KR100216052B1

KR100216052B1 - 기화기

Info

Publication number: KR100216052B1
Application number: KR1019920003133A
Authority: KR
Inventors: 제럴드 휴스 그레고리; 에이. 스트러스 로드니; 제이. 보어로 마이클
Original assignee: 월터 이. 파블리크; 모다인 매뉴팩츄어링 컴파니
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1999-08-16
Also published as: DE69216874T2; US5157944A; DE69216874D1; AR244874A1; AU1089492A; USRE35502E; ATE148216T1; AU642376B2; EP0501736B1; KR920016354A; EP0501736A2; MX9200868A; JPH05118706A; KR930018243A; BR9200714A; EP0501736A3; KR940002338B1; CA2060792A1

Abstract

본 발명에 의한 기화기는 유입냉매의 불균등분배에 기인하는 냉각장치에 있어서의 열교환의 비능률을 감소하도록 구성되며, 이러한 구성에 있어서 평행한 복수의 유로가 헤더(10)의 내부에 개구된 단부(84)를 갖는 튜브(20)에 의해 형성되고, 냉매흡입구(70, 72)는 헤더 (10)의 양 단부(62, 64)에 배설되어 유입냉매의 스트림(78, 80)을 발생하며, 이 스트림은 상호 충돌하여 이 스트림(78, 80)의 운동에너지 및/또는 운동량을 발산하고, 이에 따라 헤더(10)내에서의 냉매의 분배를 더욱 균등하게 한다. 또한, 냉매배출구가 헤더의 양단부에 배설되어 배출냉매의 2개의 스트림을 발생하며, 이에 따라 배출저항을 감소하고, 냉매의 보다 균등한 유동을 제공하게 된다.

Description

기화기

제1도는 본 발명에 의해 제조된 2유로기화기의 사시도.

제2도는 대략 제1도의 2-2선에 따른 흡입헤더의 단면도.

제3도는 대략 제2도의 3-3선에 따른 흡입헤더의 부분단면도.

본 발명은 기화기(evaporator)에 관한 것으로, 특히 냉각장치에 이용되는 기화기용의 개선된 유로에 관한 것이다.

모든 열교환기는 예를 들면 오일냉각기, 라디에이터, 압축기, 응축기 등과 같이 다양한 용도로 이용될 수 있다는 것이 일반적인 개념이지만, 어느 열교환유체의 종류 중 하나가 열교환중에 예를 들면 액체로부터 기체 또는 그 역으로 상(相)의 변화를 일으키는 경우는 흔하지 않다. 간단히 말하면, 대부분의 경우 이러한 상의 변화는 열교환작용의 역학을 변화시키며, 이것은 특히 냉각장치에 이용되는 기화기의 경우에 더욱 그러하다.

이와 같은 시스템에 있어서, 열교환유체는 대략 액상(液相)으로 기화기를 향해 지향되며, 경우에 따라서는 이 유체가 모두 액상이 되기도 하고, 액체와 기체의 혼상(混相)이 되기도 하지만, 어느 경우에도 냉매는 팽창밸브 또는 모세관을 통해 기화기 자체를 포함하는 저압영역으로 유입되며, 팽창밸브 또는 모세관의 냉매하류는 초기에는 혼상, 즉 액체냉매와 기체냉매로 이루어지게 된다.

냉매는 냉각장치내에서 흐르므로 운동에너지를 갖게 되며, 이것은 다시 그 질량과 상관을 갖는다. 물론, 소정량의 액상냉매 대 동일양의 기상(氣相)냉매에 대해서는 운동에너지와 이에 따른 운동량이 액상물질의 높은 밀도에 의해 상당히 크게 작용한다.

따라서, 혼상냉매가 통상 기화기를 통해 냉매를 복수의 다른 유로에 분배하기 위해 설치된 기화기내의 매니폴드 또는 헤더에 유입됨에 따라 유입냉매의 액상성분의 운동량은 종종 냉매를 매니폴드의 길이방향에 따른 대부분 또는 전부분에 신속하게 하향이동시킴으로써, 이 매니폴드의 일단부에 풀(pool)을 형성하게 한다. 따라서, 흡입구 근방에서 매니폴드에 연결된 유로는 종종 대략 기상냉매를 수취하고, 흡입구로부터 멀리 떨어진 유로는 대략 액상냉매를 수취한다. 기상냉매는 이 기화잠열(潛熱)을 흡수하고 있으므로 기상냉매가 흐르는 유로는 이 냉매가 흡수할 수 있는 모든 열을 흡수할 수 없는 한편, 기화기 제조상의 열전도성 한계에 의해 대략의 액상냉매를 수취하는 유로는 그 유로를 통해 흐르는 액상냉매가 흡수할 수 있는 모든 열을 흡수할 수 없다.

