KR19990066486A

KR19990066486A - High efficiency pin on polygon

Info

Publication number: KR19990066486A
Application number: KR1019980002432A
Authority: KR
Inventors: 석태군; 양옥철
Original assignee: 이해규; 삼성중공업 주식회사
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1999-08-16

Abstract

본 발명은 산업용 열교환기에 사용되는 핀튜브에 횡렬로 부착되는 다각형상의 고효율핀에 관한 것으로서, 종래에는 핀튜브를 중심으로 형성되는 유동장의 특성을 무시하고 동일한 형태의 핀이 연속적으로 감겨있거나 평판의 배열 또는 핀의 원주에 방사상의 톱니형상 핀을 부착하는 등으로 구성되어, 전열성능이나 전열효율의 고조에 한계가 있었으며, 유체에 섞여 유동하는 분진이나 비산회 같은 미립자가 핀 주위에 쌓여 전열성능을 무디게 하거나 핀튜브를 손상시키는 등의 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 핀의 각부분을 유동방향에 따라 차별을 두어 상기 유동장의 전반부영역에는 전열면적증대를 위해 광폭핀을 형성하고, 후반부영역에는 우수한 전열성능의 톱니형 핀을 형성하고, 전열이 상대적으로 불량한 양측부에는 전열면적을 줄이도록 형성하여 복합적으로 가공되어 다각형상을 띤 핀으로 구성함으로서, 핀튜브의 전열성능 및 전열효율을 극대화하고 핀튜브의 수명을 연장시키며 가공이 용이하여 널리 보급이 기대되는 등의 탁월한 효과가 있다.The present invention relates to a polygonal high efficiency fin that is horizontally attached to a fin tube used in an industrial heat exchanger, and conventionally fins of the same type are continuously wound or a flat plate arrangement regardless of the characteristics of the flow field formed around the fin tube. Or, it consists of attaching radial serrated fins on the circumference of fins, which limits the heat transfer performance and heat transfer efficiency.The particles such as dust or fly ash mixed with the fluid accumulate around the fins to blunt the heat transfer performance. In the present invention, there is a problem such as damaging the fin tube, but in the present invention, the fins are formed in the first half region of the flow field to increase the heat transfer area, and the second half region has excellent heat transfer performance. To form a serrated fin and reduce the heat transfer area on both sides with relatively poor heat transfer. By forming and forming a complex process to form a polygonal fin, there is an excellent effect, such as maximizing the heat transfer performance and heat transfer efficiency of the fin tube, extending the life of the fin tube, easy to process and expected to spread widely.

Description

High efficiency pin on polygon

본 발명은 산업용 열교환기에 사용되는 핀튜브에 횡렬로 부착되는 다각형상의 고효율핀에 관한 것으로서, 핀튜브 주위의 유동특성을 고려하고 유동방향이 일정할 경우 파생되는 유동영역에 있어서의 전열특성에 따라 핀튜브 표면에 부착된 핀의 형상에 변화를 줌으로서 전열효율을 획기적으로 향상시킨 핀튜브용 고효율핀에 관한 것이다.The present invention relates to a polygonal high efficiency fin that is horizontally attached to a fin tube used in an industrial heat exchanger. The fin is considered in consideration of the flow characteristics around the fin tube and according to the heat transfer characteristics in the flow region derived when the flow direction is constant. The present invention relates to a high efficiency fin for a fin tube that dramatically improves the heat transfer efficiency by changing the shape of the fin attached to the tube surface.

서로 온도가 다르고, 고체벽으로 분리된 두 유체사이의 열교환현상은 많은 공업응용분야에서 찾아볼 수 있는데, 이러한 열교환을 수행하는 장치를 열교환기(Heat Exchanger)라 하며, 공간가열, 공기조화, 동력발생, 페열회수 등에서 응용된다.Heat exchange between two fluids with different temperatures and separated by solid walls can be found in many industrial applications. The equipment that performs these heat exchanges is called a heat exchanger. Space heating, air conditioning, power Applied in generation, waste recovery, etc.

특히 상기 폐열회수의 용도로 쓰이는 열교환기는 배열회수증기 발생기나 보일러에 사용되는데, 여기서는 고온유체와 저온유체가 교류(Cross Flow)(서로 직각)로 흐르는 경우 중에서 저온유체가 관유동하고 고온유체가 그 외부를 통과하는 경우에 한정하여 설명한다.In particular, the heat exchanger used for the waste heat recovery is used in a heat recovery steam generator or a boiler, in which the low temperature fluid flows in the case where the high temperature fluid and the low temperature fluid flow in a cross flow (orthogonal to each other) and the high temperature fluid is It demonstrates only when passing through the exterior.

