KR20150092151A - 그루브형 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이음매 없는 그루브형 튜브를 나타낸다. 튜브의 내부면은 패턴으로 그루브되고, 이 패턴은 적어도 하나의 리브 (1) 를 포함한다. 적어도 하나의 리브의 적어도 일부는 조면화된다.

Description

그루브형 튜브 {A GROOVED TUBE}

본 발명은 그루브형 튜브, 특히 열전달을 위한 이음매 없는 그루브형 튜브에 관한 것이다.

특히 구리 및 알루미늄과 같은 고 열전도성 재료들로 제조되는 이음매 없는 튜브는, 열교환기에서 열전달하도록 열 운반 유체를 순환시키는데 사용된다. 이 튜브는 열 운반 유체와 튜브의 표면 사이의 더 넓은 열교환 면적을 위한 내부면을 증가시키도록 또한 열교환 효율을 향상시키는 난류를 생성하도록 일체로 그루브된다.

열교환기에서 매끄러운 내부면을 가진 튜브 대신에 그루브형 튜브를 사용함으로써, 열교환 효율을 상당히 향상시키고 그리하여 환경 보호를 위한 에너지를 절감시킨다. 개선된 효율에도 불구하고, 열교환기들을 보다 더 광범위하게 사용하는 잠재적인 영향에 대하여 보다 더 환경적으로 의식하고 걱정하는 사람들은 더 높은 열교환 효율을 여전히 갈망한다.

본 발명의 목적은 열교환 효율이 개선된 그루브형 튜브를 제공하는 것이다. 상기 목적은 그루브형 튜브에 의해 달성되고, 이 튜브의 내부면은 적어도 하나의 리브를 포함하는 패턴으로 그루브된다. 적어도 하나의 리브의 적어도 일부는 조면화된다.

리브의 조면화된 표면은 열운반 유체와 튜브의 내부면 사이의 접촉 면적을 증가시키고 그리하여 열교환 효율을 개선시킨다. 더욱이, 매끄러운 표면과 비교하여, 기포 형성을 위한 스팟들을, "핵생성 자리들" 을 더 제공한다. 기포 형성은 열교환을 향상시키고 그리하여 또한 열교환 효율을 증가시킨다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 그루브형 튜브에는 이음매가 없다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 적어도 하나의 리브의 조면화된 부분은 다수의 리세스들을 포함하고, 다수의 리세스들은, 이 리세스들의 깊이가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이고 그리고 리브의 바닥 평면에서 이 리세스들의 개구들의 크기가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이도록 치수결정된다.

본원의 일 실시형태에 따라서, 리세스들의 깊이는 0.001 mm ~ 0.005 mm 범위이고, 리브의 바닥 평면에서 리세스들의 개구들의 크기는 0.001 mm ~ 0.005 mm 범위이다.

본원의 일 실시형태에 따라서, 적어도 하나의 리브의 조면화된 부분은 다수의 돌출부들을 포함하고, 이 다수의 돌출부들은, 돌출부들의 높이가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이고 그리고 돌출부들의 베이스들에서 단면들의 크기가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이도록 치수결정된다.

본원의 일 실시형태에 따라서, 돌출부들의 높이는 0.001 mm ~ 0.005 mm 범위이고, 돌출부들의 베이스들에서 단면들 크기는 0.001 mm ~ 0.005 mm 범위이다.

본원의 일 실시형태에 따라서, 적어도 하나의 리브는 상부, 측면들 및 바닥을 가지고, 상기 적어도 하나의 리브의 상부 및 측면들은 매끄럽고, 상기 적어도 하나의 리브의 바닥의 적어도 일부는 조면화된다. 리브의 바닥에서만 내부면을 조면화함으로써, 기포 형성을 위한 더 많은 열교환 표면 및 더 많은 스팟들이 바닥에 제공되고, 이는 리브의 상부와 측면들을 매끄럽게 함으로써 열운반 유체의 유동에 대한 영향을 최소화하면서 열교환 효율을 상당히 향상시킨다.

본원의 일 실시형태에 따라서, 튜브는 구리 또는 구리 합금으로 제조된다. 구리 및 구리 합금들의 높은 열전도성은 상기 실시형태에 따른 튜브의 높은 열교환 효율을 유발한다. 바람직하게는, 튜브는 구리로 제조된다.

본원의 일 실시형태에 따라서, 적어도 하나의 리브는 튜브의 내부면에서 나선형으로 구성된다. 이러한 나선형 리브는 유체에서 난류를 유발하고 그리하여 또한 열교환 효율을 향상시킨다.

