KR102156116B1 - 전열관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전열관에 관한 것이다. 일 측면에 따른 전열관은, 금속판의 양측 단부를 용접 가공에 의해 접합한 접합부를 포함하여, 내부에 중공부가 형성된 관을 포함하고, 상기 관의 원주면에는 원주방향으로 산부와 골부가 교대로 반복되고, 상기 접합부는 상기 관의 외면에서 상기 골부와 산부를 연결하는 가상의 직선을 기준으로 상기 가상의 직선의 외측 영역에 위치되는 것을 특징으로 한다.

Description

전열관{heat pipe}

본 명세서는 전열관에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 용접부위를 조절함으로써, 응력발생을 최소화하여 파손을 줄일 수 있는 전열관에 관한 것이다.

일반적으로, 산업플랜트에서는 열 및 유체의 이송을 위해 대형 배관 등이 설치된다. 이러한 구조물은 설비가 요구하는 길이나 형상으로 바로 제조되지 않기 때문에, 용접과 같은 시공 방법이 적용되어 요구되는 설비의 길이나 형상에 맞게 제조하고 있는 실정이다.

통상적으로 이러한 용접(welding)은 동종 또는 유사종의 금속을 서로 용융시켜 접합한 다음, 이 용접부를 응고 시켜 두 재질간의 결속을 강화시키는 공정을 말한다. 이 때, 용접을 수행하기 위해서는, 두 재질의 접합 매개체로 이용되는 용접이음재료와, 각각의 재질을 용융시킬 수 있는 열원과, 상기 용접부가 응고될 때 생성되는 용접 결함을 억제시키기 위한 비활성가스 등이 요구된다.

용접과정에서 상기 용접이음재료를 용융시킬 경우, 재료의 체적(또는 표면적)이 팽창하게 되고, 용융된 재료들이 다시 응고될 경우, 팽창했던 재료의 체적이 줄어들게 된다. 이 때 용접이음재료의 수축을 모재가 구속함에 따라, 항복응력에 상당하는 인장응력이 잔류하게 된다. 상기 잔류 인장응력은 일반적으로 용접선 직각 방향의 잔류 인장응력과, 용접선 방향의 잔류 인장응력으로 나누어 생각할 수 있다. 용접선 직각방향의 잔류 인장응력은 용접선 방향에 비해 비교적 그 모재의 구속이 적고 용접이음재료의 변형이 쉽게 발생함으로 인하여 작은 응력이 잔류한다. 반면, 용접선 방향의 인장응력은 용접선 직각 방향의 인장응력에 비해 모재의 구속이 크기 때문에, 큰 응력이 잔류한다고 알려져 있다.

이 때 발생되는 잔류인장응력의 크기가 용접될 재료들이 가지고 있는 항복응력의 크기보다 크게 될 경우, 재료의 허용응력 범위 내에서 설비를 사용하더라도 설비가 파손되는 경우가 발생한다. 따라서, 용접공정을 걸쳐 사용되는 설비들의 경우, 용접이 완료된 후, 상기 용접부에 잔류하는 인장응력을 저감하는 방법은 설비의 내구도와 관련된 매우 중요한 문제이다.

잔류응력을 저감하는 방법으로서 열처리에 의한 방법이 사용되어 오고 있으나, 파손부위를 예상하기 곤란한 점과 적용이 어려운점등 다양한 문제점이 발생하였다.

본 발명의 목적은, 용접부위를 조절함으로써 응력발생을 최소화하여 안정성을 확보할 수 있는 전열관을 제공하는 것이다.

일 측면에 따른 전열관은, 금속판의 양측 단부를 용접 가공에 의해 접합한 접합부를 포함하여, 내부에 중공부가 형성된 관을 포함하고, 상기 관의 원주면에는 원주방향으로 산부와 골부가 교대로 반복되고, 상기 접합부는 상기 관의 외면에서 상기 골부와 산부를 연결하는 가상의 직선을 기준으로 상기 가상의 직선의 외측 영역에 위치된다.

