KR100283314B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 핀 튜브(10)의 핀(12)의 외주로부터 튜브(11)측을 향하는 복수의 절삭부(13)를 형성하고, 그 절삭부(13)에 의해서 구획된 핀외주부를 절삭부(13) 상의 일점으로부터 뻗어 있는 절곡선(14)을 따라서 핀 튜브(10)의 축선 방향으로 절곡하여 복수의 절곡편(15)을 형성한 것이다.

Description

열교환기

본 발명은 외주에 핀을 부착한 핀 튜브의 내부로 관내 유체를 흐르게 함과 동시에, 관외로 관외 유체를 흐르게 하여, 상기 핀 튜브를 거쳐서 열교환을 행하는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기에 있어서는 그 열교환기 내에 다수의 전열관을 배열하고, 그 전열관내로 예를 들어 냉각수와 같은 관내 유체가 흐르게 하고, 그 전열관의 관외로 상기 전열관의 축선과 교차하는 방향으로 예를 들어, 피냉각 유체와 같은 관외 유체를 흐르게 하여, 상기 전열관내의 유체와 전열관외의 유체 사이에서 열교환을 행하게 하고 있다.

그런데 상기 열교환기의 전열관에서는 관외 전열 면적이 커져 전열관 1개당 열교환량을 증가시킬 수 있도록 핀 튜브가 사용되고 있다. 즉, 도33은 상기 핀 튜브를 사용한 열교환기의 단면도이고, 열교환기 내에는 다수의 핀 튜브(1)가 서로 평행하게 배열되어 있고, 그 관외에는 화살표로 나타낸 바와 같이 상기 전열관(1)과 교차하는 방향으로 관외 유체가 흐르고, 또 상기 핀 튜브(1)내에는 다른 관내유체가 흐른다.

상기 핀 튜브(1)의 형상으로는 도34a 및 도34b에 나타낸 솔리드 핀 튜브(Solid finned tube)나 도35a 및 도35b에 나타낸 톱니모양의 핀 튜브(Serrated finned tube)가 널리 이용되고 있다. 여기서 도34a 및 도34b에서의 화살표는 상기 도33의 화살표와 동일하게 관외 유체가 흐르는 방향을 나타내고 있다(이하 도36 내지 도38b에서도 동일함).

상기 솔리드 핀 튜브는 튜브(2)의 외주에 핀(3)을 부착한 것이고, 톱니모양의 핀 튜브는 핀(3)이 세그먼트(4)라 하는 방사상의 사각형 핀으로 구성된 것이다. 상기 톱니 모양의 핀 튜브는 동일 치수의 솔리드 핀 튜브보다도 전열면적이 작으나, 세그먼트화에 의해서 핀 표면에서의 온도 환경층의 발달이 억제되어 관외 열전달율이 솔리드핀 튜브보다도 높아져, 전열 면적과 관외 열전달율의 적으로 나타낸 수열량으로서는 솔리드 핀 튜브와 동등 이상이 된다. 여기서 상기 핀 튜브는 용도에 따라서 구분하여 사용되고 있다.

관외 유체는 전술한 바와 같이 도면중 화살표로 나타낸 바와 같이 핀 튜브의 축과 교차하는 방향으로부터 유입되어 핀(3) 사이를 흐르고, 핀 표면 및 튜브(2)의 표면을 거쳐서 관내 유체와 열교환을 행하기 때문에, 이와 같은 핀 튜브로 구성된 열교환기는 핀이 없는 튜브만으로 구성된 열교환기와 비교한 경우 교환열량이 규정되어 있는 경우에는 튜브 개수를 줄여 소형화할 수 있고, 또 튜브 개수가 규정되어 있는 경우에는 교환량의 증가가 가능하게 된다.

그러나, 도36에 솔리드 핀 튜브 둘레의 관외 유체의 유선을 나타낸 바와 같이, 도면중 화살표의 방향으로부터 유입된 관외(管外) 유체의 핀 사이의 흐름은 정체점으로부터 각도(θ)의 위치(α)에서 박리되고, 핀 튜브 하류측에는 후류 영역(β)이 형성된다. 이 후류 영역(β)에서는 관외 유체의 유속은 거의 0 또는 역류하고, 국소 관외 전달율은 현저하게 작은 값이 된다. 따라서 이 후류 영역(β)에 위치하는 핀은 전열에는 거의 기여하지 않아 핀의 부가에 의한 전열 면적 확대의 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또 핀 형상을 톱니 모양의 핀으로 한 경우에도 상기한 후류 영역(β)의 형성 상태는 솔리드 핀의 경우와 거의 다르지 않고, 핀에는 전열에 기여하지 않는 부분이 존재한다.

