KR20150014737A - 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전열관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부에 로우핀과 방사형인 하이핀을 이중으로 구비하여 난류와 층류영역에서 열전달 효율을 증가시키는 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방사형 핀을 구비한 이중전열관은 제1열교환 유체가 이동되며, 내벽(110) 및 외벽(120)이 형성된 메인튜브(100); 메인튜브(100)의 내부에 배치되고, 제2열교환 유체가 이동되며, 내벽(210)과 로우핀(230)이 형성된 외벽(220)으로 이루어진 내부관(200); 및 내부관 외벽(220)에 형성된 로우핀(230)으로부터 방사형으로 형성된 다수의 하이핀(300);을 포함하여 형성되고, 제1열교환 유체와 제2열교환 유체의 열교환 효율을 증대시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관은 열교환이 효과적으로 이루어지며, 발생되는 유동저항을 최소화할 수 있고, 부피를 최소화하여 설치 공간이 제한되지 않고, 핀의 구조를 단순화하여 가공시 비용이 절감될 수 있으며, 로우핀과 하이핀이 구비되어 전열면적을 최대로 하고 난류와 층류 영역에서 열전달 효율을 증가시킬 수 있는 장점을 가진다.

Description

로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관{DOUBLE HEAT TRANSFER TUBE WITH LOW FINAND HIGH FINS}

본 발명은 전열관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부에 로우핀과 방사형인 하이핀이 이중으로 구비되어 난류와 층류영역에서 열전달 효율을 증가시키는 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 열교환 매체 사이의 접촉을 증가시키기 위하여 핀(fin)을 이용한다. 이러한 핀은 열교환 매체 사이의 접촉 전열 면적을 증가시키고 열교환 매체의 유동활성화를 통해 전열 성능을 향상시키는 장점이 있으나, 열매체의 유로의 복잡화로 인하여 유동저항이 증가되는 문제가 있었다.

전열관 외부의 경우 공간적 제약이 없어 현재 압력손실 대비 열성능 면에서 최적의 핀 형상이 제안되어 있다고 할 수 있으나 전열관 내부의 경우 공간적 제약으로 인하여 압력손실 대비 열성능 면에서 최적의 핀 형상이 제시되었다고 볼 수 없다. 또한 전열관 외부에 핀이 있는 경우 기존의 핀 형상의 경우 제작 방법 상 내부에 핀을 장착하는 것이 불가하다. 그 이유는 전열관과 외부의 핀 간의 접촉 열저항을 줄이기 위해 외부 핀과 전열관을 밀착시켜야 하며 현재 제작 방법으로는 전열관 내부에 확관 공구를 넣어 전열관을 확관시켜 외부 핀과 전열관을 밀착시키기 때문이다. 그러므로 기존 형상의 내부 핀이 장착되어 있을 경우 전열관을 확관시킬 수가 없어 외부 핀이 장착된 전열관에서는 내부 핀을 장착할 수 없는 문제가 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 등록특허 10-1230499호의 내부핀을 구비한 전열관이 안출되었다.

등록특허 10-1230499호의 내부핀을 구비한 전열관은 제1열교환 유체가 이동되는 메인튜브(100)와, 메인튜브(100)의 내부에 배치되는 내부핀(240)을 포함하고, 내부핀(240)의 외면은 돌출부(242)와 함몰부(244)를 형성하여, 돌출부(242)가 메인튜브(100)의 내면에 맞닿으며, 내부핀(240)은 일 내부핀의 일단이 타 내부핀의 타단과 맞닿도록 복수 개가 배치되고, 일 내부핀의 돌출부와 타 내부핀의 함몰부는 상호 대응되게 배치되어 제1열교환 유체는 일 내부핀과 타 내부핀을 통해 혼류되도록 구성된다.

등록특허 10-1230499호의 내부핀을 구비한 전열관은 메인튜브의 내부에 내부핀이 형성되어 열전달 효율을 증가시키나 내부핀의 형상과 구조상 제한으로 인하여 전열면적을 넓이는 데 한계가 있었다.

