KR200231141Y1 - 동핀이 성형된 내식성 복합관 - Google Patents

Abstract

본 고안은 내식성이 높고, 전조 되기 쉬운 냉각핀이 성형된 복합관 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 이를 위해, 외경에 다수의 돌기(18)가 성형된 동합금관(14); 상기 돌기(18)가 변형된 채 상기 동합금관(14)이 끼워지는 동관(12); 상기 동관(12)의 외표면에 성형된 다수의 핀(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각핀이 성형된 복합관이 개시되어 있다.

Description

동핀이 성형된 내식성 복합관{A Corrosion-Resistant Bimetal Copper Finned-Tube}

본 고안은 내부로 바닷물이 흐르는 핀형 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기에 사용되는 동핀이 성형된 내식성 복합관에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기의 열전달율은 파이프의 표면적에 비례한다. 따라서, 보일러, 에어컨, 냉장고 등에서 유체가 흐르는 파이프의 열교환을 증대시키기 위하여 파이프 표면에 다수의 방열핀을 부착하여 사용한다.

그러나 파이프의 내부로 바닷물(또는 해수)과 같이 부식성이 강한 액체가 흐를 경우 쉽게 부식되는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 복합관을 이용한 열교환기 파이프가 도입되었다. 이러한 복합관은 특성상 내부관은 내식성이 강한 재질을 사용하고, 외부관은 전조가 용이하도록 경도가 낮고 연성이 큰 재질을 사용해야 한다.

도 1은 냉각핀이 성형된 복합관(또는 이중관, Bimetal Tube)(1)의 정면도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 내부관은 부식에 강한 동합금관(4)을 사용하고, 외부관은 연성이 높은 알루미늄관 또는 동관(2)을 사용한다. 그리고, 동관(2)의 표면을 전조하여 다수의 냉각핀(6)을 성형한다.

종래의 복합관은 외관이 알루미늄이고 알루미늄관에서 핀을 형성시켰다. 이러한 복합관 핀 튜브의 제조공정은 외관인 알루미늄관에 내관(동관 혹은 철관)을 끼운 후 바로 전조하였다. 알루미늄을 외관으로 한 경우 알루미늄의 경도가 낮아서 전조공정에서 외관이 수축되어 알루미늄관이 내관에 밀착되었다. 동관이 외관이 되는 복합관인 경우 이러한 종래의 복합관 제조공정으로는 두관을 완벽하게 밀착시킬 수 없었다. 그 이유는 동의 경도가 높기 때문에 단순 전조공정으로는 완전접착이이루어지지 않는다. 이러한 문제점 때문에 동을 외관으로 하는 복합관은 사용될 수 없었다.

따라서 본원에서 개시하는 복합관은 동관에 동합금관을 끼운 후 양단을 인발하여 복합관을 만드는 것이다. 이렇게 만든 복합관은 두 관이 밀착되기 때문에 일체형과 같은 복합관이 형성된다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 고안의 제 1 목적은 내식성이 높고, 전조되기 쉬운 동핀이 성형된 내식성 복합관을 제공하는 것이다.

본 고안의 제 2 목적은 동관과 동합금관 사이를 밀착시킴으로써 접촉저항을 없애고 열전달율을 높일 수 있는 동핀이 성형된 내식성 복합관을 제공하는 것이다.

본 고안의 제 3 목적은 냉각핀에 파형을 성형하고, 동합금관의 내부에 나선홈을 성형하여 열전달율을 높인 동핀이 성형된 내식성 복합관을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 고안의 목적은, 외경에 다수의 돌기(18)가 성형된 동합금관(14); 상기 돌기(18)가 변형된 채 상기 동합금관(14)이 끼워지는 동관(12); 상기 동관(12)의 외표면에 성형된 다수의 핀(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동핀이 성형된 내식성 복합관에 의하여 달성된다.

그리고, 상기 동합금관(4)의 내경에는 길이방향으로 나선홈(19)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 핀(16)은 전조공정에 의해 상기 동관(12)과 일체로 성형된 것이바람직하다.

상기 핀(16)은 나선형상을 이루고, 나선방향으로 규칙적인 파형을 이루는 것이 가능하다.

상기와 같은 본 고안의 목적은, 소정치수보다 두꺼운 두께를 갖는 동합금관(14) 및 동관(12)을 준비하는 단계(S10a, S10b); 상기 동합금관(14)의 표면에 다수의 돌기(18)를 성형하는 단계(S20); 상기 동관(12)속에 상기 동합금관(14)을 삽입하는 단계(S30); 상기 동관(12)과 상기 동합금관(14)을 소정치수의 두께로 인발하여 복합관(10)을 완성하는 단계(S40); 및 상기 복합관(10)을 전조하여 핀(16, 22)을 성형하는 단계(S50);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동핀이 성형된 내식성 복합관의 제조방법에 의해서도 달성될 수 있다.

