KR100607160B1

KR100607160B1 - 열교환기의 뱀브형 튜브

Info

Publication number: KR100607160B1
Application number: KR1020050027143A
Authority: KR
Inventors: 조연섭; 임광빈
Original assignee: 조연섭; 임광빈
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-08-02

Abstract

본 발명은, 일정 길이로 형성된 직선관의 외주면에 직선관의 내부로 흐르는 유체를 순간적으로 제어하여 유체의 유동저항을 줄이면서 유체의 유동변화에 따른 경계층두께가 감소되어 열전달효율을 향상시키는 유동제어부를 직선관의 외주면에 적어도 1개이상 일정간격 이격되게 형성한 뱀브형 튜브를 구성한다. 이는 유체의 유동저항을 줄이면서도 유체의 유동변화를 주어 열전달 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 유동제어부를 프레스로 가압하여 성형하기 때문에 지름이 12㎜ 이하의 작은 관을 포함하여 용이하게 제작할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 열교환기의 크기에 관계없이 유동제어부를 중심으로 양측에 형성된 직선관 부분을 절단하여 플랜지에 용이하게 교체할 수 있으므로 작업공정 및 작업시간의 단축으로 인한 경제적 효과를 극대화시키면서 유지관리를 간편하게 할 수 있으며, 직선관 부분에 대한 굴곡(bending)가공이 가능하여 직선관 뿐만 아니라 다양한 형태로 제작이 가능한 열교환기의 뱀브형 튜브에 관한 것이다.

Description

열교환기의 뱀브형 튜브{bamboo tube for a heat exchanger}

도 1은 일반적인 열교환기의 일부 절개 단면도

도 2는 도 1의 열교환기에 사용되는 안내부재를 나타낸 것으로,

a는 직관을 나타낸 것이고,

b는 한방향 스파이럴튜브를 나타낸 것이며,

c는 양방향 스파이럴튜브를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 뱀브형 튜브의 사시도

도 4는 도 3의 단면도

도 5는 본 발명의 뱀브형 튜브를 열교환기에 장착한 설치상태 단면도

도 6은 본 발명의 뱀브형 튜브의 다른 실시예를 나타낸 사시도

도 7은 도 6의 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 뱀브형 튜브 110: 직선관

120: 유동제어부 121: 유동안내홈

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 특히 가열수단에 의해 신속하게 가열된 온수 또는 증기를 열교환기에 의해 저온의 물을 고온으로 변화시켜 필요한 곳으로 공급함과 동시에 튜브내 유체의 유동저항을 줄이면서 열전달 성능을 향상시키며, 열교환기의 크기에 따라 직선관 부분을 절단하여 용이하게 사용할 수 있는 열교환기의 뱀브형 튜브에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기라 함은, 고온의 유체(流體)가 가진 열에너지를 저온의 유체로 보내어 고온의 열에너지와 열교환되면서 저온의 유체 온도를 상승시키는 장치로 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 많이 사용되고 있으며, 상기 유체는 기체나 액체를 많이 사용하고 있다.

상기 열교환기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 양측이 개방된 몸체의 상면에 유입관(11a)과 배출관(11b)을 형성하는 원통(11)이 구비되고, 이 원통(11)의 몸체 양측에 일정간격으로 관통공(12a)이 관통되어 용접으로 고정시키는 플랜지(12)가 각각 구비되며, 상기 원통(11) 몸체의 양측에 각각 구비된 플랜지(12)(12')의 관통공(12a)에 장착되어 유체의 흐름을 안내하고, 관통공(12a)에 장착된 단부를 확관시켜 고정하는 안내부재(13)가 구비되며, 상기 플랜지(12)(12')의 단부에 유체의 흐름을 안내하는 유입공(14a)과 배출공(14b)이 형성된 헤더(14)를 밀착시켜 볼트와 너트로 고정시킨다.

또한, 상기 안내부재(13)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 직관(13a), 한방향 스파이럴튜브(13b), 양방향 스파이럴튜브(13c)로 각각 성형하여 사용하고 있는 실정이다.

