KR100468397B1 - 유하 액막식 전열관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수식 냉동기의 증발관과 흡수관 등에 사용되는 유하 액막식 전열관에 관한 것으로, 전열면적(젖음율)을 대폭적으로 향상시켜 열및 물질전달성능을 높일 수 있도록 전열관의 외측 및 내측에는 공통적으로 나선형의 주름이 형성되고, 외측에는 상기 나선형의 주름을 따라 휜이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유하 액막식 전열관{A Falling Film Enhanced Tub}

본 발명은 흡수식 냉동기의 증발관과 흡수관 등에 사용되고 있는 고성능 전열관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전열관의 내측에 흐르는 냉수와 외측에 접촉하는 냉매 사이의 열교환이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위해 나선형상으로 전조가공된 주름 및 상기 주름을 따라 전조가공으로 형성되는 휜을 포함하여 전열면적을 높일 수 있는 유하 액막식 전열관에 관한 것이다.

일반적으로 전열관은 안팎으로 접하는 물질간의 상호 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 이러한 종래의 전열관으로는 첨부된 도 1, 도 2 및 도 3에서와 같이, 일측에서부터 타측까지 직경이 일정한 평활관(1)과, 외주연에 휜(3a)이 일체로 형성되는 낮은 휜관(Low Fin Tube)(3) 및 소정간격을 두고 나선형상의 주름(5a)이 외주연 및 내주연에 공통적으로 형성되는 주름관(Spiral Tube)(5) 등이 있다.

이 중 상기 주름관(5)은 대류 열전달 성능에 비해 가공비가 상대적으로 저렴하기 때문에, 고성능 전열관으로서는 가장 많이 사용되고 있다.

이러한 종래 전열관의 성능을 향상시키기 위해 기계적인 방법으로의 형상가공기술과, 화학적인 방법으로 계면활성제를 사용하는 기술이 개발되어왔다.

이 중 기계적인 방법으로 전열관의 표면을 가공하는 기술을 살펴보면, 냉매에 대한 표면 자유에너지의 증가를 통해 전열면적(젖음율, Wettability)을 증가시키는 것으로, 상술한 휜관(3) 및 주름관(5) 이외에 일정곡률표면관(CCS Tube,Constant Curvature Surface Tube) 등이 여기에 포함된다.

여기에 더하여 전열관의 내측 열전달 성능을 향상시키기 위한 방법으로는 전열관의 내부에 코일 스프링, 꼬인 테이프, 나선형 리브 및 휜(Fin) 등을 부착 설치하여 대류 열전달을 촉진시키고 전열면적을 증가시키는 경우가 있다.

한편 이러한 종래 상기 전열관 중 낮은 휜관(3)은 평활관(1)에 비해서 외측 열전달 성능은 우수하나 내측은 평활관(1)과 동일한 형상을 취하기 때문에, 내측 열전달 성능이 상기 평활관(1)과 동일하므로 총괄적으로 높은 열전달 성능을 기대할 수 없는 문제점이 있다.

이에 비해 주름관(5)은 평활관(1)보다 높은 내측 열전달성능을 얻을 수 있으나, 외측은 나선형의 주름(5a)만 가공되어서 전열면적이 비교적 높은 낮은 흰관(3)에 비해서 열전달 성능이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 일정곡률표면관은 높은 전열면적(젖음율)으로 열 및 물질전달 성능은 우수하나 최적의 설계조건에 대한 수치가 알려진 바 없고, 높은 제조비용으로 경제성이 저하되는 문제가 있다.

아울러, 전열관의 외측표면을 코팅, 산화 및 해칭 등의 방법으로 처리하는 미세처리법이 있으나, 코팅의 경우에는 성능 향상에 비해서 제조비용이 높고 산화 및 해칭은 부식에 의해서 성능 향상 효과가 시간이 지남에 따라 감소하는 문제가 있다. 그리고, 이 방법들도 외측 가공만을 수행하므로 내측 열전달 성능의 향상은 기대할 수 없는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은 내측 및 외측 모두에 대해 높은 열 및 물질전달 성능을 기대할 수 있는 유하 액막식 전열관을 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 제 2목적은 연속적인 전조가공으로 외측에는 휜이 형성되고, 외측 및 내측 모두에는 공통적으로 나선형의 주름이 형성되어 접촉물질에 대한 전열면적을 향상시킬 수 있는 유하 액막식 전열관을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적들은, 전열면적을 넓힐 수 있도록 축방향을 따라 서로 소정간격을 두고 내주연 및 외주연에 공통적으로 형성되는 나선형의 주름(40); 및

상기 나선형의 주름(40)을 따라 외주연에 연속적으로 돌출 형성되는 휜(Fin)(50);을 포함하여 이루어지는 유하 액막식 전열관에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 주름(40)은 피치가 12 mm 내지 14 mm 이고, 골과 산사이의 깊이가 0.35 mm 내지 0.42 mm 인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 휜(50)은 피치가 0.4 mm 내지 0.5 mm 이고, 깊이가 0.01 mm 내지 0.1 mm 이며, 형성되는 각도가 축방향에 대해 70°내지 75°인 것이 바람직하다.

