KR100693915B1 - 유체 흐름 전환기를 가진 용골 냉각기 및 헤더 - Google Patents

Abstract

용골 냉각기는 내부로 경사진 바닥벽을 포함한 표준의 헤더를 가지고, 상기 헤더 내부로 연장한 상기 위부 튜브의 상기 내부 벽에 오리피스를 포함하며, 상기 오리피스는 상기 냉각제 흐름의 자연류 경로에 있다. 상기 오리피스는 실질적으로 상기 냉각제 흐름을 방해하지 않을 정도로 크다. 유체 흐름 전환기는 추가적으로 상기 내부 튜브 방향으로 및 또한 상기 외부 튜브 방향으로 냉각게 흐름을 촉진하기 위해 상기 용골 냉각기의 상기 헤더 내에 제공된다.

용골, 냉각기, 선박, 열교환기, 열전달, 흐름, 전환기

Description

유체 흐름 전환기를 가진 용골 냉각기 및 헤더{KEEL COOLER WITH FLUID FLOW DIVERTER AND HEADER WITH FLUID FLOW DIVERTER}

본 발명은 일반적으로 열교환기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 선박과 같이 열원을 냉각하는 유체를 가진 산업 기기에서 엔진(engine), 발전기, 기어 박스(gear box) 및 그 외 열발생원을 냉각하기 위한 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은 더욱 상세하게 냉각 열원을 사용하는 개방 열교환기(열전달 튜브(tube)가 셀 타입(shell type) 장치보다는 주변의 냉각 또는 가열 유체에 노출된 것)에 관한 것이고, 상기 열교환기는 종래 기술의 다른 열교환기에 비해서 적은 무게와 부피를 가지므로 더욱 효과적이다. 대안으로, 본 발명에 따른 상기 열교환기는 비교적 냉각 유체가 상기 열전달 튜브를 통해서 열을 흡수한다는 점에서, 히터로 사용되어 질 수 있다.

선박과 같은, 산업상 이용분야에서의 열발생원은, 대개 물, 다른 유체 또는 다른 유체가 혼합된 물에 의해 냉각된다. 예를 들어, 생수 및/또는 소금물을 사용하는 선박에서, 냉각 유체 또는 냉각제는, 엔진 또는 냉각제가 열을 취하는 다른 열발생원을 통하여 흐른 다음, 연관(鉛管) 계통의 또 다른 부분으로 흐른다. 상기 열은, 상기 선박이 위치한 수역(水域)과 같이, 상기 냉각제에서 상기 주변 환경으 로 전달되어야 한다. 작은 보트(boat)에서 쓰는 배 외부에 설치된 모터(motor)와 같이, 비교적 작은 엔진에서는, 상기 엔진을 통하여 끌어올려진 주변 물이 충분한 냉각제이다. 그러나, 상기 선박의 요구하는 힘이 더 커지기 때문에, 상기 엔진을 통하여 끌어올려진 주변 물이 상기 엔진의 우수한 냉각을 위해 지속적으로 제공될 수 있지만, 상기 엔진에 심각한 오염 위험원으로 작용할 수도 있다. 자연 상태의 물일 경우, 주변 물은 상기 엔진을 냉각하기 위해 사용되어지고, 상기 주변 물은 찌꺼기 및, 특히 소금물일 경우, 부식성의 화학물을 상기 엔진으로 운반한다. 따라서, 엔진 및 다른 열원을 냉각하는 것에 대한 여러가지 장치가 개발되고 있다.

선박의 엔진 냉각을 위한 어떤 기기는 채널강(channel steel)이고, 상기 채널강은 본질적으로 엔진 냉각제를 운반하고 상기 냉각제에서부터 주변 물로 열을 전달하기 위해 선박의 선체 바닥에 용접된 다량의 형성강(shaped steel)이다. 채널강은 많은 심각한 제한이 있다. 예를 들어, 요구되는 냉각 효과를 얻기 위해서는 다량의 강이 요구되어 매우 비능률적이고; 선체에 용접되어야 하기 때문에 선박을 붙이는 것은 매우 비싸며, 상기 용접은 채널강이 매우 무거워서 노동적으로 매우 힘든 작업이고, 상기 엔진은 상기 채널강을 운반하기에 충분히 커야하며, 초기 장착 비용 및 작동 비용이 둘 다 매우 높고, 오늘날의 더 강한 엔진은 추가된 채널강을 운반하는 선체위의 한정된 공간에서만으로 냉각 성능에 대한 추가 채널강을 운반하는 것이 요구되며, 상기 다량의 채널강은 비싸고, 상기 냉각 시스템의 부피는, 부동액과 같이 상기 시스템에 채용된 냉각제의 비용이 증가함에 따라 증가되고, 결국, 채널강은 현대의 선박을 냉각하기 위해 현재 및 미래의 요구에 부적절하다. 채 널강이 가장 널리 사용되는 선박용 열교환기이더라도, 해양산업의 일부에서는 채널강을 포기하고 있고, 앞에서 언급한 상기 제한을 극복하기 위해 새로운 구조의 더 작은 용골(龍骨) 냉각기가 사용되고 있다.

용골 냉각기는 1940년대에 개발되어 미국특허 제2,382,218(펀스트럼(Fernstrum))호에 개시되어 있다. 상기 펀스트럼 특허는, 이격되어 선체에 고정된 한 쌍의 헤더(header)와, 각각의 단면이 직사각형이고, 상기 헤더 사이로 연장된 복수의 열유도 튜브로 구성되어 선체 구조에 부착하는 열교환기를 개시하고 있다. 상기 선체를 통하는 원통형의 연관은 상기 엔진 및 다른 열원으로부터 연장된 냉각제 흐름 경로에 상기 헤더를 연결하고 있다. 뜨거운 냉각제는 상기 엔진을 출발하여, 상기 선체 바로 아래에 또는 적어도 하나의 상기 선체의 낮은 측면에 있는 수위(수위는 바람직하게 탄산수(aerated water) 아래, 즉 거품 및 기포가 일어난 수위 아래를 나타냄) 바로 아래에 위치한 열교환기 안으로 들어간다. 그 다음 상기 냉각제는, 냉각된 냉각제가 상기 엔진으로 되돌아가서 각각 직사각형의 열유도 튜브를 통하여 흘러서 반대편 헤더로 간다. 상기 헤더 및 상기 열유도 튜브는 상기 주변 물 내에 배치되어, 상기 열유도 튜브 및 상기 헤더의 벽을 통해 돌아다니는 상기 냉각제로부터 상기 주변 물안으로 열이 전달된다. 상기 2개의 헤더에 연결된 상기 직사각형 튜브는 각각 컴팩트(compact)한 크기와 형상을 유지하여 큰 열흐름 표면영역을 만들기 위해 상호간에 완전히 폐쇄하여 구분된다. 빈번하게, 이러한 용골 냉각기는 선박의 선체 바닥의 오목부에 배치되고, 때로는 선박의 측면위에 붙게되지만, 모든 경우에 상기 물의 경로 아래에 있다. 물론 상기 선박이 건조한 선창 에 도킹(docking)된 것과 같이, 상기 용골 냉각기가 잠기지 않고 사용되는 드문 경우도 있다.

앞서 언급한 상기 용골 냉각기는 그것의 대부분의 구성요소가 용접 또는 납땜된 완전한 유니트(unit)이기 때문에 단일품의 용골 냉각기로 불리운다. 상기 단일품의 용골 냉각기는, 일반적으로 그 전체로 설치 및 제거된다.

단일품의 용골 냉각기에는 여러가지 종류가 있다. 때때로 상기 용골 냉각기는, 상기 헤더 및 열유도 튜브가 흐름방향에서 적어도 하나가 180°변화를 수용하기 위해 배열된 다중 경로 용골 냉각기이고, 입구 및 출구가 같은 헤더에 위치하기도 한다.

상기 직사각형의 열유도 튜브를 가진 상기 열교환기는 50여년 전에 소개된 이후 널리 사용되고 있지만, 그것들은 본 발명에 의해 수정된 결점을 가지고 있다.

열유도 튜브를 통해 흐르는 냉각제로부터 열을 효율적으로 전달하는 열교환기의 성능은, 부분적으로, 상기 튜브 및 평행한 튜브 세트(set)를 가로지르는 튜브의 배치를 통해 흐르는 냉각제의 부피에 의존하고, 상기 냉각제 흐름이 난류 또는 층류인 것인지에 의존한다. 따라서 냉각제 튜브의 부피 흐름은 열전달 효율 및 상기 열교환기를 가로지르는 압력 강하에 강한 영향을 준다. 직사각형의 튜브를 가진 본 발명의 열교환기에서, 끝단 또는 맨끝의 직사각형 튜브의 연장단은 각각의 헤더의 외부벽을 형성한다. 상기 열교환기를 통해 흐르는 냉각제는 본 발명에 의해 포함된 데이터(data)로부터 결정됨으로써 상기 맨끝의 튜브로 접근이 한정되어 있다. 더욱이, 다중 경로 유니트의 구분된 튜브는 이것과 동일한 한계를 가진다. 상기 종래 기술에 있어서, 상기 맨끝 튜브는 견고한 외부벽 및 평행한 내부벽을 가진다. 상기 맨끝의 직사각형 튜브 안으로 냉각제가 흐르기 위해서, 대부분 원형인 오리피스(orifice)는 외부 튜브의 내외로 통과하는 냉각제에 대한 각각의 상기 외부 튜브의 상기 내부벽을 통해 단절된다. 상기 외부 튜브의 상기 입구/출구 오리피스는, 수직방향에서 중앙 및 상기 용골 냉각기의 각각의 헤더의 끝방향에 배치되어 있다. 그러나, 상술한 용골 냉각기를 통한 냉각제의 흐름의 분석은, 좀 더 중앙의 튜브를 통해 흐르는 튜브당 냉각제의 양이 더 많고, 상기 맨끝의 튜브를 통한 튜브당 냉각제는 더 적다는 것을 나타낸다. 상기 튜브를 통한 상기 흐름의 그래프(graph)는 상기 튜브 정렬의 중앙부로부터 감소된 흐름의 양을 가지고 일반적인 종(鐘) 모양의 외형을 가진다. 상기 결과는 열교환기가 외부 튜브에 대해 더 낮고, 상기 용골 냉각기에 대한 전반적인 열전달 또한 비교적 낮으며, 상기 용골 냉각기 사이의 상기 압력 강하는 바라는 것 보다 높다. 이것은 상기 외부 튜브가 열을 전달하는 훌륭한 성능을 가지고 있을 지라도 한 쪽의 다른 튜브가 없기 때문이다.

상기 맨끝의 직사각형 튜브 안으로 각각의 오리피스를 통한 냉각제의 흐름은 비효율적인 것으로 밝혀졌고, 이는 상기 맨끝의 튜브에서 불충분한 열전달을 야기한다. 이것은 상기 오리피스가, 요구되는 최적의 흐름보다 각각의 헤더의 끝단 쪽으로 더 높고 더 멀게 위치하기 때문에 발생하는 것으로 밝혀졌다. 상기 헤더를 통해 흐르는 상기 냉각제의 자연류 경로, 즉 최적의 흐름 경로로 상기 오리피스 폐쇄기를 이동시키고, 후술하는 바와 같이 상기 헤더의 형상을 수정함으로써, 상기 외부 튜브로의 흐름이 더 증가하였고, 상기 튜브 전체를 통한 흐름이 더 일정해 져 서, 상기 열전달이 증가하는 동안 상기 냉각기 사이의 압력 강하를 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.

