KR101965635B1 - 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열수력실험을 수행할 때, 고온·고압의 압력용기 내에 설치되는 열교환기의 전열효율을 보다 정확하게 산출하기 위하여 전열관에서 보다 정밀한 온도측정이 가능하도록 열교환기 전열관에 열전대(thermocouple)를 설치하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 열교환기600)에 설치되는 전열관(610)을 준비하는 단계와, 상기 전열관(610)의 외주면에 길이방향을 따라 길게 다수의 안착홈(640)을 가공하는 단계와, 상기 각 안착홈(640)에 열전대(700)를 안착하는 단계와, 상기 안착홈(640)의 외부로 노출된 열전대(700)의 후방을 절곡하는 단계와, 상기 열전대(700)가 안착된 전열관(610)을 압축롤링하는 단계, 및 상기 압축롤링 가공된 전열관(610)에 매립된 열전대(700)의 온도 특성의 이상 여부를 확인하는 단계를 포함하고 있다.

Description

열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법{Method of Installing Thermocouple on Heat Pipe of Heat Exchanger}
본 발명은 열수력실험을 수행할 때, 고온·고압의 압력용기 내에 설치되는 열교환기의 전열효율을 보다 정확하게 산출하기 위하여, 전열관에서 보다 정밀한 온도측정이 가능하도록 열교환기의 전열관에 열전대(thermocouple)를 설치하는 방법에 관한 것이다.
원자력발전소와 같이 열과 에너지를 다루는 다양한 산업설비에서 정밀한 온도를 측정하는 것은 설비 효율 관리 측면에서 매우 중요하다.
한국등록특허공보 제10-1646731호에는 원자로격납건물의 모형을 제작하여 열전달 등에 대한 실험을 수행하는 장치(이하 ‘종래기술’이라 함)가 나타나 있다.
종래기술에는 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 고온, 고압의 증기를 주입할 수 있는 모의격납용기(20)를 제작하고, 상기 모의격납용기(20)의 내부에서 열교환기의 온도를 측정하여, 열교환기의 설계를 위한 응축열전달 실험장치가 나타나 있다.
하지만, 종래기술에서는 원자력 발전소에서 사용되는 다양한 형태의 열교환기 자체의 전열효율을 보다 정확하게 측정하기 위해 전열관에 열전대(thermocouple)와 같은 온도 센서를 어떻게 설치할 것인지에 대해서는 명확하게 나타나 있지 않다.
열교환기의 전열효율을 보다 정밀하게 측정하기 위해서는 열교환기의 다양한 위치에서 온도를 측정하는 것이 필요하고, 그 중에는 열교환기에서 열전달이 주로 일어나는 다수의 전열관에서의 온도를 정확하게 측정하는 것도 필요하다.
그런데, 이러한 전열관은 그 직경이 작고 두께도 얇아서 통상적으로 사용하는 온도 센서인 열전대(thermocouple)의 측정부를 전열관 내부에서 유동하는 유체인 열교환기의 냉매와 접촉할 수 있도록 전열관의 내부로 안착하여 설치하는 것이 어렵다.
이러한 문제점 때문에, 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이 열교환기(600)의 전열관(610)은 통상적으로 그 내부에 흐르는 유체인 냉매의 온도를 직접 측정하는 것이 아니라, 전열관(610) 외측면에 열전대(700)를 부착하거나 용접하는 방법으로 전열관(610) 금속 자체의 온도를 측정하고 이로부터 전열효율을 파악하여 왔다.
하지만, 이러한 열전대(thermocouple) 설치 방식은 전열관(610)의 외측면에 직접 닿는 외부 유체(예를 들면, 도 1의 모의격납용기(20)의 내부에 존재하는 고온·고압의 수증기 등)가 존재하는 경우에는 열교환기(600)의 외부에 존재하는 외부유체의 온도가 열전대(610)에 영향을 주게 되므로 전열관(610)의 금속 온도를 정확하게 측정하지 못하는 단점이 있다.
