KR102435386B1 - Twisted Fluted Heat Transfer Tube with Periodically Variable Forming Depth - Google Patents

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KR102435386B1
KR102435386B1 KR1020220024423A KR20220024423A KR102435386B1 KR 102435386 B1 KR102435386 B1 KR 102435386B1 KR 1020220024423 A KR1020220024423 A KR 1020220024423A KR 20220024423 A KR20220024423 A KR 20220024423A KR 102435386 B1 KR102435386 B1 KR 102435386B1
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강희찬
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Abstract

The present invention relates to a spiral heat transfer pipe in which the molding depth is periodically changed, including a plurality of recessions formed by being depressed by a maximum molding depth (Ds) in the cross section of a pipe and a protrusion equal to the outer diameter (Do) of the pipe between the recessions, wherein the recession and protrusion are each formed to be twisted in one direction with respect to the longitudinal direction of the pipe, an amplitude of a molding depth (ys) of the pipe in the longitudinal direction (x) of the pipe is the maximum molding depth (Ds), and a period changes periodically with a molding period (Pd). Compared to a conventional spiral heat transfer pipe with a constant molding depth, mixing of a fluid flowing inside the heat transfer pipe can be further promoted to improve heat transfer performance.

Description

성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관{Twisted Fluted Heat Transfer Tube with Periodically Variable Forming Depth}Twisted Fluted Heat Transfer Tube with Periodically Variable Forming Depth

본 발명은 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관에 관한 것으로 보다 상세하게는 길이 방향으로 성형 깊이가 일정하게 주기마다 반복되는 스파이럴 형태로 성형하여 열전달을 향상시킬 수 있는 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관에 관한 것이다.The present invention relates to a spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed, and more particularly, a spiral whose molding depth is periodically changed to improve heat transfer by molding in a spiral shape in which the molding depth is constant and repeated every cycle in the longitudinal direction. It's about the heat pipe.

열교환기는 고온의 유체에서 저온의 유체로 열을 효과적으로 전달하는 기기로서 일반적으로 유체의 흐름을 위한 전열관을 포함한다.A heat exchanger is a device that effectively transfers heat from a high-temperature fluid to a low-temperature fluid, and generally includes a heat transfer tube for the flow of the fluid.

이러한, 전열관의 단면 형상은 유체의 압력 손실과 두 유체 사이의 열전달 성능을 결정하는 주요 인자이다.The cross-sectional shape of the heat pipe is a major factor determining the pressure loss of the fluid and the heat transfer performance between the two fluids.

또한, 이러한 전열관의 구조는 열교환기의 성능을 높이고, 무게, 체적, 유체 수송을 위한 펌프 또는 팬(fan)의 규모를 줄이며, 제작비용 및 유체의 수송비용을 절감시키기 위한 핵심 요소이다.In addition, the structure of the heat transfer tube is a key element for increasing the performance of the heat exchanger, reducing the weight, volume, and size of a pump or fan for fluid transport, and reducing manufacturing costs and fluid transport costs.

이러한 전열관의 종래기술로는 US 2014/0262171A1에 개시되어 있는 쉘-튜브 열교환기에 있어서, 단면이 원형 또는 타원형인 전열관이 있다.As a prior art of such a heat pipe, in the shell-tube heat exchanger disclosed in US 2014/0262171A1, there is a heat pipe having a circular or oval cross section.

이러한 종래의 전열관은 전열면이 흐름 방향으로 일정하게 원형 또는 타원형으로 형성되어 유체의 평균 흐름은 일직선으로 형성됨에 따라 열전달 성능이 높지 않은 단점이 있다.Such a conventional heat transfer tube has a disadvantage in that heat transfer performance is not high as the heat transfer surface is formed in a uniform circular or oval shape in the flow direction so that the average flow of the fluid is formed in a straight line.

이를 해결하기 위하여 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 관(10)을 외측에서 동일한 최대 성형 깊이(Ds)의 나선 형상으로 성형한 스파이럴 전열관이 사용되고 있다.In order to solve this problem, as shown in FIG. 1 , a spiral heat transfer tube in which the tube 10 is formed into a spiral shape having the same maximum forming depth Ds from the outside is used.

여기서, 관(10)의 두께(t)는 외경(Do)와 내경(Di)의 차이 값의 절반이다.Here, the thickness t of the tube 10 is half the difference between the outer diameter Do and the inner diameter Di.

또한, 최대 성형 깊이(Ds)는 관(10)의 어느 한 단면 상에서 관(10)의 외경(Do)로부터 관(10)의 중심방향으로 변형된 깊이(ys)를 의미한다.In addition, the maximum molding depth (Ds) means a depth (ys) deformed in the central direction of the tube 10 from the outer diameter (Do) of the tube 10 on any one cross-section of the tube 10 .

이하에서는, 상기 관(10)의 길이 방향의 어느 한 단면 상에서 골(11)의 개수를 선수(N)이라 하며, 일례로 도 1의 선수는 4개이다.Hereinafter, the number of the goals 11 on any one cross-section in the longitudinal direction of the tube 10 is referred to as a player N, and the number of players in FIG. 1 is four as an example.

또한, 상기 선수(N)은 통상적으로 2이상의 정수이며, 70까지도 적용할 수 있다.In addition, the player (N) is usually an integer greater than or equal to 2, and up to 70 may be applied.

이러한 종래의 스파이럴 전열관에 있어서, 상기 관(10)의 외형을 살펴보면, 도 1의 b에 도시되어 있는 바와 같이 길이 방향에 상기 골(11)과 상기 산(12)이 상기 나선의 꼬임 방향으로 상기 최대 성형 깊이(Ds)가 변화없이 연속적으로 형성된다.In this conventional spiral heat transfer tube, looking at the outer shape of the tube 10, as shown in FIG. 1B, the valley 11 and the mountain 12 in the longitudinal direction are the The maximum forming depth (Ds) is continuously formed without change.

