KR101608996B1 - 열 교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 열교환기는 제1유체가 유동되는 제1관; 및 상기 제1관의 내부에 마련되고 제2유체가 유동되는 제2관; 을 포함하고, 상기 제1관과 상기 제2관이 서로 접촉 고정되어 상기 제2관의 진동을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

열 교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열 교환기에 대한 것으로서, 특히 진동 방지 구조를 갖는 이중관 열 교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 고온의 유체가 가진 열에너지를 저온의 유체로 전달하여 고온의 유체 온도는 하강시키고 저온의 유체 온도는 상승시키는 장치로, 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 주로 사용된다.

이러한 열교환기는 목적으로 하는 유체에 열을 주기 위해 사용되는 전열매체를 열매라고 하고, 이와는 반대로 열을 뺏는 데 사용되는 것을 냉매라고 한다. 열매 또는 냉매로 사용되는 유체는 기체나 액체를 많이 사용하고 있다.

열교환기의 하나인 이중관 열교환기(double-pipe heat exchanger)는, 제1유체가 흐르는 내관 및 내관을 감싸며 제2유체가 흐르는 외관을 포함하며, 내관의 측벽을 전열벽으로 하여 유체간의 열교환이 수행된다.

이중관 열교환기는 직선형 이중관 열교환기 및 나선형 이중관 열교환기 등이 대표적이다.

이들 중 직선형 열교환기는 길이 방향으로 충분히 긴 경우에 유체가 유동되면 내관이 흔들려 외관과 닿는 진동 현상이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 상술한 진동 현상으로 인하여 관의 지속적인 마모, 소음 또는 용접 부위의 피로 파괴 등이 발생하는 문제점이 있다.

한편, 진동 현상으로 인해서 열 교환기를 설계함에 길이에 대한 한계가 발생한다.

본 발명은 직선형 이중관 열교환기에 있어서 내관을 직선이 아닌 물결형으로 제조함으로써 내관의 외벽이 외관의 내벽과 접촉하도록 하여 유체가 유동될 때 진동 현상을 방지하는 열 교환기를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예로서, 제1유체가 유동되는 제1관; 및 상기 제1관의 내부에 마련되고 제2유체가 유동되는 제2관; 을 포함하고, 상기 제1관과 상기 제2관이 서로 접촉 고정되어 상기 제2관의 진동을 방지하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로서, 상기 제2관은 파문(波紋)의 개곡선(開曲線) 형상으로, 상기 제2관의 능선 부분이 상기 제1관에 접촉 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열 교환기에 따르면, 열 교환기의 내관과 외관이 서로 접촉됨으로써 내관의 진동을 방지하는 효과가 있다. 이로 인하여 관의 마모, 소음 또는 용접 부위의 피로 파괴 등을 방지할 수 있다.

또한, 열 교환기의 길이 증가에 진동 현상을 방지함으로써 직선형 이중관 열 교환기를 설계함에 있어서 길이에 대한 설계의 한계를 극복할 수 있다.

도 1은 종래의 열 교환기를 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 정면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 측단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 종래의 열 교환기를 나타낸 정면도이다. 도 1을 참조하면, 서로 다른 직경을 가지는 제1관(10)과 제2관(20)이 동심축을 가지고 배열되며, 제2관(20)으로 형성되는 제2유로와 제2관(20)의 외벽과 제1관(10)의 내벽으로 형성되는 제1유로가 독립적인 유로를 가지는 이중관 열 교환기이다. 이 열 교환기는 제1관(10)에 형성된 제1유체 입구(11)와 제2관(20)에 형성된 제2유체 입구(21)에 온도가 다른 유체를 흘리고 이 두 유체 간의 온도 차에 의하여 열 교환이 되는 것을 목적으로 한다.

그러나, 이와 같은 종래의 열 교환기는 길이 방향으로 충분히 긴 경우에 유체가 유동되면 제2관(20)이 진동하여 제1관(10)과 맞닿음으로써, 지속적인 마모, 소음 및 용접 부위의 피로 파괴 등이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 문제점이 발생하는 것을 방지하기 위하여 본 발명을 하였는 바, 이하에서는 본 발명에 대하여 구체적으로 설명을 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 정면도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 정면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 열 교환기는 제1관 및 제2관을 포함한다. 제1관의 내부에는 제1유체가 유동되고, 제2관의 내부에는 제2유체가 유동되며 제2관은 제1관의 내부에 이중관의 형태로 마련된다.

