KR100454469B1 - 파이프 및 열교환기 - Google Patents

Abstract

열전도특성이 양호하고, 액고임이 없는 원통관이다.

파형으로 성형된 원통관(1)의 내부에, 관축(L)을 따르는 방향의 평탄형상부분(2)을 형성한다.

Description

파이프 및 열교환기{PIPE AND HEAT EXCHANGER}

종래부터 전열관(傳熱管)으로 원통관을 사용한 열교환기로서는, 특히 열전도특성(열전도효율)을 향상시키기 위해서 그 원통관에 각종의 파형성형가공이 실시되는 경우가 있었다. 이러한 열교환기가 특히 식품, 바이오테크놀로지, 의약품, 전자산업 등의 분야에서 사용되는 경우, 세정성, 위생성의 향상과 함께 세정후의 관내유체가 완전히 외부로 배출되는 것이 요구된다.

그런데 특히 파형성형관을 사용한 가로설치형의 열교환기로서는, 파형의 홈부에 액고임이 생긴다는 난점이 있어, 액을 뽑을 때, 혹은 세정시 등에 잔액을 완전히 외부로 배출하는 것이 곤란하였다. 특히, 의약품의 제조공정이나, 전자산업에 있어서의 세정액이나 순수한 물을 사용하는 공정, 혹은 바이오테크놀로지, 식품산업의 각종 공정 등에 있어서는, 열교환기내에 잔액이 있어서는 안되기 때문에, 그 대책이 요구되고 있었다.

따라서, 본 발명은 열전도특성이 양호하고, 액고임이 없는 원통관과, 그 원통관을 사용한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 파이프 및 열교환기에 관한 것이다.

[발명의 개시]

상술의 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 파이프는, 원통관의 내부에 관축을 따르는 방향으로 띠형상의 평탄형상부분을 형성하고, 상기 원통관은 전체에 걸쳐 상기 평탄형상부분을 제외하고 나선형상파형으로 형성되며, 상기 파형의 형상은 상기 평탄형상부분으로부터 서서히 깊어지고, 상기 평탄형상부분과 대칭부위에서 제일 깊게 되어 있다. 또한 이러한 파이프를 열교환기의 전열관으로서 사용하고, 또한 그 평탄형상부분이 관밑바닥이 되도록 상기 전열관을 배치한다.

파형 성형가공을 실시한 원통관을 열교환기의 전열관으로서 사용하면, 그 내부에서 유체의 난류가 촉진되기 때문에, 열전도효율이 향상한다. 그리고, 그 파형에 성형된 원통관내의 관축에 따르는 방향으로 형성한 평탄형상부분을 관밑바닥이 되도록 배치함으로써, 관내액을 뽑아 낼 때, 혹은 세정시에 잔류액을 없앨 수 있기 때문에, 관내의 오염이 없어지고, 또한 위생성을 향상시킬 수 있으며, 또한 기체를 내뿜으로써 관내유체의 내뿜기 배출효과도 양호해진다. 따라서 의약품업계나, 전자산업, 혹은 바이오테크놀로지, 식품산업 등의 불순물이 혼입되어서는 안되는 분야에서 사용되는 열교환기로서 바람직하다.

[도면의 간단한 설명]

도 1은 본 발명의 실시의 일형태를 나타내는 일부 파단 측면도.

도 2는 그 횡단면도.

도 3은 다관식 열교환기의 단면도.

도 4는 좌우의 측면도.

도 5는 좌우의 관판의 측면도.

도 6은 다관식 열교환기의 우측 끝단부분의 단면도.

도 7은 이중관식 열교환기의 주요부 파단정면도.

도 8은 코일식 열교환기의 주요부 파단정면도.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하, 본 발명의 실시형태를 나타낸 도면에 근거하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 원통관(1)의 일부파단 측면도, 도 2는 그 횡단면도를 나타낸다. 이 원통관(1)은 나선형상의 파형으로 성형가공되지만, 횡단면에 있어서, 관축(L)에 대하여 나선의 중심(축심)(O)은 치수 ε만큼 편심시켜 성형가공 된다. 이렇게 하여 그 원통관(1)의 내부에 관축(L)을 따르는 방향으로 직선형상으로 이어지는 평탄형상부분(2)을 형성하고 있다. 이에 따라 그 평탄형상부분(2)을 관밑바닥이 되도록 배치한 경우에는 관내 유체를 관개구부(3,4)로부터 완전히 외부로 배출시켜, 내부에 액고임을 발생시키지 않도록 할 수가 있다. 이러한 원통관 (1)은 예컨대, 다관식 열교환기(5)(도 3 참조)의 전열관으로서 적합한 것이다.

