KR101550212B1

KR101550212B1 - 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기

Info

Publication number: KR101550212B1
Application number: KR1020140049519A
Authority: KR
Inventors: 이승복
Original assignee: (주)한국이에스테크
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2015-09-07

Abstract

본 발명은 플레이트핀, L핀 등 튜브를 지지하는 다리가 구성된 핀에 있어서, 상기 다리에 유입되는 가스와 직접적으로 튜브가 노출될 수 있도록 노출홀을 구성함으로써 열교환효율을 증대시키고 핀의 재질을 스테인레스로 구성하여 고강성 및 고내구성이 발현되도록 하며, 상기 튜브와 핀의 외면을 각각 법랑층으로 코팅하여 상호 열교환 시의 열손실을 방지함과 더불어 급변하는 온도에 따른 변형에 내구성을 향상시킬 수 있는 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 튜브; 상기 튜브가 관통하며, 상기 튜브를 감싸는 다리가 형성되되, 상기 다리에는 복수의 노출홀이 형성되는 핀; 및 상기 튜브 및 핀 외면에 각각 코팅되는 법랑층;을 포함하는 것이 특징이다.

Description

법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기{PIN ＆ TUBE TYPE HEAT EXCHANGER HAVING PORCELAIN ENAMEL COAT}

본 발명은 핀앤튜브 타입 열교환기에 관한 것으로, 플레이트핀, L핀 등 튜브를 지지하는 다리가 구성된 핀에 있어서, 상기 다리에 유입되는 가스와 직접적으로 튜브가 노출될 수 있도록 노출홀을 구성함으로써 열교환효율을 증대시키고 핀의 재질을 스테인레스로 구성하여 고강성 및 고내구성이 발현되도록 하며, 상기 튜브와 핀의 외면을 각각 법랑층으로 코팅하여 상호 열교환 시의 열손실을 방지함과 더불어 급변하는 온도에 따른 변형에 내구성을 향상시킬 수 있는 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 핀앤튜브 타입 열교환기는 통상적인 히트 펌프, 공기 조화기 등에 설치되어 이를 통과하는 외부 공기(가스)와 튜브를 타고 유동하는 열교환매체 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 장치이다.

종래 핀앤튜브 타입 열교환기는 복수의 핀이 소정 간격으로 적층되어 핀 간에 가스가 유입되도록 구성되며, 복수로 적층된 핀을 관통하며 그 내부로 열교환매체가 유동하도록 튜브가 구성된다. 또한 상기 튜브는 다수 회 절곡 성형되며, 상기 핀은 상기 튜브를 통과하는 열교환매체와 핀간으로 유입되는 가스와 열교환 면적을 넓히도록 상기 튜브에 수직하게 구성된다.

이러한 핀앤튜브 타입 열교환기에 있어 열교환효율을 증대시키기 위해 대한민국 특허등록 제503407호 등에서는 핀에 삽입설치 된 튜브 주위로 절곡부를 형성하도록 하여 튜브 주위로 유입되는 가스가 집중되도록 하여 열교환효율을 증대시키는 기술 등이 제시되고 있다. 그 외에도 일본특허공개 제2009-162406호, 일본특허출원 제1997-48611호 등이 제시되고 있다.

그러나 이러한 기술들은 핀의 형상을 변경함으로써 유입되는 가스의 유동을 튜브 주변부로 집중시켜 효율을 높이고자하는 것으로, 근본적으로 열교환효율에 가장 큰 영향을 주는 핀과 튜브의 조립 및 확관(밀착)과정에서 튜브표면의 조도, 핀과의 접촉부분의 밀착도 등에 따라 핀과 튜브사이의 접촉부분에는 미세한 유격을 형성 할 수 있으며, 이러한 핀과 튜브사이의 접촉부분에서 발생하는 미세한 유격은 열차단부로서 기능을 하여 열교환효율을 저하시키게 되는 것이다. 이는 튜브를 유동하는 열교환매체가 저온이고 핀으로 유입되는 가스가 고온일 경우 핀과 튜브의 밀착도는 더 떨어져 열교환효율을 더욱 저하시키게 되는 것이다.

일반적으로 핀앤튜브 타입 열교환기에 있어 플레이트핀, L핀, LL핀 등은 임베드(G)핀, 고주파핀과 달리 튜브가 핀 간 간격유지를 위하여 핀에 돌출형성된 다리에 내재되어 있다. 이 경우 튜브와 다리 간에 있어 확관, 온도차 등에 의해 다리와 튜브 사이에 유격이 형성되면 열교환효율은 현저히 떨어지는 문제가 있다.

한편 일반적으로 핀앤튜브 타입 열교환기에 있어 핀의 재질로 가공의 용이성, 열전달효율의 우수성 등으로 알루미늄이 사용된다. 그러나 이렇게 알루미늄 재질의 핀이 적층되어 사용되는 경우 그 강성이 약해 작동중 핀의 변형이 발생하거나 도 7에서 보는 바와 같이 고압세척후 핀의 형상이 변형 및 찢김현상 등이 발생되어 가스가 유입되는 유로형성을 방해하는 문제, 이로 인한 열교환효율의 저하문제가 있으며, 바다주변부 등에 사용되는 경우 부식에 의해 가스가 유입되는 유로가 막히거나 구조적 안정성이 저하되어 장소적인 제약이 있는 문제가 있다.

