KR20170059909A

KR20170059909A - 재생 열교환기 및 발전소

Info

Publication number: KR20170059909A
Application number: KR1020160156546A
Authority: KR
Inventors: 크렌젤 레이몬드; 키르쉐 아르민
Original assignee: 발케-뒤르 게엠베하
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2016-11-23
Publication date: 2017-05-31
Also published as: DE102015015134A1; EP3171112A1; EP3171112B1; CN106839846A

Abstract

재생 열교환기(1)는 다수의 반경방향 벽(7)을 갖는 중간 저장부로서 설계된 로터(2)와; 로터(2)를 둘러싸는 스테이터(22)로서, 그의 외주면은 로터(2)와 스테이터(22) 사이에 원주 밀봉 갭(23)을 형성하는 스테이터(22)와; 적어도 하나의 밀봉유닛(5)을 갖는 축방향 시일(3)을 포함한다. 밀봉유닛(5)은 로터(2)의 방향으로 스테이터(22)로부터 연장되고, 밀봉 갭(23) 내로 부분적으로 돌출되며, 로터는 매끄러운 원주형의 실질적으로 폐쇄된 밀봉면(25)을 갖는다. 또한, 본 발명은 그러한 재생 열교환기(1)를 포함하는 발전소에 관한 것이다.

Description

재생 열교환기 및 발전소{Regenerative heat exchanger and power plant}

본 발명은 재생 열교환기 및 그러한 열교환기를 갖는 발전소에 관한 것이다.

가령, 보일러에서 나오는 배기가스(flue gas)에 남아 있는 열에너지를 이용하여 보일러로 공급되는 연소공기를 가열함으로써 발전소의 효율을 증가시키기 위해, 여러 유형의 증기 발전소에서는 재생 공기 예열기 같은 재생 열교환기를 사용하고 있다. 이와 관련하여, 바람직하게는 연소 공기 유동 또는 1 차 및 2 차 연소 공기 유동 및 배기가스 유동이 융스트롬(Ljungstrom) 원리에 따라 반대 방향으로 회전식 중간 저장 질량체(rotating intermediate storage mass)를 통해 보내진다. 회전 열교환기라고도 부르는 이들 장치의 추가 전형적인 적용으로는 가스 예열기로서 사용하는 것이 있다. 또한, 수평 또는 수직 회전축을 갖는 설계는 모두 잘 알려져 있다.

이들 재생 열교환기의 설계 및 동작 시의 도전 과제는 열교환기의 방열측과 흡열측 사이에서 발생하는 누출을 다루는 것이며, 이는 예를 들어 상당한 효율의 저하를 초래할 수 있다. 이러한 누출의 상당한 부분은, 예를 들어 로터와 고정 하우징 사이의 원주 공간을 통해 공기 섹터로부터 배기가스 섹터 내로 유동하는 연소공기, 및/또는 바람직하지 않은 방식으로 상기 공기 섹터 내로 유동하는 배기가스가 그 원인이다. 이러한 방식으로, 열 전달 성능이 감소되고, 공기 유동과 배기가스 사이의 명확한 분리가 더 이상 존재하지 않으며, 예를 들어 공기측 및 터빈과 같은 하류 유닛에서 오염을 유발할 수도 있다. 무엇보다도, 이러한 누출 효과를 피하기 위해 소위 축방향 시일을 제공하는 것이 잘 일려져 있다. 축방향 시일을 통해, 특히 로터의 외주면과 스테이터의 내주면 사이의 영역에서, 상기 로터의 축방향으로, 또는 회전축의 축방향으로 밀봉 격벽이 연장됨으로써 특별히 달성된다. 따라서, 축방향 시일의 본질적인 기능은 공기 및 배기가스 영역으로부터, 또는 일반적으로 흡열부와 방열부의 유체의 이동/혼합을 감소시키는 것과 관련이 있다. 이 때, 시일은 로터의 회전 방향, 특히 그의 외주면에서 밀봉 효과를 발휘하도록 축방향으로 연장된다. 또한, 로터를 통해 유동하는 유체의 입구 또는 출구측 상의 밀봉과 주로 관련이 있는 소위 반경방향 시일을 갖는 포괄적인 열교환기를 제공하는 것이 공지되어 있다. 본 발명은 특히 축방향 시일에 관한 것이다.