상기한 요인은 다중유로기화기의 각 유로에서의 기화에 영향을 주고, 또한 배출저항도 유로 중의 냉매의 불균등 분배를 유발할 수 있다.

이러한 결점은 기화기의 동작효율을 열화시킨다.

본 발명은 상기한 한가지 이상의 문제점을 해소하는 것이다.

본 발명의 주목적은 신규의 개선된 냉매용 기화기를 제공하는 것으로서, 특히 개선된 효율로 동작할 수 있는 기화기용의 개선된 유로를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 의한 냉매용 기화기는 기화될 유체가 흐르는 평행한 복수의 유로를 형성하는 수단과, 유로의 일단부에서 길다란 채널을 가지며, 상기 각 유로와 유체 연통하는 헤더와, 채널의 양 단부에 배설된 1쌍의 튜브로 구성된다.

바람직하게는, 상기 헤더는 튜브이고, 상기 채널은 상기 튜브의 내부로 형성된다.

바람직하게는, 상기 튜브는 직선적이고, 포트가 상기 튜브내부에 따라 대략 축방향으로 지향된다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 유로형성수단은 흡입헤더와 배출헤더 사이에 일정간격을 가지고 배설되는 복수의 튜브와 상기 일정간격을 가진 튜브사이의 핀(fin)을 포함한다.

또한, 상기 유로형성수단은 열교환영역을 횡으로 교차하는 상기 각 유로의 다중유로를 형성한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 평행하고 상호 일정간격을 갖는 복수의 튜브와, 상기 튜브사이에서 이 튜브에 고정된 핀과, 상기 튜브의 양단에 배설되고, 상기 각 튜브의 내부와 유체연통하는 길다란 흡입헤더와, 상기 튜브를 통해 유체의 보다 균등한 분배를 이루도록 유체의 상호 충돌하는 2개의 스트림을 발생하기 위한 상기 헤더내의 대향하는 2개의 포트로 구성된다.

바람직하게는, 흡입헤더와 일정간격을 갖는 위치에서 상기 튜브와 유체연통하는 길다란 배출헤더가 배설되고, 또한 이 배출헤더의 각 단부에 2개의 배출구가 배설된다.

바람직하게는, 상기 흡입구를 상호 연결하는 대략 C자형 도관과, 기화될 유체가 상기 양 흡입구로의 유동을 위해 상기 도관내로 유입되는 상기 도관의 티(tee)를 더 구비한다.

또한, 바람직하게는 튜브가 2개 이상의 열(列)로 배설되며, 제1열은 흡입헤더와 직접 유체연통하고, 제2열은 배출헤더와 직접 유체연통한다. 하나의 중간헤더가 흡입헤더에 연결된 열과 유체연통하고, 1쌍의 도관이 중간헤더의 양 단부에서 2개의 중간헤더를 연결한다. 특히 흡입헤더와 직접 유체연통하는 열과 직접 유체연통하는 중간헤더는 그 양단에 1쌍의 배출구를 갖고, 상호 멀어지도록 지향되어 배출저항을 감소시키도록 배출유체의 2개의 스트림을 발생한다. 배출헤더와 직접 유체연통하는 열과 직접 유체연통하는 중간헤더는 그 양단에 1쌍의 흡입구를 갖고, 상호 지향되어 운동에너지를 발산하도록 유입액체의 2개의 스트림을 발생한다. 또, 중간헤더는 인접하여 나란하게 배치되고, 중간헤더배출구는 인접한 중간헤더흡입구에 연결된다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부도면에 따른 다음의 상세한 설명으로 보다 명백해 질 것이다.

제1도에 있어서, 본 발명에 의해 제조된 반류(反流)/역류기화기의 일실시예를 도시하며, 본 발명의 원리는 단일유로기화기 뿐만 아니라 2개 이상의 유로를 갖는 다중유로기화기에도 적용될 수 있는 것은 물론이다.

