KR100353600B1 - 열교환기및열교환기의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, IC제조라인 등에서 사용되는 열교환기(11)에 관한 것이며, 유지반(retainer disk)(20)에 형성한 복수의 독립적인 튜브지지구멍(23)에 수지튜브(21)의 말단부를 배치하고, 각 수지튜브(21)의 소정의 길이 범위α를 튜브지지구멍(23)의 내부에서 유지반(20)에 융착시켜 일체화하고, 복수의 수지튜브(21)의 유지반(20)과의 융착부를 수지튜브(21)끼리 서로 비 접촉의 비 밀집구조로 하므로서, 융착부의 접합에 신뢰성을 높이고, 동시에 열교환효율을 높여서 열교환기의 소형화를 용이하게 한 것이며, 수지튜브(21)이나 유지반(20)등의 구성부재는 불소수지제의 것을 사용할 수가 있다.

Description

열교환기 및 열교환기의 제조방법{HEAT EXCHANGER AND PROCESS FOR PRODUCING A HEAT EXCHANGER}

본 발명은 두 유체(기체, 액체의 쌍방을 포함한다)사이의 열교환, 예를들면, 청정실(clean room)내의 집적회로 제조라인(IC제조라인)에서 사용되는, 예를들면, 강산(strong acid)이나 강알칼리와같은 부식성이 높은 약액등 여러가지유체(fluid)와, 냉매나 열 매체등의 전열매체의 사이에서의 열 교환에 사용되는 열교환기에 관한 것이다.

또, 본 발명은 그와같은 열교환기의 제조방법에 관한 것이다.

종래에, 상술한 예의 열교환기로서, 예를들면, 도8에 도시한 구조의 것이 있다. 이 열교환기는, 폴리프로필렌제의 좌,우고정판(81),(82)사이에 원통형 셀(shell)(83)이 액밀상태(液密狀)로 고정 돼 있으며, 고정판(81),(82)에는 2단으로 된 원통형 PTFE제 혹은 PFA제의 커넥터(84),(85)가 액체를 밀봉하도록 설치 돼 있으며, 이들 좌,우의 커넥터(84),(85)에는 셀(83)내부에 위치하도록 원통형의 시이스 링(sheath ring)(86),(86)이 용착되며, PFA등 여러개의 불소수지튜브(87)...을 모아서 집속시켜서 형성된 전열관으로서의 튜브다발(88)의 길이방향 양 말단부가 시이스 링(86),(86)에 용착고정 돼 있다.

또, 커넥터(84),(85)에는 약액통로(89),(90)가 있으며, 셀(83)에는 전열매체(냉매 또는 열매체라고 하는 열교환 유체를 지칭한다)의 한 예로서, 냉각수를 유통시키는 냉각수 입구(91)과 냉각수 출구(92)가 형성 돼 있다.

이 열교환기에 있어서는, 불소수지튜브(87)내에 커넥터(85),(84)내의 약액통로(89),(90)을 통해서 피 열교환유체(냉각 또는 가열 되는 유체)가 유통되며, 그 피열교환유체가, 셀(83)의 냉각수 입구(91) 및 냉각수 출구(92)를 거쳐서 튜브다발(88)의 외부를 유통하는 냉각수와의 사이에서 열교환을 행한다.

상기한 튜브다발(88)의 길이방향의 양 말단부에서는 각각의 수지튜브(87)이 서로 접촉하여 도9, 도10에 나타내는 바와같은 벌집(honey comb)구조로 배치 돼 있다. 그리고, 이와같은 벌집구조에 배치된 각개의 수지튜브(87)끼리의 사이에 필연적으로 형성되는 틈새는 수지튜브(87)끼리를 용착 시키므로서 폐쇄되고, 수지튜브(87)과 시이스 링(86)과의 상호간에 필연적으로 형성되는 틈새는 이들 양자를 융착시키므로서 폐쇄 되고 있다. 이 때문에, 튜브다발(88)의 길이방향 양 말단부에 있어서는, 그 튜브다발(88)을 형성하고 있는 각각의 수지튜브(87)이 접촉하고 있으므로, 또한 틈새가 없는 밀집구조로 돼 있다.

