KR100460100B1 - 진동식 열교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심야시간의 잉여전기를 이용하여 축열유체의 유빙을 형성하고 전력 부하가 큰 주간시간에 상기 유빙을 이용하여 냉방을 하는 빙축열시스템에 적용하기 적합한 열교환장치에 관한 것이다. 본 발명의 열교환장치(1)는, 냉매와 축열유체 사이의 열교환에 의해 상기 축열유체의 유빙을 형성하는 열교환장치로서, 상기 냉매가 통과되는 냉매챔버(10); 상기 냉매가 열을 흡수해 가도록 상기 냉매챔버(10)에 의해 포위된 상태에서 상기 축열유체가 통과되는 하나 이상의 열전달관(20); 상기 열전달관(20)을 따라 삽입 장착된 상태에서 진동하여 상기 열전달관(20)의 내벽에 형성된 상기 축열유체의 동결피막을 이탈 및 파쇄시키는 나선형 진동부재(30); 및 상기 나선형 진동부재(30)에 기계적으로 결합하여 상기 나선형 진동부재(30)를 진동시키는 진동수단(40); 을 포함한다. 상기 진동수단(40)은, 진동모터(41), 상기 진동모터(41)에 연결되어 진동을 전달하는 다수의 진동전달로드(42), 상기 나선형 진동부재(30)가 장착되고 상기 진동전달로드(42)의 진동을 상기 나선형 진동부재(30)에 전달하는 진동판(43), 및 상기 진동판(43)의 진동이 상기 나선형 진동부재(30) 이외로 전달되는 것을 방지하는 방진수단(44)을 포함할 수 있다. 상기 나선형 진동부재(30)는, 상기 열전달관(20)의 상단에 장착되는 연결슬리브(50)를 매개하여 상기 진동판(43)에 연결할 수 있다.

Description

진동식 열교환장치{Vibration-Type Heat Exchanger}

(기술분야)

본 발명은 열교환장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 심야시간의 잉여전기를 이용하여 축열유체의 유빙을 형성하고 전력 부하가 큰 주간시간에 상기 유빙을 이용하여 냉방을 하는 빙축열시스템에 적용하기 적합한 열교환장치에 관한 것이다.

(배경기술)

일반적으로, 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에는 서로 격리된 2이상의 유체간에 열을 교환시킴으로써 목적하는 유체를 냉각시키거나 가열시키는 열교환장치를 포함하고 있다.

이런 열교환장치는 그 사용목적에 따라 매우 다양한 구조를 가지지만, 기본적으로는 축열유체가 순환되는 구획과 상기 축열유체로부터 열을 빼앗거나 열을 가하는 냉매나 열매가 순환되는 구획이 열전도율이 높은 소재(예, 동으로 된 열전달관)를 경계로 순환하는 구조로 되어 있다.

이와 같은 열교환장치를 사용하는 시스템의 하나로 전기요금이 저가인 심야시간대의 잉여전기를 이용해 축열유체의 유빙을 생성하여 축열조에 저장하고, 전기요금이 고가인 전력 부하가 큰 시간대에 축열조의 축열유체 유빙을 이용해 냉방을 하는 빙축열시스템이 개발되어 있다. 이런 빙축열시스템은 에너지비용을 절감할 수 있는 대책의 하나로서 널리 관심의 대상이 되고 있다.

도8은 종래의 기본적인 빙축열시스템의 개략도이다. 도시된 바와 같이 빙축열시스템(100)은 냉각탑(110), 냉각기(120), 열교환기(130), 축열조(140), 열교환기(150) 및 실내기(160) 등을 포함하는 구성으로 되어 있다. 본 빙축열시스템(100)의 가동에는 심야전력과 일반전력이 교대로 사용된다. 즉, 전기요금이 저렴한 심야시간에는 냉각기(120)와 열교환기(130)를 가동시켜 열교환기(130)의 코일(131)에 냉매를 순환시킴으로써 축열유체의 유빙을 형성시켜 축열조(140)에 저장한다. 그리고 전기요금이 고가인 주간에는 열교환기(150)와 실내기(160)를 가동시켜 유빙을 해빙시킴으로써 실내기(160)를 통해 냉방을 한다.

