폐열회수설비용 전열관 제조장치 및 이에 의해 제조된 전열관{a heat exchanging pipe manufacturing apparatus for HRSG and a heat exchanging pipe}

본 발명은 폐열회수설비에 이용되는 전열관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환 효율이 극대화되는 전열관 제조장치 및 이에 의해 제조된 전열관에 관한 것이다.

일반적으로 폐열회수설비(HRSG: Heat Recovery Steam Generator) 폐열을 회수하는 장치를 일컫는 것으로서, 가스터빈의 연소 후 배출되는 고온 배기가스(약 650 ℃)는 많은 에너지를 가지고 있으므로 대기로 방출할 경우 상당한 손실이 발생하게 되는데, 이때 대기로 방출되는 배기가스로 버려지는 에너지를 회수하는데 이용된다.

이러한 폐열회수설비는 고온의 가스터빈 배기가스를 폐열회수보일러 내로 통과시킴으로써 열 교환을 통하여 증기를 발생시키고, 발생된 증기는 증기터빈을 구동시켜 전기를 생산하게 되며, 폐열회수설비에서 발생된 증기는 용도에 따라 산업용 및 난방 등의 용도로 활용 되고 있으며, 그 형태에 따라 수평드럼형, 수직드럼형 및 관류형 등으로 구분되어 진다.

특히 이러한 폐열회수설비에는 열교환을 위한 전열관이 필수적으로 이용되고 있는데, 통상적으로 폐열회수설비에 이용되는 전열관은 도 4 및 도 5에서 보인 것과 같이 금속재 튜브(1)의 둘레를 따라 일측이 일정한 간격으로 절개된 금속재의 전열핀(2)을 나선형으로 감고 일체로 용접 고정하여 전열관의 열교환 면적이 극대화되도록 하고 있다.

하지만, 상기와 같은 종래의 폐열회수설비용 전열관은 금속 판재가 튜브의 외측방으로 돌출된 형상으로 형성되되 양 측면이 평면을 이루는 직육면체 형상을 이룸에 따라, 전열관의 외측을 통과하는 유체가 전열핀 사이를 신속하게 통과하게 되고, 이에 의해 열교환 효율에 한계가 발생되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 금속재 튜브의 외측면에 전열핀이 감겨짐과 동시에 용접 고정되면서 전열핀에 전,후방으로 불규칙한 절곡이 이루어지도록 한 폐열회수설비용 열교환기의 전열관 제조장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 간단한 구성으로 전열핀에 불규칙한 절곡이 이루어지도록 함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 튜브와 연결되는 전열핀의 내측 끝단의 변형량 보다 전열핀의 외측 끝단의 변형량이 커지도록 함에 있다.

한편, 본 발명의 목적은 튜브의 외측을 통과하면서 열교환이 이루어지는 유체에 급격한 와류가 발생되도록 한 폐열회수설비용 열교환기의 전열관을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 튜브를 일정 속도로 회전시키는 회전지지부와, 상기 튜브의 외측에 일측이 일정 간격으로 절개된 띠 형상의 전열핀을 연속 공급하면서 나선형으로 감겨지도록 하는 전열핀공급부와, 상기 튜브에 감겨진 전열핀을 일체로 용접 고정하는 용접부를 포함하는 전열관 제조장치에 있어서, 상기 튜브에 상기 전열핀이 나선형으로 감겨져 용접되는 것과 동시에 상기 전열핀을 지그재그로 변형시키는 전열핀절곡부를 더 포함하여 구성된다.

또한, 상기 전열핀절곡부;는 구동모터에 결합되어 회전되는 회전체의 외측면에 상기 전열핀을 측방으로 가압하여 절곡시키도록 다수의 가압돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전체는, 상기 전열핀과 대응되는 높이로 형성되되, 상단부가 상기 튜브의 외측에 인접하게 배치되고, 하단부가 상기 전열핀의 외측 끝단과 인접하게 배치되며, 하방으로 점차 직경이 커지는 원뿔 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 내측으로 유체가 통과되는 튜브의 외측에 직육면체 형상의 전열핀이 일정 간격으로 이격되면서 전체적으로 나선형을 이루며 돌출 고정된 전열관에 있어서, 상기 전열핀의 사이 공간을 통과하는 유체의 진행방향이 불규칙하게 형성되도록 상기 전열핀이 전,후방으로 불규칙한 지그재그 형상을 이루며 절곡된 것을 특징으로 한다.

