KR20190013719A

KR20190013719A - 열교환관

Info

Publication number: KR20190013719A
Application number: KR1020187030836A
Authority: KR
Inventors: 아힘 고터바름; 로날트 루쯔; 하잘 장 엘; 만프레드 크나프
Original assignee: 빌란트-베르케악티엔게젤샤프트
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2019-02-11
Also published as: PL3465056T3; DE102016006913A1; WO2017207091A1; US10948245B2; DE102016006913B4; JP6907232B2; EP3465056B1; KR102367602B1; CN109312992A; US20190145718A1; MX2018014689A; PT3465056T; JP2019517650A; EP3465056A1

Abstract

본 발명은 관 종축(A), 관벽(2), 관 외면(21)과 관 내면(22)을 가진 열교환관(1)으로서; 축방향으로 평행하게 또는 나선형으로 둘러져 있는 핀(3)이 관 외면(21) 및/또는 관 내면(22)에서 관벽(2)으로부터 형성되어 있고, 인접 핀(3) 사이에는 연속해 있는 1차 홈(4)이 형성되어 있는 열교환관(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 핀(3)은 핀 경로를 따라 주기적으로 반복되는 핀부(31)로 나누어져 있고, 핀부(31)는 소정의 높이를 가진 복수 개의 돌기(6)로 나누어져 있으며; 상기 돌기(6)는 핀 경로에 대해 횡방향으로 소정의 절단 깊이로 핀(3)을 절단하여 핀 구간을 형성하고 상기 핀 경로를 따라 주배향으로 상기 핀 구간을 상승시켜 1차 홈(4) 사이에 형상화되어 있다.

Description

열교환관

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 열교환관에 관한 것이다.

냉동- 및 공조 기술의 다양한 분야와 공정- 및 에너지 기술에서 열전달이 일어나고 있다. 이들 분야에서는 열전달을 위해 다관식 열교환기가 사용되는 경우가 많다. 이 경우, 많은 용도에 있어서 열 흐름의 방향에 따라 냉각 또는 가열되는 액체가 관 내면에 흐른다. 상기 열은 관 외면에 제공되는 매체에 전달되거나 매체로부터 열을 빼앗는다.

일반적으로 다관식 열교환기에서는 평활관 대신 구조관을 사용한다는 것이 알려져 있다. 상기 구조는 열전달을 좋게 한다. 이로 인해, 열흐름 밀도가 증가하고 열교환기는 더욱 소형화할 수 있다. 이와 달리, 열흐름 밀도를 유지하여 구동 온도차를 작게 함으로써 에너지 효율적인 열전달이 가능해진다.

다관식 열교환기용으로 일면 또는 양면이 구조화된 열교환관은 통상적으로 적어도 하나의 구조화된 영역과 평활한 단부와 경우에 따라서 평활한 중간부를 갖고 있다. 평활한 단부 또는 중간부는 구조화된 영역과 경계를 이룬다. 다관식 열교환기에 관을 쉽게 설치할 수 있도록 구조화된 영역의 외경은 평활한 단부와 중간부의 외경보다 크지 않아야 한다.

구조화된 열교환관으로서 일체형으로 압연한 핀 관이 종종 사용된다. 일체형으로 압연한 핀형 관은 핀이 평활관의 벽 재료로부터 형성된 핀형 관을 의미하는 것으로 이해된다. 많은 경우, 핀 관은 관의 내면에 내표면을 확대시키고 관 내면에서의 열전달계수를 향상시키는 축에 평행하거나 나선형으로 둘러져 있는 다수 개의 핀을 가지고 있다. 핀 관은 외면에 링 형태 또는 나선형으로 둘러져 있는 핀을 갖고 있다.