한편, 도 2의 a, b는 각각 종래의 스파이럴 전열관을 흐르는 유체의 궤적과 온도분포를 도시한 도면이며, 도 2의 c는 종래의 스파이럴 전열관에 있어서, 관의 길이 방향에 따른 성형 깊이(ys)를 도시한 그래프이다.Meanwhile, FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the trajectory and temperature distribution of a fluid flowing through a conventional spiral heat transfer tube, respectively, and FIG. 2C is a conventional spiral heat transfer tube, the molding depth along the longitudinal direction (ys) ) is a graph showing

도 2의 c를 참조하면, 종래의 스파이럴 전열관에 있어서, 성형 깊이(ys)는 상기 관(10)의 길이 방향에 대하여 최대 성형 깊이(Ds)로 일정한 것을 알 수 있다.Referring to c of FIG. 2 , in the conventional spiral heat transfer tube, it can be seen that the forming depth ys is constant as the maximum forming depth Ds in the longitudinal direction of the tube 10 .

또한, 이러한 종래의 스파이럴 전열관에서 상기 관(10)의 길이에 따른 단면을 살펴보면, 도 1의 c에 도시되어 있는 바와 같이 유로의 단면이 전체적으로 꽃잎 형상으로 형성되어 단면적은 변하지 않고, 상기 골(11) 및 상기 산(12)의 꼬임 방향으로 회전하는 양상을 보인다.In addition, looking at the cross-section along the length of the tube 10 in this conventional spiral heat transfer tube, as shown in FIG. ) and shows the aspect of rotation in the twisting direction of the mountain 12 .

또한, 도 1의 b에 도시되어 있는 바와 같이 상기 산(12)은 상기 관(10)의 길이 방향의 축(x축)과 일정한 각도(αs)로 꼬여 있으며, 상기 골(11)과 상기 산(12)의 성형 주기(Ps)는 상기 관(10)의 길이 방향으로 일정하게 유지된다.In addition, as shown in FIG. 1 b, the mountain 12 is twisted at a constant angle αs with the longitudinal axis (x-axis) of the tube 10, and the valley 11 and the mountain The molding cycle Ps of (12) is kept constant in the longitudinal direction of the tube (10).

보다 구체적으로 이러한 종래의 스파이럴 전열관을 흐르는 유체는 도 2의 a에 도시되어 있는 바와 같이 상기 관(10)의 반경 방향의 단측에 형성되는 유체 분포가 상기 골(11)과 상기 산(12)을 기준으로 상대 위치에 큰 변화 없이 흐름 방향으로 지속적으로 밀려가는 경향을 나타낸다.More specifically, the fluid flowing through the conventional spiral heat pipe has a fluid distribution formed on the short side in the radial direction of the pipe 10 as shown in FIG. It shows a tendency to continuously push in the direction of flow without significant change in the relative position as a reference.

또한, 이러한 종래의 스파이럴 전열관을 흐르는 유체는 도 2의 b에 도시되어 있는 바와 같이 상기 산(12) 부분의 내부에서 와류에 의한 열섬(hot spot, 이하, H)이 흐름 방향을 따라 지속적으로 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 열섬(H)은 열전달을 방해한다.In addition, in the fluid flowing through the conventional spiral heat pipe, as shown in FIG. 2B , a hot spot (hereinafter, H) caused by a vortex is continuously generated in the inside of the mountain 12 along the flow direction. It can be confirmed that, such a heat island (H) interferes with heat transfer.

이에 따라, 이러한 종래의 스파이럴 전열관은 상기 관(10)의 내부에 흐르는 유체와 상기 관(10)의 표면에 노출된 유체 간의 추가적인 열교환 효과를 기대하기 어려워, 단면이 원형인 종래의 전열관과 비교하여 약간의 열교환 성능 향상을 보일 뿐이다.Accordingly, in this conventional spiral heat transfer tube, it is difficult to expect an additional heat exchange effect between the fluid flowing inside the tube 10 and the fluid exposed on the surface of the tube 10. Compared to the conventional heat transfer tube having a circular cross section, It shows only a slight improvement in heat exchange performance.

US 2014/0262171A1(공개일 2014.09.18.)US 2014/0262171A1 (published on September 18, 2014)

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 성형 깊이가 일정한 종래의 스파이럴 전열관과 비교하여 전열관 내부에 흐르는 유체의 혼합을 더욱 촉진하여 열전달 성능을 향상시킬 수 있는 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 제공하는 것이다.An object of the present invention was devised to solve the above problems. Compared with a conventional spiral heat pipe having a constant molding depth, the molding depth that can improve heat transfer performance by further accelerating the mixing of the fluid flowing inside the heat pipe is periodically changed It is to provide a spiral heat transfer tube that

발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention.

또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the appended claims.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 3개의 주기를 갖는다.In order to solve the above-described problems, the spiral heat transfer tube in which the molding depth is periodically changed according to the present invention has three cycles.

여기서, 첫번째 주기는 종래의 스파이럴 전열관과 마찬가지로 관의 단면에서 N개의 산과 성형된 골을 구비하며, 상기 골은 연속적으로 성형되며, 최대 성형 깊이는 Ds이다.Here, the first cycle is provided with N mountains and formed troughs in the cross section of the tube like the conventional spiral heat pipe, the troughs are continuously formed, and the maximum forming depth is Ds.

또한, 두번째 주기는 종래의 스파이럴 전열관과 마찬가지로 상기 산이 상기 관의 축 방향(길이 방향, x)에 대하여 일정한 스파이럴 각(αs)으로 스파이럴 주기(Ps)로 꼬이는 형상을 갖는다.In addition, the second period has a shape in which the acid is twisted in a spiral period (Ps) at a constant spiral angle (αs) with respect to the axial direction (longitudinal direction, x) of the tube as in the conventional spiral heat transfer tube.

이때, 상기 관의 리드피치(Lp)는 스파이럴 주기(Ps)와 산의 수(N)의 곱으로 정의될 수 있다.In this case, the lead pitch (Lp) of the tube may be defined as the product of the spiral period (Ps) and the number of acids (N).

한편, 세번째 주기는 종래의 스파이럴 전열관과 상이하게 상기 골이 상기 관의 축 방향(x)으로 최대 성형 깊이(Ds)로 일정한 성형 주기(Pd)를 갖도록 성형된다.On the other hand, in the third cycle, different from the conventional spiral heat pipe, the valley is formed to have a constant molding cycle (Pd) with the maximum molding depth (Ds) in the axial direction (x) of the tube.

