KR101611239B1 - 방열튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수압식 또는 공압식으로 튜브를 팽창시켜 외주면에 다수의 방열부를 형성하여 방열면적이 늘어나도록 하되, 원주방향의 보강부를 다수개 형성하고, 이들 원주방향 보강부는 튜브의 팽창과정에서 그 간격에 변화가 없도록 함으로써, 상기 원주방향의 보강부들에 의해 튜브의 찌그러짐이 억제되고, 또한 튜브의 제작과정에서 튜브의 길이방향 변화가 최소화되어 재료비를 절감할 수 있는 방열튜브에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 직관부재를 다단으로 구비하고, 상기 직관부재들의 양단을 곡관부재로 용접하여 하나의 연속된 방열튜브를 구성함에 있어서, 상기 직관부재는 금형의 내부에 끼워서 수압 또는 공압으로 부피를 팽창시키되, 상기 금형의 내주면에는 상기 직관부재의 외주면과 밀착되는 원주방향 돌기가 등간격으로 다수개 구비되고; 상기 직관부재는 팽창과정에서 상기 원주방향 돌기들 사이사이로 방열부가 형성되고, 상기 원주방향 돌기들과 밀착된 부분은 원주방향 보강부가 형성되며; 상기 원주방향 돌기들은 간격이 고정되어 상기 직관부재의 축방향 길이변화가 최소화되는 특징이 있다.

Description

방열튜브{The radiant tube}

본 발명은 방열튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수압식 또는 공압식으로 튜브를 팽창시켜 외주면에 다수의 방열부를 형성하되 볼록하게 만들어서 내압의 변화에 견디도록 하고, 상기 방열부들의 사이에는 원주방향의 보강부와 이들 보강부를 연결하는 축방향의 보강부를 형성함으로써, 상기 원주방향의 보강부는 튜브의 찌그러짐을 억제하고, 축방향의 보강부는 튜브의 처짐이 방지되도록 한 방열튜브에 관한 것이다.

일반적으로 연속 소둔 설비(Continuous Annealing line)는 냉연강판을 복사열을 이용하여 열처리함으로써 금속의 재질을 향상시키는 설비로, 탄소 성분 및 성분 원소에 따라 강판을 가열하여 압연 조직을 재결정, 성장시켜 내부응력을 제거하여 연화시켜 적절한 인성을 가진 조직의 강을 제조한다.

이러한 소둔설비의 소둔로에서 열처리 구간에 배치되는 래디언트 튜브 버너(RadiantTube Burner)는 4개의 히팅 구간에서 수십개가 배치되어 있다. 히팅 구간은 제 1 히팅구간, 제 2 히팅 구간, 제 3 히팅구간, 소킹 구간(Soaking section)으로 구성되며, 제 1내지 제 3 히팅구간은 4개의 존으로 구성되고, 소킹 구간은 2개의 존으로 구성되어 있다. 각각의 존에는 수십개의 래디언트 튜브 버너가 구비되어 있어, 전체적으로는 다수개가 배치된다. 구체적인 래디언트 튜브 버너의 개수는 개별 장비마다 상이하겠지만, 하나의 연속 소둔 설비에 몇백개 단위의 래디언트 튜브 버너가 구비되는 것이 일반적이다.

상기 방열튜브는 사용개소에 따라서 U형, W형등이 있고, 이러한 방열튜브는 통상적으로 일측단부에서 가열버너(예를들면, COG Burner)에 의해 가열되며, 이때 발생되는 연소가스는 방열튜브의 타측단부를 통해 외부로 배출된다. 상기와 같은 방열튜브는 내열성 강재인 인코넬(Inconel 601)로 제작되고, 가열버너의 화염에 의해 직접 가열된 후, 방열튜브의 외피로 부터 열(熱)을 복사시켜 냉연강판을 간접적으로 가열시키도록 작용된다.

