KR20060019570A

KR20060019570A - 회전 열 교환기 및 그 밀폐 방법

Info

Publication number: KR20060019570A
Application number: KR1020057023371A
Authority: KR
Inventors: 노르베르트 슈트루엔시에
Original assignee: 클링겐부르크 게엠베하
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2006-03-03
Also published as: JP2006527350A; CN1802548B; JP4469848B2; CN1802548A; US20060278364A1; WO2004111563A1; KR101105373B1; EP1634029B1; DE10327078A1; EP1634029A1; US7849913B2

Abstract

본 발명은, 외부 공기(5) 및 공급 공기(6)를 위한 제1 유동 구역(4)과 배기 공기(8) 및 배출 공기(9)를 위한 제2 유동 구역(7)을 가지며 그 구역을 통하여 계속하여 회전하는 회전 가능하게 장착된 회전자(3)와, 상기 회전자(3)를 그 둘레 주위로 둘러싸는 하우징(2)을 구비한 회전 열 교환기에 있어서, 회전자(3)의 밀폐를 향상시키기 위해 그 둘레 주위의 하우징은 수용 공기 혹은 밀폐 공기로 채워져 있으며, 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력은 회전자(3)를 통하여 흐르는 공기 흐름(5, 6; 8, 9)의 압력보다 더 큰 회전 열 교환기에 관한 것이다.

회전 열 교환기, 회전자, 밀폐, 하우징.

Description

회전 열 교환기 및 그 밀폐 방법{ROTATING HEAT EXCHANGER AND METHOD FOR SEALING THE SAME}

본 발명은 외부 공기 및 공급 공기를 위한 제1 유동 구역과 배기 공기 및 배출 공기를 위한 제2 유동 구역을 가지며 그를 통하여 계속하여 회전하는 회전 가능하게 장착된 회전자와 상기 회전자를 그 둘레에서 둘러싸는 하우징을 구비한 회전 열 교환기와, 그와 같은 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법에 관한 것이다.

이러한 종류의 공지된 회전 열 교환기에 있어서, 회전자와 그 회전자의 전단면(front end face) 및 후단면(rear end face)에서 그 회전자를 둘러싸는 하우징의 사이에 주변 밀봉부가 제공되는데, 그 주변 밀봉부에 의해 회전자를 통하여 하우징 내로 흐르는 기류로부터 공기의 누출이 방지된다. 회전자는 그 회전자를 둘러싸는 하우징에 대하여 회전하기 때문에 이러한 종류의 회전 열 교환기의 작동 중에는 한편으로는 회전자와 다른 한편으로는 하우징 사이에서 상당한 양의 누출이 항상 발생하고, 이는 회전자를 통하여 흐르는 기류로부터 공기가 회전자로부터 누출되도록 할 수 있다. 이로 인해 회전 열 교환기에 의해 사용되는 실내 공급 공기의 바람직스럽지 않은 오염이 야기될 수 있다.

본 발명의 해결 과제는 위에서 언급한 바와 같은 바람직스럽지 못한 방향의 누출이 더 이상 발생하지 않도록 한 회전 열 교환기 및 그 회전 열 교환기를 밀폐하는 밀폐 방법을 개발하는 것이다.

그 해결 과제는 본 발명에 따르면 회전자를 그 둘레에서 둘러싸는 하우징이 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해 채워진다는 점과, 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력은 회전자를 통하여 흐르는 기류의 압력보다 높다는 점에 의해 해결된다. 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해 초과 압력으로 하우징을 가압한 결과, 하우징의 압력 수준은 항상 회전 열 교환기의 회전자를 통하여 흐르는 기류의 압력 수준보다 높게 유지된다. 따라서 외부 공기 및 공급 공기가 하우징을 통하여 배기 공기 및 배출 공기와 혼합되는 것을 막을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 회전 열 교환기의 경우에, 주변 밀봉부도 제공될 수 있다는 것이 명백한데, 그에 의해 수용 기류 혹은 밀폐 기류가 줄어들 수 있다. 그러한 주변 밀봉부는 회전 열 교환기의 하우징에 유리한 방식으로 고정될 수 있다.