상기 저온유체가 유동하는 관에는 핀을 부착하여 고온유체의 유동방향을 저온유체 유동방향의 직각방향으로만 한정할 수 있는데, 이를 핀튜브라고 한다.Fins are attached to the tube through which the low-temperature fluid flows to limit the flow direction of the high-temperature fluid only to the direction perpendicular to the low-temperature fluid flow direction, which is called a fin tube.

도 2는 종래의 연속형핀을 부착한 핀튜브를 나타낸 정단면도이다.Figure 2 is a front sectional view showing a fin tube with a conventional continuous fins.

종래의 핀튜브에는, 연속형 핀(Solid Fin) 또는 톱니형핀을 튜브 외부에 나선형으로 감거나 평판핀을 튜브를 따라 횡렬로 배열하여 고주파 용접(High Frequency Welding)에 의해 핀을 결합한 것이 대부분이다.In a conventional fin tube, a solid fin or toothed fin is spirally wound around the outside of the tube, or flat fins are arranged side by side along the tube to combine the fins by high frequency welding.

상기 핀튜브 주위로 액상이나 기상의 유체가 통과할 때에는 유속과 유량에 의해 층류 및 난류가 복합된 형태의 유동장이 형성되는데, 이러한 유동특성을 열교환기 전체의 효율을 크게 좌우하게 된다.When a liquid or gaseous fluid passes around the fin tube, a flow field having a laminar and turbulent flow is formed according to the flow rate and the flow rate. Such flow characteristics greatly influence the efficiency of the entire heat exchanger.

따라서, 설명의 편의를 위해 유동방향에 직각인 핀튜브의 반경을 기준으로 전반부영역과 후반부영역 및 양측부영역으로 구분하며, 이들 각 유동영역에 따라 유동특성과 전열기구(Heat Transfer Mechanism)에 큰 차이가 있다.Therefore, for convenience of explanation, it is divided into the first half region and the second half region and both side regions based on the radius of the fin tube perpendicular to the flow direction, and the flow characteristics and heat transfer mechanisms are large depending on the respective flow regions. There is a difference.

상기 전반부 영역에서는 외부유체의 흐름이 핀튜브의 측전방에 형성되는 유동정체점(Flow Stagnation Point)에서 충돌된 후, 순방향 압력구배(Favorable Pressure Gradient)에 의해 핀튜브의 곡면을 따라 하류로 진행됨에 따라 유속이 증가되는 양상을 보이고, 후반부영역에서는 역방향 압력구배(Adverse Pressure Gradient)에 의해 유속이 점차로 감소되다가 경계층이 박리(Separation)되어 후류를 형성하는 양상을 보인다.In the first half region, the flow of the external fluid collides at the flow stagnation point formed at the front and rear of the fin tube, and then proceeds downstream along the curved surface of the fin tube by a forward pressure gradient. As the flow velocity increases, in the latter region, the flow velocity gradually decreases due to the Adverse Pressure Gradient, and the boundary layer is separated to form the wake.

그리고, 유속과 난류강도가 큰 전반부 및 후반부 영역에 비해 상대적으로 낮은 값을 가지는 핀튜브 상하의 양측부영역에서는 전열성능이 저하된다.In addition, the heat transfer performance is deteriorated in both upper and lower portions of the fin tube having a relatively low value compared to the first and second half regions where the flow velocity and turbulence intensity are large.

그런데, 종래에는 이들 영역에서의 유동특성을 무시하고 동일한 형태의 핀이 연속적으로 감겨있거나 평판의 배열 또는 핀의 원주에 방사상의 톱니형상 핀을 부착하는 등으로 구성된 것이 대부분이므로, 전열성능이나 전열효율의 고조에 한계가 있었으며, 오히려 전반부 및 후반부 영역에 비해 양측면 영역에서 전열이 작게 이루어지는 점에서 전체전열량을 낮게 하는 요인으로 작용하게 된다.By the way, conventionally, the fins of the same type are disregarded continuously, or the radial serrated fins are attached to the circumference of the flat plate or the circumference of the fins, ignoring the flow characteristics in these areas. There was a limit to the height of, and the heat transfer is small in both side regions compared to the first half and the second half region is to act as a factor to lower the total heat transfer amount.