이와 같은 빙축열시스템(100)에 있어서의 문제점의 하나는, 코일(131)의 외부 표면에 축열유체의 동결피막이 생성됨에 따라 이 동결피막의 단열작용으로 인하여 열전달효율을 저하되고, 결국 유빙의 생성효율이 저하되는 것이다.

도9는 동결피막에 의한 열전달효율저하를 개선한 종래 열교환기의 개략도이고, 도10은 도9의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 열교환기(200)는 냉매가 통과되는 외관(210), 축열유체가 통과되는 내관(220) 및 내관(220)의 내면에 생성된 동결피막을 긁어내는 와이퍼(230)를 포함한다. 이와 같은 구성에 따라 외관(210)을 순환하는 냉매가 증발하면서 내관(220)을 순환하는 축열유체가 유빙으로 되고, 이때 내관(220)의 내면에 형성된 동결피막은 와이퍼(230)의 회전으로 제거되며, 따라서동결피막으로 인한 열전달효율의 저하를 줄일 수 있다. 그러나, 도9와 도10의 열교환기(200)의 경우, 동결피막으로 인한 열전달효율 저하를 어느 정도 줄일 수 있지만, 구조적으로 외관(210)에 여러 개의 내관(220)을 장착하기 어렵기 때문에 대용량화가 어렵고 그 성능에 한계가 있게 된다.

또 다른 종래의 열교환기로서 궤도(orbital) 운동하는 휩로드를 구비한 도11에 도시된 열교환기(300)가 있다. 본 열교환기(300)는, 증발관(310), 다수의 열전달관(320), 다수의 카운터크랭크(330)와 휩로드(340), 구동판(350), 편심크랭크(360), 및 구동모터(370)를 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

본 열교환기(300)에서, 저온의 냉매가 증발관(310)을 통해 이동하면서 증발하는 동안 열전달관(320)을 통해 지나는 축열유체가 냉각된다. 이때 구동모터(370)의 작동, 편심크랭크(360)의 회동, 구동판(350)의 궤도운동, 구동판(350)의 구멍(351)과 카운터크랭크(330)의 돌출부(331)의 결합을 통한 카운터크랭크(330)의 회전을 거쳐 카운터크랭크(330)의 편심위치에 걸려 있는 각각의 휩로드(340)가 소정의 궤적을 따라 궤도운동을 한다. 궤도운동을 하는 휩로드(340)는 열전달관(320)의 내벽을 긁어주게 되며, 결국 각 열전달관(310) 내벽에 얼어붙은 축열유체는 열전달관(320) 내벽에서 이탈되어 유빙상태로 내벽을 타고 흘러내리게 된다.

이와 같은 도11의 열교환기(300)는 하나의 증발관(310)에 다수의 열전달관(320)이 장착됨에 따라, 열전달 성능이 향상되고 생성되는 유빙의 양도 종래의 것에 비해 증가한다는 장점이 있다.

그러나, 도11의 열교환기(300)는 다수의 열전달관(320) 내에 위치한 다수의휩로드(340)를 동시적으로 궤도 운동시키기 위해 구동모터(370), 편심크랭크(360), 구동판(350), 다수의 카운터크랭크(330), 및 다수의 휩로드(340)로 이어지는 매우 복잡하고 정교한 휩로드 구동수단을 구비하여야 하기 때문에 열교환기의 구조가 매우 복잡하고 관련 부품들의 고장이 빈번하다는 문제가 있다.

특히, 휩로드들(340)은 플라스틱 합성수지로 된 카운터크랭크(330)에 매달린 상태에서 카운터크랭크(330)의 회동에 따라 궤도운동하는 것이고 구동판(350)의 구동력이 그 구멍(351)과 카운터크랭크(330)의 돌출부(331)의 결합을 통해 카운터크랭크(330)의 원운동으로 전달되는 것이기 때문에, 카운터크랭크(330)에 많은 하중이 가해지게 되고, 따라서 카운터크랭크(330)와 구동판(350)의 파손에 의한 작동중단이 빈번하게 발생한다는 문제점이 있으며, 최종적으로 생산되는 축열유체의 유빙의 품질도 만족스럽지 못하다는 한계가 있다.