이때 방열튜브를 장시간 사용하게 되면, 온도가 매우 높게 가열됨으로서 과도한 열팽창에 의한 변형이 발생된다. 종래 실용공개 제1994-0009526호는 방열튜브의 열화에 의한 변형을 방지하여 교체주기를 연장시키고, 그에 따른 작업생산성 향상 및 원가절감을 이룰 수 있도록 하기 위하여, 방열튜브에 길이 방향으로 다수개의 지지대를 몸체부에 부착하고, 상기 지지대의 몸체부에 다수개의 환형링을 일정간격으로 결합시켜 휨방지용 방열튜브를 제안한 바 있다.

그러나 방열튜브의 외주면에 지지대를 용접하고, 환형링을 용접해야 되므로 작업성이 떨어지고 또한 용접에 따른 표면조직의 변화로 인하여 버너에서 900도 이상의 고열이 발생되었을 때 용접부위의 파손이 우려되는 등의 문제점이 있었다.

실용공개 제97-59376호는 버너와 직접 연결되는 제1직관의 외주면에 다수의 링체를 부착하고, 나머지 관들에는 길이방향의 돌출부를 형성한 기술이 제안된 바 있다. 특허공개 제1995-0026993호는 관의 외주면에 길이방향의 리브를 형성한 기술이 제안된 바 있다.

그러나 종래 실용공개 제97-59376호는 링체와 돌출부를 용접의 수단으로 형성해야 되므로 작업성이 떨어지고, 또한 특허공개 제1995-0026993호는 방열튜브의 재질이 주물로 구성된 상태에서 주물을 제작할때 리브를 함께 형성해야 되므로 주물제작이 어려워지는 문제점이 있으며, 또한 종래의 기술들은 방열튜브가 가열되는 과정에서 길이방향으로 늘어나는데 따른 대비책이 없으므로 튜브의 용접부위가 터지거나 또는 갈라지게 되는 등의 문제점이 발생되었다.

일본특허공개 제2005-95983호는 튜브를 팽창시켜 외주면에 다수의 요부와 철부가 형성되도록 한 기술이 제안된 바 있다. 이는 튜브를 팽창시키는 과정에서 금형의 철부들이 축방향으로 이동되도록 하여 튜브에 형성되는 요부 및 철부들이 연속의 주름관 형태가 되도록 한 것이다. 종래 일본 특허는 수압식 또는 공압식의 방식으로 튜브 내부에 고압을 형성하여 튜브를 팽창시킨 것이므로 종래 튜브의 외주면에 별도의 링체를 용접하여 튜브를 보강할 필요가 없으므로 생산성이 향상된다.

그러나 일본특허의 경우 튜브를 팽창시키는 과정에서 금형의 철부들이 축방향으로 이동되어 연속의 주름관을 형성하기 때문에 튜브의 길이가 줄어들게 되는 단점이 있었다. 본 발명에서 사용되는 방열튜브의 경우 고온에 견디는 고가의 인코넬 재질로 구성해야 되는데, 튜브의 길이가 줄어들면 그만큼 제조원가가 상승되는 문제점이 있었다. 또한 길이방향으로 연속의 주름부가 형성되어 원주방향의 찌그러짐은 억제할 수 있으나, 축방향의 처짐은 막을 수 없는 단점이 있었다. 방열튜브의 경우 최소 2000mm 이상의 길이를 갖는 것이므로 고온에서 연속으로 사용되다 보면 길이방향의 처짐에 대비해야 된다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 수압식 또는 공압식으로 튜브를 팽창시켜 외주면에 다수의 방열부를 형성하되 상기 방열부가 볼록하게 돌출되도록 함으로써, 돌출된 만큼 방열면적이 향상되고 또한 볼록한 면에서 열기가 사방으로 확산되므로 방열성이 향상되는 방열튜브를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 튜브를 팽창시키는 과정에서 상기 방열부들의 사이로 원주방향의 보강부를 다수개 형성하고, 이들 원주방향 보강부는 튜브의 팽창과정에서 그 간격에 변화가 없도록 함으로써, 상기 원주방향의 보강부들에 의해 튜브의 찌그러짐이 억제되고, 또한 튜브의 제작과정에서 튜브의 길이방향 변화가 최소화되어 재료비를 절감할 수 있는 방열튜브를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 튜브를 공압식 또는 수압식으로 팽창시켜 원주방향의 보강부를 형성하되, 이들 원주방향의 보강부를 연결하는 축방향의 보강부를 다수개 형성함으로써, 원부방향의 보강부는 튜브의 찌그러짐을 억제하고, 축방향의 보강부는 튜브의 처짐이 억제되고 직진성이 향상되도록 한 방열튜브를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 직관부재를 다단으로 구비하고, 상기 직관부재들의 양단을 곡관부재로 용접하여 하나의 연속된 방열튜브를 구성함에 있어서, 상기 직관부재는 금형의 내부에 끼워서 수압 또는 공압으로 부피를 팽창시키되, 상기 금형의 내주면에는 상기 직관부재의 외주면과 밀착되는 원주방향 돌기가 등간격으로 다수개 구비되고; 상기 직관부재는 팽창과정에서 상기 원주방향 돌기들 사이사이로 방열부가 형성되고, 상기 원주방향 돌기들과 밀착된 부분은 원주방향 보강부가 형성되며; 상기 원주방향 돌기들은 간격이 고정되어 상기 직관부재의 축방향 길이변화가 최소화되는 특징이 있다.