즉, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 관의 단면에서 최대 성형 깊이(Ds)만큼 함몰되어 형성되는 다수의 골과 상기 골 사이마다 상기 관의 외경(Do)과 동일한 산을 포함하며, 상기 골과 상기 산은 각각 상기 관의 길이 방향에 대하여 일 방향으로 꼬이도록 형성되고, 상기 관의 외경(Do)에 대한 상기 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)가 상기 관의 길이 방향으로 일정하게 형성되는 성형 주기(Pd)를 가지고 연속적으로 변화한다.That is, the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention includes a plurality of valleys formed by being depressed by the maximum molding depth (Ds) in the cross section of the tube, and a mountain equal to the outer diameter (Do) of the tube between the valleys. Including, wherein the valley and the mountain are each formed to be twisted in one direction with respect to the longitudinal direction of the tube, the ratio (Ds/Do) of the maximum molding depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the tube is the tube It has a molding cycle (Pd) that is constantly formed in the longitudinal direction of , and continuously changes.

이때, 상기 관의 외경(Do)에 대한 상기 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)가 0.1~0.3인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the ratio (Ds/Do) of the maximum molding depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the tube is 0.1 to 0.3.

또한, 상기 관의 외경(Do)에 대한 상기 성형 주기(Pd)의 비(Pd.Do)가 0.25~2.5인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the ratio (Pd.Do) of the molding cycle (Pd) to the outer diameter (Do) of the tube is 0.25 to 2.5.

한편, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 상기 관의 길이 방향의 어느 한 단면 상에서 상기 골의 개수인 선수(N)가 3~5개일 수 있다.On the other hand, in the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention, the number of bows (N), which is the number of valleys, may be 3 to 5 on any one cross-section in the longitudinal direction of the tube.

또한, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 상기 관은 직선부와 벤딩부를 더 포함한다.In addition, in the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention, the tube further includes a straight portion and a bending portion.

이때, 상기 성형 주기(Pd)는 상기 벤딩부의 외측이 상기 직선부보다 크게 형성되고, 상기 벤딩부의 내측이 상기 직선부보다 작게 형성된다.In this case, in the molding cycle Pd, the outer side of the bending part is formed to be larger than the straight part, and the inner side of the bending part is formed to be smaller than the straight part.

한편, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 상기 관의 내부 또는 외부에 길이 방향으로 일정하게 형성되는 성형 주기(Pd)를 가지고 성형 깊이가 연속적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 더 구비하여 이중으로 구성할 수도 있다.On the other hand, the spiral heat pipe of which the molding depth is periodically changed according to the present invention has a molding cycle (Pd) that is formed uniformly in the longitudinal direction inside or outside the pipe and further includes a spiral heat pipe in which the molding depth is continuously changed. It can also be configured as a double.

또한, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 상기 관의 내부 또는 외부에 단면이 원형인 원형관을 더 구비하여 이중으로 구성할 수도 있다.In addition, the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention may be configured in a double manner by further including a circular tube having a circular cross section inside or outside the tube.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 성형 깊이가 일정한 종래의 스파이럴 전열관과 비교하여 전열관 내부에 흐르는 유체의 혼합을 더욱 촉진하여 열전달 성능을 향상시킬 수 있음에 따라 열교환기에 적용 시 열교환기의 성능을 높이고, 열교환기 자체의 무게, 체적은 물론 유체 수송을 위한 펌프 또는 팬(fan)의 규모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제작비용 및 유체의 수송비용을 절감할 수 있다.As described above, the spiral heat transfer tube having a periodically changing molding depth according to the present invention can improve heat transfer performance by further promoting the mixing of the fluid flowing inside the heat transfer tube as compared to the conventional spiral heat transfer tube having a constant molding depth. When applied to a heat exchanger, it is possible to increase the performance of the heat exchanger, reduce the weight and volume of the heat exchanger itself, as well as the size of a pump or fan for fluid transport, as well as reduce manufacturing costs and fluid transport costs. .

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.

도 1의 a, b는 각각 종래의 스파이럴 전열관의 사시도와 측면도이며, 도 1의 c는 도 2의 b의 A-A`단면을 도시한 단면도이다.
도 2의 a, b는 각각 종래의 스파이럴 전열관을 흐르는 유체의 궤적과 온도분포를 도시한 도면이며, 도 2의 c는 종래의 스파이럴 전열관에 있어서, 관의 길이 방향에 따른 성형 깊이(ys)를 도시한 그래프이다.
도 3의 a, b는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도와 측면도이다.
도 4의 a는 도 3의 b에 A-A`단면 및 E-E`단면을 도시한 단면도이며, 도 4의 b는 도 3의 b에 B-B`단면 및 D-D`단면을 도시한 단면도이고, 도 4의 c는 도 3의 b에 C-C`단면을 도시한 단면도이다.
도 5의 a, b는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 흐르는 유체의 궤적과 온도분포를 도시한 도면이며, 도 5의 c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관에 있어서, 관의 길이 방향에 따는 성형 깊이(ys)를 도시한 그래프이다.
도 6의 a, b는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관에 있어서, 관의 외경(Do)에 대한 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)에 따른 원형관 대비 열전달계수의 비(h/hplane)와 압력강하의 비(DP/DPplane)를 도시한 그래프이고, 관의 외경(Do)에 대한 성형 주기(Pd)의 비(Pd/Do)에 따른 원형관 대비 열전달계수의 비(h/hplane)와 압력강하의 비(DP/DPplane)를 도시한 그래프이다.
도 7의 a, b, c는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관의 내부 또는 외부에 관을 부가한 추가 실시 예를 도시한 도면이다.1A and 1B are perspective and side views, respectively, of a conventional spiral heat transfer tube, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the AA′ section of FIG. 2B .
2A and 2B are diagrams showing the trajectory and temperature distribution of the fluid flowing through the conventional spiral heat pipe, respectively, and FIG. 2C is the conventional spiral heat pipe, the molding depth (ys) along the longitudinal direction of the pipe. is the graph shown.
3A and 3B are a perspective view and a side view, respectively, according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4a is a cross-sectional view showing a cross-section AA' and a cross-section EE' in Fig. 3b, Fig. 4b is a cross-sectional view showing a cross-section BB' and DD' in Fig. 3b, Fig. 4c is a cross-sectional view showing a section CC` in FIG. 3B .
5A and 5B are views each showing the trajectory and temperature distribution of a fluid flowing through a spiral heat pipe having a periodically changing molding depth according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5C is an embodiment of the present invention. In the spiral heat transfer tube in which the molding depth is periodically changed according to
6A and 6B show the ratio (Ds/Do) of the maximum molding depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the spiral heat transfer tube in which the molding depth is periodically changed according to an embodiment of the present invention, respectively. It is a graph showing the ratio of the heat transfer coefficient (h/hplane) and the pressure drop (DP/DPplane) compared to the circular tube according to the It is a graph showing the ratio of the heat transfer coefficient (h/hplane) and the ratio of the pressure drop (DP/DPplane) to the circular tube.
7 a, b, and c are views each showing an additional embodiment in which a pipe is added to the inside or outside of the spiral heat pipe having a periodically changing molding depth according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.In the following, that an arbitrary component is disposed on the "upper (or lower)" of a component or "top (or below)" of a component means that any component is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of the component. Furthermore, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.Also, when it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components are “interposed” between each component. It should be understood that “or, each component may be “connected,” “coupled,” or “connected” through another component.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In the present application, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.Throughout the specification, when referring to “A and/or B”, it means A, B or A and B, unless specifically stated to the contrary, and when referring to “C to D”, it is Unless otherwise specified, it means that it is greater than or equal to C and less than or equal to D.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시 예에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 설명하도록 한다.Hereinafter, a spiral heat transfer tube in which the molding depth is periodically changed according to some embodiments of the present invention will be described.

