KR820001267B1 - 열전달 표면의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

열전달 표면의 제작 방법

제1도는 매끄러운 표면의 열교환기 튜브의 부분적 단면도.

제2도는 그 속에 엇갈리는 낮은 홈과 깊은 홈을 지니는 제1도에서 도시된 것과 같은 튜브의 부분적 단면도.

제3도는 본 발명의 구멍이 뚫린 공간을 형성하도록 불꽃모양의 핀(fin)을 갖는 제1도와 제2도에서 도시된 것과 같은 튜브의 부분적 단면도.

제4도는 본 발명의 구멍이 뚫린 공간과 낮은 홈 및 깊은 홈을 형성하는데 사용되는 불꽃형 판과 롤링판의 진행을 나타내는 갱(gang)과 결합되는 공구의 갱을 가진 열교환기 튜브의 부분적 단면도.

제5도는 튜브에 대하여 약간 경사지게 도시되어 있는 공구의 갱을 가진 공구지지대의 사시도.

본 발명은 끓는 액체를 사용하는 열교환기에 관한 것이다. 더욱이 본 발명은 튜브의 외부표면과 접촉하는 끓는 냉매와 그곳을 통과하여 냉각되는 유체는 갖는 열교환기 튜브의 제작 방법에 관한 것이다.

어떠한 냉동에서는 냉각되는 증발기 액체나 칠러와 같은 사용물은 액체 냉매가 튜브의 외부와 접촉할때 튜브를 통하여 통과하게 된다.

항상 튜브는 냉매속에 잠기거나 냉매 분무에 젖는다. 냉매는 액체속에서 튜분속에서 냉각될 유체로 부터 열을 흡수하도록 액체에서 기체로 상태가 변한다. 튜분의 외부구조의 선택은 튜브의 전체 열전달율과 끓는 특성을 결정하는데 매우 영향이 있다.

끓는 액체에 열을 전달하는 것을 핵끓음(nucleate boiling) 장소를 발생시키는 것에 의해 증진된다는 것은 발견되었다. 열교환기 표면에서 중기를 잡는 공간의 설치가 핵끓음 장소를 발생시킨다는 것은 이미 이론화 되어 있다.

핵끓음에 있어서 포착된 증기는 열교환기표면에 의하여 과열되어 표면 장력을 극복할때까지 크기가 증가하며 증기 거품이 표면으로 부터 이탈된다. 증기거품이 표면을 이탈될때, 액체는 비워진 면적을 적시며 남은 증기는 다음의 거품을 형성하는 증기를 발생하도록 부가적인 액체원을 갖게 된다. 연속적으로 적시는 것과 이탈하는 것은, 액체를 통과하면서 혼합되는 과열 거품의 대류효과와 함께, 열교환기 표면의 열전달율을 증대시키게 된다.

증기방울이 형성되는 곳에서 표면 열전달율이 높다는 것이 이미 알려졌다. 결과적으로, 전체 열전달율은 열교환기표면의 단위 면적당 증기의 포착 장소의 밀도에 따라 증가하는 경향이 있다. 예를들어, 높은 끓는 열전달계수를 갖는 열전달 표면 "이라는 명칭의 미합중국 특허 제3,696,861호, 또는 존 윌리 앤드 손에 의하여 출판된 엠. 자콥저, 열전달 1권에 이들이 예시되어 있다.

전체 열전달율을 증진시키기 위하여 핵끓음 장소를 이용하는 열전달 표면의 기술은 다양하다. 명칭이 "끓는 액체용 표면"인 미합중국 특허 제3,454,081호에서, 횡방향홈을 가진 끓음 표면측은 단일 밀도의 외부표면에 대하여 제한된 개구를 구비한 부표면 공간을 갖도록 형성된다. "열전달 표면"이란 제하의 미합중국 특허 제3,326,283호에서는 튜브위의 핀(fin)이 핵끓음의 촉진을 위해 요면을 형성하도록 변형된다.

