KR101966930B1 - Heat exchanger using flash evaporation and steam generator having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 순간증발을 이용한 열교환기에 관한 것으로, 열전달매체로부터 열을 전달받는 피가열액체가 통과하면서 단상 열교환에 의해 포화액체로 상태 변화되는 제1가열유로와, 상기 제1가열유로와 연통되되 열전달매체로부터 열을 전달받는 포화액체가 통과하면서 압력 강하에 따른 순간증발에 의해 포화기체로 상태 변화되는 순간증발유로와, 상기 순간증발유로와 연통되되 열전달매체로부터 열을 전달받는 포화기체가 통과하면서 단상 열교환에 의해 가열되며 배출되는 제2가열유로를 구비하는 제1플레이트 및 상기 제1플레이트의 상측 또는 하측에 구비되고, 상기 열전달매체가 통과하는 열전달매체유로를 구비하는 제2플레이트를 포함하여 구성된다.The present invention relates to a heat exchanger using instantaneous evaporation, comprising: a first heating flow path which is changed into a saturated liquid by single-phase heat exchange while passing a heated liquid through which heat is transferred from the heat transfer medium; An evaporation flow path that instantly changes state to a saturated gas by instantaneous evaporation due to a pressure drop while passing a saturated liquid through which heat is transferred from the medium and a saturated gas which communicates with the instantaneous evaporation flow passage and receives heat from the heat transfer medium, And a second plate having a first plate having a second heating channel heated and discharged by heat exchange and a second plate provided on a lower side or a lower side of the first plate and having a heat transfer medium passage through which the heat transfer medium passes .
Description
본 발명은 순간증발을 이용한 열교환기 및 이를 구비하는 증기발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2상 열교환 과정을 생략하여 보다 안정적인 열교환 과정이 가능하게 하는 순간증발을 이용한 열교환기 및 이를 구비는 증기발생기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchanger using instantaneous evaporation and a steam generator having the same, and more particularly, to a heat exchanger using instantaneous evaporation which enables a more stable heat exchange process by omitting a two- .
열교환기의 대표적인 종류로 인쇄기판형 열교환기와 판형 열교환기가 있다.Typical types of heat exchangers are plate-type heat exchangers and plate heat exchangers.
판형 열교환기는 100년 넘게 산업계에서 광범위하게 적용되고 있으며, 일반적으로 판을 압출하여 유로 채널을 형성하고, 판 사이를 가스켓을 사용하거나 일반 용접 또는 브레이징 용접을 사용하여 결합시킨다. 인쇄기판형 열교환기와 적용분야는 유사하나 압력이 낮은 저압 환경에서 더 많이 이용되고 있다. 열교환 성능은 인쇄기판형 열교환기 보다는 작고 쉘&튜브(shell and tube)형 열교환기 보다는 우수한 특성이 있다. 또한 인쇄기판형 열교환기에 비해서는 제작이 간편한 특성이 있다.Plate heat exchangers have been extensively applied in the industry for over 100 years, and generally they are extruded to form a flow channel and the plates are joined using gaskets or general welding or brazing. Plate heat exchangers are similar in application to the plate heat exchangers, but are used more and more in low pressure and low pressure environments. The heat exchange performance is smaller than the printing plate heat exchanger and is superior to the shell and tube heat exchanger. In addition, compared to a plate-type heat exchanger of a printing plate, there is a characteristic of being easy to manufacture.
인쇄기판형 열교환기는 기술은 영국 Heatric사에서 개발되어 일반 산업분야에 매우 다양하게 이용되고 있으며, 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)에 의한 조밀한 유로 배치 및 확산 접합 기술에 판 사이의 접합을 통해 제작된다. 이에 따라 인쇄기판형 열교환기는 판형 열교환기에서의 판 사이의 용접을 없앤 구조를 적용함으로써 고온 고압의 환경에 적용 가능하고, 고집적도와 우수한 열교환 성능을 갖추고 있다. 인쇄기판형 열교환기 고온 고압의 환경에 대한 내구성과 우수한 고집적도의 열교환 성능의 장점으로 냉난방시스템, 연료전지, 자동차, 화학 공정, 의료기기, 원자력, 정보 통신 장비, 극저온 환경 등의 증발기, 응축기, 냉각기, 라디에이터, 열교환기, 반등기 등 매우 다양한 분야로 적용범위가 확대되고 있다.The printing plate heat exchanger has been developed by Heatric Corporation in England and has been widely used in general industrial fields. It has been used in a dense flow path arrangement and diffusion bonding technique by photochemical etching technique, . Accordingly, the plate-type heat exchanger of the printing plate is applicable to the high-temperature and high-pressure environment by adopting the structure in which the plate-to-plate weld in the plate heat exchanger is eliminated, and has high integration and excellent heat exchange performance. Plate Heat Exchanger Durability to high temperature and high pressure environment and excellent heat exchange performance with high degree of integration makes it possible to use evaporator, condenser and cooler such as cooling and heating system, fuel cell, automobile, chemical process, medical device, , Radiators, heat exchangers, and semiconductors.
