KR101427045B1

KR101427045B1 - 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀 및 그를 포함한 열교환관

Info

Publication number: KR101427045B1
Application number: KR1020130048558A
Authority: KR
Inventors: 최성환
Original assignee: 최성환
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-08-05

Abstract

본 발명은 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀 및 그를 포함한 열교환관에 관한 것으로, 특히 유체를 통과시켜 열교환이 이루어지게 하는 열교환핀에 있어서, 2개의 반부 쉘의 일측 단부가 서로 연결된 상태로 제공되는 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀 및 그를 포함한 열교환관에 관한 것이다.

Description

2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀 및 그를 포함한 열교환관{Heat exchanging fin having two of half shell connected with each other and Heat exchanging pipe having the same}

본 발명은 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀 및 그를 포함한 열교환관에 관한 것으로, 유체를 통과시켜 열교환이 이루어지게 하는 열교환핀에 있어서, 2개의 반부 쉘의 일측 단부가 서로 연결된 상태로 제공되는 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀 및 그를 포함한 열교환관에 관한 것이다.

열교환관(heat exchange pipe)은 보일러, 히트펌프 및 공기조화장치 등을 비롯한 각종 냉난방 장치에 사용된다. 관의 내부를 따라 유동하는 유체와 관의 외부에 존재하는 유체 간에 열교환이 이루어지게 함으로써 온수나 난방수는 물론 온기와 냉기 등을 제공하는 것이다.

일반적으로 관의 내부를 따라 유동하는 유체는 고온의 연소가스와 같은 기체이고 관의 외부에 존재하는 유체는 저온의 직수와 같은 액체이다. 예컨대, 고온의 연소가스가 열교환관 내부를 유동하는 동안 저온의 직수와 열교환함으로써 온수나 난방수를 제공한다.

한편, 한국등록특허 제10-217265호 '가열 보일러용 열교환기 튜브'에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 원통형의 외부 튜브(1)와 상기 외부 튜브(1)의 내부에 설치되어 외부 튜브(1)와 접촉하는 한 쌍의 반부 쉘(3,4)을 포함한다.

또한, 반부 쉘(3,4)의 내측에는 복수개의 리브(5)들을 빗(comb) 모양으로 배치하여 표면적을 늘리고, 반부 쉘(3,4)들의 종방향 모서리에는 서로 맞물리는 홈형 리세스(7)와 리브형 돌기(8)를 각각 형성함으로써 밀폐력을 높인다.

그러나, 이상과 같은 열교환기 튜브(즉, 열교환관)는 2개의 반부 쉘(3,4)이 서로 완전히 분리된 상태로 제공되므로 이들을 각각 생산하고 또 제작하는 과정에서는 이들을 서로 일치시킨 후 외부 튜브(1)의 내부에 조립해야 한다.

즉, 2개의 반부 쉘(3,4)은 홈형 리세스(7) 또는 리브형 돌기(8)를 기준으로 서로 완전히 분리된 것으로, 2개의 반부 쉘(3,4)을 각각 독립적으로 압출 성형하고, 서로 마주보게 결합시키며, 그 상태로 외부 튜브(1)에 조립해야 한다.

따라서, 2개의 반부 쉘(3,4)을 각각 압출 성형할 뿐만 아니라 그 성형된 2개의 반부 쉘(3,4)들을 각각 소정 길이로 절단해야 하므로, 반부 쉘(3,4)의 생산성 자체가 나쁘다는 문제점이 있다.

또한, 2개의 반부 쉘(3,4)을 각각 생산한 이후 외부 튜브(1)의 내부에 조립하는데, 이 경우 2개의 반부 쉘(3,4)이 서로 마주보게 정렬된 상태를 유지하기가 매우 어려워서 열교환관(즉, 열교환기 튜브)의 생산성 역시 나쁘다는 문제점이 있다.

또한, 2개의 반부 쉘(3,4)이 서로 완전히 분리된 상태로 제공되므로, 그 양측 접속부 모두를 통해 누설의 위험성이 존재하게 된다. 기밀성이 나쁘면 고온의 연소가스가 응축되면서 발생한 응축수의 누설 위험이 있다.