이러한 축방향 시일을 갖는 종래 기술에서 공지된 열교환기(1)의 전형적인 설계가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 중간 저장부로서 설계된 열교환기의 로터(2)는, 그의 외주면에서 로터(2)를 둘러싸는 스테이터(22)라고도 부르는 하우징 내에서 중심축을 중심으로 화살표 방향(U)으로 회전한다. 반경방향 벽(7)은 각각 로터(2)의 중심으로부터 반경방향으로 로터 내에서 외측으로 연장된다. 그들 사이에는 중간 저장 요소(31)가 배열되며, 이 요소의 기능은 예를 들어 고온측(H)의 배기가스 유동으로부터 열을 교대로 추출하여, 열교환기(1)의 저온측(C)의 연소 공기 유동 또는 로터(2)를 통해 유동하는 유체에 통과시킨다. 예를 들어 스틸 등의 우수한 열전도성을 갖는 재료로 이루어지는 라멜라(lamellae)를 이러한 목적으로 사용한다. 로터와 스테이터 사이에서 반경방향으로 밀봉 갭(sealing gap)이 배치된다. 이 밀봉 갭을 로터의 회전 방향을 따라 밀봉하기 위한 축방향 시일이 제공된다. 각 경우에, 축방향 시일(3)은 스테이터(22)에 고정적으로 장착되고, 반경방향 벽(7)의 끝단에서 특별히 고정된 스트립 시트(8)와 함께, 공기 및 배기가스 섹터의 밀봉을 생성하는 밀봉 플레이트(24)로 구성된다. 또한, 고온측(H)을 저온측(C)으로부터 분리시키고 스테이터(22)와 관련된 회전에 대해 고정되는 밀봉 벽(D1 및 D2)이, 로터(2)의 상부와 하부(도시 생략)에 존재한다. 따라서, 로터(2)는 상기 밀봉 벽 또는 밀봉 플레이트(D1 및 D2)를 따라 화살표 방향(U)으로 회전한다. 밀봉 벽은 상세히 도시하지 않은 반경방향 시일을 포함한다.

예를 들어, DE 69700699 T2는 플레이트가 고정형 밀봉 요소로서 사용되는 그러한 축방향 시일을 갖는 재생 열교환기를 구체적으로 개시하고 있다. 또한, 스트립 시트는 멤브레인 플레이트의 외측단에서 로터에 장착되며, 외측단은 밀봉 갭을 넘어 상기 로터의 원주면으로부터 반경방향으로 상당히 돌출되고, 고정식 스테이터측 플레이트와 함께, 원주 공간에서 배기가스 및 공기측 또는 저온측(C)에 대한 고온측(H)의 밀봉을 가능케 한다.

또한, CN 101614403은 로터에 장착된 반경방향으로 돌출되는 스트립 시트를 갖는 재생 열교환기용 축방향 시일을 기재하고 있으며, 상기 시트는 밀봉 브러시를 밀봉하며, 결국 플레이트에 고정적으로 장착된다. WO 0190646 A1은 재생 열교환기의 반경방향 및 축방향 시일을 현대화하는 방법에 관한 것이다. 이 때도, 로터에 장착된 반경방향으로 돌출되는 회전 스트립 시트가 축방향 시일의 영역에서 사용되며, 상기 시트는 고정 플레이트를 밀봉한다. US 2002112842 A1는 전술한 모든 문헌과 유사하게, 회전하는 로터에 대한 고정형 밀봉유닛으로서 사용하는 축방향 밀봉 플레이트의 설계에 관한 것이다. 마지막으로, US 5727617 A는 밀봉 플레이트, 즉 반경방향 섹터 플레이트뿐만 아니라 축방향 플레이트 등의 밀봉 플레이트들을 안정화시키는 방법에 관한 것이다. 여기에서, 전술한 축방향 시일은 다시 고정형 밀봉 플레이트에 기초하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 축방향 시일 설계는 다수의 단점을 포함하고 있다. 반면, 밀봉 플레이트의 엄청난 무게가 고려되어야 하며, 이는 스테이터 상에서 복잡하고 시간을 소모하는 조립 및 유지보수 작업을 필요로 한다. 또한, 시일은 적절히 제어될 수 없지만, 동작 중에 모든 부하 조건에서 최적의 밀봉 효과를 얻기 위한 로터와 하우징의 변형으로 인해, 전체 길이에 걸쳐 밀봉 플레이트와 스트립 시트 사이의 갭을 최소화하기 위해서, 밀봉 플레이트의 위치에 대한 후속 조정이 필요하다. 그러나, 이것은 기존의 축 시일 설계로는 불가능하거나 상당한 노력에 의해서만 가능하다. 또한, 다른 단점으로는 축방향 시일의 영역에서 생기는 흐름 누출(sluice leakage)에 있다. 흐름 누출은 로터의 회전 중에 연소공기 또는 배기가스 유동의 일부가 인접한 2개의 스트립 시트 사이의 사공간(dead space)으로 빠져나와, 예를 들어 배기가스가 바람직하지 않은 방식으로 저온측(C)으로 "흘러나오는(paddled)" 것이다. 이것은 공기와 배기가스 측 간의 압력차의 결과로 인해 발생하는 축방향 누출에 추가하여 일어난다.

따라서, 본 발명의 목적은 훨씬 가볍고, 그에 따라, 비용면에서 보다 효과적이며, 보다 효율적이고, 유지보수가 보다 용이하며, 특히 전술한 단점을 회피하거나 적어도 감소시키는 최적화된 축방향 시일 시스템을 갖는 포괄적인 재생 열교환기를 제공하는 데 있다.

상기 목적은 독립 청구항의 주제에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에 특정되어 있다.