추가 구조 특징부가 구비된 관 외면에 핀을 구비함으로써 용도에 따라 일체형으로 압연된 핀 관의 외면에서 열전달을 더욱 증가시킬 수 있는 많은 가능성이 과거에 개발되었다. 예를 들면 문헌 US 5,775,411에 알려져 있는 바와 같이, 핀 측면에 추가로 볼록한 에지를 구비하면 관 외면에서 냉매 응축시 열전달계수가 크게 증가한다. 관 외면에서 냉매 증발시 핀 사이에 형성되어 있는 채널을 부분적으로 폐쇄시켜 기공 또는 슬롯을 통해 주변과 연결되는 공동을 생성하면 성능이 향상되는 것으로 밝혀졌다. 다수의 문헌으로부터 이미 알려져 있는 바와 같이, 핀을 굴곡 또는 휘게 함으로써(US 3,696,861, US 5,054,548), 핀을 분리 및 스웨이징함으로써(DE 2,758,526 C2, US 4,577,381) 또한 핀을 노칭 및 스웨이징함으로써(US 4,660,630, EP 0 713 072 B1, US 4,216,826) 실질적인 폐쇄형 채널을 생성한다.

관 외면에서 상술한 성능 향상의 결과로서 전체 열전달저항의 대부분이 관 내면으로 이동한다. 이 효과는 특히 예를 들면 부분 부하 작동(partial load operation)시와 같이 관 내면에서 유속이 작을 때 일어난다. 전체 열전달저항을 크게 낮추기 위해서는 관 내면에서의 열전달계수를 더 높여야 한다.

문헌 DE 101 56 374 C1과 DE 10 2006 008 083 B4에 기재되어 있는 바와 같이, 관 내면의 열전달을 높이기 위해서 축에 평행하거나 또는 나선형으로 둘러져 있는 내부 핀에 홈을 제공할 수 있다. 이 경우, 핀 관의 내부 및 외부 구조의 치수는 내부 핀과 홈을 형성하기 위해 형상화된 압연 맨드릴을 상기 문헌에 공개된 바대로 사용함으로써 서로 독립적으로 조정할 수 있다는 점이 중요하다. 이로 인해, 상기 구조를 외면과 내면에서 각각의 요건에 맞게 조정하여 관을 구성할 수 있다.

이러한 배경을 토대로, 본 발명의 목적은 전술한 유형의 열교환관의 내부 또는 외부 구조를 개량하여 이미 공지된 관에 비해 더 향상된 성능을 달성하는 것이다.

본 발명은 청구범위 제1항의 특징부에 기재되어 있다. 다른 종속항들은 본 발명의 유리한 실시형태와 추가의 실시형태에 관한 것이다.

본 발명은 관 종축, 관벽, 관 외면과 관 내면을 가진 열교환관으로서, 축방향으로 평행하게 또는 나선형으로 둘러져 있는 핀이 상기 관 외면 및/또는 관 내면에서 관벽으로부터 형성되어 있고, 인접 핀 사이에는 연속해 있는 1차 홈이 형성되어 있는 열교환관을 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 핀은 핀 경로를 따라 주기적으로 반복되는 핀부로 나누어져 있고, 상기 핀부는 소정의 돌출 높이를 가진 복수 개의 돌기로 나누어져 있으며, 상기 돌기는 핀 경로에 대해 횡방향으로 소정의 절단 깊이로 핀을 절단하여 핀 구간을 형성하고 상기 핀 경로를 따라 주배향으로 상기 핀 구간을 상승시켜 1차 홈 사이에 형상화될 수 있다.

이와 관련하여, 상기 구조화된 영역은 원칙적으로 관의 외면 또는 관의 내면에 형상화될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 핀부를 관 내면에 배치하는 것이 바람직하다. 상술한 구조체는 증발관과 응축관 모두의 용도로 사용할 수 있다.

경우에 따라 상기 돌출 높이는 돌기의 반경 방향 치수로서 정의된다. 이 경우, 상기 돌출 높이는 관벽으로부터 시작해서 관벽으로부터 돌기의 가장 먼 위치까지의 반경 방향 거리이다.

노칭 깊이라고도 하는 상기 절단 깊이는 본래의 핀 선단으로부터 노치의 가장 낮은 위치까지 측정한 반경 방향 거리이다. 환언하면, 상기 노칭 깊이는 본래의 핀 높이와 노치의 가장 낮은 위치에 남겨진 잔여 핀 높이의 차이이다.

