KR100533694B1

KR100533694B1 - 원통다관식 열교환기

Info

Publication number: KR100533694B1
Application number: KR10-2003-0044698A
Authority: KR
Inventors: 이대희; 김영생
Original assignee: 학교법인 인제학원; 김영생; 이대희
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-12-05
Also published as: KR20050004498A

Abstract

본 발명은 원통다관식 열교환기에 관한 것으로, 상하부 플레이트 사이의 쉘 내부에 그 테두리가 쉘의 내주면과 밀착되도록 일정 간격으로 설치하되 전열관이 관통되는 주위의 인접부위에 유체 분출공을 관통되게 형성한 방열핀을 설치함으로써 전열관을 유동하는 유체의 열이 전열관을 통해 방열핀으로 전열이 유도되도록 하여 열교환시킬 유체와의 열교환 효율이 보다 향상되도록 함에 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 쉘입구와 열교환이 이루어져 온수화된 상태의 유체가 유출되는 쉘출구가 형성된 쉘, 상기 쉘의 상하부 각각에 설치되는 상하부 플레이트, 상기 열교환될 온수 상태의 유체가 유입되는 유체 유입관이 구비되어 상기 상부 플레이트의 상부로 설치되는 상부 쉘커버, 열교환이 이루어져 냉수화된 상태의 유체가 유출되는 유체 유출관이 구비되어 상기 하부 플레이트의 하부로 설치되는 하부 쉘커버, 상기 상부 플레이트로부터 하부 플레이트로 연결 설치되어 상기 유체 유입관으로부터 유입된 열교환될 온수 상태의 유체를 상기 하부 플레이트의 하부로 유동시키는 다수의 전열관 및 열전달이 양호한 동판 혹은 갈바륨 강판으로 형성됨으로서 상기 상하부 플레이트 사이의 상기 쉘 내주면에 그 테두리가 밀착되도록 일정 간격으로 설치되어 상기 다수의 전열관이 각각의 관통공을 통해 관통되어지되 상기 전열관 주위의 인접부위에 상기 쉘입구로부터 상기 쉘의 내부로 유입된 상기 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 압력에 의해 상향으로 분출되는 유체 분출공이 형성되는 다수의 방열핀으로 이루어진 원통다관식 열교환기에 있어서, 상기 방열핀에 형성되는 유체 분출공은 상기 전열관이 관통되는 관통공과 연통되는 한편, 상기 방열핀에 관통되어지는 상기 각 전열관의 사방에 다수가 형성되는 것이 특징이다.

Description

원통다관식 열교환기{Shell and Tube Type Heat Exchanger}

본 발명은 원통다관식 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전열관의 길이방향에 대하여 직교되는 방향으로 다수의 유체 분출공이 형성되는 방열핀을 설치하여 전열관의 열이 방열핀을 통해 전달되도록 함으로써 열교환이 보다 잘 이루어질 수 있도록 한 원통다관식 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기라 함은 서로 온도가 다른 두 유체들 사이에 열교환을 수행하는 장치를 말하는 것으로, 좁은 의미의 열교환기는 일반적으로 상변화가 없는 두 공정 흐름 사이에 열을 교환하는 장치를 말하고, 넓은 의미로는 냉각기 및 응축기 등을 포함한다. 이러한 열교환기는 난방, 공기조화, 동력발생 및 폐열회수 등의 용도로 쓰이며, 용량, 장력, 온도 등 사용조건에 따라 다양한 구조가 있다.

한편, 열교환기는 원통다관식(Shell & Tube) 열교환기, 이중관식(Double Pipe Type) 열교환기, 평판형(Plate Type) 열교환기, 공냉식 냉각기(Air Cooler), 가열로(Fired Heater) 및 코일식(Coil Type) 열교환기 등의 기하학적 형태의 분류와 냉각기(Cooler), 응축기(Condenser), 재비기(Reboiler), 증발기(Evaporator), 예열기(Preheater) 및 2상 흐름 (Two Phase Flow) 열교환기 등의 기능적인 형태로 분류할 수 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 열교환기 중 원통다관식 열교환기에 관한 기술로, 다음은 종치형 원통다관식 열교환기를 보인 것이다.

