KR100479781B1 - 증발기 및 냉방기 - Google Patents

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히로까와고지
아오끼스나오
시라까따요시노리
세끼와따루
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

이 증발기 (12) 는 냉매를 수용하기 위한 용기 내에, 냉각수를 유동시키기 위한 열교환 튜브 (15) 들이 다발을 형성하도록 구성된다. 냉각수가 유동하는 방향의 다양한 위치에서, 열교환 튜브 (15) 들의 총단면적을 비교하면, 유동로가 하류인 위치의 총단면적이 상류인 위치의 총단면적보다 작다. 따라서, 냉각수와 냉매 간의 온도차가 작음에도 불구하고, 하류 튜브에서 냉각수의 유동 속도가 상류 튜브보다 더 빠르기 때문에, 히트 플럭스가 증가하고, 심지어 튜브 그룹 D 에서도 열전도율이 향상된다.

Description

증발기 및 냉방기 {EVAPORATOR AND REFRIGERATOR}
본 발명은 유체와 냉매 사이에서 발생하는 열교환 과정에 의해서, 냉각 대상 유체 (예; 물, 브라인 등) 를 냉각시키기 위한 증발기 및 이러한 증발기를 구비한 냉방기에 관한 것이다.
빌딩과 같은 대규모 건축 구조물에서는, 냉방기를 이용하여 냉각수를 발생시키고, 이 냉각수를 빌딩 내에 설치된 파이프에 통과시켜, 실내 공기와 열교환을 시킴으로써, 냉방을 한다.
도 6 에는, 냉방기에 설치되는 증발기의 예가 도시되어 있다. 이러한 증발기는 원통형 용기 (1) 로 이루어지는데, 이 용기는 냉매를 수용하고, 냉각수를 유동시키기 위해 지그재그 형상으로 다발을 형성한, 다수의 열전도 튜브 (2) 들을 포함한다.
열교환 튜브 (2) 들은 몇 개의 튜브 그룹으로 분할되는데, 튜브 그룹 a 는 냉각수의 유입구 (3) 와 연통하고, 튜브 그룹 b, c 는 용기 (1) 의 각 단부에 설치된 물 챔버 (도면에 생략됨) 와 연통하며, 튜브 그룹 d 는 냉각수의 유출구 (4) 와 연통한다 (각 그룹에는 동일한 갯수의 튜브가 설치됨). 따라서, 냉각수 유입구 (3) 로부터 유입되는 냉각수는 튜브 그룹 a 를 통해 한 쪽 물 챔버에 도달하고, 이어서 튜브 그룹 b 를 통해 역류하여 다른 쪽 물 챔버로 유입되며, 튜브 그룹 c 를 통해 재차 역류하여 다른 쪽 물 챔버에 도달하고, 튜브 그룹 d 를 통해 삼차 역류하여 냉각수 유출구 (4) 로부터 배출된다. 냉각수는 튜브 그룹을 유동하고, 용기의 거리를 2 회 유동하며, 이 과정에서 냉매와 열을 교환하고, 다른 경로를 통해 용기 (1) 내로 유입된 냉매에 의해 냉각된다. 한편, 냉매는 냉각수에 의해 가열되어 비등하고 기화된다.
그러나, 이러한 구조를 구비한 증발기는 다음과 같은 문제점을 나타낸다.
1) 종래의 증발기에서는, 각 튜브 그룹 내의 열교환 튜브의 갯수가 동일하고, 튜브 길이 또한 동일하다. 그러나, 유동방향의 상류에 있는 튜브를 하류측 튜브와 비교해 볼 때, 튜브를 유동하는 냉각수의 유동 속도는 거의 일정하나, 튜브를 유동하는 냉각수와 튜브의 외면에서 유동하는 냉매의 온도 차이는 하류에서 작다. 따라서, 하류측의 히트 플럭스는 상류측에 비하여 적고, 그 결과 하류 튜브 그룹의 열전도율이 감소한다.
