KR960005789B1 - 열교환기 튜브용 면확장 요소 - Google Patents

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내용 없음.

Description

열교환기 튜브용 면확장 요소

제1도는 본 발명에 따라, 면확장 요소가 설치된 열교환기 튜브를 통한 단면부를 도시한 도이다.

제2도는 제1도에 도시된 열교환기 튜브의 한 부분을 통한 측단면도이다.

제3도는 제1도에 도시된 열교환기에서 내부의 면확장 요소의 텅들이 휨에 의해 변형된, 제1도 도시의 종방향부의 측면도이다.

제4도는 복수의 평행튜브들을 포함하는 열교환기의 한 부분을 통한 단면도이다.

제5도는 본 발명에 따른 면확장 요소의 또다른 실시예를 도시한 도이다.

제6도는 제5도에서 화살표 VI-VI의 방향에 보여진 단부를 도시한 도이다.

본 발명은 제1항의 서두에 한정된 형태의 열교환기 튜브용 면확장 요소에 관한 것이다.

열이, 열교환량이 크게 다른 매질 사이에서 교환될 때, 더 낮은 열교환량을 가지는 매질과 접촉한 열교환기 표면은 보통 열확장요소가 설치되고, 그리하여 그열유동은, 그 열교환기의 반대편측상에서 수행되는 것과 균형을 이루게 된다.

예를 들면, 스팀 또는 온수 보일러를 가지거나, 또는 그런 보일러 뒤에 접속된 절약장치를 가지는 경우가 그러한 경우이며, 여기서 물은 튜브를 관통하는 한편, 연도가스 또는 또다른 고온 유체들은 튜브의 외부를 따라, 보통 튜브의 종측에 수직인 방향으로 이동한다(종방향 유동은 공지되어 있다).

다양한 면확장 요소들은 여러해에 걸쳐, 튜브를 따라 또는 튜브에 직각으로 용접된, 포함 핀들, 비늘들, 기판들 및 스트립들이 개발되어 왔을 뿐 아니라, 리본형태의 요소도 튜브둘레에 나선형으로 그리고 튜브를 따라 설치되어 있다.

공지된 면확장 요소로는, 열교환기의 생산비용을 제한하기는 어렵고, 동시에 상대적으로 쉽게 외측에 깔끔하게 하고 또한 동작중에 변형을 거의 없게 하는 것도 어렵다고 판명되었다.

그렇게 때문에 본 발명의 한 목적은 상기 형태의 열교환기 튜브용의 면확장 요소를 제안하고자 하는 것이며, 그 요소는 낮은 비용으로 쉽게 생산될 수 있고, 싸고 단순하게 튜브에 용접될 수 있으며, 결과적으로 구조가 효율적으로 깔끔하게 되고, 동작중에 변형이 거의 없게 된다.

본 발명이 스팀 제조용의 연도 가스 및 물 사이에 열을 교환하기 위해 열교환기에 속하는 것으로 상술 및 이하에 기술되긴 하지만, 본 발명에 따른 면확장 요소는 완전히 다른 유체용으로 고안된 열교환기로 사용된다.

그 형태의 열교환기는 일반적으로 그들 사이에 동일 공간으로 배열된 평행튜브를 포함하며, 근접한 튜브상의 면확장 요소는 튜브측에 고통 수직 평면에서 서로 대체로 인접하여서, 그러한 각 공통 기판내의 면확장 요소는 대략 완전한 스크린들을 형성하고, 이 스크린들은 열교환기를 통하여 가스 유동을 안내한다. 그렇기 때문에 튜브상에서의 면확장 요소는 튜브둘레에 집중된, 직각의 바람직하게는, 정사각형의 면을 적당히 덮는다.

면확장 요소가 튜브에 고착되는 방식으로는 통상적으로 다른 두개의 주요 형태가 있다. 한 형태는 튜브가 위치하고 기판이 고착되는 중앙공을 가지는 기판들로 구성된다. 또다른 형태는 대략 폭의 두배되는 길이를 가지는 사각 기판들을 대략 포함한다. 이 기판들은 한 긴측에 대략 반원형의 리세스를 가지고 튜브에 용접된 저항인 것으로 고안되어서, 그 기판들은 튜브의 측에 수직방향으로 적당히 놓여있다. 그 기판들은 공통 평면내에 튜브의 반대측에 대해 쌍으로 용접되는 것이 바람직하다.

그러나, 우리는 제조상황으로부터, 기판의 두 형태가 필요하다는 것을 깨달았다. 그러나, 이런 형태의 공지된 면확장 요소는 만족할만한 기능을 하지 못한다는 것을 경험으로부터 알고 있다. 그들은 불만족스러운 열적 균형을 나타내고, 예를 들어, 결과적으로 동작중에 변형하게 된가. 그러한 변형은 열교환기에서 유동 저항에서 비제어된 상승을 일으키고, 뿐만 아니라 오물 및 매연이 기판상에 재빨리 부착될 위험이 있고, 그것은 차례로 더욱 빈번히 정제할 필요가 있게 된다. 이리하여, 면확장 요소에서의 열유동은, 공지된 면확장 요소에서 튜브 둘레에 불균일하게 분포되어 있다.

