KR200194949Y1 - 주름(凹,凸)성형 관 히트파이프,열 교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 주름 성형장치를 통하여 일단의 파이프를 나사 상으로 가공하여 열 사이폰 구조의 히트파이프의 응축 부 부분에 구성하여 응축 부의 면적을 증가시켜 열 교환되는 부분의 면적을 넓혀 열 교환 효율을 향상시킨 히트파이프 열 교환기에 관한 것이다.

본 고안에 따르면 용기내부를 일정의 진공상태로 조성하고 작동물질을 투입한 히트파이프 열 교환기에 있어서 내부에서 발생하는 작동물질의 비등과 응축 현상에 따르는 순환흐름에 장애가 되지 않도록 응축 부, 증발 부 부분에 나선상 경사를 형성하는 주름(凹, 凸)을 깊게 성형한 파이프로 히트파이프의 응축 부, 증발 부를 구성하여 히트파이프 열 교환기의 응축 부와 증발 부 부분에 부가적인 열 교환 보조장치를 부착하지 않고도 열 교환 효율을 높일 수 있으며, 또한 주름성형 하지 않은 증발 부 관 외경의 부분을 단열처리 하여 외부로부터 증발 부에 미치는 열 영향을 차단하여 증발 부관에서 작동물질의 비등을 저해하는 응축현상을 제거하여 작동물질의 비등을 향상시켜 히트파이프의 열 교환 이용 효율을 극대화한 것을 특징으로 하는 주름성형 관의 히트파이프 열 교환기가 제공된다.

Description

주름(凹,凸)성형 관 히트파이프,열 교환기.{.}

본 고안은 일체의 진공 통로를 형성한 히트 파이프 형식의 열 전달 장치를 구성한 것이며 상세히는 나선형의 주름을 성형한 관으로 히트 파이프의 응축 부 부분을 구성하여 히트파이프 열 교환기의 열 교환 면적과 효율을 향상시킨 히트파이프 열 교환기에 관한 것이다. 종래의 히트파이프 식 열 교환기는 히트파이프 응축 부분의 파이프 외경에 별도의 방 열 휜을 장착하여 히트파이프의 열 교환 면적을 증가시켜 열 에너지의 회수나 발생하는 열의 교환에 많이 이용되어 왔다.

히트파이프는 중공 체이며 열 전도성을 지닌 밀폐된 금속용기 내부에 물이나 알콜, 아세톤, 후레온, 등 가온 상황 에 따라 상 변화를 일으키는 성질의 작동물질을 적당량 삽입하고 용기내부를 대 기압 이하, 조건(진공)으로 조성하여 용접 밀봉한 것으로 그 작동원리는 열원으로부터 증발 부 영역에 열이 가해지면 히트파이프 증발 부내의 작동물질은 상대적으로 낮은 열에서 비등하여 상대적으로 온도가 낮아 압력이 낮은 용기의 응축부분으로 이동했다가 온도가 낮은 응축부분에 열을 교환하고 용기내벽에서 응축되며 용기내의 압력의 차이와 중력장의 영향으로 용기의 내벽면을 타고 증발부분으로 귀환한다. 이러한 과정이 진공의 조건 속에서 반복 순환하면서 빠르게 열 교환이 이루어진다.

히트파이프는 열 전달 성능이 우수하여 일반상업 또는 산업적으로 널리 보급되어 왔으며 반도체냉각, 폐 열 회수, 공간난방 등의 열 교환장치로 널리 이용된다.

본 고안의 목적은 히트파이프 열 교환기의 열 교환 효율이 높이는데 있어서 현재 사용되는 일반 히트파이프 열 교환기는 열의 교환면적이 적어 별도의 열 교환 보조 장치를 사용해야하는 번거로움과 비용 및 자원의 낭비가 요구되었다.