아울러, 상기와 같은 본 발명의 목적들은 일측에서부터 타측까지 직경이 일정한 동관(10)을 척에 장착하여 이송시키는 단계(S100);

제 1전조용 디스크(20)를 제 1디스크롤(21)에 서로 소정간격을 두도록 연속 장착하고, 상기 동관(10)을 축방향을 따라 이송시키면서 상기 제 1전조용디스크(20)를 600 RPM 내지 650 RPM 으로 회전시켜 상기 동관(10)의 외주연에 연속적으로 휜(50)을 형성시키는 단계(S200);

제 2전조용 디스크(30)를 제 2디스크롤(31)에 장착하고, 상기 제 1전조용 디스크(20)와 동일한 속도로 회전시켜 연속적으로 이송된 상기 동관(10)에 나선형의 주름(40)을 형성시키는 단계(S300);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유하 액막식 전열관 제조공법에 의하여 달성된다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 종래 평활관의 구성도,

도 2는 종래 휜관의 구성도,

도 3은 종래 주름관의 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 전열관의 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 전열관 제작을 위한 전조가공상태도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

1: 평활관 3: 휜관

3a: 휜(Fin) 5: 주름관

5a: 주름 10: 동관

20: 제 1전조용 디스크 21: 제 1디스크롤

30: 제 2전조용 디스크 31: 제 2디스크롤

40: 주름 50: 휜

100: 전열관

다음으로는 본 발명에 따른 유하 액막식 전열관 및 그 제조공법에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 전열관의 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 전열관 제작을 위한 전조가공상태도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전열관(100)은 흡수식 냉동기의 증발관과 흡수관 등에 사용되기 위한 것으로, 내측에는 냉수가 유동하고 외측에는 냉매가 접촉하여 유하 액막을 형성하는데 있어서, 냉매에 대한 냉수의 열교환성능 향상을 위해 내측 및 외측 모두의 전열면적을 높일 수 있도록 내측 및 외측 모두에는 공통적으로 주름(40)이 형성되고, 외측에는 상기 주름(40)을 따라 휜(Fin)(50)이 일체로 형성되는 것이다.

여기서, 상기 주름(40)은 상기 전열관(100)의 내측과 외측에 공통적으로 형성되는 것으로, 축방향을 따라 나선형상으로 형성되어 특히 전열관(100) 내측으로 흐르는 냉수에 대한 열전달 성능을 향상시킬 수 있는데, 이는 유동하는 냉수의 난류화의 촉진에 기인한다.

이 때 상기 주름(40)의 피치는 약 12 mm 내지 14mm 정도이고, 골과 산 사이의 깊이는 0.35 mm 내지 0.45 mm 정도인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 휜(50)은 일반적으로 전열면적을 높이기 위해 형성시키는 것으로, 상기 전열관(100)의 외측에 냉매가 접촉하여 유하 액막을 형성할 경우 안측으로 흐르는 냉수와의 열교환성능을 향상되도록 할 수 있다.

이 때 상기 휜(50)의 피치는 0.4 mm 내지 0.5 mm 정도이고, 깊이는 0.01 mm 내지 0.1 mm 정도이며, 형성각도는 축방향에 대해 70°내지 75°정도인 것이 바람직하다.

이러한 상기 전열관(100)은 바람직하게는 동합금(C1220T)을 소재로 이루어져 있는데, 일측에서부터 타측까지 일정한 직경을 갖는 동합금관(이하 동관)(10)의 외측표면을 전조가공하여 낮은 휜(Low Fin)(50)을 형성하고, 외측 및 내측은 전조가공을 통해서 동시에 나선형의 주름(40)을 연속적으로 형성시킨다.

상기 전열관(100)의 제작과정을 단계별로 살펴보면 다음과 같다.