우리는 열교환기의 경제적인 생산 및 우수한 기능을 달성하기 위하여, 즉 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 면확장 요소는 제1항에 한정된 모습이어야만 한다. 즉 그 형태는 저항 용접용 튜브의 모습과 같아야만 하고, 특수한 방식으로 배열된 슬릿들을 가져야만 한다. 그 슬릿에 대한 바람직한 실시예가 제2항에 한정되어 있다. 좋은 용접조건을 달성하기 위하여, 그요소에서 리세스의 반경은 튜브의 반경보다 조금 더 크게, 예를 들면 1mm 더 크게 하는 것이 바람직하며, 그것은 만약 튜브 반경이 약 20mm 정도라면 적당하다. 그러면 동질의 용접이 가능하게 된다.

더우기, 튜브 및/또는 리세스의 표면이 거친 회전 숫돌로 연마하는 것이 바람직하며, 그리하여 연마의 긁힌 자국들은 용접과정동안에 가스가 형성되는 것을 허용하고, 도출시킨다.

슬릿에 의해 형성된 요소내의 텅(tongue)들은 돌려지거나, 휘어지거나, 또는 어떤 다른 방식으로 변형되기도 하여서, 통과유체에서 소란을 증가시킨다. 유체(연도가스)는 면확장 요소의 평면내에서, 그 요소내의 슬릿의 대략 수직방향으로 통과한다.

본 발명에 따라 분리된 동일 폭의 텅들을, 바람직하게는 그 요소의 측 모서리쪽으로 점차 얇아지게 되는 슬릿에 의해 만듦에 의하여, 그 텅들은 동작중에 덜 변형되고, 온도 조건은 그의 외단부에서, 즉, 면확장 요소의 주변에서 동일하게 되는 반면, 동시에 공통평면에서의 면확장 요소는 열교환기에서 외부유체(즉 연도가스)용의 한정된 유동 통로를 잘 형성한다.

본 발명 및 그의 실현은 수반되는 청구범위에서 한정된다.

본 발명은 수반하는 도면을 참조로 하여 다음의 실시예로써 기술될 것이다.

제1도에서, (10)은 열교환기의 튜브 형성부를 나타내고, 그 튜브의 외측상에 용접된 금속편(11)의 형성시 면확장 요소가 설치된다. 그 금속편들(11)은 동일평면에서 튜브에 대해 쌍으로, 저항용접 방식으로 적당히 용접되며, 제2도 및 제3도에서 도시된 바와 같이, 금속편들의 쌍은 튜브를 따라 밀접하게, 예를 들면 10mm 정도 떨어져 배열되어 있다.

각 금속편(11)은 그 설비에 적당한 폭 B를 가지며, 적당한 폭은 튜브의 외경의 약 두배이고 깊이는 약 0.5B이다.

금속편의 긴측에서, 그 중간부에는 대략 원형인 리세스가 있다. 이 리세스의 반경은 튜브의 반경보다 조금 더 큰데, 예를 들면 1mm 더 크다. 그리고 그 깊이는 그 반경보다 좀 작다. 이리하여 리세스의 모서리는 180°보다 좀 작은 각을 통하여 신장한다. 이리하여, 갭(13)은 동일 평면내의 튜브에 용접된 두 금속편(11) 사이에 획득된다. 이것은 용접을 촉진시키고 또한 일정한 가스량이 금속편들의 평면을 횡단하여 흐르도록 한다.

반경에서의 차이는, 만약 저항용접이 압력하에서 실행된다면, 충분한 동질의 용접 접합을 보증한다. 추가로 용접의 질은 만약 튜브의 표면 및/또는 금속편의 접촉 모서리가 거칠게 연마되어서, 연마의 긁힌 자국이, 가스가 용접동작 동안에 도출되도록 허용한다면, 향상될 수 있다.

세개의 대략 비슷한, 평행한 슬릿(14, 15, 16)이 튜브로부터 떨어져 직면한 금속 요소(11)의 모서리에 제공된다. 중간 슬릿(15)은 중심에 위치되어 거의 튜브로 신장한다. 두개의 외부 슬릿(14, 16)은 생산된 금속텅들(17)이 대략 동일한 폭 "b"이도록 위치하게 된다. 이것은 변형될 위험을 덜 가지면서도, 금속편을 통한 우수한 열분포를 보증한다.

제3도에 더욱 명백히 도시된 바와 같이, 텅들은, 예를 들면, 기판의 중간평면에 관하여 동일 방향으로 그들의 외부의 모서리를 휨에 의해 변형되기도 한다. 이것은 튜브를 통한 매우 거센 유동을 창출하고, 이리하여, 열 이동을 향상시키고 임의의 매연입자의 제거를 촉진시킨다.