도 3의 a, b는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도와 측면도이다.3A and 3B are a perspective view and a side view, respectively, according to an embodiment of the present invention.

또한, 도 4의 a는 도 3의 b에 A-A`단면 및 E-E`단면을 도시한 단면도이며, 도 4의 b는 도 3의 b에 B-B`단면 및 D-D`단면을 도시한 단면도이고, 도 4의 c는 도 3의 b에 C-C`단면을 도시한 단면도이다.In addition, FIG. 4 a is a cross-sectional view showing a cross-section A-A' and a cross-section E-E' in FIG. 3 b, FIG. c is a cross-sectional view showing a cross section C-C` in FIG. 3 b .

또한, 도 5의 a, b는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 흐르는 유체의 궤적과 온도분포를 도시한 도면이며, 도 5의 c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관에 있어서, 관의 길이 방향에 따는 성형 깊이(ys)를 도시한 그래프이다.5A and 5B are views showing the trajectory and temperature distribution of a fluid flowing through a spiral heat pipe having a periodically changing molding depth according to an embodiment of the present invention, respectively. In the spiral heat transfer tube in which the molding depth is periodically changed according to the embodiment, it is a graph showing the molding depth (ys) along the length direction of the tube.

도 3 내지 도 5를 참조하면 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 외경(Do)과 내경(Di)의 차이인 두께(t)가 일정하고 단면이 원형인 관(100)을 외측에서 주기적으로 변화하는 최대 성형 깊이(Ds)의 나선 형상으로 성형함으로써 형성된다.3 to 5, the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention is a tube 100 having a constant thickness (t), which is the difference between the outer diameter (Do) and the inner diameter (Di), and having a circular cross section. It is formed by molding from the outside into a spiral shape with a periodically varying maximum molding depth (Ds).

이때, 상기 관(100)의 재질은 구리, 스테인리스, 알루미늄 등을 포함하여 종래의 전열관에 사용되는 다양한 재질을 적용할 수 있음은 물론이다.In this case, as a material of the tube 100, of course, various materials used in conventional heat transfer tubes, including copper, stainless steel, aluminum, and the like, may be applied.

또한, 상기 최대 성형 깊이(Ds)는 상기 관(100)의 어느 한 단면 상에서, 상기 관(100)의 축으로부터 각각 산(120)까지의 반경과 골(110)까지의 반경 간의 차이 값을 의미한다.In addition, the maximum forming depth (Ds) means a difference value between the radius from the axis of the tube 100 to the peak 120 and the radius to the valley 110, respectively, on any one cross-section of the tube 100 . do.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관의 외형을 살펴보면, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 길이 방향에 상기 골(110)과 상기 산(120)이 상기 나선 형상의 꼬임 방향으로 연속적으로 형성된다.More specifically, looking at the outer shape of the spiral heat pipe in which the molding depth is periodically changed according to the present invention, as shown in FIG. 3 , in the longitudinal direction, the valleys 110 and the mountains 120 are twisted in the spiral shape. is formed continuously.

또한, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관의 길이 방향에 따른 단면을 살펴보면, 도 4 및 도 5의 c에 도시되어 있는 바와 같이 유로의 단면적은 각각 성형 깊이(ys)가 최소에서 최대 성형 깊이(Ds)가 형성되도록 주기적으로 뱐화한다.In addition, looking at the cross-section along the longitudinal direction of the spiral heat pipe in which the molding depth is periodically changed according to the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5 c , the cross-sectional area of the flow path is the molding depth (ys) at the minimum. Batter periodically to achieve the maximum forming depth (Ds).

이때, 상기 성형 깊이(ys)는 상기 관(100)의 원주에서 측정한 관의 중심 방향 좌표로서 Do/2-r로 표현될 수 있다.In this case, the molding depth (ys) may be expressed as Do/2-r as coordinates in the center direction of the tube measured from the circumference of the tube 100 .

또한, 상기 관(100)의 길이 방향의 어느 한 단면 상에서 상기 골(110)은 0개 내지 5개일 수 있다.In addition, the number of the valleys 110 on any one cross section in the longitudinal direction of the tube 100 may be 0 to 5.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관의 유로 단면을 살펴보면 하기와 같다.More specifically, a cross-section of the flow path of the spiral heat transfer pipe in which the molding depth is periodically changed according to the present invention is as follows.

상기 유로의 단면은 상기 성형 깊이(ys)가 최소일 때 원형으로 형성될 수 있으며, 선수(N)가 4이고, 상기 성형 깊이(ys)가 최대일 때, 꽃잎과 비슷한 형상으로 형성될 수 있고, 상기 성형 깊이(ys)가 중간 정도 일 때, 사각형에서 각 변의 중앙이 내측으로 일부 함몰된 형상으로 형성될 수 있다.The cross-section of the flow path may be formed in a circular shape when the forming depth (ys) is the minimum, and when the bow (N) is 4 and the forming depth (ys) is the maximum, it may be formed in a shape similar to a petal, and , when the molding depth (ys) is medium, the center of each side in the quadrangle may be formed in a shape partially recessed inward.