바꿔 말하면, 상기 원통관(1)의 파형의 안지름(홈)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 관축(L)보다도 작은 치수 ε만큼 아래쪽으로 편심시켜, 그 관축(L)(도 1 참조)에 따르는 방향으로, 파형이 형성되지 않은 직선띠형의 평탄형상부분(2)을 형성하도록 성형가공 된다. 그 파형은 관상부로부터 관양측을 지나서 관바닥부를 향함에 따라서 서서히 매끄럽게 파형이 얕아지고(파형의 높이 치수가 낮아지고), 평탄형상부분(2)에서는 파형이 형성되지 않게 된다(파형의 높이 치수가 0이 된다).

도 3은 도 1 및 도 2에 나타내는 원통관(1)을 전열관으로서 채용한 단일 튜브방식의 다관식 열교환기(5)의 단면을 나타내고, 도 4(A)는 그 좌측 측면도, 도 4(B)는 우측 측면도, 도 5(A)는 한쪽의 관판(6)의 좌측면도, 도 5(B)는 다른쪽의 관판(7)의 우측면도, 도 6은 우측끝단부분의 단면도이다.

다관식 열교환기(5)의 구성에 관해서 설명하면, 10은 외관, 8, 9는 덮개판, 11은 차단판, 12, 13은 전열관(1)의 주위에 설치되는 특수링형상 가스켓, 14, 15는 덮개판 바깥둘레부의 링형상 가스켓, 16, 17은 한쪽의 관판(6)과 덮개판(8) 및 다른쪽의 관판(7)과 덮개판(9)을 접합하기 위한 클램프밴드, 18, 19는 클램프밴드 (16,17)를 조이기 위한 볼트·너트이다.

외관(10)은, 원통형 가로길이의 장착형으로, 스테인레스 등의 내식성금속재료로 이루어진다. 또한 그 안쪽에 전열관(1···)이 복수개 병렬로 배열되어 있으며, 그 전열관(1)내에는 열교환되어야 하는 프로세스 유체가 유입하고, 외관(10)의 양끝단에는 전열매체(유체)의 입구관(20)과 출구관(21)이 설치되어 있고, 해당 전열매체가 외관(10)에 설치된 차단판(11)사이를 흘러 난류상태가 되어 전열관(1)의 표면에 접촉하면서 흐르는 구성으로 되어있다.

전열관(1)은, 스테인레스, 티타늄재 등의 내식성금속재료로 이루어지며, 외관(10)과 같이, 관판(6,7)에 의해서 병렬상태로 배열고정되고, 각 전열관(1)은 각각 덮개판(8,9)내의 U턴유로(22,23)에 접속되어, 순환용 전열관을 형성하고 있다. 또 상술한 바와 같이, 전열관(1)에 파형 성형가공을 실시하고 있는 것은, 해당 관내를 흐르는 프로세스 유체에 난류를 발생시켜, 열교환기의 성능으로서의 총괄열전도계수를 높게 하기 때문이다.

그 전열관(1···)을 고정지지하고 있는 관판(6,7)과 덮개판(8,9)과의 사이에는(도 6참조), 특수링형상 가스켓(12,13)과 링형상 가스켓(14,15)이 간접장착되고, 그 관판(6,7)과 덮개판(8,9)의 둘레가장자리에 각각 테이퍼형으로 형성된 플랜지끝단(61과 81 및 71과 91)이, 볼트·너트(18,19)에 의해서 체결되는 클램프밴드 (16,17)에 의해, 그 접합면이 균일한 조임 상태로 고정된다.