도 1 은 종래의 기술에 따른 원통다관식 열교환기를 보인 절개 사시도, 도 2 는 종래의 기술에 따른 원통다관식 열교환기를 보인 단면도이다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 종래의 기술에 따른 원통다관식 열교환기(10)는 상하가 개방된 원통형으로 이루어지되 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 쉘입구(12a)와 열교환이 이루어진 온수 상태의 유체가 유출되는 쉘출구(12b)가 형성된 쉘(12), 쉘(12)의 상하부 각각에 설치되는 상하부 플레이트(14, 14a), 열교환될 온수 상태의 유체가 유입되는 유체 유입관(16a)이 구비되어 상부 플레이트(14)의 상부로 설치되는 상부 쉘커버(16), 열교환된 냉수 상태의 유체가 유출되는 유체 유출관(18a)이 구비되어 하부 플레이트(14a)의 하부로 설치되는 하부 쉘커버(18) 및 상부 플레이트(14)로부터 하부 플레이트(14a)로 연결 설치되어 유체 유입관(16a)으로부터 유입된 열교환될 온수 상태의 유체를 하부 플레이트(14a)의 하부로 유동시키는 다수의 전열관(20)으로 이루어진다.

한편, 전술한 구성에서 상부 플레이트(14)와 상부 쉘커버(16) 사이에는 열교환될 온수 상태의 유체가 저수되는 상부 공간부(22)가 형성되고, 하부 플레이트(14a)와 하부 쉘커버(18) 사이에는 열교환된 냉수 상태의 유체가 저수되는 하부 공간부(22a)가 형성된다.

전술한 바와 같이 구성된 종래의 기술에 따른 원통다관식 열교환기(10)의 열교환 과정을 살펴보면 먼저, 내연기관 등으로부터 유동되는 온수 상태의 유체가 상부 쉘커버(16)의 유체 유입관(16a)을 통해 상부 공간부(22)로 유입되어 전열관(20)을 통해 하부 공간부(22a)로 유동된다. 이때, 전열관(20)을 유동하는 온수 상태의 유체가 자지고 있는 열은 전열관(20)으로 전열이 이루어지고 있는 상태이다.

전술한 바와 같이 열교환될 온수 상태의 유체가 유동되어 전열관(20)을 유동하는 과정에서 쉘(12)의 쉘입구(12a)로는 전열관(20)을 유동하는 온수 상태의 유체를 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되고, 전열관(20)의 열은 쉘(12)의 내부로 유입된 냉수 상태의 유체로 전열이 계속적으로 이루어져 결국 전열관(20)을 유동하는 열교환될 온수 상태의 유체는 쉘(12) 내부의 유체를 열교환시킬 냉수 상태의 유체로 전열시킨 후 냉수 상태의 유체가 되어 하부 공간부(22a)로 유입된 후 유체 유출관(18a)을 통해 유출되어 다시 내연기관으로 유동하게 된다.

한편, 쉘(12) 내부의 유체를 열교환시킬 냉수 상태의 유체는 전열관(20)을 유동하는 연교환될 온수 상태의 유체에 의해 전열이 이루어져 온수 상태의 유체가 된 후 쉘출구(12b)를 통해 유출되어 난방이나 기타의 목적물로 사용되어진다.

그러나, 전술한 바와 같이 다수의 전열관이 구성된 종래의 기술에 따른 원통다관식 열교환기는 열교환시킬 냉수 상태의 유체와 전열관과의 전열면적이 크지 않기 때문에 열교환을 극대화할 수 없다는 문제가 있다.

따라서, 종래의 기술에 따른 원통다관식 열교환기는 목적하는 만큼의 효율을 이끌어 내기 위해 그만큼 가동시간을 늘려야 하므로 이에 따른 연료의 낭비로 인하여 경제적인 낭비가 발생하게 된다. 즉, 유지관리에 따른 비용의 부담이 따르게 된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 상하부 플레이트 사이의 쉘 내부에 그 테두리가 쉘의 내주면과 밀착되도록 일정 간격으로 설치하되 전열관이 관통되는 주위의 인접부위에 유체 분출공을 관통되게 형성한 방열핀을 설치함으로써 전열관을 유동하는 유체의 열이 전열관을 통해 방열핀으로 전열이 유도되도록 하여 열교환시킬 유체와의 열교환이 보다 잘 이루어지도록 원통다관식 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전열관을 유동하는 유체의 열이 전열관을 통해 방열핀으로 전열이 유도되도록 하여 열교환시킬 유체와의 열교환이 보다 잘 이루어지도록 함으로써 이에 따른 열교환 효율을 향상시켜 짧은 가동시간에도 목적하는 효율을 얻을 수 있도록 함에 있다.