그런데, 튜브다발(88)의 길이방향 양 말단부가 상술한바와같이 틈새를 갖지않는 밀집구조로 되어있을 경우, 셀(83)내에서의 냉각수의 유동에 의해서 영향을 받은 튜브다발(88)을 형성하고 있는 각개의 수지튜브(87)이 요동 하게되면, 수지튜브(87)의 융착부에 여분의 부하(응력)가 가해져서, 그 융착부의 강도가 손실되어 강도부족을 일으킬 우려가 있다는 문제점이 있었다.

또, 서로 인접하는 수지튜브(87),(87)끼리가 접촉하고 있으며, 또한, 수지튜브(87),(87)의 말단부끼리가 서로 융착되어 일체화 되어있기 때문에 시이스 링(86)이나 그 근방에 있는 튜브다발(88)(튜브집속부)에서의 열 방산이 나빠지므로 열교환 효율을 유지하는데에는 열교환기 전체의 소형화가 저해되는 문제점도 있었다.

특히, 집적회로나 그 밖의것을 제조하는 청정실에 있어서는 그 실내에서 사용되는 모든 기기의 소형화가 요구되고 있음에도, 상술한 종래의 열교환기에 있어서는, 그 소형화가 곤난하기 때문에 모든 기기를 소형화 하려고 하는 요구를 충족시키기 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한바와 같은 문제점들을 감안하여 이루워진 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 튜브다발을 형성하고 있는 복수의 수지튜브의 유지반 으로의 융착부를 각개의 수지튜브끼리가 각각 직접접촉을 하지 않고, 서로의 사이를 띄운 상태로 병설 되도록 각각 구성하므로서, 열교환실에서의 전열(heat-transfer)매체 유동의 영향으로 수지튜브가 요동하더라도, 그 수지튜브의 융착부에 여분의 부하가 걸리지 않도록 하여 융착부의 접합신뢰성을 높이는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상술한바와같이, 융착부가 사이를 띄운 구성(비 밀집구조)에 의해서 수지튜브의 상호간에 열 방산공간을 확보하여 열 방산성능이 우수하고 소형화 하기쉬운 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 유지반이나 수지튜브등 열교환기 구성부재를 모두 불소수지제로 하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 유지반과 그 유지반의 튜브지지구멍에 배치된 수지튜브의 말단부를 용착(또는 융착)에의한 일체화를 하는데 있어서 열원에서 나온 복사열을 이용하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기위하여 이하에 설명하는 열교환기 및 열교환기의 제조방법을 제안하는바이다.

도1은, 본 발명의 열교환기를 도시하는 외관도.

도2는, 도 1의 열교환기의 단면도.

도3은, 유지반과 수지튜브 말단과의 융착부 정면도.

도4는, 도3의 IV-IV선 확대단면도.

도5는, 본 발명의 열교환기의 제조방법을 나타내는 설명도.

도6은, 약액의 유량(流量)에 대한 총괄전열계수의 변화를 나타내는 특성도.

도7은, 본 발명의 열교환기의 다른 실시형태를 나타내는 부분확대단면도.

도8은, 종래의 열교환기의 단면도.

도9는, 도8의 열교환기 요부확대도.

도10은, 도9의 X-X선 단면도.

(도면의주요부분에대한부호의설명)

11 열교환기

12,13 고정판

14 셀(shell)

15 너트(nut)

17,18 커넥터(connector)

19 열교환실

20 유지반(retainer disk)

21 수지튜부

22 튜브 다발

23 튜브 지지구멍

20a 유지반 외부말단면

23a 작은 지름부

23b 큰 지름부

24 입구(온조수,냉각수 또는 전열매체용)

25 출구(온조수,냉각수 또는 전열매체용)

27,28 (약액)유통로

29 오목한 부

30 열원

본 발명의 열교환기는, 내부에서 유통하는 유체와 외부에서 유통하는 유체의 상호간의 열교환을 하게하는 복수의 수지튜브를 갖는 열교환기에 있어서, 복수의 독립적인 튜브지지구멍을 보유한 유지반과, 이 유지반의 복수의 상기 튜브지지구멍에 말단부가 각각 별도로 배치되어, 그 말단부가 상기 유지반에 융착하여 일체화된 복수의 수지튜브를 갖는 것으로 요약된다.

