KR101620383B1 - 방열튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직관부재와 "U"자형 곡관부재를 연속으로 연결하여 W타입의 방열튜브를 구성하되, 상기 직관부재의 외주면에 길이방향을 따라 직선형으로 돌출된 보강부재를 방사상으로 다수개 구비하고, 이들 보강부재는 양 끝단에서 중심을 향해 상향 경사지게 대칭으로 돌출되어 상기 직관부재의 중심부 처짐을 억제하고 또한 상기 직관부재의 길이방향 신축변화시 상기 보강부재의 중심부가 펴지면서 늘어나 터짐이 방지되는 방열튜브에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 직관부재를 다단으로 구비하고, 상기 직관부재들의 양단을 곡관부재로 용접하여 하나의 연속된 방열튜브를 구성함에 있어서, 상기 직관부재의 외주면에 방사상으로 다수개의 보강부재를 구비하되, 상기 보강부재는 상기 직관부재의 길이방향을 따라 원호형으로 돌출되고; 상기 보강부재들은 양쪽의 끝단부와 중앙의 중심부로 구성되고, 상기 끝단부들은 중심부를 향해 상향으로 경사져서 상기 중심부가 끝단부보다 높게 돌출되는 특징이 있다.

Description

방열튜브{The radiant tube}

본 발명은 방열튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직관부재와 "U"자형 곡관부재를 연속으로 연결하여 W타입의 방열튜브를 구성하되, 상기 직관부재의 외주면에 길이방향을 따라 직선형으로 돌출된 보강부재를 방사상으로 다수개 구비하고, 이들 보강부재는 양 끝단에서 중심을 향해 상향 경사지게 대칭으로 돌출되어 상기 직관부재의 중심부 처짐을 억제하고 또한 상기 직관부재의 길이방향 신축변화시 상기 보강부재의 중심부가 펴지면서 늘어나 터짐이 방지되는 방열튜브에 관한 것이다.

일반적으로 연속 소둔 설비(Continuous Annealing line)는 냉연강판이 복사열에 의해 열처리됨으로써 금속 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.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 직관부재와 "U"자형 곡관부재를 연속으로 연결하여 W타입의 방열튜브를 구성하되, 상기 직관부재의 외주면에 길이방향을 따라 직선형으로 돌출된 보강부재를 방사상으로 다수개 구비하고, 이들 보강부재는 양 끝단에서 중심을 향해 상향 경사지게 대칭으로 돌출되어 상기 직관부재의 중심부 처짐을 억제하고 또한 상기 직관부재의 길이방향 신축변화시 상기 보강부재의 중심부가 펴지면서 늘어나 터짐이 방지되는 방열튜브를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 직관부재를 다단으로 구비하고, 상기 직관부재들의 양단을 곡관부재로 용접하여 하나의 연속된 방열튜브를 구성함에 있어서, 상기 직관부재의 외주면에 방사상으로 다수개의 보강부재를 구비하되, 상기 보강부재는 상기 직관부재의 길이방향을 따라 원호형으로 돌출되고; 상기 보강부재들은 양쪽의 끝단부와 중앙의 중심부로 구성되고, 상기 끝단부들은 중심부를 향해 상향으로 경사져서 상기 중심부가 끝단부보다 높게 돌출되는 특징이 있다.

본 발명에 따르면 직관부재와 곡관부재가 연속으로 연결된 W타입의 방열튜브에서, 상기 직관부재의 외주면에 길이방향으로 다수개의 보강부재가 구비된다. 상기 보강부재는 직관부재의 외주면으로 볼록하게 돌출되거나 또는 내주연으로 오목하게 돌출되는 단면이 원호형태로써, 양 끝단은 중심을 향해 상향 경사진 기울기를 갖는다.

따라서 상기 보강부재는 양쪽 끝단부에서 중심부를 향해 돌출된 삼각형태로써, 상기 직관부재의 중심부 처짐을 억제할 수 있다. 상기 보강부재의 중심부는 직관부재의 중심과 일치되는데, 상기 보강부재의 중심부가 위쪽으로 돌출되어 중심부가 보강되므로 보강부재의 처짐이 억제되고 결국 직관부재의 처짐도 함께 억제된다. 상기 직관부재는 내부온도가 약 900℃ 이상의 고온으로 열적 스트레스를 받고 있는데, 버너의 불완전연소에 따른 노킹현상으로 인하여 충격이 직관부재로 전달될 경우 직관부재의 처짐 및 변형이 발생된다. 이때 상기 보강부재가 직관부재의 외주면에서 처짐 및 변형을 막고 있으므로 직관부재가 보호된다.