상기 전조성형단계(S50)에서 상기 동합금관(14)의 내부에 맨드렐을 삽입하여 나선홈(19)을 동시에 성형하는 것이 가능하다.

상기 전조성형단계(S50)중 마지막 전조금형은 파형금형을 사용하여 상기 핀(16)에 파형을 성형하는 것이 가능하다.

본 고안의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 종래의 냉각핀이 성형된 복합관의 정면도,

도 2는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 냉각핀이 성형된 복합관의 정면도,

도 3은 도 2에 도시된 복합관의 단면 사시도,

도 4는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 냉각핀이 성형된 복합관의 정면도,

도 5는 본 고안의 제 3 실시예에 따른 냉각핀이 성형된 복합관의 정면도,

도 6은 본 고안에 따른 냉각핀이 성형된 복합관의 제조공정을 나타내는 흐름도이다.

<주요 도면 부호에 대한 간단한 설명>

10 : 복합관, 12 : 동관,

14 : 동합금관, 16 : 핀,

18 : 돌기, 19 : 나선홈,

20 : 파형핀, 22 : 직선핀.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 냉각핀이 성형된 복합관의 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 복합관의 단면 사시도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복합관(10)은 크게 동합금관(14)과 동관(12)으로 구성되어 있다.

동합금관중 대표적으로 백동은 동 90%와 니켈 10%를 합금한 것으로 해수와 같은 유체에 특히 내식성이 강한 것으로 알려져 있다. 이러한 백동을 이용한 동합금관(14)은 내부로 유체가 흐를 수 있도록 구성되어 있고, 내경에 나선홈(19)이 형성되어 있다.

그리고, 동합금관(14)의 외경에는 0.1 mm ∼ 0.2 mm 높이의 돌기(18)가 균일하게 형성되어 있다. 이러한 돌기(18)는 동합금관(14)을 롤러(미도시) 사이에 강제로 통과시킴으로서 소성변형을 통해 형성할 수 있다.

동관(12)은 경도가 낮고 연성이 좋은 순동(동 100%)을 사용하여 제작한다. 내경은 동합금관(14)의 외경에 대응되도록 하고, 외경은 전조공정을 고려하여 충분한 치수를 갖도록 한다. 완성된 복합관(1)에서 돌기(18)는 일부 변형된 채 연성이 좋은 동관(12)의 내경을 파고 들어가 완전한 금속접촉을 이루게 된다.

동관(12)의 외표면에는 다수의 핀(16)이 규칙적으로 형성되어 있다. 이러한 핀(16)은 전조공정을 통해 제작되기 때문에 동관(12)과 같은 재질이고 일체로 형성되어 있게 된다. 도 2에서는 제 1 실시예로 나선형상으로 전조된 핀(16)이 도시되어 있다. 이러한 핀(16)의 높이는 대략 5 mm ∼ 16 mm 범위이다.

도 4는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 냉각핀이 성형된 복합관의 정면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 동관(12)의 외표면에는 규칙적으로 절곡된 나선 파형핀(20)이 성형되어 있다. 이러한 나선 파형핀(20)은 표면적을 더욱 증대시켜 열전달을 촉진하는 효과가 있다.

도 5는 본 고안의 제 3 실시예에 따른 냉각핀이 성형된 복합관의 정면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 동관(12)의 외표면에는 동일간격으로 배열된 직선핀(22)이 성형되어 있다.

이하에서는 도 6에 도시된 본 고안에 따른 냉각핀이 성형된 복합관의 제조공정을 나타내는 흐름도를 참조하여 복합관(10)의 제조공정에 대해 설명하기로 한다.

우선 완성품의 치수보다 두꺼운 두께를 갖는 동합금관(14) 및 동관(12)을 준비한다(S10a, S10b). 이는 인발공정(Drawing Process)으로 인해 관의 두께가 감소하기 때문이다.

그 다음, 동합금관(14)을 롤러(미도시) 사이로 강제로 통과시켜 동합금관(14)의 표면이 소성변형을 일으키면서 다수의 돌기(18)를 성형하도록 한다(S20). 이 때, 롤러(미도시)에는 돌기(18) 형상에 대응하는 음각이 형성되어 있어야 한다. 예를 들어, 돌기(18)는 체크무늬 또는 빗살무늬 등으로 성형할 수 있다.

그 다음, 동관(12)속에 상기 동합금관(14)을 삽입한다(S30).

삽입 후, 상기 동관(12)과 상기 동합금관(14)을 소정치수의 두께가 될 때까지 인발하여 복합관(10)을 완성한다(S40). 인발공정은 일회로 완료할 수도 있고, 수회에 걸쳐 인발할 수도 있다. 이 때, 인발공정으로 인해 돌기(18)가 일부 변형되면서 연성이 좋은 동관(12)의 내경을 파고 들어가 양자간에 완벽한 금속접촉이 이루어지게 된다.