본 발명에 의하면, 복수의 수지튜브의 내부에서 유통하는 유체와, 그 외부에서 유통하는 유체사이에서 열교환이 이루워진다. 수지튜브의 내부에서 유통하는 유체로서는, 예를들면, 약액등의 유체(피 열교환 유체)가 있으며, 수지튜브의 외부에서 유통하는 유체로서는, 냉매나 열매체등 전열(heat-transfer)매체가 있다.

본 발명에 있어서, 복수의 수지튜브의 각개의 말단부가 유지반에 형성된 복수의 독립적인 튜브지지구멍에 각각 별도로 배치되어 융착일체화 돼 있기 때문에, 각개의 수지튜브의 유지반에 대한 융착부가 다른 수지튜브의 유지반에 대한 융착부와 접촉하고 있지 않는다. 그 때문에, 복수의 수지튜브의 각각은 유지반과의 융착부에 있어서 서로 비 접촉상태로 돼 있다. 이에따라서 전열매체의 유동영향을 받아서 특정한 수지튜브가 다소 요동하더라도, 그 수지튜브가 요동 하였을때의 영향으로 다른 수지튜브의 융착부에 여분의 부하(응력)가 가해지는 일이 없다.

이 때문에, 융착부의 접합신뢰성이 높아진다.

더구나, 복수의 수지튜브 각개가 유지반과의 융착부에서 비 밀집구조로 되어있기 때문에, 각각의 수지튜브의 전체 길이 부분에서 그들 상호간에 열 방산용의 공간이 확보되게 돼 있으므로, 그것이 수지튜브의 열 방산성능을 높여서 열교환기 전체의 소형화를 달성하는데 도움이 된다.

따라서, 청정실내에서 사용되는 열교환기로서 아주적당한 것이 얻어질 수 있다.

상기의 열교환기에 있어서는, 상기 수지튜브의 말단부와 유지반과의 융착부를 제외하고는, 유지반에 수지튜브의 주위에 위치하는 열 방산용의 오목한부가 형성 돼 있는 것이 바람직하다.

이 열교환기에 의하면, 상술한 작용내지 효과와 아울러, 유지반의 튜브지지구멍에 배치된 수지튜브의 말단부에 열 방산용의 오목한 부가 형성 돼 있기 때문에, 그 오목한 부에도 전열매체가 들어차서 열 방산성능(혹은 열 교환작용)을 일층 향상시켜 열교환기 전체의 소형화를 꾀할 수 있게 된다.

상기 유지반에 구비 돼 있는 튜브지지구멍은, 그 튜브지지구멍에 배치되는 상기 수지튜브의 말단부의 외부지름과 같은 지름으로 되는 것이 바람직하다.

이렇게 해두면, 유지반의 튜브지지구멍에 배치된 수지튜브의 말단과 유지반(구체적으로는 튜브지지구멍의 내부둘레면)과의 융착일체화가 확실하게되어, 그 접합신뢰성이 향상된다.

상기 유지반의 외부 말단면과, 상기 튜브지지구멍에 그 말단부가 배치된 수지튜브의 말단면이 한 면으로 가지런히 되는 것이 바람직하다.

이렇게해두면, 유지반에 수지튜브의 주위에 위치하는 열 방산용의 오목부를 형성한 경우라 하더라도, 수지튜브의 말단부와 유지반과의 융착부의 면적이 넓게확보되기 쉽다.

본 발명에 있어서는, 상기의 유지반이 서로 대향하는 한쌍이 설치되어, 그 가운데 한쪽측의 유지반의 튜브지지구멍에 배치된 상기 수지튜브의 한쪽측 말단부가 그 유지반에 융착일체화 되고, 다른쪽측의 유지반의 튜브지지구멍에 배치된 상기 수지튜브의 다른쪽측 말단부가 그 유지반에 융착일체화 돼 있는 구성을 채용할 수가 있다.