후술하는 바와 같이, 상기 헤더 내의 경사진 벽은, 본 발명에 따른 상기 용골 냉각기의 전체 열전달 효율의 증가에 기여하는데, 이는 상기 헤더 벽 내의 상기 경사진 벽이 상기 헤더 내의 냉각제 난류의 실질적인 감소 및 압력 강하에서 조합된 감소에 기인하여 상기 흐름 튜브 쪽으로 냉각제 흐름을 촉진하기 때문이다.

선박용 용골 냉각기의 중요한 관점 중 하나는, 냉각제 흐름에서 최소의 압력강하로 상기 열교환 요구를 만족 또는 초과하면서, 그것들이 가능한한 상기 선박위에서 작은 영역을 차지하는 것이 요구된다는 것이다. 용골 냉각기를 수용하기 위해 사용되는 상기 선박의 선체 위의 영역은 해당 기술분야에서는 접지면(footprint)으로 불리운다. 일반적으로, 가장 작은 접지면과 가장 적은 내부 압력 강하를 갖는 용골 냉각기가 가장 바람직하다. 상기 직사각형의 열유도 튜브를 갖는 상기한 용골 냉각기가 널리 보급된 이유 중의 하나는, 다른 용골 냉각기와 비교했을 때 상기 접지면이 작기 때문이다. 그러나, 종래 사용되던 직사각형의 관이 형성된 형태의 용골 냉각기는, 크기 면이나 내부 압력 강하 모두 필요이상으로 커지게 된다는 것이 본 발명자에 의해 밝혀졌다. 상술한 본 발명의 여러가지 면의 혼합에 의해(더 상세한 것은 후술함), 더 작은 접지면 및 낮은 내부 압력 강하를 갖는 용골 냉각기가 가능하다. 이것이 본 발명의 주요한 장점이다.

종래 사용되던 직사각형의 열유도 튜브를 가진 열교환기의 결점들은 수평 튜브 사이에서 상기 냉각제 흐름이 불균형한 것에 관계되는 것이고, 특히, 본 발명에 따라 개량될 수 있는, 과도한 압력 강하 및 낮은 열전달을 갖게되는 용골 냉각기에 관계되는 것이다. 현재 직사각형의 튜브 시스템(system)에서 상기 열유도 튜브를 통한 냉각제 흐름의 불균등한 분배는, 상기 시스템에서 낮은 열전달을 초래하게 된다. 상기 낮은 열전달 때문에, 시중에 유통되는 현재의 대부분의 용골 냉각기의 설계자는, 상기 시스템에서 불량한 냉각제 분배 및 낮은 열전달을 극복하기 위해, 추가적인 튜브 표면적을 통해, 접지면이 또한 증가될 수 있는 용골 냉각기를 크게하거나 너무 크게 할 것을 강요받고 있다. 이것은 불필요하게 너무 커진 전통적인 단일품 용골 냉각기를 낳게 되었고, 따라서 후술하는 본 발명에 비해서 더 많은 비용이 들게 된다. 예를 들어 원양 정기선 같은 큰 선박에서는, 냉각회로가 선박을 구동시키는데 사용되는 큰 엔진을 냉각시키기 위한 다수의 용골 냉각기를 구비한다. 하기에서 기술할 본 발명에 의하면, 냉각회로의 비용을 감소시키고 선박의 중량을 감소시키면서도, 더 적은 용골 냉각기로 같은 냉각 용량을 제공한다.

종래의 직사각형 튜브 시스템에서, 상기 열유도 튜브를 통한 냉각제 흐름의 불균등한 분배는 또한 상기 시스템에서 더 큰 내부 압력 강하라는 결과를 낳는다. 이러한 더 큰 압력강하는 종래기술이 너무 큰 열교환기를 필요로하는 또 다른 이유이다. 크게 만드는 것은 불량한 열전달 효율 및 과도한 압력 강하에 대해 보상할 수 있지만, 이것은 추가 비용 및 더 넓은 접지면을 필요로 한다.

후술하는 바와 같이, 다중 경로(통상 2경로) 용골 냉각기가 종래의 단일품 용골 냉각기의 기술 상태를 위해 설명될 때, 본 발명과 비교할 경우, 한층 더 대단히 다른 크기가 요구된다. 최근에 종래의 단일품 열교환기에 비해 다양한 개선책을 제공한 새로운 형식의 단일품 열교환기가 개발되었다. 이러한 발달은 열교환기에 관계된 것이고, 특히 상기 헤더위에서 경사진 끝단 벽 및 맨끝의 흐름 튜브 사이에 서 냉각제의 흐름을 개선하기 위해 재배치된 더 큰 외부 튜브 오리피스를 가지는 용골 냉각기에 관계된 것이다. 이것은 통상적으로 양도된 미국특허출원 제09/427,166호에 개시되어 있으며, 이는 참조에 의해 본 발명에 통합된다. 본 발명은 이러한 개선에 대한 변형예이다.

용골 냉각기는 내부로 경사진 바닥벽을 포함한 표준의 헤더를 가지고, 상기 헤더 내부로 연장한 상기 위부 튜브의 상기 내부 벽에 오리피스를 포함하며, 상기 오리피스는 상기 냉각제 흐름의 자연류 경로에 있다. 상기 오리피스는 실질적으로 상기 냉각제 흐름을 방해하지 않을 정도로 크다. 유체 흐름 전환기는 추가적으로 상기 내부 튜브 방향으로 또는 상기 외부 튜브 방향으로 냉각제 흐름을 촉진하기 위해 상기 용골 냉각기의 상기 헤더 내에 제공된다.

본 발명의 목적은, 같은 열 교환 능력을 가진 대응하는 열교환기보다 작고, 열원을 냉각하는 유체를 위한 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 종래에 알려져 이용되는 열교환기보다 더욱 효율적이고, 산업상 이용분야에서 개선된 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 단일품의 열교환기보다 열전달에 있어서 더욱 효율적으로 개선된 선박용 단일품의 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 용골 냉각기의 각각의 상기 튜브를 통해 상기 냉각제의 흐름을 동일하게 하는 단일품의 열교환기 및 헤더를 제공하는 것이다.

더 나아간 목적은, 열교환기를 통하여 흐르는 냉각제의 압력 강하가 감소한 개선된 단일품의 열교환기 및 헤더를 제공하는 것이다.

본 발명의 더 나아간 목적은, 상기 열교환기 내에서 개선된 냉각제 흐름 분배로 인하여, 현재 열교환기에서 감소한 크기를 가지고 단면이 직사각형인 열유도 튜브를 가진 개선된 단일품의 열교환기를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은, 열전달 튜브의 길이, 튜브의 수 및/또는 튜브의 크기를 감소하는 것에 의해, 비슷한 열전달 능력을 가진 종래의 단일품의 열교환기에서 감소된 크기를 가진 개선된 단일품의 열교환기를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은, 대응하는 단일품 용골 냉각기 및 헤더보다 더 작게 상기 선체로부터 상기 물안으로 돌출된 용골 냉각기 및 헤더를 제공하여 상기 선박의 드래그(drag)를 낮추고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 현재 시장에서 대응하는 종래의 용골 냉각기보다 선박에 더욱 용이하게 설치할 수 있는 개선된 단일품 용골 냉각기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전달 능력을 개선하기 위해 상기 열교환기를 통한 냉각제 유동량을 증가시키기 위하여, 현재 시장에서의 종래의 열교환기 보다 감소된 압력 강하 및 그것을 통한 냉각제 유동의 더욱 균일한 분배를 가지는 단일품 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 대응하는 종래의 단일품의 열교환기 보다 상기 열교환기를 통해 냉각제 유동에서 더 낮은 압력 강하를 가지는 직사각형의 열유도 튜브를 가지는 단일품의 열교환기 및 헤더를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전체 열전달 성능이 더 양호하고, 추가 연관 또는 추가 필요 공간의 요구 없이 더욱 개선된 열배출을 수용하기 위해, 종래 유니트보다 더 낮은 압력 강하를 제공하는 종래에 설치된 단일품의 열교환기를 개선하여 사용하기 위한 선박용 단일품의 열교환기를 공급하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 직사각형의 냉각 흐름 튜브를 가진 단일품의 열교환기를 위한 개선된 헤더를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은, 상기 흐름 튜브의 상기 벽을 통하는 물과 같이, 상기 냉각제와 상기 주변 냉각 매개물 사이의 열교환기를 향상시키기 위해 제공하는 단일품의 열교환기용 헤더를 제공하는 것이다.

더 나아간 목적은, 동등하고 현재 통용되는 종래의 헤더와 비교하여 상기 흐름 튜브의 상기 열교환을 개선하기 위해, 상기 용골 냉각기의 모든 튜브를 통한 냉각제의 더욱 균일한 흐름을 위해 제공된 단일품의 열교환기를 위한 헤더를 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 나아간 목적은, 다중 경로 모델(model)에 있어서 튜브들을 구분하는 것 뿐만 아니라, 종래의 단일품의 열교환기의 흐름보다 상기 2개의 맨끝의 직사각형 튜브로 및 상기 튜브로부터 냉각제 유체의 더 효율적인 흐름을 제공하는 단일품의 열교환기를 위한 헤더를 제공하는 것이다.

본 발명의 일반적인 목적은, 제조 및 사용이 효율적이고 효과적인 단일품의 열교환기 및 헤더를 제공하는 것이다.

다른 목적은 뒤따르는 설명 및 추가된 청구항으로부터 명확해 질 것이다.

본 출원에 대한 본 발명은, 단일품의 열교환기, 즉 냉각제 흐름 튜브를 포함하여 구성된 2개의 헤더를 가진 열교환기를 제시한다. 특히 앞에서 논의한 바와 같이 상기 문맥에서 또한 용골 냉각기라고 불리는, 선박에 사용되는 열교환기에 적용하는 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 열교환기는 또한 산업적 및 과학적인 장치와 같이 다른 상황에서 열발생원(또는 시원하거나 찬 유체를 가열)에 대해서도 사용될 수 있으므로, 열교환기라는 용어는 여기에 논의된 상기 제품보다 더 넓은 기술을 포함한다. 상기 열교환기는 2개의 헤더 및 상기 헤더를 포함하여 구성하는 하나 이상의 냉각제 흐름 튜브를 포함한다.

도 1은, 물에 있는 선박위의 열교환기의 개략도.

도 2는, 선박에 설치되고 엔진에 연결된 선행기술에 따른 단일품의 용골 냉각기를 가진 선박용 엔진의 측면도.

도 3은, 종래기술에 따른 용골 냉각기의 부분 사시도.

도 4는, 종래기술에 따른 부분 절개된 헤더 및 단일품의 용골 냉각기의 냉각제 흐름 튜브부의 부분 사시도.

도 5는, 선행기술에 따른 헤더 및 냉각제 흐름 튜브 부분을 보여주는 용골 냉각기의 부분 단면도.

도 6은, 본 발명의 일실시예에 따른 헤더 및 냉각제 흐름 튜브를 보여주는 단일품의 용골 냉각기의 부분 측단면도.

도 6a는, 도 6에 도시한 장치의 다양한 실시예의 부분 측단면도.

도 7은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 부분 절개된 단일품의 용골 냉각기 부분의 사시도.

도 8은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 헤더 및 단일품의 용골 냉각기의 냉각제 흐름 튜브부의 사시도.

도 9는, 도 8에 도시한 장치의 일부 측면도.

도 10은, 도 8에 도시한 장치의 측면도.

도 11은, 도 8에 도시한 장치의 일부 저면도.

도 12는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용골 냉각기의 사시도.

도 13은, 본 발명의 제 1 실시예의 관점에 따른, 헤더와 맨끝의 냉각제 흐름 튜브 사이에서 냉각제의 흐름에 대한 여러가지 다양한 오리피스를 가진, 용골 냉각기의 부분 단면도.

도 14는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 두개의 경로 용골 냉각기의 사시도.

