KR100925112B1 - 수냉식 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동장치 및 공기조화기 등에 사용되는 수냉식 열교환기에 관한 것으로서, 공랭식 휜-관 열교환기를 응용하여 제작함으로써 생산 비용을 절감할 수 있으며, 판형 열교환기의 최대 단점인 열교환기 내부 용접 불량으로 야기되는 냉매와 물의 혼합으로 인한 냉동 시스템 파손의 위험을 방지할 수 있고, 또한 타 수냉식 열교환기에 비해 전열면적을 획기적으로 늘일 수 있어서 열전달 능력이 떨어지는 이중관형 열교환기의 약점을 극복할 수 있는 고효율 수냉식 열교환기에 관한 것이다.

수냉식, 열교환기, 휜-관 열교환기 유닛, 칸막이

Description

수냉식 열교환기 {Water-cooled heat exchanger}

본 발명은 냉동장치 및 공기조화기 등에 사용되는 수냉식 열교환기에 관한 것으로, 기존에 널리 사용되는 공랭식 휜-관 열교환기를 응용하여 제작함으로써 별도의 생산설비를 투자할 필요가 없어 생산 비용을 절감할 수 있으며, 판형 열교환기의 최대 단점인 열교환기 내부 용접 불량으로 야기되는 냉매와 물의 혼합으로 인한 냉동 시스템 파손의 위험을 방지할 수 있고, 또한 타 수냉식 열교환기에 비해 전열면적을 획기적으로 늘일 수 있어서 열전달 능력이 떨어지는 이중관형 열교환기의 약점을 극복할 수 있는 고효율 수냉식 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 냉동 공조 시스템에서 사용되는 수냉식 열교환기라 함은 물과 고온 또는 저온의 냉매를 서로 열교환시켜 냉매를 냉각시키거나, 가열하는 장치를 말한다. 이와 같은 수냉식 열교환기는 냉매로부터 열을 얼마나 효과적으로 흡수하거나, 또는 공급할 수 있는 가에 따라 열교환기의 성능이 좌우된다.

도 1a, 1b는 종래기술에 의한 수냉식 열교환기의 개략적인 구성도이다.

도 1a는 판형 열교환기(10)로 전방판(11)과 후방판(12) 사이에 다수의 전열판(13)이 적층되고, 전열판(13) 내에는 냉매 입출구(14)를 통해 인입된 냉매와 물 입출구(15)를 통해 인입된 물의 유동 통로(미도시)가 상호 교대하는 구조로 형성된다. 따라서, 냉매압력에 비해 상대적으로 저압이 걸리는 물의 유동 통로도 불필요하게 고압에 견딜 수 있는 구조로 제작되어야 하며, 또한 내부 용접 부위에 불량이 있는 경우 물이 냉매 유동 통로를 따라 시스템 내부로 침투해 들어감으로서 시스템 전체에 손상을 입히는 경우가 종종 발생한다.

도 1b는 나선형 이중관 열교환기(20)로 내관(22)을 따라 흐르는 냉매와 외관(21)을 따라 흐르는 물을 서로 열교환시키는 장치이다. 외관(21)에는 물의 입출을 위한 유입구(23)와 유출구(24)가 형성되어 있다. 이러한 형상의 열교환기는 전열 면적을 늘리는데 구조적 한계가 있으며, 외부 단열처리가 매우 불편함으로 보통 단열처리를 하지 않은 상태로 사용하는 경우가 일반적이므로, 결국 열교환기의 전열 성능이 좋지 않은 문제점을 가진다.