그리고, 이 경우에, 서로 대향하여 배치된 한쌍의 고정판과 이들 고정판의 상호사이에 걸쳐서 설치된 원통형 셀(shell)에 의해서 밀폐형 열교환실이 형성되어 있으며, 한쌍의 상기 고정판에 각각 별도로 설치된 원통형의 한쌍의 커넥터(connector)에, 한쪽측의 상기 유지반과 다른쪽측의 유지반이 각각 별도로 융착하여 설치 돼 있으며, 상기 열교환실로 연이어 통하는 전열매체의 입구 및 출구와 한쌍의 상기 커넥터에 배분하여 설치된 피 열교환유체의 입구 및 출구를 갖는다, 라는 구성을 채용할 수가 있다.

이와같은 열교환기에 있어서는, 입구에서 열교환실로 송급된 전열매체가, 열교환실을 유동하면서 수지튜브 내부의 피 열교환유체와 열 교환을 하여 그 후에 출구로 나간다. 또한, 피 열교환유체는, 한쪽 커넥터에 설치된 피 열교환유체의 입구를 거쳐서 수지튜브 내부에 송급된 후, 다른쪽 커넥터에 설치된 출구로 나간다.

상기한, 유지반, 수지튜브, 고정판, 셀(shell)등 모든 부재는 불소수지제로 할 수 있으며, 이렇게하므로서, 이 열교환기 자체가 불소수지에 특유한 성질에 의해서, 내약품성, 내열성등의 물성에 뛰어난 것으로 된다.

본 발명의 열교환기 제조방법은, 수지제의 유지반에 구비 돼 있는 복수의 튜브지지구멍에 복수의 수지튜브의 말단부가 각각 별도로 배치 되어, 그 말단부가 상기 유지반에 융착일체화되어 구성되는 열교환기의 제조방법으로서, 상기 유지반과 그 유지반의 튜브지지구멍에 배치된 상기 수지튜브의 말단부를 융착일체화하는데복사열을 이용하여 제조한다는 것이다.

이 제조방법에 있어서는, 상기 유지반에 구비 돼 있는 상기 튜브지지구멍을, 그 유지반의 외면측에 위치하는 작은지름부와 그 유지반의 내면측에 위치하는 큰 지름부로 나누어, 그 작은지름부에 배치된 수지튜브의 말단부를 복사열을 이용하여 그 작은지름부에만 융착일체화하여 상기 큰지름부에 수지튜브의 주위에 위치하는 열 방산용의 오목한부를 형성한다,는 방법을 채용할 수도 있다.

이들 제조방법을 채용함에 있어서도, 유지반이나 수지튜브로서 불소수지제의 것을 채용하는 것이 가능하다.

또, 복사열은, 상기 유지반의 외면에 간격을두고 설치한 열원으로부터 복사열을 가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 열교환기나 열교환기의 제조방법에 대한 그 밖의 수많은 작용이나 효과는 다음에 설명하는 실시형태에 있어서 밝혀질 것이다.

(실시예)

본 발명의 실시형태를 이하 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도1 및 도2는 청정실등에서 사용되는 열교환기를 나타내고 있다.

이 열교환기(11)에서는 좌,우에 서로 대향하여 배치된 한쌍의 고정판(12),(13)과, 이들 고정판(12),(13)의 상호간에 걸쳐서 설치되어 이들 고정판(12),(13)에 액밀상태(液密狀)로 고정된 원통형 셀(shell)(14)에 의해서 밀폐형의 열교환실(19)가 형성 돼 있다.

좌,우의 고정판(12),(13)과 셀(14)는 타이로드(tie rod)(15) 및 너트(16)에의해서 강고하게 결합 돼 있다.

좌,우의 고정판(12),(13)의 각각에는, 외형이 다단으로된 원통형으로 된 커넥터(17),(18)이 각각 별도로 액밀상태로 설치 돼 있다.

좌,우의 커넥터(17),(18)에 있어서, 열교환실(19)의 내부에 위치하는 부위에는 코어(core)로서의 유지반(retainer disk)(20),(20)이 융착에 의해 접합 돼 있다.