그러나 상기와 같이 구성된 종래의 안내부재에 있어 직관은, 유체의 유동저항이 작아 소형의 펌프로도 사용할 수 있는 이점은 있으나, 유체의 유동이 변화가 없어 열전달효율이 낮으면서 전열면적이 작아 연료를 많이 소비하므로 경제성을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 안내부재에 있어 한방향 스파이럴튜브는, 직관에 비해 일방향으로 형성되는 나선형을 따라 유체가 이동하므로 유체의 유동저항을 발생시켜 흐름을 제어함과 동시에 유체의 전열면적을 확장하여 열전달효율을 높일 수 있는 이점은 있으나, 나선형에 의한 유체의 유동저항이 커 유체를 이동시키기 위해서는 대형의 펌프를 사용해야 하나, 대형 펌프는 많은 에너지를 소비하기 때문에 경제성이 떨어지고, 유체의 유속이 빠른 경우 오히려 유체가 나선형부분에 정체되어 열전달 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 안내부재에 있어 양방향 스파이럴튜브는, 직관에 비해 양방향으로 형성된 나선형의 내부로 유체가 이동하므로 유체의 유동저항을 발생시켜 흐름을 제어함과 동시에 유체의 전열면적을 확장하여 열전달효율을 높일 수 있는 이점은 있으나, 상기 한방향 스파이럴튜브의 문제점을 내포하고 있다.

한편, 상기 한방향, 양방향의 두 스파이럴튜브는, 직관의 외주면을 롤에 의한 압연형태로 제작되므로 전체 길이가 약 20% 이상 줄어들기 때문에 원가를 상승 시키는 원인이 되며, 롤의 가압에 따른 관경의 지름이 늘어나 플랜지에서의 교체작업이 어려울 뿐만 아니라 롤에 의한 나선형을 가공하는 작업공정이 복잡하여 생산성을 떨어뜨리며, 나선관의 내부에서 발생하는 유동저항 때문에 지름이 12㎜ 이하인 관경에는 적용할 수 없고, 재질이 단단한 재료에는 가공이 어려운 문제점이 있었다.

그리고, 열교환기의 크기에 따라 플랜지의 관통공에 결합되는 스파이럴튜브의 양단를 각각 직관 형태로 제작하여야 하므로 작업공정이 번거로워 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 결함을 감안하여 이루어진 것으로 그 목적은, 직선관과 동일한 지름으로 직선관의 외주면에 유동제어부를 일정간격 이격되게 형성하여 유체의 유동저항을 줄이면서도 유체의 유동변화를 주어 열전달 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 유동제어부를 프레스로 가압하여 성형하기 때문에 지름이 12㎜ 이하의 작은 관을 포함하여 용이하게 제작할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있는 열교환기의 뱀브형 튜브를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 열교환기의 크기에 관계없이 유동제어부를 중심으로 양측에 형성된 직선관 부분을 절단하여 플랜지에 용이하게 교체할 수 있으므로 작업공정 및 작업시간의 단축으로 인한 경제적 효과를 극대화시키면서 유지관리를 간편하게 할 수 있으며, 직선관 부분에 대한 굴곡(bending)가공이 가능하여 직선관 뿐만 아니라 다양한 형태로 제작이 가능한 열교환기의 뱀브형 튜브를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열교환기의 스파이럴 튜브에 있어서,

일정 길이로 형성된 직선관의 외주면에 직선관의 내부로 흐르는 유체를 순간적으로 제어하여 유체의 유동저항을 줄이면서 유체의 유동변화에 따른 경계층두께가 감소되어 열전달효율을 향상시키는 유동제어부를 직선관의 외주면에 적어도 1개이상 일정간격 이격되게 형성한 뱀브형 튜브를 구성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 의한 뱀브형 튜브의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 뱀브형 튜브의 단면도이다.