이에, 본 발명은 전열핀절곡부를 구비하여 금속재 튜브의 외측면에 전열핀이 감겨짐과 동시에 용접 고정되면서 전열핀에 전,후방으로 불규칙한 절곡이 이루어지도록 한 폐열회수설비용 열교환기의 전열관 제조장치를 제공함으로서, 전열핀에 불규직한 절곡이 이루어지도록 성형하는 작업이 간편하게 이루어짐과 동시에 전열핀 사이를 통과하는 유체의 진행 방향이 불규칙하게 형성되어 유체의 체류 시간이 증가되며, 이에 의해 열교환 효율이 극대화된 전열관을 신속하게 생산할 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 전열핀절곡부가 구동모터 및 가압돌기가 형성된 회전체의 간단한 구성으로 전열핀에 불규칙한 절곡이 이루어지도록 함으로서, 전열핀절곡부의 제작이 간편하게 이루어지면서도 연속 가공이 원활하게 이루어져 생산성이 향상되는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 회전체를 원뿔 형상으로 형성하여 튜브와 연결되는 전열핀의 내측 끝단의 변형량 보다 전열핀의 외측 끝단의 변형량이 커지도록 함으로서, 튜브와 용접 결합되는 전열핀 내측이 과도하게 변형되어 튜브와의 용접 강도가 저하되는 것을 방지하는 효과를 가지게 된다.

한편, 본 발명은 튜브의 외측에 고정되는 전열핀을 불규칙하게 절곡 형성하여 튜브의 외측을 통과하면서 열교환이 이루어지는 유체에 급격한 와류가 발생되도록 한 폐열회수설비용 열교환기의 전열관을 제공함으로서, 전열핀의 사이 공간에서 유체가 체류하는 시간이 증가되어 열교환 효율이 극대화되는 효과를 가지게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 개략 평면도이고, 도 2는 도 1의 요부의 확대사시도로서, 도시된 것과 같이 본 발명은 폐열회수설비의 열교환기에 설치되는 전열관 제조장치에 관한 것으로서, 특히 회전지지부(10)와 전열핀공급부(20) 및 용접부(30)에 의해 금속재 튜브(1)의 외측에 평판 형태의 전열핀(2)이 연속 공급되어 튜브(1)와 일체로 용접 고정되도록 함과 동시에 전열핀(2)에 불규칙하게 지그재그 로 변형시키는 전열핀절곡부(40)가 구비되도록 한 것이다.

상기 회전지지부(10)는 금속재 튜브(1)를 회전 가능하게 지지하는 것으로서, 튜브(1)가 일정한 위치에서 고정된 상태에서 축방향으로 회전되도록 하기 위하여 통상의 모터와 가이드 등으로 구성되도록 하는 것이 바람직하며, 후술되는 전열핀(2)이 튜브(1)의 외측면에 나선형으로 감겨지도록 하기 위하여 튜브(1)가 일정한 속도로 직선 이동되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전열핀공급부(20)는 상기 튜브(1)의 외측면에 부착되는 전열핀(2)이 연속적으로 공급되어 튜브(1)의 외측면에 나선형으로 감겨지도록 하는 것으로서, 금속 판재가 긴 길이의 띠 형상으로 형성되되 일측면이 일정한 간격으로 평행하게 절개된 전열핀(2)이 연속적으로 공급되어 상기 튜브(1)의 외측에 나선형으로 감겨지도록 함으로서, 일측이 나선형으로 튜브(1)의 외측에 감겨짐과 동시에 반대측의 절개부가 벌어지면서 튜브(1)의 외측에 전열핀(2)이 분리되어 돌출되도록 한다.