도 15는, 도 15에 도시한 헤더의 일부를 절개한 투시도.

도 16은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 단독 경로부 두개를 포함하여, 병합된 다중 시스템의 사시도.

도 17은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 단독 경로부 및 복수 경로부를 가진 용골 냉각기의 사시도.

도 18은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 두 개의 복수 경로 시스템의 사시도.

도 19는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 단일품의 용골 냉각기의 사시도.

도 19a는, 본 발명의 제 2 실시예의 대안에 따라 주변 유체의 흐름선을 보여주는 부분 절개된 헤더 및 단일품의 용골 냉각기의 냉각제 흐름 튜브의 일부의 배면도.

도 20은, 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 장치의 일부 저면도.

도 21은, 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 흐름 전환기의 대체 실시예의 정면도.

도 22는, 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 흐름 전환기의 다른 대체 실시예의 정면도.

도 23은, 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 흐름 전환기의 또 다른 대체 실시예의 정면도.

도 24는, 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 흐름 전환기의 더 나아간 대체 실시예의 정면도.

도 25는, 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 흐름 전환기의 더 나아간 대체 실시예의 정면도.

도 26은, 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 흐름 전환기의 더 나아간 대체 실시예의 정면도.

도 27은, 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 흐름 전환기의 더 나아간 대체 실시예의 정면도.

물이 들어가는 선박에 대한 열교환기 시스템의 기본적인 구성은 도 1에 도시 되어 있다. 상기 시스템은 열원(1)에서 열교환기(3)로 뜨거운 냉각제를 전달하기 위해 열원(1), 열교환기(3), 파이프(pipe, 5)를 포함하고, 열교환기(3)에서 열원(1)으로 시원한 냉각제를 전달하기 위한 파이프(7)를 포함한다. 열원(1)은 선박용의 엔진, 발전기 또는 다른 열원일 수 있다. 열교환기(3)는 단일품의 용골 냉각기(단지 단일품의 용골 냉각기가 여기에서 설명되기 때문에, 그것들은 단지 "용골 냉각기(keel cooler)"라고 여기에서 일반적으로 언급된다.)일 수 있다. 열교환기(3)는 수위(즉 탄산수위(aerated water line) 아래) 아래의 주변 물에 위치되고, 상기 뜨거운 냉각제의 열은 열교환기(3)의 열전도벽을 통해 전달되며, 상기 냉각기 주변 물로 전달된다.

도 2는, 선박에서 엔진 또는 다른 열원(13)에서부터 흐르는 냉각제에서부터 상기 주변 물로 열을 전달하기 위해 선박에 설치된 열교환기(11), 즉 용골 냉각기(11)를 보여준다. 냉각제는 라인(line)(14, 15)중 하나에서 엔진(13)에서부터 용골 냉각기(11)로 흐르고, 그 뒤 다른 흐름 파이프를 통해 용골 냉각기(11)로부터 엔진(13)으로 흐른다. 용골 냉각기(11)는 선체에 부착되지만, 선체로부터 간격을 가지고 있다.

선행기술에 따른 용골 냉각기(17)는 도 3에 도시되어 있다. 이는, 내부 튜브(25) 및 두 개의 외부 튜브(26, 후술함)를 가지는 수평의 직사각형의 열유도 튜브(23) 세트의 반대편 끝에 한 쌍의 헤더(19, 21)를 포함한다. 물론 원한다면 단 하나의 헤더가 채용되어도 좋다. 하나의 헤더에 대한 내용이 상세히 설명되겠지만, 하나의 헤더에 관련되어 설명된 모든 특징은 복수의 헤더의 두 번째 헤더에 적용된다는 점을 주목해야 한다. 복수의 노즐(nozzle)(27, 28)은 냉각제를 용골 냉각기(17)의 내/외부로 유도한다. 노즐(27, 28)은 상기 노즐의 끝에서 원통으로 나사산을 형성한 커넥터(connector)(29, 30) 및 니플(nipple)(31, 32)을 가진다. 헤더(19, 21)는 일반적으로 다면적인 구조를 가지고, 그 끝단(34, 35)은 튜브(23)의 상면 및 하면이 위치한 수평 평면에 수직이다. 용골 냉각기(17)는 노즐(27, 28)의 연장으로 선체에 연결된다. 큰 가스켓(gasket, 36, 37)은 각각 일측면이 헤더(19, 21)에 대향하고 있고, 타측면은 상기 선박의 선체에 맞물린다. 고무 와셔(washer)(38, 39)는 용골 냉각기(17)가 선박에 설치될 때 선박의 안쪽에 배치되고, 금속 와셔(40, 41)는 고무 와셔(38, 39) 위에 안착된다. 상기 노즐에 맞게 전형적으로 금속으로 만들어진 너트(nut)(42, 43)는, 상기 용골 냉각기(17)를 선체의 소정 위치에 고정하고 리크(leak)로 인한 선체의 관통을 밀봉하도록 상기 가스켓 및 고무 와셔를 조이기 위하여, 상기 커넥터(29, 30)상에 형성된 나사산(44, 45) 세트를 조인다.

도 4에 있어서, 종래 기술 및 도 3에 도시된 현재의 용골 냉각기의 부분 단면이 도시되어 있다. 용골 냉각기(17)는 수평의 열유도 또는 냉각제 흐름 튜브(23) 세트 및 헤더(19) 세트로 구성된다. 노즐(27)은 후술하는 바와 같이, 헤더(19)에 연결된다. 노즐(27)은 상술한 바와 같이 와셔(40) 및 너트(42) 뿐만 아니라 니플(31) 및 나사산(44)을 가진 커넥터(29)를 가진다. 노즐(27)의 니플(31)은 보통 상기 선체 내부로 확장한 커넥터(29)의 내부에 납땜 또는 용접된다. 헤더(19)는 상부 벽(47), 끝단(34) 그리고 바닥벽(48)을 포함한다. 헤더(19)는 튜브(23)에 관하여 경사진 다수개의 핑거(finger, 52)를 포함하고, 내부 튜브(25)의 끝단(55)을 수용하는 공간(46)을 형성한다.

또한 단면으로 용골 냉각기(17) 및 헤더(19)를 보여주는 도 5를 참고하면, 헤더(19)는 또한 경사진 표면 또는 핑거(52)로 구성된 벽(49)을 포함한다. 내부 튜브(25)의 끝단(55)은 표면(49)을 통해 연장한다. 내부 튜브(25)는 연속된 표면으로 형성하기 위해 핑거(52)에 용접 또는 납땜된다. 플랜지(flange, 56)는 노즐(27)이 연장한 것을 통해 내부 오리피스(57)를 둘러싸고, 상기 헤더(19) 상에 수직인 위치에서 노즐(27)을 돕기 위해 제공된다. 플랜지(56)는 벽(47)의 아랫면에서 보강판(58)을 맞물리게 한다.

상기 또는 아래의 설명에 있어서, "상부", "내부", "하부", "끝단" 등의 표현은, 도 5에와 같이 수평위치에서 보았을 때 상기 열교환기, 용골 냉각기 또는 헤더에 대한 위치를 나타낸다. 이것은 물이 들어가는 선박에서 사용될 때와 같이, 이러한 유니트는 상기 선박의 측면에서 또는, 상기 선체의 선수 또는 선미로 기울어 지거나, 여러가지 다른 위치에서 장착될 수 있다는 것을 일깨우기 위한 것이다.

헤더(19)의 각각의 외부 측벽은 외부 직사각형 튜브, 도 4에서 숫자 60으로 표시된 것 중 하나로 구성된다. 상기 외부 튜브는 헤더(19) 안으로 연장한다. 도 4 및 도 5는 외부 튜브 벽(61)의 양측을 나타낸다. 내부 벽(65)의 양측면은 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 원형의 오리피스(69)는 용골 냉각기(17)의 상기 외부 직사각형의 튜브의 내부 벽(65)을 통하여 연장됨을 나타내고, 헤더(19)의 내/외부로 상기 외부 튜브를 통하여 흐르는 냉각제를 운반하기 위해 제공된다. 이와 관련하여, 노즐(27)은 도 5에 화살표 A로 표시된 흐름을 가진 상기 엔진으로부터 뜨거운 냉각제를 수용하기 위해 입구 도관이거나, 또한 상기 열원으로 순환하여 돌아가기 위한 헤더(19)로부터 냉각된 냉각제를 수용하기 위한 출구 도관일 수도 있다. 종래의 선행 기술에서, 오리피스(69)의 위치가 오리피스(69)를 통해 통과할 수 있는 흐름 양을 조절하고, 오리피스(69)가 그것을 통하여 냉각제 흐름을 방해하지 않도록 충분히 크게 해야 하는 것을 주지하는 것이 중요하다. 더욱 상세하게는, 상기 오리피스는 지금까지 매우 높이 위치해 왔고, 때때로 매우 작으며, 상기 냉각제의 자연류 경로로 부터 너무 멀리 떨어져 있으며, 상기 외부 직사각형의 튜브를 통해 감소된 흐름이란 결과를 낳고, 튜브(23)를 통한 불균일한 냉각제 흐름이며, 상기 오리피스를 통해 상기 냉각제가 흐름으로써 불리하게 큰 압력 강하가 되고, 상기 맨끝 튜브가 열전달에 탁월한 능력을 가지고 있다 하더라도 적게 한정된 내부 튜브를 통해 더 큰 비율로 된다.

도 4는 또한, 용골 냉각기 헤더(19)가 대응한 나사산을 형성하여 움직일 수 있는 플러그(plug)를 수용하기 위한 배수 오리피스(71)을 가지고 있음을 보여준다. 용골 냉각기(17)의 내용물은 오리피스(71)를 통해 제거될 수 있다.

오리피스(71)는 오리피스(69)의 위치로부터 비교적 먼 거리로 분리되고, 각각의 오리피스(69)를 통하여 흐름의 감소된 양을 얻으며, 상기 흐름의 감소는 상기 냉각제의 자연류 경로에서 상기 오리피스의 부재 때문에 크게 된다. 이러한 문제는 50년 동안 존재해 왔지만, 본 발명의 발명자들이 전체 흐름 특성을 분석할 수 있었을 때, 상기 오리피스의 알맞은 위치선정 및 크기결정의 중요성을 입증하였다. 더욱이, 단독 경로 및 다중 경로 시스템 둘 다 상기 헤더의 외형은, 후술하는 바와 같이 상기 헤더를 통해 상기 흐름에 영향을 미친다.

도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 종래기술에 있어서, 가스켓(36, 37)은 세가지 본질적인 목적을 위해 제공된다:(1) 그것들은 전기적 부식을 막기 위해 상기 헤더를 격리시키고, (2) 상기 선박 안으로 주변 물의 유입을 제거하며, (3) 상기 열교환기 및 상기 선체 사이에 일정한 간격을 형성하고, 그 공간을 통하여 흐르는 주변 물을 허용함에 의해 상기 용골 냉각기 및 상기 선박 사이에서 열교환을 허용한다. 가스켓(36, 37)은 일반적으로 고분자 물질로 만들어진다. 전형적인 상황에서, 가스켓(36, 37)은 1/4 인치(inch)에서 3/4 인치의 두께이다. 용골 냉각기(17)는 상술한 바와 같이 선박에 설치된다. 상기 선박의 연관은 니플(31)과 커넥터(29) 그리고 니플(32)과 커넥터(30)로 호스(hose) 수단에 의해 부착된다. 각각의 임시 물막이 또는 해수상자(상기 선박의 일부)의 끝단(도시 생략)은, 직접 상기 선체 내부에서 상기 노즐(27) 및 너트(42)의 일부분을 포함한다. 해수상자는, 주변 물이 상기 선박 내부로 유입되어 상기 용골 냉각기가 심하게 손상되거나 파손되는 것을 방지하기 위해 제공되며, 그렇지 않을 경우 상기 물이 관통위치에서 상기 선박으로 거의 제한을 받지 않고 유입하게 된다.