다른 측면에 따른 전열관의 제조방법은, 금속판의 양단부를 용접 가공에 의해 접합하여 관을 형성하는 단계; 및 상기 관의 원주방향으로 산부와 골부가 교대로 배치되도록 산부와 골부를 형성하되, 상기 금속판의 양단부가 접합된 접합부가 상기 관의 외면에서 상기 골부와 산부를 연결하는 가상의 직선을 기준으로 상기 가상의 직선의 외측 영역에 배치되도록 하는 단계를 포함한다.

제안되는 발명에 의하면, 용접부위를 조절함으로써 응력발생을 최소화하여 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열관을 개략적으로 보여주는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열관의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열관의 산부와 골부를 보여주는 확대도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열관의 산부와 골부를 가상으로 이은 직선을 보여주는 확대도.
도 5는 용접부위에 따른 원주방향의 응력 분포를 설명하기 위한 그래프.
도 6는 용접부위에 따른 축방향의 응력 분포를 설명하기 위한 그래프.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열관을 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열관의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전열관(10)은 금속판의 양측 단부를 용접 가공에 의해 접합하여 제작된다. 금속판재를 원형으로 감아서 만나는 양측 단부를 용접 가공을 통해 접합 하면 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 중공부가 형성된 관이 제조된다. 물론, 금속판재를 감아서 형성된 단면 형상은 원형 이외에도 직사각형, 정사각형등 다양하게 제작될 수 있다.

금속판의 사용되는 금속재는 어느 것이어도 좋지만, 내열성과 내식성이 우수한 스테인레스를 사용할 수 있다.

즉, 상기 전열관(10)은 내부에 중공부가 형성되며, 원주방향으로 산부(100)와 골부(200)가 교대로 반복되도록 제작된다.

상기 관의 원주면에는 길이 방향에 수직한 방향으로 산부(100)와 골부(200)가 교대로 반복된다. 금속판을 감아서 만든 관을, 산부(100)와 골부(200)가 교대로 반복된 다이스에 통과시켜 인발하여 제작한다. 인발시에, 용접 가공한 접합부는 골부(100) 이외의 영역에 위치하도록 조절한다.

즉, 상기 관은 플라워 형상으로 형성된다. 그런데, 플라워 형상의 전열관에서 용접부위가 골에 위치할 경우 전열관에서 골에 가해지는 응력이 최대이므로, 용접부위에서 파열의 우려가 있어 신뢰성이 미흡하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 전열관(10)은 용접부위를 산부(100)에 위치하도록 조절한다.

이하 본 실시예에 따른 전열관을 설명하기 위해 도 3내지 도 5를 참조한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열관의 산부와 골부를 보여주는 확대도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열관의 산부와 골부를 가상으로 이은 직선을 보여주는 확대도이다.

도 3에는 산부(100)와 골부(200)의 응력발생차이를 설명하기 위해 산부(100)와 골부(200) 사이를 7개의 구간으로 구획하였다. 즉, 골부(200)를 기준점인 1로 놓고, 산부(100) 을 7로 두어, 7개의 각 지점에 접합부가 위치할 경우, 발생되는 응력을 계산하였다.

도 5는 원주방향에 따른 위치 별 응력분포인데, 전열관(10)의 외면(300)에서 내면(400) 측으로 전열관(10)의 두께의 1/2 지점까지는 제1지점의 응력이 가장 높다.

도 6는 축 방향에 따른 위치별 응력분포인데, 마찬가지로 제1지점의 응력이 가장 높다.

따라서, 본 발명에서는 전열관(10)의 용접 부위가 파손되는 것을 방지하기 위하여 접합부가 골부(200)인 제1지점 이외의 지점에 위치되도록 할 수 있다.

일 예로 도 4를 참조하면, 상기 전열관(10)의 외면(300)에서 상기 골부(200)와 산부(100)를 연결하는 가상의 직선(L1)을 기준으로, 상기 가상의 직선(L1)의 외측 영역에 접합부가 위치되도록 할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 3에서 인장응력(세로축에서 +값) 또는 압축응력(세로축에서 -값)이 적은 지점은 제3지점에서 제5지점 사이 영역이다.