본 발명은 원칙적으로 핀부를 관 외면 또는 관 내면에 형상화할 수 있다는 점에 착안한 것이다. 그러나 본 발명에 따른 핀부를 관 내면에 배치하는 것이 바람직하다. 상술한 구조체는 증발관과 응축관 모두의 용도로 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 핀부는 내부 구조체에 특히 적합하다. 이때 관의 내면은 복수 개의 돌기에 의해 확대되고, 이들 돌기는 핀부로 나누어진다. 이로 인해, 관 면에서 열전달저항이 크게 감소하고 열전달계수가 증가하게 된다. 상기 돌기는 관 내 유체 유동을 위한 추가 경로들을 제공하여 관 내 유동하는 열전달매체의 난류를 증가시킨다. 이러한 형태는 관의 내면에 가까운 유체로부터 생성된 경계층을 줄어들게 한다.

평활한 표면에 비해, 상기 돌기는 더 많은 열교환을 위한 몇 배의 추가 표면적을 제공한다. 실험을 통해 특별히 구성된 본 발명의 핀부를 구비한 관의 성능이 크게 증가한다는 것을 알 수 있다.

DE 603 17 506 T2에 이미 기재되어 있는 공구를 사용하여 본 발명에 따른 열교환관의 공정측 구조화를 완수할 수 있다. 상기 문헌 DE 603 17 506 T2에 개시된 내용은 본 명세서에 참고로서 포함된다. 이로 인해, 상기 돌출 높이와 거리는 가변적이게 되고 예를 들어 액체의 점도 또는 유속과 같은 조건에 맞게 개별적으로 조정될 수 있다.

상기 사용 공구는 관의 내면에 있는 핀을 절단하여 핀 구간을 제공하기 위한 절단 에지 및 상기 핀 구간을 상승시켜 돌기를 형성하기 위한 상승 에지를 갖고 있다. 이러한 방법으로, 상기 돌기는 관의 내면으로부터 금속을 제거하지 않고 형성된다. 상기 관의 내면에 있는 돌기는 핀의 형성과 동일하거나 서로 다른 가공으로 형성할 수 있다.

상기 인접 핀 사이에 연속해 있는 1차 홈에 의해 상기 관벽으로부터 연속적으로 연장되어 있고 축 방향에 평행하거나 나선형으로 둘러져 있는 핀의 구조화는 DE 101 56 374 C1에 기재되어 있는 공정처리에 의해 이루어질 수 있다. 문헌 DE 101 56 374 C1에 개시된 내용은 전체로서 본 명세서에 참고로 포함된다.

상기 핀을 핀부로 나누고, 상기 핀부는 소정의 돌출 높이를 가진 복수 개의 돌기로 나누는 본 발명에 따른 해결방안에 의해 돌기는 규칙적인 배치로부터 벗어난다. 이로부터 양호한 열전달을 방해하는 유체 경계층이 추가로 발생하는 난류에 의해 끊어지기 때문에 가급적 가장 적은 압력 손실과 함께 최적화된 열전달이 얻어진다. 이때 이러한 돌기의 분할로 인한 끊김은 난류의 증가와 1차 핀의 경로를 통한 유체 교환으로 이어지고, 이 또한 경계층의 끊김을 유도한다.

상기 돌기의 균일한 배치는 단지 이러한 경계층의 의도된 끊김을 유도할 뿐이다. 상기 돌기의 형태, 높이와 배치는 절단기 또는 절단 기하구조의 조절 및 개별적으로 적절히 구성된 1차 핀 형태와 기하구조에 의해 적절히 조정 및 최적화될 수 있다. 상기 돌기의 형태를 개별적으로 적절히 구성하여 경계층을 효율적으로 끊어 유체 유동을 최적화할 수 있다. 난류 또는 층류 형태에 대한 최적화는 서로 다른 돌출 높이에 의해 구현된다.

본 발명의 바람직한 구성예에 있어서, 상기 핀의 핀부는 관 종축에 대해 측정된 소정의 경사각(β)으로 연장되어 있는 2차 홈에 의해 핀으로부터 형성될 수 있다.

이때 상기 2차 홈은 내부 핀에 대해 적어도 10 °및 최대 80 °의 경사각으로 연장되어 있다. 상기 2차 홈의 깊이는 가변적이고 내부 핀 본래의 핀 높이의 적어도 20%이다. 상기 2차 홈을 도입함으로써 내부 핀은 더 이상 일정한 단면을 갖지 않게 된다. 내부 핀의 경로를 따르면, 내부 핀의 단면 형상은 2차 홈의 위치에서 변한다. 2차 홈에 의해 관 면에서 유동하는 매체에는 추가로 와류가 형성되고 벽에 가까운 영역에서는 축 방향 통과 위치가 생성됨으로써 열전달계수가 더 증가한다.