이와 같이 제조된 복합관(10)을 전조하여 외표면에 다수의 핀(16, 22)을 성형한다(S50). 전조공정은 순차적인 치수를 갖는 30 내지 45개의 디스크(미도시)로 복합관(10)을 문질러 점차적으로 핀(16)을 돌출시키는 소성가공이다. 따라서, 전조공정을 거칠 경우 외부로부터 받는 전조력에 의하여 동관(12)은 동합금관(14)에 더욱 밀착되는 효과가 있다.

그리고, 나선홈(19)을 성형하기 위하여, 전조성형단계(S50)에서 상기 동합금관(14)의 내부에 맨드렐(Mandrel)을 삽입한다. 그러면 전조가 되는 동시에 복합관(10)이 진행하기 때문에 동합금관(14)의 내부에는 나선홈(19)이 형성된다.

그리고, 도 4와 같은 파형핀(20)을 성형하고자 할 경우에는, 상기 전조성형단계(S50)중 마지막 전조금형을 파형금형으로 대체하여 사용한다. 그러면, 완성된 나선핀이 파형금형에 의해 파형을 형성하게 된다.

도 2와 같은 핀(16), 도 4와 같은 나선 파형핀(20), 도 5와 같은 직선핀(22)은 전조단계에서 전조금형을 적절히 선택함으로서 성형할 수 있다.

이하에서는 상기와 같이 제작된 복합관(10)의 열전달과정에 대해 설명하기로 한다. 우선, 고온의 해수가 동합금관(14) 내부를 흐르는 경우를 설명하기로 한다. 복합관(10)을 흐르는 해수는 나선홈(19)에 의하여 회전하게 되고, 이러한 회전으로 인하여 해수와 동합금관(14) 내벽 사이의 접촉저항(Bond Resistance)이 줄어들게 된다. 따라서 유속에 따라 효과에 차이는 있으나 대략 20% ∼ 70% 정도 열전달계수가 증가하는 효과가 있다.

동합금관(14)으로 전달된 해수의 열은 동합금관(14)의 두께를 지나 완전한 금속접촉을 하고 있는 동관(12)의 내경으로 전달된다. 그 다음, 동관(12)의 두께를 지나 일부는 외표면에서 열교환되고, 일부는 핀(16, 20, 22)에서 열교환이 이루어진다. 이러한 열교환은 복합관(10)의 내부로부터 외부로 전달되는 것뿐만 아니라 외부로부터 내부로 전달되는 경우에도 동일한 원리로 이루어질 것이다.

이 때, 나선 파형핀(20)에서는 부분적으로 볼텍스(Vortex)가 형성되어 나선핀(16)에 비하여 열전달계수가 약 50% ∼ 70% 정도 상승하는 효과가 있다. 따라서, 나선 파형핀(20)을 사용할 경우 직선핀(22) 또는 나선핀(16)에 비해 동일한 열전달 성능을 발휘하면서도 외관을 약 40% ∼ 50% 정도 작게 만들 수 있다.

도 3에서는 하나의 나선홈(19) 만을 도시하고 설명하였으나, 본 고안은 이에 국한되는 것이 아니고 필요에 따라 2개 이상의 나선홈을 형성할 수도 있다.

그리고, 본 고안에서는 동합금관(14)을 내부관으로 사용하였다. 이러한 동합금관(14)으로는 백동관이외에 내식성, 가공성, 가격 등에 대한 설계사양에 따라 다양한 성분을 포함하는 동합금관(14)을 사용할 수도 있음은 물론이다.

상기와 같이 본 고안에 따른 냉각핀이 성형된 복합관에 의하면, 내식성이 높고, 전조가 쉬워 가공이 용이한 특징이 있다.

또한, 동관과 동합금관 사이를 밀착시킴으로써 이들 사이의 접촉저항을 없애고 열전달율을 높일 수 있는 장점이 있다.

그리고, 냉각핀에 파형을 성형하고, 동합금관의 내부에 나선홈을 성형함으로써, 열전달율을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.

이러한 장점 및 효과로 인해 본 고안에 따른 복합관은 동일 성능에 대해 외관을 더욱 작게 만들 수 있는 잇점이 있다.

비록 본 고안이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 고안의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 실용신안등록청구의 범위는 본 고안의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (5)

1. 외경에 다수의 돌기(18)가 성형된 동합금관(14);

   상기 돌기(18)가 변형된 채 상기 동합금관(14)이 끼워지는 동관(12);

   상기 동관(12)의 외표면에 성형된 다수의 핀(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동핀이 성형된 내식성 복합관.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 동합금관(14)의 내경에는 길이방향으로 나선홈(19)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동핀이 성형된 내식성 복합관.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 핀(16)은 전조공정에 의해 상기 동관(12)과 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 동핀이 성형된 내식성 복합관.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 핀(16)은 나선형상을 이루는 것을 특징으로 하는 동핀이 성형된 내식성 복합관.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 핀(16)은 나선방향으로 규칙적인 파형을 이루는 것을 특징으로 하는 동핀이 성형된 내식성 복합관.