본 발명에 따르면 튜브의 내부를 수압 또는 공압으로 팽창시키되 튜브를 감싸는 금형 내주면에 다수의 원주방향 돌기 및 이들 원주방향 돌기를 연결하는 축방향 돌기를 형성한 것이다. 그리고 상기 원주방향의 돌기들 사이에는 금형의 내주면을 외측으로 볼록하게 돌출시킨 볼록면으로 형성한다.

상기 원주방향 돌기 및 축방향 돌기들은 상기 튜브의 외주면과 밀착된 상태로 구성된다. 따라서 튜브 내부에 고압이 형성되면 튜브가 팽창되는 과정에서 돌기들에 밀착된 부분은 팽창되지 않으므로 길이에 변화가 없다. 따라서 튜브의 전체적인 길이는 줄어들지 않으므로 고가의 튜브를 사용함에 있어서 생산원가가 증가되지 않는 이점이 있다.

또한 돌기들이 없는 부분의 튜브는 팽창되어 금형 내주면의 볼록면과 밀착되고 이러한 부분은 방열부로 형성되는데, 상기 방열부는 튜브의 외주면으로 돌출되어 결과적으로 방열면적을 증가시키는 역할을 한다. 상기 방열부는 볼록한 면으로 구성되어 열기가 사방으로 확산되는 효과를 발휘한다. 또한 튜브 내부에 음압이 발생되어 수축력이 가해지더라도 상기 방열부가 볼록한 면으로 구성되어 내구성이 향상된 구조이므로 내측으로 빨려 들어가는 찌그러짐 현상이 억제되는 이점이 있다.

또한 상기 원주방향의 돌기에 의해 상기 튜브에는 팽창되지 않은 원주방향 보강부가 형성되는데, 이러한 원주방향 보강부는 "U"자 형태로 절곡되어 단면2차모우멘트가 증가된 것이므로 튜브에 국부적으로 발생되는 내압의 변화시 튜브의 찌그러짐을 억제하는 효과가 있다.

그리고 상기 축방향 돌기에 의해 상기 튜브에는 팽창되지 않은 축방향 보강부가 형성되는데, 이러한 축방향 보강부는 상기 원주방향 보강부들과 교차되어 연속으로 연결된다. 이러한 축방향 보강부는 튜브의 처짐을 억제하는데, 튜브는 2000mm 이상의 길이로 제작되고, 약 900도 이상 가열되기 때문에 고온에서 장시간 사용하다 보면 처짐이 발생될 수 있다. 그러나 상기 축방향 보강부 역시 "U"자 형태로 절곡되어 단면2차모우멘트가 증가된 것이므로 축방향의 처짐이 억제된다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 방열튜브의 개념도
도 2는 본 발명 한 실시예의 방열튜브의 제작과정을 나타낸 개념도
도 3은 본 발명 한 실시예의 방열튜브의 일부 확대도
도 4는 본 발명 다른 실시예의 방열튜브의 개념도
도 5는 본 발명 다른 실시예의 방열튜브의 제작과정을 나타낸 개념도
도 6은 본 발명 다른 실시예의 방열튜브의 일부 확대도
도 7은 본 발명 또 다른 실시예의 방열튜브의 개념도
도 8은 본 발명 또 다른 실시예의 곡관부재의 일부 확대도