그러나, 종래의 판형 또는 인쇄기판형 열교환기는 상변환 구간에서 경계 부분이 진동하는 유동불안정(Flow instability)과 관내에 스케일, 금속산화물이 생성되어 열전달 성능을 저하시키는 파울링(Fouling)이 발생하는 문제점이 있다. 이때, 유동불안정과 파울링은 특히 2상 열교환(Two phase heat transfer)이 이루어지는 구간에서 잘 발생한다.However, in the conventional plate-type or plate-type heat exchanger, there is a problem that the flow instability in which the boundary portion vibrates in the phase change section, fouling in which scale and metal oxide are generated in the tube and heat transfer performance is lowered have. At this time, flow instability and fouling occur particularly well in the section where two phase heat transfer occurs.
전술한 문제점을 해소함에 있어, 본 발명의 목적은 순간적인 유로 단면적 증대에 의한 압력 강하에 따른 순간증발(Falsh evaporation)에 의해 포화액체가 포화기체로 상태 변화하게 함으로써 종래의 2상 열교환 과정을 생략하여 유동불안정과 파울링을 저감시키는 순간증발을 이용한 열교환기를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, an object of the present invention is to eliminate the conventional two-phase heat exchange process by causing the saturated liquid to change state to a saturated gas by instantaneous evaporation according to the pressure drop due to an instantaneous increase in the cross- To thereby reduce flow instability and fouling, and to provide a heat exchanger using instantaneous evaporation.
또한, 순간증발 과정 중 미처 포화기체로 상태 변화되지 않은 포화액체는 열회수유로를 통해 회수함으로써 별도의 열원으로의 사용 가능성을 발생시키는 순간증발을 이용한 열교환기를 제공함에 있다.Also, the present invention provides a heat exchanger using instantaneous evaporation, which causes the possibility of use as a separate heat source by recovering a saturated liquid that has not been changed to a non-saturated gas during the instantaneous evaporation process through a heat recovery flow path.
아울러, 순간증발을 이용한 열교환기를 구비함으로써 안정적인 증기 발생이 가능하게 하는 증기발생기를 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a steam generator capable of stably generating steam by providing a heat exchanger using instantaneous evaporation.
본 발명의 실시예에 따른 순간증발을 이용한 열교환기는, 열전달매체로부터 열을 전달받는 피가열액체가 통과하면서 단상 열교환에 의해 포화액체로 상태 변화되는 제1가열유로와, 상기 제1가열유로와 연통되되 열전달매체로부터 열을 전달받는 포화액체가 통과하면서 압력 강하에 따른 순간증발에 의해 포화기체로 상태 변화되는 순간증발유로와, 상기 순간증발유로와 연통되되 열전달매체로부터 열을 전달받는 포화기체가 통과하면서 단상 열교환에 의해 가열되며 배출되는 제2가열유로를 구비하는 제1플레이트; 및 상기 제1플레이트의 상측 또는 하측에 구비되고, 상기 열전달매체가 통과하는 열전달매체유로를 구비하는 제2플레이트를 포함하여 구성된다.A heat exchanger using instantaneous evaporation according to an embodiment of the present invention includes a first heating flow path through which a heated liquid that receives heat from a heat transfer medium passes and is changed into a saturated liquid by single phase heat exchange, An evaporation flow path that instantly changes state to a saturated gas by instantaneous evaporation due to a pressure drop while passing a saturated liquid through which heat is transferred from the heat transfer medium and a saturated gas which communicates with the instantaneous evaporation flow passage and receives heat from the heat transfer medium A first plate having a second heating channel which is heated and discharged by a single phase heat exchange; And a second plate provided on an upper side or a lower side of the first plate and having a heat transfer medium passage through which the heat transfer medium passes.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 증기발생기는 순간증발을 이용한 열교환기를 포함하여 구성된다.Meanwhile, the steam generator according to the embodiment of the present invention includes a heat exchanger using instantaneous evaporation.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 순간증발을 이용한 열교환기는 순간적인 유로 단면적 증대에 의한 압력 강하에 따른 순간증발((Falsh evaporation)에 의해 포화액체가 포화기체로 상태 변화하게 함으로써 종래의 2상 열교환 과정을 생략하여 유동불안정과 파울링을 저감시킨다.As described above, the heat exchanger using the instantaneous evaporation according to the present invention changes the state of the saturated liquid to the saturated gas by the instantaneous evaporation according to the pressure drop due to the instantaneous increase in the cross-sectional area of the flow passage, The process is skipped to reduce flow instability and fouling.