나아가, 본 발명은 전술한 목적들 이외에 열교환 효율을 향상시켜 짧은 가동시간에도 목적하는 효율을 얻을 수 있도록 함으로써 유지관리에 따른 비용을 절감할 수 있도록 함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기는 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 쉘입구와 열교환이 이루어져 온수화된 상태의 유체가 유출되는 쉘출구가 형성된 쉘, 상기 쉘의 상하부 각각에 설치되는 상하부 플레이트, 상기 열교환될 온수 상태의 유체가 유입되는 유체 유입관이 구비되어 상기 상부 플레이트의 상부로 설치되는 상부 쉘커버, 열교환이 이루어져 냉수화된 상태의 유체가 유출되는 유체 유출관이 구비되어 상기 하부 플레이트의 하부로 설치되는 하부 쉘커버, 상기 상부 플레이트로부터 하부 플레이트로 연결 설치되어 상기 유체 유입관으로부터 유입된 열교환될 온수 상태의 유체를 상기 하부 플레이트의 하부로 유동시키는 다수의 전열관 및 열전달이 양호한 동판 혹은 갈바륨 강판으로 형성됨으로서 상기 상하부 플레이트 사이의 상기 쉘 내주면에 그 테두리가 밀착되도록 일정 간격으로 설치되어 상기 다수의 전열관이 각각의 관통공을 통해 관통되어지되 상기 전열관 주위의 인접부위에 상기 쉘입구로부터 상기 쉘의 내부로 유입된 상기 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 압력에 의해 상향으로 분출되는 유체 분출공이 형성되는 다수의 방열핀으로 이루어진 원통다관식 열교환기에 있어서,상기 방열핀에 형성되는 유체 분출공은 상기 전열관이 관통되는 관통공과 연통되는 한편, 상기 방열핀에 관통되어지는 상기 각 전열관의 사방에 다수가 형성된다.

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전술한 유체 분출공의 모양은 직사각형의 형태로 이루어질 수도 있고, 유체 분출공의 모양은 삼각형의 형태로 이루어질 수도 있으며, 유체 분출공의 모양은 반원의 형태로 이루어질 수도 있다.

한편, 전술한 방열핀의 관통공 내주연에는 방열핀의 상하부면 중 일면으로 돌출 형성되는 한편, 관통공으로 관통되는 전열관의 외주면과의 면접촉을 통해 결합되어 전열관과 방열핀의 접촉면적을 크게 하는 전열 접촉편이 더 형성될 수도 있다. 이때, 유체 분출공은 전열 접촉편의 외주면 주위 사방에 관통 형성됨이 양호하다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통다관식 열교환기에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기의 구조를 보인 절개 사시도, 도 4 는 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기의 구조를 보인 단면도, 도 5 는 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 1 실시 예의 방열핀구조를 보인 사시도, 도 6 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 1 실시 예의 방열핀구조를 보인 평면도이다.

먼저, 전술한 바와 같은 원통다관식 열교환기는 가장 널리 사용되고 있는 열교환기로 폭넓은 범위의 열전달량을 얻을 수 있으므로 적용범위가 넓고, 또한 신뢰성과 효율이 높다. 이러한 원통다관식 열교환기는 저압(低庄)은 물론 고압(高庄)까지 저온 및 고온에 관계없이 재료의 허용 사용범위내에서 가열 냉각 및 증발응축의 모든 용도에 적용할 수 있으므로 신뢰도가 높고 효율도 좋다.

한편, 전술한 바와 같은 원통다관식 열교환기는 보통 전열관을 수평으로 설치한 구조의 횡치형(橫置形)으로 사용되지만, 설치면적에 제한을 받을 경우나 증발조작을 행할 경우 및 기타 전열관을 수직(垂直)으로 하는 것이 성능상 유리한 경우에는 종치형(縱値形)을 사용한다.

도 3 내지 도 6 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기(100)의 구조는 도 1 및 도 2 에 되시된 바와 같은 구조의 일반적인 원통다관식 열교환기(10)의 구성에 더하여 전열관(150)이 관통되는 관통공(210) 주위에 유체 분출공(212)이 형성된 방열핀(200)이 전열관(150)과 관통공(210) 내주면을 통해 접촉된 상태에서 쉘(110)의 내부에 상하의 일정 간격으로 설치된다.