2) 상류 튜브 그룹에서는, 튜브를 유동하는 냉각수와 튜브의 외면 주위를 유동하는 냉매의 온도차가 존재하고, 하류측과 비교하여 열전도 플럭스가 더 크기 때문에, 열전도율이 증가한다. 증가한 열전도율은 그 자체로는 문제가 되지 않으나, 공동 인자 (void factor) 를 증가시킬 정도로 냉매가 상류 튜브 부근에서 활발히 기화되어, 액체 상태의 냉매와 냉각수의 열교환을 방해하고, 그 결과, 심지어 상류 튜브 그룹에서도 열전도율이 감소한다.
3) 상류 튜브 그룹에서는, 증기/액체의 접촉면 (프로스트 (frost) 레벨, 또는 더 정확히 말해서, 냉매의 증기 및 증기/액체의 2 상 (two-phase) 혼합물 간의 접촉면) 이 상승하는 반면, 하류 튜브 그룹에서는, 상류 튜브 그룹에서의 증기/액체 접촉면의 상승에 영향을 받아, 증기/액체의 접촉면이 하강한다. 따라서, 각 튜브 그룹의 최고 위치에 있는 열교환 튜브의 높이가 동일하다면, 하류 튜브 그룹의 최고 위치에 있는 열교환 튜브가 증기상태의 냉매에 노출되어, 냉매와 냉각수 간의 열교환이 방해를 받고, 심지어 하류 튜브 그룹에서도 열전도율이 감소한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에서의 냉방기의 개략도.
도 2 는 도 1 에서 Ⅱ-Ⅱ 평면을 통해 바라 본 증발기의 단면도.
도 3 은 제 2 실시예에서의 증발기의 단면도.
도 4 는 증발기 내의 열교환 튜브들의 위치를 도시하는 도면.
도 5 는 제 3 실시예에서의 증발기의 단면도.
도 6 은 냉방기에 설치되는 종래 증발기의 단면도.
앞서 본 발명의 배경 기술이 제시되어 있는데, 본 발명의 목적은 증발기에서 열전도율을 증가시킴으로써, 높은 냉각 효율을 구비하는 냉방기를 제공하는 것이다.
다음의 구조를 구비하는 증발기 및 냉방기가 목적 달성을 위한 수단으로서 제공된다. 즉, 증발기는, 냉매를 수용하기 위한 용기 내에, 다발식으로 배치되어 냉각 대상 유체를 유동시키는 복수의 열전도 튜브 (2) 를 포함하는데, 냉각 대상 유체의 유동로상의 어떤 주어진 위치에서, 열교환 튜브의 총단면적이 유동로의 상류 위치에서보다 유동로의 하류 위치에서 더 작다.
증발기의 기본적인 태양에 의하면, 냉각 대상 유체 (냉각 대상물) 의 유동로의 하류측에 있는 열교환 튜브의 각 단면적의 합을 감소시킴으로써, 하류측에서 유체의 유동 속도가 증가된다. 따라서, 냉각 대상 유체와 냉매 간의 온도차가 작음에도 불구하고, 히트 플럭스가 증가하고, 심지어 하류 튜브 그룹에서도 열전도율이 향상된다.
증발기의 제 2 태양에 의하면, 복수의 열교환 튜브들은 지름이 같은 튜브들을 포함하고, 열교환 튜브들은 개개의 튜브 그룹을 이루어, 유동로가 각 튜브 그룹을 연속적으로 누비면서 지나간다. 그리고, 하류 측에 속하는 열교환 튜브의 갯수는 상류 측에 속하는 열교환 튜브의 수보다 적다.
상기 증발기에서, 상류 측에 속하는 열교환 튜브의 갯수보다 하류 측에 속하는 열교환 튜브의 갯수를 줄이면, 열교환 튜브의 총단면적이 작아지고, 냉각 대상 유체의 유동 속도가 증가하므로, 히트 플럭스가 증발기의 기본적인 태양 수준으로 증가하고, 심지어 하류 튜브 그룹에서도 열전도율을 향상시킬 수 있게 된다.