주기Cycle 좌표축coordinate axes 종래의 스파이럴관conventional spiral tube 본 발명의 스파이럴 전열관Spiral heat pipe of the present invention 관의 단면에서 산 또는 골의 수Number of mountains or valleys in the cross section of the tube θθ N/360°N/360° N/360°N/360° 관의 길이 방향으로 산의 꼬임 각도와 주기The angle and period of twist of the acid along the length of the tube xx αs, Lpαs, Lp αs, Lpαs, Lp 관의 외부에서 최대 성형 깊이와 주기Maximum forming depth and cycle on the outside of the tube ysys Ds, 주기없음Ds, no cycle Ds, PdDs, Pd

한편, 상기의 표 1은 종래의 스파이럴 전열관과 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관의 진폭과 주기의 비교를 나타낸 것으로서 이를 참조하여 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관이 갖는 3개의 주기를 설명하면 하기와 같다.Meanwhile, Table 1 above shows a comparison between the amplitude and period of a conventional spiral heat pipe and a spiral heat pipe having periodically changed molding depth according to the present invention. The three cycles having this will be described as follows.

우선, 첫번째 주기는 종래의 스파이럴 전열관과 마찬가지로 관의 단면에서 N개의 산(120)과 성형된 골(110)을 구비하며, 상기 골은 연속적으로 성형되고, 최대 성형 깊이는 Ds이며, θ는 상기 관(100)의 원주 방향 좌표이다.First of all, the first cycle has N peaks 120 and formed troughs 110 in the cross section of the tube like the conventional spiral heat pipe, the troughs are continuously formed, the maximum forming depth is Ds, and θ is the above Coordinates in the circumferential direction of the tube 100 .

또한, 두번째 주기는 종래의 스파이럴 전열관과 마찬가지로 상기 산(120)이 상기 관(100)의 축 방향(길이 방향, x)에 대하여 일정한 스파이럴 각(αs)으로 스파이럴 주기(Ps)로 꼬이는 형상을 갖는다.In addition, in the second period, the acid 120 is twisted in a spiral period Ps at a constant spiral angle αs with respect to the axial direction (longitudinal direction, x) of the tube 100 similarly to the conventional spiral heat transfer tube. .

이때, 리드피치(Lp)는 외부에 형성된 상기 산(120)을 따라 상기 관(100)을 한 바퀴 돌았을 경우 x축 방향 이동 거리를 의미하며, 스파이럴 주기(Ps)와 상기 산(120)의 수(N)의 곱으로 정의될 수 있다.At this time, the lead pitch (Lp) means the movement distance in the x-axis direction when the tube 100 is rotated once along the mountain 120 formed outside, and the spiral period Ps and the mountain 120 are It can be defined as the product of a number (N).

한편, 세번째 주기는 종래의 스파이럴 전열관과 상이하게 상기 골(110)이 상기 관(100)의 길이 방향(x)으로 일정한 성형 주기(Pd) 마다 최대 성형 깊이(Ds)를 갖도록 형성된다.On the other hand, in the third cycle, different from the conventional spiral heat pipe, the valley 110 is formed to have a maximum molding depth Ds for each constant molding cycle Pd in the longitudinal direction (x) of the tube 100 .

즉, 종래의 스파이럴 전열관은 최대 성형 깊이(Ds)가 관의 길이 방향(x)으로 일정한 것과 대비하여, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 최대 성형 깊이(Ds)의 진폭과 성형 주기(Pd)로 성형 깊이(ys)가 관의 길이 방향(x)에 대하여 변화한다.That is, in contrast to the conventional spiral heat transfer tube in which the maximum forming depth (Ds) is constant in the longitudinal direction (x) of the tube, the spiral heat transfer tube in which the forming depth is periodically changed according to the present invention has an amplitude of the maximum forming depth (Ds) and With the molding cycle Pd, the molding depth ys changes with respect to the longitudinal direction x of the tube.

이에 따라, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 흐르는 유체는 종래의 스파이럴 전열관을 흐르는 유체와 대비하여 도 5의 a에 도시되어 있는 바와 같이 상기 관(100)의 반경 방향의 단측에 형성되는 유체 분포가 상기 골(110)과 상기 산(120)을 기준으로 상대 위치가 주기적으로 변하여 왕성하게 혼합되는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, the fluid flowing through the spiral heat pipe of which the molding depth is periodically changed according to the present invention is compared to the fluid flowing through the conventional spiral heat pipe, as shown in FIG. It can be seen that the relative position of the fluid distribution formed in the valley 110 and the mountain 120 is periodically changed and vigorously mixed.

또한, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 흐르는 유체는 종래의 스파이럴 전열관을 흐르는 유체와 대비하여 도 5의 b에 도시되어 있는 바와 같이 상기 산(120) 부분의 내부에서 발생하는 열섬(H)이 와류에 의하여 와류에 의하여 분해되는 것을 확인할 수 있다.In addition, the fluid flowing through the spiral heat pipe of which the molding depth is periodically changed according to the present invention is generated inside the mountain 120 as shown in FIG. 5 b in comparison with the fluid flowing through the conventional spiral heat pipe It can be seen that the heat island (H) is decomposed by the vortex by the vortex.

한편, 도 6의 a, b는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관에 있어서, 관의 외경(Do)에 대한 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)에 따른 원형관 대비 열전달계수의 비(h/hplane, 좌측 세로축)와 압력강하의 비(DP/DPplane, 우측 세로축)를 도시한 그래프이고, 관의 외경(Do)에 대한 성형 주기(Pd)의 비(Pd/Do)에 따른 원형관 대비 열전달계수의 비(h/hplane, 좌측 세로축)와 압력강하의 비(DP/DPplane, 우측 세로축)를 도시한 그래프이다.Meanwhile, in FIGS. 6A and 6B , respectively, in the spiral heat transfer tube in which the molding depth is periodically changed according to an embodiment of the present invention, the ratio of the maximum molding depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the tube (Ds/Do) ) is a graph showing the ratio of heat transfer coefficient (h/hplane, left vertical axis) and pressure drop (DP/DPplane, right vertical axis) to the round tube according to the It is a graph showing the ratio of the heat transfer coefficient (h/hplane, left vertical axis) and the pressure drop ratio (DP/DPplane, right vertical axis) to the circular tube according to the ratio (Pd/Do) of the tube.