전술한 바와 같이 설치된 다수의 방열핀(200)으로는 전열관(150)의 외주면과 직접 접촉되는 관통공(210)의 내주면을 통해 전열관(150) 내부를 유동하는 열교환될 온수 상태의 유체가 가지는 열이 전열되어 쉘입구(112)를 통해 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체와의 열교환이 보다 잘 이루어지도록 한다. 즉, 전열관(150)을 유동하는 열교환될 온수 상태의 유체와 쉘입구(112)를 통해 유입되어 열교환시킬 냉수 상태의 유체와의 열교환 시간을 단축할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 원통다관식 열교환기(100)를 보다 상세하게 설명하면 상하가 개방된 원통형으로 이루어지되 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 쉘입구(112)와 열교환이 이루어져 온수화된 상태의 유체가 유출되는 쉘출구(112a)가 형성된 쉘(110), 쉘(110)의 상하부 각각에 설치되는 상하부 플레이트(120, 120a), 내연기관 등으로부터 열교환될 온수 상태의 유체가 유입되는 유체 유입관(132)이 구비되어 상부 플레이트(120)의 상부로 설치되는 상부 쉘커버(130), 열교환이 이루어져 냉수화된 상태의 유체가 유출되는 유체 유출관(142)이 구비되어 하부 플레이트(120a)의 하부로 설치되는 하부 쉘커버(140), 상부 플레이트(120)로부터 하부 플레이트(120a)로 연결 설치되어 유체 유입관(132)으로부터 유입된 열교환될 온수 상태의 유체를 하부 플레이트(120a)의 하부로 유동시키는 다수의 전열관(150) 및 상하부 플레이트(120, 120a) 사이의 쉘(110) 내주면에 그 테두리가 밀착되도록 일정 간격으로 설치되어 다수의 전열관(150)이 각각의 관통공(210)을 통해 관통되어지되 전열관(150) 주위의 인접부위에 쉘입구(112)로부터 쉘(110)의 내부로 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 압력에 의해 상향으로 분출되는 유체 분출공(212)이 형성되는 다수의 방열핀(200)의 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기(100)의 구성에서 상부 플레이트(120)와 상부 쉘커버(130) 사이에는 열교환될 온수 상태의 유체가 유입되어 저수되는 상부 공간부(160)가 형성되고, 하부 플레이트(120a)와 하부 쉘커버(140) 사이에는 열교환이 이루어져 냉수화된 상태의 유체가 전열관(150)으로부터 유입되어 저수되는 하부 공간부(160a)가 형성된다.

그리고, 전술한 구성의 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기(100)의 구성에서 쉘(110)의 상단 및 하단 각각에는 수평면으로 쉘측 결합 플랜지면(114)이 연장 형성되고, 이에 대응하여 상하부 쉘커버(130, 140) 각각의 쉘(110)측 결합단에도 커버측 결합 플랜지면(134, 144)이 형성된다. 이때, 쉘측 결합 플랜지면(114)과 커버측 결합 플랜지면(134, 144) 각각에는 상호 대응하는 볼트 체결공이 형성되어 볼트와 너트 등의 체결부재(170)가 체결된다.

한편, 전술한 상하부 플레이트(120, 120a)의 크기는 쉘측 결합 플랜지면(114)과 커버측 결합 플랜지면(134, 144)이 이루는 원의 크기와 같은 크기로 이루어지고, 이처럼 구성된 상하부 플레이트(120, 120a)는 쉘(110)의 상하부 각각에서 쉘측 결합 플랜지면(114)과 커버측 결합 플랜지면(134, 144) 사이에 위치되어 볼트 체결공을 통해 체결되는 체결부재(170)에 의해 고정이 이루어진다. 따라서, 상하부 플레이트(120, 120a)에도 쉘측 결합 플랜지면(114)과 커버측 결합 플랜지면(134, 144) 각각에 형성된 볼트 체결공에 대응하는 볼트 체결공이 형성됨을 알 수 있다.

물론, 상하부 쉘커버(130, 140)와 상하부 플레이트(120, 120a) 및 쉘(110)의 상하부와 상하부 플레이트(120, 120a) 사이에는 수밀을 위한 가스켓(180)이 삽입되어 있음은 당연하다.