또한, 본 발명에 의한 순간증발을 이용한 열교환기는 순간증발 과정 중 미처 포화기체로 상태 변화되지 않은 포화액체는 열회수유로를 통해 회수함으로써 별도의 열원으로의 사용 가능성을 발생시킨다.In addition, the heat exchanger using instantaneous evaporation according to the present invention generates a possibility of being used as a separate heat source by recovering the saturated liquid which has not undergone the state change to the non-saturated gas during the instant evaporation process through the heat recovery flow path.
아울러, 본 발명에 의한 순간증발을 이용한 열교환기를 구비하는 증기발생기는 안정적인 증기 발생이 가능하게 한다. In addition, the steam generator having the heat exchanger using the instantaneous evaporation according to the present invention enables stable steam generation.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열교환기의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 열교환기의 유체 이동 및 열교환 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 유체 이동 및 열교환 과정을 보충 설명하기 위한 증기발생기에 사용되는 2차 계통수의 T-s 선도이다.1 is a perspective view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of the heat exchanger shown in Fig.
FIG. 3 is a view for explaining a fluid movement and a heat exchange process of the heat exchanger shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a Ts diagram of the second order water flow used in the steam generator for supplementing the fluid movement and heat exchange process shown in FIG. 3. FIG.
본 발명에 있어 첨부된 도면은 종래 기술과의 차별성 및 명료성, 그리고 기술 파악의 편의를 위해 과장된 표현으로 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어로써, 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 기술적 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 한편, 실시예는 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하고, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니며, 권리범위는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.The accompanying drawings in the present invention may be exaggerated for clarity, clarity, and descriptive convenience. In addition, since the following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, they may vary depending on the intention or custom of the user or the operator, and therefore the definition of these terms should be based on the technical contents throughout this specification will be. On the contrary, the embodiments are merely illustrative of the constituent elements set forth in the claims of the present invention and do not limit the scope of the present invention, and the scope of the rights should be interpreted on the basis of technical ideas throughout the specification of the present invention .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 열교환기의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 열교환기의 유체 이동 및 열교환 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 유체 이동 및 열교환 과정을 보충 설명하기 위한 증기발생기에 사용되는 2차 계통수의 T-s 선도이다.FIG. 1 is a perspective view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the heat exchanger shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a view for explaining a fluid movement and heat exchange process of the heat exchanger shown in FIG. And FIG. 4 is a Ts diagram of the second order water flow used in the steam generator for supplementing the fluid movement and heat exchange process shown in FIG.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 순간증발을 이용한 열교환기는 제1플레이트(100) 및 제2플레이트(200)를 포함하여 구성된다.Referring to FIGS. 1 to 4, a heat exchanger using instantaneous evaporation according to an embodiment of the present invention includes a