뿐만 아니라, 종래 열교환기의 경우 앞서 설명한 바와 같이 열손실을 방지하기 위하여 그 재질을 금속 내지 합금 등으로 구성하고 있으나 금속 특성상 외부에 노출되는 경우 다양한 환경 변화에 따라 변질 또는 변형이 발생할 수 있어 그 수명을 저하시키는 요인으로 작용한다.

이에 강판 표면에 도장층을 도포하여 강판을 외부 환경으로부터 보호하였으나, 열교환기의 열교환에 따라 강판에 반복적인 팽창과 수축이 발생함으로써 도장층이 강판으로부터 박리되거나 파손되며, 상기 박리 내지 파손되는 부위가 노출되어 이 역시 상기 문제점을 극복하기 어려운 문제점이 있었다.

대한민국 특허등록 제503407호 일본특허공개 제2009-162406호 일본특허출원 제1997-48611호

이에 본 발명은, 튜브와 핀의 접촉부분 즉 다리부분의 형상변형을 통해 열전달효율을 증대시키며, 핀의 재질을 통해 고강성 및 고내구성이 발현되도록 하는 핀앤튜브 타입 열교환기를 제공하고자 함이다.

또한, 금속제로 구성되는 튜브 및 핀 등의 표면에 도장층을 형성하여 물리적 특성을 강화하여 외부 환경에 대응할 수 있는 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기를 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기는 복수의 튜브; 상기 튜브가 관통하며, 상기 튜브를 감싸는 다리가 형성되되, 상기 다리에는 복수의 노출홀이 형성되는 핀; 및 상기 튜브 및 핀 외면에 각각 코팅되는 법랑층;을 포함하는 것을 특징이다. 즉 본 발명의 경우는 플레이트핀, L핀, LL핀 등 다리를 형성하는 핀타입에 있어서, 상기 다리에 핀으로 유입되는 가스에 상기 튜브가 노출되도록 하는 노출홀을 형성시킴으로써 상기 튜브의 직접적인 노출에 의해 열교환효율을 증대시킬 뿐 아니라 다리와 튜브에 이격이 발생하더라도 열차단부로서 기능을 하지 않도록 하여 열교환효율을 극대화시킴은 물론 튜브 및 핀 표면에 법랑층을 형성하여 열변형에 대응하는 물리적 특성을 강화하도록 하는 것이다.

여기서 상기 법랑층은 상기 튜브 및 핀의 외면에 각각 적층되는 오일층 및 상기 오일층 상부면에 도포되며 프리트, 안료 및 실리콘계 오일이 첨가되어 건식분쇄된 유약층을 포함하며, 상기 유약층의 도포 후 소성 가공하여 형성되는 것이 특징이다.

본 발명의 일 예로써, 상기 유약층의 프리트는 이산화규소 100중량부에 대해 산화붕소 20 내지 30중량부, 산화나트륨 20 내지 30중량부, 산화칼슘 5 내지 10중량부를 포함하여 구성됨이 타당하다.

이에 더하여 상기 유약층의 프리트는, 이산화규소 100중량부에 대해 산화칼륨 1 내지 5 중량부, 산화마그네슘 0.5 내지 2 중량부, 산화아연 1 내지 5 중량부, 산화리튬 1 내지 5 중량부, 이산화망간 1 내지 5 중량부, 산화코발트 0.5 내지 2 중량부, 산화니켈 1 내지 5 중량부, 산화구리 1 내지 5 중량부, 산화스트론튬 0.5 내지 2 중량부, 산화알루미늄 0.5 내지 2 중량부, 삼산화이철 1 내지 5 중량부, 오산화인 0.5 내지 2 중량부, 이산화티타늄 1 내지 5 중량부, 삼산화이크로뮴 0.5 내지 2 중량부, 삼산화몰리브덴 0.5 내지 2 중량부, 이산화세륨 0.5 내지 2 중량부 중 선택된 하나 이상의 산화물이 더 포함되도록 함이 타당하다.

이에 더하여 상기 유약층의 프리트는, 이산화규소 100중량부에 대해 전기로 정련 슬래그 10 내지 20중량부, 염화암모늄(NH₄Cl) 0.05 내지 3중량부 및 프로피온아미드 0.01 내지 0.05중량부가 더 포함되도록 구성됨이 바람직하다.

본 발명의 상기 핀은 스테인레스 재질로 구성하는 것이 바람직하다. 이는 기존의 알루미늄 재질에 의해 핀을 형성하는 경우보다 스테인레스 재질의 경우가 고강성이며 고내구성이어서 운전 및 고압세척에 있어 핀형상의 유지에 더욱 유리함이 있는 것이다. 또한, 본 발명의 경우는 다리에 노출홀을 형성함에 따라 강성이 저하될 수 있는 문제를 스테인레스 재질로 구성함으로써 이를 해결하는 것이다. 예로 핀을 기존의 알루미늄 재질로 사용하는 경우 청소시 고압세척에 의해 핀의 변형, 다리의 좌굴 등의 문제가 있었으나, 고강도의 스테인레스 재질로 핀을 구성함에 따라 이러한 문제가 해결되는 것이다.