수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력은 일정한 압력 수준으로 유지될 수 있다. 여기서, 상기 일정한 압력 수준은 회전 열 교환기의 회전자를 통하여 흐르는 기류의 압력 수준보다 높게 놓인다는 점이 고려되어야 한다.

선택적으로, 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력을 회전자를 통하여 흐르는 기류의 압력보다 일정한 차압만큼 높게 유지하는 것이 가능하다. 이러한 방식의 조처를 취하게 되면, 하우징을 가압시키는 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 양이 최적화 될 수 있는데, 상기 하우징의 내부에는 항상 충분한 초과 압력이 존재한다.

상기 하우징 내의 초과 압력은 외부 또는 내부 압력 공급원에 의해 촉진되도록 생성될 수 있다.

유리한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전 열 교환기는 압력 공급원의 작동을 하우징 내의 압력 측정용 압력 센서 및/또는 회전자를 통하여 흐르는 기류 측정용 압력 센서의 신호에 따라 제어 및 조절하는 제어 및 조절 장치를 포함한다. 따라서, 하우징 내의 상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력 수준은 하우징의 압력 수준에 의존하여 제어 및 조절되는데, 이는 설정 압력 및/또는 회전자를 통하여 흐르는 기류의 압력 수준에 기초한다.

특히, 배기 공기 또는 배출 공기에 예컨대 폭발의 위험을 발생시킬 수 있는 전하(charges) 및 성분이 존재하는 사용처나 용도의 경우에는, 하우징을 위험하지 않은(non-critical) 수용 공기 혹은 밀폐 공기로 가압하는 것이 유리하고, 그러면 배기 공기 또는 배출 공기 중의 위험 성분 함량(critical contents)이 희석될 수 있기 때문에, 예컨대 구동 모터의 연소 영역에서는 폭발 방지(explosion protection)가 없어도 된다.

본 발명에 따른 회전 열 교환기의 유리한 실시예에 따르면, 기류 분리 장치가 상기 두 유동 구역 사이에서 회전자의 단부면에 직경 방향으로 뻗어 제공되는데, 상기 기류 분리 장치는 하우징에 연결되고 상기 하우징에 존재하는 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해 밀폐 기류가 제공될 수 있다. 일반적인 경우에는 기류 분리 장치에 팬이 필요하겠지만, 본 발명에 따른 회전 열 교환기의 경우에는 팬이 없어도 된다. 하우징에 연결되고 하우징에 존재하는 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해 세척 기류가 제공될 수 있는 쐐기형 세척 장치(rinsing wedge-like device)가 외부 공기 및 공급 공기를 위한 유동 구역의 직전-회전자의 회전 방향에서 직전-에 설치된 배기 공기 및 배출 공기를 위한 유동 구역의 영역에서 회전자의 단부면에 제공된다면, 쐐기형 세척 장치를 제공하기 위한 개별 팬도 또한 없어도 된다.

유리한 방향으로의 기술 개발에 따라서 본 발명에 따른 회전 열 교환기에 온도 조절 장치가 제공된다면, 그에 의하여 수용 공기 혹은 밀폐 공기는 예컨대 항-얼음냉각의 목적을 위해 온도 조절될 수 있고, 주변 밀봉부에서의 얼음 냉각이 방지될 수 있으며, 하우징에서 응축물의 형성 또한 없앨 수 있다. 수용 공기 혹은 밀폐 공기는 회전 열 교환기의 공급 공기 시스템 및/또는 외부 공기 시스템으로부터 직접적으로 얻어질 수 있다.

유리하게, 본 발명에 따라 회전 열 교환기의 하우징에 노즐 장치들이 제공되는데, 그 노즐 장치들을 통해 수용 공기 혹은 밀폐 공기가 회전자의 베어링으로 지향될 수 있다. 결과적으로, 회전자의 베어링은 비교적 적은 비용으로 건조한 상태가 유지될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 설계된 회전 열 교환기를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 열 교환기의 회전자를 통해 흐르는 기류와 본 발명에 따라 설계된 회전 열 교환기에 의한 밀폐 및 세척 기류의 개략도.

도 1에 사시도로 도시된 본 발명에 따른 회전 열 교환기(1)는, 도시된 실시예에서 그 외부 윤곽이 대략 사각형인 하우징(2)을 구비하고 있다.