상기 목적은 로터가 균일한 원주 폐쇄형 밀봉면을 포함하는 재생 열교환기에 의해 구체적으로 달성된다. 따라서, 로터를 둘러싸는 로터 원주의 적어도 일부분은 반경방향의 돌기없이 구성되며, 또 중단없이 및/또는 돌기없이 및/또는 요홈없이 회전 방향으로 연속적인 외주 쉘(shell) 표면을 형성하며, 이는 특히 스테이터에서 시작하여 상기 밀봉 갭을 지나 반경방향으로 연장되는 밀봉유닛의 밀봉 요소용 접촉 및 밀봉면을 포함하고 있다. 동시에, 밀봉유닛은 로터의 축방향 높이의 적어도 80%, 특히 적어도 85%, 보다 바람직하기는 적어도 90%에 걸쳐서 축방향으로 연장된다. 이는 축방향 시일이 축방향으로 충분히 많은 영역에 걸쳐서 연장됨으로써, 효율적인 축방향 밀봉이 달성되도록 보장한다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 밀봉 요소가 로터의 밀봉면에 직접 접촉하지 않지만, 특히 수 센티미터, 보다 바람직하기는 수 밀리미터까지 적어도 가능한 한 그에 근접하는 것을 포함한다. 이는 밀봉면 및/또는 밀봉 요소의 마모 조짐을 감소시킬 수 있다. 그러나, 이러한 대안에 따르면, 특히 적어도 하나의 밀봉 요소를 갖는 밀봉장치는 전술한 매끄러운 밀봉면을 갖는 로터를 향해 밀봉 갭 내로 돌출된다. 그러므로, 다시 말해, 축방향의 두께 또는 높이와 관련하여, 로터는 균일한 폐쇄형 로터 쉘에 의해 적어도 부분적으로 및 특히 전체적으로 원주 방향으로 구획된다. 축방향의 두께 또는 높이는 그의 정면측 사이에서 회전축의 축방향으로 로터의 거리, 즉 수직 회전축을 갖는 로터의 경우에, 따라서, 그의 상측과 하측 사이의 축방향 높이를 지칭하며, 중심축 연결부의 영역은 그로부터 제외한다. 따라서, 적어도 밀봉면의 영역에서, 로터는 원통형으로 형성되거나 원통의 외주면을 갖는다. 로터를 완전히 감싸고 있는 상기 균일한 영역은 이제 밀봉 목적으로 사용된다. 본 발명에 따르면, 로터의 반경방향 벽의 끝단은 더 이상 로터와 스테이터 사이의 밀봉 갭 내로 돌출되지 않는다. 따라서, 반경방향 벽 끝단들 사이의 사공간을 통한 흐름 누출의 발생은 거의 완전히 제거된다. 따라서, 본 발명은 특정 방식으로 종래 기술에 공지된 것에 비해 축방향 시일의 설계를 뒤집는 아이디어에 기초하고 있다. 국부적인 스테이터측 밀봉 플레이트 대신에, 이제 로터의 측면에서 원주 방향으로 둘러싸는 밀봉면으로서 작용하는 폐쇄형 로터 쉘이 제공된다. 이러한 방식으로, 시간이 소모되는 밀봉 플레이트의 후속 조정을 없앨 수 있다. 또한, 로터의 원주를 따라 분포되는 로터 상에 다수의 밀봉 시트를 더 이상 배치할 필요가 없으므로, 예를 들어, 유지보수 작업이 크게 감소될 수 있다.

본 발명에 따르면, 적어도 부분적으로 매끄럽고 돌기가 없는 로터 원주는 대체로, 다양한 유형 및 방식으로 달성될 수 있다. 가장 간단한 경우에, 반경방향 외측에 놓이는 로터 셀(cell)의 외벽은 그 전체가 원형의 원주 외벽을 형성하는, 각각 굴곡된 외벽을 구비한다. 그러나, 로터의 실제 열교환 영역과 그 외부 쉘 표면 사이에 배열되는 사공간 링(dead space ring)이 존재하는 것이 바람직하다. 이 영역은 열교환을 위해 유체가 흐르도록 설계되지는 않았으나, 주로 밀봉면 및 추가 밀봉 기능, 예를 들면, 외부 영역에서 반경방향 밀봉을 제공하는 역할을 한다. 그러나, 사공간 링은 로터의 외측 영역에서 회전 방향으로, 특히 로터를 세그먼트로 세분하는 반경방향 벽의 연장선 상에 배열되는 다수의 개별 칸막이에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 예를 들어 반경방향 벽의 끝단에 부착되고, 그의 외벽이 함께 본 발명에 따라 요구되는 원주 방향 밀봉 쉘 벽을 형성하는 카세트가 제공될 수 있다. 특히, 이 때는, 조립된 상태에서 스테이터로부터 떨어져 대향하는 그들의 내측에 있는 횡단 보강대에 의해 추가로 보강되는 이들 카세트가 사용된다. 이러한 방식으로, 카세트는 재생 열교환기의 때때로 극심한 온도 변동에 보다 잘 견딜 수 있다.