여기서 고강성이라함은 적층된 핀이 하중에 의해 핀의 형상(절곡형상)의 변형, 다리 등이 변형됨에 대한 저항성, 고압청소시 압에 대한 저항성 등을 총칭하는 개념이며, 고내구성이라함은 부식에 대한 저항성 등을 총칭하는 개념이다.

하나의 예로서 본 발명에 있어, 상기 노출홀은 상기 다리의 끝단에 플랜지 형상으로 구성되는 발 사이에 형성되도록 할 수 있다.

또한, 다른 예로서 상기 노출홀 중 상기 핀으로 유입되는 가스의 유동방향과 대향하는 노출홀은 상기 다리의 끝단에 플랜지 형상으로 구성되는 발 사이에 형성되며, 상기 핀으로 유입되는 가스의 유동방향과 평행한 방향으로 형성된 노출홀은 상기 다리가 컷팅되어 개구된 형상으로 구성되도록 하여 유입되는 가스와 직접적으로 대향하는 부분에는 발이 구성되도록 하여 강성을 유지하도록 하며, 유입되는 가스와 평행한 부분에는 발까지 개구시켜 유입되는 가스와 튜브의 접촉면적을 증대시키는 것이다.

한편 다른 예로서 상기 노출홀은 상기 핀으로 유입되는 가스에 노출되는 순서로 상기 노출홀의 크기가 작아지도록 구성될 수 있다. 이는 유입되는 가스에 상대적으로 접촉면적이 큰 노출홀은 그 크기를 크게 함으로써 튜브와 접촉면적을 크게하여 효율을 향상시키고, 상대적으로 접촉면적이 작은 노출홀은 그 크기를 작게함으로써 다리의 강성이 유지되도록 하는 것이다.

본 발명인 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기는 핀의 형상에 기해 고효율이 달성되며, 핀의 재질에 의해 고강성 및 고내구성이 달성되어 운전의 효율성과 수명연장 등으로 경제성이 달성될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기는 튜브 및 핀의 표면에 법랑층을 형성함으로써 금속표면의 내식성, 내화학성, 내후성 및 내열성 등의 물리적 특성을 강화할 수 있으며 특히 열변형에도 법랑층이 금속표면으로부터 박리되지 않도록 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 개략적 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 평면도.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 본 발명에 있어 노출홀의 실시 예를 나타내는 측단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 평면도.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 본 발명에 있어 노출홀의 실시 예를 나타내는 측단면도.
도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타내는 평면도.
도 7은 종래 알루미늄으로 핀을 구성한 경우를 나타내는 사진.
도 8은 본 발명에 있어 핀을 스테인레스로 구성한 경우를 나타내는 사진.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 법랑층의 코팅 공정을 설명하기 위한 블록도.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 법랑층을 나타내는 단면도.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 개략적 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 평면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 본 발명에 있어 노출홀의 실시 예를 나타내는 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 평면도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 본 발명에 있어 노출홀의 실시 예를 나타내는 측단면도이고, 도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타내는 평면도이다. 그리고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 법랑층의 코팅 공정을 설명하기 위한 블록도이며, 도 10은 본 발명에 일 실시 예에 따른 법랑층을 나타내는 단면도이다.

본 발명의 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기(100)는 도 1에서 보는 바와 같이 복수의 튜브(110)가 복수로 적층된 핀(120)을 관통하도록 하여 상기 튜브(110)로는 열교환매체를 유동시키고, 복수로 적층된 핀(120) 사이로는 가스가 유입되도록 함으로써 가스와 열교환매체간에 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기에 관한 것이다.

도 1의 경우는 플레이트핀 타입을 도시하고 있으나, 도 4에서 보는 바와 같이 L핀 타입의 경우도 적용이 있는 바, 본 발명은 플레이트핀 타입, L핀 타입, 도면에 도시된 바는 없으나 LL핀 타입 등 핀에 다리가 형성되는 구조에는 모두 적용될 수 있는 것이다.

이에 더하여 상기 튜브(110) 및 핀(120) 표면에는 각각 법랑층(200)을 코팅하여, 외부 환경에 노출되는 튜브(110) 및 핀(120)의 내구성을 강화하는 한편 열 손실을 방지하도록 하며, 열교환기 특성상 급변하는 온도에 따른 금속제의 형상 변형에도 대응하도록 한다.

우선, 플레이트핀 타입에 대해 도시하는 도 2에 대해서 설명한다. 도 2에 도시된 예는 도 3a에 도시된 노출홀의 실시 예와 동일한 것이므로 같이 설명한다.