하우징(2)은 회전 열 교환기(1)의 회전자(3)를 그 둘레에서 둘러싼다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 회전자(3)는 제1 유동 구역(4)을 구비하고 있는데, 그 구역을 관통하여 외부 공기(5) 및 공급 공기(6)가 흐른다. 외부 공기(5) 및 공급 공기(6)의 기류는 도 2에서 화살표로 표시된다.

나아가 회전자(3)는 제2 유동 구역(7)을 구비하고 있는데, 그 구역을 관통하여 배기 공기(8) 및 배출 공기(9)가 외부 공기(5) 및 공급 공기(6)의 반대 방향으로 흐른다. 배기 공기(8) 및 배출 공기(9)에 의해 형성된 기류도 역시 도 2에 화살표로 도시되어 있다.

회전 열 교환기의 회전자(3)는 베어링 또는 허브(hub)(10)의 주위로 회전할 수 있도록 설치된다. 회전자(3)의 회전 방향은 도 1 및 도 2에서 화살표(11)로 도시되어 있다.

하우징(2)은 도 1 및 도 2에 미도시된 압력 공급원에 연결되는데, 그에 의하여 하우징(2)은 수용 공기 혹은 밀폐 공기로, 더욱 정확하게는, 회전자(3)를 통하여 흐르는 기류(5, 6, 8, 9)의 압력 수준보다 더 높은 압력으로 가압된다. 그 결과로, 회전자(3)로부터 반경 바깥쪽 방향으로의 배기 공기(8) 또는 배출 공기(9)의 유출이 방지된다. 유사하게, 회전자(3)로부터 반경 안쪽 방향으로의 외부 공기(5) 및 공급 공기(6)의 유출도 방지된다. 화살표(12)에 의해 표시되고 회전자(3)에 대 하여 반경 방향 안쪽으로 흐르는 밀폐 기류(12)는 외부 공기(5) 및 공급 공기(6)에 의해 형성된 기류와 배기 공기(8) 및 배출 공기(9)에 의해 형성된 기류 속으로 들어간다. 열 교환기(1)를 위한 제어된 챔버 공기 밀폐가, 말하자면 초과 압력 아래에 있는 하우징(2)에 의해서 생성된다.

주변 밀봉부(15, 16)는 각각, 회전자(3)의 주변부와 회전자(3)를 둘러싸는 하우징(2)의 전면(13)의 사이 그리고 유사하게 제공된 회전자(3)의 후면(14)의 사이에 제공되는데, 그러한 주변 밀봉부에 의하여, 회전 열 교환기(1)의 작업 도중에 필수적으로 발생하며 가능한 한 작게 유지되어야 하는, 한편으로는 하우징(2)과 다른 한편으로는 회전자(3) 사이의 누출을 밀폐한다.

이러한 주변 밀봉부(15, 16)는, 회전자(3)의 외부 둘레가 이러한 주변 밀봉부(15, 16)에 대하여 움직이도록 편의상 하우징(2)의 전면(13) 및 후면(14)에 고정된다.

하우징(2) 내의 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력은 모두 일정한 압력 수준에서 유지되는데, 상기 압력 수준은 여하튼간에 회전자(3)를 통하여 흐르는 기류(5, 6; 8, 9)의 압력 수준보다는 높게 놓이도록 선택된다. 선택적으로, 하우징(2) 내의 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력은, 그 압력이 로터를 통하여 흐르는 기류(5, 6; 8, 9)의 압력 수준보다 사전 결정된 차압만큼 항상 높게 놓이도록 제어 및 조절될 수 있다.

외부 또는 내부 압력 공급원이 압력 공급원으로서 제공될 수 있다.

하우징(2)에 설치된 압력 센서를 포함하는 도면에 미도시된 제어 및 조절 장치에 의해서, 외부 공기(5) 및 공급 공기(6)와 배기 공기(8) 및 배출 공기(9) 내의 압력이 탐지된다. 하우징(2) 내의 압력은 상기 압력 센서의 신호에 따라 제어 또는 조절된다. 하우징(2) 내의 설정 압력, 또는 하우징(2) 내의 압력 및 기류(5, 6; 8, 9) 내의 압력 간의 차압이 목표 크기로 사용될 수 있다.