상기 2차 홈의 깊이가 본래 내부 핀의 높이와 같으면, 서로 이격된 핀부가 4각뿔대와 유사한 구조 구성요소로서 핀 내면에 생성된다.

상기 2차 홈의 형성에 의해 1차 핀이 여전히 형성되어 있는 영역에만 돌기가 형성되기 때문에 의도한 대로 조정이 가능하다.

이에 비해, 상기 돌기는 핀을 통해 교호적으로 변하는 절단 깊이를 가질 수도 있다. 이러한 구성에서는 돌기 각각의 높이가 의도한대로 적절히 조정 및 변화되어 특히 유동의 서로 다른 경계층에서 서로 다른 핀 높이에 의한 층류의 경우에 유동 중심부까지 잠기고 관벽의 열이 방출된다. 이 경우, 절단 노치 또는 절단 깊이는 본래의 핀 전체를 통해 중심벽까지 연장될 수도 있다.

이에 따라, 변하는 노칭 깊이 또는 절단 깊이는 또한 노치의 가장 낮은 위치가 바뀌어 관벽까지의 거리가 변화된다는 것과 의미가 동일하다. 또한 이와 관련하여 노치 바닥부로 표현되는 노치의 가장 낮은 위치가 핀 방향으로 연속해 있는 노치를 통한 관 종축으로부터의 거리 변화와 동일한 의미를 갖는다.

이 경우, 적어도 돌기에 인접한 노치는 노치 깊이가 적어도 약 10% 변할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 노치 깊이의 변화는 적어도 20% 또는 나아가 50%일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시형태에 있어서, 적어도 하나의 돌기가 핀 경로를 따라 1차 홈을 통해 주배향으로부터 돌출해 있을 수 있다. 이는 형성된 경계층이 1차 홈으로 돌출해 있는 돌기에 의해 끊어져 열전달을 향상시키는 장점이 있다.

본 발명의 유리한 구성예에 있어서, 상기 핀의 핀부는 핀 경로를 따라 길게 연장 형성될 수 있다. 여기서, 상기 핀은 핀부로 나누어져 있고, 상기 핀부는 소정의 돌출 높이를 가진 복수 개의 돌기로 나누어져 있다. 예를 들어 상기 핀부는 적어도 3개, 바람직하게는 적어도 4개의 돌기를 포함한다. 이때 부상기 핀부는 서로 이격되어 유체를 위한 통과 위치를 구성할 수 있다. 이는 또한 양호한 열전달을 방해하는 유체 경계층이 추가로 발생하는 난류에 의해 끊어지기 때문에 가급적 가장 적은 압력 손실과 함께 최적화된 열전달로 이어진다. 이때 끊김은 난류의 증가와 1차 핀의 경로를 통한 유체 교환으로 이어지고, 이 또한 경계층의 끊김을 유도한다.

다수의 돌기가 관벽으로부터 가장 먼 위치에 관 종축에 대해 평행한 면을 갖는 것이 유리할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 돌기는 돌출 높이, 형태와 배향이 서로 달라 돌기 각각의 높이를 의도한대로 적절히 조정 및 변화시켜 특히 유동의 서로 다른 경계층에서 서로 다른 핀 높이에 의한 층류의 경우에 유동 중심부까지 잠기고 관벽의 열이 방출된다.

특히 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 관벽에 대향하는 면의 돌기는 끝이 예리한 선단을 갖는다. 이는 2상 유체를 사용하는 응축관의 경우에 선단에서 응축이 최적화된다.

본 발명의 다른 유리한 구성예에 있어서, 상기 관벽에 대향하는 면의 돌기는 관벽으로부터 거리가 증가함에 따라 국소 곡률반경이 감소하는 곡선형 선단을 갖는다. 이는 돌기의 선단에 생성된 응축물이 볼록한 곡선을 통해 핀의 최하부로 더 빨리 운반되어 액화시 열전달이 최적화되는 장점이 있다. 상변화시, 특히 액화시 증기가 액화되고 선단으로부터 핀의 최하부로 응축물이 운반되는 것에 주목해야 한다. 이에 대해, 볼록한 곡선형 돌기는 효과적인 열전달을 위한 이상적인 토대를 제공한다. 이때 상기 돌기의 저부는 실질적으로 관벽으로부터 반경 방향으로 돌출되어 있다.