"W"자 형으로 절곡된 핀(120)에는 상기 튜브(110)가 삽입되는 위치에 복수의 다리(130)가 돌출되도록 구성되는 바, 상기 다리(130)에 복수의 노출홀(131)이 형성되어 상기 노출홀(131)에 의해 상기 튜브(110)와 유입되는 가스가 직접적으로 접촉을 하게 되는 것이다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 상기 다리(130)는 노출홀(131), 지지대(132) 및 발(133)로 구성되는 바, 상기 핀(120)에 돌출되는 형상으로 복수의 지지대(132)가 구성되고, 상기 지지대(132)의 사이에 노출홀(131)이 구성되도록 하는 것이다. 상기 지지대(132)의 상단에서 절곡된 플랜지 형상으로 발(133)이 형성되는 바, 도면번호가 도시된 바는 없으나, 상기 핀(120)에는 상기 다리(130)와 연통하는 관통공이 구성되어 상기 튜브(110)가 삽입장착 되도록 하여야 한다.

상기 지지대(132)에 의해 핀(120) 간 적층간격이 유지되며, 이러한 적층간격으로 가스가 유입되도록 하는 것이다. 따라서 상기 지지대(133)는 어느 정도 강성이 유지되어야 하는 바, 기존의 알루미늄 재질로 핀(120)(다리(130) 포함)을 구성하는 경우 충분한 강성이 유지될 수 없어 본 발명에서는 그 재질을 스테인레스로 구성하는 것이 바람직하다.

이하 언급되는 본 발명의 모든 실시 예에서 고강성 및 고내구성이 달성될 수 있도록 그 재질은 스테인레스로 하는 것이 타당하다. 이는 본 발명에 있어 도 8에서 보는 바와 같이 핀(120)을 스테인레스 재질로 구성함에 따라 핀(120)에 형성된 절곡형상이 운전중은 물론 고압에 의한 세척후에도 그 형상에 변형이 없어 가스유로의 형성을 방해하지 않도록 하는 것이며, 또한, 본 발명의 경우 다리(130)에 노출홀(131)을 구성하는 것을 특징으로 하므로 상기 노출홀(131)이 형성되도록 하는 지지대(133)만으로 강성이 유지되도록 하여야 하는 바, 그 재질을 스테인레스로 하는 것이 바람직한 것이다.

상기 발(133)은 복수의 지지대(132)를 연결하는 구성으로 상기 발(133)의 구성에 기해 복수의 지지대(132)가 일정 강성을 유지하도록 보조하게 되는 것이다.

이렇게 구성됨에 의해 상기 다리(130)에는 복수의 노출홀(131)이 형성되어 유입되는 가스가 직접적으로 상기 노출홀(131)에 의해 튜브(110)와 접촉하게 되어 열교환효율이 증대하게 되는 것이며, 핀(120)에 튜브(110)를 삽입한 상태에서 확관 정밀도의 부정확성, 운전과정에서 온도차 등에 의해 발생하는 튜브(110)와 다리(130)간의 유격형성에 의한 열차단부의 발생을 방지하게 되고, 유격이 형성되어도 지지대(132)의 너비가 작아 상기 노출홀(131)과 연통되어버림으로써 열전달이 방해되지 않아 결국 열전단효율이 우수하게 되는 것이다.

한편 도 2 및 도 3a에서는 핀(120)의 형상에 따른 고저에 대해 H1, H2, H3, H4, H5를 표시하고 있는 바, 이에 대해 설명한다.

우선 H1은 핀(120)의 낮은 굴곡 의 산부를 나타내며, H2는 핀(120)의 높은 굴곡의 산부를 나타내고, H3는 튜브(110)주변의 가스압력차를 고려하여 도 2의 H4부분을 H1에 의해 도시되는 핀(120)의 낮은 굴곡의 산부와 H2에 의해 도시되는 핀(120)의 높은 굴곡의 산부 사이로 튜브(110)를 중심으로 가스의 흐름을 원활하게 하기 위함이며, 가스가 H5부분 보다 가스의 흐름이 튜브(110) 뒤측으로 돌아 빠져나갈수 있도록 하기 위한 것이다.

한편 도 3b에서는 본 발명의 일 구성으로 노출홀(131)의 다른 예를 설명한다. 본 실시 예에서 노출홀(131)은 2가지 형태가 제시되는 바, 노출홀(131) 중 상기 핀(120)으로 유입되는 가스의 유동방향과 대향하는 노출홀(131-1)은 상기 다리(130)의 끝단에 플랜지 형상으로 구성되는 발(133) 사이에 형성되며, 상기 핀(120)으로 유입되는 가스의 유동방향과 평행한 방향으로 형성된 노출홀(131-2)은 상기 발(133)이 컷팅되어 개구된 형상으로 구성되도록 하는 것이다.

즉 가스의 유동방향과 대향하는 위치의 노출홀(131-1)의 경우는 도 3a에 도시된 노출홀(131)과 동일한 형상으로 지지대(132)와 지지대(132)를 연결하는 발(133)에 의해 노출홀(131)이 형성되도록 하는 것이며, 가스의 유동방향과 평행한 위치의 노출홀(131-2)의 경우는 지지대(132)만에 의해 개구된 형상으로 노출홀(131)이 구성되는 것이다.