성분 면에서 위험한 적어도 하나의 기류가 회전 열 교환기(1)의 회전자(3)를 통하여 흐른다면, 하우징(2)은 위험하지 않은 수용 공기 혹은 밀폐 공기로 가압되는 것이 적당하다. 상기 위험한 기류는 위험한 기류 조성으로부터 귀결되는 위험성, 예컨대 폭발 위험성이 감소되도록 이러한 위험하지 않은 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해 희석될 수 있다.

회전자(3)에 걸쳐 수평 방향 및 직경 방향으로 연장되는 기류 분리 장치(19, 20)가 회전자(3)의 두 단부면(17, 18)에 각각 제공된다. 두 개의 기류 분리 장치(19, 20)는 말하자면 중앙 가로대로서 설계되어, 그 내부 공간은 그 두 개의 기류 분리 장치(19, 20)가 초과 압력 하에서 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해 가압되도록 하우징(2)의 내부 공간과 연결된다. 두 개의 기류 분리 장치(19, 20)로부터 화살표(21)로 표시된 밀폐 기류가 발생하는데, 이에 의해서, 회전자의 단부면(17)에서 외부 공기(5) 및 배출 공기(9)의 혼합이 방지되고, 회전자(3)의 단부면(18)에서 공급 공기(6) 및 배기 공기(8)의 혼합이 방지된다.

나아가, 쐐기형 세척 장치(22)가 기류 분리 장치(19) 아래 회전자(3)의 단부면(17)에 설치된다. 상기 쐐기형 세척 장치는, 배기 공기(8) 및 배출 공기(9)에 할당된 제2 유동 구역(7)으로부터 흐르는 함께 회전하는 공기가 외부 공기(5) 및 공급 공기(6)에 할당된 회전자(3)의 제1 유동 구역(4)으로 넘어가지 않도록, 화살표(23)로 표시된 세척 기류가 회전하는 회전자(3)를 통하여 나아가도록 한다. 도 1 및 도 2에 도시된 회전 열 교환기와 함께 쐐기형 세척 장치는 - 두 개의 기류 분리 장치(19, 20)처럼 - 세척 기류(23)도 하우징(2)으로부터 수용 공기 혹은 밀폐 공기를 통해 공급되도록 하우징(2)에 연결된다.

나아가, 도 1 및 도 2에 도시된 회전 열 교환기(1)에는 도면에 미도시된 가열 장치가 구비되는데, 이에 의해 수용 공기 혹은 밀폐 공기가 가열될 수 있다. 그러나 몇몇 조건에서는 일반적으로 온도 조절 장치를 제공하는 것이 적절할 수도 있는데, 이에 의해 하우징(2) 내의 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 온도가 목표하는 대로 온도 조절될 수 있다. 상기 가열 장치는 몇몇 온도 조건 하에서 회전 열 교환기(1)의 얼음 냉각이 방지되어야 하는 경우에 특히 적절하다.

수용 공기 혹은 밀폐 공기는 회전 열 교환기(1)의 외부 공기 시스템 또는 공급 공기 시스템으로부터 주어질 수 있다.

하우징(2)에는 도 1 및 도 2에 미도시된 노즐 장치들이 제공될 수 있는데, 그를 통하여 회전 열 교환기(1)의 회전자(3)의 베어링 내지 허브(10)가 건조한 상태로 유지될 수 있다. 이는 회전자(3)를 통하여 흐르는 기류(5, 6; 8, 9)가 습기에 노출된 회전 열 교환기(1)의 경우에 특히 매우 중요하다.