사공간 링은 축방향에서 볼 때, 상부 및/또는 하부를 향해 또는 하나 또는 양 외측에서, 예를 들어 상기 목적을 위해 특별히 설계된 횡단 보강대를 통해, 또는 대안적인 외벽/외측 시일을 통해 폐쇄되도록 설계하는 것이 바람직하다. 이는 부가적으로, 카세트의 내부 공간이 고온 및 저온측 사이에서 유체 전달용 매체로서 작용해서 흐름 누출을 초래할 수 없게 하는 것도 보장한다.

축방향 시일에 대한 특히 양호한 폐쇄 효과는 폐쇄형 로터 원주에 대한 대응부가 로터와 스테이터 사이에서 밀봉 갭의 스테이터 측에 존재할 때 달성될 수 있으며, 대응부는 시일로서 작용한다. 따라서, 재생 열교환기는 스테이터에 장착된 밀봉유닛을 포함하는데, 이는 특히 로터와 대향하는 스테이터의 측면에 본질적으로 고정 배치되어, 폐쇄형 로터 쉘과 함께 축방향 시일을 형성한다. 본 명세서에서 스테이터에 본질적으로 고정된다는 것은, 특히 밀봉 요소에서 열 변형 및/또는 마모 효과를 보상하기 위해, 특히 반경방향으로 밀봉유닛의 가능한 조정 동작을 포함하는 것으로도 이해해야 한다. 여기서 중요한 점은 스테이터로부터 밀봉 갭 내로 돌출되는 밀봉유닛이 로터와 함께 회전하지 않는다는 것이다.

따라서, 이 밀봉유닛은 적어도 밀봉면에 대해 이후에 조정할 수 있는 조정 가능한 밀봉 요소로서 구성하는 것이 바람직하다. 작동 시, 조정 가능한 밀봉유닛은, 예를 들어 영구적인 방식으로 폐쇄형 로터 원주 상에 조정 가능한 밀봉유닛을 약간 가압하는 스프링을 포함하는 스프링 부하에 기초한 조정 시스템에 의해 작동 중에 조정되는 것이 바람직하다. 대안으로, 이 때는 공압식, 전기적 및/또는 유압식으로 작동될 수 있는 조정 유닛도 가능하며, 본 발명에 의해 커버할 수도 있다.

재생 열교환기의 로터는 다수의 결합 요소, 예를 들어 기어 휠 구조의 스프로킷 휠 볼트 또는 플랭크(flanks)를 포함하는 스프로킷 휠의 도움으로 종종 구동된다. 스프로킷 휠은 스테이터와 대향하는 로터의 표면 또는 측면에 배열되는 것이 바람직하다. 스테이터측으로부터 시작되는 대응하는 구동부는, 예를 들어 결합 요소를 갖는 종동 휠을 구비한다. 스프로킷 휠은, 특히 하부 또는 상부의 제 3, 바람직하게는 저온측과 대향하는 제 3의 위치에서, (회전축의 방향으로 그 축방향 연장과 관련해서) 로터 쉘의 중심에 대해 편심되어(offset) 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 전술한 바와 같이, 원주 폐쇄형 밀봉면이 각각 스프로킷 휠의 위와 아래에 존재하는 것이 특히 바람직하다. 물론, 본 발명의 밀봉면의 증가는 상기 스프로킷 휠의 특정 배열 없이도 가능하며, 본 발명에 의해 커버할 수 있다. 이러한 방식으로, 축방향 밀봉이 스프로킷 휠의 위와 아래 모두에서 가능하므로, 특히 양호한 밀봉 결과가 얻어진다.

스프로킷 휠의 영역은, 기능상의 이유로 로터 상의 밀봉 요소의 어떠한 영구적인 접촉도 이 위치에서는 가능하지 않기 때문에, 가장 포괄적인 밀봉에 관하여 축방향 시일의 밀봉 효과를 위한 임계 영역을 나타낸다. 따라서, 이 영역에서 밀봉을 위한 대안적인 특징을 취하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 특수 밀봉 시트가 존재하거나, 제공된 스테이터측 밀봉장치의 밀봉/스트립 시트가 반경방향으로 스프로킷 휠까지 연장되는 돌기를 포함하도록 이들을 설계하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 방식으로, 밀봉 시트의 밀봉 테두리와 스프로킷 휠의 외측면 사이에는 작은 자유 공간이 유지될 수 있다. 돌기는 스프로킷 휠의 홈으로 돌출되는 치수로 되어 있다.

또한, 반경방향에서 볼 때, 밀봉장치가 스프로킷 휠의 결합 요소의 외측 영역 사이에서 로터 측에 존재하는 경우가 최적이며, 상기 밀봉장치는 로터의 회전 방향으로 개별 결합 요소들 사이의 자유 공간을 밀봉한다. 이를 위해, 예를 들어, 스테이터를 향해 서로에 대해 회전 방향으로 서로 인접하여 배치되는 결합 요소를 단단히 연결하는 오목한 격벽체/격벽 시트가 존재할 수 있다. 이와 관련하여, 방해받지 않는 방식으로 로터의 드라이브는 스프로킷 휠 볼트와 결합할 수 있을 필요가 여전히 있다고 생각해야 한다. 따라서, 이러한 격벽체는 예를 들어 실질적으로 회전 방향으로 연장되는 후방벽 부분과 결합 요소를 향해 일정 각도로 연장되는 2개의 측벽 부분을 포함할 수 있다. 대안으로, 이 격벽체는 로터 중심을 향해 휘거나 구부러지도록 설계할 수도 있다.