종래기술에서는 홈형 리세스(7)와 리브형 돌기(8)를 구비하고 있어서, 비록 이들이 서로 맞물리면 어느 정도 기밀성이 향상되기는 하지만, 이러한 경우에도 양측 모두의 틈새에서 누설의 위험성이 존재하는 것이 사실이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 2개의 반부 쉘이 서로 접하는 양측 단부 중 일측 단부가 연결되도록 일체로 성형함에 따라 생산성이 향상되는 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀 및 그를 포함한 열교환관을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 이상과 같이 2개의 반부 쉘의 일단부가 서로 일체로 성형되어 있기 때문에, 적어도 그 연결부를 통해서는 응축수가 누설되는 것을 완전히 방지할 수 있는 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀 및 그를 포함한 열교환관을 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀은 반 원통 형상으로 이루어진 제1 반부 쉘과; 상기 제1 반부 쉘의 내주면으로부터 내측 공간부를 향해 연장된 제1 리브와; 반 원통 형상으로 이루어지고, 상기 제1 반부 쉘과 마주보게 결합되면 유체가 통과하는 원통 형상이 되며, 원주 방향의 일측 단부가 상기 제1 반부 쉘과 일체로 연결되어 있는 제2 반부 쉘; 및 상기 제2 반부 쉘의 내주면으로부터 내측 공간부를 향해 연장된 제2 리브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 리브는 복수개이고, 상기 제1 리브들의 단부를 가상의 선으로 차례로 연결하면 'S'자 형상을 이루도록 상기 제1 리브의 길이가 각각 조절되어 있고, 상기 제2 리브는 복수개이고, 상기 제2 리브들의 단부를 가상의 선으로 차례로 연결하면 'S'자 형상을 이루도록 상기 제2 리브의 길이가 각각 조절되어 있으며, 상기 제1 리브의 단부와 제2 리브의 단부는 서로 이격되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 반부 쉘과 제2 반부 쉘이 일체로 연결되어 있지 않은 상기 제1 반부 쉘의 타측 단부에는 제1 요철이 형성되어 있고, 상기 제1 반부 쉘과 제2 반부 쉘이 일체로 연결되어 있지 않은 상기 제2 반부 쉘의 타측 단부에는 제2 요철이 형성되어 있으며, 상기 제1 요철과 제2 요철은 서로 맞물리도록 끼워져 밀착되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 반부 쉘과 제2 반부 쉘은 연결부를 통해 일체로 연결되고, 상기 연결부에는 상기 제1 반부 쉘과 제2 반부 쉘을 오므리는 것을 안내하는 절곡홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 열교환관은 이상과 같은 열교환핀 및 원통 형상으로 이루어진 외관을 포함하되, 원통 형상의 상기 열교환핀이 상기 외관의 내주면에 접하도록 조립되어 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 외관 중 상기 열교환핀의 길이 방향 양단부에 해당하는 부분에는 각각 내부를 향해 돌출된 걸림 돌기가 형성되어 있어서, 상기 열교환핀이 상기 외관으로부터 이탈되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 제1 반부 쉘의 일측 단부와 제2 반부 쉘의 일측 단부가 연결되게 일체로 성형된다. 따라서, 열교환핀은 물론 열교환관의 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명은 일측 단부가 일체로 성형되어 있어서 그 부분의 기밀성에 완전을 기한다. 따라서, 적어도 일측 단부를 통해서는 응축수가 누설되는 것을 완전히 방지한다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환관(열교환 튜브)를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환관을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀을 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열교환관 제조방법을 나타낸 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀 및 그를 포함한 열교환관에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 열교환관(20, P)에 대해 전체적으로 설명한다. 본 발명에 따른 열교환관(20, P)은 원통 형상으로 이루어진 외관(outer pipe)(P) 및 상기 외관(P)의 내측에 삽입된 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀(20)(이하, '열교환핀'이라 함)을 포함한다.