즉, 원자력발전소의 원자로격납건물을 모사한 압력용기 내에서 고온·고압의 증기와 같은 유체에 열교환기의 전열관(610)이 노출된 상태에서는 전열관(610)의 외측면에 설치된 열전대(700)는 압력용기 내의 유체의 영향으로 전열관의 금속 온도를 측정할 경우 오차가 크게 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
등록특허공보 제10-1646731호(2016.08.09. 공고)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 고온·고압의 증기가 존재하는 압력용기 내에서 열수력실험을 할 때, 설치되는 열교환기의 전열관에서의 온도를 보다 정밀하게 측정할 수 있도록 전열관에 열전대를 설치하는 방법을 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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법은, 열교환기600)에 설치되는 전열관(610)을 준비하는 단계;와 상기 전열관(610)의 외주면에 길이방향을 따라 길게 다수의 안착홈(640)을 가공하는 단계;와 상기 각 안착홈(640)에 열전대(700)를 안착하는 단계;와 상기 안착홈(640)의 외부로 노출된 열전대(700)의 후방을 절곡하는 단계;와 상기 열전대(700)가 안착된 전열관(610)을 압축롤링 가공하는 단계; 및 상기 압축롤링 가공에 의해 전열관(610)에 매립된 열전대(700)의 온도 특성의 이상 여부를 확인하는 단계를 포함하고 있을 수 있다.
또한, 상기 전열관(610)에 형성된 다수의 안착홈(640)의 각 하단부는 상기 전열관(610)의 하단부(611)로부터 각각 서로 다른 거리로 이격되어 있고, 다수의 안착홈(640)의 각 상단부는 상기 전열관(610)의 상단부(612)로부터 동일한 일정거리(b)만큼 이격되어 있되, 상기 동일한 일정거리(b)는 상기 다수의 안착홈(640)의 각 하단부와 전열관(610)의 하단부(611) 사이의 가장 짧은 거리(a)보다 더 짧은 거리이며, 상기 전열관 압축롤링 가공단계에서, 상기 전열관(610)은 하단부에서 상기 일정거리(b)에 해당하는 거리 이후부터 압축롤링 가공되고, 모든 안착홈(640)의 하단부는 압축롤링 가공되며, 전열관(610)의 상단부에서 상기 일정거리(b) 떨어진 부분까지 압축롤링 가공되되, 전열관(610)의 상, 하단부에서 압축롤링 가공되지 않는 부분의 거리 또는 길이는 동일하게 구성되어 있을 수 있다.
마지막으로, 상기 전열관(610)에 형성된 다수의 상기 안착홈(640)은 각각 동일한 간격으로 형성되어 있고, 상기 각 안착홈(640)은 그 폭(w)과 깊이(h)는 각각 상기 열전대(700)의 직경(d)과 대비하여 d≤w≤1.01×d 및 1.20×d≤h≤1.22×d와 같은 범위로 가공되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법은, 가늘고 긴 구조를 갖는 전열관에 열전대를 매립 설치하는 방법을 제공하여, 전열관 금속의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법은 전열관에 열전대를 매립하기 위해 가공하는 안착홈을 규칙적으로 배열하여 전열관을 압축롤링 가공하여도 전열관의 중앙에서 보았을 때 압축롤링 가공상태가 대칭적으로 구성되도록 하여, 압축롤링 가공에 의한 온도 측정에서의 오차를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법에서는, 안착홈의 폭 및 깊이를 최적화하여 안착된 열전대가 압축롤링 가공 후에 열전대에 밀착될 뿐 아니라 효과적으로 매립되도록 하여 전열관 금속의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1. 종래의 응축열전달 실험장치
도 2. 종래의 열교환기 전열관에 열전대 설치 구조
도 3. 본 발명의 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법
도 4. 본 발명에 따른 전열관의 안착홈에 열전대가 설치된 구조.