이에 본 발명은 용접 불량으로 인한 냉매에 물이 혼입되는 가능성을 원천적으로 방지할 수 있고, 전열 면적을 확대하여 냉매의 증발 및 응축 성능을 비약적으로 향상시킬 수 있으며, 별도의 단열재 마감처리가 필요 없고, 불필요한 고가의 제조 공정없이도 우수한 성능을 제공할 수 있는 수냉식 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기술적으로 제품의 신뢰성이 입증되어 널리 사용되고 있는 휜-관 열교환기를 적용함으로서, 기존의 판형 열교환기, 나선형 이중관 열교환기와 비교하여 성능대비 제품가격을 획기적으로 낮출 수 있는 수냉식 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수냉식 열교환기는, 이중판으로 제작되며 냉매관 입구 및 냉매관 출구 그리고 급수관 입구 및 회수관 출구를 구비한 함체; 냉매 유동을 위해 상기 함체 내에 장착되되, 일정간격으로 이격된 다수개의 직선부 및 상기 직선부들 사이를 연결하는 다수개의 곡선부로 구성된 냉매관 및 상기 냉매관과 결합되도록 다수개의 관통공이 형성되며 상기 냉매관들에 직각으로 배열되는 복수개의 휜을 포함하는 휜-관 열교환기 유닛; 상기 급수관 입구로 유입된 후 상기 회수관 출구로 유출되는 물의 함체 내부 유동 방향을 전환시키기 위하여 상기 함체 내부에 상기 휜과 나란하게 설치되며, 상기 냉매관의 삽입을 위한 냉매관 삽입홀을 구비한 다수의 칸막이 및 상기 냉매관 입구, 상기 냉매관 출구, 상기 급수관 입구 및 상기 회수관 출구와 상기 함체 사이의 틈새로 물이 누설되는 것을 방지하기 위한 조임 부재를 포함하되, 상기 다수개의 칸막이 각각에는, 상기 물이 상기 칸막이를 통과할 수 있도록하며 또한 상기 물이 함체 내부에서 유동할 때 중력과 온도차에 의한 수압의 불균형으로 야기되는 불균일한 물의 흐름이 조절되도록 그 크기와 수가 선택된 다수개의 통수구가 칸막이의 일측면에 형성되며, 상기 다수개의 칸막이 중 서로 인접한 칸막이의 통수구의 위치가 서로 엇갈리게 배열됨으로써, 상기 급수관 입구로 공급된 물이 상기 함체 내부에서 상기 다수의 칸막이에 의해 순차적으로 유동 방향을 바꿔가며 상기 냉매와 열교환을 한 후 상기 회수관 출구로 배출된다.

여기서 상기 함체를 이루는 이중판의 내부에 단열재가 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 함체의 바닥 일측에는 배수를 위한 배수구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 휜-관 열교환기 유닛은 공조용 휜-관 열교환기인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 칸막이에 형성된 통수구는 그 단면 직경이 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 수냉식 열교환기는 신뢰성과 안 정성이 입증된 공랭식 휜-관 열교환기 구조와 동일한 형태의 휜-관 열교환기를 장착하여 구성되므로 용접 불량으로 인해 냉매에 물이 혼입되는 가능성을 원천적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수냉식 열교환기는 냉매관에 연결된 다수의 휜을 통해 전열 면적을 확대하여 냉매의 증발 및 응축 성능을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수냉식 열교환기는 기술적으로 제품의 신뢰성이 입증되어 널리 사용되고 있는 휜-관 열교환기를 적용함으로서, 기존의 판형 열교환기, 나선형 이중관 열교환기와 비교하여 성능대비 제품가격을 획기적으로 낮출 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수냉식 열교환기는 탄성이 있는 단열재가 삽입된 이중판 구조로 함체가 구성되기 때문에 비정상적 수압상승에 의한 충격을 흡수할 수 있으며, 별도의 단열재를 사용하여 마감처리를 할 필요가 없기 때문에 외관이 수려하다.

이하 본 발명에 의한 수냉식 열교환기의 구성을 첨부된 도면에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 설명한다.

도 2는 본 발명의 수냉식 열교환기 외관도이다.

수냉식 열교환기(100)는 내부에 장착된 휜-관 열교환기 유닛의 냉매관을 위한 냉매관 입구(105)와 냉매관 출구(110) 및 함체(140) 내부로 물을 공급하고 회수하기 위한 급수관 입구(120)과 회수관 출구(130)가 함체(140) 외벽에 수직하는 방 향으로 설치되어 있어 서로 직교류 유동을 할 수 있는 구조로 되어 있다.

도 3은 본 발명의 수냉식 열교환기에 장착되는 휜-관 열교환기 유닛의 구조도이다.

본 발명에 이용되는 휜-관 열교환기 유닛(30)은 일정 간격으로 이격된 다수개의 직선부 및 상기 직선부들 사이를 연결하는 다수개의 곡선부로 구성된 냉매관(32)과, 상기 냉매관(32)과 결합되도록 다수개의 관통공(미도시)이 형성되어 상기 냉매관들(32)에 직각으로 복수개 배열되는 휜(35)을 포함하도록 구성된다.