열교환실(19)에는 전열관으로서의 다수개의 수지튜브(21).....을 서로 접촉하지 않은 상태로 끌어모인 구조, 즉 비 밀집구조로 형성된 튜브다발(22)를 형성하고 있는 개별적인 수지튜브(21)....의 길이방향의 한 말단부와 다른 말단부는 다음에 설명하는 설치구조에 의해서 좌,우의 유지반(20),(20)에 각각 별도로 설치 돼 있다.

또한, 수지튜브(21)....의 길이방향의 한 말단부와 다른 말단부는 같은 구조로 좌,우의 유지반(20),(20)에 설치 돼 있다.

즉, 도3 및 도4에 도시한 바와같이, 수지튜브(21)이 설치되기 전의 원반형태의 유지반(20)에는, 튜브(21)의 외부지름과 동일한 지름의, 복수이며 또한 독립 돼 있는 튜브지지구멍(23)이 격자배열로 형성 돼 있다.

그리고, 이들 튜브지지구멍(23)....의 각각에는, 복수의 수지튜브(21)....의 각개의 말단부를 각개별로 끼워넣게하여 수지튜브(21)의 말단부가 튜브지지구멍(23)에 틈새가 없는 상태로 배치 설치된다.

또, 튜브지지구멍(23)에 말단부가 배치된 수지튜브(21)의 말단면은,유지반(20)의 외부말단면(20a)와 한면이 되도록 가지런하게 돼 있다.

튜브지지구멍(23)에 배치된 수지튜브(21)의 말단부와 유지반(20)(튜브지지구멍(23)의 내면)과는, 후에 설명할 열원(30)(도5참조)에서 나오는 복사열을 이용하여 융착 일체화 되어 있다.

도4에 도시하는 바와같이 이 실시형태에서는, 유지반(20)의 복수의 튜브지지구멍(23)각각이, 유지반(20)의 외면측에 위치하는 작은지름부(23a)와 그 유지반(20)의 내면측에 위치하는 큰지름부(23b)로 나뉘어 있다. 그리고, 튜브지지구멍(23)에 배치된 수지튜브(21)의 말단부중, 작은지름부(23a)에 배치된 부분이 복사열을 이용하여 그 작은지름부에만 융착일체화 돼 있다.

한편, 큰지름부(23b)에 의해서 수지튜브(21)의 주위에 위치하는 열 방산용의 오목한부(29)가 형성 돼 있다.

따라서, 수지튜브(21)과 유지반(20)과의 융착부를 제외하고, 유지반(20)에는 수지튜브(21)의 주위에 위치하여 열교환실(19)측으로 개방된 열 방산용의 오목한부(29)가 구비 돼 있다.

도4에는, 융착부의 길이를 α로 표시하고 있으며, 이 실시형태에 있어서, 길이 α는 상기한 작은지름부(23a)의 길이와 일치하고 있다.

다음에, 좌,우의 고정판(12),(13)가운데 한쪽의 고정판(12)에는 전열매체의 한 예인 온도조절수의 입구(24)가 형성되고, 다른쪽 고정판(13)에는 출구(25)가 형성 돼 있다.

이들 입구(24)나 출구(25)는 둘다 열교환실(19)로 연이어 통하고 있다. 그리고, 입구(24)에서 유입한 온도조절수(溫調水)가 열교환실(19)에서 유동한후, 출구(25)로 나간다. 또, 좌.우의 커넥터(17),(18)은 그 내부에 피 열교환유체의 한 예로서 약액의 유통로(27),(28)이 있으며, 피 열교환유체의 한 예인 상기의 약액이 커넥터(18)내의 유통로(28), 복수의 수지튜브(21)..., 커넥터(17)내의 유통로(27)의 순서로 유통한다.

따라서, 열교환실(19)내에 있어서, 복수의 수지튜브(21)...의 내부를 유통하는 약액과, 수지튜브(21)의 외부인 열교환실(19)를 유통하는 온조수(혹은 냉각수)와의 사이에서 열교환이 이루워진다.

또한, 도2에 있어서, 31은 슬리브, 32는 유니온 너트이다.

