KR19990066489A - 핀튜브용 고효율 핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업용 열교환기에 사용되는 핀튜브에 관한 것으로, 종래에는 핀튜브내에 형성되는 유동장의 특성을 고려하지 아니하여 유속과 난류의 강도가 큰 상기 전반부영역 및 후반부영역에 비하여 상대적으로 낮은 난류가 형성되는 상기 양측면영역에서는 전열성능이 저하되어 전체전열량의 향상을 기대하기 힘든 문제점이 있었으나, 본 발명은 핀의 전체 표면위에 동심원 형태의 홈을 가공하고, 전반부영역 및 후반부영역에는 전열면적을 증가시키기 위한 일체핀을 설치하고, 후반부영역에는 전열성능이 우수한 톱니형핀을, 전열이 상대적으로 불량한 측면부 영역에는 전열성능이 우수한 톱니형핀을 복합적으로 구성하여 전열면적을 증대시킴과 동시에 난류의 생성을 촉진시켜, 상기 난류의 혼합효과에 의해 열경계층이 감소되어지므로해서 탁월한 전열효과를 나타내게 된다.

Description

핀튜브용 고효율 핀

본 발명은 산업용 열교환기의 핀튜브용 고효율 핀에 관한 것으로, 핀튜브 주위를 통과하는 고온유체가 형성하는 유동장의 특성을 고려하여 핀의 각부위를 전열효과를 최대로 도출되는 형상으로 가공한 것을 내용으로 하는 고효율 핀에 관한 것이다.

대류가 일어나는 표면적을 증가시켜 열전달률을 향상시키기 위해 벽으로부터 주위 유체로 확장된 핀을 사용하며, 이러한 대류의 문제룰 해석하기위해서는 경계층이 층류이냐 난류이냐에 따라 크게 달라지게 된다.

이러한 경계층은 처음에는 층류의 형태이지만, 유동이 진행됨에 따라 난류로의 천이가 일어나게 되며, 이러한 난류로의 천이는 결국 경계층의 두께 및 대류 열전달 계수를 크게 증가시키게 된다.

따라서, 핀튜브의 열교환성능을 향상시키기 위해서는 핀튜브내에 형성되는 유동장을 정확히 해석하고 핀의 형상을 결정하는 것이 매우 중요한 요소인 것이다.

도 2는 종래의 핀튜브의 예에 대한 단면도이다.

도시한 종래의 핀튜브에서는 연속형 핀을 튜브의 외주면에 나선형으로 감아서 고주파 용접에 의해 결합한 것이다.

일반적으로 핀튜브를 통과하는 유체에 의해 형성되는 유동장은 유동방향에 직각인 반경을 기준으로하여 전반부영역(1)과, 양측면영역(2) 및 후반부영역(3)으로 구분되며, 유동영역에 따라 유동특성과 전열기구에 큰차이를 보이게 되는데, 온도와 속도가 균일한 유체가 온도가 다른 원주의 외부를 중심축에 수직한 방향으로 흐르게 될 때에 정체점 부근의 영역에서는 전열이 활발히 일어나게 되나, 상기 정체점을 중심으로하여 중심각이 증가할수록 열경계층이 발달하면서 전열이 저하되어 전열계수가 감소하게 된다.

상기 전반부영역(1)에서는 외부 유체의 흐름이 유동 정체점에서 충돌된 후에 순방향 압력구배에 의해 핀튜브의 곡면을 따라 하류로 진행됨에 따라 유속이 증가되는 양상을 보이고, 상기 양측면영역(2)에서는 열경계층이 발달되어 두께가 증가되며, 상기 후반부영역(3)에서는 역방향 압력구배에 의해 유속이 점차로 감소되다가 경계층이 박리되면서, 후류를 형성하게 된다.

그러나, 유속과 난류의 강도가 큰 상기 전반부영역(1) 및 후반부영역(3)에 비하여 상대적으로 낮은 난류가 형성되는 상기 양측면영역(2)에서는 상기한 바와같이 열계층의 두께가 증가되므로 전열성능이 저하되어 전체전열량의 향상을 기대하기 힘든 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 고온유체가 형성하는 유동장의 특성에 맞추어 핀의 부위별 형태에 차이를 둠으로서 전열성능이 탁월하게 향상되는 핀튜브의 제공을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적은, 핀의 전체 표면위에 동심원 형태의 홈을 가공하고, 전반부영역 및 후반부영역에는 전열면적을 증가시키기 위한 일체핀을 설치하고, 후반부영역에는 전열성능이 우수한 톱니형핀이, 전열이 상대적으로 불량한 측면부 영역에는 전열성능이 우수한 톱니형핀이 복합적으로 구성되는 본 발명에 의해 달성될 수 있는 바, 이하 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 대한 핀튜브의 단면도이다.