열교환핀(20)의 외주면과 외관(P)의 내주면은 서로 완전히 밀착되게 조립된다. 외관(P)은 강과 같은 금속재질로 이루어지고, 열교환핀(20)은 알루미늄과 같은 금속재질로 이루어진다. 따라서, 열교환핀(20) 내부를 통과하는 제1 유체와 외관(P)의 표면을 통과하는 제2 유체 사이에 열교환이 이루어진다.

예컨대, 버너(미도시)에서 연료를 연소시켜 발생한 고온의 연소가스가 열교환핀(20)의 내부를 통해 유동하고 외관(P)의 표면에 저온의 직수가 접촉하는 경우, 고온의 연소가스와 저온의 직수 사이에 열교환이 이루어진다. 가열된 직수는 온수나 난방수 등으로 사용된다.

또한, 외관(P)의 전체 길이 중 열교환핀(20)의 길이 방향 양단부에 해당하는 부분에는 각각 내부를 향해 돌출된 걸림 돌기(G)가 형성되어 있다. 따라서, 열교환핀(20)이 외관(P)으로부터 이탈되는 것을 방지한다. 이는 장시간 사용시 진동이나 자중에 의해 열교환핀(20)이 이탈되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열교환핀(20)은 제1 반부 쉘(21)(half shell) 및 상기 제1 반부 쉘(21)에 일체로 연결된 제2 반부 쉘(22)을 포함한다. 제1 반부 쉘(21)의 내주면에는 제1 리브(21a)가 구비되어 있고, 제2 반부 쉘(22)의 내주면에는 제2 리브(22a)가 구비되어 있다.

제1 리브(21a)는 제1 반부 쉘(21) 내주면에 일체로 성형되고, 제2 리브(22a)는 제2 반부 쉘(22)의 내주면에 일체로 성형된다. 특히, 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)은 일단이 서로 연결되도록 일체로 성형된다. 성형 방식은 보통 압출 성형 방식이 사용된다.

제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)은 몸체 역할을 하고, 제1 리브(21a)와 제2 리브(22a)는 표면적을 넓혀서 열교환율을 높이는 목적으로 사용된다. 이 점에서 제1 리브(21a)와 제2 리브(22a)의 표면에는 복수개의 요철이 형성되어 더욱 표면적을 넓힌다.

도 3의 (a)와 같이 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)은 각각 원통을 길이 방향으로 자른 반 원통(semicylinder) 형상으로 이루어져 있다. 아울러, 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)은 원주 방향의 일측 단부가 서로 연결되어 있다. 즉, 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)은 연결부(23)를 통해 일체로 연결된다.

따라서, 도 3의 (b)와 같이 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)을 연결부(23)를 회동 중심선으로 하여 회동시켜 오므리면, 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)이 원통 형상을 구성한다. 이와 같은 원통 형상의 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)의 내부를 통해 고온의 연소가스와 같은 유체가 유동한다.

또한, 제1 리브(21a)는 제1 반부 쉘(21)의 내주면으로부터 내측 공간부를 향해 연장되게 성형되어 있고, 제2 리브(22a)는 제2 반부 쉘(22)의 내주면으로부터 내측 공간부를 향해 연장되게 성형되어 있다. 이때, 표면적을 늘려 열교환율을 높이도록 핀(fin) 형상의 제1 리브(21a)와 제2 리브(22a)는 각각 복수개 구비된다.

특히, 본 발명은 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)이 일체로 연결되는 연결부(23)에 절곡홈(23a)이 형성되어 있다. 따라서, 도 3의 (a)와 같이 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)이 서로 벌어진 상태에서 도 3의 (b)와 같이 쉽게 오므릴 수 있다.

상기 절곡홈(23a)은 도시된 바와 같이 연결부(23)의 내측에 단면이 'V'자인 형상으로 파여 있어서 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)을 결합시 쉽게 오므릴 수 있도록 안내하며, 쉽게 오므릴 수만 있으면 그 외 다양한 형상의 홈도 사용이 가능하다.