전술한 바와 같은 구성된 본 발명의 원통다관식 열교환기(100)의 구성에서 쉘(110)은 그 내부에서 내연기관으로부터 유동되는 열교환될 온수 상태의 유체와 원수로부터 쉘입구(112)를 통해 유입되어 열교환시킬 냉수 상태의 유체를 상호 열교환시키기 위한 것으로, 이러한 쉘(110)은 상하가 개방된 원통형으로 이루어지되 일측 원통면의 하부에 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 쉘입구(112), 타측 원통면의 상부에 열교환이 이루어져 온수화된 상태의 유체가 유출되는 쉘출구(112a) 및 상하단 각각에 연장 형성되는 쉘측 결합 플랜지면(114)의 구성으로 이루어진다.

상하부 플레이트(120, 120a)는 쉘(110)의 내부와 상하부 쉘커버(130, 140)가 이루는 상하부 공간부(160, 160a)를 분리하여 내연기관으로부터 상부 공간부(160)를 경유하여 전열관(150)을 통해 하부 공간부(160a)로 유동되는 열교환될 온수 상태의 유체와 쉘입구(112)를 통해 유입되어 쉘출구(112a)로 유출되는 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 직접적으로 혼합되지 않도록 하기 위한 것으로, 이 상하부 플레이트(120, 120a)는 쉘측 결합 플랜지면(114)이 이루는 크기로 이루어져 쉘측 결합 플랜지면(114) 각각의 상하부에 위치된다.

전술한 상하부 플레이트(120, 120a)는 전열관(150)이 관통되어 연결되기 위한 다수의 관통공(122, 122a)이 상호 대응되도록 형성된다. 이때, 상부측의 관통공(122)으로는 내연기관으로부터 상부 공간부(160)를 경유하여 유입된 열교환될 온수 상태의 유체가 유입되고, 하부측의 관통공(122a)으로는 전열관(150)을 유동하는 과정에서 열교환이 이루어져 냉수화된 상태의 유체가 유출된다.

상하부 쉘커버(130, 140)는 쉘(110)의 상하부측에 설치되어 내연기관으로부터 유입되는 열교환될 온수 상태의 유체가 저수되는 상부 공간부(160)와 전열관(150)을 유동하는 과정에서 열교환이 이루어져 냉수화된 상태의 유체가 저수되는 하부 공간부(160a)를 형성하는 것으로, 상부 쉘커버(130)의 일측에는 내연기관으로부터 유입되는 열교환될 온수 상태의 유체가 유입되는 유체 유입관(132)이 구비되고, 하부 쉘커버(140)에는 전열관(150)을 유동하는 과정에서 열교환이 이루어져 하부 공간부(160a)에 저수된 냉수화된 상태의 유체가 유출되는 유체 유출관(142)이 구비된다.

한편, 전술한 바와 같은 상하부 쉘커버(130, 140)의 쉘(110) 결합단 각각에는 쉘측 결합 플랜지면(114)에 대응하는 커버측 결합 플랜지면(134, 144)이 형성된다. 이처럼 구성된 상하부 쉘커버(130, 140)는 커버측 결합 플랜지면(134, 144)에 형성된 다수의 볼트 체결공을 통해 체결되는 체결부재(170)에 의해 쉘(110)의 상하부에 설치 고정된다.

전열관(150)은 내연기관등으로부터 상부 공간부(160)로 유입 저수된 열교환될 온수 상태의 유체를 하부 공간부(160a)로 유동시키는 과정에서 쉘입구(112)를 통해 유입되는 열교환시킬 냉수 상태의 유체와 열교환이 이루어지도록 하는 것으로, 이 전열관(150)은 상하부 플레이트(120, 120a) 각각에 상호 대응되게 형성된 관통공(122, 122a)에 그 상하단이 관통되어 상부 공간부(160)와 하부 공간부(160a)가 상호 연통되도록 한다.

전술한 바와 같이 구성되는 전열관(150)은 상하부 플레이트(120, 120a) 사이의 쉘(110) 내부에 직립되게 구성되어 쉘입구(112)를 통해 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체와 직접적으로 접하게 된다. 따라서, 전열관(150)의 내부를 흐르는 열교환될 온수 상태의 유체는 전열관(150)을 통해 쉘입구(112)로 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체와 열교환이 이루어진다고 할 수 있다.

방열핀(200)은 전열관(150)의 내부를 흐르는 열교환될 온수 상태의 유체와 쉘입구(112)로 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체와의 열교환 효율을 극대화시키기 위한 것으로, 이 방열핀(200)은 각각의 전열관(150)이 관통되는 관통공(210)이 상하 플레이트(120, 120a)의 관통공(122, 122a)에 대응하여 형성되고, 관통공(210)의 인접된 주위 사방에는 쉘입구(112)로부터 쉘(110)의 내부로 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 압력에 의해 상향으로 분출되는 유체 분출공(212)이 형성된 구성으로 이루어진다. 이때, 방열핀(200)의 크기는 쉘(110)의 내경에 관계하여 형성된다.