본 고안은 히트파이프 열 교환기에서 작동물질의 순환흐름을 원활하게 하고 열 교환이 이루어지는 작동물질 응축, 증발부분에 그로우브 형태인 나사상 구조의 주름(凹,凸)을 깊게 성형한 파이프를 조성하여 열 교환하는 면적을 증가시키고 이때 주름(凹,凸)성형한 관의 양끝은 다른 관과의 용접 시 접합을 용이하게 하기 위하여 주름을 제거하여 구성하였으며, 히트파이프 열 교환기에서 증발부관 내부에 위치한 열원 투입 관(가열 부)으로 투입되는 열원은 열 에너지를 보유한 폐수 및 보일러에 의하여 가열된 용수, 용재의 지속적인 순환을 통하여 열원으로 이용되기도 하고, 열원 투입 관(가열 부)에 전열 히터를 내장하여 직접 제조된 열원을 이용할 수 있도록 하었다. 또한 히트파이프 열 교환기에서 증발 부와 응축부 외에 단열 부의 역할을 역학적으로 고려하여 증발 부 부분의 관 외면을 단열소재로 단열 처리하여 외부로부터 증발 부 부분에 미치는 열 영향을 차단하여 증발 부관 내부에서 작동물질의 비등을 저해하는 응축현상을 제거하여 작동물질의 비등을 향상시켜 히트파이프의 열 교환 이용 효율을 극대화하였다. 또한, 본 고안에서 주름(凹,凸) 성형관 히트파이프 열 교환기의 이용구조를 역으로 하면 나선상의 주름 성형된 응축부분이 증발 부 영역이 되며 주름 성형된 관의 주위에 태양열 에너지를 모아주는 집 광, 집 열 판을 부가적으로 장착하여 얻어진 열이 주름 성형된 관을 가열하여 관 내부의 작동물질이 증발과 비등을 하게되며, 또한 열원이 유입되었던 관의 내부로는 열 교환 대상 물질을 지나가게 하여 관의 외면에 상 변화된 작동물질이 전달 한 열을 전달받아 열 교환을 이룬다. 작동물질은 열을 빼 앗겨 관의 외면에서 응축되고 관의 외면이 응축부분이 된다. 히트파이프 열 교환기의 이러한 빠른 열 전달 과정이 반복되어 태양열 에너지를 효과적으로 얻어낼 수 있는 것이다.

도 1은 (가),(나),(다),는 일련의 파이프를 주름(凹,凸) 성형기를 통하여 나선형의 주름(凹,凸)을 성형하는 공정을 도시한 예시도

도 2는 본 고안의 나선형의 주름(凹,凸) 성형된 파이프로 내부에 열원을 투입하는 관을 내장한 히트파이프를 도시한 구조의 단면도.

도 3은 본 고안의 나선형의 주름 성형된 파이프를 히트파이프의 응축부분에 구성한 히트파이프, 열 교환기를 도시한 단면도.

도 4는 본 고안의 응축부분이 다수의 나선형 주름 성형된 파이프로 형성되고 증발부 외경에 단열장치를 한 히트파이프 열 교환기의 각 부분을 도시한 단면도.

도 5는 본 고안의 제2의 변형 예로서 나선형 주름 성형된 파이프를 증발부분으로 하는 히트파이프 열 교환기를 도시한 예시도.

도 6, 6-1은 본 고안의 제 3의 변형 예로서 나선형 주름 성형된 구조의 히트파이프 열 교환기에 전열 히터를 내장하여 직접 열원으로 이용하고 증발부 영역의 관 외경에 단열장치를 구성한 구조 히트파이프를 도시한 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1, 평형으로 조관된 파이프. 2, 파이프장입 로울러. 3 주름성형 장치. 4,가열 토오치. 5,파이프의 주름성형 된 부분. 6, 주름이 성형되지 않은 파이프의 부분. 11, 나선형 주름구조의 응축부 열 전달 관. 12,열원 투입 관. 13, 증발부관. 14,상부 응축부 관. 15, 단열소재로 구성된 단열부분. 16, 마개. 17,연결 소켓. 18,21,응축부 부분. 20, 작동물질. 22, 열 교환 물질 유입 관. 23, 가열 부 영역. 24, 나선형 주름 구조의 증발 부관. 32, 한쪽부분이 막힌 열원 공급 관. 33, 전열 히터봉. 34, 전열히터지지 붓싱.

본 고안에 따르면 열 교환이 이루어지는 작동물질 응축부분의 면적을 증가시키고 또한 열 사이폰 구조의 히트파이프에서 작동물질의 순환흐름을 원활하게 하기 위하여 그로우브 형태의 나사 상 경사를 주는 구조의 주름(凹,凸)을 깊게 성형한 파이프로 히트파이프 열 교환기의 응축 부 부분을 구성하며 증발 부 부분의 외경을 단열처리 하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 열 교환기가 제공된다.

본 고안을 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1의 (가)와 (나)는 본 고안에서 일단의 파이프(1)를 가열 토오치(4)로 가열하며 로울러(2)를 통하여 주름 성형장치(3)에 장 입하고 주름 성형장치를 회전시켜 파이프에 나사상의 주름(5)을 성형하는 것으로. 도 1의(나)는 나선형 구조의 주름성형 관(11)의 일정 양쪽 끝 부분(6)을 히트파이프 열 교환기의 다른 관과 용접 접합 및 마개 밀봉을 위하여 주름성형(5)을 하지 않은 평 관(6)으로 하였으며 주름성형(5)의 구조는 나선의 방향의 경사진 주름(凹,凸)을 주어 파이프내의 작동물질의 흐름이 원활하도록 하였다.