상기 제1플레이트(100)는 제1가열유로(111a), 순간증발유로(112a) 및 제2가열유로(113a)를 구비한다. 아울러, 상기 제1플레이트(100)는 열회수유로(121)를 더 구비할 수 있다.The
상기 제1가열유로(111a)는 열전달매체로부터 열을 전달받는 피가열액체가 통과하면서 단상 열교환(Single phase heat transfer)에 의해 포화액체로 상태 변화되는 유로이다.The
상기 순간증발유로(112a)는 열전달매체로부터 열을 전달받는 상기 제1가열유로(111a)와 연통되되 열전달매체로부터 열을 전달받는 포화액체가 통과하면서 압력 강하에 따른 순간증발에 의해 포화기체로 상태 변화되는 유로이다. 구체적으로, 상기 순간증발유로(112a)는 상기 제1가열유로(111a)를 지나면서 생성된 포화액체를 순간증발(Flash evaporation)을 이용하여 2상 열교환(Two phase heat transfer)없이 포화기체로 상태 변화시킬 수 있도록 상기 제1가열유로(111a)의 유로단면적(유로다면적은 제1가열유로(111a)가 복수개 구비되는 경우, 각 단면적의 합을 의미한다.) 큰 단면적을 가지는 유로이다. 이 경우, 단면적의 크기는 순간증발이 발생하는 정도로 실험적으로 설정 가능하다.The
상기 제2가열유로(113a)는 상기 순간증발유로(112a)와 연통되되 열전달매체로부터 열을 전달받는 포화기체가 통과하면서 단상 열교환에 의해 가열되며 배출되는 유로이다. 이 경우, 상기 제2가열유로(113a)의 길이가 짧으면 대부분 포화기체로 배출되고, 상기 제2가열유로(113a)의 길이가 길면 대부분 과열기체로 배출될 것이다.The
상기 열회수유로(121)는 상기 순간증발유로(112a)와 연통되되 상기 순간증발유로(112a)에서 포화액체 상태로 남은 피가열액체가 상기 제1가열유로(111a)의 유입구 측 방향으로 역류하도록 상기 제1가열유로(111a)의 하측에 구비되는 유로이다.The heat
상기 제1플레이트(100)는 제1가열유로(111a), 제2가열유로(112a), 제3가열유로(113a) 및 열회수유로(121)를 구비하기 위하여 구체적으로 세분화된 복수의 플레이트로 구성될 수 있다.The
즉, 상기 제1플레이트(100)는, 상기 제1가열유로(111a)와, 상기 순간증발유로(112a)와, 상기 제2가열유로(113a)가 형성되는 상단플레이트(110) 및 상기 상단플레이트(110) 하측에 구비되고, 상기 열회수유로(121)가 형성되는 하단플레이트(120)를 포함하여 구성될 수 있다.That is, the
구체적으로, 상기 상단플레이트(110)는, 특히 도 2에서와 같이, 전체적으로 직방형 형상으로 구비되되, 상기 제1가열유로(111a)가 상면에 길이방향을 따라 복수개 형성되는 유입부(111)와, 상기 순간증발유로(112a)가 상기 제1가열유로(111a)에 연통되어 연장 형성되되 압력 강하에 따른 순간증발이 이루어지도록 상기 제1가열유로(112a)의 유로 단면적보다 큰 유로단면적을 가지면서 상하부가 개구된 공간으로 형성된 연결부(112)와, 상기 제2가열유로(113a)가 상기 순간증발유로(112a)와 연통되어 형성되되 상면에 길이방향을 따라 복수개 형성되는 배출부(113)로 구성될 수 있다.2, the
이 경우, 도 1 내지 도 3에서는, 상기 제1가열유로(111a) 및 상기 제2가열유로(113a)가 2개소 구비된 경우를 상정하였으나, 소정의 단면적을 가지며, 1개소 구비되거나 3개 이상 구비될 수 있음은 물론이며, 이러한 균등범위 내의 변경된 구성에 있어서도, 총 유로단면적을 계산하여 상기 순간증발유로(112a)의 단면적을 설정할 수 있을 것이다. (예를 들어, 상기 상단플레이트(110)의 전체 높이를 조절하거나 상기 순간증발유로(112a)의 구간 길이 조절을 통해 순간증발이 발생하도록 유로 단면적 및 체적을 설정하는 방식으로 상기 순간증발유로(112a)에서 순간증발이 이루어지도록 할 수 있다.)In this case, it is assumed in FIGS. 1 to 3 that the
한편, 상기 하단플레이트(120)는, 전체적으로 직방형 형상으로 구비되되, 상기 열회수유로(121)가 상기 제2가열유로(121)의 유입구 위치(수직으로 내려다본 경우)에서 시작되어 상기 제1가열유로(111a)의 유입구 측으로 개구되도록 상면에 형성될 수 있다.The
상기 제1플레이트(100)는, 상기 제2플레이트(200)가 상기 제1플레이트(100)의 하측에 구비되는 경우, 상기 상단플레이트(110)의 상측에 구비되는 제1커버플레이트(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다.When the
한편, 상기 상단플레이트(110), 상기 하단플레이트(120) 및 상기 제1커버플레이트(130)는 개별 유로가 광화학적 식각 방법에 의해 형성되고, 각 플레이트 간에 확산 접합 방식으로 적층 접합되는 인쇄기판형 열교환기의 제조 방식에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법은 열교환기를 고압의 유체 내압을 견딜 수 있는 강성 확보가 요구되는 증기발생기에 사용하는 경우에 특히 바람직하다. 아울러, 각 플레이트들은 하나의 플레이트가 아니라 다수개의 플레이트를 적층하는 구조로 형성될 수 있음은 물론이다.The