이 관외류의 박리를 억제하여 관외 열전달율의 향상을 도모한 것으로서는 예를 들어 특개소 56-165897호 공보 기재와 같이 박리가 발생하는 핀 튜브의 경사진 뒤쪽 위치에 저항체를 부착한 것도 제안되어 있다. 즉 상기 공보 기재의 것에는 상기 저항체로서 도37a 및 도37b에 나타낸 바와 같이, 적당한 폭의 판(5)이 설비되고, 또는 도38a 및 도38b에 나타낸 바와 같이 핀(3)의 외주에 절곡편(6)이 설비되어 있고, 이와 같이 저항체에 의해서 박리되는 관 외류가 핀 튜브의 하류측으로 돌아 들어오게 되어, 관외 열전달율이 향상된다.

그러나 박리의 위치 및 후류 영역의 형성 상황은 관외 유체의 종류, 온도 압력 및 유속에 따라서 변화하므로, 저항체의 설치 위치, 범위(L) 또는 높이(h)가 상기 관외 유체의 조건에 대응한 것일 필요가 있다.

여기서 상기 도37a 및 도37b 기재의 저항판의 경우, 저항체로서의 판(5)의 폭을 변화시킴으로써 설치 위치(L)를 대응시킬 수 있으나, 도38a 및 도38b에 나타낸 것에서는 높이(h)는 항상 핀의 크기 등에 의하여 규제되어 있다.

이 저항판 설치 장소에서는 핀 간극의 유로가 저항판에 의해서 막히고, 설치 범위가 넓은 경우에는 핀 간극 유로의 폐쇄에 의한 압력 손실의 증가를 무시할 수 없게 되고, 또 저항판의 부가에 의해서 중량도 증가하는 등의 문제가 있다. 또 절곡편(6)을 설비한 경우에는 절곡 범위(L)를 결정하면, 그 기하 형상 때문에 절곡 높이(h)도 결정되게 된다.

이와 같이 종래의 방법에서는 관외류의 박리의 억지에 가장 중요한 형상 요소인 저항체 설치 범위 및 저항체의 크기를 최적으로 설정하는 것이 곤란하고, 따라서 후류 억지 효과를 최적으로 얻을 수 없는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 점에 비추어서 핀의 외주에 관외 유체의 조건에 따라서 형상 자유도가 높은 저항체를 설비하고, 관외류의 박리를 억지하고, 핀 튜브 하류측의 후류 영역을 감소시킴으로써 후류 영역의 국소 관외 열전달율을 상승시켜 전열면적의 확대 효과를 얻을 수 있어 전열 성능이 높은 열교환기를 얻는 것을 목적으로 한다.

제1a도는 본 발명의 제1 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제1b도는 본 발명의 제1 실시 형태의 핀 튜브의 측면도.

제2도는 제1a도 및 제1b도에 있어서의 절곡부의 상세 설명도.

제3도는 제1a도 및 제1b도에 있어서의 절곡부의 사시도.

제4도는 본 발명의 제1 실시 형태의 핀 튜브 둘레의 관외 유체 유선도.

제5도는 본 발명의 열교환기의 관외 전열 성능 특성도.

제6도는 본 발명의 제1 실시 형태의 절곡편을 특정 위치에 설치한 예를 나타낸 단면도.

제7a도는 본 발명의 제2 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제7b도는 본 발명의 제2 실시 형태의 핀 튜브의 측면도.

제8도는 제7a도 및 제7b도의 절곡부의 사시도.

제9도는 제7a도 및 제7b도에 나타낸 실시 형태의 절곡편을 특정 위치에 설치한 예를 나타낸 도면.

제10a도는 본 발명의 제3 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제10b도는 본 발명의 제3 실시 형태의 핀 튜브의 측면도.

제11도는 제10a도 및 제10b도에 나타낸 실시 형태의 절곡편을 특정 위치에 설치한 예를 나타낸 도면.

제12a도는 본 발명의 제4 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제12b도는 본 발명의 제4 실시 형태의 핀 튜브의 측면도.

제13도는 제12a도 및 제12b도의 절곡부의 사시도.

제14도는 본 발명의 제4실시 형태의 절곡편을 특정 위치에 설치한 예를 나타낸 도면.

제15a도는 본 발명의 제5 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제15b도는 본 발명의 제5 실시 형태의 핀 튜브의 측면도.

제16도는 본 발명의 제5실시 형태의 절곡편을 특정 위치에 설치한 예를 나타낸 도면.