본 발명의 유리한 구성예에 있어서, 상기 돌기는 관의 입구로부터 관 종축을 따라 대향 위치해 있는 관 단부까지 상이한 형태 및/또는 높이를 가질 수 있다. 이 경우, 관 입구로부터 관 단부까지 열전달을 의도한대로 조절할 수 있는 장점이 있다.

핀 경로를 따라 적어도 2개의 돌기의 선단이 상호 접촉 또는 교차할 수 있는바, 이는 돌기가 액화를 위해 응축물로부터 멀리 돌출해 있고 증발을 위해 공동 형태로 형성되어 있기 때문에 상변화시 가역적 작동에 있어서 특히 유리할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 적어도 2개의 돌기의 선단이 1차 홈을 통해 상호 접촉 또는 교차할 수 있다. 이는 돌기가 액화를 위해 응축물로부터 더 멀리 돌출해 있고 증발을 위해 공동 형태로 형성되어 있기 때문에 상변화시 가역적 작동에 있어서 특히 유리하다.

특히 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 돌기 중 적어도 하나는 그의 선단이 관 내면 또는 관 외면에 접촉하도록 변형될 수 있다. 액화를 위한 돌기가 증발을 위한 공동의 형태와 이에 따라 기포 핵 위치를 형성하기 때문에 상변화시 가역적 작동에 있어서 특히 유리하다.

상기 돌기는 핀으로부터 형성되되 상기 핀 중 적어도 하나가 핀 높이, 핀 거리, 핀 선단, 핀 간극, 핀 개방각과 비틀림 특징 중 적어도 하나에 있어 변하는 것이 유리할 수 있다.

첨부된 개략적인 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 관 내면에 본 발명에 따른 구조체를 구비한 관부를 개략적으로 도시하고 있는 사시도이고;
도 2는 2차 홈을 가진 본 발명에 따른 내부 구조체를 구비한 관부의 또 다른 개략 사시도이고;
도 3은 서로 다른 노칭 깊이를 가진 핀부의 개략도이고;
도 4는 1차 홈을 통해 돌출해 있는 구조 구성요소를 구비한 핀부의 개략도이고;
도 5는 선단에 핀 방향으로 굴곡진 돌기를 구비한 핀부의 개략도이고;
도 6은 관벽으로부터 가장 먼 위치에 평행한 면을 가진 돌기를 구비한 핀부의 개략도이고;
도 7은 핀 경로를 따라 상호 접촉해 있는 2개의 돌기를 가진 핀부의 개략도이고;
도 8은 핀 경로를 따라 상호 교차해 있는 2개의 돌기를 구비한 핀부의 개략도이고;
도 9는 1차 홈을 통해 상호 접촉해 있는 2개의 돌기를 구비한 핀부의 개략도이고;
도 10은 1차 홈을 통해 상호 교차해 있는 2개의 돌기를 구비한 핀부의 개략도이다.

모든 도면에서 서로 유사한 구성요소에는 동일한 참조번호가 제공된다.

도 1은 관 내면(22)에 본 발명에 따른 구조체를 구비한 열교환관(1)의 관부를 개략적으로 도시하고 있는 사시도이다. 열교환관(1)은 관벽(2), 관 외면(21)과 관 내면(22)을 갖고 있다. 관 내면(22)에는 관벽(2)으로부터 연속적으로 연장되어 있는 나선형으로 둘러져 있는 핀(3)이 형성되어 있다. 관 종축(A)은 핀에 대해 소정 각도로 연장되어 있다. 인접 핀(3) 사이에는 연속적으로 연장되어 있는 1차 홈(4)이 형성되어 있다.

핀(3)은 핀 경로를 따라 주기적으로 반복되는 핀부(31)로 나누어져 있고, 상기 핀부는 복수 개의 돌기(6)로 나누어져 있다. 돌기(6)는 핀 경로에 대해 횡방향으로 소정의 절단 깊이로 핀(3)을 절단하여 핀 구간을 형성하고 상기 핀 경로를 따라 소정의 주배향으로 상기 핀 구간을 상승시켜 1차 홈(4) 사이에 형상화되어 있다.