도 2는 본 고안에 따라 나선형 구조의 주름성형 관(11)에서 주름성형을 하지 않은 양쪽 끝 부분(6) 중 한쪽을 정하여 증발 부 영역으로 하여 관(6)의 내부에 열원을 공급하는 물체를 장 입 할 수 있도록 한쪽 끝이 막힌 별도의 관(12)을 삽입하여, 삽입 관의 외경과 성형되지 않은 관(6)의 끝 부분을 레듀서(도시하지 않음)로 연결하여 브레이징 용접 접합하고 다른 한쪽 끝은 경 판형 마개(16)로 용접 밀폐시키고 진공 및 작동물질(20)의 유입에 필요한 진공 배기 및 작동물질 주입 장치를 통하여 용기내부를 일정의 진공상태로 조성한 후에 적당량의 작동물질을 투입하고 밀봉하였으며 증발 부 영역의 관 외경에는 내열 및 단열성이 좋은 재질(15)로 덮어서 증발부 영역(25)에서 발생하는 작동물질(20)의 응축 현상을 억제하는 단열부를 조성하였다.

도 3은, 다수의 나선형 구조의 주름성형 관(11)과 용기 하부 평형의 관(13)이 서로 하나의 내부공간을 형성하도록 하고 평형의 관 내부로 열원을 투입하는 별도의 관(12)을 내장하여 각개의 관을 관 이음쇠인 티와 레듀서(도시하지 않음)로 연결하여 브레이징 용접하여 용기내부를 진공 및 작동물질(20)을 주입하여 밀폐시킨 일체형 히트파이프 열 교환기를 도시한 것이다.

도 4,에서는 다수의 나선상의 주름성형 관(11)을 응축부분 관으로 하고 일반의 파이프를 상부(14)와 하부(13)로 하는 일체형의 히트파이프에 있어서 일반의 파이프 중간 일정부분에 연결할 나선형구조의 주름 성형한 관(11)의 개수와 동 수로 타 공, 티 뽑기를 하여 상호 내부공간이 서로 일체가 되도록 서로 연결하여 용접하고 증발 부 영역의 관(13)에는 관 내부로 열원을 공급하는 별도의관(12-1)이 지나도록 하여 증발부 관(13) 양쪽 끝 부분을 말아 열원 공급 관 (12-1)외경에 용접한다.

일체형 히트파이프 열 교환기의 상단 부(14) 양쪽 끝 부분은 경 판형 마개(16)로 용접 밀폐시키고 진공 및 작동물질(20)의 유입에 필요한 진공 배기 및 작동물질 주입 장치를 통하여 용기내부를 일정의 진공상태로 조성한 후에 적당량의 작동물질을 투입하고 밀봉하였으며 나선형구조의 주름성형 관은 응축부분에서 중력장의 영향을 받는 작동물질의 순환흐름이 원활하도록 주름(5)의 요,철(凹,凸)깊이 및 각도를 조절하여 구성하였다. 또한 본 고안에서 주지하는바와 같이 히트파이프 열 교환기의 증발부관(13) 외면에 대한 단열장치(15)는 증발 부관(13) 내부에 구성된 열원 공급관(12)으로부터 열을 받아 상 변화한 작동물질(20)이 증발부관 외경의 낮은 온도에 영향을 받아 바로 응축되어 발생하는 히트파이프의 열 전달 기능 둔화를 최소화하고 작동물질의 상 변화활동을 활성화하기 위하여 증발부관(13) 외 면에 단열성능이 뛰어난 발포 성 P. V. C , 고무, 실리콘, 유리섬유, 등의 단열소재(15)를 장착하여 증발 부에서의 발열 에너지를 보호하여 작동물질의 핵 비등 현상을 촉진시키고 상 변화한 작동물질의 응축 부로의 이동 즉, 열 전달능력을 좋게 하였다.

도 5는 본 고안의 제2변형 예로서 나선형구조의 주름성형 관 히트파이프에서 그 구성을 역으로 하여 태양열의 집 광 시설에 연결하여 나선형구조의 주름성형 관 부분(23)을 증발 부(25)의 역할을 수행하도록 하는 히트파이프, 열 교환 장치를 예시한 것으로 증발부(25)와 단열부(15), 응축부(21)로 구분되며 열 교환 대상물질을 투입하는 관(22)은 응축부의 상부에 위치하도록 한다.