제17a도는 본 발명의 제6 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제17b도는 본 발명의 제6 실시 형태의 핀 튜브의 측면도.

제18도는 제17a도 및 제17b도에 있어서의 절곡부의 상세 설명도.

제19도는 제17a도 및 제17b도에 있어서의 절곡부의 사시도.

제20도는 본 발명의 제6 실시 형태의 절곡편을 특정위치에 설치한 예를 나타낸 단면도.

제21a도는 본 발명의 제7 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제21b도는 본 발명의 제7 실시 형태의 핀 튜브의 측면도.

제22도는 제21a도 및 제21b도에 있어서의 절곡부의 상세 설명도.

제23도는 제21a도 및 제21b도에 있어서의 절곡부의 사시도.

제24도는 절곡부의 부적합한 예를 나타낸 사시도.

제25도는 본 발명의 제7 실시 형태의 절곡편을 특정위치에 설치한 예를 나타낸 단면도.

제26a도는 본 발명의 제8 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제26b도는 본 발명의 제8 실시 형태의 핀 튜브의 측면도.

제27도는 제26a도 및 제26b도에 있어서의 절곡부의 사시도.

제28도는 본 발명의 제8 실시 형태의 절곡편을 특정 위치에 설치한 예를 나타낸 단면도.

제29a도는 본 발명의 제9 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제29b도는 본 발명의 제9 실시 형태의 핀 튜브의 측면도.

제30도는 제29a도 및 제29b도에 있어서의 절곡부의 사시도.

제31도는 본 발명의 제9 실시 형태의 절곡편을 특정 위치에 설치한 예를 나타낸 단면도.

제32도는 본 발명의 다른 실시 형태의 핀 튜브의 단면도.

제33도는 열교환기의 종단면도.

제34a도는 종래의 솔리드 핀 튜브의 단면도.

제34b도는 종래의 솔리드 핀 튜브의 측면도.

제35a도는 종래의 톱니 모양의 핀 튜브의 단면도.

제35b도는 종래의 톱니 모양의 핀 튜브의 측면도.

제36도는 종래의 핀 튜브 둘레의 관외 유체선도.

제37a도는 종래의 핀 튜브의 단면도.

제37b도는 종래의 핀 튜브의 측면도.

제38a도는 종래의 다른 핀 튜브의 단면도.

제38b도는 종래의 다른 핀 튜브의 측면도.

본 발명은 튜브와 이 튜브의 외주에 부착된 핀을 갖는 핀 튜브를 구비하고, 상기 핀 튜브를 그 튜브의 축선이 관외 유체의 흐름에 대해서 교차하도록 배치 설비한 열교환기에 있어서, 상기 핀 튜브의 핀은 그 외주부에 형성된 복수의 절곡편을 갖고, 이들 절곡편은 상기 핀의 외주로부터 상기 튜브측을 향하는 복수의 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 상기 절삭부의 일점으로부터 상기 핀 외주상의 일점을 연결하는 절곡선을 따라서 상기 튜브의 축선 방향으로 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 튜브와 이 튜브의 외주에 부착된 핀을 갖는 핀 튜브를 구비하고, 상기 핀 튜브를 그 튜브의 축선이 관외 유체의 흐름에 대해서 교차하도록 배치 설비한 열교환기에 있어서, 상기 핀 튜브의 핀은 그 외주부에 형성된 복수의 절곡편을 갖고, 이들 절곡편은 상기 핀의 외주로부터 상기 튜브측을 향하는 복수의 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 상기 절삭부의 일점으로부터 이에 인접하는 절삭부상의 일점을 연결하는 절곡선을 따라서 상기 튜브의 축선 방향으로 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 절삭부상의 일점과 상기 인접하는 절삭부상의 일점이 상기 핀 튜브의 축심을 중심으로 하는 동심원상에 없는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 절삭부상의 일점과 상기 인접하는 절삭부상의 일점이 상기 핀 튜브의 축심을 중심으로 하는 동심원상에 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 각 절곡편은 상기 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를 동일 방향으로 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 각 절곡편은 상기 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 상기 핀의 둘레 방향에서 교호로 역방향으로 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 각 절곡편은 상기 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를 상기 핀의 둘레 방향으로 하나 걸러 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 각 절곡편은 상기 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 동일 방향으로 또 상기 핀의 둘레 방향으로 하나 걸러 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 각 절곡편은 관외류의 박리가 발생하는 위치에 대응한 상기 핀의 외주의 특정 부분에만 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

도1a는 본 발명의 제1 실시 형태의 핀 튜브(10)의 단면도이고, 도1b는 그 측면도이고, 튜브(11)의 외주에 핀(12)이 설비되어, 핀 튜브(10)가 구성되어 있다. 여기서 도1a 및 도1b의 화살표는 상술한 도33의 화살표와 동일하게 관외 유체의 흐름 방향을 나타내고 있다(이하 동일함).

