KR20180132607A - 열 교환 튜브용 화살촉 핀 - Google Patents

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Abstract

다수의 화살촉 모양이 각각의 핀에 압착되거나 엠보싱되고, 화살촉 모양은 두 개의 교차하는 쐐기 부분에 의해 정의되는, 새로운 열 교환 튜브 핀 설계가 개시된다. 압착된 화살촉 모양은 중첩된 쌍으로 그룹화되고, 한 쌍의 화살촉 중 하나는 핀 평면에 대해 양으로 압착되고 한 쌍의 화살촉 중 다른 하나는 핀 평면에 대해 음으로 압착된다. 화살촉 쌍은 공기 흐름 방향에 평행하게 줄지어 배치되고, 한 줄의 화살촉 쌍은 바람직하게 공기 흐름 방향으로 핀을 따라 인접한 줄의 화살촉 쌍에 대해 엇갈린다.

Description

열 교환 튜브용 화살촉 핀
본 발명은 일반적으로 대규모 현장 설치형 공기 냉각식 산업 증기 응축기 또는 건식 냉각기/응축기용 튜브 핀(tube fin)에 관한 것이다.
대부분의 대규모 현장 설치형 공기 냉각식 산업 증기 응축기(air cooled industrial steam condenser ACC)에 사용되는 현재의 핀 튜브(finned tube)는 반원형 앞전(leading edge)과 뒷전(trailing edge)을 갖는 대략 11 m의 길이와 200 mm의 폭("공기 이동 길이"라고도 함) 그리고 18.7 mm의 외부 높이(공기 이동 길이에 수직임)를 갖는 납작한 튜브를 사용한다. 튜브 벽 두께는 1.35 mm이다. 핀은 각각의 튜브 양쪽의 평평한 면에 납땜되고 튜브의 길이방향 축에 수직으로 연장되는 길이를 갖는다. 핀은 일반적으로 높이가 18.5 mm이며, 인치당 11 개의 핀으로 이격되어 있다. 핀 표면은 열 전달을 향상시키고 핀 강성을 돕기 위해 물결 모양 패턴을 갖는다. 중심에서 중심까지의 튜브 간의 표준 간격은 57.2 mm이다. 튜브 자체는 단면적(공기 흐름 방향에 수직)의 대략 1/3을 형성하는 반면, 핀은 단면적의 거의 3 분의 2를 차지한다. 인접한 핀 끝 사이에 1.5 mm의 작은 공간이 있다. 여름철 대기 조건의 경우, 튜브를 통과하는 최대 증기 속도는 일반적으로 28 mps정도로 높을 수 있으며, 더욱 일반적으로는 23-25 mps일 수 있다.
본 발명은 튜브 내의 유체 및 핀을 통과하는 유체(공기) 사이의 열 전달을 향상시키는 새로운 핀 설계이다. 핀은 일반적으로 평평하며, 납작한 ACC 튜브와 직접 접촉한다. 평평한 면(공기 이동 길이라고도 함)에 평행한 방향의 튜브의 내부 치수는 일반적으로 200 mm이다. 외부 튜브 높이(공기 이동 길이에 수직임)는 일반적으로 18.7 mm이지만, 본 발명의 핀은 임의의 치수의 열 교환 튜브와 함께 사용될 수 있다. 냉각될 유체는 핀 평면에 수직인 튜브 내에서 흐른다 냉각 공기는 튜브의 편평한 면의 평면에 평행하게 흐르고 튜브의 길이방향 축에 수직으로 흐른다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 다수의 화살촉 모양이 각각의 핀에 압착되거나 엠보싱(emboss)된다. 바람직한 실시형태에 따르면, 화살촉 모양은 두 개의 교차하는 쐐기 부분에 의해 정의된다. 엠보싱된 금속 표면과 평평한 핀의 평면에 의해 형성되는 체적의 형상은 프리즘과 유사한 형태로 특징지어질 수 있다. 바람직한 실시형태에 따르면, 쐐기 부분은 그 길이에 수직인 단면이 삼각형이다. 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 두 개의 교차하는 쐐기 부분은 화살촉 모양의 앞전에서 뾰족한 단부(pointed end)와 화살촉 모양의 뒷전에서 갈라진 단부(forked end)를 형성한다.
더욱 바람직한 실시형태에 따르면, 각각의 쐐기의 높이(핀 평면에 수직인 방향)는 인접한 핀 사이의 거리의 50% 또는 대략 50%이다. 각각의 쐐기의 앞전과 뒷전은 바람직하게 공기 흐름 방향/핀의 길이방향 축으로부터 30° 또는 대략 30°로 배향된다. 화살촉 모양을 형성하는 상부 쐐기 부분(튜브의 위치를 기준으로 함)은 30° 위로 배향된 앞전과 뒷전을 갖고, 각각의 화살촉 모양에 대한 하부 쐐기 부분은 30° 아래로 배향된 앞전과 뒷전을 갖는다.
또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 압착된 화살촉 모양은, 한 쌍의 화살촉 모양 중 제 1 화살촉 모양이 해당 쌍의 제 2 화살촉 모양의 바로 상류에 있는 쌍들로 그룹화된다. 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 제 2 화살촉 모양의 뾰족한 단부는 제 1 화살촉 모양의 후단부(또는 "갈라진 단부") 내에 중첩된다. 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 한 쌍의 화살촉 중 하나는 핀 평면에 대해 양으로 압착되고 한 쌍의 화살촉 중 다른 하나는 핀 평면에 대해 음으로 압착된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 화살촉 쌍은 공기 흐름 방향에 평행하게 줄지어 배치되고, 핀 폭 치수의 1 내지 2 배만큼 공기 흐름 방향에 수직으로 이격된다. 한 줄의 화살촉 쌍은 바람직하게 공기 흐름 방향으로 핀을 따라 인접한 줄의 화살촉 쌍에 대해 엇갈린다. 따라서 두 번째 줄의 제 1 화살촉은, 줄을 따라 화살촉 쌍 사이의 공간의 절반만큼 핀을 따라 공기 흐름 방향 아래로 이격된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 한 줄의 화살촉 쌍은 핀 간격의 배수, 바람직하게는 핀 간격의 6 내지 12 배, 더욱 바람직하게는 핀 간격의 8 또는 9 배만큼 공기 흐름 방향으로 이격된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 화살촉의 치수는 핀 높이의 함수이다. 화살촉의 폭(핀의 평면에서의 흐름에 수직)은 바람직하게 명목상 핀 간격의 2 내지 3 배이다(0.209"=2.3*0.091"). 화살촉의 길이(흐름에 평행)는 바람직하게 핀 간격의 5 내지 8 배이다(0.091*6.5 = 0.591)(0.41+0.181=0.591).