본 발명의 목적은, 전기요금이 저렴한 심야시간대의 잉여전기를 이용해 축열유체의 유빙을 생성하여 축열조에 저장하고, 전기요금이 고가인 전력 부하가 큰 주간시간에 축열조의 유빙을 이용해 냉방을 하는 빙축열시스템에 사용되기 적합한 열교환장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적은 열전달관의 내벽에 형성되는 축열유체의 동결피막을 효과적으로 제거할 수 있으면서도 관련 부품에 무리한 하중이 가해지지 않아 부품파손에 의한 작동중단의 문제를 현저하게 줄일 수 있는, 빙축열시스템에 특히 적합한 열교환장치를 제공하고자 하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 예시적인 진동식 열교환장치의 분해사시도,

도2는 본 발명에 따른 예시적인 진동식 열교환장치의 단면도,

도3은 예시적인 진동판의 평면도,

도4는 예시적인 연결슬리브의 사시도,

도5는 예시적인 유지구의 사시도,

도6은 예시적인 연결슬리브의 사용상태 단면도,

도7은 보강볼트의 예시적인 장착상태를 보여주는 사시도,

도8은 종래의 빙축열시스템의 블록도,

도9는 종래 열교환기의 사시도,

도10은 도9의 단면도,

도11은 종래의 또 다른 예시적인 열교환기의 분해사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 열교환장치 2: 상부챔버 3: 하부챔버

10: 냉매챔버 11: 냉매입구 12: 냉매출구

20: 열전달관 30: 나선형 진동부재

31: 보강볼트 40: 진동수단 41: 진동모터

42: 진동전달로드 43: 진동판 44: 방진수단

50: 연결슬리브 60: 유지구

본 발명에 따라, 냉매와 축열유체 사이의 열교환에 의해 상기 축열유체의 유빙을 형성하는 열교환장치가 제공된다. 본 발명의 진동식 열교환장치는, 열전달관 내면에 바람직하지 않게 동결된 축열유체를 제거함으로써 열전달관의 열전달효율을 향상시킬 수 있는 열교환장치로서, 바람직하게 냉매와 축열유체 사이의 열교환에 의해 축열유체의 유빙을 형성하는 빙축열시스템에 적용할 수 있다.

본 발명의 열교환장치는 열전달관의 내벽에 동결된 축열유체의 피막을 진동하는 나선형 부재에 의해 이탈시키고 파쇄시켜 아래로 흘려 보냄으로써 열전달관의 열전달효율을 높이는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 본 발명에 따른 열교환장치는, 냉매가 통과되는 냉매챔버, 상기 냉매가 열을 흡수해 가도록 상기 냉매챔버에 의해 포위된 상태에서 축열유체가 통과되는 하나 이상의 열전달관, 상기 열전달관을 따라 삽입 장착된 상태에서 진동하여 상기 열전달관의 내벽에 형성된 상기 축열유체의 동결피막을 이탈시키는 나선형 진동부재, 및 상기 나선형 진동부재를 진동시키는 진동수단을 포함한다.

바람직하게 상기 진동수단은, 진동모터, 상기 진동모터에 연결되어 진동을 전달하는 진동전달로드, 상기 나선형 진동부재가 장착되고 상기 진동전달로드의 진동을 상기 나선형 진동부재에 전달하는 진동판, 및 상기 진동판의 진동이 상기 나선형 진동부재 이외로 전달되는 것을 방지하는 방진수단을 포함하도록 구성할 수 있다.

바람직하게 상기 진동부재는, 상기 열전달관의 상단에 장착되는 연결슬리브를 매개하여 상기 진동판에 연결할 수 있다.

바람직하게 상기 나선형 진동부재의 내부에는 보강볼트를 삽입 및 고정하여 상기 나선형 진동부재의 상하신축을 방지할 수 있다.

바람직하게 상기 열전달관의 내벽에는 상기 축열유체 유빙의 동결을 최소화하기 위한 비점착성 소재의 피막이 도포할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 진동식 열교환 장치를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 진동식 열교환 장치를 예시적으로 설명하는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1과 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열교환장치(1)는, 냉매챔버(10), 냉매챔버(10)에 수용되는 다수의 열전달관(20), 상기 열전달관들(20)에 대응하는 개수의 나선형 진동부재(30), 및 상기 나선형 진동부재들(30)을 일체로 진동시키는 진동수단(40)을 기본적으로 포함한다.