또한, 도 3에서는 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)의 타측 단부(21b, 22b)(즉, 연결부의 반대측)가 각각 편평한 것을 예로 들었다. 그러나, 제1 반부 쉘(21)의 타측 단부(21b)에는 제1 요철을 형성하고, 제2 반부 쉘(22)의 타측 단부(22b)에는 제1 요철에 맞물리는 제2 요철을 형성할 수 있다.

제1 요철과 제2 요철을 더 포함하면 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)의 타측 단부(21b, 22b)는 제1 요철과 제2 요철에 의해 서로 맞물려 밀착되므로 연소가스가 응축되면서 생성된 응축수 등의 누설을 월등히 감소시킨다. 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)의 일측 단부는 성형시부터 서로 일체로 연결되어 있어서 응축수 등이 누설되는 것을 완전히 방지한다.

또한, 본 발명은 제1 리브(21a)들의 단부와 제2 리브(22a)들의 단부를 가상의 선으로 차례로 연결하면 각각 'S'자 형상을 이루도록 제1 리브(21a)들의 길이와 제2 리브(22a)들의 길이가 각각 조절되어 있다. 서로 마주보는 제1 리브(21a)의 단부와 제2 리브(22a)의 단부는 서로 접촉하지 않도록 이격되어 있다.

따라서, 종래에는 열교환기 튜브의 리브(도 1의 5 참조)들이 빗(comb)과 같은 형상으로 이루어져 있어서 유체의 유동이 단조로웠던 것에 비해, 본 발명은 'S'자 형상의 유동부를 더 포함하게 되어 유체의 요동이 커진다.

아울러, 고온의 연소가스와 같은 유체가 제1 리브(21a)나 제2 리브(22a)와 접촉하는 열접촉량이 늘어남에 따라 외관(P)으로의 열전달량이 늘어난다. 따라서, 외관(P)의 외측에 배치된 직수 등과의 열교환 효율을 높인다.

이상과 같이 본 발명은 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)이 연결부(23)를 기준으로 하나로 연결되어 있어서 열교환핀(20) 자체를 성형하기가 쉽다. 압출 성형시 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)을 한 번에 작업할 수 있기 때문이다.

또한, 종래에는 제1 반부 쉘(도 1의 3)과 제2 반부 쉘(도 1의 4)이 서로 완전히 분리되어 있어서 제1 반부 쉘(3)과 제2 반부 쉘(4)을 각각 한 번씩 총 2번 절단해야 함에 비해, 본 발명은 성형된 열교환핀(20)을 적정한 길이로 제조시 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)을 한 번에 절단한다.

또한, 본 발명은 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)이 서로 연결되어 있기 때문에 열교환핀(20)을 외관(P)의 내측으로 삽입하기 편리하고 생산성이 향상된다. 종래에는 제1 반부 쉘(3)과 제2 반부 쉘(4)이 분리되어 있어서 서로 마주보도록 잡은 상태를 유지하면서 외관(도 1의 1)에 삽입하는 것 자체가 어렵다. 아울러, 삽입시 제1 반부 쉘(3)과 제2 반부 쉘(4)이 서로 어긋나는 문제도 있다.

또한, 본 발명은 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)이 연결부(23)를 통해 일체로 성형되므로, 적어도 연결부(23)를 통해서는 응축수가 외부로 누수되지 않는다. 응축수는 산성이므로 누출시 환경오염 등을 유발하므로 응축수의 누수 방지는 매우 중요하다.

이하, 본 발명에 따른 열교환관(20, P)의 제조방법에 대해 설명한다.

먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열교환관의 제조를 위해 받침대(T, T')를 준비한다. 받침대(T, T')는 하부 받침대(T) 및 상기 하부 받침대(T) 위에 고정되어 있는 상부 받침대(T')로 이루어진다.

상부 받침대(T')는 서로 결합된 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)을 갖는 열교환핀(20)의 직경과 동일한 크기를 갖고 있어서 그 위에 열교환핀(20)이 놓이고, 하부 받침대(T)는 상부 받침대(T')보다 직경이 커서 외관(P)이 놓인다.

다음, 도 4의 (b)와 같이, 열교환핀(20)을 상부 받침대(T') 위에 세워 놓는다.