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 소정 핀 위의 모든 화살촉 압착부(pressing)는 흐름 방향에 대해 동일한 방향으로 향한다. 후속 핀이 있을 때마다, 화살촉 압착부는 흐름 방향과 흐름 방향의 반대 방향을 번갈아 가며 나타난다.
본 발명은 튜브 내의 유체 및 핀을 통과하는 유체(공기) 사이의 열 전달을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 핀의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 핀의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태를 도시하는 일련의 설계 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태의 측면도를 도시하는, 도 3의 발췌 부분이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태의 단면도를 도시하는, 도 3의 발췌 부분이다.
도 6은 도 3의 라인 A-A를 따른 본 발명의 일 실시형태의 단면도를 도시하는, 도 3의 발췌 부분이다.
도 7은 도 3의 라인 B-B를 따른 본 발명의 일 실시형태의 단면도를 도시하는, 도 3의 발췌 부분이다.
도 8은 도 3의 세부사항(E)을 도시하는, 도 3의 발췌 부분이다.
도 9는 도 3의 라인 F-F를 따른 본 발명의 일 실시형태의 단면도를 도시하는, 도 3의 발췌 부분이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 측면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 사시도이다.
도면을 참조하면, 특히 도 1, 도 2, 도 4, 도 10 및 도 11을 참조하면, 다수의 화살촉 모양(2)이 각각의 핀(4)에 압착되거나 엠보싱된다. 각각의 화살촉 모양(2)은 교차하는 두 개의 쐐기 부분(6a, 6b)에 의해 정의된다. 엠보싱된 금속 표면과 평평한 핀의 평면에 의해 형성되는 체적의 형상은 프리즘과 유사한 형태로 특징지어질 수 있다. 쐐기 부분(6a, 6b)은 그 길이에 수직인 단면이 삼각형이다. 두 개의 교차하는 쐐기 부분(6a, 6b)은 화살촉 모양(2)의 앞전에서 뾰족한 단부(8)와 화살촉 모양(2)의 앞전에서 갈라진 단부(10)를 형성한다.
각각의 쐐기(6a, 6b)의 높이(핀의 평면에 수직인 방향)는 인접한 핀(4) 사이의 거리의 50% 또는 대략 50%이다(도 5 내지 도 7 및 도 9 참조). 각각의 쐐기의 앞전(12)과 뒷전(14)은 바람직하게 공기 흐름 방향/핀(4)의 길이방향 축으로부터 30° 또는 대략 30°로 배향된다. 화살촉 모양(2)을 형성하는 상부 쐐기 부분(6a)(튜브의 위치를 기준으로 함)은 30° 위로 배향된 앞전과 뒷전을 갖고, 각각의 화살촉 모양(2)의 하부 쐐기 부분(6b)은 30° 아래로 배향된 앞전과 및 뒷전(12, 14)을 갖는다.
특히 도 1 및 도 2를 참조하면, 압착된 화살촉 모양(2)은, 한 쌍의 화살촉 모양 중 제 1 화살촉 모양(16a)이 해당 쌍의 제 2 화살 모양(16b)의 바로 상류에 있는 쌍들(16)로 그룹화될 수 있다. 제 2 화살촉 모양(16b)의 뾰족한 단부는 제 1 화살촉 모양(16a)의 후단부(또는 "갈라진 단부") 내에 중첩될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태와 일치하여, 도 1은 한 쌍의 화살촉 중 하나는 핀 평면에 대해 (핀 평면으로부터) 양으로 압착되고 한 쌍의 화살촉 중 다른 하나는 핀 평면에 대해(핀 평면으로) 음으로 압착된 것을 도시하고 있다.
도 1, 도 4, 도 10 및 도 11은 공기 흐름 방향에 평행하게 두 줄로 배치된 화살촉 쌍을 도시하고 있다. 줄은 핀 폭 치수의 1 내지 2 배만큼 공기 흐름 방향에 수직으로 서로가 이격된다. 한 줄의 화살촉 쌍은 공기 흐름 방향으로 핀을 따라 인접한 줄의 화살촉 쌍에 대해 엇갈리고, 따라서 두 번째 줄의 제 1 화살촉은, 줄을 따라 화살촉 쌍 사이의 공간의 절반만큼 핀을 따라 공기 흐름 방향 아래로 이격된다.
도 1, 도 2, 도 4, 도 10 및 도 11을 참조하면, 한 줄의 화살촉 쌍은 핀 간격의 배수, 바람직하게는 핀 간격의 6 내지 12 배, 더욱 바람직하게는 핀 간격의 8 또는 9 배만큼 공기 흐름 방향으로 이격된 것으로 도시되어 있다.
화살촉의 치수는 바람직하게 핀 높이의 함수이다. 화살촉의 폭(핀의 평면에서의 흐름에 수직)은 바람직하게 명목상 핀 간격의 2 내지 3 배이다(0.209"=2.3*0.091"). 화살촉의 길이(흐름에 평행)는 바람직하게 핀 간격의 5 내지 8 배이다(0.091*6.5 = 0.591)(0.41+0.181=0.591).
소정 핀 위의 모든 화살촉 압착부는 흐름 방향에 대해 동일한 방향으로 향한다. 후속 핀이 있을 때마다, 화살촉 압착부는 흐름 방향과 흐름 방향의 반대 방향을 번갈아 가며 나타난다.