(a) 전열관의 사시도 (b) 전열관의 전개도
도 5. 본 발명에 따른 안착홈에 열전대가 설치된 전열관의 단면도도
6. 본 발명에 따른 전열관의 압축롤링 공정의 개략도
7. 본 발명에 따른 압축롤링 가공된 전열관에 열전대가 매립된 구조
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
도 3은 본 발명의 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법이 나타나 있고, 도 4(a)에는 전열관(610)의 안착홈에 열전대(700)가 안착된 구성의 사시도가, 도 4(b)에는 전열관(610)의 안착홈에 열전대(700)가 안착된 구성의 전개도가 나타나 있다. 도 5에는 안착홈(640)에 열전대(700)가 안착된 전열관(610)의 단면도가 나타나 있고, 도 6에는 전열관(610)의 압축롤링 가공 공정의 개략도가 나타나 있으며, 도 7에는 압축롤링 가공된 전열관(610)에 열전대(700)가 매립된 구조가 나타나 있다.
본 발명의 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, (a) 열교환기(600)에 설치되는 전열관(610)을 준비하는 단계와, (b) 상기 전열관(610)의 외주면에 길이방향을 따라 길게 다수의 안착홈(640)을 가공하는 단계와, (c) 상기 각 안착홈(640)에 열전대(700)를 안착하는 단계와, (d) 상기 안착홈(640)의 외부로 노출된 열전대(700)의 후방을 절곡하는 단계와, (e) 상기 열전대(700)가 안착된 전열관(610)을 압축롤링하는 단계와, (f) 상기 압축롤링 가공된 전열관(610)에 매립된 열전대(700)의 온도 특성의 이상 여부를 확인하는 단계, 및 (g) 상기 전열관(610)의 양단을 각각 저온 챔버(620)와 고온 챔버(630)와 결합하는 단계를 포함하고 있다.
상기 (a) 단계는 열교환기(600)에 설치되는 전열관(610)을 준비하는 단계를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이 열교환기(600)는 저온챔버(620)와 고온챔버(630) 사이에 다수의 전열관(610)이 연결되어 형성된다. 열교환기(600)를 제조하기 위하여 (a) 단계는 상기 전열관(610)을 열교환기(600)에서 요구되는 길이로 가공하여 준비하는 단계를 나타낸다.
다음으로, 상기 (b) 단계는 상기 전열관(610)의 외주면에 길이방향을 따라 길게 다수의 안착홈(640)을 가공하는 단계를 나타내고, 상기 (c) 단계는 상기 각 안착홈(640)에 열전대(700)를 안착하는 단계를 나타낸다.
본 발명에서는 전열관(610)의 외주면에 도 4에 도시된 바와 같이 열전대 안착홈(640)을 가공하고, 상기 안착홈(640)에 열전대(700)를 안착시킨다.
도 4(b)에 도시된 전열관(610)의 전개도에서는 4개의 지점에서 온도를 측정하기 위하여 4개의 안착홈(640)을 가공한 실시예가 도시되어 있는데, 이에 한정되지 않고 이 때, 상기 안착홈의 개수는 각 전열관(610)에서 측정하고자 하는 위치의 수만큼 가공하는 것이 가능할 것이다.
각 안착홈(640)은 온도 측정 위치가 상이하도록 그 길이가 다르게 가공되어 있으므로 안착홈(640) 사이의 간격은 동일하지 않아도 문제가 없다. 하지만, 실제 전열관(610)은 가늘고 긴 형상의 세장비(細長比)가 큰 중공 파이프 형상이므로, 각 안착홈(640)의 간격은 도 4(b)에서는 동일한 간격으로 가공하는 것이 보다 용이할 수 있을 것이다.
이 때, 각 안착홈(640)은 도 4(b)에 도시된 바와 같이 그 길이가 전열관(610)의 길이보다 짧고, 그 길이가 서로 다르게 형성되어 있다.
가공된 각 안착홈(640)에는 열전대(700)가 안착되는데, 열전대(700)의 온도 측정부는 끝단에 형성되어 있으므로, 열전대(700)의 측정부는 안착홈(640)의 하단부에 위치하게 된다.