역시, 핵끓음 표면을 발생시키는 많은 방법이 있다. 명칭이 "열전달 표면으로부터 연장된 핀속에서 요면을 형성시키는 방법"인 미합중국 특허 제3,487,630호에, 상기한 특허속의 열전달표면을 형성하는 방법이 예시되었다. 핀은, 증기를 잡은 공간을 형성하도록 핀의 각 측벽을 넘어 핀재료를 불꽃모양으로 만드는 요면구조의 공구로 둥글게 형성된다. 미합중국 특허 제3,496,752호의 방법은 미소 밀도의 홈을 형성하는 열전달 표면을 새겨 넣고 홈사이의 재료를 홈안으로 변형시킴으로서 공간을 형성하는 것을 포함한다. 미합중국 특허 제3,696,816호에서는 열교환 튜브위의 끓이 인접끓과의 사이에서 증기 포착장소를 형성하도록 인접핀을 향하여 전체적으로 단일방향으로 둥글게 형성되어 있다.

종래의 튜브 핀 장치위에 한번의 통과로 상업적인 튜브의 공간으로 부터 제작될 수 있는 실비의 고성능핵을 형성하며 끓는 열교환기 튜브의 제작은 여기에서 해결되는 문제이다. 튜브의 가격을 실비로 하기 위해서는 고성능 튜브를 제작하는데 부가되는 경비가 고성능 튜브를 사용하는 감소된 가격의 구조로 또는 열교환기의 증가된 전능력으로 회복되어야 한다.

본 발명의 목적은 효율적인 열교환 표면을 형성하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열교환기 표면상의 핵끓음을 비교적 높은 비율로 유지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 현존하는 냉동장치와 함께 사용될 수 있는 고성능 끓음 튜브를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 다른 목적은 매끄러운 튜브위의 증가된 외부표면을 갖는 경제적이고 항구적인 열교환기튜브를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고성능 핵끓음 튜브를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 한번의 롤링작업으로 형성될 수 있는 고성능 튜브를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 튜브 핀 장치에서 종래의 튜브공간을 롤링시킴으로써 고성능 튜브를 제작하는 것이다.

본 발명의 앞선 목적들은 열교환기튜브의 표면위에 깊은 홈과 낮은 홈을 교대로 설치하는 것에 의해 본 발명의 실시예에 따라 성취된다. 돌기부가 인접하는 깊은 홈에 의하여 형성되며, 기저부와 두개의 핀을 갖는 돌기부가 그곳으로 부터 외부로 방사상으로 연장된다. 그러면 각각의 돌기부의 두 개의 핀온, 핀이 핵끓음의 촉진을 위해 인접 돌기부 사이의 하나의 공간을 형성하는 깊은 홈을 부분적으로 포함하도록 일측에 있는 다음 핀을 향하여 서로 반대방향으로 굴곡되어 있다.

본 발명은 종래의 튜브 핀장치를 한번만 통과하도록 하고 있다. 일련의 판은 튜브 핀장치를 통과하여 튜브와 결합되는 공구지지대위에 설치된다. 이러한 판은, 엇갈리는 깊은 홈과 낮은 홈이 우선 튜브의 외부 표면속에 형성되도록 배열된다. 그 이후에 불꽃형판이 근접된 돌기부 사이에 공간을 형성하는 깊은 홈위의 외부로 핀을 밀어내도록 낮은 홈에 가해진다.

하기에 설명되는 발명의 실시예는 열교환튜브를 통과하여 냉각되는 유체와, 튜브의 외부표면과 접촉되어 증발되는 냉매를 동시에 갖는 열교환기속에 사용되기에 적합하다. 냉각될 유체와 냉매의 이러한 열전달 배열은 냉동시스템의 증발기 또는 칠러에서 볼 수 있다. 전형적인 사용에서, 다수의 평행한 열교환기튜브는, 다수의 튜브가 유체통로를 형성하고 다수의 평행한 회로가 유체를 냉각시키는 것을 제공하도록 설치된다. 항상 여러 회로의 모든 튜브는 그들이 냉매속에 잠겨지는 하나의 케이스속에 연결된다.