상기 핀(12)의 외주부에는 핀(12)의 외주로부터 핀 튜브(10)의 축심을 향하는 복수(도면에서는 12개)의 절삭부(13)가 형성되어 있고, 이 절삭부(13)에 의해서 구획된 핀 외주부가 하기 절곡선을 따라서 튜브(11)의 축선 방향으로 절곡되어 있다.

도2는 상기 절곡부를 상세히 나타낸 도면이고, 상기 핀(12)의 외주부에는 상술한 바와 같이 핀(12)의 외주에서 핀 튜브(10)의 축심을 향한 복수의 절삭부(13)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 절삭부(13) 상의 일점(a)과 핀(12)의 외주 상의 점(b)을 연결하는 선을 따라서 절곡선(14)이 형성되고, 상기 절곡부(13)와 절곡선(14) 및 핀 외주에 구성되는 대략 3각형의 요소가 절곡편(15)으로서 상기 절곡선(14)을 따라서 핀(12) 면에 대해서 대략 직각으로 절곡되어 있다.

상기 절곡편(15)은 핀(12)의 둘레 방향에서 교호로 반대 방향으로 절곡되고, 핀(12)의 표면측 또는 이면측으로 교호로 돌출되게 형성되어 있다.

그런데 도2에서는 절곡선을 구성하는 절삭부(13) 상의 일점(a)으로서 절삭부(13)의 끝점을 이용하고 있으나, 반드시 끝점일 필요는 없고 절삭부(13)의 길이와 함께 핀 극간 간격 등으로부터 상기 절삭부(13)의 도중(a')으로 해도 좋다.

이와 같이 절삭부(13)에 의해서 구획된 핀 외주부를 절곡함으로써, 3각 형상의 절곡편(15)이 핀 외주부에 핀(12)의 표면으로부터 돌출 구비되어 있다. 이와 같이 하여 핀 외주부가 절곡된 절곡부의 사시도를 도3에 나타냈다.

그러나 상기 절삭부(13)를 적당하게 설정함으로써, 절곡편(15)의 크기 및 설치 위치는 필요에 따라서 각각 독립적으로 최적으로 설정할 수 있어 형상 자유도를 높일 수 있다.

이와 같이 형성된 핀 튜브(10)는 종래와 동일하게 그 축선이 관외 유체의 흐름 방향과 교차하도록 배치 설비되어, 열교환기가 구성된다. 그리고 이와 같이 구성된 열교환기의 핀 튜브(10)의 둘레의 관외 유체의 유선은 도4에 나타낸 바와 같이 된다.

즉 튜브(11)에 의해서 흐름 방향이 편향된 관외 유체는 상기 절곡편(15)에 의해서 그 흐름 방향이 관외 유체의 흐름 방향(화살표 방향)에 대해 핀 튜브(10)의 후면 측으로 변경되고, 핀 튜브(10)의 하류측까지 돌아 들어가, 종래와 같이 후류 영역이 거의 형성되지 않게 된다. 관외 유체의 흐름이 튜브(11)로부터의 박리 위치 및 후류 영역의 크기가 관외 유체의 종류나 속도에 따라서 달라지나, 어느 경우에도 절삭되어 절곡된 절곡편(15)을 돌출 설비함으로써 상술한 바와 같이 절곡편(15)이 없는 것에 비해 후류 영역이 크게 감소된다.

따라서 상술한 바와 같은 관외류의 핀 튜브(10)의 하류측으로의 유입에 의해서 종래의 핀 튜브에서는 후류 영역에 있는 핀 튜브 하류측의 관외 유체의 유속이 높아지고, 국소 관외 열전달율이 향상된다. 즉 핀 전면이 전열에 기여하도록 되어, 전열 면적 확대의 효과를 충분히 얻을 수 있다. 이와 같이 해서 핀 튜브의 상류측에 비해서 하류측의 국소 관외 열전달율이 현저하게 낮아지는 것이 개선되기 때문에 핀 튜브 전체에서의 평균 관외 열전달율이 크게 향상된다.

횡축을 관외류 부근 속도, 종축을 평균 관외 열전달율로 한 본 발명의 열교환기와 종래의 열교환기(솔리드핀 튜브)에서의 전열 특성도를 도5에 나타낸다. 절곡편(15)을 갖는 핀 튜브의 사용에 의해서 평균 관외 열전달율도 크게 향상하고 있음을 알 수 있다.