본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 적어도 하나의 리브의 조면화된 부분은 다이를 통하여 튜브를 인발 (drawing) 함으로써 제조되고, 상기 다이의 표면의 적어도 일부는 인발 동안 적어도 하나의 리브의 적어도 일부를 조면화하도록 조면화된다.

본원의 일 실시형태에 따라서, 적어도 하나의 리브의 조면화된 부분은 조면화될 적어도 하나의 리브의 일부에 금속 입자들을 소결시킴으로써 제조된다.

전술한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명 둘 다는 예시적인 것으로서 설명만을 위해서이고 청구되는 바와 같이, 본원을 제한하는 것이 아님을 이해할 것이다.

본 명세서의 일부에 포함하고 그리고 이를 구성하는 첨부된 도면들은 본원의 여러 가지 실시형태들을 설명하고 그리고 상세한 설명과 함께 본원의 원리들을 설명하는데 사용된다.

도 1a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이음매 없는 그루브형 튜브의 종단면도를 도시한다.
도 1b 는 도 1a 에 도시된 이음매 없는 그루브형 튜브의 횡단면도를 도시한다.
도 2 는 튜브의 조면화된 내부면을 설명하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이음매 없는 그루브형 튜브의 단면도이다.
도 3 은 튜브의 조면화된 내부면을 설명하는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이음매 없는 그루브형 튜브의 단면도이다.

도 1a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이음매 없는 그루브형 튜브의 종단면도를 도시하고, 도 1b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이음매 없는 그루브형 튜브의 횡단면도를 도시한다. 이 튜브는 중공의 쉘을 형성하도록 천공 로드에 걸쳐 중실 빌렛을 인발함으로써 형성되고 (반대로, 용접된 튜브는 플레이트를 압연하고 그리고 이 플레이트의 2 개의 가장자리들을 용접함으로써 형성됨); 하지만 튜브는 또한 용접된 튜브일 수도 있다. 튜브의 내부면은 패턴으로 그루브된다. 도 1a 및 도 1b 에 도시된 튜브는 내부에 나사결합되지만, 즉 이 튜브의 내부면은 나선형 나사로 그루브되지만, 내부면을 어떠한 적합한 패턴으로, 예를 들어 튜브의 종축선을 따라서 연장하는 다수의 리브들 또는 튜브의 내부면상의 나선으로 그루브할 수 있음을 당업자는 알 수 있다. 도 1a 및 도 1b 에 도시된 그루브형 패턴은, 상부 (2), 측면들 (3) 및 바닥 (4) 을 포함하는 적어도 하나의 리브 (1) 를 포함한다. 리브 (1) 의 존재는 튜브의 내부면의 면적을 증가시키고, 그리하여 열운반 유체 및 튜브의 내부면 사이의 열교환 면적을 증가시키며, 그리하여 더 높은 열교환 효율을 부여한다. 열운반 유체의 유동은 리브 (1) 에 의해 영향을 받고; 유체의 일부는 리브 (1) 가 연장되는 나선형 경로와 일치하여 유동해야 하며, 즉 나선형 방식으로 유동하도록 리브 (1) 에 의해 안내되며, 이는 유체에서의 난류를 유발하고 그리하여 또한 열교환 효율을 향상시킨다.

이음매 없는 그루브형 튜브의 열교환 효율은 조면화된 리브 (1) 의 표면의 적어도 일부를 가짐으로써 더 향상될 수 있다. 리브 (1) 의 조면화된 표면은 열운반 유체와 튜브의 내부면 사이의 접촉 면적을 더 증가시킬 수 있고 그리하여 열교환 효율을 더 개선시킨다. 더욱이, 거친 표면은 기포 형성을 위한 더 많은 스팟들을 제공하고 (기포 형성은 조대한 벽과 같은 경계면에서 통상 발생하는 "핵형성" 이라고 하는 프로세스로부터 기인하는 상변화임), 그럼으로써 작은 기포들은 표면으로부터 분리될 것이다.