도 6a, 6b,는 본 고안의 도 2와 도3의 주름(凹,凸)성형 관 히트파이프 열 교환기의 열원 투입구에 전열 히터(21)를 내장하여 직접 열원으로 이용한 것을 도시한 것으로 주름(凹,凸)성형 관 히트파이프 열 교환기의 구성에서 증발 부내의 작동물질이 열을 받아 상 변화하는 증발부관(4) 외부에 단열부분(8)을 구성하며 열원 공급 관의 한쪽 끝은 경판형 마개를 용접을 하여 막고 다른 한쪽의 끝 부분 외경에 소켓을 달아 용접하여 증발부 관 내부에 삽입하여 증발부 관과 열원 투입 관을 용접 밀봉하였으며 카트리지 전열히터(21)는 열원 공급 관에 삽입하고 히터에 부착된 붓싱(23)과 열원 공급 관에 부착된 소켓(14)이 서로 결속할 수 있도록 구성하였다.

일반적으로 히트파이프 열 교환기는 그 열 전달성능이 우수하여 폐 열의 회수나 반도체의 냉각 등 주로 현 열의 열 교환기기에 많이 사용하였다. 그러나 실제 우리일상에는 제조 된 열의 교환을 통해 사용되는 것이 대부분을 차지한다해도 좋을 것이다.본 고안으로 얻어지는 효과는 히트파이프 열 교환기에서 작동물질의 순환흐름을 원활하게 하고 열 교환이 이루어지는 작동물질 응축, 증발부분에 그로우브 형태인 나사상 구조의 주름(凹,凸)을 깊게 성형한 파이프를 조성하여 열 교환하는 면적을 증가시켜 히트파이프 열 교환기의 열 교환 용량을 높여 일반적으로 사용되는 히트파이프 열 교환기의 교환면적이 적어 별도의 열 교환 보조장치(방열휜)를 사용해야하는 번거로움으로 인한 인력과 비용 및 자원의 낭비를 절약할 수 있게 되었으며, 열원 투입 관(가열 부)에 전열 히터를 내장하여 직접 제조된 열원을 이용할 수 있도록 하였다. 또한 히트파이프 열 교환기에서 증발 부와 응축부 외에 단열 부의 역할을 역학적으로 고려하여 증발 부 부분의 관 외면을 단열소재로 단열 처리하여 하여 외부로부터 증발 부 부분에 미치는 열 영향을 차단하여 증발 부관 내부에서 작동물질의 비등을 저해하는 응축현상을 제거하여 작동물질의 비등을 향상시켜 히트파이프의 열 교환 이용 효율을 극대화하였다. 또한, 본 고안에서 주름(凹,凸) 성형 관 히트파이프 열 교환기의 이용구조를 역으로 하여 주름 성형된 관의 주위에 태양열 에너지를 모아주는 집 광, 집 열 판을 부가적으로 장착하여 적은 공간에서 많은 태양열의 에너지를 효과적으로 얻어낼 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 용기하단 평형의 관을 증발 부로 하고 다수의 나선형 구조의 주름성형 관을 응축부로 하여 서로 일체의 내부공간이 되도록 용접 연결하고 증발부 평형의 관 내부로 열원을 투입하는 별도의 관을 내장하여 증발부 관 양끝을 말아 열원 투입 관 외경에 용접하여 용기내부를 진공 조성하고 작동물질을 주입하여 밀폐시킨 일체형 주름(凹,凸)성형한 관 히트파이프 열 교환기에 있어서, 작동물질 응축부분을 그로우브 형태인 나사상 구조의 주름(凹,凸)을 깊게 성형한 파이프로 조성하고, 주름(凹,凸)성형한 관의 양끝은 다른 관과의 용접 시 접합을 용이하게 하기 위하여 주름을 제거하여 구성하며, 증발부관 내부의 열원 투입 관 끝 부분에 전열 히터 등 열원의 탈 부착이 용이하도록 소켓을 장착하고, 증발 부 부분의 관 외면에 단열성능이 우수한 발포 성 P. V. C , 고무, 실리콘, 유리섬유, 석면 석고 등의 단열소재를 도포 장착한 단열 부를 구성하며, 주름(凹,凸) 성형관 히트파이프 열 교환기의 구조를 역으로 이용하여 주름 성형 관을 증발 부로 하고 주름 성형된 관의 주위에 태양열 집 광, 집 열 판을 장착하여 얻어진 열 등을 목적에 맞게 열 교환하는 것을 특징으로 하는 주름 성형(凹,凸) 관 히트파이프 열 교환기.
2. 제1항의 증발 부관과 응축 부관 및 열원 투입 관을 서로 연결하여 일체의 공간을 형성함에 있어서 동이나 스테인레스 재질의 TEE와 REDUCER의 연결 소재를 사용하여 브레이징 용접을 통하여 접합하는 것을 특징으로 하는 주름 성형(凹,凸) 관 히트파이프 열 교환기.