본 발명에서는 안착된 각 열전대(700)의 측정부가 전열관(610)의 각기 다른 높이에 위치하도록 하기 위하여, 상기 전열관(610)에 형성된 각 안착홈(640)의 하단부는 상기 전열관(610)의 하단부(611)로부터 각각 서로 다른 거리로 이격되어 있다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이 가장 긴 길이를 갖는 안착홈(640)의 하단부는 전열관의 하단부(611)와 가장 근접하게 이격되어 있고, 각 안착홈(640)은 하단부가 일정 간격(△) 만큼씩 이격되어 있도록 형성되어 있다. 또한, 가장 짧은 길이를 갖는 안착홈(640)의 하단부는 전열관의 상단부(612)와 가장 근접하게 이격되어 있다.
또한, 본 발명에서는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 가장 긴 길이의 안착홈(640)의 하단부가 전열관의 하단부(611)와 이격된 거리(a)는, 가장 짧은 길이의 안착홈(640)의 하단부와 전열관의 상단부(612) 사이에 이격된 거리(a)와 동일하게 구성되어 있다.
이러한 구성을 통해, 외측에 형성된 두 개의 안착홈(640)은 각각 전열관(610)의 상, 하단부(611, 612)에 각각 동일한 거리만큼 이격되어 있고, 각 안착홈(640)의 하단부 사이의 거리는 길이방향으로 동일한 간격(△)을 갖도록 형성되어 있다. 따라서, 각 안착홈(640)에 안착되는 열전대(700)를 통해, 상기 각 위치에서 전열관(610)의 온도를 측정할 수 있게 된다.
도 4(b)에서는 열전대(700)의 측정부가 위치하는 각 안착홈(640)의 하단부가 길이방향으로 동일한 간격(△)으로 떨어져 있으나, 열수력 시험에서 전열관(610)에서 측정하고자 하는 위치가 특정되어 있으면 그에 맞게 각 안착홈(640)을 가공하여 열전대(700)의 측정부를 요구되는 특정 위치에 안착시킬 수 있을 것이다.
한편, 본 발명에서는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 안착홈(640)의 각 상단부는 전열관(610)의 상단부(612)와 동일한 간격인 b 만큼 이격되어 있다.
이와 같은 구성을 통해 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 각 안착홈(640)의 상단부는 상기 전열관(610)의 상단부로부터 일정거리 b만큼 이격되어 있고, 그 거리는 상기 안착홈(640)의 하단부와 전열관(610)의 하단부 사이의 가장 짧은 거리를 나타내는 a보다 더 짧은 거리가 된다.
즉, 가장 길이가 긴 안착홈(640)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 전열관(610)의 상단부(612)와는 b 거리만큼 이격되어 있고, 전열관(610)의 하단부(611)와는 a 거리만큼 이격되어 있어, 가장 길이가 긴 안착홈(640)도 전열관(610)이 상단부(612)에 치우쳐 있도록 가공되어 있는 것을 알 수 있다.
열전대(700)가 안착되는 각 안착홈(640)의 단면을 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이 열전대(700)가 안착될 수 있는 폭(w)과 깊이(h)를 갖도록 가공되고, 각 안착홈(640)에 일정 직경(d)을 갖는 열전대(700)가 안착되어 있다.
본 발명에 사용되는 열전대(700)는 통상 시스(sheath)형 열전대(700)인데, 이는 도 7에 도시된 바와 같이, 열전대(700)의 끝단부에 형성되는 온도 측정부(미도시)와 연결되는 열전대 와이어(730)와 상기 온도 측정부(미도시)와 열전대 와이어(730)를 감싸도록 형성된 외피에 해당하는 열전대 시스(sheath, 720)를 포함하고 있다. 따라서, 본 발명에 사용되는 열전대(700)의 직경(d)은 열전대 시스(720)의 직경을 나타내는 것이다.
한편, 본 발명에 사용되는 열전대(700)는 전열관(700)의 안착홈(640)에 삽입되어야 하므로, 전열관(700)의 직경 등에 따라 적합한 직경(d)을 갖는 열전대(700)를 사용해야 하여야 하며, 통상적으로는 직경(d)이 1mm 내외인 열전대(700)가 사용된다.