도 1 내지 도 3에서 본 발명 한 실시예의 방열튜브는 W타입으로 형성되기 위하여 4개의 직관부재(10)가 필요하다. 4개의 직관부재(10)가 일렬로 구비되고, 이들 직관부재(10)는 U자 형태로 절곡된 곡관부재(11)를 통하여 연속으로 연결되어 방열튜브가 된다. 그리고 이들 곡관부재(11)와 직관부재(10)는 용접부(15)를 통하여 긴밀하게 연결되며, 양쪽의 곡관부재(11)에는 지지대(12)가 구비되어 소둔로 내부에서 방열튜브가 지지된다. 또한 상기 직관부재(10)의 시작 지점과 끝 지점에는 버너가 설치되는 입구관(13) 및 버너 열기가 배출되는 출구관(14)이 결합된다.

상기 직관부재(10)는 내주면에 다수의 원주방향 돌기(21)를 갖는 금형(20)의 내주면에 끼워져 제작된다. 상기 원주방향 돌기(21)는 상기 직관부재(10)의 외주면과 밀착되는 높이로 금형(20)의 내주면에서 돌출된다. 그리고 금형(20)의 내주면에는 상기 원주방향 돌기(21)들의 사이마다 볼록면(22)이 구비된다. 이런 상태에서 상기 직관부재(10)의 양단을 밀폐시키고 내부에 수압 또는 공압을 가하면 상기 직관부재(10)의 외주면이 금형(20)의 내주면에 밀착되는데, 이때 상기 볼록면(22)과 접하는 부분은 원호상의 방열부(30)로 형성되고, 상기 원주방향 돌기(21)들과 접한 부분은 "U"자 형태로 절곡되어 단면2차모우멘트가 증가된 원주방향 보강부(31)로 구성된다.

상기 원주방향 보강부(31)는 직관부재(10)의 길이방향을 따라 다수개 등간격으로 형성되는데, 이러한 원주방향 보강부(31)는 직관부재(10)의 내압 변화시 찌그러짐을 막아주는 역할을 한다. 또한 상기 직관부재(10)의 제작과정에서 상기 다수의 원주방향 보강부(31)들은 금형(20)의 원주방향 돌기(21)들과 밀착된 상태에서 간격의 변화가 없으므로 결국 직관부재(10)의 전체적인 길이는 줄어들지 않는다. 단지 원호상으로 볼록하게 방열부(30)가 팽창되면서 두께가 얇아지는데, 그 두께감소는 내구성에 영향을 미치지 않는 정도이다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예의 방열튜브는 직관부재(10)의 제작과정에서 직관부재(10)의 길이방향에는 변화가 없으므로 재료비를 절감할 수 있다. 또한 금형(20) 내부에서 직관부재(10)가 팽창되므로 직진성이 향상되어 축 방향의 처짐이 발생되지 않는다.

상기 직관부재(10)에는 원주방향 보강부(31)가 등간격으로 다수개 형성되는데, 이러한 원주방향 보강부(31)는 금형의 원주방향 돌기(21)들에 의해 형성된다. 즉 직관부재(10)의 양단을 밀폐시키고 내부에 수압이나 공압을 공급하면 직관부재(10)가 팽창되는데, 이때 원주방향 돌기(21)들이 직관부재(10)의 외주면과 밀착되어 팽창을 억제하므로 이 부분이 원주방향 보강부(31)로 형성되는 것이다. 이러한 원주방향 보강부(31)는 단면2차모우멘트의 증가로 이어져서 직관부재(10)의 찌그러짐을 억제한다.