Claims

외부 공기(5) 및 공급 공기(6)를 위한 제1 유동 구역(4)과 배기 공기(8) 및 배출 공기(9)를 위한 제2 유동 구역(7)을 가지며 그 구역을 통하여 계속하여 회전하는 회전 가능하게 장착된 회전자(3)와, 상기 회전자(3)를 그 둘레에서 둘러싸는 하우징(2)을 구비한 회전 열 교환기(1)에 있어서,

상기 회전자(3)를 그 둘레에서 둘러싸는 상기 하우징(2)은 수용 공기 혹은 밀폐 공기로 채워지고, 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력은 상기 회전자(3)를 통하여 흐르는 기류(5, 6; 8, 9)의 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항에 있어서,

주변 밀봉부(15, 16)가 한편으로는 회전자(3)의 둘레와 다른 한편으로는 하우징(2)의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제2항에 있어서,

주변 밀봉부(15, 16)가 하우징(2)에 고정되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력이 일정한 압력 수준으로 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력은 회전자(3)를 통하여 흐르는 기류(5, 6; 8, 9)의 압력보다 일정한 차압만큼 더 높게 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하우징(2) 내에 초과 압력을 생성시킬 수 있는 외부 또는 내부 압력 공급원을 구비한 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압력 공급원의 작동을 하우징(2) 내의 압력 측정용 압력 센서 및/또는 회전자(3)를 통하여 흐르는 기류(5, 6; 8, 9)의 압력 측정용 압력 센서의 신호에 따라 제어 또는 조절할 수 있는 제어 및 조절 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하우징(2)은 위험하지 않은 수용 공기 혹은 밀폐 공기로 가압될 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 열 교환기는 상기 두 유동 구역(4, 7) 사이에서 회전자(3)의 단부면에 직경 방향으로 뻗어 설치된 기류 분리 장치(19, 20)들을 구비하며, 상기 기류 분리 장치들은 하우징(2)에 연결되어 있고 하우징(2) 내에 존재하는 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해서 밀폐 기류(21)가 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

하우징(2)에 연결되어 하우징(2) 내에 존재하는 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해서 세척 기류(23)가 제공될 수 있는 쐐기형 세척 장치(22)가, 외부 공기(5) 및 공급 공기(6)를 위한 유동 구역(4)의 직전-회전자(3)의 회전 방향(11)에서 직전-에 설치된 배기 공기(8) 및 배출 공기(9)를 위한 유동 구역(7)의 영역에서 회전자(3)의 단부면(17)에 제공되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 열 교환기는 온도 조절 장치를 구비하며, 그에 의하여 상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기가, 예컨대 항-얼음냉각의 목적으로, 온도 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기는 회전 열 교환기(1)의 공급 공기 및/또는 외부 공기 시스템으로부터 취해질 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

노즐 장치들이 하우징(2)에 제공되며, 그 노즐 장치들을 통하여 수용 공기 혹은 밀폐 공기가 회전자(3)의 베어링(10) 내로 지향될 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기.
회전 열 교환기(1)를 밀폐하는 방법에 있어서,

회전 열 교환기(1)의 회전자(3)를 그 회전자(3)의 둘레에서 둘러싸는 하우징(2)은 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해 가압되며, 하우징(2) 내의 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력은 회전 열 교환기(1)의 회전자(3)를 통하여 흐르는 기류(5, 6; 8, 9)의 압력 수준보다 높게 유지되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.
제14항에 있어서,

하우징(2) 내의 상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력 수준이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.
제14항에 있어서,

하우징(2) 내의 상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력 수준은 회전자(3)를 통하여 흐르는 기류(5, 6; 8, 9)의 압력 수준보다 일정한 차압만큼 더 높게 유지되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

하우징(2) 내의 상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기의 압력 수준은 상기 하우징(2) 내의 압력 수준 및/또는 회전자(3)를 통하여 흐르는 상기 기류(5, 6; 8, 9)의 압력 수준에 의존하여 제어 또는 조절되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하우징(2)은 위험하지 않은 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해 가압되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전자(3)의 단부면(17, 18)에 설치된 기류 분리 장치(19, 20)들에 상기 하우징(2)으로부터 수용 공기 혹은 밀폐 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전자(3)의 쐐기형 세척 장치(22)에 상기 하우징(2)으로부터 수용 공기 혹은 밀폐 공기가 세척 공기로서 제공되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.
제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기가 온도 조절되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.
제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용 공기 혹은 밀폐 공기는 상기 회전 열 교환기(1)의 공급 공기 및/또는 외부 공기 시스템에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.
제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전자(3)의 베어링들은 수용 공기 혹은 밀폐 공기에 의해 작용되는 것을 특징으로 하는 회전 열 교환기를 밀폐하는 방법.