛.
제11 항에 있어서,
상기 열교환 리브는,
돌출된 단부에 중앙이 연결되고 상기 열교환 핀을 향해 라운드지게 형성되어 상기 연소 가스가 상기 열교환 리브를 따라 이동되는 방향을 가이드 하기 위한 가이드 리브를 더 포함하는 열교환 유닛.
제14 항에 있어서,
상기 가이드 리브는,
상기 열교환 리브의 돌출된 단부에 중앙이 연결되고 상부와 하부를 향해 각각 소정의 길이로 연장된 제1 연장부;
상기 제1 연장부의 단부에서 상기 열교환 핀을 향해 각각 절곡된 제2 연장부를 포함하는 열교환 유닛.
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