본 발명은, 열교환기의 스파이럴 튜브에 있어서, 일정 길이로 형성된 직선관(110)의 외주면에 직선관(110)의 내부로 흐르는 유체를 순간적으로 제어하여 유체의 유동저항을 줄이면서 유체의 유동변화에 따른 경계층두께가 감소되어 열전달효율을 향상시키는 유동제어부(120)를 직선관(110)의 외주면에 적어도 1개이상 일정간격 이격되게 형성한 뱀브형 튜브(100)를 구성하는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 유동제어부(120)는 유체의 흐름을 제어하도록 직선관(110)의 내부로 돌출되는 유선형의 유동안내홈(121)을 360° 회전하여 형성한다.

상기 유동안내홈(121)은, 오른나사의 방향으로 형성한다.

상기 유동안내홈(121)은, 왼나사의 방향으로 형성한다.

또한, 상기 직선관(110)의 일측이 오른나사의 방향이고 타측이 왼나사의 방향으로 혼합되는 유동안내홈(121)을 형성한다.

상기 유동안내홈(121)은, 45°의 경사각으로 형성한다.

상기 유동제어부(120)는, 유체의 흐름을 제어하도록 직선관(110)의 내부로 돌출되는 유동안내돌기(122)를 형성하며, 상기 유동안내돌기(122)는 적어도 1개 이상 연속성형 할 수 있다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 성형과정을 설명한다.

먼저, 일정넓이로 말아 공급된 원재료를 직선관의 크기(직선관의 지름 × π)에 맞는 폭으로 절단한 후, 절단된 원재료를 둥근 형태로 말아 용접하고, 용접된 용접부위를 연마하여 내부가 진원이 되도록 직선관(110)을 성형한다.

또한, 상기와 같이 성형된 직선관(110)은 이송부(미도시)를 따라 일정한 속도로 이동되며, 이송부를 따라 이동되는 직선관(110)의 외주면을 지지로울러(미도시)와 가압로울러(미도시)로 가압하여 유동제어부(120)의 유동안내홈(121)을 성형하며, 상기 유동제어부(120)는 적어도 1개 이상 일정간격 이격되게 성형한다.

이때, 상기 유동안내홈(121)의 지름은, 가압로울러가 직선관(110)의 외주면 을 가압할 때, 발생하는 인장력을 지지로울러가 차단하고 있으므로 유동안내홈(121)의 지름이 직선관(110)의 지름보다 크게 성형될 수 없으며, 유동안내홈(121)의 지름을 직선관(110)의 지름보다 크게 성형해서도 안된다.

한편, 상기 유동안내홈(121)은, 이송부(미도시) 및 지지로울러와 가압로울러의 회전에 따라 오른나사와 왼나사의 방향으로 성형할 수도 있고, 오른나사와 왼나사를 혼합하여 성형할 수도 있으며, 경사는 45°로 성형하는 것이 가장 바람직함을 밝혀둔다.

상기와 같은 방법으로 직선관(110)의 외주면에 일정간격으로 유동제어부(120)를 적어도 1개 이상 형성하여 뱀브형 튜브(100)의 성형을 완료한다.

여기서 상기 뱀브형 튜브(100)의 직선관(110) 지름에 따른 직선관(110)의 길이와 유동제어부(120)의 길이 비율은 다음과 같은 식을 적용하는 것이 가장 바람직하며, 본 발명을 여기에 한정하는 것이 아님을 밝혀둔다.

직선관의 외경을 D(㎜)라고 가정할 때,

유동제어부(120)의 유동안내홈(121) 평균지름 Dm ; Dm≒ 0.84D 이며,

직선관의 길이 L(㎜) ; L≒ D × 10 이고,

유동제어부(120)의 길이 ℓ ; ℓ≒ tan 45° × π × Dm 이다.

예를 들어 상기의 식을 토대로 하여 뱀브형 튜브(100)의 설계기준을 적용하면 다음의 표와 같은 정의를 내릴 수 있다.