그러나 본 실시 형태에 있어서는 핀 외주 전체에 걸쳐서 절곡편(15)을 돌출 설비하고 있으므로, 사용 관외 유속 범위가 넓고, 관외 유체의 박리 위치 및 후류 영역의 형성 상황이 항상 일정하지 않는 열교환기의 경우에도 적용할 수 있다.

한편, 사용 관외 유속 범위가 일정하고, 관외 유체의 박리 위치 및 후류 영역의 형성 상황이 일정한 경우에는 도6에 나타낸 바와 같이 절삭부(13)를 수용하는 위치를 관외류의 박리가 발생하는 위치로 특정할 수 있다. 이 경우에도 핀 사이를 흐르는 관외 유체는 절곡편(15)에 의해서 핀 튜브(10)의 하류측의 후류 영역인 부분으로 돌아 들어 가 상술한 것과 동일한 효과를 얻고 또 필요 최소한의 돌기밖에 설비하지 않으므로 절곡편(15)에 의한 압력 손실의 증가를 최소로 할 수 있다.

도7a 및 도7b는 본 발명의 제2 실시 형태를 나타낸 핀 튜브(10)의 단면도 및 측면도이다. 본 실시 형태에 있어서는 하나의 절삭부(13)에 대해서 1개의 절곡편(15)이 절곡되어 있다. 또 이 한 개의 절곡편(15)은 핀(12)의 둘레 방향에서 교호로 반대 방향으로 절곡되고, 핀(12)의 표면측 또는 이면측으로 교호로 돌출되도록 형성되어 있다. 이 절곡부의 사시도를 도8에 나타낸다.

이 경우에도 제1 실시 형태와 동일하게 종래에는 박리되어 있는 핀 사이의 관외류가 절곡편(15)에 의해서 핀 튜브(10)의 하류측까지 돌아 들어가 후류 영역은 거의 없게 된다. 따라서 핀 튜브 하류측의 유속이 높아지고, 국소 관외 열전달율이 상승하여 핀 튜브 전체에서의 평균 관외 열전달율이 크게 향상하게 된다.

또 상기 실시 형태에 있어서는 핀 외주 전체에 절곡편(15)을 설비하고 있으나 도9에 나타낸 바와 같이 절곡편(15)을 설비하는 위치를 관외류의 박리가 발생하는 위치로 특정함도 가능하다. 이 경우에도 핀(12) 사이를 흐르는 관외류는 절곡편(15)에 의해서 핀 튜브 하류측의 후류 영역인 부분으로 돌아 들어가 전술한 바와 동일한 효과를 얻는다.

도10a 및 도10b는 본 발명의 제3 실시 형태를 나타낸 핀 튜브(10)의 단면도 및 측면도이다. 본 실시 형태는 각 절곡편(15)을 핀(12)의 편면측의 일방향으로만 절곡하도록 한 것이고, 그 외의 구성은 도7a, 및 도7b 및 도8에 나타낸 상기 제2 실시 형태와 동일하다.

이 경우에도 제2 실시 형태와 동일하게 종래에는 박리되어 있는 핀 사이의 관외류가 절곡편(15)에 의해서 핀 튜브(10)의 하류측까지 돌아 들어 가 후류 영역은 거의 없게 된다. 따라서 핀 튜브 하류측의 유속이 높아지고, 국소 관외 열전달율이 상승하여 핀 튜브 전체에서의 평균관외 열전달율이 크게 향상하게 된다.

또 상기 실시 형태에 있어서는 핀 외주 전체에 절곡편(15)을 설비하고 있으나 도11에 나타낸 바와 같이 절곡편(15)을 설비하는 위치를 관외류의 박리가 발생하는 위치로 특정함도 가능하다.

도12a 및 도12b는 본 발명의 제4 실시 형태를 나타낸 핀 튜브(10)의 단면도 및 측면도이다. 본 실시 형태에 있어서는 상기 절곡편(15)은 하나의 절삭부(13)에 대해서 인접하는 2개의 절곡편(15)(도2참조)을 일조로서 절곡하고, 또 이 일조의 절곡편(15)은 핀(12)의 둘레 방향에서 교호로 반대 방향으로 절곡하여 핀(12)의 표면측 또는 이면측으로 교호로 돌출되도록 형성되어 있다.