도 1에는 핀(3)의 핀부(31)가 핀 경로를 따라 길게 형성되어 있다. 이 경우, 핀부(31)는 핀(3)의 절단되지 않은 일부 영역에 의해 후속의 핀부와 구획되어 있다. 그 위치에서, 1차 핀(3)의 원래 높이는 일부 유지될 수 있다.

도 2는 2차 홈(5)을 가진 관 내면(22)에 본 발명에 따른 구조체를 구비한 열교환관(1)의 관부의 또 다른 개략 사시도이다. 핀(3)은 또한 핀 경로를 따라 주기적으로 반복되는 핀부(31)로 나누어져 있고 상기 핀부는 복수 개의 돌기(6)로 나누어져 있다.

도 2에서 핀(3)의 핀부(31)는 또한 핀 경로를 따라 길게 연장 형성되어 있다. 핀부(31)은 관 종축에 대해 측정한 소정의 경사각(β)으로 연장되어 있는 2차 홈(5)에 의해 후속의 핀부와 구획되어 있다. 2차 홈(5)은 작은 노칭 깊이를 갖거나 도시되어 있는 실시예에서와 같이 더 큰 노칭 깊이로 1차 홈 가까이에 접촉될 수 있다.

도 3은 서로 다른 절단 깊이 또는 노칭 깊이(t₁, t₂, t₃)를 가진 핀부(31)의 개략도이다. 본 발명의 범위에서 용어 절단 깊이 또는 노칭 깊이는 동일한 개념이다. 돌기(6)는 핀(3)을 통해 서로 다르게 변하는 절단 깊이(t₁, t₂, t₃)를 갖고 있다. 도 3에는 본래 형성된 나선형으로 둘러싸고 있는 핀(3)이 파선으로 표시되어 있다. 돌기(6)는 상기 핀으로부터 핀 경로에 대해 횡방향으로 절단 깊이(t₁, t₂, t₃)로 핀(3)을 절단하여 핀 구간을 형성하고 상기 핀 경로를 따라 소정의 주배향으로 상기 핀 구간을 상승시켜 형상화되어 있다. 그 결과, 서로 다른 절단 깊이(t₁, t₂, t₃)는 본래 핀의 노칭 깊이에서 반경 방향으로 측정된다.

돌출 높이(h)는 돌기의 반경 방향 치수로서 도 2에 도시되어 있다. 이 경우, 돌출 높이(h)는 관벽으로부터 시작해서 관벽으로부터 돌기의 가장 먼 위치까지의 반경 방향 거리이다.

노칭 깊이(t₁, t₂, t₃)는 본래의 핀 선단으로부터 노치의 가장 낮은 위치까지 측정한 반경 방향 거리이다. 환언하면, 상기 노칭 깊이는 본래의 핀 높이와 노치의 가장 낮은 위치에 남겨진 잔여 핀 높이의 차이이다.

도 4는 1차 홈(4)을 통해 돌출해 있는 구조 구성요소(6)를 구비한 핀부(31)의 개략도이다. 이 경우, 돌기(6)는 핀 경로를 따라 1차 홈(4)을 통해 선단(62)과 함께 주배향으로부터 돌출해 있다. 상기 돌출부가 더 넓게 형성될수록 핀 간 공간에 형성된 유체의 경계층이 더욱 집중적으로 방해를 받게 되어 열전달이 향상된다.

도 5는 선단(62)에 핀 방향으로 굴곡진 돌기(6)를 구비한 핀부(31)의 개략도이다. 돌기(6)는 굴곡진 선단(62)에서 곡률 경로가 바뀐다. 이때 국소 곡률반경은 관벽으로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다. 환언하면, 곡률반경은 지점(P1, P2, P3)으로 표시된 선을 따라 선단(62) 방향으로 감소한다. 이는 2상 유체의 경우에 선단(62)에서 생성된 응축물이 점점 볼록해지는 곡선을 통해 핀의 최하부로 더 빨리 운반되는 장점이 있다. 이로 인해, 액화시 열전달이 최적화된다.

도 6은 선단(62)의 영역에 관벽으로부터 가장 먼 위치에 평행한 면(61)을 가진 돌기(6)를 구비한 핀부(31)의 개략도이다.