냉매챔버(10)는 냉매가 통과되면서 상변화(예, 증발)를 일으키는 챔버이다. 바람직하게 냉매챔버(10)는, 도1에 예시된 바와 같이, 상하가 폐쇄된 원통형으로 되어 있다. 냉매챔버(10)의 하측에는 냉매입구(11)가 형성되어 있고 그 상측에는 냉매출구(12)가 형성되어 있다.

저온의 냉매는 냉매입구(11)로 유입되어 냉매챔버(10) 안에서 증발(상변화)을 일으키면서 주변으로부터 열기를 흡수하고 냉매출구(12)를 통해 배출된다. 예시된 도면에서 냉매입구(11)를 냉매출구(12)의 하측에 배치하는 것은 냉매가 냉매챔버(10)에 머무는 시간을 연장하여 열교환시간을 연장시키기 위한 것이다.

냉매챔버(10)의 내부로는 다수의 열전달관들(20)이 장착되어 있고, 냉매챔버(10)의 상측으로는 축열유체를 열전달관(20)으로 유입시키는 상부챔버(2)가 장착되어 있으며, 냉매챔버(10)의 하측으로는 축열유체유빙이 모이게 되는 하부챔버(3)가 장착되어 있다. 하부챔버(3)에 모인 축열유체유빙은 축열조(도시생략)로 흘러간다.

열전달관들(20)은 냉매챔버(10)를 상하로 가로질러 상판(13)과 하판(14)에 걸쳐 장착되며 냉매챔버(10)에 의해 포위되어 있다. 열전달관(20)은 열전도율이 높은 재질(예, 동관)로 형성되어 있다.

축열유체는 열전달관(20)의 상단을 통해 유입되고, 열전달관(20)을 따라 흘러 내려간 후에 열전달관(20)의 하단을 통해 흘러나가게 되며, 이 과정에서 열전달관(20)을 감싸고 있는 냉매챔버(10)의 냉매에 열을 빼앗겨서 냉각된다. 냉각된 축열유체는 유빙의 형태로 열전달관(20)을 흘러 나가며, 이 유빙이 축열조로 보내져 냉방에 사용된다.

상부챔버(2)는 냉매챔버(10)의 상판(13) 위에 설치할 수 있다. 상부챔버(2)는 내부를 관찰할 수 있도록 투명한 아크릴로 된 원통형 쉘(4)과 탑플레이트(5)로 구성할 수 있고, 탑플레이트(5)와 상판(13)에 걸쳐서 다수의 장착볼트(6)를 체결함으로써 수밀하게 상판(13) 위에 설치할 수 있다. 바람직하게 쉘(4)과 상판(13) 및 쉘(4)과 탑플레이트(5)의 사이에는 누수를 방지하기 위한 패킹(2a)이 된다. 상기 탑플레이트(5)에는 축열유체를 상부챔버(2)로 공급하기 위한 축열유체공급구(7)가 형성되어 있어서 여기에 축열유체공급관(8)이 결합된다.

하부챔버(3)는 예를 들어 냉매챔버(10)의 하판(14)에 플랜지 연결하여 형성하 수 있다. 하부챔버(3)의 하측에는 배출구(9)가 형성되어 있으며, 배출구(9)를 통해 축열유체유빙이 축열조로 배출된다. 하부챔버(3)의 저면을 상기 배출구(9) 쪽으로 경사지게 한 것은 용이하게 유빙이 배출되도록 하기 위한 것이다.

도2에서는 설명을 용이하게 하기 위해 냉매챔버(10)에 단지 하나의 열전달관(20)이 설치된 예를 도시하였지만, 냉매챔버(10)에는 도1과 도3에 도시된 바와 같이 수십개에서 100개 이상까지 열전달관(20)을 장착할 수 있다.

상기 각각의 열전달관(20)에는 나선형 진동부재(30)가 삽입된다. 본 발명에 적용될 수 있는 나선형 진동부재(30)는, 상기 진동수단(40)에 의해 진동될 때 그 둘레의 열전달관(20)의 내벽을 반복적으로 타격함으로써 열전달관(20)의 내벽에 동결된 축열유체의 피막을 이탈 및 파쇄시켜 아래로 흘러가도록 하는 부재이다.

바람직하게 나선형 진동부재(30)는 열전달관(20)의 전체 길이에 걸치게 되는 길이를 가진다. 또한, 나선형 진동부재(30)의 외주면은 열전달관(20)의 내벽에 밀착되지는 않지만 상기 진동수단(40)에 의해 진동될 때 열전달관(20)의 내벽을 타격할 수 있을 정도의 직경을 가진다.