재생 열교환기는 일반적으로 역류 원리에 따라 작동하며, 로터의 정면측에 대해서 청정측 및 저온측을 포함한다. 따라서, 회전하는 로터는 이를 통해 동시에 흐르는 냉각될 고온 유체와 가열될 저온 유체를 지니고 있다. 이 과정에서, 로터는 회전축을 중심으로 회전한다 (이하 사용하는 "축방향으로"란 표현은 회전축의 방향과 관련이 있다). 따라서, 회전 중에 대략 로터의 반 정도가 가열되고 (여기서, 유체는 로터에 열을 방출함), 대략 나머지 반이 냉각된다 (여기서, 유체는 로터로부터 열을 흡수함). 이 영역에서 누출을 방지하거나 적어도 감소시키기 위해, 축방향 시일은 로터의 외주 영역에서 2개의 절반을 서로 밀봉한다. 이와 관련하여 축방향 시일은 고온측과 저온측 사이의 개별 밀봉유닛을 갖는 단일 구역 시일로서 설계할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 축방향 시일은 다중 구역, 바람직하게는 2개의 밀봉유닛이 청정측과 배기측 사이에서 서로 이격되어 배열되는 적어도 2-구역 시일로 형성된다. 따라서, 상기 구역은 로터의 회전 방향에서 볼 때 결정된다.

특히, 밀봉유닛은 바람직하게는, 적어도 하나의 밀봉 또는 스트립 시트 및, 바람직하게는 다수의 밀봉 또는 스트립 시트가 장착되는 적어도 하나의 밀봉 헤드를 포함하며, 밀봉/스트립 시트는 로터와 대향하는 밀봉 헤드의 측면으로부터 적어도 대략 수직으로 돌출되는 것이 바람직하다. 스트립 시트는 폐쇄형 밀봉면을 밀봉하고, 바람직하게는 어떤 힘에 의해 장착되어 밀봉면과 접촉한다. 밀봉 플레이트는 스테이터측으로부터 밀봉 갭 내로 돌출되며, 가능한 밀봉면에 가깝게 연장되지만, 밀봉면과 맞닿지는 않는다. 축방향 시일용 스트립 시트의 사용은, 필요 시에 비용 효과적이고 신속하며 쉽게 교체할 수 있는 한편, 그들의 최소 무게로 인해 큰 노력 없이도 그들의 위치에 대한 조정도 가능한 장점을 제공한다. 스트립 시트는 전형적으로 폐쇄형 판형 시트로서 설계되며, 0.5㎜ 내지 2.5㎜, 바람직하게는 0.75㎜ 내지 2㎜, 특히 바람직하게는 1㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖는다. 또한, 스트립 시트는 하나의 일체형 피스로서 각각 설계되고, 로터의 축방향 높이의 적어도 80%에 걸쳐서, 특히 적어도 85%에 걸쳐서, 보다 구체적으로는 적어도 90%에 걸쳐서 축방향으로 일체형 피스로서 연장되는 것이 바람직하다.

밀봉/스트립 시트가 스프로킷 휠의 영역에서 추가적인 직사각형 돌기를 갖는 실질적으로 직사각형의 기하학적 구조를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 특히, 밀봉/스트립 시트는 외부 테두리와 측부 테두리 사이의 전이 영역에서 둥글거나 각이질 수 있다. 이는 스트립 시트의 마모를 감소시키는데 기여할 수 있다.

밀봉/스트립 시트의 갯수는 대체로 가변적이다. 그러나, 바람직하게는, 밀봉유닛은 2 내지 20 개, 특히 5개 내지 10개의 밀봉/스트립 시트, 보다 바람직하기는 8 개의 밀봉/스트립 시트를 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 밀봉/스트립 시트는 폐쇄형 판형 시트가 아니라, 밀봉 브러시로서 설계된다.

조정장치를 통해 밀봉유닛을 폐쇄형 로터 원주에 가압하는 것은 다양한 적절한 소스의 힘을 사용하여 대체로 달성할 수 있다. 그러나, 특히 간단하고 견고한 방법은, 밀봉유닛이 장착되는 스프링을 사용하는 것임이 입증되었다. 예를 들어, 이 때, 압축 스프링/코일 스프링을 사용할 수 있다.

조정을 위해, 밀봉유닛은 로터에 대해 반경방향으로 배열되는 레일 상에서 이동하여, 로터에 대한 밀봉유닛의 다양한 조정 거리를 허용하는 것이 바람직하다.