도 6 내지 도 11에 있어서, 본 발명의 더 나은 실시예 중 하나를 나타내고 있다. 후술되는 바와 같이 열교환기 또는 용골 냉각기는 적어도 하나의 헤더를 가진다. 헤더는 끝단부, 대항하는 측부, 내부, 그리고 입구/출구와 헤더 사이에서 냉각제의 흐름을 허용하기 위한 입구/출구 통로를 구비한다. 나아가 헤더는 끝단부를 구비한 바닥벽, 대항하는 측부 그리고 내부를 가진다. 헤더는 나아가 상부벽과 바닥벽의 끝단부들을 상호연결하는 내부 표면 및 외부 표면을 가지는 끝벽을 구비하고, 끝벽은 상부벽과 바닥벽에 수직이다. 경사 표면은 바닥벽과 상부벽의 내부들 사이에서 확장되고, 적어도 하나의 열교환기 내부 튜브의 개구 끝단을 가진다. 헤더는 나아가 끝벽의 내부 표면과 바닥벽의 내부 사이에 배치된 각이 있는 표면을 포함한다. 더 나아가, 헤더는 상부벽과 바닥벽의 측부들 사이에 연장된 측벽을 구비하고, 측벽은 열교환기의 맨끝 튜브에서 연장된다. 맨끝 튜브는 외부벽과 내부벽을 포함한다. 앞선 내부벽은 각각 헤더 챔버와 각 맨끝 튜브 사이에서 냉각제가 흐르도록 하는 오리피스를 구비하고, 각 오리피스는 적어도 부분적으로 경사 표면 위에 그리고 적어도 부분적으로 입구/출구 개구 아래에 배치된다. 본 발명의 일실시예는 상기 종래기술과 같은 외부 구조 및 형상을 가지지만, 내부적으로 유리하게 수정된 헤더를 가진 용골 냉각기를 제공한다. 상기 실시예는 일반적인 직사각형의 단면을 가진 냉각제 흐름 튜브(202)(열전달 유체 흐름 튜브, 또는 어떤 예에서는 상기 유체가 냉각되기 보다 가열될 수 있기 때문임)를 가진 용골 냉각기를 포함한다. 헤더(204)는 용골 냉각기(200)의 필수적인 구성 부품이다. 튜브(202)는 내부 냉각제 흐름 튜브 및 맨끝 또는 외부 튜브(208)를 포함한다. 니플(31) 및 나사선이 형성된 커넥터(29)를 가지는 노즐(27)은, 앞서 설명한 것과 같고 상기 헤더에 부착되어 있다. 따라서, 노즐(27)은 나아가 고무 와셔의 양쪽 면에 너트(43)와 한 쌍의 금속 와셔(136)를 구비한다. 헤더(204)는 지붕 또는 상부 벽(210)을 포함하고, 각이 있는 벽(216)은 끝단벽(214)의 상부와 함께 그 상부단과 일체형(또는 용접과 같은 다른 적절한 수단에 의해 부착)이고, 이어서 상부벽(210) 및 바닥벽(217)을(바람직하게는 수직으로) 가로지른다. 각이 있는 벽(216)은 그 하부 단부에서 바닥벽(217)과 일체형으로 형성될 수 있고, 또는 용접과 같은 적절한 수단에 의해 그 곳에 부착될 수도 있다. 바꾸어 말하면, 각이 있는 벽(216)은 삼각형 단면의 빗변이고, 끝단벽(214), 각이 있는 벽(216) 및 바닥벽(217)에 의해 형성되며, 그리고 도 6에 있어서 점 A, B, C에 분명히 나타나 있다. 외부 또는 맨끝의 직사각형 흐름 튜브(208)의 내부벽(218, 도 6 및 도 7)은 헤더(204)의 챔버(chamber) 및 외부 흐름 튜브(208)(상기 챔버는 상부벽(210)에 의해서 그리고 각이 있는 표면(229), 경사 벽(219), 각이 있는 벽(216), 바닥벽(217) 및 끝단벽(214) 위의 경사 표면 또는 내부 끝단 또는 입구 끝단 부분(229)에 의해 형성된다.)의 사이에서 흐르는 냉각제를 위한 냉각제 포트(port)로써 제공되는 오리피스(220)(각각의 튜브(208)의 끝단에 대해 해더당 1개)를 가진다. 헤더(204)는 또한 상기 용골 냉각기의 부식을 감소하기 위해 헤더(204)의 아래쪽에서 헤더(204, 도 6)의 끝단에 가까이에 양극 조립체(222)를 가진다. 양극 조립체(222)는 대안으로써 끝단벽(214, 도 6a)의 외부에 배치될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

양극 조립체(222)는, 헤더(204)의 부품인 양극 삽입물(224)에 연결되는 철제 양극 플러그(plug, 223), 양극 설치 스큐류(screw)(242, 도 11), 잠금와셔(246, 도 11) 및 통상 아연으로 제조된 양극 바(bar, 228)를 포함한다. 상기 양극 삽입물, 상기 양극 플러그 및 상기 양극 바는 상기 종래기술에서 변하지 않은 것이지만, 명확히 하기 위해 도 3 및 도 4에서 생략하였다. 양극 조립체(222)는 바닥벽의 아래측으로부터 아래쪽으로 계속 연장될 수 있다. 대안으로, 양극 조립체(222)는 상기 주변 액체에 직면하고 있는 끝단벽(214)의 일측에 자리잡을 수 있다. 더욱이, 배출 플러그(244, 도 11)는 헤더(204)의 부품이기도 한 배출 플러그 삽입물 안으로 연장된다. 배출 플러그(244)는 또한 바닥벽(217)의 아래쪽으로부터 아래쪽으로 또한 연장한다. 배출 플러그(244)는 냉각제가 상기 헤더 안에서 존재하는 곳에 있어야 하므로, 각이 있는 벽(216) 바로 아래에 있을 수 없다.

도 7을 명확하게 절단한 것을 고려하면, 용골 냉각기(200)는 내부 튜브(206) 및 맨끝 튜브(208)을 가지는 직사각형의 튜브(202)와, 상기 맨끝 튜브(208)의 내부벽을 포함한다. 상기 개구 끝단 또는 입구 또는 내부튜브(206)에 대한 포트가 도면부호 227에 의해 나타내어진다. 튜브(206)는 각이 있는 벽(216)에서부터 헤더(204)의 반대편 부품 위에서 경사진 각이 있는 표면(229, 도 6)을 통하여 헤더(204)를 결합한다. 외부 흐름 튜브(208)은 헤더(204)의 측면 벽들 중 일부인 외부벽(230)을 구비한다. 가스켓232는, 가스켓36과 유사하며 같은 목적이고, 상부벽(210)위에 배치된다.

본 발명의 중요한 부분은 상기 각이 있는 벽(216)이다. 각이 있는 벽(216)은 상기 용골 냉각기에 많은 중요한 장점을 제공한다. 첫째로, 도 6 및 도 8에 각이 있게 도시한 바와 같이, 각이 있는 벽(216)은, 노즐(27)이 출구 노즐일 경우에는 열유도 튜브(202)에서부터 노즐(27) 안으로, 또는 노즐(27)이 입구 노즐일 경우에는 노즐(27)에서 부터 튜브(202) 안으로, 냉각제의 연속적인 흐름을 향상시킨다. 노즐(27)이 입구일 때, 각이 있는 벽(216)은, 상기 각이 있는 표면(229)과 협력하여, 냉각제의 흐름을 오리피스(220) 및 개구 끝단(227)으로 안내하도록 작용한다. 즉, 각이 있는 벽(216)은, 상기 노즐(27)로 부터 오리피스(220) 및 튜브 개구(227)로 냉각제의 자연적 흐름을 안내한다. 각이 있는 벽(216)은, 입구(227) 및 각 튜브(202)(외부튜브(208)의 내부벽(218) 상의 오리피스(220) 포함)로의 냉각제 흐름을 용이하게 하거나, 노즐이 출구인 경우 튜브(202)로부터 노즐(27)로 냉각제를 방출하는 것을 알 수 있다. 상기 맨끝의 튜브에서 상기 증가된 냉각제 흐름은 모든 튜브 사이에서 개선된 냉각제 흐름 분포를 얻고, 상기 흐름은, 튜브(202)를 통하고 헤더(204)의 벽 및 상기 주변 물을 통해서 냉각제 사이에서 상기 전체 시스템과 더 좋은 열전달 사이에 더 낮은 압력 강하를 제공한다. 예를 들어, 외부 치수가 높이 2½인치이고 폭 ½인치인 직사각형 튜브 8개를 가진 용골 냉각기가 2노트(knot) 속도를 가진 선박에 설치된 경우, 상기 외부 튜브로의 냉각제 흐름이, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이 종래와 같은 크기(즉, 튜브의 수 및 튜브의 길이)에 따른 낮은 유동분배를 갖는 열교환기를 사용한 대응하는 열교환 조건하에서의 흐름보다 35%까지 증가되었다. 더욱이, 외부 튜브에 의해 전달된 열은, 도 3 내지 5에 도시된 종래의 용골 냉각기를 사용하여 대응하는 조건 하에서의 열전달에 비해 45%까지 증가되었다. 상기 전체 시스템의 총 열전달은, 도 3 내지 도 5의 상응하는 유니트를 넘는 특별한 예에서 약 17% 증가하였다. 후술하는 바와 같이, 종래 기술에 대한 개선은 2경로(또는 그 이상) 시스템에 있어서 한층 더 클 것으로 기대된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 더 높은 냉각흐름을 위한 상기 종래 기술의 결점은, 본 발명에 따른 상기 용골 냉각기와 같은 정도까지 경험되지 않았다.

각이 있는 벽(216)의 각은 본 발명의 중요한 부분이다. 여기에서 논의한 바와 같이, θ(도 6)로 명시되어 있는 상기 각은, 냉각제 흐름 튜브(202)의 경도 방향에 수직한 평면으로 부터 각이 있는 벽(216)까지 적절히 측정된다. 각(θ)은 상기 헤더를 통하여 냉각제 흐름안에서 상기 압력 강하를 최소화하기 위해 선택되어 있다.

본 발명에 따른 용골 냉각기는, 종래기술에 있는 것으로 사용되어 지고, 수평의 냉각 흐름 튜브의 정렬에 의해 연결된 2개의 헤더를 통합한다. 본 발명에 따른 일반적인 용골 냉각기는 도 12에 도시되어 있는데, 상기 용골 냉각기(200')는 도 7에 도시된 것과 같이 대향하는 헤더(204)를 구비하고 있다. 상기 헤더는 도 7에 도시한 것과 동일한 수를 가지는 것을 나타낸다. 상기 선박에서 열원으로부터 하나의 노즐(27) 안으로 가열된 냉각제 유체가 흐른 다음, 하나의 헤더(204), 상기 냉각제 흐름 튜브(202), 또 다른 헤더(204), 또 다른 노즐(27)을 통해 흐르고, 상기 냉각된 냉각제가 상기 선반에서 상기 열원으로 되돌아 흐른다. 헤더(204) 및 냉각제 흐름 튜브(202)를 통하여 흐르는 동안, 상기 냉각제는 상기 주변 물로 열을 전달한다. 상기 각이 있는 벽(216)의 모든 장점들은 용골 냉각기(200')에 적용한다.