나선형 진동부재(30)라 함은, 예를 들어 일반적인 코일스프링과 같이 선형의 소재를 나선으로 감은 헤리컬 구조(helical 또는 spiral structure)의 부재로서, 내부는 비어 있고 나선 사이의 공간을 통해 내부와 외부 사이에 축열유체의 이동이 자유로운 구조를 의미한다. 즉, 나선형 진동부재(30)는 그 구조가 코일 스프링과 유사하지만 기능적으로는 탄성을 제공하기 위한 것이 아님으로 스프링의 특성인 신축성(나선의 상하 변위)은 가능한 한 배제시킨 헤리컬 구조이다.

나선형 진동부재(30)의 소재로는 전술한 바와 같은 조건을 만족할 수 있고 내구성을 가지는 것이라면 특히 제한되지 아니하며, 예를 들어 스테인리스강이나 고강도 플라스틱 합성수지 등을 나선형으로 성형한 것을 사용할 수 있다.

바람직하게 나선형 진동부재(30)의 외측면은 열전달관(20)의 내벽의 윤곽에 대응하는 윤곽을 가지도록 형성함으로써 열전달관(20)의 내벽을 타격할 때 축열유체의 동결피막을 이탈시키는 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 열전달관(20)의 내벽에 대한 효과적인 타격을 위해 나선형 진동부재(30)의 외측면에 요철을 형성할 수도 있다.

이상과 같은 나선형 진동부재(30)는, 후술하는 진동수단(40)에 의해 진동함에 따라 열전달관(20)의 내벽에 형성된 축열유체의 동결피막은 나선형 진동부재(30)의 반복적인 타격에 의해 이탈 및 파쇄되어 아래로 흘러내리게 되고, 이때 나선형 진동부재(30)의 나선구조는 축열유체 유빙의 흘러내림에 유도하게 된다.

이상과 같은 나선형 진동부재(30)는 진동수단(40)에 의해 진동된다. 본 발명에 적용되는 진동수단(40)으로서는 나선형 진동부재(30)가 열전달관(20)의 내벽을 반복적으로 타격할 수 있도록 나선형 진동부재(30)를 진동시킬 수 있는 것이라면 특히 제한되지 아니한다.

사용 가능한 진동수단(40)으로서는, 나선형 진동부재(30)의 상측, 예를 들어 상부챔버(2)의 상측에 설치된 진동모터(41), 진동모터(41)에 연결되어 진동을 전달하는 진동전달로드(42)와, 상기 진동전달로드(42)와 나선형 진동부재(30) 사이에 연결되어 진동전달로드(42)의 진동을 나선형 진동부재(30)에 전달하는 진동판(43)을 포함하도록 구성할 수 있으며, 바람직하게 진동모터(41)의 진동이 상기 나선형 진동부재(30) 이외로 전달되는 것을 차단하는 방진수단(44: 예, 방진스프링)을 포함시킬 수 있다.

진동모터(41)는 모터베이스(41a)에 장착되며, 모터베이스(41a)에는 진동전달로드들(42: 예, 4개)의 상단이 체결된다. 진동전달로드(42)는 상기 탑플레이트(5)로의 진동전달이 없도록 탑플레이트(5)를 그대로 관통하여 그 하단이 상기 진동판(43)에 체결된다. 도면부호 45는 외부로 노출된 진동전달로드를 피복하는 신축성 커버이다.

진동판(43)은, 그 강도를 유지하는 범위 내에서, 축열유체공급관(8)을 통해 상부챔버(2)로 유입된 축열유체가 열전달관(20)으로 유입되는 것에 대하여 가능한 한 저항하지 않고 축열유체가 여러 열전달관들(20)에 대해 균등하게 분배될 수 있는 구조로 형성하는 것이 바람직하다.

도1 내지 도3에 예시된 구체예에서 진동판(43)은 상부챔버(2) 내에 수용될 수 있는 크기의 원판으로 되어 있고, 여기에는 열전달관들(20)에 대응하는 수의 열전달관장착구(43a)가 관통 형성되어 있다. 나선형 진동부재(30)는 상기 열전달관장착구(43a)에 장착된다.