제4도는 면확장 요소(11)을 가지는 다수의 평행튜브(10)을 포함하는 열교환기의 한부분을 도시한다. 그 튜브는 평행한 열로 배열되며 그 열들 사이의 거리는 B보다 더 크고, 그럼에 의해서 갭(18)은, 근사적으로 동일튜브상의 두 요소들 사이의 갭(13)만큼 넓은 반대편 오소들(11)의 횡모서리들 사이에 형성된다.

도시된 실시예에서, 근저한 열들내의 튜브들은, 공지된 방식으로 반핏치를 대치하고 있으며, 그것은 금속요소들에 관해 도시된 실시예에서 불편없이 실행가능하다.

각 열에서 튜브들의 중심은 B 및 13의 합보다 더욱 떨어져 위치하고, 그리하여 작은 공간(19)은 동일 열에서 두 튜브상에 이웃하는 요소들 사이에 형성된다.

제5도는 슬릿의 깊이가 요소들의 단측 쪽으로 감소하는 면확장 요소를 도시한다. 이리하여 그요소의 종방향의 중간 영역에서는 미끄럼슬라이드들이 더욱 깊어진다. 동일한 폭의 텅들(17)로 결합된 슬릿들의 깊이에서의 이 변화는 면확장 요소의 주변영역에 대해, 동작시 특별히 일정한 온도 분포를 제공하며, 이것은 또한 열적변형을 거의 일으키지 않음이 판명되었다.

제6도에 나타난 바와 같이, 텅(17)들은 기울어진 단면부로 변형되기도 하고, 이리하여, 이웃하는 텅들은 반대방향으로 휘어지게 된다. 제6도에 설명된 변형은 제3도에 도시된 변형에 대해 양자택일적으로 선정된다.

제5도 및 제6도에서, 텅들의 바늘들은 선(18)에 의해 나타내어진다.

상기 요소(11)는 튜브(18)와 동일물질 즉 강철로 구성된다. 그 요소의 물질은, 이것이 그효율을 향상할 것이기 때문에 높은 열전도성을 가진다는 점이 중요하다. 그렇기 때문에 만약 강철이 사용된다면, 낮은 탄소함량을 가지는 강철이 선택되는 것이 바람직하다.

제5도에 따른 실시예에서, 슬릿(14~16)은 6mm의 폭을 가지며, 중앙 슬릿(15)은 25mm의 깊이를 가지고 외부 슬릿들은 15mm의 깊이를 가진다. 두개의 중앙 텅들은 19mm의 폭을 가지고 두개의 외부 텅들은 21mm의 폭을 가진다. 요소(11)의 길이는 100mm이고, 그 폭은 55mm이다. 리세스는 약 23.5mm의 반경을 가지고, 깊이는 약 17.5mm이다. 열교환기의 한 실시예에서, 요소(11)의 종방향에서 튜브의 중심 사이의 거리는 약 108mm이고, 반면에 상기 요소의 횡방향에서 튜브의 중심 사이의 거리는 약 125mm이다.

Claims (8)

1. 열교환기 튜브용 면확장 요소로서, 한 긴측의 중간 영역에 180° 미만의 각으로 연장하는 실질적으로 원형인 리세스를 구비하고 상기 튜브에 용접되는 실질적으로 직사각형인 금속 시이트편(11)을 구비하는 열교환기 튜브용 면확장 요소에 있어서, 상기 금속 시이트편(11)은 그 금속 시이트편의 다른 긴측으로 그 금속 시이트편의 짧은 측들에 일반적으로 평행하게 연장하는 슬릿들(14, 15, 16)을 구비하고, 상기 슬릿들(14, 15, 16)은 상기 금속 시이트편의 중앙으로부터 그 금속 시이트편의 짧은 측들을 향해 길이가 감소하는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브용 면확장 요소.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬릿중 가장 긴 슬롯(15)의 길이는 상기 면확장 요소의 폭의 반과 일치함을 특징으로 하는 열교환기 튜브용 면확장 요소.
3. 제1항에 있어서, 상기 슬릿들(14, 15, 16)에 의해 정의되는 상기 면확장 요소에서의 텅부들(17)은 상기 면확장 요소의 중간 평면으로부터 변형되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브용 면확장 요소.
4. 제1항에 있어서, 상기 슬릿들에 의해 정의되는 상기 텅부들(17)을 대략 동일한 폭인 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브용 면확장 요소.
5. 제1항에 있어서, 상기 리세스의 반경은 상기 면확장 요소가 저항 용접에 의해 부착되는 상기 튜브의 반경보다 조금 더 큰 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브용 면확장 요소.
6. 면확장 요소를 구비한 열교환기 튜브에 있어서, 상기 면확장 요소는 청구항 제1항에 따라 구성되고, 저항용접에 의해 튜브에 용접되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
7. 제6항에 있어서, 상기 튜브 또는 상기 면확장 요소의 용접 접합부의 표면은 갈라진 틈을 구비하여 저항용접 과정동안 용접 접합부로부터 기체가 빠지도록 하는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
8. 제6항에 있어서, 상기 면확장 요소는 서로 반대편에 위치된 쌍들로 상기 튜브상에 용접되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.