조도는 리브 (1) 의 표면에 어떠한 적합한 패턴으로 분포될 것이다. 예를 들어, 상부 (2), 측면 (3) 및 바닥 (4) 을 포함하는 리브 (1) 의 전체 표면이 조면화될 것이고; 리브 (1) 의 측면들 (2) 만이 조면화되며; 또는 상부 (2) 및 측면들 (3) 이 조면화된다. 도 2 및 도 3 에서는 리브 (1) 의 바닥 (4) 의 적어도 일부가 조면화되는 본 발명의 2 개의 실시시형태들을 도시하고, 리브 (1) 의 상부 (2) 와 측면들 (3) 은 여전히 매끄럽다. 리브 (1) 의 바닥 (4) 에서만 내부면을 조면화함으로써, 기포 형성을 위한 더 많은 열교환 표면 및 더 많은 스팟들이 바닥 (4) 에 제공되고, 이는 리브 (1) 의 상부 (2) 와 측면들 (3) 을 매끄럽게 함으로써 열운반 유체의 유동에 대한 영향을 최소화하면서 열교환 효율을 상당히 향상시킨다.

조면화된 표면은 어떠한 적합한 형태를 취할 수 있다. 도 2 에서는 리브 (1) 의 바닥 (4) 이 다수의 리세스들 (5) 을 포함하는 일 형태를 도시한다. 리세스들 (5) 은 바닥 (4) 에 불규칙하게 분포된다. 리세스들 (5) 은 어떠한 형상일 수 있고; 예를 들어, 바닥 평면에서 리세스의 개구는 실질적으로 원형, 정사각형 또는 어떠한 다른 직사각형이나 불규칙한 형상일 수 있고, 이러한 개구는 하방으로 연장하면서 테이퍼져서, 리세스는 실질적으로 구형 캡/원뿔, 역전된 피라미드 또는 어떠한 다른 직사각형 또는 불규칙한 형상으로 형성된다. 리세스들 (5) 은, 바닥 (4) 에서 리세스들 (5) 의 개구들의 크기 (서로 가장 멀리 있는 개구 원주의 2 개의 지점들 사이의 가장 큰 거리로서 측정됨) 가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이고 그리고 리세스들의 깊이 (바닥 (4) 평면, 즉 리세스 (5) 의 상부에서부터 리세스 (5) 의 바닥까지 측정됨) 가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이도록 치수결정될 수 있다. 예를 들어, 리세스들 (5) 의 개구들의 크기는 0.0001 mm, 0.001 mm, 0.005 mm 일 수 있거나 어떠한 크기는 0.0001 mm ~ 0.005 mm 일 수 있다. 리세스들 (5) 의 깊이들은 0.0001 mm, 0.001 mm, 0.005 mm 일 수 있거나 어떠한 깊이는 0.0001 mm ~ 0.005 mm 일 수 있다.

전술한 이음매 없는 그루브형 튜브의 조면화된 표면은 어떠한 적합한 프로세스를 통하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 인발 동안 적어도 하나의 리브의 적어도 일부를 조면화하도록 조면화된 다이의 표면의 적어도 일부와 함께 다이를 통하여 튜브를 인발함으로써 조면화된 표면이 형성될 수 있다.

도 3 은 조면화된 표면의 다른 실시형태를 도시한다. 리브 (1) 의 바닥 (4) 은 다수의 돌출부들을 포함한다. 돌출부들 (6) 은 바닥 (4) 에 불균일하게 분포된다. 돌출부들 (6) 은 어떠한 형상일 수 있고; 예를 들어, 바닥 (4) 에 평행한 평면을 따라서 취한 돌출부 (6) 의 단면은 실질적으로 원형, 정사각형, 또는 어떠한 다른 규칙적인 또는 불규칙한 형상일 수 있고, 단면은 돌출부의 선단 쪽으로 테이퍼져, 리세스는 실질적으로 원뿔, 피라미드 또는 어떠한 다른 규칙적인 또는 불규칙한 형상으로 형성된다. 돌출부들 (6) 은, 돌출부들의 각각의 베이스들에서 단면의 크기 (서로 가장 멀리 있는 단면의 원주의 2 개의 지점들 사이의 가장 큰 거리로서 측정됨) 가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이고 그리고 돌출부들 (6) 의 높이가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이도록 크기결정될 수 있다. 예를 들어, 돌출부들의 베이스들의 단면의 크기는 0.0001 mm, 0.001 mm, 0.005 mm 또는 이러한 크기들 사이의 값일 수 있다. 돌출부들의 높이들은 0.0001 mm, 0.001 mm, 0.005 mm 또는 이러한 크기들 사이의 값일 수 있다.