또한, 다수의 밀봉유닛은 서로 연결되거나, 예를 들어 공통 조정장치로 이들을 조정하기 위해 기계적으로 결합되는 것도 생각할 수 있다. 다음에, 밀봉유닛은 로터의 축방향 또는 원주 방향으로 서로 이격되어 배열될 수 있다.

본 발명에 따르는 재생 열교환기의 유지보수 공정을 단순화하기 위해, 바람직한 실시예에 따르면, 축방향 시일은 스트립 시트에 마모가 나타나는 조짐이 있으면 밀봉유닛을 교체할 수 있는 밀봉유닛용 유지보수 장치를 포함한다. 특히, 유지보수 장치는 밀봉 시스템을 밀봉 위치로부터 제거하여 교체할 수 있는 레일 시스템을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 이것은 밀봉유닛이 코일 스프링에 의해 로터 쉘의 외부면에 가압되는 동일한 레일과 관련이 있다.

본 발명에 따르는 유형의 재생 열교환기는 가열된 배기가스를 주위환경으로 방출시키는 어떤 공장에서나 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 이러한 유형의 열교환기는 열에너지의 회수를 가능케 하고, 필터의 진입점으로 사용할 수도 있으므로, 이들은 경제적인 이익 외에도 환경 보전에 기여할 수 있다. 특히, 본 발명에 따르는 재생 열교환기는 발전소에서 사용된다. 따라서, 상기 목적은 전술한 유형의 재생 열교환기를 포함하는 발전소에 의해서 달성된다.

본 발명은 첨부한 개략적인 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 재생 열교환기를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 축방향 시일 영역을 나타내는 확대 상세도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 재생 열교환기를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 재생 열교환기를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 재생 열교환기의 로터 원주를 나타내는 사시도이다
도 6은 본 발명에 따르는 재생 열교환기용 카세트를 나타내는 사시도이다
도 7은 본 발명에 따르는 재생 열교환기의 축방향 시일을 나타내는 평면 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따르는 재생 열교환기의 스프로킷 휠 영역을 나타내는 측면도이다.
도 9는 본 발명에 따르는 재생 열교환기의 스프로킷 휠 영역을 나타내는 평면 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따르는 재생 열교환기의 밀봉유닛 영역을 나타내는 평면도이다.

도면에서 동일 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고, 일부의 도면에서는 반복적으로 나타나는 구성 요소의 반복적인 설명은 생략한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따르는 재생 열교환기(1)를 나타내는 평면도이다. 도 4는 특히, 축방향 시일(3)의 영역을 상세도로서 나타낸다. 기본 구조에 관해서는, 도 1 및 도 2에 따르는 종래 기술에 대해 전술한 내용을 참조한다. 작동 시, 로터(2)는 회전(R) 축을 중심으로 회전한다.

종래 기술과 대조적으로, 도 3 및 도 4는 특히 원주 방향으로 돌기 또는 중단부를 갖지 않는 원형의 폐쇄형 원주 밀봉면(25)을 나타낸다. 또한, 스테이터(22)에 장착된 조정 가능한 밀봉유닛(5)이 제공된다.

로터의 외주 영역에 배열되는 카세트(6)는, 반경방향 벽(7)의 외측단(11)에 의해 세분되거나 구획되는 환상의 사공간 영역(10) 또는 사공간 링을 형성함으로써, 폐쇄형 밀봉면(25)을 구성한다. 원주 방향 사공간 영역(10)은 유체가 그 내부를 통해 흐르도록 되어 있지 않으며, 따라서 열 교환을 위한 기능이 주는 아니다. 사공간 링은 회전 방향으로 장애물이 없는 실질적으로 원형의 밀봉면(25)을 생성하며, 또한 로터의 외부 테두리 영역에서 반경방향으로 향상된 밀봉 결과를 가능케 할 수도 있다.

밀봉유닛(5)은 스테이터(22)의 측면에 장착되고, 스트립 시트에 의해 로터(2)와 스테이터(22) 사이의 밀봉 갭(23)을 넘어 상기 스테이터(22)로부터 밀봉면(25)까지 연장되어, 그와 접촉한다. 밀봉유닛(5)은 반경방향으로 조정 가능하며, 로터(2)와 대향하는 그들의 측면에는, 각각 폐쇄형 밀봉면(25)을 밀봉하는 다수의 스트립 시트(8)를 포함한다.

도 5 및 도 6은 밀봉면(25)의 폐쇄형 구조를 추가로 나타낸다. 로터(2)는 도 5에서, 로터(2) 구동용 스프로킷 휠(15)에 의해 서로 분리되는, 서로의 상부에 배열되는 2개의 폐쇄형 밀봉면(25)을 갖는 사시도임을 알 수 있다. 따라서, 로터(2)의 축방향(A) 또는 회전(R) 축방향에서 볼 때, 스프로켓 휠(15)은 2개의 밀봉면(25) 사이에 배열된다. 마찬가지로, 로터(2)의 외주를 형성하는 환상의 사공간 영역(10)을 볼 수 있다. 따라서, 축방향(A)은 회전방향(U)에 수직으로 연장된다. 로터(2)는 축방향(A)으로 높이(h)를 갖는다. 밀봉유닛(5)의 스트립 시트(8)는 축방향 밀봉을 효율적으로 달성하기 위해 로터의 높이(h)의 적어도 80%에 걸쳐서, 특히 적어도 85%에 걸쳐서, 보다 특히 적어도 90%에 걸쳐 연장되도록 되어 있다.