상기 용접부(30)는 상술한 금속재의 튜브(1)와 금속재의 전열핀(2)이 일체로 용접 고정되도록 하는 것으로서, 튜브(1)와 전열핀(2)에 고주파 전류가 흐르도록 하여 튜브(1)에 전열핀(2)이 접촉되는 것과 동시에 튜브(1)와 전열핀(2)이 일체로 용접 고정되도록 하는 고주파 용접기로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전열핀절곡부(40)는 상술한 것과 같이 튜브(1)의 외측에 전열핀(2)이 용접 고정됨과 동시에 전열핀(2)을 전,후 지그재그로 불규칙하게 절곡하여 전열핀(2) 사이를 통과하는 유체의 흐름 방향이 불규칙하게 형성되어 유체에 와류가 발생되면서 유체의 체류 시간이 증가되도록 하는 것으로서, 전열핀(2)에 물리적 인 힘을 가하여 전열핀(2)을 절곡시키는 통상의 해머 등으로 구성되도록 하는 것도 무방하나, 연속 공급되는 전열핀(2)에 지속적으로 원활한 절곡이 이루어지도록 하기 위하여 구동모터(41)에 결합되어 회전되면서 전열핀(2)을 절곡시키는 회전체(42)로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 회전체(42)는 상술한 구동모터(41)에 결합되어 회전되는 원통형으로 형성되도록 하되, 외주면에는 다수의 가압돌기(43)가 방사상으로 돌출 형성되도록 하고, 상술한 전열핀(2)이 공급되어 튜브(1)와 접촉되는 위치에 배치되면서 구동모터(41)의 회전에 의해 회전되도록 한다.

이에 따라, 띠 형상의 전열핀(2)이 공급되어 튜브(1)의 외측면에 용접 결합됨과 동시에 회전체(42)가 회전되면서 가압돌기(43)가 전열핀(2)의 외측면을 가압하여 전열핀(2)에 불규칙한 절곡이 이루어지도록 함으로써, 간단한 구성으로 전체 전열핀(2)을 절곡 가공하는 작업이 가능해지게 되는 것이다.

더불어, 상기 회전체(42)는 튜브(1)와 인접한 상단부의 직경이 반대 측의 전열핀(2)의 외측 끝단과 대응되는 하단부의 직경보다 점차 작아지는 원뿔형으로 형성되도록 함으로써, 튜브(1)와 전열핀(2)의 용접 결합부에 과도한 변형이 가해져 튜브(1)와 전열핀(2)의 결합력이 저하되거나 불량이 발생되는 것을 방지하면서, 전열핀(2)의 외측부에는 최적의 절곡이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

도 는 본 발명에 따른 폐열회수설비용 열교환기의 전열관을 보인 평면도로서, 상술한 것과 같이 제작된 전열관은 도시된 것과 같이 전열핀(2)이 전,후방으로 지그재그로 불규칙한 절곡 상태를 유지하게 되어 전열관의 내측으로는 유 체가 원활하게 흘러나가게 되고, 전열관의 외측으로 흐르는 유체가 열교환을 위하여 전열핀(2) 사이를 통과할 때 전열핀(2)에 부딪치면서 불규칙한 방향으로 진행하게 되며, 전열관의 외부에서 와류를 형성하게 되어 전열핀(2) 사이 공간에서의 유체의 체류시간이 증가되어 더욱 효율적인 열교환이 이루어지게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 개략 구성을 보인 정면도.

도 2는 본 발명의 요부의 확대 사시도.

도 3은 본 발명에 의해 제조된 전열관의 일 예를 보인 평면도.

도 4는 종래 전열관의 일 예를 보인 사시도.

도 5는 도 4의 평면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 튜브 2 : 전열핀

10 : 회전지지부

20 : 전열핀공급부

30 : 용접부

40 : 전열핀절곡부

41 : 구동모터 42 : 회전체

43 : 가압돌기