다음, 도 4의 (c)와 같이 하부 받침대 위에 원형(prototype)의 외관(P')을 세워놓아 그 내측에 열교환핀(20)이 배치되게 한다. 가공 전 상태인 원형의 외관(P')은 열교환핀(20) 보다 직경이 커서 열교환핀(20)의 상단부를 통해 끼워 넣을 수 있다.

다음, 도 4의 (d)와 같이 하부 내측에는 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼부가 구비되고 상기 테이퍼부의 상부에는 가압부를 구비한 다이스 금형(D)을 외관(P)의 상측에 배치한다.

다음, 도 4의 (e)와 같이, 다이스 금형(D)을 하강시켜 다이스 금형(D) 내부에 원형의 외관(P')이 끼워지도록 한 상태에서 하측으로 밀어내려 가압부로 원형의 외관(P')을 가압한다.

따라서, 원형의 외관(P')이 수축되면서 제작된 외관(P)의 내주면이 열교환핀(20)의 외주면에 밀착되므로 간단하게 열교환관(20, P)을 제조한다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

21: 제1 반부 쉘
21a: 제1 리브
21b: (제1 반부 쉘의) 타측 단부
22: 제2 반부 쉘
22a: 제2 리브
22b: (제2 반부 쉘의) 타측 단부
P: 외관
G: 걸림 돌기
T, T': 테이블
D: 다이스 금형

Claims

반 원통 형상으로 이루어진 제1 반부 쉘(21)과;
상기 제1 반부 쉘(21)의 내주면으로부터 내측 공간부를 향해 연장된 제1 리브(21a)와;
반 원통 형상으로 이루어지고, 상기 제1 반부 쉘(21)과 마주보게 결합되면 유체가 통과하는 원통 형상이 되며, 원주 방향의 일측 단부가 상기 제1 반부 쉘(21)과 일체로 연결되어 있는 제2 반부 쉘(22); 및
상기 제2 반부 쉘(22)의 내주면으로부터 내측 공간부를 향해 연장된 제2 리브(22a);를 포함하되,
일측 단부가 서로 연결된 상기 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)은 일체로 압출 성형되고,
상기 제1 리브(21a)는 복수개이고, 상기 제1 리브(21a)들의 단부를 가상의 선으로 차례로 연결하면 'S'자 형상을 이루도록 상기 제1 리브(21a)의 길이가 각각 조절되어 있고,
상기 제2 리브(22a)는 복수개이고, 상기 제2 리브(22a)들의 단부를 가상의 선으로 차례로 연결하면 'S'자 형상을 이루도록 상기 제2 리브(22a)의 길이가 각각 조절되어 있고,
상기 제1 리브(21a)의 단부와 제2 리브(22a)의 단부는 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀(20).
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)이 일체로 연결되어 있지 않은 상기 제1 반부 쉘(21)의 타측 단부에는 제1 요철이 형성되어 있고,
상기 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)이 일체로 연결되어 있지 않은 상기 제2 반부 쉘(22)의 타측 단부에는 제2 요철이 형성되어 있으며,
상기 제1 요철과 제2 요철은 서로 맞물리도록 끼워져 밀착되는 것을 특징으로 하는 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀(20).
제1항에 있어서,
상기 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)은 연결부(23)를 통해 일체로 연결되고,
상기 연결부(23)에는 상기 제1 반부 쉘(21)과 제2 반부 쉘(22)을 오므리는 것을 안내하는 절곡홈(23a)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2개의 반부 쉘이 일체로 연결된 열교환핀(20).
상기 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 하나와 같은 열교환핀(20) 및 원통 형상으로 이루어진 외관(P)(outer pipe)을 포함하는 열교환관에 있어서,
원통 형상의 상기 열교환핀(20)이 상기 외관(P)의 내주면에 접하도록 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환관.
제5항에 있어서,
상기 외관(P) 중 상기 열교환핀(20)의 길이 방향 양단부에 해당하는 부분에는 각각 내부를 향해 돌출된 걸림 돌기가 형성되어 있어서, 상기 열교환핀(20)이 상기 외관(P)으로부터 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 열교환관.