증발기의 제 3 태양에 의하면, 냉매를 수용하기 위한 용기 내에, 다발식으로 배치되어 냉각 대상 유체를 유동시키는 복수의 열전도 튜브들을 포함하는 증발기에 있어서, 냉각 대상 유체의 유동로상의 어떤 주어진 위치에서 열교환 튜브들 간의 이간 거리를 선정하는 경우, 하류 튜브의 이간 거리보다 상류 튜브의 이간 거리가 비교적 더 넓게 선정된다.
상기 증발기에서, 냉각 대상 유체의 유동 방향의 상류 측 튜브들 간의 이간 거리를 확장시키면, 냉매 증기가 열교환 튜브들 사이에서 상승하기 쉬워지고, 액체 상태의 냉매와 냉각수 간의 열교환이 용이해지므로, 유동로의 상류 측에서 열전도율이 향상된다.
증발기의 제 4 태양에 의하면, 복수의 열교환 튜브들은 지름이 같은 튜브들을 포함하고, 열교환 튜브들은 개개의 튜브 그룹을 이루어, 경로가 각 튜브 그룹을 연속적으로 누비면서 지나간다. 그리고, 상류 측에 위치하는 열교환 튜브들의 이간 거리는 하류 측에 위치하는 열교환 튜브들의 이간 거리보다 더 넓다.
상기 증발기에서, 하류 튜브 그룹의 튜브들에 비해서 상류 튜브 그룹의 튜브들의 이간 거리를 확장시키면, 냉매 증기가 열교환 튜브들 사이에서 상승하기 쉬워지고, 액체 상태의 냉매와 냉각수 간의 열교환이 용이해지므로, 상류 튜브 그룹에서 열전도율이 향상된다.
증발기의 제 5 태양에 의하면, 각 튜브 그룹의 최고 위치에 있는 열교환 튜브들을 배치하는데 있어서, 상류 튜브 그룹에 위치하는 최고위 튜브들이 하류 튜브 그룹에 위치하는 최고위 튜브들보다 더 높게 배치되고, 최고위 높이는 하류 튜브 그룹 쪽으로 갈수록 점점 더 낮아지게 된다.
상기 증발기에서, 상류 측의 튜브들이 하류 측의 튜브들보다 연속적으로 높게 되도록, 각 튜브 그룹의 최고 위치에 있는 열교환 튜브들을 배열하면, 상류 측의 증기/액체 접촉면이 상승하여 하류 측의 증기/액체 접촉면이 하강되더라도, 최고위 튜브들이 증기 상태의 냉매에 노출될 위험성이 없다. 따라서, 액체 상태의 냉매와 냉각수 간의 열교환이 용이해지므로, 심지어 하류 튜브 그룹에서도 열전도율이 향상된다.
본 발명의 냉방기는, 기본적인 태양의 증발기 또는 제 2 내지 제 5 태양에 따른 증발기, 기화된 냉매를 압축하기 위한 압축기, 기화 상태의 압축된 냉매를 응축 및 액화시키기 위한 응축기, 액화된 냉매가 증발기로 유동하는 과정에서 냉매를 감압시키기 위한 팽창 밸브를 포함한다.
상기 냉방기에서는, 증발기 내의 열교환 튜브에서의 열전도율이 전술한 바와 같이 향상되고, 이에 의하여, 열교환 효율이 향상되기 때문에, 결과적으로 에너지 소비를 감소시키면서, 종래 냉방기와 동등한 수준의 성능을 달성할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2 를 참조하여, 제 1 실시예에서의 증발기 및 냉방기를 설명한다.