또한, 상기 상단플레이트(110), 상기 하단플레이트(120) 및 상기 제1커버플레이트(130)는 개별 플레이트를 압출 제조하면서 유로를 동시에 형성하고, 각 플레이트 간에 확산 접합 방식으로 적층 접합되는 판형 열교환기의 제조 방식에 의해 제조될 수 있음은 물론이다.The
상기 제2플레이트(200)는 상기 제1플레이트(100)의 상측 또는 하측에 구비되고, 열전달매체가 통과하는 열전달매체유로(201)를 구비한다.The
이하, 상기 제2플레이트(200)가 상기 제1플레이트(100)의 하측에 구비되는 경우를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a case where the
상기 열전달매체유로(201)를 통과하는 열전달매체는 상기 열전달매체유로(201)의 상측에 이격 구비되는 상기 제1가열유로(111a), 상기 순간증발유로(112a) 및 상기 제2가열유로(113a)를 순차적으로 통과하며 그 상이 변화하는 피가열액체를 가열하는 역할을 수행한다. 더 나아가, 열전달매체는, 상기 열회수유로(121)를 통해 역류하는 포화액체를 가열함으로써, 별도의 열원으로의 사용 가능성을 발생시킨다.The heat transfer medium passing through the heat transfer
한편, 상기 제2플레이트(200)는, 상기열전달매체유로(201)가 광화학적 식각 방법에 의해 형성되고, 상기 제1플레이트(100)와 확산 접합 방식으로 적층 접합되는 인쇄기판형 열교환기의 제조 방식에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 제조 방법은 열교환기를 고압의 유체 내압을 견딜 수 있는 강성 확보가 요구되는 증기발생기에 사용하는 경우에 특히 바람직하다. 아울러, 상기 제2플레이트(200)는, 하나의 플레이트가 아니라 다수개의 플레이트를 적층하는 구조로 형성될 수 있음은 물론이다.The
아울러, 도 1 내지 도 3에서는, 상기 열전달매체유로(201)가 2개소 구비된 경우를 상정하였으나, 소정의 단면적을 가지며, 1개소 구비되거나 3개 이상 구비될 수 있음은 물론이다.1 to 3, it is assumed that there are two heat transfer
또한, 상기 열전달매체유로(201)는 효과적인 열전달을 위하여 상기 제1가열유로(111a) 및 상기 제2가열유로(113a)와 수직으로 동일한 위치에 동일한 너비로 동일 개소 형성되는 것이 바람직할 것이다.It is preferable that the heat transfer
한편, 상기 열전달매체유로(201)를 통과하는 열전달매체는 상기 제1가열유로(111a)에 유입되는 피가열액체에 대한 향류로 구성될 수 있다. 즉, 열전달매체와 피가열액체의 상호 흐름이 반대로 형성되게 구성될 수 있다.On the other hand, the heat transfer medium passing through the heat transfer
이러한 향류 구조에서, 열전달매체는 상기 제2가열유로(113a) 측에서 상기 제1가열유로(111a) 측으로 흐르면서 열을 제공하며 자체 열을 잃게 되므로, 상기 열회수유로(121)를 통해 역류되어 회수되는 포화액체 상태의 피가열액체는 열전달매체와 함께 상기 제1가열유로(111a) 내의 피가열액체에 열을 전달하는 보조적인 열원으로서의 의미를 가지게 된다.In this countercurrent structure, since the heat transfer medium flows from the
한편, 상기 제2플레이트(200)가 상기 제1플레이트(100)의 상측에 구비되는 경우, 상기 제1플레이트(100)는 상기 제1가열유로(111a)와, 상기 순간증발유로(112a)와, 상기 제2가열유로(113a)가 형성되는 상단플레이트(110) 및 상기 상단플레이트(110) 하측에 구비되고, 상기 열회수유로(121)가 형성되는 하단플레이트(120)로 구성되고, 상기 제2플레이트(200)는 그 상측에 구비되는 별도의 제2커버플레이트(미도시)를 포함하여 구성될 수 있을 것이다.When the
또한, 상기 제1플레이트(100) 및 상기 제2플레이트(200)를 포함하는 열교환기가 상하 방향으로 복수개 적층 구조로 사용되거나, 횡방향으로 다수개 접합되어 사용되는 것도 본 발명의 의한 교환기를 사용한 일 예로 이해될 수 있을 것이다.In addition, the heat exchanger including the
한편, 상기 제1플레이트(100)는, 상기 제2가열유로(113a) 측이 상기 제1가열유로(111a) 측보다 상측에 위치하도록 설치되어, 상기 열회수유로(112a)가 상기 제1가열유로(111a)의 유입구 방향으로 하방 경사지게 구비되는 것이 바람직하다.On the other hand, the
이는, 상기 순간증발유로(112a)에서 포화액체 상태로 남은 피가열액체가 상기 제1가열유로(111a)의 유입구 측 방향으로 역류하는 경우, 별도의 펌프 등을 설치할 필요없이 중력에 의해 흘러내릴 수 있는 구조를 도출하기 위함이다.This is because when the liquid to be heated that remains in the saturated liquid state in the instantaneous
아울러, 상기 제2가열유로(113a) 측이 상기 제1가열유로(111a) 측과 동일 높이에 있는 경우에도, 상기 순간증발유로(112a)의 바닥면을 상기 제1가열유로(111a)으로 하방 경사지게 함으로써 동일 효과를 도모할 수 있을 것이다.Even when the second
한편, 본 발명의 실시예에 따른 증기발생기는 이상에서와 같은 순간증발을 이용한 열교환기를 포함하여 구성된다.Meanwhile, the steam generator according to the embodiment of the present invention includes the heat exchanger using the instantaneous evaporation as described above.