직선관의 외경 D(㎜)	직선관 길이 L(㎜)	유동제어부 길이 ℓ(㎜)
12.70	127.0	33.91
15.88	158.8	42.40
19.02	190.2	50.78
22.22	222.2	59.33
28.58	285.8	76.31
34.92	349.2	93.24
41.28	412.8	110.22
53.98	539.8	144.14
...	...	...

<상기 유동제어부 길이는 소수점 셋째 자리에서 반올림한 것임.>

상기의 비율로 성형된 뱀브형 튜브(100)를 열교환기의 크기와 플랜지(12)(12')의 길이에 맞게 유동제어부(120)를 중심으로 양측의 직선관(110) 부분을 절단한 후, 원통(11)의 몸체 단부에 용접으로 고정된 플랜지(12)(12')의 관통공(12a)으로 결합한 상태에서 직선관(110)의 단부를 확관시켜 견고하게 고정시킨다.

상기의 방법으로 뱀브형 튜브(100)를 플랜지(12)(12')의 관통공(12a)에 각각 고정시킨 후, 플랜지(12)(12')를 수용하는 헤더(14)를 원통(11)의 양측에 각각 밀착시켜 볼트와 너트로 고정시키면 도 5에 도시된 바와 같이, 열교환기(10')가 완성되는 것이다.

상기와 같이 완성된 열교환기(10')에 열을 가해 급탕시키려면, 가스나 기름을 연소시킨 열에 의해 온도가 높아진 유체를 열교환기(10')의 유입관(11a)을 통해 내부로 이동시킴과 동시에 공급 수도관으로부터 공급되는 저온의 물은 헤더(14)의 유입공(14a)을 통해 열교환기(10')의 내부로 이동한다.

여기서 유체는 물을 일예로 설명하며, 물로 한정하는 것이 아님을 밝혀둔다.

이때, 수도관으로부터 이동되어 헤더(14)의 유입공(14a)을 통해 플랜지(12)(12')에 설치된 뱀브형 튜브(100)의 직선관(110) 내부로 이동하는 저온의 유체 흐름을 유동제어부(120)의 유동안내홈(121)이 순간적으로 제어하므로 유체의 유동저항을 줄이면서 유체의 유동변화에 따른 경계층두께가 감소되어 열전달효율을 향상시켜 열교환기(10')의 유입관(11a)으로 유입되는 고온의 물과 열교환함으로서 열교환효율을 증대시킬 수 있으며, 일정간격 이격된 유동제어부(120)에 의해 유체 흐름을 반복적으로 제어할 수 있는 것이다.

또한, 상기 헤더(14)의 유입공(14a)으로 유입된 저온의 물은 열교환기(10')의 내부에서 고온의 유체와 열교환되면서 온도가 높아진 물로 변환되고, 온도가 높아진 물은 헤더(14)의 배출공(14b)으로 배출하여 사용자가 사용할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 뱀브형 튜브(100)가 장착된 열교환기(10')의 사용 중, 뱀브형 튜브(100)에 이상이 발생하거나 시효가 경과하면, 열교환기(10')의 원통(11) 몸체에서 헤더(14)를 분리시킨 후, 뱀브형 튜브(100)를 플랜지(12)(13')의 관통공(12a)에서 이탈시키는데, 상기 뱀브형 튜브(100)는 직선관(110)과 유동제어부(120)의 지름이 동일하여 플랜지(12)(12')의 관통공(12a)에서 용이하게 착탈시킬 수 있으므로 교체작업을 용이하게 할 수 있는 것이다.

이때, 상기 뱀브형 튜브(100)가 손상되어 교체해야 할 경우는, 일정 간격으로 이격되게 형성된 유동제어부(120)를 중심으로 직선관(110)이 양측에 각각 형성되어 있으므로 열교환기(10')의 플랜지(12)(12') 간격에 따라 일정길이로 절단하여 용이하게 교체작업을 수행할 수 있고, 교체작업에 따른 작업시간을 단축시키면서도 별도의 주문 제작을 하지 않아도 되므로 비용을 절감하면서 유지관리를 간편하게 할 수 있으며, 직선관(110) 부분에 대한 굴곡(bending)가공이 가능하여 직선관 뿐만 아니라 다양한 형상으로 제작할 수 있는 것이다.