도면을 참조하면, 제1조는 롤링되기전의 매끄러운 표면원통튜브의 하나의 벽의 단면도이다. 제2도는 제1도의 튜브에 깊은 홈 18과 낮은 홈 16이 교대로 둥글게 형성되어 있는 튜브의 단면도이다. 그 결과 돌출부 20이 형성되는데, 각각의 돌출부 20은 근접한 깊은 홈 18의 가장 낮은 부분에서 깊은 홈으로 외부로 연장된 근접한 깊은 홈 18 사이의 튜브의 일부분을 구성한다. 제2도에서 돌출부 20은 점선속에 도시된 튜브의 부분으로 표시된다.

돌출보 20은 각각 기저부 22와 두개의 핀 24를 갖는다. 기저부 22는 근접한 깊은 홈의 가장 낮은 부분과 연결하는 가상선으로 부터 방사상으로 외부에 위치하고 근처의 낮은 홈 16의 낮은 부분사이에 끌어올려진 가상선으로 부터 내부로 방사상으로 위치한 돌출부 20의 한부분이다. 핀 24는 낮은 홈 16의 각각 면위의 하나의 기저부 22에 설치되고 근접한 낮은 홈 16의 가장 낮은 부분을 연결하는 가상선으로 부터 외부로 방사상으로 연장된다.

제3도는 공간 30을 부분적으로 둘러싸도록 불꽃 모양으로 형성된 핀 24를 지니는 튜브의 단면도이다. 핀 20는 돌출부 24의 중앙으로 부터 인접 돌출부를 향해 기울어져서 깊은 홈 16을 부분적으로 밀폐하고 있다. 각각의 돌출부위에 한쌍의 핀이 인접한 돌출부의 인접한 핀으로 좁은 공간을 형성하도록 서로 반대 방향으로 경사졌다. 인접한 핀 24의 단부 사이에 간극 32의 크기는 공간 30속에 핵끓음을 촉진할 수 있는 정도로 되어 있다. 공간 30은 인접한 기저부 22의 측면과 인접한 핀 24의 측면 그리고 깊은 홈 18의 바닥에 의하여 설정된다.

돌출부 20은 튜브 10 주위에 나사형태로 형성되어 있다. 이에 의하여 하나의 공간 30은 열교환기 튜브의 전장에 대하여 나사형태로 연장되도록 형성된다. 물론, 이중 리이드(lead)공구가 사용되면, 두개의 공간은 열 교환기 튜브의 전장에 연장될 것이다. 확실히, 더 많은 공간이 공구의 리이드 갯수를 늘리거나 튜브의 전장에 걸쳐서 어떠한 위치에서 공간을 불연속시키므로서 제공될 수 있고, 따라서 튜브는 종래의 튜브판 속에 유지된다.

제4도에는, 이러한 고성능 튜브를 성형하기 위하여 종래의 튜브 핀 장치속에서 사용되고 있는 공구가 도시되어 있다. 종래의 튜브핀 장치에서는 원통형판이 바람직한 구조를 형성하는 튜브의 판 변위부분을 회전시키는 방법으로 복잡한 공구지지대위에 설치되어 있다. 제4도에서는, 교번하는 깊은 홈판 40과 낮은 홈판 42에 의하여 튜브 10의 표면속에서 교번하는 깊은 홈과 낮은 홈이 둥글게 형성되어 있는 것을 볼 수 있는데, 상기한 판은 튜브가 공구의 갱 38을 따라 진행할때의 깊이로 진행한다. 다수의 리이드 공구를 사용하는 공구 지지대의 수요나 특별한 홈의 깊이나 특별한 깊이의 홈을 얻기 위한 롤링판의 갯수는 인접하는 다수의 핀사이의 공간과 같이 편의상 정하여진 것이다. 역시 제4도에는, 이중 리이드 공구와 함께 사용되는 4개의 불꽃형 판 44이 도시되어 있는데, 상기한 판은 튜브표면상의 돌출부 20내에 형성된 얕은 홈 16에 맞도록 구성되어 있으며, 개개의 돌출부위의 한쌍의 핀 24는 반대방향으로 외부로 돌출하여 있다. 각각의 이중 리이드 공구위의 좁고 넓은 4개의 불꽃형 판은 롤링작업시 핀이 점진적으로 변위되도록 배열되어 있다. 불꽃모양으로 변형하는 동안, 공간 30은 핀 24가 간극 32만을 남겨두고 홈 18을 둘러싸도록 부분적으로 이동하는 것에 의해 형성된다.