등록특허 10-1230499호

본 발명에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관은 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

첫째, 열교환이 효과적으로 발생되며, 발생되는 유동저항을 최소화할 수 있도록 하고자 한다.

둘째, 부피를 최소화하여 설치 공간이 제한되지 않도록 하고자 한다.

셋째, 핀의 구조를 단순화하여 가공시 비용이 절감될 수 있도록 하고자 한다.

넷째, 핀의 형상과 구조를 단순화하여 전열면적을 최대로 하여 열전달 효율을 증가시키고자 한다.

다섯째, 난류와 층류 영역에서 열전달 효율을 증가시키고자 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관은 제1열교환 유체가 이동되며, 내벽 및 외벽이 형성된 메인튜브; 메인튜브의 내부에 배치되고, 제2열교환 유체가 이동되며, 내벽과 로우핀이 형성된 외벽으로 이루어진 내부관; 및 로우핀으로부터 메인튜브 내벽 방향으로 방사형으로 형성된 다수의 하이핀;을 포함하여 형성되고, 제1열교환 유체와 제2열교환 유체의 열교환 효율을 증대시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 내부관의 두께와 로우핀의 높이의 비는 1 : 0.6 ~ 1 : 3.2이고, 하이핀은 메인튜브의 내벽에 맞닿게 형성될 수도 있다.

상술한 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관은 열교환이 효과적으로 이루어지며, 발생되는 유동저항을 최소화할 수 있고, 부피를 최소화하여 설치 공간이 제한되지 않고, 핀의 구조를 단순화하여 가공시 비용이 절감될 수 있으며, 로우핀과 하이핀이 구비되어 전열면적을 최대로 하고 난류와 층류 영역에서 열전달 효율을 증가시킬 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관의 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 내부관의 정면도와 평편도,
도 4는 도 1에 도시된 내부관의 측면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관을 첨부한 도면을 참조하여 설명하되, 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

시스템의 효율을 높이기 위한 방법으로 중간열교환기를 사용하는 경우가 많은데 이때 이용되는 것이 이중관 열교환기이다.

이중관 열교환기는 한 유체가 작은관의 안쪽을 흐르고 다른 유체는 두 관들 사이의 공간을 흐르는 구조로서, 액체상태의 유체에 비하여 기체상태의 유체는 열전달 성능이 매우 작으므로 전체 열전달 성능을 향상시키기 위해서는 기세상태의 유체의 열전달 계수를 증대시키는 것이 매우 중요하다.

원관이나 동심관의 경우에는 관벽에 규칙적 또는 불규칙적인 작은 돌기를 부착하여 전체 유동으로 볼 때 인공조도를 증가시키는 방법을 사용하여 열전달을 효율을 증대시킬 수 있다.

한편, 이와는 달리 관벽에 핀으로 볼수 있는 큰 장애물을 부착하여 열교환 성능을 촉진하는 방법이 연구되어 왔다. 이 경우는 핀 자체의 열전도에 의해서 전열면적을 증가시키는 효과도 고려되지만 장애물의 부착에 의해서 유동의 변화 특히 난류 강도의 변화에 의한 열전달 효율의 증대가 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관은 메인튜브(100), 내부관(200), 로우핀(230), 하이핀(300)을 포함하여 구성된다.

메인튜브(100)는 제1열교환 유체가 이동되며, 내벽(110) 및 외벽(120)이 형성되며, 내부관(200)은 메인튜브(100)의 내부에 배치되고, 제2열교환 유체가 이동되며, 내벽(210)과 외벽(220)으로 이루어지며, 내부관(200)의 외벽(220)에는 로우핀(230)이 형성된다.

로우핀(230)은 내부관(2000의 외벽(220)에 나사산 형태로 형성되며, 하이핀(300)은 내부관 외벽(220)에 형성된 로우핀(230)으로부터 메인튜브(100)의 내벽(100) 방향으로 방사형으로 다수가 형성되며, 하이핀(300)은 메인튜브(100)의 내벽(110)에 맞닿게 형성될 수도 있고, 메인튜브(100)의 내벽(110)에 맞닿지 않게 형성될 수도 있다.