나선형 진동부재(30)는 진동판(43)의 열전달관장착구들(43a)에 바로 장착할 수도 있지만 연결슬리브(50)를 매개하여 장착하는 것이 바람직하다.연결슬리브(50)로서는, 도4와 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 본체(51)의 하측에 진동부재결합돌기(52)를 형성하고 상측에 진동판걸림턱(53)을 형성한 것을 적용할 수 있다. 연결슬리브(50)는 진동판(43)과 열전달관(20) 사이에 장착되며, 이때 진동부재결합돌기(52)에는 나선형 진동부재(30)가 결합되고 진동판걸림턱(53)은 진동판(43)에 형성된 열전달관장착구(43a)에 걸쳐진다. 상기 나선형 진동부재(30)는 진동부재결합돌기(52)의 둘레에 형성된 나사에 나사결합시켜 고정시킬 수 있다.

연결슬리브(50)의 본체(51)는 열전달관(20)의 내부윤곽에 대응하는 외부윤곽을 가지는 원통형상으로 되어 있다. 본체(51)의 직경은 그 둘레의 열전달관(20)의 내벽 사이로 축열유체가 흘러 내려갈 수 있는 틈이 형성될 수 있을 정도의 직경을 가진다. 본체(51)의 입구 안으로 유입된 축열유체는 그 하단 둘레 형성된 배출공(54: 예 4개)으로 배출된다.

나선형 진동부재(30)는 상하의 신축이 배제되도록 제작된다고 하더라도 그 구조적인 특성상 스프링과 같이 상하 신축을 일으킬 수 있다. 나선형 진동부재(30)의 상하신축은 그 하단부에 권수를 증가시켜 나선과 나선 사이의 간격을 좁힘으로써 유빙의 배출을 방해할 가능성이 있고, 이런 유빙배출방해는 열전달관(20)의 하측에 축열유체의 유빙 덩어리를 축적시켜 유빙의 원활한 배출을 방해할 수 있다. 따라서, 나선형 진동부재(30)에는 보강볼트(31)를 삽입 고정하여 그 상하신축을 방지하는 것이 바람직할 수 있다.

도2, 도6 및 도7에 도시된 예를 참조하면, 보강볼트(31)는 연결슬리브(50)에 형성된 볼트구멍(55)에 삽입되고 보강볼트(31)의 하단은 유지구(60)에 의해 나선형진동부재(30A)의 하단에 고정된다. 이를 위해 유지구(60)의 중심에는 보강볼트(31)가 삽입되는 볼트공(61)이 형성되어 있다.

따라서 볼트구멍(55)에 보강볼트(31)를 삽입하고 유지구(60)의 볼트공(61)에 보강볼트(31)의 하단을 삽입한 후에 유지구(60) 둘레의 나사에 나선형 진동부재(30)의 하단을 결합시킨 다음 너트(32)를 체결하면, 나선형 진동부재(30)가 연결슬리브(50)와 유지구(60)의 사이에서 보강볼트(31)에 의해 구속됨으로 바람직하지 않은 상하신축을 제한할 수 있다.

상기 보강볼트(31)에는 도2에 도시된 바와 같이 깔때기 형상(즉, 하광상협의 형상)으로 된 물막이판(33)을 장착할 수 있다. 물막이판(33)을 장착하면 축열유체의 하강이동에 약간의 저항을 주어 그 흘러내림 속도를 지연시킬 수 있고, 또한 축열유체의 흐름을 열전달관(20) 쪽으로 유도하여 열전달효율을 높일 수 있다.

추가하여, 본 발명의 열교환기(1)에 사용되는 열전달관(20)의 내벽에는 냉각된 축열유체의 동결부착을 최소화하도록 비점착성 소재의 피막을 도포할 수 있다. 피막을 형성하기 위해 사용 가능한 비점착성 소재의 예로서는 듀퐁사의 상표명 Teflon™으로 널리 시판되는 불소수지들(PTFE: 폴리테트라플루오로에틸렌, FEP: 불화 에틸렌 프로필렌 중합체 등)이 적용될 수 있으며, 이들 불소수지는 열전달관(20)의 내벽에 코팅한 후 소성함으로써 내구성 있게 피복할 수 있다. 본 비점착성 소재의 피막에 따라 열전달관(20)에는 축열유체의 동결이 최소화되고 동결된 축열유체는 앞서 설명한 나선형 진동부재(30)에 의해 계속적으로 제거된다.