안착홈(640)의 폭(w)은 열전대(700)의 직경(d)과 동일하도록 구성하는 것이 바람직하고, 폭(w)이 d ≤ w ≤ 1.01×d 의 범위에 있으면, 전열관(610)과 열전대(700)가 향후 압축롤링 공정에서 열전대(700)가 안착된 상태가 유지되고 압축롤링 공정 후에도 전열관(610)과 열전대(700)가 양호한 상태로 접합되어 있을 수 있다.
또한, 안착홈(640)의 깊이(h)는 열전대(700)의 직경(d)보다 깊게 구성하는 것이 바람직하고, 깊이(h)가 1.20×d ≤ h ≤ 1.22×d의 범위에 있으면, 향후 압축롤링 공정에서 전열관(610)의 안착홈(640)의 상단부가 변형되어 열전대(700)의 상부면을 덮어 감싸는 형태가 된다. 깊이(h)가 얕은 경우에는 열전대(700)의 상부면을 충분히 덮을 수 있는 형태가 되기 어렵고, 깊이(h)가 너무 깊은 경우에는 겹쳐지거나 안착홈(640) 자체의 변형이 발생할 수도 있다.
한편, 안착홈(640)의 하단부의 형태는 도 5에 도시된 바와 같이 직각 형상으로 구성할 수도 있고, 열전대(700)와 동일한 곡률을 갖는 면으로 구성할 수도 있을 것이다.
다음으로 상기 (d) 단계는 상기 안착홈(640)의 외부로 노출된 열전대(700)의 후방을 절곡하는 단계를 나타낸다.
열전대(700)가 안착홈(640)에 안착되면, 열전대(700)의 후방은 안착홈(640)의 외부 또는 전열관(610)의 외부로 노출된다. 이러한 열전대(700)의 후방은 안착된 안착홈(640)의 길이에 따라 상기 열전대 시스(720)의 후방부 또는 센서 라인 등이 될 수 있다.
본 발명에서는 이러한 열전대(700)의 후방을 그 위치가 명확하게 구분될 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같이 절곡을 하여 열전대(700)의 후방이 절곡부(740)를 형성하도록 한다.
절곡부(740)는 안착홈(640)의 상단부에서 형성하여 절곡부(740)가 안착홈(640)의 상단부의 위치를 나타내는 표시로 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로 본 발명은 상기 (e) 단계에서와 같이 상기 열전대(700)가 안착된 전열관(610)을 압축롤링 가공하는 단계를 갖는다.
본 발명에서는 압축롤링 가공을 통해 열전대(700)를 전열관(610)에 밀착 고정시키고, 안착홈(640)을 변형시켜 안착된 열전대(700)의 상부면도 덮어 감쌀 수 있도록 한다.
이러한 구성을 통해 열전대(700)는 도 7에 도시된 바와 같이 거의 전열관(610)에 매립된 구성에 근접하며, 이러한 매립 구성을 통해 외부 유체(예를 들면, 압력용기의 고온·고압의 수증기 등)의 영향을 최소화하여 전열관(610)의 온도를 보다 정밀하게 측정하는 것이 가능하게 된다.
이 때, 전열관(610)의 안착홈(640)의 상단부에는 도 6에 도시된 바와 같이 열전대(700)의 절곡부(740)가 전열관(610)의 외부로 노출되어 돌출되어 있는 상태이다.
이러한 문제로 인하여 과거에는 전열관(610)에 대한 압축롤링을 고려하지 못하고, 도 2에 도시된 바와 같이 전열관(610)의 외부에 열전대(700)를 용접이나 솔더링 등의 방식으로 결합시키는 방법을 사용하였다.
하지만, 본 발명의 발명자는 안착홈(640)의 가공 위치 및 압축롤링 가공 구간을 적합하게 설정하여 전열관(640)에 상·하 대칭적인 압축롤링 공정을 수행하여, 열전대(700)를 전열관(610)에 매립시키는 구조를 발명하였다.