이렇게 구성하는 이유는 유입되는 가스와 직접적으로 대향하는 부분에는 발(133)이 구성되도록 하여 강성을 유지토록 하는 것이며, 유입되는 가스와 평행한 부분에는 발(133)까지 개구시켜 유입되는 가스와 튜브(110)의 접촉면적을 증대시키는 것이다.

한편 도 3c에서는 본 발명의 일 구성으로 노출홀(131)의 다른 예를 설명한다. 도 3a 및 도 3b에서의 노출홀(131)의 형상이 사각형상인데 반해 본 실시 예에서 노출홀(131)은 원형인 것에 차이가 있다. 본 실시 예와 같이 원형상의 노출홀(131)을 구성하는 이유는 노출홀(131)에 의해 열전달효율을 증대시킴은 물론 아치형상의 지지대(132)에 의해 강성을 향상시키고자 함이다. 즉 지지대(132)의 아치작용에 기해 강성이 향상되도록 하는 것이다. 본 실시 예의 경우도 노출홀(131)은 지지대(132)와 발(133) 사이에 구성됨은 도 3a의 경우와 동일하다.

상기에서 언급한 도 3b 및 도 3c에 도시된 실시 예의 경우도 도 3a에 도시된 실시 예와 같이 핀(120) 등의 구성은 동일하므로 그 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 평면도로서, 본 실시 예는 본 발명이 L핀에 적용된 예를 나타내는 것으로, 본 실시 예의 경우도 튜브(110), 핀(110)이 구성되고, 핀(110)에는 노출홀(132)이 구성된 다리(130)가 형성됨은 상기에서 언급한 실시 예들과 동일하다.

단, 본 실시 예의 경우는 핀(110)이 L핀 타입으로 도 2 등의 플레이트핀 타입의 핀(110)과 그 형상의 차이가 있으나, 이는 공지기술이므로 그 설명은 생략한다. 또한, 본 실시 예의 경우는 다리(130)의 구성이 노출홀(131)과 지지대(132)만이 구성되어 도 2 등의 실시 예와 달리 발(133)의 구성이 생략된다.

우선 도 5a에서는 노출홀(131)의 형상이 사각형상으로 지지대(132)만에 의해 노출홀(131)이 구성된 예를 제시한다. 이러한 노출홀(131)에 의해 튜브(110)와 유입되는 가스의 접촉면적을 크게할 수 있으므로 열교환효율이 증대되는 것이다.

그 다음으로 도 5b에 도시된 노출홀(131)은 그 형상이 원형으로서 이 경우도 상기에서 언급한 바와 같이 노출홀(131)에 의해 열교환효율을 증대시킴과 동시에 지지대(132)의 아치형상에 기해 강성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타내는 평면도로서, 본 실시 예의 경우도 플레이트핀 타입에 본 발명을 적용한 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, L핀 타입, LL핀 타입 등 다리가 형성된 핀에는 적용이 가능한 것이다.

본 실시 예에서는 타 구성은 도 2에 도시된 것과 동일하나, 노출홀(131)의 구성에 있어, 노출홀(131)의 위치에 따라 그 크기를 달리하는 점이 다르다. 즉 상기 노출홀(131)은 상기 핀(120)으로 유입되는 가스에 노출되는 순서로 상기 노출홀(131)의 크기가 작아지도록 구성되는 것이다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 노출홀(131) 중에서 유입되는 가스에 처음으로 노출되는 노출홀(131-1), 두 번째로 노출되는 노출홀(131-2) 및 세 번째로 노출되는 노출홀(131-3)에 있어 그 크기(너비)가 처음으로 노출되는 노출홀(131-1)을 가장 크게 구성하고, 점점 작아지도록 하여 세 번째(마지막)로 노출되는 노출홀(131-3)을 가장 작게 구성하도록 하는 것이다.

도 6에서 보면 처음으로 노출되는 노출홀(131-1)의 반경(r1), 두 번째로 노출되는 노출홀(131-2)의 반경(r2), 세 번째로 노출되는 노출홀(131-3)의 반경(r3)이 차례로 작아지도록 구성하는 것이다.

이렇게 구성하는 이유는 유입되는 가스에 상대적으로 접촉면적이 큰 노출홀(131-1)의 크기를 크게 함으로써 열전달효율을 증대시키는 것이며, 상대적으로 유입되는 가스에 접촉면적이 작은 노출홀(131-2, 131-3)은 접촉면적을 작게 하여 지지대(132)의 너비를 크게 하도록 함으로써 강성을 보완하도록 하는 것이다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이 상기 튜브(110) 및 핀(120) 외면에 각각 법랑층(900)을 형성하도록 구성된다.

일반적으로 열교환기 특성상 열교환 시의 손실을 방지하기 위하여 그 재질을 구성함에 있어 다양한 금속 내지 금속 합금이 적용될 수 있다.

본 발명에서는 이러한 금속 재질의 튜브(110) 및 핀(120) 등이 외부 환경에 노출됨에 있어 강판의 내식성, 내화학성, 내후성 기능을 강화와 더불어 내열성 및 내한성의 강점을 갖기 위하여 법랑층(200)을 형성하는 것이다.

