KR101438350B1

KR101438350B1 - 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물

Info

Publication number: KR101438350B1
Application number: KR1020130045108A
Authority: KR
Inventors: 박대웅; 허전
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2014-09-04
Also published as: WO2014175611A1

Abstract

본 발명은 열교환 튜브에 삽입되는 난류 촉진 구조물의 양단에 직선으로 이어지고 상기 튜브의 내경보다 작은 폭을 가지는 직선구간; 상기 직선구간의 좌우 양단 상향으로 2mm 내지 4mm의 높이로 형성된 상방향날개; 상기 난류 촉진 구조물을 상기 열교환 튜브에 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 열교환 튜브의 삽입 방향으로 상기 상방향날개에 라운딩 형성된 라운딩부; 및 상방향날개보다 안쪽 하향으로 2mm 내지 4mm의 높이로 형성된 하방향날개; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서 구조물 양 끝단에 직선구간과 상방향 또는 하방향의 날개를 형성함으로써 튜브와 접촉될 수 있는 면적을 확보하여 구조물은 튜브 내부에 안정적으로 접합시킬 수 있고, 튜브 삽입 시 미세한 비틀림에도 구조물이 회전하는 조립상의 불량을 방지할 수 있게 된다.

Description

열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물{Advanced vortex flow generating tube for heat exchanger}

본 발명은 열교환 튜브에 삽입되는 난류 구조물에 관한 것으로, 구체적으로는 열교환 튜브에 삽입되는 난류 구조물의 양단에 날개를 형성하여 안정적인 내구성 및 향상된 결합 용이성을 제공하는 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물에 관한 것이다.

일반적으로 난방장치는 연소에 의한 고온과 난방수 간의 열교환이 이루어지는 열교환기를 구비함으로써 가열된 난방수를 이용하여 난방을 수행하거나 온수를 공급하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 핀-튜브 방식의 열교환기는 난방수가 흐르는 튜브(10)와 그 표면에서 고온의 열을 흡수하는 전열핀(20)이 결합된 구조로 이루어져 있다.

따라서 상기 도시된 핀-튜브 방식의 열교환기는 원형 또는 타원형을 갖는 다수의 튜브(10)와 상기 튜브(10)의 외측면에 다수의 전열핀(20)이 일정 간격으로 결합되어 있다. 상기 전열핀(20)에는 상기 튜브(10)의 형상에 대응되는 다수의 튜브삽입구멍이 형성되어 있어 상기 튜브삽입구멍으로 상기 튜브(10)가 삽입되고, 용접으로 서로 결합된다.

이 경우 엔드플레이트(40)에 상기 튜브(10)의 양 끝단이 접하도록 상기 튜브 형상의 삽입구멍이 형성되어 상기 튜브(10)를 삽입한 후 용접으로 서로 결합된다.

이 후 상기 엔드플레이트(40) 외측으로는 유로캡(50)이 접합되어 난방수의 유로를 형성함으로 열교환을 진행 할 수 있게 된다.

일반적인 난방장치에서 열교환기는 단방향으로 가열되기 때문에 내부의 난방수가 국부적으로만 가열된다. 따라서 집중적으로 가열된 부분에서 기포가 발생하여 비등이 발생할 수 있는 문제점을 방지하기 위하여 통상적으로 상기 튜브(10) 내부 난방수 유로의 난류를 촉진시키기 위한 구조물(60)이 삽입되어 상기 난류로 인한 열교환효율의 향상 및 비등 방지를 기대할 수 있는 것이다.

이러한 난류 촉진 구조물은 도 2에 도시된 바와 같이 대표적으로 코일형(70), 선형(80), 트위스트형(90)의 세 종류가 있다.

상기 코일형(70)과 선형(80)의 난류 촉진 구조물의 경우 구조물 각각의 끝단에서 다수의 와류가 형성되어 난류가 촉진되나, 압력손실 증가되는 단점이 있다.

반면 상기 트위스트형(90)의 경우 전체적인 난방수 흐름 자체가 와류형태를 띄게 되어 타 형태에 비해 압력손실이 작다.