전술한 이음매 없는 그루브형 튜브의 조면화된 표면은 어떠한 적합한 프로세스를 통하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 대응하는 내부면에 금속 입자들을 소결함으로써 제조될 수 있다. 특히, 튜브의 내부벽과 코어 로드 사이에 갭을 유지하여 코어 로드가 튜브에 삽입되고; 금속 입자들은 조면화된 표면에 대응하는 갭의 일부에 충전된 후, 코어 로드 및 금속 입자들을 가진 튜브는 가열되어 금속 입자들이 조면화될 내부면의 일부에 소결된다.

조면화된 내부면을 가진 내부 그루브형 튜브들과 매끄러운 내부면들을 가진 그루브형 튜브들 사이의 열전달 효율을 비교하기 위해서 7 mm 내부 그루브형 튜브들에 대하여 실험들을 실시하였다. 실험들에서 나타나는 바와 같이, 조면화된 내부면을 가진 전술한 그루브형 튜브들을 가진 열교환기의 열교환 효율은 매끄러운 내부면을 가진 그루브형 튜브들을 가진 열교환기에 비하여 대략 20% 향상될 수 있고, 이는 상당히 에너지를 절감한다.

이전의 명세서에서, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 바람직한 실시형태들을 설명하였다. 하지만, 다양한 다른 수정들 및 변경들을 할 수 있고 그리고 이하의 청구범위에 청구되는 바와 같이 더 넓은 본원의 범위를 벗어나지 않으면서 추가의 실시형태들을 실시할 수 있음이 명백하다. 명세서 및 도면들에서는 그에 따라 제한적인 것이 아니라 설명으로 간주된다.

본원의 다른 실시형태들은 본원에 개시된 명세서 및 실시를 고려하여 당업자에게 명백하다. 상기 명세서 및 실시예들은 오직 예시로서만 간주되고 본원의 실제 범위 및 사상은 이하에 설명되는 것으로 의도된다.

Claims (11)

1. 그루브형 튜브로서,
   상기 튜브의 내부면은 패턴으로 그루브되고, 상기 패턴은 적어도 하나의 리브 (1) 를 포함하며, 상기 적어도 하나의 리브 (1) 의 적어도 하나의 일부는 조면화되는, 그루브형 튜브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 그루브형 튜브는 이음매 없는 것인, 그루브형 튜브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 리브 (1) 의 조면화된 부분은 다수의 리세스들 (5) 을 포함하고, 상기 다수의 리세스들 (5) 은, 상기 리세스들 (5) 의 깊이가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이고 그리고 상기 리브 (1) 의 바닥 (4) 평면에서 상기 리세스들 (5) 의 개구들의 크기가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이도록 치수결정되는, 그루브형 튜브.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 리세스들 (5) 의 깊이는 0.001 mm ~ 0.005 mm 범위이고, 상기 리브 (1) 의 바닥 (4) 평면에서 리세스들 (5) 의 개구들의 크기는 0.001 mm ~ 0.005 mm 범위인, 그루브형 튜브.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 리브 (1) 의 조면화된 부분은 다수의 돌출부들 (6) 을 포함하고, 상기 다수의 돌출부들 (6) 은, 상기 돌출부들의 높이가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이고 그리고 상기 돌출부들 (6) 의 베이스들에서 단면들의 크기가 0.0001 mm ~ 0.01 mm 범위이도록 치수결정되는, 그루브형 튜브.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 돌출부들 (6) 의 높이는 0.001 mm ~ 0.005 mm 범위이고, 상기 돌출부들 (6) 의 베이스들에서 단면들 크기는 0.001 mm ~ 0.005 mm 범위인, 그루브형 튜브.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 리브 (1) 는 상부 (2), 측면들 (3) 및 바닥 (4) 을 가지고, 상기 적어도 하나의 리브 (1) 의 상부 (2) 및 측면들 (3) 은 매끄럽고, 상기 적어도 하나의 리브 (1) 의 바닥 (4) 의 적어도 일부는 조면화되는, 그루브형 튜브.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 튜브는 구리 또는 구리 합금으로 제조되는, 그루브형 튜브.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 리브 (1) 는 상기 튜브의 내부면에 나선으로 구성되는, 그루브형 튜브.
10. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 리브 (1) 의 조면화된 부분은 다이를 통하여 튜브를 인발함으로써 제조되고, 상기 다이의 표면의 적어도 일부는 인발 동안 상기 적어도 하나의 리브 (1) 의 적어도 일부를 조면화하도록 조면화되는, 그루브형 튜브.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 리브 (1) 의 조면화된 부분은 조면화될 상기 적어도 하나의 리브 (1) 의 일부에 금속 입자들을 소결시킴으로써 제조되는, 그루브형 튜브.

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