상기한 열교환기(11)에 있어서, 유지반(20)과 그 유지반(20)의 튜브지지구멍(23)에 배치된 수지튜브(21)의 말단부와의 융착일체화는, 복사열을 이용하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 도5에 도시한 방법으로 가능하다.

즉, 도5에 도시하는바와같이, 복사열을 가하기위한 열원(heat-source)(30)을 설치하여, 이 열원(30)과 유지반(20)의 외부말단면 사이의 이간거리 L을 1∼10mm, 바람직하게는 1∼5mm로 설정하고, 열원(30)의 온도를 400∼650℃, 바람직하게는 450∼550℃로 설정하여, 가열시간 1∼90분, 바람직하게는 1∼60분으로 가열한 후, 열원(30)을 제거하고 자연냉각 시키면, 유지반(20)과 복수의 수지튜브(21)....이 융착일체화 된다.

상기와같이 구성된 열교환기(11)은, 복수의 수지튜브(21)...의 내부를 유통하는 온조수(전열매체)의 사이에서 열교환이 이루어진다. 이때, 복수의 수지튜브(21)...의 한쪽 말단부나 다른쪽 말단부는, 좌.우의 유지반(20),(20)에 형성된 복수의 독립적인 복수의 튜브지지구멍(23)에 각각 별도로 배치되며, 이들 각 수지튜브(21)...의 말단면에서 튜브 길이방향의 소정의 길이 범위 α를 유지반(20)에 융착 일체화하여 비 밀집구조로 형성하고 있기 때문에, 온조수등의 전열매체에 의해서 특정의 수지튜브(21)이 다소 요동 하더라도, 그 영향으로 다른 수지튜브(21)....의 융착부에 여분의 부하(응력)를 주는 일이 없다.

그러므로, 융착부의 접합 실뢰성이 높아지고, 그 접합강도가 충분히 확보된다.

더욱이, 복수의 수지튜브(21)...의 상호간에는 공간β(도4참조)가 확보되며, 아울러, 유지반(20)의 튜브지지구멍(23)의 큰지름부(23b)에 의해서 수지튜브(21)의 주위에는 열교환실(19)측으로 개방된 열 방산용의 오목한부(29)가 형성 돼 있으므로, 이 오목한부(29)에도 온조수등 전열매체가 들어가서, 전체적인 열 방산성능이 비약적으로 향상되고, 이같은 효과로 인해서 열교환기(11)전체의 소형화에 한층 기여하게 된다.

따라서, 청정실내에서 사용되는 열교환기로서는 가장 적당한 것이 된다.

도7은 열교환기의 다른 실시예를 나타내는 요부 만의 부분확대도 이다. 코어로서의 유지반(20)을 관통하는 튜브지지구멍(23)을 형성하고, 이 지지구멍(23)에 삽입하여 배치된 수지튜브(21)의 말단부의 전체에 대하여 상술한 복사열을 이용한 가열방법을 실시하여 소정길이의 범위α융착부를 형성한 것이다. 이와같이 구성하면, 유지반(20)에 대한 천공가공이 간단할뿐 아니라, 수지튜브(21)이 한층 강고하게 유지반(20)에 접합 되는 효과가 있다.

또한, 그 밖의 점에 있어서는, 앞서의 실시예와 거의 같은 작용, 효과를 나타내므로 도7에 있어서 도4와 동일한 부분에 대하여는 동일부호를 붙여서 그 상세한 설명은 생략 한다.

이상 설명한 열교환기에 있어서, 수지튜브(21)이 수지제인 것은 물론이고, 고정판(12),(13), 셀(14), 커넥터(17),(18), 유지반(20),(20)을 수지제로 하는 것이 가능하며, 또, 타이로드(tie rod)(15)나 너트(nut)(16)도 수지제로 하는 것이 가능하다. 상기의 각 부재를 수지제로 하는 경우, 폴리프로필렌수지나, 불소수지를 사용할 수 있다.

그리고, 불소수지로서는, 예를들면,

PFA(perfluoroalkoxyl 수지)

PTFE(polytetrafluoroethylene 수지)

변성PTFE(polytetrafluoroethylene 수지)

FEP(fluorinated ethylene-propylene 수지)

ETFE(ethylene-tetrafluoroethylene 수지)

CTFE(chlorotrifluoroethylene 수지)

ECTFE(ethylene-chlorotrifluoroethylene 수지)등을 사용할 수 있다.