상기한 바와 같이, 오리피스(220)의 크기는 상기 새로운 용골 냉각기 및 상기 새로운 헤더의 중요한 부분이다. 상기 오리피스는, 상기 용골 냉각기의 외부 열전도튜브(208)로의 냉각제 흐름의 양을 방해하지 않고, 각이 있는 벽(216)과 각이 있는 표면(229) 및 개구 끝단(227)의 내부의 연결부분에서 있는 균형된 흐름을 제공하기 위하여 충분하게 큰 것이 바람직하다. 오리피스(220)와 벽에 인접한 그 낮은 모서리(도 6에 도시된 바와 같이, 각이 있는 벽(216)의 하부 부품 내부, 바닥벽(217) 및 각이 있는 표면(229))와의 사이에 약 1/8 인치의 거리를 가지는 것은, 제조시 제작 공차를 제공하기 위한 것으로서, 오리피스(220)를 내부벽(218)에 대해 드릴링(drilling) 또는 커팅(cutting)하는 것에 의해 바람직하게 수정된다. 상기 외부 튜브(208)로의 냉각제의 흐름이, 그 상부에 인접하기 보다는 내부벽(218)의 하부에 인접하는 것이 중요하다. 상기 오리피스(220)의 꼭대기와 상부벽(210) 사이의 거리는 중요하지 않다. 따라서, 상기 적당한 크기 및 오리피스(220)의 위치는, 용골 냉각기(200)의 전 시스템에서 상기 냉각제의 압력 강하를 줄이고, 상기 다중 튜브 사이에서 흐름을 균형있게 하며, 이에 따라 상기 외부 튜브와 그에 따른 상기 전 유니트를 통하여 상기 열전달을 증가시킨다.

실제적인 문제로서, 상기 헤더 내에서 그 벽 안에 상기 오리피스를 수용하면서 가능한 큰 직경을 가지는 원형의 오리피스는, 상기 내부 튜브 안으로 적절한 양의 흐름을 가능하게 하면서도 상기 맨끝 튜브 안으로 원하는 냉각제 흐름을 제공한다는 것을 알 수 있었다. 도 13에 도시한 바와 같이, 하나 이상의 오리피스가 제공될 수도 있는데, 도 6 내지 도 11에 도시한 바와 같이 모든 부재는 동일한 도면부호를 가지며, 각도(θ)가 40°로 변했기 때문에 일부는 프라임(prime)(')으로 표시된 것을 제외하고, 끝단벽(214')의 부분(D')는 끝단벽(214)의 부분(D)보다 길며(도 6), 각이 있는 벽(216')은 각이 있는 벽(216)보다 짧고 상기 내부벽(218')의 형상은 내부벽(218)으로부터 변경되었다. 오리피스(220)는 두 개의 오리피스(220', 220")에 의해 대체되 것이다.

상기 오리피스는, 원형의 오리피스가 비교적 제공하기 수월하기 때문에, 하나 또는 그 이상의 원형의 오리피스로써 나타내고 있다. 그러나, 원형이 아닌 오리피스 또한 본 발명의 범주 내에 있고, 내부벽(218)의 길이(도 8)는 불필요 할 수도 있다(도 13에서 218'에서 도시한 바와 같이). 다시 말해, 도 13의 점선에 의해 도시된 내부벽이 제거되고, 그럼으로써 원형의 오리피스(220, 220' 또는 220'')는 제거되지 않아도 된다. 내부벽(218)의 제거된 부분은 점선으로 도시되었고, 내부벽(218)의 어떤 다른 모양 또는 크기는, 제거된 내부벽(218')이 오리피스(220')보다 더 크고, 또한, 오리피스(220)가 존재한다면 상기 제거된 내부벽(218')이 상기 위치 오리피스(220)을 에워싸는 한 불필요할 수도 있다.

더욱이, 상기 오리피스(220)이 크기 및 위치의 중요성은 다른 장점을 가진다. 지금까지는 단독 경로의 용골 냉각기 시스템을 서술하였다. 후술 하는 바와 같이, 상기 외부 튜브에서 상기 오리피스의 크기 및 위치를 포함한 문제는, 다중 경로 시스템 및 다중 시스템이 결합된 경우 확대될 수 있다. 예를 들어, 2개의 경로 시스템에 있어서, 입구 및 출구 노즐은 하나의 헤더에 배치되고, 냉각제는, 제 1 헤더로부터 제 2 헤더 내부로(노즐 없이) 튜브의 제 1 세트를 통해, 입구 노즐을 경유하여 상기 헤더 내부로 흐른 다음, 낮은 압력에서 튜브의 제 2 세트를 통해 되돌아가고-마지막으로 상기 헤더로부터 외부 노즐을 경유하여 나간다. 2경로 이상 또한 가능하다.

도 14 및 도 15에 있어서, 본 발명에 따른 2경로 용골 냉각기(300)가 도시되어 있다. 용골 냉각기(300)는 냉각제 흐름 튜브(302, 304)의 두 세트, 헤더(306), 외부벽(330) 및 반대편 헤더(308)를 가진다. 헤더(306)는 가스켓(314)를 통해 확장된 입구 노즐(310) 및 외부 노즐(312)을 가진다. 가스켓(314)은 헤더(306)의 지붕(316) 위에 위치된다. 상기 다른 헤더는 노즐이 없지만, 오히려 상기 선박 선체에 헤더(308)를 포함한 상기 용골 냉각기의 부분을 연결하기 위한 1개 또는 2개의 스터드(stud) 볼트 조립체(318, 320)를 가지고 있다. 화살표 C에서 보는 바와 같이, 상기 선박이 엔진 또는 발전기로부터 뜨거운 냉각제가 들어오고, 상기 차가워진 냉각제는 화살표 D로 도시된 외부 노즐(312)을 통해 헤더(306)로부터 상기 엔진으로 되돌아 간다. 외부 튜브(322, 324)는, 오리피스(220)에 대응한 오리피스가 튜브(322) 안으로 및 튜브(324)로부터 향한다는 점에서, 도 7, 도 8 및 도 10에 있어서의 외부 튜브(208)와 유사하다. 게다가, 튜브(326)는 헤더(306)에서부터 헤더(308)로 입구 냉각제를 운반하기 위한 분리 튜브로써 작용하고, 그것은 후술하는 바와 같이, 헤더(306)의 일부로부터 높은 압력하에서 분리 튜브를 위해 냉각제를 수용하기 위한 오리피스(도시 생략)를 가진다. 유사하게, 헤더(308)로부터 냉각제를 운반하기 위한 회수 분리 튜브인 튜브(327)은, 또한 헤더(306)안에 오리피스(328)를 가진다.

공간 제약 또는 조립 고려를 위해, 때때로(상술한 바와 같이) 상기 내부 벽 또는 하나 이상의 상기 오리피스 대신에 상기 내부 튜브를 제거하는 것이 필요하다. 다른 경우는 분리판이 사용되고, 표준 각도 내부 튜브가 분리 튜브 대신에 사용된다.

용골 냉각기(300)는 헤더(306)로부터 헤더(308)로 뜨거운 냉각제를 운반하기 위해 한 세트의 냉각제 흐름 튜브(302)를 가지는데, 냉각제 흐름의 방향은 헤더(308)에 의해 180° 바뀌고, 상기 냉각제는 불균일하게 헤더(306)로 되돌아가는 냉각된 냉각제 회수를 위해 제 2 튜브(304)로 들어간다. 따라서, 헤더(306)에서부터 헤더(308)로 튜브를 통해 높은 압력 하에서 냉각제가 흐르고, 그 다음 상기 냉각제가 제 2 튜브(304)를 통해 되돌아 가며, 이어서 외부 노즐(312)을 통해 상기 선박의 엔진 또는 다른 열원으로 되돌아 간다. 헤더(306)에 있는 튜브(326, 327)의 벽(334, 336)(도 15에 도시)은 고정되어 있고, 냉각제 흐름 튜브(302) 안으로 상기 뜨거운 냉각제 유입 및 제 2 튜브(304)로부터 흐른 상기 냉각된 냉각제의 혼합을 막기 위해 분리기로써 작용한다. 두 방향 모두 튜브를 통한 흐름의 비율은 상당히 균일하다. 이러한 효과적인 시스템은, 모두 6개(또는 실질적으로 고려될 수 있는 만큼)의 오리피스를 가로지르는 상기 압력 강하가 열악한 냉각제 분포에 기인하여 상기 종래 용골 냉각기를 너무 비효율적으로 만들기 때문에 실질적인 추가 안전율 없이는 종래기술 하에서는 생산될 수가 없다. 그것은, 2개의 경로 시스템을 가지기 위해서, 2경로 배열을 가지는 종래 단일품 용골 냉각기 시스템은, 만족할 만한 압력 강하를 지속하도록 하면서 상기 냉각제로부터 요구되는 열량을 제거하기 위해 충분한 열 교환 표면을 제공하기 위한 본 발명보다 20%까지 커지게 된다.

각이 있는 벽(338) 또한, 노즐(310, 312) 또는 흐름 튜브(302) 방향으로 주변 유체의 흐름의 방향을 안내하기 위해 본 실시예에 제공된다. 각이 있는 벽(338)은 상기 이전의 실시예에서 기술한 바와 같은 방법으로 헤더(306, 308) 안으로 넣어진다. 헤더(306)는, 외부 튜브(322, 324)의 상기 외부 벽으로 실질적으로 바른 각으로 결합한 끝단벽(340)을 가지는 직사각형의 헤더이다.

도 14 및 도 15에 도시한 상기 용골 냉각기 시스템은 8개의 흐름 튜브를 가진다. 그러나 상기 2경로 시스템은 어떠한 짝수의 튜브, 특히 상기한 2 튜브에 대해서 적당하다. 현재 24 튜브 만큼의 수를 가지는 용골 냉각기가 있지만, 본 발명에 따른 튜브의 수는 그 이상으로 증가될 수 있다. 2경로 이상을 가진 용골 냉각기 또한 가능하다. 경로의 수가 같다면, 노즐들은 상기 같은 헤더에 위치된다.

본 발명의 다른 관점이 도 16에 도시되어 있는데, 이는 지금까지 실질적으로 단일품의 용골 냉각기를 가지는 것이 불가능한 용골 냉각기를 결합한 다중 시스템을 보여주고 있다. 다중 시스템 결합은, 한 척의 선박에서 2개의 비교적 작은 엔진 또는 후냉각기 및 기어박스와 같이, 둘 이상의 열원을 냉각하기 위해 사용될 수 있다. 도 16에 도시한 상기 실시예는 두 개의 용골 냉각기 시스템을 보여주기는 하나, 상황에 따라, 하나를 더 추가할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명은 다중 시스템을 과거에 사용되었던 것 보다 훨씬 더 효율적으로 만든다. 그러므로, 도 16은 다중 시스템 용골 냉각기(400)를 도시한다. 용골 냉각기(400)는, 앞서 설명한 본 발명의 실시예에서 나타낸 비슷한 크기 및 위치에서 각각의 내부 벽에서 오리피스를 가지고, 열유도 세트 또는 외부 튜브(404, 406)를 가지는 냉각제 흐름 튜브를 포함한다. 다중 시스템을 결합한, 2개의 단독 경로 용골 냉각기(400)는 각각 입구 노즐(412, 416) 및 출구 노즐(414, 418)을 가지고, 동일한 헤더(408, 410)를 가진다. 각각의 헤더(408, 410)에서 노즐들은 그들이 흐름 방향에 관하여 반대 방향 이거나, 각각의 헤더에 대하여 하나는 입구, 다른 하나는 출구이다. 상기 노즐을 통한 상기 냉각제 흐름의 방향은 각각 화살표 E, F, G 및 H에 의해 나타낸다. 노즐(412, 418) 사이에서 냉각제 유도를 위한 튜브(420) 세트는 외부 튜브(404)부터 시작하고 분리 튜브(422)에서 끝나며, 노즐(414, 416) 사이에서 확장된 튜브(424) 세트는, 외부 튜브(406)에서 시작하여 분리 튜브(426)에서 끝난다. 서로 인접한 튜브(422, 426)의 벽은 고정되고, 헤더(408, 410)의 끝단벽 사이에서 확장된다. 그러므로 이 벽들은, 이 벽들을 가로질러 냉각제 흐름을 막는 시스템 분리기를 형성하여, 사실상, 튜브(424)가 제 2 용골 냉각기(각각의 헤더 사이에서)를 형성한다. 용골 냉각기(400)는 앞서 설명한 바와 같이 각이 있는 폐쇄된 끝단부(428, 430)를 가진다. 이러한 용골 냉각기의 유형은 4개 보다 단 2개의 필수 헤더에 의해 절약되기 때문에, 2개의 분리 용골 냉각기보다 더욱 경제적일 수 있다. 다중 용골 냉각기는 여러가지 조합으로 결합될 수 있다. 도 16에 도시한 바와 같이 둘 또는 그 이상의 경로 시스템일 수 있다.