이 경우, 증기발생기가 1차 계통수의 열을 이용하여 2차 계통수를 증기로 만들어 터빈에 공급하고, 공급된 증기를 이용하여 터빈을 돌려 발전을 하게 되는 장치임을 고려하면, 앞서 설명한 피가열액체는 2차 계통수에 해당하고, 열전달매체는 1차 계통수에 해당할 것이다.In this case, considering that the steam generator uses the heat of the first order water to supply the second order water to the turbine and supplies the steam to the turbine, and turns on the turbine using the supplied steam, And the heat transfer medium corresponds to the first order system.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기에서의 유체 이동 및 열교환 과정을 설명한다. (이때, 본 발명의 간명한 설명을 위하여, 상기 제1가열유로(111a), 상기 제2가열유로(113a) 및 상기 열전달매체유로(201))의 개별적인 2개소 유로 중 1개소를 기준으로 유체 흐름을 나타내는 화살표를 도시하였으나, 나머지 1개소의 유로에도 동일 흐름이 형성되는 것은 당연하다.) Hereinafter, the fluid movement and heat exchange in the heat exchanger according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. (Here, for the sake of simplicity of explanation of the present invention, one of the two points of the flow paths of the
이 경우, 열전달매체(열교환기를 증기발생기에 사용하는 경우, 1차 계통수)는 도 3의 E화살표와 같이 상기 제1가열유로(111a), 상기 순간증발유로(112a) 및 상기 제2가열유로(113a)와 이격되어 그 하측에 구비되는 상기 열전달매체유로(201)를 지속적으로 통과하면서 피가열액체에 대한 향류로서 상측으로 열을 전달함을 전제한다.In this case, the heat transfer medium (when the heat exchanger is used as a steam generator, the primary system water) is connected to the first
먼저, 피가열액체(열교환기를 증기발생기에 사용하는 경우, 2차 계통수)는, 도 3의 A화살표와 같이 상기 제1가열유로(111a)의 유입구를 통해 유입되어 상기 순간증발유로(112a)가 시작되는 a지점까지 이동하면서, 단상 열교환에 의해 a지점에 이르러 포화액체 상태가 된다. (열교환기를 증기발생기에 사용하는 경우, 도 4에서와 같이, 2차 계통수가 A'선을 따라 a'상태가 되어 포화수가 되는 과정도 동일하다.) First, the liquid to be heated (when the heat exchanger is used as a steam generator, the second system water) flows into the first
이후, 피가열액체는, 도 3의 B1화살표와 같이 상기 순간증발유로(112a)를 지나면서, 압력 강하에 따른 순간증발에 의해 포화기체로 상태가 변화되어 상기 제2가열유로(113a)가 시작되는 b지점에 이르게 된다. 이 경우, 피가열액체의 일부는, 도 3의 B2화살표와 같이, 포화기체로 상태가 변화되지 않고 포화액체 상태에 머물게 되어 중력에 의해 낙하하여 상기 순간증발유로(112a)의 바닥면 일 지점인 d지점으로 낙하된다. (열교환기를 증기발생기에 사용하는 경우, 도 4에서와 같이, 2차 계통수가 포화증기가 되면서 B1'선을 따라 b'상태에 이르게 되고, 일부 포화수는 B2'선을 따라 d'상태에 이르게 되는 과정도 동일하다.)Thereafter, the liquid to be heated passes through the instantaneous
이후, 피가열액체 중 포화기체 상태로 변화된 부분은, 도 3의 C화살표와 같이 상기 제2가열유로(113a)를 지나면서, 단상 열교환에 의해 가열되면서 c지점에 이르러 최종 배출된다. (열교환기를 증기발생기에 사용하는 경우, 도 4에서와 같이, 2차 계통수가 C'선을 따라 c'상태로 변화된 후 최종 배출되는 과정도 동일하다.)Thereafter, the portion of the liquid to be heated, which has been changed to the saturated gas state, is heated by the single-phase heat exchange while passing through the second
이와 동시에, 피가열액체 중 포화액체 상태로 낙하된 부분은, 도 3의 D 화살표와 같이 상기 제1가열유로(111a)의 하측에 구비되는 상기 열회수유로(121)로 역류하여, 새로운 열원으로 사용되게 된다. 이때, 역류하는 포화액체는 열전달매체의 열을 보충하여 상기 제1가열유로(111a)로 새롭게 유입되는 피가열액체를 가열하는 보조적인 열원으로 사용될 수 있음은 전술한 바와 같다. (열교환기를 증기발생기에 사용하는 경우, 도 4에서와 같이, 2차 계통수가 c'상태에서 D'선을 따라 상태 변화되는 과정도 동일하다.)At the same time, the portion of the liquid to be heated which has fallen into the saturated liquid state flows back to the heat