제1도에 도시한 바와 같이, 기화기는 흡입헤더(10)와 배출헤더 (12)를 가지며, 양 헤더는 원형 단면을 갖는 원통형 튜브로 형성되고, 또 기화기는 한쌍의 중간헤더(14, 16)를 가지며, 각 중간헤더(14, 16)는 상기 헤더(10, 12)와 같이 인접하여 나란히 배설되고, 이 헤더(10, 12)로부터 일정간격을 갖는 동시에 이 헤더에 대해 평행하다. 헤더(14, 16)의 각 단부에서의 2개의 U자형 튜브(18, 19)는 각 헤더(14, 16)의 내부를 유체연통한다. 바람직하게는 복수의 각 튜브(20)는 종래의 납작한 튜브이고, 2개의 열(列)(1개의 열만 도시함)로 배설되며, 그 중 제1열은 흡입헤더(10)와 중간헤더(14) 사이에 배설되고, 이것의 각 단부은 양 헤더(10, 14)의 내부와 유체연통하며, 그 중 제2열은 배출헤더(12)와 중간헤더(16) 사이에 배설되고, 이것의 각 단부는 헤더(12, 16)의 내부와 유체연통한다.

각 열의 튜브(20)는 상호 일정간격을 가지고 있고, 이러한 간격을 갖는 각 인접튜브(20) 사이에 파형 핀(fin)(22)이 배치되며, 또한 주지된 바와 같이 이 튜브(20)에 접합된다.

대략 C자형 도관(24)의 양 단부(26, 28)는 이것과 대응하는 헤더(10)의 양 단부에 위치하여 그 내부와 유체연통하며, 바람직하게는 각 단부(26, 28)의 중앙에서 도관(24)은 브랜치(32, 34) 및 브랜치(36)를 연결하는 티(tee)(30)를 가지며, 각 브랜치(32, 34)는 단부(26, 28)에 연결되고, 브랜치(36)는 예를 들면 냉각장치의 응축기(도시하지 않음)에 연결되며, 이 응축기는 냉각장치의 압축기(도시하지 않음)로부터 받은 냉매를 응축하게 된다. 주지된 바와 같이, 이러한 압축기는 제1도에 도시한 것과 같은 기화기로부터 기상(氣相)의 냉매를 수취하고, 이 압축기를 통해 흐르는 냉매는 C자형 도관(44)에 위치한 티(42)의 브랜치(40)로 배출되며, 티(42)의 브랜치(46)는 도관(44)의 일단부(48)와 유체연통하고, 브랜치(50)는 도관(44)의 타단부(52)에 연결되며, 각 단부(48, 52)는 배출헤더(12)의 양 단부에서 이 배출헤더(12)의 내부와 유체연통한다.

동작시 냉매는 도관(24)을 경유하여 흡입헤더(10)내로 유입되고, 이곳에서 튜브(20)의 열(도시하지 않음)을 통해 중간헤더(14)로 유입된 후 U자형 튜브(18, 19)를 통해 제1중간헤더(14)의 양 단부로부터 유출되며, 이어서 중간헤더(16)의 양 단부를 통해 이 헤더(16)에 유입된다. 이곳에서 냉매는 제2열의 튜브(20)를 통해 상승하여 배출헤더(12)로 유입되고, 이 배출헤더(12)로부터 도관(44)을 통해 브랜치(40)로 유출되어 응축기로 귀환한다. 최대성능을 위해 화살표(60)방향으로 기류가 형성되며, 이 기류의 방향과 유입되는 냉매의 방향, 즉 화살표(60)로 표시된 기류의 방향과 반대방향인 기화기의 후방으로부터 전방으로 향하는 방향은 상호 반류를 형성한다. 또, 튜브(20)는 기류가 발생되는 열교환영역에 대해 횡으로 배설되므로, 기화기는 역류특성도 갖게 된다.

C자형을 이루는 원형 단면의 도관을 갖는 튜브로 이루어진 흡입헤더는 간략하게 이와 같이 도시되어 있으나, 실제의 적용시에 있어서는 헤더, 흡입구 및 배출구는 모두 적재층 또는 적층구조로 결합하는 것이 바람직하다.

제2도 및 제3도에 있어서, 흡입헤더(10)의 단부(62, 64)는 각각 컵형상의 플러그(66, 68)로 밀봉되고, 각 플러그(66, 68)는 헤더(10)의 종축(74)상에 배설되어 이 종축(74)방향으로 개구되는 중앙개구부(70, 72)를 포함한다. 도관(24)의 단부(26, 28)는 각각 개구부(70, 72) 주위에서 플러그(66, 68)의 외부에 밀봉되며, 따라서 티(30)의 브랜치(36)에서 유입되는 냉매는 C자형 도관(24)을 통해 그 단부(26, 28)로 흐른 후 개구부(70, 72)를 통해 대략 축방향으로 유입됨으로써 상호 지향되는 2개의 스트림(78, 80)을 형성하게 된다.

제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이, 튜브(20)는 흡입헤더의 길이방향에 따라 배설되고, 흡입헤더의 내부에 개구되는 개구단부(84)를 갖는다.