전술한 바와 같이 구성된 방열핀(200)은 상하부 플레이트(120, 120a) 사이의 쉘(110) 내주면에 그 테두리가 밀착되도록 상하의 일정 간격으로 설치된다. 이때, 다수의 전열관(150)이 각각의 관통공(210)을 통해 관통되어지고, 전열관(150)에 인접된 관통공(210)의 사방에는 쉘입구(112)로부터 쉘(110)의 내부로 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 압력에 의해 상향으로 분출되는 유체 분출공(212)이 형성된다. 이때, 유체 분출공(212)은 전열관(150)이 관통되는 방열핀(200) 측의 관통공(210)과 연통되게 형성된다.

한편, 전술한 방열핀(200)은 보다 열전달이 양호하게 이루어지도록 동판 혹은 갈바륨 강판으로 이루어지고, 전술한 유체 분출공(212)의 모양은 도 5 및 도 6 에서와 같이 직사각형의 형태로 이루어질 수도 있고, 도 7 에서와 같이 유체 분출공(212a)의 모양은 삼각형의 형태로 이루어질 수도 있으며, 도 8 에서와 같이 유체 분출공(212b)의 모양은 반원의 형태로 이루어질 수도 있다.

전술한 바와 같이 구성된 방열핀(200)은 전열관(150)이 관통공(210)을 통해 관통되어 전열관(150)과 관통공(210)의 내주면과 면접촉되어 있기 때문에 내연기관등으로부터 상부 공간부(160)로 유입되어 전열관(150)을 유동하는 열교환될 온수 상태의 유체가 가지는 열은 전열관(150)을 유동하는 과정에서 전열관(150)을 경유하여 전열관(150)에 면접촉되어 있는 방열핀(200)으로 전열된다.

전술한 바와 같이 방열핀(200)으로 전열된 열교환될 온수 상태의 유체가 가지는 열은 결국, 쉘입구(112)를 통해 쉘(110)의 내부로 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체로 전열이 이루어진다. 이때, 각각의 전열관(150)으로부터도 쉘(110)의 내부로 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체로 전열이 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기(100)는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같은 종래의 기술에 따른 원통다관식 열교환기(10)에 비해 열교환이 짧은 시간동안에 이루어짐을 알 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기(100)의 열교환 과정을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 내연기관 등을 냉각하기 위해 냉각수가 내연기관 등에 의해 가열된 상태의 열교환될 온수 상태의 유체가 상부 쉘커버(130)의 유체 유입관(132)을 통해 상부 공간부(160)로 유입 저수되어 전열관(150)을 통해 하부 공간부(160a)로 유동되면 전열관(150)을 유동하는 열교환될 온수 상태의 유체가 가지는 열은 전열관(150)으로 전열이 이루어지고, 이에 따라 전열관(150)으로 전열된 열은 전열관(150)과 관통공(210)을 통해 면접촉되어 있는 방열핀(200)으로 전열이 이루어진다.

한편, 전술한 바와 같이 내연기관 등에 의해 가열된 상태의 열교환될 온수 상태의 유체가 전열관(150)을 유동함에 따라 열교환될 온수 상태의 유체가 가지는 열이 전열관(150)과 방열핀(200)으로 전열되는 과정에서 쉘입구(112)를 통해 쉘(110)의 내부로 열교환시킬 냉수 상태의 유체(난방이나 기타 목적하는 용도의 온수를 얻기 위해 열교환될 온수 상태의 유체와 열교환시킬 냉수 상태의 유체)가 유입되어 하부로부터 상부로 차오르게 되면 전열관(150)과 방열핀(200)으로 전열된 열은 전열관(150)과 방열핀(200)에 직접적으로 접촉하는 쉘(110) 내부의 열교환시킬 냉수 상태의 유체로 전열이 이루어진다.

따라서, 전열관(150)과 방열핀(200)은 급격히 냉각되고, 이에 따라 전열관(150)의 내부를 유동하는 열교환될 온수 상태의 유체 또한 냉각되어 냉수화된다. 결국, 전열관(150)을 흐르는 열교환될 온수 상태의 유체는 전열관(150)을 유동하는 과정에서 그 열이 쉘(110)의 내부로 유입되는 열교환시킬 냉수 상태의 유체로 전열이 이루어져 냉수화된 상태로 하부 공간부(160a)로 유입 저수된 후 유체 유출관(142)을 통해 유출되어 내연기관 등의 냉각수로써 순환된다.