여기서, 열전달계수의 비(h/hplane)는 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관의 열전달계수(h)를 원형관의 열전달계수(hplane)로 나눈 값을 의미한다.Here, the ratio (h/hplane) of the heat transfer coefficient means a value obtained by dividing the heat transfer coefficient (h) of the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention by the heat transfer coefficient (hplane) of the round tube.

또한, 압력강하의 비(DP/DPplane)는 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관의 압력강하(DP)를 원형관의 압력강하(DPplane)으로 나눈 값을 의미한다.In addition, the pressure drop ratio (DP/DPplane) refers to a value obtained by dividing the pressure drop (DP) of the spiral heat pipe whose molding depth is periodically changed according to the present invention by the pressure drop (DPplane) of the round tube.

도 6의 a를 참조하면, 상기 열전달계수의 비(h/hplane)는 관의 외경(Do)에 대한 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)의 증가에 따라 증가하며, 보다 상세하게 관의 외경(Do)에 대한 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)가 0.1이상에서 크게 증가하고. 0.2에서 최대이며, 0.3을 초과하면 크게 감소한다.Referring to FIG. 6A , the ratio of the heat transfer coefficient (h/hplane) increases with an increase in the ratio (Ds/Do) of the maximum molding depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the tube, in more detail The ratio (Ds/Do) of the maximum forming depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the pipe increases significantly from 0.1 or more. It is maximum at 0.2, and decreases significantly when it exceeds 0.3.

또한, 상기 압력강하의 비(DP/DPplane)는 관의 외경(Do)에 대한 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)가 0.3을 초과하면 급격히 증가한다.In addition, the pressure drop ratio (DP/DPplane) rapidly increases when the ratio (Ds/Do) of the maximum forming depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the pipe exceeds 0.3.

한편, 관의 외경(Do)에 대한 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)가 0.3을 초과하면 과다한 소성 변형으로 인하여 스파이럴관의 파단 우려가 있다.On the other hand, when the ratio (Ds/Do) of the maximum forming depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the tube exceeds 0.3, there is a risk of breaking the spiral tube due to excessive plastic deformation.

이에 따라, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관에 있어서, 상기 관(100)의 외경(Do)에 대한 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)는 0.1~0.3인 것이 바람직하다.Accordingly, in the spiral heat transfer tube in which the molding depth is periodically changed according to the present invention, the ratio (Ds/Do) of the maximum molding depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the tube 100 is 0.1 to 0.3. desirable.

또한, 도 6의 b를 참조하면, 상기 열전달계수의 비(h/hplane)는 관의 외경(Do)에 대한 성형 주기(Pd)의 비(Pd/Do)의 증가에 따라 증가하며, 보다 상세하게 관의 외경(Do)에 대한 성형 주기(Pd)의 비(Pd/Do)가 0.35에서 최대이고, 2.5를 초과하면 크게 감소한다.In addition, referring to FIG. 6 b , the ratio of the heat transfer coefficient (h/hplane) increases as the ratio (Pd/Do) of the molding cycle (Pd) to the outer diameter (Do) of the tube (Pd/Do) increases, in more detail The ratio (Pd/Do) of the molding cycle (Pd) to the outer diameter (Do) of the tube is maximum at 0.35, and decreases significantly when it exceeds 2.5.

또한, 상기 압력강하의 비(DP/DPplane)는 관의 외경(Do)에 대한 성형 주기(Pd)의 비(Pd/Do)의 증가에 따라 급격히 감소하며, 보다 상세하게 관의 외경(Do)에 대한 성형 주기(Pd)의 비(Pd/Do)가 1.0을 초과하면 감소의 폭이 완만 해진다.In addition, the ratio of the pressure drop (DP/DPplane) rapidly decreases with an increase in the ratio (Pd/Do) of the molding cycle (Pd) to the outer diameter (Do) of the tube, and more specifically, the outer diameter (Do) of the tube When the ratio (Pd/Do) of the molding period (Pd) to 1.0 exceeds 1.0, the width of the decrease becomes gentle.

한편, 관의 외경(Do)에 대한 성형 주기(Pd)의 비(Pd/Do)가 0.25미만이면 과다한 소성 변형으로 인하여 스파이럴관의 파단 우려가 있다.On the other hand, if the ratio (Pd/Do) of the molding cycle (Pd) to the outer diameter (Do) of the tube is less than 0.25, there is a risk of the spiral tube breaking due to excessive plastic deformation.

이에 따라, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관에 있어서, 상기 관(100)의 외경(Do)에 대한 성형 주기(Pd)의 비(Pd/Do)는 0.25~2.5인 것이 바람직하다.Accordingly, in the spiral heat transfer tube in which the molding depth is periodically changed according to the present invention, the ratio (Pd/Do) of the molding period (Pd) to the outer diameter (Do) of the tube 100 is preferably 0.25 to 2.5 do.

한편, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 일단 측에서 고온 또는 저온의 유체가 유입되어 타단 측으로 저온 또는 고온의 유체를 배출하는 종래의 쉘-튜브 타입의 열교환기에 적용하는 경우, 단면이 원형이 전열관을 적용할 때와 대비하여 열교환기의 성능은 3.5배 이상 향상될 수 있다.On the other hand, a conventional shell-tube type in which a high-temperature or low-temperature fluid is introduced from one end of a spiral heat transfer tube having a periodically changing molding depth according to the present invention configured as described above, and a low-temperature or high-temperature fluid is discharged to the other end. When applied to a heat exchanger, the performance of the heat exchanger can be improved by 3.5 times or more compared to when a heat transfer tube having a circular cross section is applied.

즉, 종래의 쉘-튜브 타입의 열교환기에 있어서, 단면이 원형인 전열관을 대신하여 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 적용하면 전열관의 개수를 약 1/3.5로 줄일 수 있어 이로 인한 열교환기 자체의 무게, 체적을 크게 줄일 수 있음은 물론 제작비용 및 유체의 수송비용을 절감할 수 있다.That is, in the conventional shell-tube type heat exchanger, if a spiral heat pipe having a periodically changed molding depth according to the present invention is applied instead of a circular heat pipe in cross section, the number of heat pipes can be reduced to about 1/3. It is possible to significantly reduce the weight and volume of the heat exchanger itself, as well as reduce the manufacturing cost and the transportation cost of the fluid.