도 4는 도 3에 도시된 휜-관 열교환기 유닛을 장착한, 본 발명에 따른 수냉식 열교환기의 내부 단면도이다.

수냉식 열교환기(100)의 함체(140) 내부에 두 개의 휜-관 열교환기 유닛(150)이 장착되어 있다. 냉매관 입구(105)를 통해 유입된 물은 냉매관(170)을 따라 냉매관 출구(110) 방향으로 유동하며, 냉매관 외부에 유입된 물과 열교환을 수행한다. 냉매관(170)은 냉매관 입구(105)를 지나 분기되어 각각의 휜-관 열교환기 유닛(150)으로 이어지고, 이후 냉매관 출구(110) 전단에서 분기된 냉매관들(170)이 합쳐진다.

냉매관(170)에 수직방향으로 설치된 다수의 휜(160)은 냉매관(170)에서 발산되는 열과 저온 상태의 물의 접촉 면적을 확장시켜 열교환 성능을 극대화한다.

급수관 입구(120)로 공급된 물은 휜(160)의 배치 방향과 동일 방향으로 함체(140) 내부에 다수 설치되어 있는 칸막이(180)에 의해 순차적으로 유동방향을 바꿔 가며 냉매와 열교환을 한 후 회수관 출구(130)로 배출된다. 이를 위해 칸막 이(180)에는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 일측면에 다수개의 통수구가 형성된다.

또한, 냉매관 입구(105), 냉매관 출구(110), 급수관 입구(120), 회수관 출구(130)와 함체(140)의 틈새 사이로 물이 누출되는 것을 방지하기 위해 각 입출구마다 조임 부재(190)가 설치될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았지만, 함체(140) 바닥의 적어도 일부분에는 배수를 위한 배수구가 형성될 수 있으며, 배수구의 형상에 따라 마개를 구비할 수 있다.

수냉식 열교환기(100)에 장착된 휜-관 열교환기 유닛(150)은 두께가 얇은 휜(160)이 매우 많이 설치되어 있는 구조이므로, 판형 열교환기나 나선형 이중관 열교환기 등의 기존의 수냉식 열교환기에 비해 전열면적이 비약적으로 확대되기 때문에 열전달을 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 휜-관 열교환기 유닛(150)은 제품 제작시 별도 제작할 수도 있지만, 이미 공지되고 신뢰성 및 안정성이 입증된 공랭식 휜-관 열교환기를 이용할 수도 있다.

도 5a와 5b는 각각 본 발명에 따른 수냉식 열교환기의 내부 측단면도와 칸막이 개략도이다.

도 5a는 도 4의 I-II 라인을 따라 함체(140)를 절단한 후 좌측으로 들여다 본 내부 측단면도이다.

수냉식 열교관기(100)의 함체(140) 내부에는 휜-관 열교환기 유닛(150)의 중 간 중간에 칸막이(180)가 설치되어 있으며, 상기 칸막이(180)의 일 측면에는 물이 통과하는 유동 통로인 통수구(185)가 상하 방향으로 다수 가공되어 있다. 함체(140)로 유입된 물의 유동 방향은 통수구(185)를 통해 전환되며, 이를 위해 통수구(185)의 방향이 서로 엇갈리도록 칸막이(180)들이 함체(140) 내에 배치되는 것이 바람직하다.

이때, 설치되는 칸막이(180)의 숫자와 방향, 상기 칸막이(180)에 가공되어 있는 통수구(185)의 수와 크기를 조정하여 물이 열교환기 내부를 유동하는 과정에서 발생하는 압력강하를 적절한 설계 값으로 조절할 수 있다.

한편, 칸막이(180)의 일 측면에 크기가 서로 다른 복수의 통수구(185)가 상하 방향으로 가공되어 있어 중력과 온도차에 의한 수압의 불균형으로 야기되는 상하 방향 불균일한 물의 흐름을 조절할 수 있는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 5a가 칸막이에 냉매관(160)이 삽입된 상태를 도시하는 것이라면, 도 5b는 냉매관(160) 제거된 상태의 칸막이 구성도이다. 도 5b의 칸막이에는 냉매관(160)의 삽입을 위한 다수의 삽입홀(165)들이 형성되어 있다.