특수링형상 가스켓(12,13)은, 단면이 약 L자형상의 원형각형 링형상으로 형성되어, 전열관(1)의 주위에 감겨지고 그 주위를 시일하도록 설치되어 있다. 구체적으로는 우측부분에 관해서 설명하면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 덮개판(9)측에 형성된 U턴유로(23)의 출입구면에 형성된 오목부에 특수링형상 가스켓(13)의 볼록부를 밀접하게 끼운 상태로 끼워맞춤시킨 구성으로 하고 있기 때문에, 덮개판(9 또는 8)을 개폐할 때에 그 특수링형상 가스켓(13)이 탈락하지 않고, 각 프로세스 유로의 점검·세정을 용이하게 할 수 있다.

더구나, 그 특수링형상 가스켓(13)의 안지름은 관판(7)의 관구멍(72)에 삽입된 전열관(1···)의 안지름과 동일하게 설정하고, 그 내면끼리를 면일치시킨 형상으로 하고 있기 때문에, 관판(7)의 접합면을 평면으로 하고 있음에도 불구하고, 접합면에서, 프로세스유체의 액고임이 발생하는 것이 없다. 또 좌측끝단부분(도시생략)도 우측끝단부분과 같이 구성된다.

또한, 관판(6)과 덮개판(8) 및 관판(7)과 덮개판(9)의 각 바깥둘레부사이에 설치된 링형상 가스켓(14,15)은 각 특수링형상 가스켓(12,13)으로부터 프로세스 유체가 누출된 경우에, 이것을 덮개판(8,9)에 설치한 드레인겸용 누출검출용관(26)(우측만 도시)으로부터만 외부로 배출시키고, 다관식 열교환기(5)의 가동중에 있어서도, 운전관리가 적절히 행하여지도록 하고 있다.

이러한 구성에 있어서, 프로세스 유체는 도 3에 나타내는 입구 유입관(24)으로부터 들어와, U턴유로(22,23)로 접속된 각 전열관(1···)내를 왕복하면서 난류가 촉진되어 외관(10)내[전열관(1)의 바깥}의 전열매체와의 사이에서 열전도효율이 높은 열교환이 된 후, 덮개판(9)의 출구 유출관(25)에서 외부로 배출된다. 그리고, 그 전열관(1)내의 관축(L)에 따르는 방향으로 직선형상으로 형성된 평탄형상부분(2)을 관밑바닥이 되도록 배치하고 있는 것에 의하여, 열교환의 종료후 관내 액을 뽑아 낼 때, 혹은 세정시 등에 자연배출 또는 기체를 내뿜는 것에 의한 강제배출에 의해 관내의 잔류액을 없앨 수 있어, 소위 관내오염이 없어지고, 위생성을 향상시킬 수 있다. 또한, 다음공정에서의 안전성을 향상시킬 수 있다. 따라서 식품가공, 바이오테크놀로지, 의약품의 제조, 혹은 적은 양의 불순물의 혼입도 허용되지 않는 전자부품의 세정공정 등의 생산 프로세스로서는 가열, 냉각, 멸균, 세정작업이 반복되어 행해지고, 특히 높은 위생성이 요구되는 경우가 많기 때문에 이들에 적합한 것이 된다.

도 7은, 2중관식 열교환기(5)를 나타내며, 이 경우, 1은 전열관, 10은 외관, 20은 프로세스 유체 입구관, 21은 프로세스 유체 출구관, 24는 전열매체 입구관, 25는 전열매체 출구관을 나타낸다. 이 2중관식 열교환기(5)로서는, 전열매체와 프로세스 유체는, 총괄열전도계수를 크게 하기 위해서, 서로 대향하여 마주보도록 흘리고, 많은 경우 여러개(복수개의)의 2중관식 열교환기(5···)를 U자관(도시생략)으로 접속하여 하나의 프로세스 유로가 형성된다. 또한 이 2중관식 열교환기 (5)의 전열관(1)과 외관(10)의 쌍방에, 파형 성형가공을 함으로써, 전열매체와 프로세스 유체의 쌍방에 난류를 발생시켜, 열전도효율을 향상시키도록 하고 있다.