하지만 상기한 트위스트형(90) 난류 촉진용 구조물을 튜브 내에 삽입하였을 경우 견고하게 고정되지 아니하면 난방수 흐름에 따라 구조물이 움직이게 되어 소음이나 내구성 저하등의 다른 문제가 야기 될 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 원형 또는 타원형의 튜브 내에 트위스트 형태의 난류촉진 구조물을 안정적으로 삽입 및 접합하고, 원형 또는 타원형 튜브와의 접촉면을 만들기 위해 트위스트 형태의 난류촉진 구조물 양 끝단에 좌/우로 날개를 형성하게 하여, 난류 구조 촉진물의 미세한 비틀림에도 구조물이 회전하여 접촉면을 형성하지 못하게 되는 것을 방지하고자 함에 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 열교환 튜브에 삽입되는 난류 촉진 구조물의 양단에 직선으로 이어지고 상기 튜브의 내경보다 작은 폭을 가지는 직선구간; 상기 직선구간의 좌우 양단 상향으로 2mm 내지 4mm의 높이로 형성된 상방향날개; 상기 난류 촉진 구조물을 상기 열교환 튜브에 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 열교환 튜브의 삽입 방향으로 상기 상방향날개에 라운딩 형성된 라운딩부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 직선구간은 상기 열교환 튜브의 내경보다 0.3mm 내지 0.7mm의 작은 폭을 가지고, 15mm 내지 25mm의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 상방향날개는 상기 열교환 튜브 내에 삽입 시 작은 힘으로도 쉽게 조립될 수 있도록 일단에 내측으로 구부러진 밴딩부; 가 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 밴딩부는 그 길이가 2mm 내지 3mm로 형성되며, 내측으로 5 내지 45도 각으로 구부러진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 직선구간은 좌우 양단에 상방향날개보다 안쪽 하향으로 2mm 내지 4mm의 높이로 형성된 하방향날개; 가 구성되고, 상기 하방향날개는 양단에 내측으로 구부러져 형성된 밴딩부; 가 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 밴딩부는 2mm 내지 3mm 길이를 갖으며 내측으로 5 내지 45도 각으로 구부러진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 상방향날개는 상측부분의 폭이 상기 난류 촉진 구조물의 폭보다 외측으로 0.1mm 내지 0.6mm 크게 경사지도록 각이 조절된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 하방향날개는 하측부분의 폭이 상기 난류 촉진 구조물의 폭보다 외측으로 0.1mm 내지 0.6mm 크게 경사지도록 각이 조절된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물에 의하면, 구조물 양 끝단에 직선구간과 상방향 또는 하방향의 날개를 형성함으로써 튜브와 접촉될 수 있는 면적을 확보하여 구조물은 튜브 내부에 안정적으로 접합시킬 수 있고, 튜브 삽입 시 미세한 비틀림에도 구조물이 회전하는 조립상의 불량을 방지할 수 있게 된다.

또한 트위스트형 난류촉진 구조물의 폭보다 큰 경사진 형상의 날개를 구성함으로써 튜브에 의해 날개가 미세하게 눌려진 고정상태를 유지하여 접합을 위한 가조립 상태에서의 움직임에도 그 접촉을 유지할 수 있게 된다.

또한 상기 상방향 날개와 하방향날개에 2차 날개를 구성하여 구조물 중심방향으로 2차 밴딩형상을 구성함으로써 튜브 내에 삽입 시 작은 힘으로도 쉽게 조립될 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 핀-튜브 방식의 열교환기의 개략도
도 2는 튜브 및 튜브에 삽입된 난류 촉진 구조물을 도시한 단면도
도 3은 본 발명에 의한 개선된 난류 촉진 구조물을 도시한 사시도
도 4는 본 발명에 의한 난류 촉진 구조물의 상방향날개롤 도시한 사시도
도 5는 본 발명에 의한 난류 촉진 구조물의 하방향날개를 도시한 사시도
도 6은 본 발명에 의한 난류 촉진 구조물이 튜브에 삽입된 모습을 도시한 정면도

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물은 열교환 튜브(10)에 삽입되는 트위스트형 난류 촉진 구조물(100)의 일단에서 이어지고 상기 튜브(10)의 내경보다 0.3mm 내지 0.7mm의 작은 폭을 가지며 15mm 내지 25mm의 길이를 가지는 직선구간(110); 상기 직선구간(110)의 좌우 양단에 2mm 내지 4mm의 높이로 형성된 상방향날개(200); 로 구성되어 있다.

상기 열교환 튜브(10)에 상기 난류 촉진 구조물(100)을 삽입 후, 상기 난류 촉진 구조물(100)의 끝단에 직선구간(110)과 상방향날개(200)를 형성함으로써 상기 열교환 튜브(10)와 접촉될 수 있는 면적을 확보하여 상기 구조물을 튜브 내부에 안정적으로 용접으로 접합시킬 수 있게 된다.

이 경우 상기 상방향날개(200)의 상기 열교환 튜브(10)의 삽입 방향으로 라운딩된 라운딩부(201)를 구성하여 상기 난류촉진 구조물(100)을 상기 열교환 튜브(10)에 용이하게 삽입할 수 있다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 상방향날개(200)의 일단을 2mm 내지 3mm 길이로 내측으로 5 내지 45도 각으로 구부러진 밴딩부(202)를 구성하여 상기 열교환 튜브(10) 내에 삽입 시 작은 힘으로도 쉽게 조립될 수 있게 된다.