각이 있는 벽(434) 또한, 노즐(412, 416)에서부터 또는 흐름 튜브(402) 방향으로 주변 유체의 흐름의 방향을 안내하기 위해 본 실시예에 제공된다. 각이 있는 벽(434)은, 상술한 실시예에서 기술한 바와 같은 방법으로 헤더(408, 410) 안에 넣어진다. 헤더(408)는, 외부 튜브(404, 406)의 외부 벽으로 실질적으로 알맞은 각에서 결합된 끝단벽(432)을 가지는 직사각형의 헤더이다. 헤더(410)도 유사하게 구성된다.

도 17에 도시한 바와 같이, 조합에서 하나 또는 그 이상의 단독 경로 시스템 및 하나 또는 그 이상의 이중 경로 시스템일 수 있다. 도 17에 있어서, 용골 냉각기(500)는 단독 경로 용골 냉각기부(502) 및 이중 경로 용골 냉각기부(504)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 용골 냉각기부(502)는 도 6 내지 도 11을 참고로 하여 설명한 것과 같이 작용하고, 용골 냉각기부(504)는 도 15 및 도 16을 참고로 하여 설명한 것과 같이 작용한다. 도 17은 하나의 열교환기에 대한 이중 경로 시스템을 도시한 것이고, 추가적인 이중 경로 시스템 또한 추가될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 상기 시스템은, 노즐(512)에서부터 흐름 튜브(506) 세트 방향으로 주변 물의 흐름의 방향을 안내하기 위해 각이 있는 벽(534)을 감싸는 헤더(508)을 포함한다. 각이 있는 벽(534)은, 상술한 실시예에서 기술한 바와 같은 방법으로 헤더(508) 내부로 넣어진다. 헤더(508)는 상기 외부 튜브의 외부 벽으로 실질적으로 올바른 각에서 결합된 끝단벽(532)을 가지는 직사각형의 헤더이다. 상기 시스템은, 유사한 각이 있는 벽(534)을 갖는 제 2 헤더(509)를 포함한다.

도 18은, 동일 하거나 다른 용량을 가진, 2개의 이중 경로 용골 냉각기부를 가지는 용골 냉각기(600)를 나타낸다. 그것들은 도 15 및 도 16에 관하여 위에서 상술한 것과 같이 각각 작용한다. 결합된 다중 냉각기는 종래 단일품의 용골 냉각기에서는 찾아볼 수 없는 강력한 특징을 지닌다. 특별한 분리기/튜브 형태의 변형은, 압력 강하를 최소화 하면서 열전달 및 흐름 분포를 개선한다. 더욱이, 본 실시예에서 용골 냉각기(600)는, 노즐(612)에서부터 흐름 튜브 세트 방향으로 주변 유체의 흐름의 방향을 안내하기 위해 각이 있는 벽(634)을 채용한다. 각이 있는 벽(634)은 상술한 실시예에서 기술한 바와 같은 방법으로 헤더(608) 내부에 넣어진다. 헤더(608)는 외부 튜브(602, 604)의 외부 벽으로 실질적으로 올바른 각에서 결합된 끝단벽(632)을 가지는 직사각형의 헤더이다.

도 19로 돌아가서, 본 발명의 상기 용골 냉각기의 부가된 실시예가 용골 냉각기(800)로 묘사되고 도시되었다. 용골 냉각기(800)는 복수의 냉각제 흐름 튜브(802)(또는, 열전달 유체 흐름 튜브) 및 적어도 하나의 헤더(804)를 포함한다. 흐름 튜브(802)는 복수의 내부 흐름 튜브(806) 및 맨끝 또는 외부 흐름 튜브(808)를 포함한다. 각각의 외부 흐름 튜브(808)는 외부 벽(830) 및 내부 벽(818)에 의해 정의된다. 니플(831) 및 나사선이 형성된 커넥터(829)를 가진 노즐(827)은 앞서 설명한 바와 같고, 헤더(804)에 부착된다. 헤더(804)는 상부 벽 또는 지붕(810), 흐름 전환기 또는 배플, 바닥 벽(817) 및 끝단벽(814)을 포함한다. 끝단벽(814)은 실질적으로 올바른 각에서 외부 벽으로 부착되어, 헤더(804)는 본질적으로 직사각형 또는 정사각모양이다.

용골 냉각기(800)는 또한 상술한 바와 같이, 양극 조립체(822)를 포함한다. 상술한 양극 조립체(822)는, 종래기술에서 변하지 않은 것이고 종래기술에서 처럼 용골 냉각기(800)의 헤더(804)의 아래에, 용골 냉각기(800)에서 실질적으로 같은 위치에 여전히 위치된다. 또한 상술한 바와 같이, 용골 냉각기(800)는 배출 플러그(844, 도 20)를 포함하고, 양극 조립체(822)는 양극 삽입구(825)에 연결되는 철제 양극 플러그(823)을 포함하며, 상기 양극 삽입구(825)는 용골 냉각기(800)의 일부이다. 양극 조립체(822)는 더 나아가 일반적으로 아연 또는 알루미늄으로 만들어진 양극 바(848, 도 20)를 포함하고, 적어도 하나 이상의 양극 설치 스크류(842, 도 20) 및 상응하는 잠금와셔(846, 도 20)에 의해 헤더(804)의 아랫쪽에서 고정 된다.

흐름 전환기(812)는, 정점(816)으로부터 미리 결정된 각에서 아래쪽으로 확장하는, 제 1 각이 있는 측 또는 패널(panel, 813) 및 제 2 각이 있는 측 또는 패널(815)을 포함한다. 돌기(840)가, 끝단벽(814)에 수직한 평면으로부터 0°보다 더 큰 각도로, 그리고 같은 평면에서 90°보다 작은 각도로 정점(816)으로부터(제 1 위치로부터) 아래쪽으로 연장되어, 상기 돌기는 바닥벽(817)의 평면에서(제 2 위치에서) 끝나며(바닥벽(817)이 있는 경우; 그렇지 않으면 돌기(840)는, 튜브의 낮은 수평벽에 평행한 평면에서(제 2 위치에서) 끝날 수도 있다.), 복수의 흐름 튜브(802)의 개구부에 또는 그 근처에서 끝난다. 이 결과로서, 돌기(840)는 외부 튜브(808)를 향해 유체 흐름을 바깥쪽으로 경사지게 할 뿐만 아니라, 유체 흐름을 내부 흐름 튜브(806)를 향해 안내하기 위해 안쪽으로(그것들이 경사각을 가지고 있기 때문에) 경사지게 한다. 배출 플러그(도시 생략)는, 흐름 튜브(806)에서 흐름 전환기(812)와 포트사이에 위치하거나, 대안으로 흐름 전환기(812)의 내부에 위치할 수 있다.

되풀이 하여, 헤더가 뜨거운 냉각제를 수용하면, 냉각된 유체는 흐름 튜브(802)를 경유하여 주변 유체와의 열전달에 의해 냉각되기 위해 아래쪽으로 열원(도시 생략)으로부터 노즐(827)을 통하여 헤더(804) 안으로 흐른다. 외부 흐름 튜브(808)는, 한 측면에서 가장 가까운 흐름 튜브와의 경쟁이 없기 때문에, 열전달에 대해 뛰어난 가능성을 가진다. 흐름 전환기(812)는, 내부 흐름 튜브(806)로 충분한 흐름을 유지하면서 외부 흐름 튜브(808)로 유체 흐름을 안내하는 역할을 함으로써, 외부 튜브로 적절한 유체 흐름을 제공하게 되어 용골 냉각기(800) 내에서의 뛰어난 열전달 효율에 영향을 미치게 된다. 유체는 오리피스(820)를 경유하여 흐름 전환기(812)에 의해 외부 흐름 튜브(808) 안으로 안내된다. 흐름 전환기(812)의 채용에 의해, 냉각제 흐름은 용골 냉각기(800)의 처음부터 끝까지 더욱 균일하게 분포되므로, 더욱 능률적인 열전달이 용골 냉각기(800)에 의해 달성된다.

흐름 전환기(812)는 또한, 패널(813, 815)의 형상에 의해 정의된 두 방향으로 각이 있는 헤더를 가진 용골 냉각기에 채용될 수 있는 데, 도 20과 동일한 부호로 표시된 도 2에 도시된 바와 같이, 직사각형의 헤더가 아니고, 끝단벽(814)의 낮은 부분이 생략되었다는 것을 이해하여야 한다. 많은 경우에 있어서, 경제적인 이유 및 더욱 효율적인 열전달을 위해서 끝단벽(814)을 생략하는 것이 바람직하다. 경사진 헤더를 가진 용골 냉각기는 미국특허출원 제09/427,166(리슨(Leeson) 외)에 기초하여 공개된 특허에 개시되어 있다. 상기 특허출원에서 언급한 바와 같이, 경사진 헤더를 가진 상기 용골 냉각기는 더욱 효율적인 방법으로 상기 내부 흐름 튜브 안으로 유체 흐름의 방향을 안내하도록 작용한다. 그러나, 경사진 헤더는, 모든 경우에 있어서 흐름 전환기를 채용한 만큼의 효율적인 방법으로 상기 외부 튜브로 유체 흐름을 안내할 수가 없다. 따라서, 두 방향(또는 그 이상, 후술함)으로 경사진 흐름 전환기의 채용은, 일정한 경우 상기 내부 및 외부 흐름 튜브 둘 다에 가장 효율적인 유체 흐름을 제공할 수 있고, 개선된 열전달량을 제공할 수 있다.

헤더(804) 부분으로써 흐름 전환기(812)를 채용하는 장점은 도 19a에 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 냉각제 유체는 화살표 L 흐름을 경유하여 도시된 바와 같이 아래쪽으로(또는 위쪽으로) 향하게 된다. 아래쪽 방향으로 흐를 때, 냉각제는 흐름 전환기(812)와 부딪치고 전방으로 내부 흐름 튜브(806) 방향뿐만 아니라, 외부 흐름 튜브(808)의 방향으로 헤더의 반대편 쪽으로 몰아내어 진다. 흐름 전환기(812)가 흐름 튜브(802)의 방향 및 외부 흐름 튜브(808)의 방향에서 경사져 있기 때문에, 추가된 흐름 선으로 도시된 바와 같이, 주변 유체는 2개의 튜브세트를 향해 동시에 그리고 균일하게 안내된다.