또한 도2에 도시 돼 있는 각 부재의 접속부분의 밀봉성을 확보 하기위한 시일링(seal ring)(41),(42)등에도 상기한 불소수지제의 시일 링을 사용할 수가 있다.

도1∼도5에서 설명한 실시형태의 열교환기(11)과의 비교예로서 종래제품(도8∼도10참조)의 열교환기 성능을 비교하는 목적으로 각각의 열교환기의 외형규격과 튜브의 사이즈를 동일하게 설정하고, 튜브표면의 단위면적, 단위시간, 단위온도당 열이동량을 총괄전열계수로 하여 동일조건하 에서 실시한 결과를 도6에 나타낸다.

단, 튜브의 개수는 본 실시형태의 것이 85개, 종래제품의 것이 331개가 된다.

도6은 가로축에 약액 유량을 잡고, 세로축에 총괄전열계수를 놓고, 본 실시예의 특성 a와 종래제품의 특성 b를 대비 한 것이다.

또한 도6의 실험결과는, 고정판(12),(13)이 폴리프로필렌수지, 커넥터(17),(18), 유지반(20), 수지튜브(21), 슬리브(31), 유니온너트(32)가 모두 PFA로 제작된 열교환기에 대한 결과 이다.

도6의 실측결과로부터 명백 한 바와같이 본실시예의 열교환기(11)은 종래제품의 것과 비교하여 2∼3배의 우수한 총괄전열계수가 얻어지고, 이 몫만큼 열교환효율이 향상되는 것이므로 열교환기(11)전체의 소형화에 기여할 수가 있다.

본 발명에 있어서, 복수의 수지튜브의 각각의 말단부가 유지반에 형성된 복수의 독립적 튜브지지구멍에 각각 별도로 배치되어 융착일체화되어 있기 때문에, 개개의 수지튜브의 유지반에 대한 융착부가 다른 수지튜브의 유지반에 대한 융착부와 접촉하지 않는다.

따라서, 복수의 수지튜브의 각개는 유지반과의 융착부에 있어서, 상호간 비 접촉상태로 돼 있다.

이 때문에, 전열매체의 유동영향으로 인한 특정의 수지튜브가 다소 요동을 하여도 다른 수지튜브의 융착부에 여분의 부하(응력)를 가하지 않는다.

그래서, 융착부의 접합신뢰성이 높아진다.

또한, 복수의 수지튜브의 각각이, 유지반과의 융착부에서 비 밀집구조로 돼 있으므로 각각의 수지튜브의 전체길이부분에 그 상호간에 열 방산용의 공간이 확보되어 수지튜브의 열 방산성능을 높여, 열교환기 전체의 소형화를 달성할 수 있다.

따라서, 청정실등에 있어서 사용되는 열교환기로서 최적의것을 얻을 수 있다.

이 열교환기에 의하면, 상기한 작용내지 효과와 아울러 유지반의 튜브지지구멍에 배치된 수지튜브의 말단부에 열 방산용의 오목한부가 형성되므로 그 오목한 부에도 전열매체가 들어가서 열 방산성능(혹은 열교환작용)이 더욱 향상되므로 열교환기 전체의 소형화를 일층 가능하게 한다.

본 발명에 있어서 사용되는 유지반, 수지튜브, 고정판, 셀등의 부재도 모두 불소수지제로 할 수 있으므로 이 열교환기 자체가 불소수지에 특유한 성질에 의해서 내 약품성, 내열성 등 물성에 뛰어난 것을 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 열교환기의 제조방법으로서, 수지제 유지반에 있는 복수의 튜브지지구멍에 삽입 돼 있는 복수의 수지튜브의 말단부가 각각 별도로 배치되어 그 말단부가 상기 유지반에 융착일체화되는 구성이며, 상기의 융착일체화는 상기유지반의 외면에 간격을 두고 설치한 열원으로 부터의 복사열을 이용할 수가 있다.