특히, 유체에 섞여 유동하는 분진이나 비산회 같은 미립자가 핀 주위에 쌓여 전열성능을 무디게 하거나 핀튜브를 손상시키는 등의 문제점이 있었다.In particular, particulates such as dust and fly ash mixed with the fluid accumulate around the fins, causing a problem of blunting the heat transfer performance or damaging the fin tube.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 핀튜브 주위에 형성되는 유동장의 특성을 고려하여 이에 최적인 형태 및 구조로 이루어진 핀을 부착한 것으로 구성하여 전열성능 및 전열효율을 극대화하고 핀튜브의 수명을 연장시킬 수 있는 핀튜브용 고효율핀의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention devised to solve the problems as described above, in consideration of the characteristics of the flow field formed around the fin tube consisting of the fins of the optimal shape and structure attached to this to maximize the heat transfer performance and heat transfer efficiency and It is an object of the present invention to provide a high efficiency fin for a fin tube that can extend the life of the tube.

이와 같은 목적은, 핀의 각부분을 유동방향에 따라 차별을 두어 상기 유동장의 전반부영역에는 전열면적증대를 위해 광폭핀을 형성하고, 후반부영역에는 우수한 전열성능의 톱니형 핀을 형성하고, 전열이 상대적으로 불량한 양측부에는 전열면적을 줄이도록 형성하여 복합적으로 가공된 다각형상을 갖춘 본 발명의 고효율핀에 의해 해결될 수 있는 바, 이하 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.For this purpose, wide fins are formed in the first half of the flow field to increase the heat transfer area, and the serrated fins of excellent heat transfer performance are formed in the second half of the flow field. The relatively poor both sides can be solved by the high efficiency pin of the present invention having a polygonal shape that is complexly formed by reducing the heat transfer area, which will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 적용한 닮은 삼각형의 핀을 부착한 핀 튜브의 정단면도.1 is a front sectional view of a fin tube with a similar triangular fin to which a preferred embodiment of the present invention is applied;

도 2는 종래의 연속형핀을 부착한 핀튜브를 나타낸 정단면도.Figure 2 is a front sectional view showing a fin tube with a conventional continuous fins.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1. 핀튜브 2. 핀1. Fin Tube 2. Fin

4. 톱니형핀 5. 기저부4. Toothed Pin 5. Base

6. 톱니부 7. 절편6. Teeth 7. Section

8. 간극 9. 광폭핀8. Clearance 9. Wide fin

본 발명은, 고온유체의 유동방향과 직각인 방향으로 저온유체가 그 내부로 통과하고 표면에 핀이 부착된 산업용 열교환기의 핀튜브에 있어서, 고온유체 유동방향에 직각인 상기 핀튜브의 직경을 중심으로 상기 핀(2)의 전반부영역에 형성되는 광폭핀(Wide Width Fin)(9)과, 상기 핀(2)의 후반부영역에 형성되는 톱니형핀(Serrated Fin)(4)로 구성되고 상기 양측부영역에 전열면적이 작도록하여 핀(2)전체의 정면이 다각형상을 띤 것으로 구성된다.The present invention relates to a fin tube of an industrial heat exchanger having a low temperature fluid passing therein and having fins attached to the surface thereof in a direction perpendicular to the flow direction of the high temperature fluid, the diameter of the fin tube perpendicular to the high temperature fluid flow direction. It is composed of a wide fin (9) formed in the first half region of the fin (2) and a serrated fin (4) formed in the second half region of the fin (2) and the two sides The heat transfer area is small in the subregion so that the entire surface of the fin 2 has a polygonal shape.

그리고, 상기 광폭핀(9)들 사이에는 형성되어 전열면적을 증대시키는 간극(Gaps)(8)이 있다.In addition, there are gaps 8 formed between the wide fins 9 to increase the heat transfer area.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 적용한 핀튜브의 정단면도를 나타낸 것으로, 이하 본 발명의 작용에 관해 상세히 설명한다.1 is a front sectional view of a fin tube to which a preferred embodiment of the present invention is applied, and the operation of the present invention will be described in detail below.

본 발명은 고온유체의 일정한 유동방향과 직각으로 저온유체가 통과하는 핀튜브(1)를 설치한 산업용 열교환기에 적용함이 적합하다.The present invention is suitably applied to an industrial heat exchanger provided with a fin tube (1) through which the low temperature fluid passes at a right angle to the constant flow direction of the high temperature fluid.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 핀(2)의 형상을 도 1에 나타낸 바와 같이 닮은 삼각형으로 구성하였다.In addition, in the preferred embodiment of the present invention, the shape of the pin 2 is composed of similar triangles as shown in FIG.

상기 유체의 유동방향과 정면으로 대치되는 영역, 즉 전반부영역에 설치되는 광폭핀(9)은 말 그대로 폭이 넓어서 전열 단면적이 핀의 다른 부분에 비해 상대적으로 넓은 것이 특징이다.The wide fin 9, which is installed in a region opposed to the flow direction of the fluid in the front, that is, the first half region, is literally wide, so that the heat transfer cross section is relatively wider than other portions of the fin.