반면, 쉘(110) 내부로 유입된 열교환시킬 냉수 상태의 유체는 전열관(150)과 방열핀(200)에 직접 접촉하는 과정에서 전열관(150)과 방열핀(200)에 의해 가열되어 온수화 된다. 이처럼 쉘(110) 내부의 냉수가 전열관(150)과 방열핀(200)에 접촉하는 과정에서 온수화된 후에는 쉘(110) 내부에 점점 차오르면서 쉘출구(112a)를 통해 유출되어 난방이나 기타 목적하는 온수로 사용되어진다.

한편, 쉘입구(112)를 통해 쉘(110) 내부로 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 차오르게 되면 쉘(110) 내부의 유체는 유입되는 압력에 의해 그 상부의 방열핀(200)에 형성된 유체 분출공(212)을 통해 상부측으로 분출되어 상부측의 방열핀(200) 상부로 차오게 된다. 이때, 유체 분출공(212)을 통해 분출되는 유체는 그 상부의 전열관(150) 외주면과 상부측 방열핀(200)의 하부면에 뿜어지게 되어 전열관(150)과 방열핀(200)에 의해 보다 빠르게 가열된다. 이러한 과정을 통해 최상부측의 방열핀(200) 상부로 유체가 차오르게 되면 이미 온수 상태가 되고, 쉘출구(112a)를 통해 유출된다.

도 7 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 2 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도, 도 8 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 3 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도이다.

도 7 은 앞서도 설명한 바와 같이 유체 분출공(212a)의 모양을 삼각형의 형태로 구성한 것이고, 도 8 은 유체 분출공(212b)의 모양을 반원형의 형태로 구성한 것이다. 이처럼 유체 분출공(212a, 212b)의 모양을 삼각형이나 반원형으로 형성함으로써 유체 분출공(212a, 212b)을 통해 분출되는 유체의 형태를 변화시켜 열교환이 이루어지는 시간을 보다 줄일 수 있게 된다.

도 9 는 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 4 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도, 도 10 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 5 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도, 도 11 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 6 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도이다.

도 9 내지 도 11 은 도시된 바와 같이 방열핀(200)과 전열관(150)의 접촉면적을 크게 하여 전열관(150)의 열이 방열핀(200)으로 보다 빠르게 전열되도록 하기 위한 구성으로, 도면에서와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열핀(200) 구조는 방열핀(200)의 관통공(210) 내주연에 방열핀(200)의 상하부면 중 일면으로 전열 접촉편(220)을 더 형성한 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 전열 접촉편(220)을 돌출 형성한 구성을 통해 전열관(150)을 과통공(210)에 관통시켜 결합시키는 경우 전열관(150과 방열핀(200)의 접촉면적이 더욱 커져 전열관(150)으로부터 방열핀(200)으로의 전열이 보다 빠르게 이루어진다. 즉, 전열효율이 향상된다.

한편, 전술한 바와 같이 도 9 내지 도 11 에 도시된 방열핀(200)에서 각각의 유체 분출공(212c, 212d, 212e)은 전열 접촉편(220)의 외주면 주위 사방에 관통 형성되어지되 관통공(210)과는 연통되지 않게 형성된다. 이때, 유체 분출공(212c, 212d, 212e)은 도 9 에서와 같이 직사각형의 모양으로 형성될 수도 있고, 도 10 에서와 같이 삼각형의 모양으로 이루어질 수도 있으며, 도 11 에서와 같이 반원의 모양으로 이루어질 수도 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 관통공(210)의 주위 사방에 유체 분출공(212)을 형성한 구조의 방열핀(200)을 쉘(110)의 내부에 다수 설치하여 전열관(150)을 통해 방열핀(200)으로 열교환될 온수 상태의 유체가 자지는 열이 전열될 수 있도록 함으로써 보다 빠른 시간에 열교환이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 상하부 플레이트 사이의 쉘 내부에 그 테두리가 쉘의 내주면과 밀착되도록 일정 간격으로 설치하되 전열관이 관통되는 주위의 인접부위에 유체 분출공을 관통되게 형성한 방열핀을 설치함으로써 전열관을 유동하는 유체의 열이 전열관을 통해 방열핀으로 전열되도록 하여 열교환시킬 유체와의 열교환 효율을 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 다른 효과로는 전열관을 유동하는 유체의 열이 전열관을 통해 방열핀으로 전열이 유도되도록 하여 열교환시킬 유체와의 열교환이 보다 잘 이루어지도록 함으로써 이에 따른 열교환 효율을 향상시켜 짧은 가동시간에도 목적하는 효율을 얻을 수 있는 효과가 발휘된다.