상술한 상기 흐름 전환기에 덧붙여, 흐름 전환기의 다양한 다른 대안 형태가 본 발명의 상기 헤더에 채용될 수 있다. 상기 흐름 전환기의 주 목적은, 상기 외부 흐름 튜브 및 상기 내부 흐름 튜브 둘 다의 방향으로 냉각제 흐름을 촉진하게 하는 데 있다. 따라서, 다른 특별한 형태를 가진 흐름 전환기가 본질적으로 냉각제 흐름 전환의 바람직한 효과를 달성하는 한, 채용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명에 의한 다양한 다른 형태가 도면을 참조하여 기술될 것이다; 그러나, 이러한 형태는 가능한 모든 대안을 포함하는 것이 아니고, 단지 예일 뿐이며, 추가적인 대안도 채용될 수 있다는 것도 이해하여야 한다. 더욱이, 본 발명에 따른 상기 흐름 전환기에 대한 각각의 대안 형태는, 용골 냉각기의 헤더로 채용되는 것 보다는 설명을 위해 독립된 형태로 도시되었다.

도 21로 돌아가서, 본 발명의 상기 흐름 전환기의 대안의 실시예가 숫자 900으로 되시되어 있다. 흐름 전환기는, 하나라면 상기 헤더(도시 생략)의 끝단벽에 연결된 정점(902)을 포함하고, 만약 그렇지 않으면 전환기(900)는 상기 끝단벽이다. 제 1 모서리(906) 및 제 2 모서리(908)를 가지는 제 1 패널(904)은, 외부 흐름 튜브(도시 생략) 방향으로 기울어진 미리 결정된 각에서 정점(902)으로부터 아래쪽으로 및 바깥쪽으로 연장된다. 모서리(906, 908)는 수평이 아니고, 오히려 정점(902)에서 바깥쪽으로 더 연장되어 제 1 패널(904)의 가장 낮은 부분이 정점(902)에서 가장 높은 부분보다 더 넓다. 제 1 모서리(912) 및 제 2 모서리(914)를 가지는 제 2 패널(910)은 정점(902)에서부터 바깥쪽으로 및 아래쪽으로 확장되지만, 제 1 패널(904)와 같이 상기와 같은 방법으로 앞서 언급한 제 1 외부 튜브에서 반대로 배치된 제 2 외부 튜브(도시 생략)의 오리피스 방향으로 기울어진다. 물론 제 2 패널(910)은 제 1 패널(904)과 같이 상기 같은 각에서 정점(902)으로부터 확장될 수도 있고, 또는 더 큰 각 또는 더 작은각으로 확장될 수도 있다.모서리(908, 914) 사이에서 확장하는 제 3 패널(916)은 정점(902)에서 아래쪽으로 확장하고, 상기 헤더의 상기 바닥(도시 생략)(또는 내부 흐름 튜브(806)의 낮은 수평 벽의 평면을 포함)을 포함하여 수직으로 있다. 대안으로, 제 3 패널(916)은 어떤 바람직한 각도에서 내부 흐름 튜브(도시 생략) 방향으로 각을 낼 수 있지만, 냉각제 흐름이 내부 흐름 튜브(도시 생략) 안으로 통하여 유지되는 것을 안전하게 할 수 있다. 제 3 패널(916)은 내부 노즐(도시 생략)에서부터 흐름 튜브(도시 생략)의 내부 포트로 또는 흐름 튜브(도시 생략)에서부터 외부 노즐쪽으로 흐름의 방향을 안내한다.

도 22는, 본 발명의 상기 흐름 전환기의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 숫자 1000으로 표시되어 있다. 흐름 전환기(1000)는 상기 헤더의 상기 뒷벽(도시 생략)에 연결된 정점(1002)을 포함하고 있다. 이러한 실시예에 있어서, 정점(1002)은 상기 끝단벽을 통해 수평으로 연장한 돌기의 형태로 있다. 많은 경우에 있어서, 흐름 전환기(1000)가 상기 끝단벽을 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 모서리(1006) 및 제 2 모서리(1008)를 가진 제 1 패널(1004)은, 외부 흐름 튜브(도시 생략)의 상기 오리피스 방향으로 기울어진 각이 미리 결정된, 불변인 곳(변화할 지라도)에서 정점(1002)으로부터 아래쪽으로 및 바깥쪽으로 연장된다. 모서리(1006, 1008)는 수평이 아니고, 오히려 정점(1002)에서부터 바깥쪽으로 더 연장되어, 패널(1004)의 상기 가장 낮은 부분이 정점(1002)에서 상기 가장 위쪽 부분보다 더 넓다. 제 1 모서리(1012) 및 제 2 모서리(1014)를 가지는 제 2 패널(1010)은 정점(1002)에서 바깥쪽으로 및 아래쪽으로 연장되지만, 패널(1004)와 같은 방법으로 앞서 언급한 제 1 외부 흐름 튜브에서 반대편에 배치된 제 2 외부 흐름 튜브(도시 생략)를 향한다. 물론 패널(1010)은 패널(1004)과 같이 상기 같은 각도에서 정점(1002)에서부터 연장될 수 있고, 더 큰 각도 또는 더 작은 각도에서 연장될 수 도 있다. 모서리(1008, 1014) 사이에서 연장된 제 3 패널(1016)은, 정점(1002)에서부터 아래쪽으로 연장하고 상기 헤더의 상기 바닥(도시 생략)에 연결된다. 제 3 패널(1016)은 요구된 바람직한 각도에서 내부 흐름 튜브(도시 생략) 방향으로 각이 만들어져서, 냉각제 흐름이 내부 흐름 튜브(도시 생략) 내부로 통하여 유지된다. 제 3 패널(1016)은 노즐(도시 생략)에서부터 상기 흐름 튜브의 입구 포트(도시 생략)로 또는 흐름 튜브(도시 생략)에서부터 상기 노즐쪽으로 흐름의 방향을 안내한다.

본 발명에 따른 상기 흐름 전환기의 또 다른 실시예는, 도 23에 있어서 일반적으로 숫자 2000으로 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 흐름 전환기(2000)는, 하나가 제공될 경우, 상기 용골 냉각기 헤더의 상기 끝단벽에 고정된 정점(2002)을 구성한다. 제 1 모서리(2004) 및 제 2 모서리(2006)는 또한 상기 헤더의 뒷벽에 연결되고 바람직한 거리에서부터 바깥쪽으로 연장한다. 모서리(2004, 2006)는, 정점(2002)에서 상기 헤더의 상기 바닥(도시 생략)(또는 튜브의 낮은 수평 벽을 포함한 수평면으로)으로 확장되거나, 상기 바닥을 구성할 수 있고, 오목한 벽(2008)(상기 내부 흐름 튜브에서부터 굽어진)에 의해 연결된다. 오목한 벽(2008)은, 실질적으로 균일한 방법으로 외부 흐름 튜브(도시 생략) 및 내부 흐름 튜브(도시 생략) 방향으로 냉각제의 흐름을 촉진할 수 있도록 굴곡을 가진다.

도 24에 있어서, 본 발명에 따른 상기 흐름 전환기의 또 다른 실시예가 숫자 3000으로 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 흐름 전환기(3000)는, 하나가 존재하면, 상기 용골 냉각기 헤더의 상기 끝단벽(도시 생략)에 고정된 정점(3002)을 구성한다. 제 1 모서리(3004) 및 제 2 모서리(3006)는 또한 상기 헤더의 끝단벽에 연결되고 바람직한 거리에서부터 바깥쪽으로 확장한다. 모서리(3004, 3006)는, 정점(3002)에서 상기 헤더의 상기 바닥(도시 생략)으로 확장되고, 볼록한 벽(3008)(상기 내부 흐름 튜브 방향으로 굽어진)에 의해 연결된다. 볼록한 벽(3008)은 또한 실질적으로 균일한 방법으로 외부 흐름 튜브(도시 생략) 및 내부 흐름 튜브(도시 생략) 방향으로 냉각제 흐름을 촉진시킬 수 있도록 굽어진다.

도 25에 있어서, 본 발명에 의해 고려된 흐름 전환기의 다른 형태는 숫자 4000으로 도시되어 있다. 투시의 목적으로, 도 25 내지 도 26은, 용골 냉각기 헤더의 상기 내용에서 상기 흐름 전환기에 대한 대안의 형태를 도시한 것이다. 이 예에서, 흐름 전환기(4000)는 바닥(4004)을 가지는 용골 냉각기 헤더(4002)에 위치되어 있다. 흐름 전환기(4000)는 상기 기술에서 알려진 종래의 방법에 의한 바닥(4004)에 고정 되어 있다. 흐름 전환기(4000)는 올바른 각도에서 바닥(4004)로부터 위쪽으로 연장한 제 1 벽(4006) 및 제 2 벽(4008)으로 포함한다. 벽들(4006, 4008)의 꼭대기에 위치한 것은, 제 1 패널(4012), 제 2 패널(4014) 및 제 3 패널(4016)(제 3 패널(4016)은 2개가 있으며, 두개의 외부 튜브에 대한 각각의 오리피스용이다.)을 포함하는 캡(cap, 4010)이다. 흐름 전환기(4000)는 전략적으로 유입 냉각제의 흐름과 직접적으로 일치하도록 배열되어, 흐름 전환기는 상기 외부 흐름 튜브(도시 생략) 및 상기 내부 흐름 튜브(도시 생략) 방향으로 냉각제 흐름을 효과적으로 전환할 수 있다. 패널들(4012, 4014, 4016)은 아래쪽으로 및 바깥쪽으로 각이 형성되어서, 패널들(4012, 4014)이 상기 외부 흐름 벽으로 오리피스 방향으로 냉각제 흐름의 방향을 안내하고, 제3 패널(4016)은 상기 내부 흐름 튜브 방향으로 냉각제 흐름의 방향을 안내한다. 더욱이, 보조 기둥(4018)은 흐름 전환기(4000) 내부에서 및 캡(4010) 아래에서 채용될 수 있어서, 냉각제 흐름에 의해 생성되는 아래방향의 힘에 노출되는 동안 캡(4010)을 지지하기 위해, 보조기둥이 바닥(4004)에서부터 캡(4010)의 아래측으로 확장한다.

도 26에 있어서, 흐름 전환기는 숫자 5000으로 도시되어 있다. 이 예에 있어서, 흐름 전환기는 제 1 벽(5002) 및 제 2 벽(5004)를 포함하고 있고; 상기 벽은 용골 냉각기 헤더(5008)의 바닥(5006)에서부터 위쪽으로 확장하여 정점(5010)에서 만난다. 이 예에 있어서, 흐름 전환기(5000)는 단순히 바닥(5006)의 위쪽으로 확장되어 있다. 다시 말해서, 흐름 전환기(5000)는 바닥(5006)의 아래측을 펀칭(punching) 또는 스탬핑(stamping)에 의해 형성할 수 있어서, 바닥(5006)은 위로 올려 밀어올려져서 흐름 전환기(5000)를 형성하게 된다. 상기 흐름 전환기는, 노즐에서부터 곧장 상기 내부 흐름 튜브 및 상기 외부 흐름 튜브의 상기 오리피스로, 또는 그 반대로 냉각제의 방향을 안내하도록 배열된다.