본 발명 한 실시예의 방열튜브는 위쪽으로 버너가 내장되는 입구관(13)이 구비되고, 하단은 열기가 빠져나가는 출구관(14)으로 형성된다. 상기 직관부재(10)의 내부가 버너에 의해 고온으로 가열되면 최대 200mm 까지 길이방향으로 늘어나게 된다. 또한 입구관(13)에서 버너의 열기가 공급되고, 출구관(14)에서 열기를 빨아 당기는데, 버너의 불완전 연소 또는 입구관(13) 및 출구관(14)의 압력차이로 인하여 직관부재(10) 내부에 음압이 발생될 경우 가열된 직관부재(10)가 부분적으로 찌그러질 수 있으나, 본 발명 한 실시예의 직관부재(10)는 외주면에 다수의 원주방향 보강부(31)가 형성되어 이를 억제시킨다.

또한 상기 원주방향 보강부(31)들의 사이에는 다수의 방열부(30)가 구비된다. 상기 방열부(30)는 볼록한 면으로 구성되어 직관부재(10) 내부의 열기가 사방으로 쉽게 방열되도록 해준다. 즉 평면일때 보다 볼록한 면으로 구성된 방열부(30)는 열기를 사방으로 확산시키는 역할을 하므로 방열성이 향상된다. 또한 평면일때 보다는 볼록면이 단면2차모우멘트의 증가를 가져오므로 상기 직관부재(10)의 내압 변화시 내측으로 들어가는 찌그러짐 현상을 억제할 수 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명 다른 실시예의 방열튜브로써, 본 발명 한 실시예의 방열튜브에 축방향 보강부(32)가 추가된 구성이다.

본 발명 다른 실시예의 경우 금형(20) 내주면에 원주방향 돌기(21)들이 등간격으로 다수개 구비되고, 이들 원주방향 돌기(21)들의 사이사이로 축방향 돌기(23)들이 다수개 구비된다. 이때 축방향 돌기(23)들은 원주방향 돌기(21)들과 교차되며 일직선으로 연속되게 구성한다.

상기 원주방향 돌기(21)와 축방향 돌기(23)를 갖는 금형(20) 내부에 직관부재(10)를 끼워 넣으면 상기 직관부재(10)의 외주면이 상기 원주방향 돌기(21) 및 축방향 돌기(23)들과 밀착된다. 따라서 상기 직관부재(10)의 양단을 밀폐시키고 내부에 수압 또는 공압을 인가하면 직관부재(10)의 부피가 팽창되어 볼록면(22)과 밀착되는 방열부(30)를 형성하는데, 이때 원주방향 돌기(21)에 의해 원주방향 보강부(31)가 형성되고, 축방향 돌기(23)들에 의해 축방향 보강부(32)가 형성된다.

또한 축방향 보강부(32)는 원주방향 보강부(31)와 교차되어 연속으로 연결되는데, 상기 교차지점은 라운드부(33)로 형성되어 축방향 보강부(32)와 원주방향 보강부(31)의 교차지점이 보강되도록 구성된다.

이처럼 구성된 본 발명 다른 실시예는 원주방향 보강부(31)에 의해 직관부재(10)의 찌그러짐이 억제되고 또한 길이방향의 변화가 최소화되는 것은 본 발명 한 실시예와 동일한다. 단지 상기 원주방향 보강부(31)들의 사이사이로 축방향 보강부(32)가 구비되는데, 이들 축방향 보강부(32)는 라운드부(33)를 통하여 원주방향 보강부(31)와 교차되고 또한 상기 직관부재(10)의 축방향을 따라 연속으로 연결되어 하나로 구성된다.

상기 축방향 보강부(32)는 직관부재(10)의 처짐을 억제한다. 상기 방열튜브의 경우 내부온도가 약 900도 이상으로 장시간 사용되는데, 직관부재(10)가 길게 구성되다 보니 장시간 고온에 노출되면 처짐이 발생될 수 있다. 이러한 처짐에 대비하여 상기 축방향 보강부(32)는 직관부재(10)에 방사상으로 최소 3방향의 120도 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

도 7 내지 도 8은 본 발명 또 다른 실시예로써, 본 발명 한 실시예와 동일한 구성을 갖는다. 단지 상기 곡관부재(11)의 외주면에 다수의 원주방향 보강부(31) 및 방열부(30)를 형성한 것이다.