도 6a, 6b는 본 발명에 따른 수냉식 열교환기의 함체(140) 구성도로서, 특히 도 6b는 도 6a의 라인 I'-II"에 따른 단면도이다.

함체(140)는 바람직하는 이중의 스텐리스 판으로 구성된다. 즉, 스텐리스 판은 내측판(200)과 외측판(210) 두 개로 구성된 이중판 구조로서 내부에 탄성이 있는 단열재(220)를 삽입한 후 외주면을 따라 용접하여 제작한다. 탄성 단열재 및 스 텐리스 판으로 구성된 구조는 수압이 이상 급등하였을 경우에도 어느 정도 수압 상승에 의한 충격을 흡수할 수 있기 때문에, 함체(140)의 용접부나 틈새 사이에 가해지는 수압이 어느 정도 완화될 수 있으며 이에 따라 수냉식 열교환기(100)의 안정성과 신뢰성 향상에 기여한다. 또한 단열재(220)가 삽입된 상태로 함체(140)를 제작하기 때문에 별도의 단열재로 마감 처리를 할 필요가 없을 뿐 아니라, 단정한 형태를 가지므로 외관 또한 수려한 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 특징과 장점을 설명하였지만, 본 발명에 따른 권리는 이상에서 설명된 실시 예에 한정되지 않으며 오직 첨부된 특허청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있을 것이다.

도 1a 및 1b는 종래 기술에 따른 수냉식 열교환기의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 수냉식 열교환기의 외관도.

도 3은 본 발명에 따른 수냉식 열교환기 내부의 휜-관 열교환기 유닛의 구조도.

도 4는 본 발명에 따른 수냉식 열교환기의 내부 단면도.

도 5a는 본 발명에 따른 수냉식 열교환기의 내부 측단면도.

도 5b는 본 발명에 따른 수냉식 열교환기의 칸막이 구조도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 수냉식 열교환기의 함체 구조도.

Claims (5)

1. 이중판으로 제작되며 냉매관 입구 및 냉매관 출구 그리고 급수관 입구 및 회수관 출구를 구비한 함체;

   냉매 유동을 위해 상기 함체 내에 장착되되, 일정간격으로 이격된 다수개의 직선부 및 상기 직선부들 사이를 연결하는 다수개의 곡선부로 구성된 냉매관 및 상기 냉매관과 결합되도록 다수개의 관통공이 형성되며 상기 냉매관들에 직각으로 배열되는 복수개의 휜을 포함하는 휜-관 열교환기 유닛;

   상기 급수관 입구로 유입된 후 상기 회수관 출구로 유출되는 물의 함체 내부 유동 방향을 전환시키기 위하여 상기 함체 내부에 상기 휜과 나란하게 설치되며, 상기 냉매관의 삽입을 위한 냉매관 삽입홀을 구비한 다수의 칸막이 및

   상기 냉매관 입구, 상기 냉매관 출구, 상기 급수관 입구 및 상기 회수관 출구와 상기 함체 사이의 틈새로 물이 누설되는 것을 방지하기 위한 조임 부재를 포함하되,

   상기 다수개의 칸막이 각각에는, 상기 물이 상기 칸막이를 통과할 수 있도록하며 또한 상기 물이 함체 내부에서 유동할 때 중력과 온도차에 의한 수압의 불균형으로 야기되는 불균일한 물의 흐름이 조절되도록 그 크기와 수가 선택된 다수개의 통수구가 칸막이의 일측면에 형성되며,

   상기 다수개의 칸막이 중 서로 인접한 칸막이의 통수구의 위치가 서로 엇갈리게 배열됨으로써, 상기 급수관 입구로 공급된 물이 상기 함체 내부에서 상기 다수의 칸막이에 의해 순차적으로 유동 방향을 바꿔가며 상기 냉매와 열교환을 한 후 상기 회수관 출구로 배출되는, 수냉식 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 함체의 이중판은 스텐리스 강판으로 구성되며, 상기 이중판의 내부에 탄성이 있는 단열재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 수냉식 열교환기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 함체의 바닥면 일측에는 배수를 위한 배수구가 형성된 것을 특징으로 하는 수냉식 열교환기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 칸막이에 형성되는 다수개의 통수구는 그 직경이 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 하는 수냉식 열교환기.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 휜-관 열교환기 유닛은 공조용 휜-관 열교환기 유닛인 것을 특징으로 하는 수냉식 열교환기.

Images