도 3은 도 1에 도시된 내부관의 정면도와 평편도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 내부관(200)의 외벽(220)에 로우핀(230)이 형성되는데, 로우핀(230)은 내부관(200)의 외벽(220) 둘레를 따라 길이방향으로 나사산 형태로 형성된다.

내부관(200)의 두께(d)와 로우핀(230)의 높이(h)의 비는 1 : 0.6 ~ 1 : 3.2인 것이 효과적이다.

내부관(200)의 두께(d)와 로우핀(230)의 높이(h)의 비를 1 : 0.6 ~ 1 : 3.2로 하는 것은 내부관(200)과 로우핀(230)의 제작상 편의성 및 열전달효율을 고려한 결과이다.

내부관 외벽(220)에 로우핀(230)이 형성되고, 로우핀(230)의 상부에 하이핀(300)이 형성되며, 내부관(200) 내부에 제1열교환 유체가 이동하도, 로우핀(230)과 하이핀(300)이 형성된 내부관 외벽(220)과 메인튜브 내벽(110) 사이의 공간에 제2열교환 유체가 이동하게 된다.

내부관 외벽(220)에 로우핀(230)이 구비되고, 로우핀(230)의 상부에 하이핀(300)이 구비되어 전열면적을 극대화하여, 제1열교환 유체와 제2열교환 유체의 열교환 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

제1열교환 유체와 제2열교환 유체는 같은 방향으로 이동할 수도 있고, 서로 다른 방향으로 이동하여 열교환 할 수도 있다.

원관의 내외부에 로우핀(230)을 가공하여 열전달을 촉진시키는 방법은 난류영역의 유동에서 그 효과가 크고, 이와 반대로 관벽에 하이핀 형상의 큰 부착물을 가지는 경우에는 층류에서 그 효과가 크다.

이에 본 발명에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관에는 내부관 외벽(220) 전조 가공으로 나사산 형태의 로우핀(230)이 구비되고, 로우핀(230)으로부터 메인튜브 내벽(110) 방향으로 방사형으로 형성된 하이핀(300)이 장착되어, 난류영역과 층류 영역에서 열전달 성능을 향상시킬 수 있도록 하였다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 로우핀과 하이핀이 구비된 이중전열관을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100 : 메인튜브 110 : 메인튜브 내벽
120 : 메인튜브 외벽 200 : 내부관
210 : 내부관 내벽 220 : 내부관 외벽
230 : 로우핀 240 : 내부핀
242 : 돌출부 244 : 함몰부
300 : 하이핀 d : 내부관의 두께
h : 로우핀의 높이

Claims (3)

1. 제1열교환 유체가 이동되며, 내벽(110) 및 외벽(120)이 형성된 메인튜브(100);
   상기 메인튜브(100)의 내부에 배치되고, 제2열교환 유체가 이동되며, 내벽(210)과 로우핀(230)이 형성된 외벽(220)으로 이루어진 내부관(200); 및
   상기 로우핀(230)으로부터 상기 메인튜브 내벽(110) 방향으로 방사형으로 형성된 다수의 하이핀(300);
   을 포함하여 형성되고, 상기 제1열교환 유체와 상기 제2열교환 유체의 열교환 효율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 로우핀과 하이핀을 구비한 이중전열관.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 내부관(200)의 두께(d)와 상기 로우핀(230)의 높이(h)의 비는 1 : 0.6 ~ 1 : 3.2인 것을 특징으로 하는 로우핀과 하이핀을 구비한 이중전열관.
3. 제 1항에 있어서,
   다수의 하이핀(300)은 상기 메인튜브(100)의 내벽(110)에 맞닿게 형성된 것을 특징으로 하는 로우핀과 하이핀을 구비한 이중전열관.

Images