또한, 상기 전반부영역은 유속과 난류강도가 큰 것이 특징인데, 상기 난류강도는 상기 광폭핀(9)들 사이에 형성된 간극(8)내부로 유체가 일단 유입되었다가 빠져나가는 과정에서, 표면이 평탄한 경우보다 난류조장 정도가 높게 되는 것으로 나타났다.In addition, the first half region is characterized in that the flow velocity and the turbulence intensity is large, the turbulence intensity is a flat surface in the process of the fluid flows into and exits the gap 8 formed between the wide fins (9) Turbulent growth was higher than that.

상기 핀튜브(1)를 중심으로 형성되는 유동장은 상기 전반부영역의 유동정체점을 기준으로 후반으로 갈수록 핀튜브(1)의 표면을 타고 유선형으로 바뀌게 되고 유속이 다시 증가하게 되므로 핀튜브(1)의 상부와 하부에 해당하는 상기 양측부영역에서는 급격히 전열율이 떨어지게 되고 핀(2)으로부터 유입되는 전열량은 줄어들게 된다.The flow field formed around the fin tube 1 becomes streamlined on the surface of the fin tube 1 toward the second half with respect to the flow stagnation point in the first half region, and thus the flow rate is increased again. In both side regions corresponding to the top and bottom of the heat transfer rate is sharply reduced and the heat transfer amount flowing from the fin (2) is reduced.

이어서, 상기 양측부영역을 통과한 유체의 유동장은 후반부영역에 이르러서 유속이 다시 떨어지게 되고 박리현상을 일으켜 여기서의 핀(2)으로부터의 전열량은 커지게 되며, 또한 상기 톱니형핀(4)이 열경계층의 두께를 줄이고 난류를 조장하게 된다.Subsequently, the flow field of the fluid passing through the both side regions reaches the latter half region, whereby the flow velocity drops again, causing a peeling phenomenon, whereby the heat transfer amount from the fins 2 becomes large, and the serrated fins 4 are heated. This reduces the thickness of the boundary layer and encourages turbulence.

상기 톱니형핀(4)은 크게 핀튜브(1)에 바로 연결되어 전열단면적을 크게 한 기저부(5)와, 기저부(5)의 외부를 이루는 톱니부(6) 그리고, 톱니부(6)를 이루는 각 절편(7)으로 구분지어진다.The toothed pin 4 is directly connected to the fin tube 1 and has a base 5 having a large heat transfer area, a tooth 6 forming the outside of the base 5, and a tooth 6. Each segment (7) is divided.

그밖에, 상기 후반부영역에는 전열성능이 우수한 톱니형핀(4)이, 연료의 미연분이 고온 배가스에 포함되면서 분진과 비산회 등의 미립자(Particle)가 후류영역에서 감소된 유동운동량으로 인해 핀튜브(1) 표면에 부착되어 발생하는 파울링현상을 줄이는 역할을 한다.In addition, in the second half region, the toothed fins 4 having excellent heat transfer performance are included, and the fin tubes 1 are formed due to the reduced flow momentum of particulates such as dust and fly ash as the unburned fuel is included in the hot exhaust gas. It reduces the fouling phenomenon caused by adhesion to the surface.

본 발명은, 핀튜브를 중심으로 형성되는 유동장에서 유속과 난류강도의 차이가 뚜렷한 지역을 구분하여 이에 대응한 형태로 핀을 형성함으로서 핀튜브의 전열성능 및 전열효율을 극대화하고 핀튜브의 수명을 연장시키며 가공이 용이하여 널리 보급이 기대되는 등의 탁월한 효과가 있다.The present invention maximizes the heat transfer performance and heat transfer efficiency of the fin tube by forming fins in a form corresponding to the distinction of the difference in flow velocity and turbulence intensity in the flow field formed around the fin tube. It is prolonged and easy to process, so it is expected to be widely used.

Claims

A fin tube of an industrial heat exchanger having a low temperature fluid passing therein in a direction perpendicular to a flow direction of a high temperature fluid and having a fin attached to a surface thereof, wherein the fin is centered on the diameter of the fin tube perpendicular to the high temperature fluid flow direction. (2) wide fins (9) formed in the first half region and toothed fins (4) formed in the second half region of the fin (2), and the heat transfer area is small in the both side region fins (2). A polygonal high efficiency pin, characterized in that the entire front surface is composed of a polygonal shape.

The polygonal high efficiency pin according to claim 1, characterized in that it comprises a gap (8) formed between the wide fins (9) to increase the heat transfer area.