이상에서와 같이, 본 발명에 의한 순간증발을 이용한 열교환기는 순간적인 유로 단면적 증대에 의한 압력 강하에 따른 순간증발((Falsh evaporation)을 이용함으로써 유동불안정과 파울링을 저감시키고, 순간증발 과정 중 미처 포화기체로 상태 변화되지 않은 포화액체는 열회수유로를 통해 회수함으로써 별도의 열원으로의 사용 가능성을 발생시키며, 증기발생기에 사용하는 경우 안정적인 증기 발생이 가능하게 한다.As described above, the heat exchanger using instantaneous evaporation according to the present invention reduces flow instability and fouling by using instantaneous evaporation (Falsh evaporation) due to pressure drop due to an instantaneous increase in cross-sectional area, The saturated liquid which has not been changed into a saturated gas can be recovered through the heat recovery flow path, thereby generating a possibility of being used as a separate heat source. In the case of the steam generator, stable steam can be generated.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 기초로 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해해야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하 기술할 특허청구범위에 의하며, 상술한 발명의 구체적 내용을 토대로 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings. However, it should be understood that the present invention is by way of example only and that various modifications and equivalent embodiments are possible on the basis of common knowledge in the art . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined based on the specific contents of the above-mentioned invention in accordance with the claims to be described below.
본 발명은 순간증발을 이용한 열교환기 및 이를 구비하는 증기발생기에 관한 것으로, 유체 간의 열교환 메커니즘을 사용하는 산업 분야(예: 증기발생기)에 이용 가능하다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchanger using instantaneous evaporation and a steam generator having the same, and is applicable to an industrial field (for example, a steam generator) using a heat exchange mechanism between fluids.
100: 제1플레이트
110: 상단플레이트
111: 유입부
111a: 제1가열유로
112: 연결부
112a: 순간증발유로
113: 배출부
113a: 제2가열유로
120: 하단플레이트
121: 열회수유로
130: 제1커버플레이트
200: 제2플레이트
201: 열전달매체유로100: first plate
110: upper plate
111: inlet
111a: first heating passage
112:
112a: Instantaneous evaporation flow
113:
113a: second heating passage
120: lower plate
121: Heat recovery flow path
130: first cover plate
200: second plate
201: Heat transfer medium flow path
Claims (11)
상기 제1플레이트의 상측 또는 하측에 구비되고, 열전달매체가 통과하는 열전달매체유로를 구비하는 제2플레이트;를 포함하고,
상기 제1플레이트는,
상기 순간증발유로와 연통되되 상기 순간증발유로에서 포화액체상태로 남은 피가열액체가 상기 제1가열유로의 유입구 측 방향으로 역류하도록 상기 제1가열유로의 하측에 이격되어 구비되는 열회수유로를 더 구비하는 것을 특징으로 하며,
상기 순간증발유로는 상기 제1가열유로를 지나면서 생성된 포화액체를 순간증발을 이용하여 포화기체로 상태 변화시킬 수 있도록 상기 제1가열유로의 유로단면적보다 큰 유로단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 순간증발을 이용한 열교환기.
A first heating passage in which a liquid to be heated which receives heat from the heat transfer medium passes and is changed into a saturated liquid by a single phase heat exchange and a saturated liquid which is in communication with the first heating passage and which receives heat from the heat transfer medium, And a second heating passage which is heated and discharged by a single phase heat exchange while passing through the evaporation flow passage and the saturated gas which is in communication with the instantaneous evaporation flow passage and receives heat from the heat transfer medium, A first plate provided on the first plate; And
And a second plate provided on an upper side or a lower side of the first plate and having a heat transfer medium passage through which the heat transfer medium passes,
Wherein the first plate includes:
Further comprising a heat recovery flow path communicated with the instantaneous evaporation flow path and spaced below the first heating flow path so that the heated liquid remaining in the instantaneous evaporation flow path in the saturated liquid state flows back toward the inflow port side of the first heating flow path .