도 6에는 카세트(6)가 다시 더욱 상세하게 도시되어 있으며, 특히 스테이터로부터 떨어져 대향하는 카세트(6)의 내부면(12)이 장착된 상태로 도시되어 있다. 카세트(6)는 재생 열교환기(1)에서 때때로 극심한 온도 변동에도 불구하고 카세트(6)의 충분한 안정성을 제공하는 횡단 보강대(13)에 의해 내측(12)이 보강되어 있다.

도 3 내지 도 6의 개요는, 특히 카세트(6)가 본 발명에 따라 축방향 시일의 일부로서 밀봉면으로 사용되는 로터의 실질적으로 원형인 외주면을 제공할 수 있음을 보여준다. 상기 카세트는 반경방향 외측에서, 반경방향으로 외측에 놓이는 열교환기 칸막이의 직선의 둥글지 않은 설계는 원형 세그먼트로서 성형된 둥근 외벽을 보상한다. 따라서, 재생 열교환기의 이러한 로터의 통상적인 칸막이 설계에 시간이 많이 걸리지 않으면서, 로터의 본질적으로 원형인 외부 쉘 표면을 제공할 수 있다.

사공간 링의 각 칸막이를 밀봉하기 위해, 상부 및 하부 외벽단에서 축방향(A)으로 볼 때, 카세트(6)를 향해 반경방향 외측에 놓이는 열교환기 칸막이의 외벽 시트는, 로터의 외측 쉘 영역을 향해 반경방향으로 돌출되는 하나의 굴곡 시트(K)를 각각 포함한다. 굴곡 시트(K)는 별도의 벽부재 일 수도 있고, 부가적으로 또는 대안으로 카세트(6)의 일부일 수도 있다. 굴곡 시트(K)는 축방향 외측에서 각 칸막이의 사공간을 폐쇄한다.

대안으로, 카세트 요소를 없애고 원형 세그먼트로서 성형된 외벽과 함께 반경방향 외측에 놓이는 로터의 칸막이의 외벽을 직접 제공하는 것도 생각할 수 있으며, 이는 본 발명에 의해 커버 가능하다.

도 7은 본 발명에 따르는 재생 열교환기(1)의 축방향 시일(3)의 두 개로 구역화된 밀봉 영역의 실시예를 평면 사시도로 나타낸 것이다. 이전의 도면에 도시된 재생 열교환기(1)의 요소에 추가하여, 밀봉유닛(5)의 조정장치(14)가 도시되어 있다. 이들은 밀봉유닛(5)의 스트립 시트(8)가 폐쇄형 밀봉면(25)에 항상 가압되도록 구성된다.

축방향 시일(3)을 밀봉하기 위한 임계 영역은, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 스프로킷 휠(15)의 영역이다. 시일의 효율을 향상시키기 위해, 스트립 시트(8)는 이 지점에서, 스프로켓 휠 볼트(17)를 갖는 요홈으로서 설계된 스프로킷 휠(15) 영역으로 연장되는 돌기(16)를 갖는다. 동시에, 스테이터로부터 떨어져 대향하는 그의 측면에서는, 스프로킷 휠 볼트(17)가 격벽 시트(18)를 통해 밀봉된다. 양 특징으로 인해, 이 지점에서 로터(2)와 스테이터(22) 사이의 밀봉 갭(23)의 단면이 실질적으로 감소되고, 따라서 축방향 시일(3)의 특히 효과적인 작동에 기여하게 된다. 격벽 시트(18)는 각각 스프로킷 휠 볼트(17)의 배면에 적용되어, 이들 볼트를 2개의 경사진 내측 연장 오목면(30)으로 이루어지는 내측 굴곡면 및 연결면(29)과 연결시킨다.

도 10은 코일 스프링(19)에 의해 가해지는 스프링 부하에 의해 축방향 시일(3), 특히 스트립 시트(8)를 폐쇄형 밀봉면(25)에 가압하는 조정장치(14)의 작동 방식을 나타낸다. 또한, 레일(21)을 갖는 유지보수 장치(20)도 여기에 도시되어 있으며, 이는 동작 시에 스트립 시트(8)의 마모로 인해, 스트립 시트(8)와 함께 전체 밀봉유닛(5)을 교체할 필요가 생긴 경우에 상당한 노력없이 교체할 수 있다.