원형 또는 타원형의 튜브 내에 트위스트 형태의 난류촉진 구조물을 안정적으로 삽입 및 접합하고, 원형 또는 타원형 튜브와의 접촉면을 만들기 위해 트위스트 형태의 난류촉진 구조물 양 끝단에 좌/우로 날개를 형성하게 될 때, 형성된 날개가 상방향으로만 구성되게 하면 튜브에 삽입 시 미세한 비틀림에도 구조물이 회전하여 접촉면을 형성하지 못하게 된다.

따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 직선구간(100)에서 상방향날개(200)보다 안쪽으로 그리고 하향으로 2mm 내지 4mm의 높이로 형성된 하방향날개(300);가 구비될 수 있다.

이 경우 상기 하방향날개(300)의 양단에는 2mm 내지 3mm 길이로 내측으로 5 내지 45도 각으로 구부러진 밴딩부(301)가 구비된다.

그러나 특히 타원형의 열교환 튜브에서는 상기 난류촉진 구조물(100)을 삽입 한 후 가조립 상태에서 용접 접합 시 상기 난류촉진 구조물(100)의 이탈 현상으로 말미암아 정확한 위치에서의 용접이 힘들어진다.

따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 상방향날개(200)의 상측부분이 상기 난류촉진구조물의 폭보다 0.1mm 내지 0.6mm의 미세한 정도로 크게 유지되도록 각도를 조절하고, 상기 하방향날개(300)의 하측부분이 상기 난류촉진구조물의 폭보다 0.1mm 내지 0.6mm의 미세한 정도로 크게 유지되도록 각도를 조절하여, 상기 열교환 튜브(10)에 의해 상기 상방향날개(200)가 미세하게 눌려진 고정상태를 유지하여 용접 접합을 위한 가조립 상태에서의 움직임에도 그 접촉을 유지되어 접합의 용이성을 갖게 될 수 있다.

따라서 상기 난류 촉진 구조물의 한 쪽 끝단에 상방향 날개(300)와 하방향 날개(301)를 동시에 갖는 것으로 구성하여 가조립 상태에서의 움직임에도 그 접촉을 상기 상방향날개(200)와 이중으로 유지되어 접합의 용이성이 향상되고, 상기 열교환 튜브(10)와 접촉될 수 있는 면적을 더욱 확보하여 튜브 삽입 시 미세한 비틀림에도 구조물이 회전하는 조립상의 불량을 방지하고, 상기 구조물을 튜브 내부에 안정적으로 용접으로 접합시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명에 의한 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 열교환 튜브 20 : 전열핀
40 : 엔드플레이트 50 : 유로캡
60 : 난류 촉진 구조물 70 : 코일형 난류 촉진 구조물
80 : 선형 난류 촉진 구조물 90 : 트위스트형 난류 촉진 구조물
100 : 난류 촉진 구조물 110 : 직선구간
200 : 상방향날개 201 : 라운딩부
202 : 밴딩부 300 : 하방향날개
301 : 밴딩부

Claims

타원형의 열교환 튜브(10)에 삽입되는 난류 촉진 구조물(100)의 양단에 직선으로 이어지고 상기 타원형의 열교환 튜브(10)의 내경보다 작은 폭을 가지는 직선구간(110);
상기 직선구간(110)의 좌우 양단 상향으로 2mm 내지 4mm의 높이로 형성된 상방향날개(200);
상기 난류 촉진 구조물(100)을 상기 타원형의 열교환 튜브(10)에 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 타원형의 열교환 튜브(10)의 삽입 방향으로 상기 상방향날개(200)에 라운딩 형성된 라운딩부(201);
상기 직선구간(110)의 좌우 양단에 상방향날개(200)보다 안쪽 하향으로 2mm 내지 4mm의 높이로 형성된 하방향날개(300);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 직선구간(110)은,
상기 열교환 튜브(10)의 내경보다 0.3mm 내지 0.7mm의 작은 폭을 가지고, 15mm 내지 25mm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 상방향날개(200)는,
상기 열교환 튜브(10) 내에 삽입 시 작은 힘으로도 쉽게 조립될 수 있도록 일단에 내측으로 구부러진 밴딩부(202); 가 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물.
청구항 3에 있어서,
상기 밴딩부(202)는,
그 길이가 2mm 내지 3mm로 형성되며, 내측으로 5 내지 45도 각으로 구부러진 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 하방향날개(300)는,
양단에 내측으로 구부러져 형성된 밴딩부(301);
가 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물.
청구항 5에 있어서,
상기 밴딩부(301)는,
2mm 내지 3mm 길이를 갖으며 내측으로 5 내지 45도 각으로 구부러진 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 상방향날개(200)는,
상측부분의 폭이 상기 난류 촉진 구조물(100)의 폭보다 외측으로 0.1mm 내지 0.6mm 크게 경사지도록 각이 조절되고,
상기 하방향날개(300)는,
하측부분의 폭이 상기 난류 촉진 구조물(100)의 폭보다 외측으로 0.1mm 내지 0.6mm 크게 경사지도록 각이 조절된 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브에 삽입되는 개선된 난류 촉진 구조물.
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