KR20190087225A

KR20190087225A - 쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플과 튜브 결합방법

Info

Publication number: KR20190087225A
Application number: KR1020180005744A
Authority: KR
Inventors: 김무근; 표종권
Original assignee: 인제대학교 산학협력단
Priority date: 2018-01-16
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2019-07-24
Also published as: KR102048621B1

Abstract

본발명은 쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플과 튜브 결합방법에 관한 것으로, 쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플 구멍(Baffle Hole)에 나사산을 절삭기계로 가공하고, Tube의 Baffle Hole 삽입자리위치에 나사산을 형성하여 Baffle Hole과 Baffle을 결합하는 것으로,
본발명은 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기의 A유동을 최소화하여 열교환기의 성능을 향상하며, Baffle Hole에 Tube를 강하게 고정하여 유체 유동에 따른 진동으로 인한 Tube손상을 방지하고, 열교환기 조립에 따른 Bundle 뒤틀림을 방지할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Description

쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플과 튜브 결합방법 { Baffle and Tube joining method of Shell and Tube Type Heat Exchanger }

본발명은 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기의 배플과 튜브 결합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플 구멍(Baffle Hole)에 나사산을 절삭기계로 가공하고, Tube의 Baffle Hole 삽입자리위치에 나사산을 형성하여 Baffle Hole과 Baffle을 결합하는 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기의 배플과 튜브 결합방법에 관한 것이다.

일반적으로 쉘 앤드 튜브식 열교환기는, 종래기술인 공개특허공보 공개번호 10-2007-0084401호에 배경기술로 기재된 바와 같이, 액체의 열교환에 널리 사용되고 있다. 대표적인 타입 쉘 앤드 튜브식 열교환기에서는, 굵은 쉘(동체) 내부에, 구리합금 등으로 이루어지는 금속제 튜브가 다수, 쉘에 평행하게 유지되며, 쉘쪽(쉘의 내부 즉 튜브의 외부쪽)에는 냉각수가 흐르고, 튜브의 내부에는 냉각되는 액이 흐르고, 튜브를 통해서 양쪽 액의 열교환이 이루어진다.

또, 각 튜브는, 그 양단부를 쉘의 양단부에 있는 칸막이판(관속(管束)판, 고정용 관판 혹은 측판)에 의해 지지되고 있다. 이런 연유로, 칸막이판에는 각 튜브를 지지하기 위한 관통구멍이 형성되고, 관통구멍의 내주부에 설치된 ○링 등에 의해 밀봉을 도모하면서 튜브가 지지되고 있다.

쉘 앤드 튜브식 열교환기의 종래기술로서, 등록특허공보 등록번호 10-1512224호에는 쉘 앤드 튜브형 열교환기이며, 양단부에 개구를 갖고, 제1 유체를 공급하는 제1 유체 입구 및 제1 유체를 배출하는 제1 유체 출구가 형성된 통형상의 쉘과, 이 쉘 내에 삽입되고, 복수의 핀 및 이들 핀을 관통하고, 제2 유체가 통과하는 복수의 관으로 이루어지는 튜브번들부와, 상기 쉘의 일단부측의 개구에 접촉되는 동시에, 상기 튜브 번들부의 일단부측에 고정해서 접속된 고정 관판과, 상기 쉘의 타단부측의 개구에 접촉되는 동시에, 상기 튜브 번들부의 타단부측에 수평 방향으로 유동 가능하게 접속된 유동 관판과, 상기 쉘의 일단부측에 있어서, 상기 제2 유체를 도입 도출하기 위한 제2 유체 입구 및 제2 유체 출구가 형성되고, 상기 고정 관판에 장착된 도입 도출 헤더와, 상기 쉘의 타단부측에 있어서, 상기 튜브 번들부로부터 배출되는 상기 제2 유체를 일단 수용하여, 다시 상기 튜브 번들부에 환류시키기 위해서 상기 유동 관판에 장착된 환류 헤더와, 상기 쉘의 타단부측의 개구에 접촉되고, 상기 환류 헤더를 덮도록 주변 설치된 채널 커버와, 상기 유동 관판의 주변부에 접합되고, 또한 상기 채널 커버의 내주연에 접촉하는 유동 관판 시일을 구비하고, 상기 유동 관판 시일은 탄성 부재로 구성되어 있고, 상기 탄성 부재는 판재이고, 두께 0.1 내지 0.5mm의 금속 또는 두께 2 내지 6mm의 고무이고, 상기 유동 관판 시일이 분할 가능하도록 구성되어 있고, 상기 유동 관판 시일을 구성하는 각 분할 부분은, 서로 인접하는 분할 부분끼리 중첩되도록 설치되어 있는, 쉘앤드 튜브형 열교환기가 공개되어 있다.

또한, 공개특허공보 공개번호 10-2007-0084401호에는 수지제 튜브의 단부를 일체로 묶은 벌집구조부와, 상기 벌집구조부를 그 외경이 쉘쪽 플랜지보다도 작은 것을 보상해서 쉘쪽 플랜지에 고정시키기 위한 스플릿링(split ring)과, 쉘쪽 엔드 플레이트(end plate)와, 배관쪽 엔드 플레이트를 가지는 쉘 앤드 튜브식 열교환기로서, 상기 쉘쪽 엔드 플레이트는, 대략 원통형상이며, 그 내주쪽에 상기 벌집구조부의 쉘쪽에 있는 부분과 상기 스플릿링을 끼워서 쉘쪽 플랜지에 고정되고, 동시에 상기 벌집구조부와 상기 스플릿링을 압압해서 쉘쪽 플랜지에 고정시키고, 상기 배관쪽 엔드 플레이트는, 대략 원통형상이며, 그 내주쪽에 상기 벌집구조부의 배관쪽에 있는 부분을 끼워서 배관쪽 플랜지와 상기 쉘쪽 엔드 플레이트에 고정되고, 동시에 상기 벌집구조부를 상기 스플릿링을 끼워서 고정시키고, 상기 벌집구조부는, 상기 쉘쪽 엔드 플레이트와 상기 배관쪽 엔드 플레이트가 서로 대향하는 측단부면 사이에 위치하는 부분의 외주면이 외부에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 쉘 앤드 튜브식 열교환기가 공개되어 있다.