Claims

다수의 반경방향 벽(7)을 갖는 중간 저장부로서 설계된 로터(2)와; 상기 로터(2)를 둘러싸는 스테이터(22)로서, 그의 외주면은 상기 로터(2)와 상기 스테이터(22) 사이에 원주 밀봉 갭(23)을 생성하는 스테이터(22)와; 상기 밀봉 갭(23)을 국부적으로 밀봉하는 적어도 하나의 밀봉유닛(5)을 갖는 축방향 시일(3)을 포함하는 재생 열교환기(1)에 있어서,
상기 밀봉유닛(5)은 상기 로터(2)의 방향으로 상기 스테이터(22)로부터 연장되고, 상기 밀봉 갭(23) 내로 부분적으로 돌출되도록 배열되고, 상기 밀봉유닛(5)은 상기 로터(2)의 축방향 높이(h)의 적어도 80%에 걸쳐서 연장되며, 상기 로터는 본질적으로 매끄러운 원주형의 폐쇄된 밀봉면(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 1항에 있어서,
상기 밀봉유닛(5)은 상기 로터(2)의 상기 밀봉면(25)과 접촉할 정도로 상기 스테이터(22)로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 로터는 중간 저장부와 상기 밀봉면 사이에서 연장되는 사공간 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 3항에 있어서,
상기 사공간 링(27)은, 특히 상기 반경방향 벽(7)에 의해서 세분화되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
상기 사공간 링(27)은 축방향(A)으로 구획되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한항에 있어서,
상기 폐쇄형 밀봉면(25)은 카세트(6)에 의해서 형성되며, 상기 카세트(6)는 특히 반경방향(R)을 향하는 상기 반경방향 벽(7)의 끝단들 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 6항에 있어서,
상기 카세트는 특히 상기 스테이터(22)로부터 떨어져 대향하는 그들의 내측 상에서 횡단 보강대(13)에 의해서 보강되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한항에 있어서,
추가의 매끄러운 폐쇄형 밀봉면(25)이 상기 로터(2)를 원주방향으로 둘러싸고, 2개의 매끄러운 폐쇄형 밀봉면은 특히 축방향(A)으로 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한항에 있어서,
상기 밀봉유닛(5)은 조정장치(14)에 의해 밀봉면(25)에 가압되는 조정가능한 밀봉유닛(5)이고, 상기 조정장치(14)는 특히 상기 로터(2)의 방향으로 힘을 가하는 스프링을 구비한 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한항에 있어서,
상기 축방향 시일(3)은 추가적인 밀봉유닛(5)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 10항에 있어서,
2개의 밀봉유닛(5)은 서로 연결되며, 특히 함께 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 10항 또는 제 11항에 있어서,
상기 2개의 밀봉유닛(5)은 축방향(A)으로 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 10항 내지 제 12항 중 어느 한항에 있어서,
상기 2개의 밀봉유닛(5)은 상기 로터(2)의 회전방향(U)으로 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한항에 있어서,
상기 밀봉유닛(5)은 다수의 밀봉/스트립 시트(8) 및/또는 밀봉 브러시(28)를 포함하고, 상기 밀봉/스트립 시트(8) 및/또는 밀봉 브러시(28)는 상기 원주형의 폐쇄된 밀봉면(25)을 밀봉하는 상기 밀봉유닛(5)의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 14항에 있어서,
상기 밀봉유닛(5)은 2개 내지 20개의 밀봉/스트립 시트(8), 특히 5개 내지 10개의 밀봉/스트립 시트(8), 보다 특히 8개의 밀봉/스트립 시트(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 14항 또는 제 15항에 있어서,
상기 밀봉/스트립 시트(8)는 0.5㎜ 내지 2.5㎜, 특히 0.75㎜ 내지 2㎜, 보다 특히 1㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 14항 내지 제 16항 중 어느 한항에 있어서,
상기 스트립 시트(8)는 상기 로터(2)와 대향하는 테두리로의 전이부에서 휘거나, 각이지거나, 모따기되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 1항 내지 제 17항 중 어느 한항에 있어서,
상기 로터(2)는 원주 요홈(26)에 다수의 결합요소, 특히 스프로켓 휠 볼트(17)를 갖는 스프로켓 휠(15)을 포함하고,
상기 결합요소는, 상기 요홈(26)을 향해 상기 스프로켓 휠(15)을 적어도 부분적으로 밀봉하는 격벽 시트(18)에 의해서 상기 스테이터(22)로부터 떨어져 대향하는 그의 배면측에서 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 18항에 있어서,
상기 격벽 시트(18)는 상기 로터(2)를 향해 내측으로 휘어지고, 상기 격벽 시트(18)는 특히 각각의 수축 연결면(29) 및 상기 연결면(29)에 대해 각이진 2개의 수축면을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 8항 및 제 16항 내지 제 19항 중 어느 한항에 있어서,
상기 밀봉면(25)은 상기 스프로켓 휠(15)의 양측에 배열되는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 14항 및 제 16항 내지 제 20항 중 어느 한항에 있어서,
상기 결합요소를 향해 보다 가깝게 연장되어 축방향 누출물(axial leakage)이 유동하는 자유 영역을 감소시키기 위해, 상기 스트립 시트(8)는 상기 스프로켓 휠(15) 영역에서 상기 로터(2)의 방향으로 돌기(16)를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 열교환기(1).
제 1항 내지 제 21항 중 어느 한항에 따르는 재생 열교환기 (1)를 포함하는 발전소.