동작시, 냉각장치를 통한 유동으로부터 얻어지는 운동량에 의해 유입스트림(78, 80)의 액상(液相)성분은 대략 축(74)방향으로 지향되어 상호 충돌하고, 이에 따라 이것은 운동에너지를 발산하며, 이 에너지는 흡입개구부(70)만이 사용된다면 헤더(10)의 단부(64)에, 흡입개구부(72)만이 사용된다면 단부(62)에 풀이 형성되도록 할 것이다. 이 스트림은 통상 다소의 기포도 포함하므로, 정확하게 헤더(10)의 중앙지점에서 그 유동이 종료되는 것이 아니라 헤더(10)의 길이방향의 전반에 걸쳐서 살포되고, 이에 따라 액상의 냉매는 헤더(10)의 전체길이에 따라 대략 균등하게 분배되므로, 기화기의 일측으로부터 타측까지 각 튜브(20)에 대해 냉매의 유동을 균등하게 할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같은 기화기의 비능률의 원인이 최소화 되거나 해소된다.

유동의 균등성을 최대로 하기 위해 전술한 바와 같이 중간헤더(14, 16)사이를 연결하는 전송용 2개의 U자형 튜브(18, 19) 및 흡입도관과 대략 같은 배출도관(44)을 이용하는 구성이 채용될 수 있으며, 이러한 구성을 통해 종래의 1개로 된 흡입기화기 구성에 비해 약 7∼10% 정도로 기화기의 효율향상이 달성된다.

또, 흡입헤더의 동작설명은 제2중간헤더(16)에도 적용되며, 이 헤더(16)도 헤더(16)의 길이방향에 따라 보다 균등하게 유체를 분배시키기 위해 상호 충돌하는 2개의 유입스트림을 가진다.

배출헤더(12)는 양 단부에서 2개의 배출구를 가지며, 이곳에서 직접 도관단부(48, 52)로 연결되고, 이 양 단부에 2개의 배출구를 배설함으로써 배출저항의 균등성을 향상시킨다. 제1중간헤더(14)도 또한 양 단부에서 2개의 배출구를 가지며, 이곳에서 직접 튜브(18, 19)로 냉매를 배출함으로써 저항을 균등화 한다. 제1중간헤더의 일단부로부터의 냉매는 제2중간헤더의 인접단부로 흐르며, 이는 헤더의 양 단부로부터 냉매의 최단경로를 제공한다.

냉각장치의 전체적인 효과는 양 단부에서 2개의 흡입구를 갖는 흡입헤더, 양 단부에서 2개의 배출구를 갖는 배출헤더, 및 1쌍의 포트로 양 단부가 접속된 1쌍의 중간헤더를 함께 조합함으로써 향상되며, 이러한 장치는 액체와 기체사이의 마찰력차이에 기인하는 문제를 해소하고, 헤더와 이에 연결된 튜브를 통해 액체의 분배를 더욱 균등하게 한다. 흡입헤더 및 제2중간헤더의 양 단부에서의 흡입구는 상호 충돌하도록 지향하는 2개의 스트림을 제공하여, 헤더에 따라 냉매를 균등하게 분배시키고, 배출헤더 및 제1중간헤더의 양 단부에서의 배출구를 이용하여 여러 유로에서의 유동저항을 균등화 하며, 이에 따라 기화기를 횡으로 교차하는 유동을 더욱 균등화 하여 최대의 효율을 얻는다.