또한, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 열교환기에 적용하는 경우 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 종래의 스파이럴 전열관을 적용하는 경우보다 열전달 성능이 약 1.5배 이상 향상될 수 있다.In addition, when the spiral heat transfer tube of which the molding depth is periodically changed according to the present invention is applied to the heat exchanger, the heat transfer performance can be improved by about 1.5 times or more than when the conventional spiral heat transfer tube as shown in FIG. 1 is applied.

또한, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 설치되는 열교환기의 구조 등에 따라 직선부와 벤딩부가 교대로 형성되는 유로를 형성할 수도 있다.In addition, the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention may form a flow path in which straight portions and bent portions are alternately formed according to the structure of the installed heat exchanger.

여기서, 상기 직선부와 상기 벤딩부는 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 직선 형태로 제작한 뒤 벤딩 작업을 통하여 형성될 수 있다.Here, the straight part and the bending part may be formed through a bending operation after manufacturing the spiral heat pipe having a periodically changing molding depth in a straight shape according to the present invention.

이에 따라, 상기 성형 주기(Pd)는 상기 관(100)이 직선 상태일 때와 비교하여 상기 벤딩부의 외측은 늘어나며, 상기 벤딩부의 내측은 줄어든다.Accordingly, in the molding cycle Pd, the outside of the bending portion is increased and the inside of the bending portion is decreased compared to when the tube 100 is in a straight state.

이때, 상기 관(100)의 외경(Do)에 대한 상기 성형 주기(Pd)의 비는 상기 관(100)의 소성 변형에 의한 파손을 방지하고 열전달 성능의 확보를 위하여 상기 밴딩부의 외측에서 2.5이하이며, 상기 밴딩부의 내측에서 0.25이상인 것이 바람직하다.At this time, the ratio of the molding cycle (Pd) to the outer diameter (Do) of the tube 100 is 2.5 or less from the outside of the bending part in order to prevent damage due to plastic deformation of the tube 100 and secure heat transfer performance. and it is preferably 0.25 or more on the inside of the bending part.

한편, 도 7의 a, b, c는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관의 내부 또는 외부에 관을 부가한 추가 실시 예를 도시한 도면이다.Meanwhile, a, b, and c of FIG. 7 are views each showing an additional embodiment in which a tube is added to the inside or the outside of the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to an embodiment of the present invention.

우선, 도 7의 a를 참조하면 본 발명의 추가 실시 예는 크기가 다른 2개의 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 어느 하나의 관이 다른 하나의 관을 감싸도록 형성되는 이중관 구조일 수 있다.First, referring to FIG. 7A, an additional embodiment of the present invention may be a double tube structure in which one tube surrounds the other of two spiral heat transfer tubes having different sizes and periodically changing forming depths. .

이때, 내부에 위치한 관(100`)에 형성되는 골(110`)과 산(120`)은 외부에 위치한 관(100)에 형성되는 골(110)과 산(120)에 각각 대응되도록 형성될 수도 있으며, 내부에 위치한 관(100`)에 형성되는 골(110`)과 산(120`)은 외부에 위치한 관(100)에 형성되는 산(120)과 골(110)에 각각 대응되도록 형성될 수도 있다.At this time, the valleys 110 ′ and the mountains 120 ′ formed in the tube 100 ′ located inside are formed to correspond to the valleys 110 and the mountains 120 formed in the tube 100 located outside, respectively. Also, the valleys 110 ′ and the mountains 120 ′ formed in the tube 100 ′ located inside are formed to correspond to the mountains 120 and the valleys 110 formed in the tube 100 located outside, respectively. it might be

이러한 추가 실시 예에서 내부에 위치한 관(100`)과 외부에 위치한 관(100)에 각각 서로 다른 유체를 공급하면 일반적인 이중관과 비교하여 각 유체 모두의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.In this additional embodiment, when different fluids are supplied to the tube 100 ′ located inside and the tube 100 located outside, the heat exchange efficiency of both fluids can be increased compared to a general double tube.

또한, 도 7의 b, c를 참조하면 본 발명의 또 다른 추가 실시 예는 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관의 내부 또는 외부에 단면이 원형인 원형관(200, 200`)을 구비한 이중관 구조일 수도 있다.In addition, referring to b and c of FIG. 7 , another additional embodiment of the present invention is a circular tube (200, 200 ′) having a circular cross section inside or outside the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention. It may be a double-tube structure having a.

이러한 추가 실시 예에서도 단면이 원형인 원형관(200, 200`)과 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관에 각각 서로 다른 유체를 공급하면 일반적인 이중관과 비교하여 각 유체 모두의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.Even in this additional embodiment, when different fluids are supplied to the circular tubes 200 and 200 ′ having a circular cross section and the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention, the heat exchange efficiency of both fluids is compared with that of a general double tube. can elevate

특히, 도 7의 b에 도시되어 있는 바와 같이 내부에 위치한 원형관(200)을 포함하는 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 내부의 원형관(200)을 전기 가열 히터의 열원을 위한 통로로 이용할 수도 있다.In particular, as shown in FIG. 7B , the spiral heat transfer tube whose molding depth is periodically changed according to the present invention including the circular tube 200 located therein uses the inner circular tube 200 as a heat source of the electric heating heater. It can also be used as a pathway for

또한, 본 발명에 따른 성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관은 상기한 추가 실시 예에 제한되지 않고, 흐르는 유체의 종류와 전열관의 전체적인 형태, 적용되는 물품 등에 따라 이중관 구조 이상의 복합관으로 구성될 수 있음은 물론이다.In addition, the spiral heat pipe of which the molding depth is periodically changed according to the present invention is not limited to the above-described additional embodiment, and it may be composed of a composite pipe having a double pipe structure or more depending on the type of flowing fluid, the overall shape of the heat pipe, applied articles, etc. is of course

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification. It is obvious that variations can be made.

아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.In addition, although the effects according to the configuration of the present invention are not explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.