이러한 2중관식 열교환기(5···)를 여러개 조합하여 1개의 유닛 프로세스를 구성하는 경우에는 도시는 생략하지만, 예컨대 각 2중관식 열교환기(5···)를, 각각 높이를 바꿔 배치하고, 상단으로부터 하단으로, U자관으로 접속하여 계단형상의 프로세스유로를 형성하면, 프로세스 유체나, 세정배출수등을 하단측에서 자연유출에 의해 완전히 외부로 배출시킬 수 있어, 액고임에 의한 오염을 효과적으로 막을 수 있다. 따라서 고점성유체나, 슬러리유체 등에도 적용할 수 있고, 더욱이 피그 등의 잔액회수도 가능해지고, 또한 유닛전체의 위생성의 향상을 꾀할 수 있다.

도 8은 코일식 열교환기(5)를 나타내며, 이 경우 나선형상으로 형성한 원통관을 열전도 코일(31)로서 채용하고 있다. 32는 용기, 33은 전열매체 입구관, 34는 전열매체 출구관, 35는 액 입구관, 36은 액뽑아내기관, 37은 교반날개, 38은 교반날개(37)의 회전축을 나타낸다. 본 구성에서는 반응액이나 프로세스 유체는, 액 입구관(35)으로부터 용기(32)내로 주입되고, 교반날개(37)로 교반된다. 한편, 전열매체는 상부의 전열매체 입구관(33)으로부터 열전도 코일(31)내에 들어가, 하부의 전열매체 출구관(34)으로부터 배출되고, 그 사이에 열전도 코일(31)의 외면에서 프로세스 유체와의 열교환이 된다.

이러한 코일식 열교환기(5)에 있어서, 열전도 코일(31)의 표면에 파형 성형가공이 실시되어져 있으면, 열교환시에, 열전도효율이 향상하는 것은 잘 알려져 있지만, 종래에서는 전열매체의 배출시, 혹은 열전도 코일(31)내의 세정액의 배출시 등에, 파형 성형가공이 실시되어진 열전도 코일(31)의 바닥부에 이들 액이 남아, 관내오염에 의한 열전도효율의 저하나, 열전도 코일(31)의 부식이 발생하는 경우가 있었다. 따라서, 본 발명에서는 이 열전도 코일(31)의 바닥부에, (나선형상의)관축에 따르는 방향으로, 파형이 없는 평탄형상부분(2)을 연속적으로 형성하여, 액고임을 발생시키는 일없이 관내유체를 완전히 외부로 자연배출할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 유지관리가 완전히 이루어질 수 있기 때문에, 항상 고성능인 열전도효율를 얻을 수 있고, 또한 내구성도 향상된다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명에 의하면, 원통관(1)을 파형으로 성형하였기 때문에, 그 내부에서 유체의 난류가 촉진되므로 열전도효율이 향상된다. 그리고 그 원통관(1)내에 관축 (L)에 따르는 방향의 평탄형상부분(2)을 형성하고 있음으로써 그 평탄형상부분(2)을 관밑바닥이 되도록 배치하면, 관내액을 뽑아 낼 때, 혹은 세정시에 잔류액을 없앨 수 있기 때문에, 관내의 오염이 없어지고, 또한 위생성을 향상시킬 수 있으며, 또한 기체를 내뿜으로써 관내유체를 내뿜어 배출효과도 양호하게 된다.

Claims (2)

1. 원통관의 내부에 관축을 따르는 방향으로 띠형상의 평탄형상부분을 형성하고, 상기 원통관은 전체에 걸쳐 상기 평탄형상부분을 제외하고 나선형상파형으로 형성되며, 상기 파형의 형상은 상기 평탄형상부분으로부터 서서히 깊어지고, 상기 평탄형상부분과 대칭부위에서 제일 깊게 되어 있는 것을 특징으로 하는 파이프.
2. 원통관의 내부에 관축을 따르는 방향으로 띠형상의 평탄형상부분을 형성하고, 상기 원통관은 전체에 걸쳐 상기 평탄형상부분을 제외하고 나선형상파형으로 형성되며, 상기 파형의 형상은 상기 평탄형상부분으로부터 서서히 깊어지고, 상기 평탄형상부분과 대칭부위에서 제일 깊게 되어 있는 파이프를, 전열관으로서 사용하고, 또한 상기 평탄형상부분이 관밑바닥이 되도록 상기 전열관을 배치한 것을 특징으로 하는 열교환기.