이에 더하여 상기 법랑층(200)은 유리질의 유약층을 소성가공함으로써 금속제의 튜브(110) 및 핀(120) 표면에 융착되는 것으로, 이때 전처리 없이 금속판에 법랑밀착성을 확보하여 열변형에 따라 법랑층(200)이 금속판으로부터 박리되지 않도록 하는 것이다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 법랑층(200)은 튜브(110) 및 핀(120) 외면에 각각 적층되는 오일층(210) 및 상기 오일층(210) 상부면에 도포되며 프리트, 안료 및 실리콘계 오일이 첨가되어 건식분쇄된 유약층(220)을 포함하며, 상기 유약층(220)의 도포 후 소성 가공하여 형성될 수 있다.

도 9를 참조하여 상기 법랑층(200)의 코팅 공정을 설명하면, 튜브(110) 및 핀(120)의 각 금속판(300)에 오일층(910)을 형성시키는 단계(S100), 상기 금속판(300)에 형성된 오일층(210)을 물리적으로 제거하는 단계(S200), 프리트(frit), 안료 및 실리콘계 오일을 첨가하여 건식분쇄하여 건식 유약을 제조하는 단계(S300), 제조된 상기 건식유약을 강판에 도포하여 유약층(220)을 형성하는 단계(S400) 및 유약층(220)의 도포 후 소성가공하는 단계(S500)를 포함하여 이루어진다.

상기 금속판에 오일층(210)을 형성시키는 단계(S100)에는 법랑층(200)을 형성하고자 하는 대상 금속판(300)의 표면 즉, 상기 튜브(110) 및 핀(120) 등의 표면에 오일을 도유하여 오일층(210)을 형성하고자 하는 것으로, 이러한 오일층(210)은 기본적인 금속판(300)의 부식을 방지하거나 성형성을 향상시키기 위한 것이다.

그리고, 상기 금속판(300)에 형성된 오일층(210)을 물리적으로 제거하는 단계(S200)에는 종래의 전처리 예를 들면, 산 세척 내지 니켈 세척 등 화학적 처리가 아닌 단지 걸레, 브러쉬 등에 의해 물리적으로 닦아내고 에어를 블로우하여 오일층(210)을 금속판(300)으로부터 제거하는 것이다. 이러한 물리적 제거 공정에 따르면 상기 오일층(210)은 상기 금속판(300)의 표면으로부터 완전히 제거되지 않고 미세한 오일층(210)이 존재하게 된다.

이렇게 본 발명에서는 물리적 방법에 의해 금속판(300) 표면의 오일층(210)을 제거하여 그 다음 단계로 유약층(220)을 바로 도포하도록 함으로서 공정이 간소하게 되는 것이며, 친환경적인 법랑층(900)이 형성되도록 하는 것이다.

그 다음으로 프리트, 안료, 및 실리콘계 오일을 첨가하여 건식분쇄 하여 건식유약을 제조하는 단계(S300)를 갖는 바, 상기 프리트(FRIT)는 이하의 소성 과정에 기해 유리질의 도포층(법랑층)이 금속판(300) 표면에 도포되도록 하는 것으로, 이러한 프리트의 작용에 기해 강판(1000)에 다양한 내성들이 강화되는 것이다.

여기서, 상기 프리트는 법랑층(900)의 주요 성분으로, 첨가물의 종류와 그 배합비에 따라 다양한 기능들을 발휘하게 된다.

상기 유약층의 프리트는 이산화규소(SiO₂) 100중량부에 대해 산화붕소(B₂O₃) 20 내지 30중량부, 산화나트륨(Na₂O) 20 내지 30중량부, 산화칼슘(CaO) 5 내지 10중량부를 포함하여 구성되는 예가 제시된다.

상기 이산화규소(SiO₂)는 유리질의 법랑층(900)을 결정하는 것으로 그 첨가량이 미미하거나 과한 경우 법랑층(900)의 단단함이나 내열 충격성 등이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

또한 상기 산화붕소(B₂O₃)의 경우 열팽창을 작게 하도록 하여 온도가 급변할 때 강판(1000) 자체가 온도에 따라 변형되더라도 법랑층(900)이 박리되지 않고 견고하게 융착되도록 한다.

이에 더하여 상기 프리트는, 이산화규소(SiO₂) 100중량부를 기준으로 산화칼륨(K₂O) 1 내지 5 중량부, 산화마그네슘(MgO) 0.5 내지 2 중량부, 산화아연(ZnO) 1 내지 5 중량부, 산화리튬(Li₂O) 1 내지 5 중량부, 이산화망간(MnO₂) 1 내지 5 중량부, 산화코발트(CoO) 0.5 내지 2 중량부, 산화니켈(NiO) 1 내지 5 중량부, 산화구리(CuO) 1 내지 5 중량부, 산화스트론튬(SrO) 0.5 내지 2 중량부, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.5 내지 2 중량부, 삼산화이철(Fe₂O₃) 1 내지 5 중량부, 오산화인(P₂O₅) 0.5 내지 2 중량부, 이산화티타늄(TiO₂) 1 내지 5 중량부, 삼산화이크로뮴(Cr₂O₃) 0.5 내지 2 중량부, 삼산화몰리브덴(MoO₃) 0.5 내지 2 중량부, 이산화세륨(CeO₂) 0.5 내지 2 중량부 중 선택된 하나 이상의 산화물이 더 배합되도록 구성될 수 있다. 이러한 산화물들은 강판의 종류와 그에 따른 물리적 성질을 고려하여 선택적으로 더 첨가될 수 있는 것이다.