마지막으로, 도 27은, 숫자 6000으로 표시되고, 본 발명에 따른 상기 흐름 전환기의 추가적인 실시예를 서술한다. 이러한 대안의 실시예에 있어서, 흐름 전환기는 바닥(6018) 및 지붕(6016)을 가지는 용골 냉각기 헤더(6002)로 도시되어 있다. 흐름 전환기(6000)는, 제 1 벽(6006) 및 제 2 벽(6008)을 연장함으로부터, 정점(6004)을 구성한다. 예를 들어, 흐름 전환기는 흐름 전환기(4000)(도 25) 또는 흐름 전환기(5000)(도 26)과 동일한 일반적인 구성을 가질 수 있다. 그러나, 이 예에 있어서, 흐름 전환기(6000)는 또한 제 1 보조기(6009) 및 제 2 보조기(6010)을 포함한다. 보조기(6009, 6010)는 지붕(6016)에서부터 아래쪽으로 연장하고 각각 제1 및 제 2 벽(6006, 6008)에 직접 연결되어서 흐름 전환기(6000)가 헤더(6002) 내부에 매달려 있다. 대안으로, 보조기(6009, 6010)는, 각각 차례로 제 1 및 제 2 벽(6006, 6008)에 고정 되고, 각각으로 제 1 수평 부재(6013) 및 제 2 수평 부재(6014)에 연결될 수 있다. 수평 부재(6013, 6014)의 채용은 단순한 대안이기 때문에, 그것들은 점선으로 도시되어 있다. 냉각제가 노즐(도시 생략)에서부터 헤더(6002) 내부로 흐름에 따라, 냉각제는 흐름 전환기(6000)로 흐르게 되는데 이곳에서 상기 외부 흐름 튜브(도시 생략) 및 상기 내부 흐름 튜브(도시 생략) 양방향을 향해 실질적으로 같은 양으로 전환된다.

상술한 상기 용골 냉각기는, 용골 냉각기로 또는 용골 냉각기로부터 열전달 유체를 전송하는 노즐을 보여주고 있는데, 이 노즐은 상기 내부 흐름 튜브와 상기 외부 흐름 튜브와 상기 헤더 사이의 상기 오리피스로 또는 그로 부터의 열전달 유체를 일반적으로 직접 안내한다. 그러나, 상술한 상기 노즐 외에 상기 용골 냉각기 내외부로 유체를 전달하기 위한 다른 방법이 있다; 예를 들어, 플랜지가 장착된 용 골 냉각기에는, 상기 선체로부터 그리고 열전달 유체 흐름 경로를 형성하기 위해 같이 연결된 끝단 플랜지를 가지는 상기 용골 냉각기로부터 연장된 파이프와 같이, 하나 또는 그 이상의 도관이 구비되어 있다. 보통 가스켓은 상기 플랜지 사이에 끼워진다. 상기 선박에서 상기 냉각 연관 시스템에 상기 용골 냉각기를 다른 수단에 의해 연결할 수도 있다. 본 발명은 상기 냉각 연관 시스템에 상기 용골 냉각기를 결합하기 위해 사용되는 연결방식과는 무관한 것이다.

본 발명은 상기 바람직한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 발명의 사상 및 범위 내의 변경 및 수정이 본 발명이 속하는 기술분야에 숙련된 사람들에게서 일어날 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (32)

1. 일반적으로 직사각형의 단면을 가지는 복수의 평행 튜브(tube)를 가지고, 상기 튜브는 한 쌍의 맨끝 튜브 및 상기 맨끝 튜브들 사이에 위치하는 적어도 하나의 내부 튜브를 포함하며, 상기 적어도 하나의 내부 튜브는 냉각제 포트(port)를 가지는 열교환기용 헤더(header)에 있어서,

   상기 헤더는,

   끝단부, 대향하는 측부, 내부 및 입구/출구와 상기 헤더 사이에 냉각제 흐름을 허용하기 위한 입구/출구 통로를 가지는 상부벽과;

   끝단부, 대향하는 측부 및 내부를 가지는 바닥벽과;

   상기 상부벽 및 상기 바닥벽의 상기 끝단부를 연결하는 내부 표면 및 외부 표면을 가지고, 상기 상부벽 및 상기 바닥벽에 수직인 끝단벽과;

   상기 바닥벽의 상기 내부와 상기 상부벽 사이로 연장하고, 상기 헤더로 적어도 하나의 내부 튜브의 개구부들 끝단을 포함하는 경사진 표면과;

   상기 끝단벽의 상기 내부표면과 상기 바닥벽의 상기 내부 사이로 연장한 상기 헤더 내에 배치된 각이 있는 표면과;

   상기 상부벽의 상기 측부와 상기 바닥벽 사이로 연장하고, 상기 열교환기의 상기 맨끝 튜브의 연장이며, 상기 맨끝 튜브가 외부벽 및 내부벽을 포함하는 측벽과;

   상기 헤더의 상기 맨끝 튜브, 상기 상부벽, 상기 각이 있는 표면, 상기 각이 있는 표면의 교차점과 바닥벽 사이에 상기 바닥벽을 가지고, 헤더 챔버(chamber)를 형성하는 상기 기울어진 표면을 가지는 상기 내부벽;을 구비하며,

   맨끝 튜브의 상기 내부벽은 상기 헤더 챔버와 상기 상기 각각의 맨끝 튜브 사이에서 상기 냉각제 흐름을 허용하기 위한 오리피스(orifice)를 가지고, 상기 각각의 오리피스는 상기 경사 표면의 적어도 부분적으로 위로, 그리고 상기 입구/출구 통로의 부분적으로 약간 아래로 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
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7. 제 1항에 있어서,

   상기 상부벽이 일반적으로 평면에 놓여있고, 상기 바닥벽이 상기 상부벽에 관하여 평행이며, 상기 바닥벽이 상기 기울어진 표면의 낮은 부분 및 상기 끝단벽의 낮은 부분에서부터 연장하고 상기 기울어진 표면과 접합점을 형성하며,

   상기 각각의 오리피스가 상기 기울어진 표면의 낮은 부분과 상기 바닥벽의 접합점 위에 위치되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
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18. 일반적으로 직사각형의 단면을 가진 복수의 평행 튜브를 가지고, 상기 튜브는 한 쌍의 맨끝 튜브 및 상기 맨끝 튜브들 사이에 위치하는 적어도 하나의 내부 튜브를 포함하며, 냉각제 포트를 갖는 상기 내부 튜브 및 맨끝 튜브는 각각 외부벽 및 평행 내부벽을 포함하고, 각각의 상기 내부벽은 상기 맨끝 튜브로 접근하기 위해 헤더 내에 오리피스를 가지는 열교환기용 헤더에 있어서,

    상기 헤더는,

    끝단부, 대향하는 측부, 내부 및 입구/출구와 상기 헤더 사이에서 상기 냉각제 흐름을 허용하기 위한 입구/출구 통로를 가지는 상부벽과;

    끝단부, 대향하는 측부 및 내부를 가지는 바닥벽과;

    상기 바닥벽의 상기 내부와 및 상기 상부벽 사이로 연장하고, 상기 헤더로 적어도 하나의 내부 튜브의 개구부들 끝단을 포함하는 경사 표면과;

    상기 상부벽 근처 제 1 위치로부터 상기 바닥벽 근처 제 2 위치로 상기 제 1 위치보다 상기 경사진 표면에 근접하여 기울어진 돌기를 포함하고, 상기 상부벽 가까이 상기 돌기의 꼭대기에 위치한 정점을 가지는 흐름 전환기로서; 상기 흐름 전환기가, 각각의 각도로 상기 각각의 맨끝 튜브를 향해, 상기 정점 및 상기 돌기의 반대측으로부터 반대쪽의 반경방향으로 아래로 연장하는 제 1 및 제 2 패널을 가지고, 상기 제 1 및 제 2 패널은, 상기 입구/출구와 상기 한 쌍의 맨끝 튜브 사이에서 그리고 적어도 하나의 내부 튜브를 용이하게 하기 위해, 상기 적어도 하나의 내부 튜브 및 각각의 맨끝 튜브에 대한 각각의 오리피스를 향하여 기울어진 경사 표면을 갖는 흐름 전환기와; 그리고

    상기 상부벽의 상기 측부 및 상기 바닥벽 사이에서 연장되는 측벽과;

    헤더 챔버를 형성하는 상기 측벽, 상부벽, 흐름 전환기, 바닥벽 및 경사 표면과;

    상기 경사 표면의 적어도 부분적으로 위로, 그리고 상기 입구/출구 통로의 적어도 부분적으로 아래로 배치되는 상기 각각의 오리피스;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 상부벽의 상기 끝단부 및 상기 바닥벽을 연결하는 끝단벽을 더 포함하고, 상기 끝단벽이 상기 상부벽 및 상기 바닥벽 모두에 수직인 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
20. 제 18항에 있어서,

    각각의 상기 제 1 패널 및 상기 흐름 전환기의 상기 제 2 패널이, 상기 정점 및 상기 돌기에서부터 0°보다 크고 90°보다 작은 각도로 방사상으로 연장되어, 상기 복수의 튜브를 향해 상기 돌기와 같은 경사각으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 제 1 패널 및 상기 흐름 전환기의 상기 제 2 패널이, 상기 정점 및 상기 돌기에서부터 같은 각도로 반경방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
22. 제 20항에 있어서,

    상기 제 1 패널 및 상기 흐름 전환기의 상기 제 2 패널이 상기 정점 및 상기 돌기에서부터 다른 각도로 반경방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
23. 일반적으로 직사각형의 단면을 가진 복수의 평행의 튜브를 가지고, 상기 튜브는 한 쌍의 맨끝 튜브 및 상기 맨끝 튜브들 사이에 위치하는 적어도 하나의 내부 튜브를 포함하며, 상기 내부 튜브는 냉각제 포트를 가지는 열교환기용 헤더에 있어서,

    상기 헤더는,

    끝단부, 대향하는 측부, 내부 및 입구/출구와 상기 헤더 사이에서 상기 냉각제 흐름을 허용하기 위한 입구/출구 통로를 가지는 상부벽과;

    끝단부, 대향하는 측부 및 내부를 가지는 바닥벽과;

    상기 바닥벽의 상기 내부와 상기 상부벽 사이에서 연장하고, 상기 헤더로 적어도 하나의 내부 튜브의 개구부(들) 끝단을 포함하는 경사 표면과;

    상기 헤더로 들어가거나 존재하는 유체의 흐름을 전환하기 위한 장치로서, 상기 입구/출구와 상기 한 쌍의 맨끝 튜브 및 상기 적어도 하나의 내부 튜브 사이에서 유체 흐름을 용이하게 하는 상기 장치와; 그리고

    상기 상부벽의 상기 측부와 상기 바닥벽 사이에서 연장하고, 상기 열교환기의 상기 맨끝 튜브의 연장이며, 상기 맨끝 튜브가 맨끝 벽 및 내부벽을 포함하는 측벽과;

    헤더 챔버를 형성하는 상기 측벽의 상기 내부벽, 상부벽, 상기 유체의 흐름 전환을 위한 장치, 및 바닥벽, 및 상기 경사 표면;을 포함하며,

    맨끝 튜브의 상기 내부벽은 상기 헤더 챔버와 상기 상기 각각의 맨끝 튜브 사이에서 상기 냉각제 흐름을 허용하기 위한 오리피스(orifice)를 가지고, 상기 각각의 오리피스는 상기 경사 표면의 적어도 부분적으로 위로, 그리고 상기 입구/출구 통로의 부분적으로 약간 아래로 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
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25. 제 23항에 있어서,

    상기 헤더와 상기 평행 튜브 사이에서 유체 흐름을 전환하기 위한 상기 장치는, 모두 반경방향으로 경사지고 상기 경사진 표면을 향해 각이 있는 2개의 패널을 가진 전환기, 오목한 굴곡, 볼록한 굴곡, 캡을 가진 독립된 전환기, 매달린 전환기 및 상부가 평평한 전환기로 이루어진 그룹(group)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
26. 제 25항에 있어서,

    상기 헤더와 상기 수평 튜브 사이에서 유체 흐름을 전환하기 위한 상기 장치는, 헤더의 평행한 튜브를 통해 동등하게 분배되도록 상기 맨끝 튜브 방향을 향해 그리고 상기 적어도 하나의 내부 튜브 방향을 향해 유체 흐름을 전환하기 위해 적용되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
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