Claims (10)

1. 내부에서 유통하는 유체와 외부에서 유통하는 유체 상호간의 열교환을 위한 서로 접촉되지 않는 독립된 복수의 수지튜브 및 상기 수지튜브의 양측 말단부가 고정될 좌우의 유지반(20)을 포함하는 열교환기에 있어서,

   상기 유지반에 상기 수지튜브를 각각 수용할 복수의 튜브지지구멍(23)이 형성되고, 상기 튜브지지구멍이 작은지름부(23a) 및 큰지름부(23b)로 구분되어 작은지름부 속에 배치된 수지튜브의 말단부는 유지반에 대해 융착일체화되고 및 큰지름부에는 열교환 효과를 향상시키기 위한 열 방산용의 오목한 부분(29)이 수지튜브의 주변부를 따라 형성되어 있으며,

   유지반은 서로 대향하는 한쌍으로 설치되며, 그 중 한쪽의 유지반(20)의 튜브지지구멍(23)에 배치된 수지튜브(21)의 한쪽 말단부가 이 유지반에 융착일체화되고 다른 쪽 유지반의 튜브지지구멍에 배치된 상기 수지튜브의 다른 쪽 말단부는 이 다른 쪽 유지반에 융착일체화되며,

   서로 대향하여 배치된 한 쌍의 고정판(12)(13) 및 이들 고정판 사이에 걸쳐서 배치된 원통형 셀(14)에 의하여 형성된 밀폐형 열교환실(19);

   상기 고정판(12)(13)쌍에 각각 별도로 설치되고 및 융착에 의해 한쌍의 유지반에 대하여 각각 고정되는 한쌍의 원통형 커넥터(17)(18);

   상기 열교환실과 소통되는 전열매체의 입구(24) 및 출구(25); 및

   상기 한쌍의 커넥터 중 하나에 설치된 열교환될 유체의 유입구 및 다른 하나에 설치된 유출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열 방산용의 오목한 부분은 수지튜브(21)의 말단부와 유지반(20)의 융착부를 제외한 수지튜브(21) 주변부를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 튜브지지구멍(23)의 지름이 각 수지튜브의 말단부의 외부지름과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제2항에 있어서,

   상기 튜브지지구멍(23)의 지름이 각 수지튜브의 말단부의 외부지름과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제4항에 있어서,

   유지반의 외부말단면 및 튜브지지구멍(23)에 말단부가 배치된 상기 수지튜브(21)의 말단면이 동일한 레벨로 가지런히 되어있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 유지반(20) 및 수지튜브(21)가 불소수지제인 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제1항에 있어서,

   상기 유지반(20) 및 수지튜브(21)가 불소수지제인 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제1항에 있어서,

   상기 유지반(20), 수지튜브(21), 상기 고정판(12),(13) 및 상기 셀(14)이 불소수지제인 것을 특징으로 하는 열교환기.
9. 수지제의 유지반(20)에 구비되어 있는 복수의 튜브지지구멍(23)에 복수의 수지튜브의 각 말단부가 각각 배치되고, 그 말단부가 상기 유지반(20)에 융착일체화 되어 있는 열교환기의 제조 방법에 있어서,

   상기 유지반(20)과 이것의 튜브지지구멍(23)에 배치된 상기 수지튜브(21)의 말단부의 융착일체화를 복사열을 이용하여 실행하며,

   상기 유지반(20)에 구비되어 있는 튜브지지구멍(23)이 유지반의 외측면에 위치하는 작은지름부(23a) 및 내측면에 위치하는 큰지름부(23b)로 구분되고, 상기 작은 지름부에 배치된 상기 수지튜브(21)의 말단부는 복사열을 이용하여 이 작은 지름부에만 융착일체화되고 및 상기 큰지름부에는 수지튜브의 주변부를 따라 열방산용의 오목한 부분(29)을 형성시키며,

   상기 유지반(20) 및 수지튜브(21)가 불소수지제인 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조 방법.
10. 제11항에 있어서,

    상기 유지반(20)의 외측면에 간격을 두고 설치한 열원(30)으로부터 복사열을 가하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.