이와 같이 절삭부(13)에 의해서 구획된 핀 외주부를 절곡함으로써 3각 형상의 절곡편(15)이 핀 외주부에 핀(12)의 표면으로부터 돌출 설비되어 있다. 이와 같이 해서 핀 외주부가 절곡된 절곡부의 사시도를 도13에 나타낸다.

이 경우에도 제1 실시 형태와 동일하게 종래는 박리되어 있는 핀 사이의 관외류가 절곡편(15)에 의해서 핀 튜브의 하류측까지 돌아 들어가 후류 영역은 거의 없게 된다. 따라서 전술과 동일하게 핀 튜브 하류측의 유속이 높아지고, 국소 관외 열전달율이 상승하여 핀 튜브 전체에서의 평균 관외 열전달율을 크게 향상시킬 수 있다.

또 상기 실시 형태에서는 핀 외주전체에 절곡편(15)을 설비한 것을 나타냈으나, 도14에 나타낸 바와 같이 절곡편(15)을 설비하는 위치를 박리가 발생하는 위치로 특정할 수도 있다.

도15a 및 도15b는 본 발명의 제5 실시 형태를 나타낸 핀 튜브(10)의 단면도 및 측면도이고, 대략 3각 형상의 절곡편(15)이 핀(12)의 편측면 쪽으로만 절곡 돌출 설비되어 있다. 이 절곡부의 사시도는 도13과 동일하다.

이 경우에도 제1 실시 형태와 동일하게 종래에는 박리되어 있는 핀 사이의 관외류가 절곡편(15)에 의해서 핀 튜브의 하류측까지 돌아 들어가 후류 영역이 거의 없게 된다. 따라서 전술한 것과 동일하게 핀 튜브 하류측의 유속이 높아지고, 국소 관외 열전달율이 상승하여 핀 튜브 전체에서의 평균 관외 열전달율을 크게 향상시킬 수 있다.

또 상기 실시 형태에 있어서는 핀 외주 전체에 절곡편(15)을 설비한 것을 나타내고 있으나, 도16에 나타낸 바와 같이 절곡편(15)을 설비하는 위치를 관외류의 박리가 발생하는 위치로 특정할 수도 있다.

도17a 및 도17b는 절곡편의 형상을 다르게 한 제6 실시 형태를 나타낸 핀 튜브(10)의 단면도 및 측면도이고, 절곡편(15)의 절곡선의 양단 위치가 도18에 나타낸 핀 튜브(10)의 축심을 중심으로 하는 동심원(R)상에 설비되어 있다.

즉 도18은 상기 절곡편(18)의 절곡부를 상세히 나타낸 도면이고, 핀(12)의 외주부에는 그 핀 외주부로부터 핀 튜브(10)의 축심을 향하는 복수의 절삭부(13)가 형성되어 있다. 그리고 상기 하나의 절삭부(13)의 일점(a)과 그 절삭부(13)에 인접하는 다른 절삭부(13')의 상기 절삭부(13)의 일점(a)을 통과하는 핀 튜브(10)의 축심을 중심으로 하는 동심원(R) 상의 점(a')을 연결하는 선을 따라서 절곡선(17)이 형성되고, 상기 절삭부(13, 13'), 절곡선(17) 및 핀 외주로 구성되는 대략 사각형의 요소가 절곡편(18)으로서 상기 절곡선(17)을 따라서 핀(12)의 면에 대해서 직각으로 절곡되어 있다.

이 경우에 상기 절곡편(18)은 핀(12)의 편면측 일방향만으로 절곡되어 있다. 또 인접하는 절곡편(18)이 서로 겹치지 않도록 절삭부(13)에 의해서 구획된 핀 외주부가 핀(12)의 둘레 방향으로 하나 걸러 절곡되고, 인접하는 상기 핀 외주부가 연속하여 절곡된 상태가 되지 않도록 하고 있다. 이와 같은 절곡부의 사시도를 도19에 나타낸다.

따라서 이 경우에도 제1 실시 형태와 동일하게 관외류가 절곡편(18)에 의해서 핀 튜브의 하류측까지 돌아 들어가 후류 영역이 거의 없어져, 평균 관외 열전달율을 향상시킬 수 있다.

또 사용 관외 유속 범위가 일정하고, 관외 유체의 박리 위치 및 후류 영역의 형성 상황이 일정한 경우에는 상기 절곡편(18)은 도20에 나타낸 바와 같이 관외류의 박리가 발생하는 특정 위치에만 설비해도 좋다.