또한 보강부재가 직관부재의 외주면으로 돌출되면 방열면적이 증가되어 효율이 향상되는 이점도 있다. 그리고 직관부재의 열팽창으로 인한 길이변화시 상기 보강부재의 중심부가 일직선으로 펼쳐지면서 함께 늘어나므로 보강부재의 터짐이 억제되는 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 직관부재의 사시도
도 2는 본 발명 한 실시예의 방열튜브의 사시도
도 3은 본 발명 한 실시예의 보강수단의 개념도
도 4는 본 발명 한 실시예의 직관부재의 단면도
도 5는 본 발명 다른 실시예의 직관부재의 단면도

도 1 내지 도 4에서 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 외주면에 보강부재(20)가 방사상으로 다수개 구비된다. 상기 보강부재(20)는 단면이 원호형으로써, 양쪽의 끝단부(21)는 직관부재(10)의 중앙을 향해 상향으로 경사진 경사면으로 구성되어 만나는 정점에 중심부(22)가 형성된다. 따라서 보강부재(20)는 전체적으로 삼각형의 형태를 갖는다. 따라서 중심부(22)의 처짐이 억제되는 효과가 있다.

상기 보강부재(20)는 직관부재(10)의 외주면으로 돌출되는데, 도 5에서와 같이 내주연으로 돌출될 수 도 있다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예의 방열튜브는 위쪽으로 버너가 내장되는 입구관(13)이 구비되고, 하단은 열기가 빠져나가는 출구관(14)으로 형성된다. 상기 직관부재(10)는 외주면에 다수개의 보강부재(20)가 돌출되는데, 표면적이 늘어나므로 방열면적이 증가되는 이점이 있으며, 또한 직관부재(10)의 외주면을 보강하는 역할도 한다. 따라서 버너의 불안전연소에 따른 진공압 발생시 직관부재(10)의 찌그러짐을 억제할 수 있다.

상기 보강부재(20)는 양쪽의 끝단부(21) 보다 중앙의 중심부(22)가 직관부재(10)의 외주면에서 더 높게 돌출되는데, 결국 삼각형의 형상으로 구성되어 구조적으로 안정된다. 상기 직관부재(10)는 길이가 약 2000mm 내외이고, 내부는 약 900℃ 이상 가열되기 때문에 열적 스트레스로 인하여 처짐 및 휨변형이 발생될 수 있다. 그러나 상기 보강부재(20)가 직관부재(10)의 외주면에 방사상으로 다수개 길이방향을 따라 구비되므로 직관부재(10)의 처짐 및 휨변형이 방지된다.

또한 상기 직관부재(10)가 가열되면서 길이방향으로 늘어날 경우 상기 보강부재(20)가 함께 늘어나면서 중심부(22)가 일직선으로 펼쳐지므로 보강부재(20)와 직관부재(10)의 경계에 국부적인 인장응력이 발생되지 않고 터짐이 방지된다. 상기 보강부재(20)의 경우 상기 직관부재(10)의 외주면을 볼록하게 절곡하여 돌출시킨 것이므로 절곡과정에서 두께가 늘어나 절곡되지 않은 곳보다 상대적으로 얇아진다. 이런 상태에서 보강부재(20)가 늘어나면서 강제적으로 당겨질 경우 절곡된 부위의 터짐이 발생될 수 있으나, 상기 보강부재(20)가 중심부(22)에서 미리 돌출된 상태로 형성되어 있으므로 인하여 열팽창에 따라 중심부(22)의 길이가 늘어나면서 펼쳐지므로 절곡부위의 강제적인 늘림이 억제된다.

도 5는 본 발명 다른 실시예로써, 보강부재(20)가 직관부재(10)의 내주연으로 돌출된 것을 제외하곤 본 발명 한 실시예와 동일한 구성을 갖는다.

10 : 직관부재 11 : 곡관부재
12 : 지지대 13 : 입구관
14 : 출구관 15 : 용접부
20 : 보강부재 21 : 끝단부
22 : 중심부

Claims (3)

1. 직관부재를 다단으로 구비하고, 상기 직관부재들의 양단을 곡관부재로 용접하여 하나의 연속된 방열튜브를 구성함에 있어서,
   상기 직관부재의 외주면에 방사상으로 다수개의 보강부재를 구비하되, 상기 보강부재는 상기 직관부재의 길이방향을 따라 원호형으로 돌출되고;
   상기 보강부재들은 양쪽의 끝단부와 중앙의 중심부로 구성되고, 상기 끝단부들은 중심부를 향해 상향으로 경사져서 상기 중심부가 끝단부보다 높게 돌출됨을 특징으로 하는 방열튜브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 직관부재가 가열되면서 길이방향으로 늘어나는 과정에서 상기 보강부재의 중심부가 일직선으로 펼쳐지면서 상기 보강부재가 함께 늘어나도록 한 것을 특징으로 하는 방열튜브.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 보강부재들은 상기 직관부재의 외주연으로 돌출되거나 또는 상기 직관부재의 내주연으로 돌출됨을 특징으로 하는 방열튜브.

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