압축롤링 가공은 도 6에 도시된 바와 같이 압축롤러(800) 사이를 전열관(610)의 하단부(611)부터 통과시키면서 가공을 한다. 이 때, 압축롤러(800)는 길이방향(횡방향으로 이동하지 않고, 전열관(610)을 길이방향으로 이동시키면서 가공할 수 있을 것이다. 그리고, 쌍으로 형성된 압축롤러(800) 사이의 간격은 조절할 수 있도록 구성하여 필요한 구간에서 압축력을 제공할 수 있도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에서는, 전열관(610)의 하단부(611)에서 b 거리(안착홈의 하단부와 전열관의 하단부 사이의 거리)까지는 압축롤러(800)를 통과할 때 압축가공 없이 통과하도록 구성한다. 즉, 압축롤러(800)가 전열관(610)의 외주면을 가압하지 않는 상태로 통과시키는 것을 의미하고, 이로 인해, 적어도 전열관(610)의 하단부에서 b 길이까지는 어떠한 가공도 없는 것이다.
다음으로 전열관(610)의 하단부(611)부터 b 거리 이후의 필요한 위치에서부터 압축롤러(800)의 축간 거리를 감소시키는 방법 등을 이용하여 전열관(610)에 압축롤링 가공을 수행한다.
이 때, 압축롤링 가공은 안착홈(640)의 변형을 통해 안착홈(640)에 안착된 열전대(700)의 상부면을 덮어 감쌀 수 있도록 하기 위한 가공이므로, 적어도 모든 안착홈(640)의 하단부는 압축롤링 가공이 되도록 한다.
그리고, 본 발명에서는 전열관(610)의 하단부(611)와 상단부(612)에서 각각 압축롤링 가공이 되지 않는 부분의 길이는 동일하게 되도록 하는 것이 바람직할 것이다.
즉, 압축롤링 가공은 최대로, 도 6에 도시된 바와 같이 전열관의 하단부(611)와 상단부(612)에서 각각 b 거리(안착홈의 상단부와 전열관의 상단부 사이의 거리) 떨어진 구간에서 수행할 수 있고, 그 구간 내에서 필요에 따라 모든 안착홈(640)의 하단부가 가공되도록 하는 범위를 선택하여 압축롤링 가공을 수행할 수 있다.
이러한 압축롤링 가공공정을 통해 도 6에 도시된 바와 같이, 열전대(700)의 절곡부(740)가 형성된 위치 이전에서 압축롤링 가공 공정은 종료하게 되고, 가장 길이가 짧은 안착홈(640)의 하단부도 압축롤링에 의해 가공되는 것이 자명함을 알 수 있다. 이를 통해 모든 열전대(700)는 전열관(700)의 각 위치에서 동일하게 가공된 조건으로 온도를 측정할 수 있게 된다.
이 때, 압축롤링 가공 종료 위치와 전열관(610) 상단부(612) 사이의 거리는 전열관(610)의 하단부(611)와 압축롤링 가공 시작 위치 사이의 거리와 동일하도록 제어하는 것이 가장 바람직할 것이다. 가공 시작 및 종료 위치를 포함한 가공 위치 감지는 위치 감지 센서(미도시)를 통하여 쉽게 감지할 수 있을 것이다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 열전대(700)의 절곡부(740)는 전열관의 상단부(612)로부터 b 거리만큼 이격되어 있으므로, 상기 절곡부(740)는 실제 압축롤링 공정이 없는 구간이 되고, 열전대(700)의 압축롤링 가공 부분은 전열관(610)의 길이방향 중심부를 기준으로 대칭적으로 이루어질 수 있는 것이다.
도 7은 압축롤링 가공에 의해 전열관(610)의 안착홈(640)에 열전대(700)가 매립된 구성의 단면도를 나타내고 있다. 안착홈(640)의 높이(h)가 1.20×d ≤ h ≤1.22×d의 범위에 있기 때문에 압축롤링 가공에 의해 안착홈(640)은 변형되어 열전대(700)의 상부면의 대부분을 덮어 감싸는 형상으로 이루어지게 되는 것이다.