상기 뱀브형 튜브(100)는 유동제어부(120)와 직선관(110) 부분으로 이루어져 유동저항이 작기 때문에 지름이 12㎜ 이하인 관경에서도 적용이 가능한 것이다.

또한, 본 발명에 의한 다른 실시예는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 뱀브형 튜브(100)의 직선관(110)에 일정간격으로 이격되게 형성된 유동제어부(120)는, 유체의 흐름을 제어하도록 직선관(110)의 내부로 돌출되는 유동안내돌기(122)를 형성하여도 상기 일실시예와 동일한 동작으로 열전달효율을 향상시킬 수 있으며, 뱀브형 튜브(100)의 교체작업도 용이하게 할 수 있으므로 유지관리를 간편하게 할 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은, 직선관과 동일한 지름으로 직선관의 외주면에 유동제어부를 일정간격 이격되게 형성하여 유체의 유동저항을 줄이면서도 유체의 유동변화를 주어 열전달 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 유동제어부를 프레스로 가압하여 성형하기 때문에 지름이 12㎜ 이하의 작은 관을 포함하여 용이하게 제작할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있는 이점을 가지는 것이다.

또한, 본 발명은, 열교환기의 크기에 관계없이 유동제어부를 중심으로 양측에 형성된 직선관 부분을 절단하여 플랜지에 용이하게 교체할 수 있으므로 작업공 정 및 작업시간의 단축으로 인한 경제적 효과를 극대화시키면서 유지관리를 간편하게 할 수 있으며, 직선관 부분에 대한 굴곡(bending)가공이 가능하여 직선관 뿐만 아니라 다양한 형태로 제작이 가능한 이점을 가지는 것이다.

Claims

열교환기의 스파이럴 튜브에 있어서,

일정 길이로 형성된 직선관(110)의 외주면에 직선관(110)의 내부로 흐르는 유체를 순간적으로 제어하여 유체의 유동저항을 줄이면서 유체의 유동변화에 따른 경계층두께가 감소되어 열전달효율을 향상시키는 유동제어부(120)를 직선관(110)의 외주면에 적어도 1개이상 일정간격 이격되게 형성한 뱀브형 튜브(100)를 구성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 뱀브형 튜브.
제1항에 있어서,

상기 유동제어부(120)는 유체의 흐름을 제어하도록 직선관(110)의 내부로 돌출되는 유선형의 유동안내홈(121)을 360° 회전하여 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 뱀브형 튜브.
제2항에 있어서,

상기 유동안내홈(121)은 오른나사의 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 뱀브형 튜브.
제2항에 있어서,

상기 유동안내홈(121)은 왼나사의 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 뱀브형 튜브.
제2항에 있어서,

상기 직선관(110)의 일측이 오른나사의 방향이고 타측이 왼나사의 방향으로 혼합되는 유동안내홈(121)을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 뱀브형 튜브.
제2항에 있어서,

상기 유동안내홈(121)은 45°의 경사각으로 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 뱀브형 튜브.
제1항에 있어서,

상기 유동제어부(120)는, 유체의 흐름을 제어하도록 직선관(110)의 내부로 돌출되는 유동안내돌기(122)를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 뱀브형 튜브.
제7항에 있어서,

상기 유동안내돌기(122)는 적어도 1개 이상 연속성형 하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 뱀브형 튜브.
제1항에 있어서, 뱀브형 튜브(100)는,

상기 유동제어부(120)를 중심으로 양측의 직선관(110) 부분을 열교환기의 크기에 맞게 절단하여 플랜지(12)(12')의 관통공(12a)에 용이하게 장착하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 뱀브형 튜브.