Claims

각각 제1 및 제2단부를 갖는 동시에 기화될 유체가 흐르는 평행한 복수의 유로를 형성하는 수단과, 상기 제1단부에서 길다란 흡입채널을 가지며, 상기 각 유로와 유체연통하는 흡입헤더와, 상기 제2단부에서 길다란 배출채널을 가지며, 상기 각 유로와 유체연통하는 배출헤더와, 상기 흡입채널의 양 단부에서 이 흡입채널에 연통되는 1쌍의 흡입구로서, 상호 지향됨으로써 상기 흡입구에 유입되는 기화될 유체가 상호 충돌하는 2개의 스트림을 형성하여 상기 유로 중에서의 상기 유체의 분배의 균등성을 향상시키도록 하는 1쌍의 흡입구와, 상기 배출채널의 양 단부에서 이 배출채널에 연통되는 1쌍의 배출구로서, 상호 멀어지도록 지향됨으로써 상기 배출구로부터 배출되는 유체는 상호 분기되는 2개의 스트림을 형성하여 배출저항을 감소하고, 상기 유로중에서의 상기 유체의 분배의 균등성을 향상시키도록 하는 1쌍의 배출구로 구성된 것을 특징으로 하는 냉매용 기화기.
제1항에 있어서, 상기 배출헤더는 튜브이고, 상기 배출채널은 상기 튜브의 내부로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉매용 기화기.
제2항에 있어서, 상기 튜브는 직선적인 것을 특징으로 하는 냉매용 기화기.
제2항에 있어서, 상기 배출구는 상기 튜브내부에 따라 대략 축방향으로 지향되는 것을 특징으로 하는 냉매용 기화기.
제1항에 있어서, 상기 유로형성수단은 상기 헤더사이에 일정간격을 가지고 배설되는 복수의 튜브와 상기 일정간격을 가진 튜브사이의 핀(fin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매용 기화기.
제1항에 있어서, 상기 유로형성수단은 열교환영역을 횡으로 교차하는 상기 각 유로의 다중유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 냉매용 기화기.
평행하고, 상호 일정간격을 갖는 복수의 튜브와, 상기 튜브사이에서 이 튜브에 고정된 핀과, 상기 튜브의 양단에 배설되고, 상기 각 튜브의 내부와 유체연통하는 길다란 배출헤더와, 상기 튜브를 통해 유체의 보다 균등한 분배를 이루도록 유체의 2개의 스트림을 발생하기 위한 상기 헤더내의 대향하는 2개의 포트로 구성되고, 상기 포트가 상호 멀어지도록 지향됨으로써 유체가 2개 방향으로 상기 헤더로부터 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 기화기.
제7항에 있어서, 또한 상기 포트를 상호 연결하는 대략 C자형 도관과, 기화될 유체가 상기 양 포트로의 유동을 위해 상기 도관내로 유입되는 상기 도관의 티(tee)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 냉각장치용 기화기.
제8항에 있어서, 상기 헤더는 대략 원형 단면의 튜브이고, 상기 포트는 그 양 단부에 위치하는 동시에 상호 대략 축방향으로 정렬된 것을 특징으로 하는 냉각장치용 기화기.
제9항에 있어서, 상기 헤더는 흡입헤더이고, 상기 포트는 상호 지향되며, 상호 충돌하는 상기 유체의 스트림은 운동에너지를 발산하는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 기화기.
제7항에 있어서, 유체는 상기 포트를 통해 상기 배출헤더로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 기화기.
각 유로와 유체연통하는 배출헤더와, 상기 배출채널의 양 단부에서 이 배출채널에 연통되는 1쌍의 배출구로서, 상호 멀어지도록 지향됨으로써 상기 배출구로부터 배출되는 유체는 상호 분기되는 2개의 스트림을 형성하여 배출저항을 감소하고, 상기 유로중에서의 상기 유체의 분배의 균등성을 향상시키도록 하는 1쌍의 배출구와, 상기 배출헤더의 각 단부에서 이 헤더에 연통되고, 상호 대향하는 포트와, 상기 포트를 상호 연결하는 공통 도관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 기화기.
길다란 흡입채널을 갖는 흡입헤더와, 상기 흡입헤더와 인접하여 나란하고, 길다란 배출채널을 갖는 배출헤더와, 상호 인접하여 나란한 중간헤더로서, 상기 흡입헤더 및 배출헤더에 대해 일정간격을 가지고 평행하며, 각각 길다란 채널을 갖는 제1 및 제2중간헤더와, 제1열의 각 튜브는 상기 흡입채널 및 상기 제1중간채널과 유체 연통하고, 제2열의 각 튜브는 상기 배출채널 및 상기 제2중간채널 과 유체연통하는 제1 및 제2열의 튜브와, 상기 흡입채널의 양 단부에서 이 흡입채널에 연통되는 1쌍의 흡입구와, 상기 배출채널의 양 단부에서 이 배출채널에 연통되는 1쌍의 배출구와, 상기 제1중간채널의 양 단부에서 이 제1중간채널에 연통되는 1쌍의 배출구와, 상기 제2중간채널의 양 단부에서 이 제2중간채널에 연통되는 1쌍의 흡입구로 구성된 것을 특징으로 하는 냉각장치용 기화기.
제13항에 있어서, 상기 흡입채널과 배출채널은 상호 인접하여 나란하고, 상기 제1 및 제2중간채널은 상호 인접하여 나란한 것을 특징으로 하는 냉각장치용 기화기.
제14항에 있어서, 1쌍의 U자형 튜브를 더 구비하고, 상기 튜브는 상기 중간채널의 양단에서 접속되어 상기 제1중간채널의 상기 각 배출구가 상기 각 중간채널의 양측에서 상기 흡입채널의 인접부와 직접 유체연통하는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 기화기.