다음으로, (f) 단계는 상기 압축롤링 가공된 전열관(610)에 매립된 열전대(700)의 온도 특성의 이상 여부를 확인하는 단계를 갖는다.
이는 전열관(610)에 열전대(700)를 안착시킨 상태에서 압축롤링 가공을 수행하였으므로, 열전대(700)가 제대로 온도를 측정할 수 있는 것을 확인하는 단계를 의미한다.
센서에서 측정을 제대로 하고 있는지 여부를 확인하는 것은 가장 기본적인 사항에 해당하지만, 본 발명의 전열관(610)은 양단을 각각 열교환기(600)의 저온 챔버(620)와 고온 챔버(630)와 결합하는 단계;를 거쳐 열교환기를 완성하는 단계에 사용되는 전열관(610)이므로, 저온 챔버(620)와 고온 챔버(630)에 결합하기 전에 온도를 제대로 측정할 수 있는지 여부를 확인하는 것이 반드시 필요하다 할 것이다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
600: 열교환기 610: 전열관 620: 저온 챔버
621: 강제 유입구 622: 대류 유입구 630: 고온 챔버
631: 강제 유출구 632: 대류 유출구 640: 열전대 안착홈
671: 강제 순환 루프 672: 자연대류 순환 루프 700, 700a: 열전대
720: 열전대 시스(sheath) 730: 열전대 와이어 740: 와이어 절곡부
a: 전열관의 하단부와 길이가 가장 긴 안착홈의 하단부 사이의 거리
전열관의 상단부와 길이가 가장 짧은 안착홈의 하단부 사이의 거리
b: 전열관의 상단부와 길이가 가장 짧은 안착홈의 상단부 사이의 거리
d: 열전대의 직경 w: 안착홈의 폭 h: 안착홈의 깊이

Claims (3)

  1. 열교환기(600)에 설치되는 전열관(610)을 준비하는 단계;
    상기 전열관(610)의 외주면에 길이방향을 따라 길게 다수의 안착홈(640)을 가공하는 단계;
    상기 각 안착홈(640)에 열전대(700)를 안착하는 단계;
    상기 안착홈(640)의 외부로 노출된 열전대(700)의 후방을 절곡하는 단계;
    상기 열전대(700)가 안착된 전열관(610)을 압축롤링하는 단계; 및
    상기 압축롤링 가공된 전열관(610)에 매립된 열전대(700)의 온도 특성의 이상 여부를 확인하는 단계를 포함하는 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법에 있어서,
    상기 전열관(610)에 형성된 다수의 안착홈(640)의 각 하단부는 상기 전열관(610)의 하단부(611)로부터 각각 서로 다른 거리로 이격되어 있고, 다수의 안착홈(640)의 각 상단부는 상기 전열관(610)의 상단부(612)로부터 동일한 일정거리(b)만큼 이격되어 있되, 상기 동일한 일정거리(b)는 상기 다수의 안착홈(640)의 각 하단부와 전열관(610)의 하단부(611) 사이의 가장 짧은 거리(a)보다 더 짧은 거리이며,
    상기 전열관 압축롤링 가공단계에서, 상기 전열관(610)은 하단부(611)에서 상기 일정거리(b)에 해당하는 거리 이후부터 압축롤링 가공되고, 모든 안착홈(640)의 하단부는 압축롤링 가공되며, 전열관(610)의 상단부(612)에서 상기 일정거리(b) 떨어진 부분까지 압축롤링 가공되되, 전열관(610)의 상, 하단부(611, 612)에서 압축롤링 가공되지 않는 부분의 거리 또는 길이는 서로 동일하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전열관(610)에 형성된 다수의 상기 안착홈(640)은 각각 동일한 간격으로 형성되어 있고, 상기 각 안착홈(640)은 그 폭(w)과 깊이(h)는 각각 상기 열전대(700)의 시스(sheath)의 직경(d)과 대비하여 아래의 관계식과 같은 범위로 가공되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 전열관에 열전대를 설치하는 방법.
    d ≤ w ≤ 1.01×d, 1.20×d ≤ h ≤ 1.22×d
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