또한 제4도에는, 핀 24가 불꽃모양으로 형성되는 동안 얕은 홈 16의 저부에 불연속적인 불꽃형상이 형성되어 있는 것이 도시되어 있다. 이러한 불연속적 불꽃형상은 부가적인 표면적을 제공하며 공간 30이외에 핵끓음 장소를 촉진하는 불규칙부분을 제공한다.

전형적인 열교환기 사용에 있어서 외부직경 0.745인치, 벽두께 0.0515인치의 구리 튜브가 사용된다. 롤링 및 불꽃형성 성형 작업후의 공간 하부의 벽두께는 약 0.028인치이다.

제5도는 그 축이 튜브 10의 축에 대하여 약간 경사지도록 설치된 지지대 46을 나타낸다. 지지대 46에는 제4도에 도시된 공구의 갱 38과, 공구의 갱 38 및 스페이서 50을 지지대의 일정위치에 잠그는 지지대 너트 48등이 설치되어 있다. 제5도에서, 공구 지지대의 축이 튜브 10의 축과 함께 약 3도의 예각을 형성하고 있음을 볼 수 있는데, 이 작은 각도의 경사는 지지대 46 및 공구 갱 38이 회전할때 튜브 10이 그의 축을 따라 구동될 수 있게 한다. 그 결과, 튜브 10은 지지대가 회전할때 공구 갱 및 지지대를 포함하는 튜브 핀 장치(도시하지 않음)를 통하여 이동하게 된다.

튜브 10내에는 롤링되는 동안 튜브의 내부표면을 지지하도록 종래의 매끄러운 맨드릴(도시안됨)이 위치한다. 맨드릴은 튜브의 내부표면이 공구 지지대위에 모든 판 하부에 지지되기에 충분한 길이로 되어 있다.

더욱이 튜브가 그 축을 따라 진행할때, 교번하는 깊은 홈과 낮은 홈이 먼저 튜브면속으로 점차로 깊이 둥글게 성형되고, 이어서 핀들이 공간을 형성하도록 외부로 불꽃모양으로 형성되는데, 모든 롤링 성형작업은 튜 브 핀 장치를 관통하는 하나의 통로에서일어난다. 전형적인 사용에서는 튜브의 원주에 설치된 다수의 공구 지지대가 매끄럽고 지속적인 롤링 성형 작업을 제공하도록 동시에 사용된다.

Claims (1)

1. 돌출부사이에서 공간을 형성하도록 반대방향으로 경사진 핀들을 구비한 일체의 돌출부를 포함하는 열교환기 튜브의 제작방법에 있어서, 원형단면의 튜브 부재를 제공하여 이 부재의 외부표면에 교대로 깊은 홈과 얕은 홈을 형성하도록 튜브부재를 롤링 성형하되 깊은 홈 사이의 부재가 두 개의 핀을 갖는 돌출부로 되도록 성형하여, 개개의 돌출부의 핀들을 서로 반대방향으로 기울어진 불꽃모양으로 형성하여 개개의 핀이 깊은 홈을 넘어 연장되어 돌출부의 일측에서 인접 돌출부의 불꽃 모양의 핀과 함께 좁은 간극을 형성함으로써 깊은 홈을 공간으로 변환시키는 열전달 표면의 제작방법.

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