그리고 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기의 유동장 에 대해 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기 유동에는 3가지 종류가 있는데 B 유동은 도 1. 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기 유동의 설명도에서 보는 바와 같이 열교환기 Bundle의 Center Line을 따라 흐르는 유동으로 열교환기의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 유동이다.

E 유동은 Shell과 Baffle 틈 사이로 흐르는 유동으로 열교환기의 성능향상에 영향을 미치지 못하고 저해될 수 있으므로 최소화해야 한다. A 유동은 Tube와 Baffle 틈 사이로 흐르는 유동으로 열교환기의 성능향상에 영향을 미치지 못하고 저해될 수 있으므로 E 유동과 같이 최소화해야 한다.

한편, 상기 종래기술들은 B유동에 의해 열교환기의 성능이 떨어지며, A유동에 의해 열교환기의 성능이 저해되는 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기의 A유동을 최소화하여 열교환기의 성능을 향상하며, Baffle Hole에 Tube를 강하게 고정하여 유체 유동에 따른 진동으로 인한 Tube손상을 방지하고, 열교환기 조립에 따른 Bundle 뒤틀림을 방지할 수 있는 쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플과 튜브 결합방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기의 성능을 저해하는 A유동을 최소화하는데 그 목적이 있다.

본발명은 쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플과 튜브 결합방법에 관한 것으로, 쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플 구멍(Baffle Hole)에 나사산을 절삭기계로 가공하고, Tube의 Baffle Hole 삽입자리위치에 나사산을 형성하여 Baffle Hole과 Baffle을 결합하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기의 A유동을 최소화하여 열교환기의 성능을 향상하며, Baffle Hole에 Tube를 강하게 고정하여 유체 유동에 따른 진동으로 인한 Tube손상을 방지하고, 열교환기 조립에 따른 Bundle 뒤틀림을 방지할 수 있는 현저한 효과가 있다.

도 1은 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기에서 튜브 조립상태도
도 2는 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기 유동의 설명도
도 3a은 B 유동의 유동장 설명도
도 3b는 E 유동의 유동장 설명도
도 3c은 A 유동의 유동장 설명도
도 4는 튜브에 나사산을 형성한 정면도
도 5는 튜브에 나사산을 형성한 측면도
도 6은 배플에 나사산을 형성한 정면도
도 7은 배플에 튜브가 결합된 상태도

또한, 상기 나사산은 전방, 중앙, 후방의 세 줄인 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기에서 튜브 조립상태도, 도 2는 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기 유동의 설명도, 도 3a은 B 유동의 유동장 설명도, 도 3b는 E 유동의 유동장 설명도, 도 3c은 A 유동의 유동장 설명도, 도 4는 튜브에 나사산을 형성한 정면도, 도 5는 튜브에 나사산을 형성한 측면도, 도 6은 배플에 나사산을 형성한 정면도, 도 7은 배플에 튜브가 결합된 상태도이다.

본발명은 쉘 앤드 튜브 타입(Shell & Tube Type) 열교환기의 성능을 저해하는 A유동을 최소화하는데 그 목적이 있다. 기존의 열교환기 제작에서는 Baffle Hole에 단순하게 Tube를 삽입하는 형태인데 본발명은 배플 구멍(Baffle Hole)에 나사산을 가공하고 Tube의 Baffle Hole 삽입자리에는 나사산을 부착하여 Baffle Hole과 Baffle을 결합하는 방식이다. 상기 나사산 가공방법은 프레스방법을 이용하는 것으로, 상기 튜브의 내부에 금형을 삽입하고 외부에도 금형을 장착하여 내부의 금형에 힘을 바깥으로 가하고 외부 금형은 내부로 가하면 나사산이 형성된다. 다른 방법으로서, 상기 튜브의 외주연에 나사산이 외주연에 형성되는 별도의 부재를 부착하고, 배플구멍에는 상기 튜브의 나사산이 결합되게 절삭가공하는 방법이 있다.

나사산은 다수 개의 줄수로 구성되나, 주로 전방, 중앙, 후방의 세 줄로 형성한다. 나사산의 각도는 수평선에서 30 ~ 60°이다.

10 : 쉘 20 : 배플
30 : 튜브
21 : 배플나사산 31 : 튜브나사산

Claims

쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플(20) 구멍(Baffle Hole)에 배플나사산(21)을 절삭기계로 가공하고, Tube(30)의 Baffle Hole 삽입자리위치에 튜브나사산(31)을 형성하여 Baffle Hole과 Baffle을 결합하는 것을 특징으로 하는 쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플과 튜브 결합방법
제1항에 있어서, 상기 나사산은 전방, 중앙, 후방의 세 줄인 것을 특징으로 하는 쉘 앤드 튜브 타입 열교환기의 배플과 튜브 결합방법