우선 일측에서부터 타측까지 직경이 일정한 동관(10)을 척(미도시)에 장착하여 일정한 속도로 이송시킨다.(S100)

그리고, 탄소강(HSS)을 소재로 하는 직경 약 70 mm 정도, 두께 약 0.4 mm 정도인 제 1전조용 디스크(20)를 제 1디스크롤(21)에 서로 소정간격을 두고 연속적으로 장착한다.

그리고, 상기 제 1전조용 디스크(20)를 600 내지 650 RPM 으로 회전시켜 상기 동관(10)의 외주연에 피치가 약 0.4 mm 내지 0.5 mm 정도, 깊이가 약 0.01 mm 내지 0.1 mm 정도, 형성각도는 축방향에 대해 70° 내지 75°정도의 낮은 휜(Low Fin)(50)을 연속적으로 형성시킨다.(S200)

아울러, 상기 주름가공 도구로서 탄소강(HSS)을 소재로 하는 1개의 제 2전조용 디스크(30)를 제 2디스크롤(31)에 장착한다.

그리고, 상기 제 2전조용 디스크(30)를 상기 제 1전조용 디스크(20)와 동일한 속도로 회전시켜 연속적으로 이송된 상기 동관(10)의 외주연에 피치가 약 12 mm 내지 14 mm 정도, 골과 산사이의 깊이가 약 0.35 mm 내지 0.45 mm 정도의 나선형 주름(40)을 형성시킨다.

이 때 상기 나선형의 주름(40)은 상기 동관(10)의 외측 및 내측에 공통적으로 연속 형성된다.(S300)

이러한 상기 전열관(100)에서 내측의 열전달 성능은 상기 주름(40)의 피치(Pitch)와 깊이(Depth)에 의해서 결정되는데, 그 피치가 작을수록 그 깊이가 깊을수록 열전달 성능은 증가될 수 있으나, 전열관(100)의 내측에 대한 냉수의 마찰계수 증가로 인해서 차압이 많이 발생하므로 열전달 성능의 증가 대비 압력손실의 증가를 고려한 최적의 주름(40) 피치 및 깊이를 결정해야 한다.

상기 전열관(100) 외측의 경우에는 냉매 액막의 표면자유에너지가 낮은 흰효과(Low Fin Effect)와 주름관 효과(Corrugated Tube Effect)에 의해서 증가되며 이로 인한 전열면적의 증가를 통한 높은 열 및 물질전달 성능을 얻을 수 있으며 휜(50)의 피치, 깊이 및 각도의 결정이 성능 향상에 중요한 인자가 된다.

따라서, 상기 전열관(100)은 내측 및 외측에 공통적으로 형성되는 나선형의 주름(40) 및 상기 나선형의 주름(40)을 따라 일체로 형성되는 휜(50)을 포함하여 이루어지며, 이를 통해 내외면에 대한 높은 열전달성능을 실현할 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 유하액막식 전열관 및 그 제조공법에서, 상기 제 1디스크롤(21)에 대한 제 1전조용 디스크(20)의 장착개수는 임의로 택일하여 사용할 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 유하 액막식 전열관 및 그 제조공법에 따르면, 전열관 내측에 연속적으로 형성된 나선형의 주름으로 인해 기존의 평활관에 비해 높은 내측 열전달 성능을 나타냈고, 주름 치수(피치 및 깊이)의 최적화에 의해서 작은 압력손실 및 높은 열전달 성능을 실현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전열관의 외측은 나선형의 주름과 동시에 연속적인 휜이 일체로 형성되어 있기 때문에, 전열면적(냉매 젖음율)이 대폭적으로 향상되었으며, 열 및 물질전달 성능을 확보하여 고효율화 및 이러한 전열관을 사용하는 열교환기의 소형, 경량화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 설명과 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (4)

1. 전열면적을 넓힐 수 있도록 축방향을 따라 서로 소정간격을 두고 내주연 및 외주연에 공통적으로 형성되는 나선형의 주름(40); 및

   상기 나선형의 주름(40)을 따라 외주연에 연속적으로 돌출 형성되는 휜(Fin) (50);을 포함하여 이루어지는 유하 액막식 전열관에 있어서,

   상기 주름(40)은 피치가 12 mm 내지 14 mm 이고, 골과 산사이의 깊이가 0.35 mm 내지 0.42 mm 인 것을 특징으로 하는 유하 액막식 전열관.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 휜(50)은 피치가 0.4 mm 내지 0.5 mm 이고, 깊이가 0.01 mm 내지 0.1 mm 이며, 형성되는 각도가 축방향에 대해 70°내지 75°인 것을 특징으로 하는 유하 액막식 전열관.
4. 삭제