나아가, 본 발명은 전술한 효과들 이외에 열교환 효율을 향상시켜 짧은 가동시간에도 목적하는 효율을 얻을 수 있도록 함으로써 유지관리에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 기술에 따른 원통다관식 열교환기를 보인 절개 사시도.

도 2 는 종래의 기술에 따른 원통다관식 열교환기를 보인 단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기의 구조를 보인 절개 사시도.

도 4 는 본 발명에 따른 원통다관식 열교환기의 구조를 보인 단면도.

도 5 는 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 1 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도.

도 6 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 1 실시 예의 방열핀 구조를 보인 평면도.

도 7 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 2 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도.

도 8 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 3 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도.

도 9 는 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 4 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도.

도 10 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 5 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도.

도 11 은 본 발명의 원통다관식 열교환기에서 제 6 실시 예의 방열핀 구조를 보인 사시도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100. 원통다관식 열교환기 110. 쉘

112. 쉘입구 112a. 쉘출구

114. 쉘측 결합 플랜지면 120, 120a. 상하부 플레이트

122, 122a. 관통공 130. 상부 쉘커버

132. 유체 유입관 134, 144. 커버측 결합 플랜지면

140. 하부 쉘커버 142. 유체 유출관

150. 전열관 160, 160a. 상하부 공간부

170. 체결부재 180. 가스켓

200. 방열핀 210. 관통공

212, 212a, 212b, 212c, 212d, 212e. 유체 분출공

220. 전열 접촉면

Claims

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열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 쉘입구와 열교환이 이루어져 온수화된 상태의 유체가 유출되는 쉘출구가 형성된 쉘, 상기 쉘의 상하부 각각에 설치되는 상하부 플레이트, 상기 열교환될 온수 상태의 유체가 유입되는 유체 유입관이 구비되어 상기 상부 플레이트의 상부로 설치되는 상부 쉘커버, 열교환이 이루어져 냉수화된 상태의 유체가 유출되는 유체 유출관이 구비되어 상기 하부 플레이트의 하부로 설치되는 하부 쉘커버, 상기 상부 플레이트로부터 하부 플레이트로 연결 설치되어 상기 유체 유입관으로부터 유입된 열교환될 온수 상태의 유체를 상기 하부 플레이트의 하부로 유동시키는 다수의 전열관 및 열전달이 양호한 동판 혹은 갈바륨 강판으로 형성됨으로서 상기 상하부 플레이트 사이의 상기 쉘 내주면에 그 테두리가 밀착되도록 일정 간격으로 설치되어 상기 다수의 전열관이 각각의 관통공을 통해 관통되어지되 상기 전열관 주위의 인접부위에 상기 쉘입구로부터 상기 쉘의 내부로 유입된 상기 열교환시킬 냉수 상태의 유체가 유입되는 압력에 의해 상향으로 분출되는 유체 분출공이 형성되는 다수의 방열핀으로 이루어진 원통다관식 열교환기에 있어서,

상기 방열핀에 형성되는 유체 분출공은 상기 전열관이 관통되는 관통공과 연통되는 한편, 상기 방열핀에 관통되어지는 상기 각 전열관의 사방에 다수가 형성되는 것을 특징으로 하는 원통다관식 열교환기.
제 3 항에 있어서, 상기 유체 분출공의 모양은 직사각형의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통다관식 열교환기.
제 3 항에 있어서, 상기 유체 분출공의 모양은 삼각형의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통다관식 열교환기.
제 3 항에 있어서, 상기 유체 분출공의 모양은 반원형의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통다관식 열교환기.
제 3 항에 있어서, 상기 관통공의 내주연에는 상기 방열핀의 상하부면 중 일면으로 돌출 형성되는 한편, 상기 관통공으로 관통되는 상기 전열관의 외주면과의 면접촉을 통해 결합되어 상기 전열관과 상기 방열핀의 접촉면적을 크게 하는 전열 접촉편이 더 형성된 것을 특징으로 하는 원통다관식 열교환기.