도 7은 핀 경로를 따라 상호 접촉해 있는 2개의 돌기(6)를 가진 핀부(31)의 개략도이다. 또한 도 8은 핀 경로를 따라 상호 교차해 있는 2개의 돌기(6)를 구비한 핀부(31)의 개략도이다. 또한 도 9는 1차 홈(4)을 통해 상호 접촉해 있는 2개의 돌기를 구비한 핀부(31)의 개략도이다. 도 10은 1차 홈(4)을 통해 상호 교차해 있는 2개의 돌기(6)를 구비한 핀부(31)의 개략도이다.

도 7 내지 도 10에 도시되어 있는 구조 구성요소는 증발용으로 특정 형태의 공동을 형성하므로 2상 유체의 경우 가역적 작동에 있어서 특히 유리하다. 상기 특별한 형태의 공동은 증발 유체의 기포 핵 형성 개시 위치를 형성한다.

1 열교환관
2 관벽
21 관 외면
22 관 내면
3 핀
31 핀부
4 1차 홈
4 2차 홈
6 돌기
61 평행면
62 선단
A 관 종축
ß 경사각
t₁ 제1 절단 깊이
t₂ 제2 절단 깊이
t₃ 제3 절단 깊이
h 돌출 높이

Claims

관 종축(A), 관벽(2), 관 외면(21)과 관 내면(22)을 가진 열교환관(1)으로서,
- 축방향으로 평행하게 또는 나선형으로 둘러져 있는 핀(3)이 관 외면(21) 및/또는 관 내면(22)에서 관벽(2)으로부터 형성되어 있고,
- 인접 핀(3) 사이에는 연속해 있는 1차 홈(4)이 형성되어 있되,
핀(3)은 핀 경로를 따라 주기적으로 반복되는 핀부(31)로 나누어져 있고, 핀부(31)는 소정의 돌출 높이(h)를 가진 복수 개의 돌기(6)로 나누어져 있으며, 돌기(6)는 핀 경로에 대해 횡방향으로 소정의 절단 깊이(t₁, t₂, t₃)로 핀(3)을 절단하여 핀 구간을 형성하고 상기 핀 경로를 따라 주배향으로 상기 핀 구간을 상승시켜 1차 홈(4) 사이에 형상화되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항에 있어서, 핀(3)의 핀부(31)는 핀(3)으로부터 관 종축(A)에 대해 측정된 소정의 경사각(β)으로 연장되어 있는 2차 홈(5)에 의해 핀(3)으로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 돌기(6)는 핀(3)을 통해 교호적으로 변하는 절단 깊이(t₁, t₂, t₃)를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 돌기(6)가 핀 경로를 따라 1차 홈(4)을 통해 주배향으로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 핀(3)의 핀부(31)는 상기 핀 경로를 따라 길게 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 다수 개의 돌기(6)가 관벽(2)으로부터 가장 먼 위치에 관 종축(A)에 대해 평행한 면을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 돌기(6)가 돌출 높이(h), 형태와 배향이 서로 다른 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 관벽(2)에 대향하는 면의 돌기(6)가 끝이 예리한 선단(62)을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 관벽(2)에 대향하는 면의 돌기(6)가 관벽(2)으로부터 거리가 증가함에 따라 국소 곡률반경이 감소하는 곡선형 선단(62)을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 돌기(6)는 관의 입구로부터 관 종축(A)을 따라 대향 위치해 있는 관 단부까지 상이한 형태 및/또는 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 돌기(6)의 선단(62)이 핀 경로를 따라 상호 접촉 또는 교차해 있는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 돌기(6)의 선단(62)이 1차 홈(4)을 통해 상호 접촉 또는 교차해 있는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제12항 중 한 항에 있어서, 돌기(6) 중 적어도 하나가 그의 선단(62)이 관 내면(22) 또는 관 외면에 접촉하도록 변형되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 돌기(6)는 핀(3)으로부터 형성되되 상기 핀(3) 중 적어도 하나가 핀 높이, 핀 거리, 핀 선단, 핀 간극, 핀 개방각과 비틀림 특징 중 적어도 하나에 있어 변하는 것을 특징으로 하는 열교환관(1).