따라서, 본 실시예에 따른 전열관(10)은 용접 가공한 접합부를 도 3에서 제3지점과 제5지점 사이에 위치되도록 할 수 있다.

본 실시 예의 전열관(10)에서 제3지점과 제5지점 사이 영역은 Φ/2-Φ/6≤ 접합부 위치 ≤Φ/2+Φ/6를 만족할 수 있다.

이 때, 전열관의 중심에서 산부(100)와 골부(200)가 이루는 각도가 Φ이고, Φ는 360/(산부의 개수 또는 골부의 개수)X2를 만족한다.

접합부의 위치가 제3지점과 제5지점 사이에 위치할 경우, 그래프에 도시된 바와 같이 응력 발생이 낮아 외면에서 파손이 발생할 가능성이 낮다. 따라서 용접된 접합부에 잔류하는 인장응력이 저감되고, 설비의 내구도가 향상되며, 응력을 저감하기 위해 큰 비용이 소모되지 않아 효율적인 시공이 가능하다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 전열관의 용접 접합은 심용접, CO₂용접 또는 TIG 용접에 의해 이루어지는데, 여기서 심(seam)용접은 원판 전극을 사용하여 용접전류를 공급하면서 가압 회전시켜 스팟 용접을 연속적으로 하여 선용접하는 것으로, 기밀 또는 수밀이 필요한 부위에 많이 사용되는 용접이다.

그리고, CO₂용접은 아르곤(Ar), 헬륨(He)과 같은 불활성 가스 대신에 탄산가스(CO₂)를 이용한 아크 용접 방법으로, 용접 속도가 빠르고 비용이 적게 들며, 기공의 발생을 억제할 수 있는 용접이다.

또한, Tig용접은 비소모성 텅스텐 용접봉과 모재 간의 아크 열에 의해 모재를 용접하는 방법으로, 용접부 주위에 불활성 가스를 공급하면서 용접하는 것으로, Tig 용접은 용가재의 첨가 없이도 아크 열에 의해 모재를 녹여 용접할 수 있으며, 용접부의 기계적 성질이 우수하며, 용접부 변형이 적고, 용접 입열의 조정이 용이하기 때문에 박판 용접에 매우 좋은 용접이다.

따라서, 본 실시예에 따른 전열관은 특성상, 기밀 또는 수밀이 필요한 바 상기의 용접 방법에 의해 금속판을 접합시킬 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 작동하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 작동할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 전열관 100: 산부
200: 골부 300: 외면
400: 내면

Claims (5)

1. 금속판의 양측 단부가 용접 가공에 의해 접합된 접합부를 포함하여, 내부에 중공부가 형성된 관을 포함하고,
   상기 관은 인발 과정을 통해 제작되어 원주방향으로 교대로 반복되는 산부와 골부를 포함하고,
   상기 접합부는,
   상기 관의 중심에서 산부와 골부가 이루는 각(Φ)을 이등분하는 가상의 기준선으로부터 상기 산부 및 상기 골부 방향으로 각각 Φ/6 만큼 치우친 영역에 위치되는 것을 특징으로 하는 전열관.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 용접 가공은 심 용접, CO2 용접 또는 Tig 용접에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전열관.
5. 금속판의 양단부를 용접 가공에 의해 접합하여 관을 형성하는 단계; 및
   상기 관의 원주방향으로 산부와 골부가 교대로 배치되도록 산부와 골부를 형성하되, 상기 금속판의 양단부가 접합된 접합부가
   상기 관의 중심에서 산부와 골부가 이루는 각(Φ)을 이등분하는 가상의 기준선으로부터 상기 산부 및 상기 골부 방향으로 각각 Φ/6 만큼 치우친 영역에 배치되도록 하는 단계를 포함하는 전열관의 제조방법.

Images