Wherein the instantaneous evaporation flow path has a flow path cross-sectional area larger than the flow path cross-sectional area of the first heating flow path so that the saturated liquid generated by passing through the first heating flow path can be changed into a saturated gas by using instantaneous evaporation. Heat exchanger using evaporation.
열전달매체는 상기 제1가열유로에 유입되는 피가열액체에 대한 향류로 구성되는 것을 특징으로 하는 순간증발을 이용한 열교환기.
The method according to claim 1,
Wherein the heat transfer medium comprises a countercurrent to a liquid to be heated which flows into the first heating channel.
상기 제1가열유로와, 상기 순간증발유로와, 상기 제2가열유로가 형성되는 상단플레이트; 및
상기 상단플레이트 하측에 구비되고, 상기 열회수유로가 형성되는 하단플레이트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 순간증발을 이용한 열교환기.
The apparatus of claim 1, wherein the first plate
An upper plate on which the first heating channel, the instantaneous evaporation channel, and the second heating channel are formed; And
A lower plate provided below the upper plate and having the heat recovery flow path formed therein;
Wherein the heat exchanger comprises a plurality of heat exchangers.
상기 제2플레이트가 상기 제1플레이트의 하측에 구비되는 경우, 상기 상단플레이트의 상측에 구비되는 제1커버플레이트;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순간증발을 이용한 열교환기.
5. The apparatus of claim 4,
A first cover plate provided on the upper side of the upper plate when the second plate is provided below the first plate;
Further comprising a second heat exchanger connected to the second heat exchanger.
상기 제2플레이트가 상기 제1플레이트의 상측에 구비되는 경우, 그 상측에 구비되는 제2커버플레이트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 순간증발을 이용한 열교환기.
5. The apparatus of claim 4,
When the second plate is provided on the upper side of the first plate, a second cover plate provided on the upper side of the second plate;
Wherein the heat exchanger comprises a plurality of heat exchangers.
직방형 형상으로 구비되되, 상기 제1가열유로가 상면에 길이방향을 따라 복수개 형성되는 유입부와, 상기 순간증발유로가 상기 제1가열유로에 연통되어 연장 형성되되 압력 강하에 따른 순간증발이 이루어지도록 상기 제1가열유로의 유로 단면적보다 큰 유로단면적을 가지면서 상하부가 개구된 공간으로 형성된 연결부와, 상기 제2가열유로가 상기 순간증발유로와 연통되어 형성되되 상면에 길이방향을 따라 복수개 형성되는 배출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 순간증발을 이용한 열교환기.
5. The apparatus of claim 4,
An instantaneous evaporation flow path extending from the first heating flow path and being evaporated instantaneously in response to a pressure drop; a plurality of first heating flow paths formed along the lengthwise direction of the first heating flow path, And a plurality of second heating passages formed in communication with the instantaneous evaporative flow passage and formed in a plurality of lengthwise directions on an upper surface thereof, And a discharge portion.
직방형 형상으로 구비되되, 상기 열회수유로가 상기 제2가열유로의 유입구 위치에서 시작되어 상기 제1가열유로의 유입구 측으로 개구되도록 그 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 순간증발을 이용한 열교환기.
[8] The apparatus of claim 7,
Wherein the heat recovery flow path is formed on the upper surface of the first heat transfer path so that the heat recovery flow path starts from the inlet port position of the second heating flow path and opens to the inlet port side of the first heating flow path.
상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트는,
광화학적 식각 및 플레이트 간의 확산 접합 방식으로 제조되는 것을 특징으로 하는 순간증발을 이용한 열교환기.
The method according to claim 1,
Wherein the first plate and the second plate are made of a metal,
Wherein the heat exchanger is manufactured by photochemical etching and diffusion bonding between plates.
상기 제2가열유로 측이 상기 제1가열유로 측보다 상측에 위치하도록 설치되어, 상기 열회수유로가 상기 제1가열유로의 유입구 방향으로 하방 경사지게 구비되는 것을 특징으로 하는 순간증발을 이용한 열교환기.
The apparatus of claim 1, wherein the first plate
Wherein the second heat transfer path side is located above the first heat transfer path side and the heat recovery flow path is inclined downward toward the inlet direction of the first heating flow path.
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