도21a 및 도21b는 절곡편의 형상을 달리 한 제7실시 형태를 나타내 핀 튜브(10)의 단면도 및 측면도이고, 대략 사각형의 절곡편(16)이 핀 외주부에 절곡 돌출 설비되어 있다. 즉 도22는 상기 절곡편(16)의 절곡부를 상세히 나타낸 도면이고, 핀(12)의 외주부에는 그 핀 외주로부터 핀 튜브(10)의 축심을 향하는 복수의 절삭부(13)가 형성되어 있다.

그리고 상기 하나의 절삭부(13)의 일점(a)과 그 절삭부(13)에 인접하는 다른 절삭부(13) 상의 상기 절삭부(13)의 일점(a)을 통과하는 핀 튜브(10)의 축심을 중심으로 하는 동심원(R) 상에 없는 점(c)을 연결하는 절곡선(17)이 형성되고, 상기 절삭부(13)와 이에 인접하는 다른 절삭부(13)와 절곡선(17) 및 핀 외주로 구성되는 대략 사각형의 요소가 절곡편(16)으로서 상기 절곡부(17)를 따라서 핀(12)의 면에 대해서 거의 직각으로 절곡되어 있다.

상기 절곡편(16)은 핀(12)의 편측면 일방만으로 절곡되어 있다. 이와 같이 해서 형성된 절곡편(16)의 사시도를 도23에 나타낸다.

이때 도22에 나타낸 절삭부상의 점(a, c)이 핀 튜브(10)의 축심을 중심으로 하는 동심원(R) 상에 없기 때문에 도24에 나타낸 바와 같이 인접하는 절곡편이 서로 겹치는 핀 표면 유로를 막아 관외류의 핀 표면으로의 유입을 저해하지 않아 제1 실시 형태 등과 동일한 작용 효과를 거둘 수 있다.

그러나 이 경우에도 제1 실시 형태와 동일하게 종래는 박리되어 있는 핀 사이의 관외류가 절곡편(16)에 의해서 핀 튜브의 하류측까지 돌아 들어가 후류 영역은 거의 없게 된다. 따라서 전술한 바와 동일하게 핀 튜브 하류측의 유속이 높아지고, 국소 관외 열전달율이 상승하여 핀 튜브 전체에서의 평균 관외 열전달율을 크게 향상시킬 수 있다.

또 사용 관외 유속 범위가 일정하고, 관외 유체의 박리 위치 및 후류 영역의 형성 상황이 일정한 경우에는 도25에 나타낸 바와 같이 절곡편(16)을 설비하는 위치를 관외류의 박리가 발생하는 위치로 특정할 수도 있다.

도26a, 도26b 및 도27에 나타낸 제8 실시 형태는 절곡편(16)을 핀(12)의 둘레 방향으로 교호로 반대 방향으로 절곡하고, 핀(12)의 표면측 영역은 이면측으로 교호로 돌출하도록 형성한 것이고, 기타 구성은 도21a, 도21b 및 도22에 나타낸 상기 제7 실시 형태와 동일하다.

그라나 이 경우에도 제7 실시 형태와 동일하게 종래는 박리되어 있는 핀 사이의 관외류가 절곡편(16)에 의해서 핀 튜브의 하류측까지 돌아 들어가 후류 영역은 거의 없게 된다. 따라서 전술한 것과 동일하게 핀 튜브 하류측의 유속이 높아지고, 국소 관외 열전달율이 상승하여 핀 튜브 전체에서의 평균 관외 열전달율을 크게 향상시킬 수 있다.

또 도28에 나타낸 바와 같이 절곡편(16)을 설비하는 위치는 관외류의 박리가 발생하는 위치로 특정할 수 있다.

도29a, 도29b 및 도30에 나타낸 제9 실시 형태는 절곡편(18)을 핀(12)의 둘레 방향으로 교호로 반대 방향으로 절곡하고, 핀(12)의 표면측 또는 이면측으로 교호로 돌출하도록 형성되어 있고, 그 외의 구성은 도17a, 도17b 및 도18에 나타낸 상기 제6 실시 형태와 동일하다.

그러나 이 경우에도 제6 실시 형태와 동일하게, 종래에는 박리되어 있는 핀 사이의 관외류가 절곡편(16)에 의해서 핀 튜브의 하류측까지 돌아 들어가 후류 영역은 거의 없게 된다. 따라서 전술한 바와 동일하게 핀 튜브 하류측의 유속이 높아지고, 국소 관외 열전달율이 상승하여 핀 튜브 전체에서의 평균 관외 열전달율을 크게 향상시킬 수 있다.

또 이 경우에도 도31에 나타낸 바와 같이 절곡편(18)을 설비하는 위치를 관외류의 박리가 발생하는 위치로 특정할 수도 있다.