상기 곡관부재를 수용하도록 "U"자 형태로 휘어진 금형(20a) 내주면에 다수의 원주방향 돌기(21a) 및 볼록면(22a)들이 구비된다. 이러한 금형(20a) 내부에 곡관부재(11)를 넣고 내부에 수압이나 공압을 인가하면 곡관부재(11)가 팽창되어 상기 원주방향 돌기(21a)와 닿는 부분은 원주방향 보강부(31)로 형성되고, 상기 볼록면(22a)과 밀착되는 부분은 방열부(30)로 형성된다.

이러한 본 발명 또 다른 실시예의 경우 상기 곡관부재(11)에 원주방향 보강부(31)가 형성되므로 내압의 변화에 따른 관의 찌그러짐이 억제된다. 또한 방열부(30)에 의해 방열성이 향상되는 이점이 있다.

10 : 직관부재 11 : 곡관부재
12 : 지지대 13 : 입구관
14 : 출구관 15 : 용접부
20 : 금형 21 : 원주방향 돌기
22 : 볼록면 23 : 축방향 돌기
30 : 방열부 31 : 원주방향 보강부
32 : 축방향 보강부 33 : 라운드부

Claims (4)

1. 직관부재를 다단으로 구비하고, 상기 직관부재들은 금형의 내부에 끼워져 수압 또는 공압에 의해 부분적으로 부피가 팽창되며, 상기 직관부재들의 양단을 곡관부재로 용접하여 하나의 연속된 방열튜브를 구성함에 있어서,
   상기 금형의 내주면에는 상기 직관부재의 외주면과 밀착되는 원주방향 돌기가 등간격으로 다수개 구비되고, 상기 원주방향 돌기들 사이마다 상기 직관부재의 외주면과 떨어져서 볼록면이 다수개 구비되며;
   상기 직관부재는 팽창과정에서 상기 볼록면과 밀착되어 볼록하게 돌출되는 방열부가 다수개 형성되고, 상기 원주방향 돌기들과 밀착된 부분은 "U"자형으로 절곡되어 단면2차모우멘트가 증가된 원주방향 보강부가 다수개 형성되며;
   상기 원주방향 돌기들은 간격이 고정되어 상기 직관부재의 축방향 길이변화가 최소화됨을 특징으로 하는 방열튜브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금형의 내주면에 상기 원주방향 돌기들 사이사이로 축방향 돌기들이 방사상으로 다수개 구비되고,
   상기 직관부재는 팽창과정에서 상기 축방향 돌기들에 의해 "U"자형으로 절곡되어 단면2차모우멘트가 증가된 축방향 보강부가 다수개 형성됨을 특징으로 하는 방열튜브.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 축방향 보강부들은 상기 원주방향 보강부들과 교차되어 연속으로 연결되며,
   교차지점은 축방향 보강부들과 원주방향 보강부들을 연결하는 라운드부로 구성됨을 특징으로 하는 방열튜브.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 곡관부재는 금형의 내부에 끼워서 수압 또는 공압으로 부피를 팽창시키되, 상기 금형의 내주면에는 상기 곡관부재의 외주면과 밀착되는 원주방향 돌기가 등간격으로 다수개 구비되고;
   상기 금형의 내주면에는 상기 원주방향 돌기들 사이마다 상기 곡관부재의 외주면과 떨어져서 볼록면이 다수개 구비되며;
   상기 곡관부재는 팽창과정에서 상기 볼록면과 밀착되어 볼록하게 돌출되는 방열부가 다수개 형성되고, 상기 원주방향 돌기들과 밀착된 부분은 "U"자형으로 절곡되어 단면2차모우멘트가 증가된 원주방향 보강부가 다수개 형성됨을 특징으로 하는 방열튜브.

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