도 2는 종래의 핀튜브의 예에 대한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1. 전반부영역 2. 양측면영역

3. 후반부영역 4,4'. 일체형핀

5. 톱니형핀 6. 절편

7. 홈 8. 핀튜브

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핀튜브의 단면도이다.

본 발명은 열교환용 핀튜브(8)에 부착되는 핀의 형상을 유동영역별로 차이를 두어 형성하며, 유체의 유동방향에 직각인 핀튜브(8)의 반경을 기준으로하여 핀튜브(8)의 전반부영역(1)에는 일체형핀(4)이 설치되고, 양측면영역(2)에는 다수의 절편(6)이 일정한 간극을 두고 분리되어 있는 톱니형핀(5)이 설치되며, 상기 양측면영역(2)과 이어진 후반부영역(3)에는 일체형핀(4')이 설치된다.

이하에 본 발명의 작용에 대해 상세히 설명한다.

상기 전반부영역(1)은 유체의 유입이 최초로 이루어지는 영역으로 유체가 층류로써 유입되므로 핀의 주위에 열경계층이 중심각이 커짐에 따라 활발히 형성되어 열전달계수가 감소되는 양상을 보이게 되나, 핀의 표면에 형성되어 있는 홈(7)에 의해 종래보다 난류로의 천이가 일어나게 되는 박리점을 앞당길 수 있을 뿐만 아니라 전체 전열면적이 향상되게 된다.

상기 홈(7)은 핀표면상에서 돌출되어 있는 형태이거나, 오목하게 내부로 들어가 있는 형태로 형성되므로써, 핀의 표면적을 증가시키는 작용뿐만 아니라 유입되는 유체가 외부로 분산되지 않고 핀튜브(8)의 유동영역내에서 흐를수 있도록 안내하는 작용도 하게 되는 것이다.

상기 전반부영역(1)과 이어진 상기 양측면영역(2)은 가장 많은 유량의 유체가 통과 하게 되는 영역이나, 유동의 박리가 이루어져 형성되는 천이영역과 난류영역이 교차되는 영역으로, 박리점을 기준으로하여 두터운 열경계층이 형성되다가 점차 강하게 생성되는 난류의 혼합효과에 의해 열경계층의 두께가 감소되면서 열전달계수가 향상되어 진다.

따라서, 난류의 생성을 촉진시켜 열경계층의 두께를 줄이는 것이 상기 양측면영역(2)에서의 전열을 활발히 할 수 있는 방법이며, 본 발명에서는 상기 양측면영역(2)에 톱니형핀(5)을 설치하여 난류로의 천이를 촉진시킨 것이다.

상기 양측면영역(2)과 이어진 상기 후반부영역(3)은 역방향의 압력구배를 나타내는 곳으로 유속이 점차로 감소되면서 와류를 형성하게 되므로, 상기 톱니형핀(5)보다 상대적으로 전열면적이 넓은 일체형핀(4')을 설치하여 유속의 과도한 감소를 막고 전열성능을 향상되게 된다.

본 발명은, 핀을 유동영역별로 다르게 구성하고 핀의 전체표면상에 홈을 가공하여 전열면적을 증대시킴과 동시에 난류의 생성을 촉진하여, 상기 난류의 혼합효과에 의해 열경계층이 감소되도록하여 탁월한 전열효과를 나타내게 된다.

Claims (2)

1. 배열회수보일러 열교환기의 핀튜브(8)에 부착되는 핀에 있어서, 유체의 유입방향에 직각인 핀튜브(8)의 반경을 기준으로 전반부영역(1), 양측면영역(2), 후반부영역(3)으로 구분하여, 상기 전반부영역(1)에 형성되는 일체형핀(4)과, 상기 양측면영역(2)에 형성되는 톱니형핀(5)과, 상기 후반부영역(3)에 형성되는 일체형핀(4')으로 구성되는 것을 특징으로 하는 핀튜브용 고효율핀
2. 제1항에 있어서, 상기 일체형핀(4)(4') 및 상기 톱니형핀(5)을 포함한 핀의 전 영역에 핀튜브(8)의 중심을 기준으로 형성되는 다수의 동심원 형태의 홈(7)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 핀튜브용 고효율 핀.