Claims (8)

  1. 핀의 길이방향 축을 따라 배치된, 엠보싱되거나 압착된 화살촉 모양을 포함하는 열 교환 튜브용 핀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화살촉 모양은 각각 상기 핀에 엠보싱되거나 압착된 두 개의 교차하는 쐐기 모양을 포함하는, 열 교환 튜브용 핀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화살촉 모양은, 한 쌍의 화살촉 모양 중 하나의 화살촉 모양의 뾰족한 단부가 한 쌍의 화살촉 모양 중 제 2 화살촉 모양의 갈라진 단부에 중첩되는, 열 교환 튜브용 핀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화살촉 모양은 두 개 이상의 줄로 배치되고, 상기 줄은 상기 핀의 길이방향 축과 정렬되는, 열 교환 튜브용 핀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 다수의 상기 화살촉 모양은 상기 핀의 평면에 수직인 제 1 방향으로 압착되고, 제 2 다수의 상기 화살촉 모양은 상기 핀의 상기 평면에 수직인 제 2 방향으로 압착되며, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 반대인, 열 교환 튜브용 핀.
  6. 제 3 항에 있어서,
    화살촉 쌍 중 제 1 화살촉 모양은 상기 핀의 평면에 수직인 제 1 방향으로 압착되고, 상기 화살촉 쌍 중 제 2 화살촉 모양은 상기 핀의 상기 평면에 수직인 제 2 방향으로 압착되고, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 반대인, 열 교환 튜브용 핀.
  7. 부착된 핀을 갖는 열 교환 튜브로서, 상기 핀은 상기 핀의 길이방향 축을 따라 배치된, 엠보싱되거나 압착된 화살촉 모양을 포함하는, 열 교환 튜브.
  8. 다수의 핀 열 교환 튜브를 포함하는 현장 설치형 공기 냉각식 산업 증기 응축기로서, 상기 열 교환 튜브는 각각 상기 튜브의 길이방향 축에 수직으로 배치된 상기 튜브의 평면의 외부 표면에 부착된 다수의 핀을 갖고, 상기 핀은 상기 핀의 길이방향 축을 따라 배치된, 엠보싱되거나 압착된 화살촉 모양을 포함하는, 현장 설치형 공기 냉각식 산업 증기 응축기.
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