한편 본 발명에서는 상기 유약층의 프리트에, 이산화규소 100중량부에 대해 전기로 정련 슬래그 10 내지 20중량부, 염화암모늄(NH₄Cl) 0.05 내지 3중량부 및 프로피온아미드 0.01 내지 0.05중량부가 더 포함되도록 구성되는 예를 제시하고 있다.

상기 전기로 정련 슬래그는 상기 법랑층에 있어 충진제로서 강도를 보강하기 위해 첨가하는 것이며 또한 강판 등과 열팽창계수가 유사하여 열팽창률의 차이로 인한 균열 등을 방지하도록 하기 위한 것이다. 이에 더하여 염화암모늄을 더 첨가하는 이유는 법랑층에 있어 과도한 기포(CO₂)의 발생은 결국 법랑층의 강도를 저하시키는 결과를 초래하므로 전기로 정련 슬래그와 염화암모늄의 작용에 의해 기포(CO₂)의 발생을 제어토록 하는 것이며, 그 결과물로 발생되는 침강성 탄산칼슘(CaCO₃)이 충진제로서 기능을 하게 되므로 강도를 더욱 보강하게 되기 때문이다.

여기서 전기로 정련 슬래그를 사용하는 이유는 슬래그에 있어 산화칼슘(CaO)의 함량이 제일 높기 때문으로 타 슬래그를 사용하는 경우보다 기포(CO₂) 제거에 의해 강도저하를 방지하고 그 결과물로서 침강성 탄산칼슘(CaCO₃)이 생성되도록 하여 강도에 기여하는 바가 크기 때문이다. 이는 염화암모늄이 전기로 정련 슬래그의 CaO와 반응하여 염화칼슘(CaCl₂)과 수산화암모늄(NH₄OH)이 생성되도록 하는 것이며, 염화칼슘(CaCl₂), 수산화암모늄(NH₄OH), 탄산가스(CO₂)가 반응하여 침강성 탄산칼슘(CaCO₃)이 생성되도록 하는 작용기작에 기인하는 것이다.

이에 더하여 본 발명에서는 프로피온아미드 0.01 내지 0.05중량부가 더 배합되도록 하는 바, 이는 상기 산화붕소(B₂O₃)의 첨가에 의해 열팽창을 제어하도록 하고 있는데 이러한 열팽창을 제어하기 위해 산화붕소(B₂O₃)의 배합량을 늘리는 경우 열팽창의 제어는 가능하나 오히려 강도 및 작업성이 감소하는 문제가 발생될 수 있다. 이에 본 발명에서는 상기 산화붕소(B₂O₃)의 배합량을 한정하면서 프로피온아미드 0.01 내지 0.05중량부가 더 배합되도록 하는 예를 제시한다.

상기 프로피온아미드는 일정한 상전이온도(phase transition temp)에서 상변화에 필요한 열량을 외부에서 흡수하는 특성을 지니는 것으로, 법랑층(900)이 상전이온도에 도달하게 되면 물리적인 상변화에 의해 열을 흡수함에 따라 전체 법랑층(900)의 열을 저감시키도록 하는 것으로 이러한 작용에 의해 열팽창에 의한 균열 등의 문제를 제어할 수 있도록 하는 것이다.

특히 본 발명에 따르면, 건식 유약을 제조함에 있어, 상기 프리트, 안료 등 일반적으로 사용되는 유약에 실리콘계 오일을 더 첨가함으로써 전 단계(S200)에서 금속판(300)에 제거되고 남은 오일층(210)과의 공유 결합이 되도록 함에 의해 전처리가 필요 없이 법랑층(200)이 형성되도록 하는 것이다. 즉 전 단계(S200)에서 강판에 형성된 오일층(210)을 단순히 물리적으로 제거하고, 이러한 물리적 제거에 의해 금속판(300)에 남아 있는 잔여 오일층(210)을 형성하는 오일과 상기와 같이 실리콘 오일이 첨가된 유약이 반응을 하여 법랑층(200)이 형성되도록 하는 것이다.

상기 실리콘 오일은 그 종류를 한정하지는 않으며, 금속판(300)의 오일과 상호 결합이되는 실리콘 오일을 선택하여 0.1% 내지 10% 내외에서 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 안료는 무기질 안료로 그 첨가량이 미미한 경우 경도가 약해져 충격 시 파손되는 문제가 있으며, 그 첨가량이 과한 경우에는 경도가 강해질 뿐만 아니라 소성시간의 지연과, 소성온도가 상승되어야만 원하는 법랑층(200)을 얻을 수 있게 되는 문제가 있으므로 그 첨가량을 선택적으로 고려하여야 한다.