제1관의 내부를 흐르는 제1유체는 제1관의 일측에 형성된 제1유체 입구를 통하여 유입되고, 제1관의 타측에 형성된 제1유체 출구를 통하여 배출된다. 한편, 제2관의 내부를 흐르는 제2유체는 제2관의 일측에 형성된 제2유체 입구를 통하여 유입되고, 제2관의 타측에 형성된 제2유체 출구를 통하여 배출된다.

제1관 및 제2관에 유동되는 제1유체 및 제2유체는 서로 온도가 다른 유체로써 두 유체간의 온도 차에 의하여 열 교환이 된다. 즉, 두 유체 중 온도가 더 높은 유체는 냉각되고, 온도가 더 낮은 유체는 가열된다.

한편, 도 2에 따르면 제2관은 파문(波紋)의 개곡선(開曲線) 형상으로, 제2관의 능선 부분이 제1관에 접촉 고정된다. 즉, 본 발명은 제2관을 직선이 아닌 물결 형태로 만들어 제2관의 외벽이 제1관의 내벽과 맞닿게 함으로써 유체가 유동될 때 발생하는 진동을 방지한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예로서 상술한 것과는 반대로 제1관이 물결 형태로 제조됨으로써 유체가 유동될 때 발생하는 진동을 방지하는 것이다. 즉, 제1관은 파문(波紋)의 개곡선(開曲線) 형상으로, 직선 형상의 제2관은 제1관의 내부면에 접촉 고정된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 정면도이다. 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 측단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면 제1관은 원주 방향의 세 지점에서 제2관의 축을 향하여 압착되어 제2관에 접촉 고정되는 것을 특징으로 한다. 즉, 제1관 및 제2관을 직선 형상으로 제작하고 제1관의 특정 지점을 압착함으로써 제1관과 제2관이 서로 맞닿음으로써 접촉 고정시킨다.

일 실시예에 따르면, 세 지점 중 두 지점이 이루는 중심각(θ)은 서로 100° 내지 140°인 것을 특징으로 하며, 제1관과 제2관이 접촉되는 지점 사이의 거리(L)는 제2관의 외경의 20배 내지 40배인 것을 특징으로 한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 정면도이다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 열 교환기를 나타낸 측단면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제1관의 외주면을 관통하는 세 개의 핀이 제1관의 원주 방향을 따라 제1관에 삽입되고, 제2관의 외주면에 접촉되어 제2관이 제1관에 고정되는 것을 특징으로 한다. 즉, 제1관 및 제2관을 직선 형상으로 제작하고 제1관의 특정 지점에 작은 구멍을 내고, 구멍에 둥근 핀을 삽입하여 제2관과 핀이 맞닿게 하며, 핀과 제1관을 용접한다.

일 실시예에 따르면, 세 개의 핀 중 2 개의 핀이 관통된 지점이 이루는 중심각(θ)은 서로 100° 내지 140°인 것을 특징으로 하며, 핀과 제2관의 외주면이 접촉되는 지점 사이의 거리는 제2관의 외경의 20배 내지 40배인 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100 : 제1관 110 : 제1유체 입구
120 : 제1유체 출구 200 : 제2관
210 : 제2유체 입구 220 : 제2유체 출구
300 : 핀

Claims (9)

1. 제1유체가 유동되는 제1관; 및
   상기 제1관의 내부에 마련되고 제2유체가 유동되는 제2관; 을 포함하고,
   상기 제1관과 상기 제2관이 서로 접촉 고정되어 상기 제2관의 진동을 방지하며,
   상기 제1관의 외주면을 관통하는 세 개의 핀이 상기 제1관의 원주 방향을 따라 상기 제1관에 삽입되고, 상기 제2관의 외주면에 접촉되어 상기 제2관이 상기 제1관에 고정되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 세 개의 핀 중 두 개의 핀이 관통된 지점이 이루는 중심각은 100° 내지 140°인 것을 특징으로 하는 열 교환기.
   
8. 제1항에 있어서,
   세 개의 상기 핀과 상기 제2관의 외주면이 접촉되는 지점 사이의 거리는 상기 제2관의 외경의 20배 내지 40배인 것을 특징으로 하는 열 교환기.
9. 삭제

Images