이상의 제1 내지 제9의 각 실시의 형태에서는 어느 것도 절삭 길이 및 절곡 높이를 동일하게 하고 있으나 이들은 열교환기의 관외 유체 종류, 온도, 압력, 유속, 핀 간극 거리, 필요 교환열량 및 허용압력 손실 등으로부터 정하는 것이 좋다.

예를 들어 도32에 나타낸 바와 같이 도15a 및 도15b에 나타낸 상기 제5 실시형태에 있어서, 박리가 발생하는 위치의 절삭 길이 및 절곡 높이가 최대가 되도록 핀 외주에서 절곡부(15)의 절곡 높이를 변화시킨 경우에도 상기 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또 상기 각 도면에서 튜브 외주에 핀을 감은 스파이럴 핀에 대해서 나타내고 있으나 물론 링핀이어도 효과는 동일하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는 핀 튜브의 핀은 그 외주부에 형성된 복수의 절곡편을 갖고, 이들 절곡편은 상기 핀의 외주로부터 상기 튜브측으로 향하는 복수의 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를 상기 절삭부상의 일점으로부터 뻗은 절곡선을 따라서 상기 튜브의 축선 방향으로 절곡하여 형성되어 있으므로, 저항체로서의 형상 자유도가 높은 상기 절곡편에 의해서 관외류의 박리를 효과적으로 억제할 수 있다. 이 때문에 관외류의 박리에 따른 후류 영역을 감소시켜 핀 튜브 하류측의 국소 열전달율을 향상시키고, 전열 면적의 확대 효과를 충분히 얻을 수 있고, 핀 튜브 전체의 평균 관외 열전달율을 향상시킬 수 있어, 열교환기의 전열 성능을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (13)

1. 튜브와 이 튜브의 외주에 부착된 핀을 갖는 핀 튜브를 구비하고, 상기 핀 튜브를 그 튜브의 축선이 관외 유체의 흐름에 대해서 교차하도록 배치 설비한 열교환기에 있어서, 상기 핀 튜브의 핀은 그 외주부에 형성된 복수의 절곡편을 갖고, 이들 절곡편은 상기 핀의 외주로부터 상기 튜브 측을 향하는 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 상기 절삭부상의 일점으로부터 상기 핀의 외주상의 일점을 연결하는 절곡선을 따라서 상기 튜브의 축선 방향으로 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 튜브와 이 튜브의 외주에 부착된 핀을 갖는 핀 튜브를 구비하고, 상기 핀 튜브를 그 튜브의 축선이 관외 유체의 흐름에 대해서 교차하도록 배치 설비한 열교환기에 있어서, 상기 핀 튜브의 핀은 그 외주부에 형성된 복수의 절곡편을 갖고, 이들 절곡편은 상기 핀의 외주로부터 상기 튜브 측을 향하는 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 상기 절삭부상의 일점으로부터 이에 인접하는 절삭부상의 일점을 연결하는 절곡선을 따라서 상기 튜브의 축선 방향으로 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제2항에 있어서, 상기 절삭부상의 일점과 상기 인접하는 절삭부상의 일점이, 상기 핀 튜브의 축심을 중심으로 하는 동심원상에 없는 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제2항에 있어서, 상기 절삭부상의 일점과 상기 인접하는 절삭부상의 일점이, 상기 핀 튜브의 축심을 중심으로 하는 동심원상에 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 절곡편은 상기 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 동일 방향으로 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 절곡편은 상기 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 상기 핀의 둘레 방향에서 교호로 역방향으로 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제4항에 있어서, 각 절곡편은 상기 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 상기 핀의 둘레 방향에서 교호로 역방향으로 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 절곡편은 상기 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 상기 핀의 둘레 방향에서 하나 걸러 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
9. 제4항에 있어서, 각 절곡편은 상기 절삭부에 의해서 구획된 핀 외주부를, 동일 방향으로 또 상기 핀의 둘레 방향에서 하나 걸러 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절곡편은 관외류의 박리가 발생하는 위치에 대응한 상기 핀의 외주 특정 부분에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
11. 제5항에 있어서, 상기 절곡편은 관외류의 박리가 발생하는 위치에 대응한 상기 핀의 외주 특정 부분에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
12. 제6항에 있어서, 상기 절곡편은 관외류의 박리가 발생하는 위치에 대응한 상기 핀의 외주 특정 부분에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
13. 제8항에 있어서, 상기 절곡편은 관외류의 박리가 발생하는 위치에 대응한 상기 핀의 외주 특정 부분에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.