또한, 도면에 도시된 바 없으나, 상기 프리트, 안료, 및 실리콘계 오일을 첨가하여 건식 분쇄하여 건식 유약을 제조하는 단계(S300)에서는 규석, 유백제, 내화제 중에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 첨가하는 단계를 포함하여 이루어지는 바, 이러한 첨가제의 첨가에 의해 건식 유약을 제조할 수 있다.

상술한 단계(S300)를 거쳐 제조된 건식유약을 금속판(300)에 도포하여 유약층(220)을 형성하는 단계(S400)는 실질적으로 금속판(300)에 도포되는 것이 아니라, 앞서 설명한 바와 같이 금속판(300) 표면에 존재하는 잔여 오일층(210)에 도포되는 것으로, 잔여 오일과 상기 실리콘계 오일 간의 반응으로 법랑밀착성이 확보되며, 견고한 피막의 형성으로 금속판(300)으로부터 박리되지 않는 법랑층(200)을 형성할 수 있게 되는 것이다.

이후에는 소성가공하는 단계(S500)을 수행하는 바, 이 공정에 의해 법랑층(200)의 융착이 마무리되며, 이때 소성가공의 온도는 700 내지 870℃로 하는 것이 바람직하다.

소성 공정에서의 소성온도가 700℃ 미만인 경우에는 소성에 소요되는 시간이 과다하고 국부가 영현상이 발생하여 도장상태가 불량하며, 870℃를 초과하는 경우에는 과열에 의해 법랑층(200)이 쉽게 파손되는 문제가 발생하는 바, 이때의 바람직한 소성온도는 780 내지 850℃를 전후하였을 때 법랑층(200)의 금속판(300)에 융착 효과가 뛰어나고, 충격 및 구부림 등의 외부요인에도 파손되거나 박리되지 않고 수명이 장구히 유지되는 우수한 법랑층(200)을 유지하는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명의 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기(100)는 핀(120)의 형상과 재질에 의해 고효율, 고강성 및 고내구성이 달성되어 운전의 효율성과 수명연장을 이룰 수 있게 되고, 이에 더하여 급변하는 온도에 따라 팽창 및 수축하는 금속제의 튜브(110) 및 핀(120)의 표면을 법랑층(200)으로 구성함으로써 내식성, 내화학성, 내후성 및 내열성 등의 물리적 특성을 강화할 수 있으며 특히 열변형에도 법랑층(200)이 강판으로부터 박리되지 않도록 하는 장점을 제공하게 되는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

100 : 열교환기 110 : 튜브
120 : 핀 130 : 다리

Claims

복수의 튜브;
상기 튜브가 관통하며, 상기 튜브를 감싸는 다리가 형성되되, 상기 다리에는 복수의 노출홀이 형성되는 핀; 및
상기 튜브 및 핀의 외면에 각각 적층되는 오일층 및 상기 오일층 상부면에 도포되며 프리트, 안료 및 실리콘계 오일이 첨가되어 건식분쇄된 유약층을 포함하며, 상기 유약층의 도포 후 소성 가공하여 형성되는 법랑층;을 포함하되,
상기 유약층의 프리트는,
이산화규소 100중량부에 대해 산화붕소 20 내지 30중량부, 산화나트륨 20 내지 30중량부, 산화칼슘 5 내지 10중량부, 전기로 정련 슬래그 10 내지 20중량부, 염화암모늄(NH₄Cl) 0.05 내지 3중량부 및 프로피온아미드 0.01 내지 0.05중량부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 유약층의 프리트는
이산화규소 100중량부에 대해 산화칼륨 1 내지 5 중량부, 산화마그네슘 0.5 내지 2 중량부, 산화아연 1 내지 5 중량부, 산화리튬 1 내지 5 중량부, 이산화망간 1 내지 5 중량부, 산화코발트 0.5 내지 2 중량부, 산화니켈 1 내지 5 중량부, 산화구리 1 내지 5 중량부, 산화스트론튬 0.5 내지 2 중량부, 산화알루미늄 0.5 내지 2 중량부, 삼산화이철 1 내지 5 중량부, 오산화인 0.5 내지 2 중량부, 이산화티타늄 1 내지 5 중량부, 삼산화이크로뮴 0.5 내지 2 중량부, 삼산화몰리브덴 0.5 내지 2 중량부, 이산화세륨 0.5 내지 2 중량부 중 선택된 하나 이상의 산화물이 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 노출홀은 상기 다리의 끝단에 플랜지 형상으로 구성되는 발 사이에 형성됨을 특징으로 하는 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기.
제 1항에 있어서,
상기 노출홀 중 상기 핀으로 유입되는 가스의 유동방향과 대향하는 노출홀은 상기 다리의 끝단에 플랜지 형상으로 구성되는 발 사이에 형성되며, 상기 핀으로 유입되는 가스의 유동방향과 평행한 방향으로 형성된 노출홀은 상기 다리가 컷팅되어 개구된 형상으로 구성됨을 특징으로 하는 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기.
제 1항에 있어서,
상기 노출홀은 상기 핀으로 유입되는 가스에 노출되는 순서로 상기 노출홀의 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 법랑층이 형성된 핀앤튜브 타입 열교환기.