100, 100`. 관
110, 110`. 골
120, 120`. 산
200, 200`. 원형관
x : 관의 길이 방향(주 흐름 방향) 좌표
r : 관의 반경 방향 좌표
θ : 관의 원주 방향 좌표
Di : 관의 내경
Do : 관의 외경(스파이럴관의 최대 지름)
Ds : 최대 성형 깊이(스파이럴관의 반경 방향 최대 소성 변형 깊이)
t : 관의 두께
H. 열섬
Lp : 리드피치(산을 따라 관을 한 바퀴 돌았을 경우 x축 방향 이동 거리)
N : x축을 직교하는 관의 단면에서 원주 방향(θ 방향) 산의 수
Pd : x축 방향 Ds의 주기
Ps : x축 방향 골의 주기
ys : 성형 깊이, 원형관 원주에서 측정한 관의 중심 방향 좌표(Do/2 - r)
αs : 스파이럴 각도(산의 궤적과 x축 방향 사이의 각도)100, 100`. coffin
110, 110`. goal
120, 120`. mountain
200, 200`. round tube
x : Coordinate in the longitudinal direction of the pipe (main flow direction)
r: radial coordinates of the tube
θ : Coordinates in the circumferential direction of the tube
Di: inner diameter of the tube
Do: Outer diameter of pipe (maximum diameter of spiral pipe)
Ds: Maximum forming depth (maximum plastic deformation depth in the radial direction of the spiral tube)
t: the thickness of the tube
H. heat island
Lp: Lead pitch (the distance traveled in the x-axis direction when the tube goes around the mountain once)
N: the number of ridges in the circumferential direction (θ direction) in the cross section of the pipe orthogonal to the x-axis
Pd: Period of Ds in the x-axis direction
Ps: Period of the trough in the x-axis direction
ys : forming depth, coordinates in the direction of the center of the tube measured from the circumference of the circular tube (Do/2 - r)
αs : Spiral angle (angle between the trajectory of the mountain and the direction of the x-axis)

Claims (7)

관의 단면에서 최대 성형 깊이(Ds)만큼 함몰되어 형성되는 다수의 골과 상기 골 사이마다 상기 관의 외경(Do)과 동일한 산을 포함하며,
상기 골과 상기 산은 각각 상기 관의 길이 방향에 대하여 일 방향으로 꼬이도록 형성되고,
상기 관의 외경(Do)에 대한 상기 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)가, 상기 관의 길이 방향으로 일정하게 형성되는 성형 주기(Pd)를 가지고 연속적으로 변화하며,
상기 관의 외경(Do)에 대한 상기 최대 성형 깊이(Ds)의 비(Ds/Do)가 0.1~0.3이며,
상기 관의 외경(Do)에 대한 상기 성형 주기(Pd)의 비(Pd/Do)가 0.25~2.5이며,
상기 관에서의 성형 깊이는, 각 성형주기 마다 상기 관의 길이 방향에 대하여 최소 성형 깊이에서 최대 성형 깊이까지 점진적으로 변화되는 것을 특징으로 하는,
성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관.
A plurality of valleys formed by being recessed by the maximum molding depth (Ds) in the cross section of the tube and a mountain equal to the outer diameter (Do) of the tube for each of the valleys,
The valley and the mountain are each formed to be twisted in one direction with respect to the longitudinal direction of the tube,
The ratio (Ds/Do) of the maximum molding depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the tube is continuously changed with a molding period (Pd) that is constantly formed in the longitudinal direction of the tube,
The ratio (Ds/Do) of the maximum forming depth (Ds) to the outer diameter (Do) of the tube is 0.1 to 0.3,
The ratio (Pd/Do) of the molding cycle (Pd) to the outer diameter (Do) of the tube is 0.25 to 2.5,
The molding depth in the tube, characterized in that for each molding cycle, is gradually changed from the minimum molding depth to the maximum molding depth with respect to the longitudinal direction of the tube,
Spiral heat pipe with cyclically changing molding depth.
 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 관의 길이 방향의 어느 한 단면 상에서 상기 골의 개수인 선수(N)은 3~5개인,
성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관.
The method of claim 1,
On any one cross section in the longitudinal direction of the tube, the number of players (N), which is the number of goals, is 3 to 5,
Spiral heat pipe with cyclically changing molding depth.
 제 1항에 있어서,
상기 관은 직선부와 벤딩부를 더 포함하며,
상기 성형 주기(Pd)는,
상기 벤딩부의 외측이 상기 직선부보다 크게 형성되고,
상기 벤딩부의 내측이 상기 직선부보다 작게 형성되는,
성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관.
The method of claim 1,
The tube further includes a straight part and a bending part,
The molding cycle (Pd) is,
The outside of the bending part is formed larger than the straight part,
The inside of the bending part is formed smaller than the straight part,
Spiral heat pipe with cyclically changing molding depth.
 제 1항에 있어서,
상기 관의 내부 또는 외부에
길이 방향으로 일정하게 형성되는 성형 주기(Pd)를 가지고 성형 깊이가 연속적으로 변화하는 스파이럴 전열관을 더 구비하여 이중으로 구성한,
성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관.
The method of claim 1,
inside or outside the tube
It has a molding cycle (Pd) that is constantly formed in the longitudinal direction, and further includes a spiral heat transfer tube in which the molding depth is continuously changed to form a double,
Spiral heat pipe with cyclically changing molding depth.
 제 1항에 있어서,
상기 관의 내부 또는 외부에
단면이 원형인 원형관을 더 구비하여 이중으로 구성한,
성형 깊이가 주기적으로 변화하는 스파이럴 전열관.
The method of claim 1,
inside or outside the tube
Further comprising a circular tube having a circular cross section, it is configured as a double,
Spiral heat pipe with cyclically changing molding depth.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008267631A (en) * 2007-04-17 2008-11-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Heat exchanger
KR101326759B1 (en) * 2011-02-07 2013-11-07 한라비스테온공조 주식회사 Double pipe heat exchanger
US20140262171A1 (en) 2013-03-14 2014-09-18 Koch Heat Transfer Company, Lp Tube bundle for shell-and-tube heat exchanger and method of constructing same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008267631A (en) * 2007-04-17 2008-11-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Heat exchanger
KR101326759B1 (en) * 2011-02-07 2013-11-07 한라비스테온공조 주식회사 Double pipe heat exchanger
US20140262171A1 (en) 2013-03-14 2014-09-18 Koch Heat Transfer Company, Lp Tube bundle for shell-and-tube heat exchanger and method of constructing same

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