이하, 이상에서 예시한 본 발명의 열교환장치(1)의 작용에 대해 설명한다.

냉매는 냉매입구(11)로 유입되어 냉매챔버(10)를 통과해 냉매출구(12)로 배출되고, 이 과정에서 냉매가 증발하여 열전달관(20)에서 열을 흡수하게 된다.

축열유체는 축열유체공급관(8)을 통해 상부챔버(2)로 유입되고 열전달관장착구(43a)를 통해 연결슬리브(50) 안으로 흘러들어 가는 한편 진동판(43) 둘레의 틈(43b)을 통해 아래로 흘러가고, 계속해서 연결슬리브(50)의 배출공(54) 및 연결슬리브(50)와 열전달관(20) 사이의 틈을 통해 열전달관들(20) 안으로 유입된다.

열전달관(20)에 유입된 축열유체는 아래로 흘러 내려가면서 점차 냉각되어 유빙을 형성하게 되고 일부의 축열유체는 열전달관(20)의 내벽에 동결되어 피막을 형성한다.

열전달관(20)의 내벽에 형성된 축열유체의 동격피막은 진동수단(40)에 의해 진동하는 나선형 진동부재(30)에 의해 지속적으로 타격됨으로써 열전달관(20)으로부터 이탈되고 파쇄되어 아래로 흘러 내려간다.

따라서 열전달관(20)에 부착된 축열유체의 동결피막이 지속적으로 제거됨으로 동결피막에 의한 열전달효율저하를 줄일 수 있다.

열전달관(20)으로부터 배출되어 하부챔버(3)에 이른 축열유체의 유빙은 배출구(9)를 통해 축열조로 보내져서 최종적으로 냉방에 사용된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 진동식 열교환장치(1)는, 열전달관의 내벽에 형성되는 축열유체의 동결피막이 나선형 진동부재(30)의 진동타격에 의해 효과적으로 이탈되고 잘게 파쇄되므로 축열유체의 동결피막에 의한 열전달관(20)의 열전달효율 저하를 최소화할 뿐만 아니라 최종적으로 생산된 축열유체의 유빙에 덩어리 형태의 유빙이 제거되어 유빙의 품질이 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 냉매와 축열유체 사이의 열교환에 의해 상기 축열유체의 유빙을 형성하는 열교환장치에 있어서,

   상기 냉매가 통과되는 냉매챔버(10); 상기 냉매가 열을 흡수해 가도록 상기 냉매챔버(10)에 의해 포위된 상태에서 상기 축열유체가 통과되는 하나 이상의 열전달관(20); 상기 열전달관(20)을 따라 삽입 장착된 상태에서 진동하여 상기 열전달관(20)의 내벽에 형성된 상기 축열유체의 동결피막을 이탈 및 파쇄시키는 나선형 진동부재(30); 및 상기 나선형 진동부재(30)에 기계적으로 결합하여 상기 나선형 진동부재(30)를 진동시키는 진동수단(40); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동식 열교환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 진동수단(40)은, 진동모터(41), 상기 진동모터(41)에 연결되어 진동을 전달하는 다수의 진동전달로드(42), 상기 나선형 진동부재(30)가 장착되고 상기 진동전달로드(42)의 진동을 상기 나선형 진동부재(30)에 전달하는 진동판(43), 및 상기 진동판(43)의 진동이 상기 나선형 진동부재(30) 이외로 전달되는 것을 방지하는 방진수단(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동식 열교환장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 나선형 진동부재(30)는, 상기 열전달관(20)의 상단에장착되는 연결슬리브(50)를 매개하여 상기 진동판(43)에 연결되는 것을 특징으로 하는 진동식 열교환장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 나선형 진동부재(30)에는 보강볼트(31)가 삽입되고, 상기 보강볼트(31)는 상기 연결슬리브(50)와 상기 나선형 진동부재(30)의 하단에 장착되는 유지구(60) 사이에 결속되어 상기 나선형 진동부재(30)의 신축을 방지하는 것을 특징으로 하는 진동식 열교환 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전달관(20)의 내벽에는 상기 축열유체 유빙의 동결을 최소화하기 위한 비점착성 소재의 피막이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 진동식 열교환 장치.