냉방기 구조의 개략도가 도 1 에 도시된다. 도 1 에 도시된 냉방기는, 사용수 (spent water) 와 증기 상태의 냉매 간의 열교환에 의해 냉매를 응축 및 액화시키기 위한 응축기 (10), 응축된 냉매를 감압시키기 위한 팽창 밸브 (11), 응축된 냉매와 냉각수 (냉각될 유체) 간의 열교환에 의해 냉각수를 냉각시키고, 냉매를 기화시키기 위한 증발기 (12), 및 기화된 냉매를 압축시키고, 압축된 냉매를 응축기에 공급하기 위한 압축기 (13) 를 포함한다. 상기 냉방기는 증발기 (12) 로 냉각수를 발생시키고, 이 냉각수를 빌딩의 공조 등에 이용한다.
증발기 (12) 는, 냉매가 순환되는 원통형 용기 (14;도 1 에 개략적으로 도시되어 있다) 의 종방향을 따라 다수의 열교환 튜브 (15) 들이 상기 용기 (14) 의 내부에 다발을 형성하도록 구성된다.
도 2 는 상기 증발기 (12) 의 단면도를 도시한다. 열교환 튜브 (15) 들은 지름이 같은 금속 튜브로 만들어지고, 지그재그 방식으로 내부에 배치된다. 또한, 열교환 튜브 (15) 들은 4 개의 튜브 그룹 (A ~ D)으로 분할되고, 냉각수의 유동로는 용기 (14) 의 각 단부에 설치된 물 챔버 (도면에 생략됨) 를 분할함으로써, 튜브 그룹 A 에서 D 까지 연속적으로 누비면서 지나가도록 만들어진다.
보다 구체적으로는, 냉각수 유입구 (16) 의 한 쪽 단부가 그룹 A 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 한 쪽 단부 (도 2 의 정면) 와 연통하고, 그룹 A 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 다른 쪽 단부 (도 2 의 후면) 는 그룹 B 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 다른 쪽 단부와 연통하며, 그룹 B 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 한 쪽 단부는 그룹 C 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 한 쪽 단부와 연통하고, 그룹 C 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 다른 쪽 단부는 그룹 D 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 다른 쪽 단부와 연통하며, 그룹 D 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 한 쪽 단부는 냉각수의 유출구 (17) 와 연통하기 때문에, 냉각수는 용기 (14) 내부를 2 회 유동한다.
본 실시예의 증발기 (12) 는, 냉각수 유동로의 하류측에 있는 그룹 D 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 갯수가 그룹 A 내지 C 중 어떠한 그룹에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 갯수보다도 적은 것을 특징으로 한다.
또한 본 실시예의 증발기 (12) 에서는, 튜브 그룹 D 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 갯수와 다른 튜브 그룹에 속하는 열교환 튜브의 갯수의 차이 만큼의 튜브가 튜브 그룹 A 에 할당되어, 튜브 그룹 A 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 갯수가 증가한다. 그러나, 열교환 튜브 (15) 들의 총 갯수는 종래 증발기에서의 총 갯수와 동일하게 유지된다.
이와 같이 구성된 증발기 (12) 에서는, 튜브 그룹 A 내지 D 에 속하는 튜브 그룹 (15) 의 할당량을 변화시켜, 튜브 그룹 A 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 갯수를 증가시키는 한편, 튜브 그룹 D 에 속하는 열교환 튜브 (15) 의 갯수를 감소시킨다. 이렇게 하면, 열교환 튜브 (15) 들의 총 유동 단면적을 비교해 볼 때, 하류측 튜브들의 유동 면적이 상류측 튜브들의 유동 면적보다 작게 된다.
냉각수의 유량은 상류측 유동로든지 하류측 유동로든지, 본질적으로 불변이므로, 결과적으로 하류측 유동로의 유동 속도가 상류측 유동로의 유동 속도보다 더 빠르고, 심지어 온도차가 작은 하류측에서도 히트 플럭스 (heat flux) 가 증가하여 열전도율이 향상되게 된다.
또한, 증발기 (12) 에 있어서, 열전도율을 증가시키기 위해 전술한 바와 같은 구조를 채택하면, 냉각 효율이 증가한다.
본 실시예에서, 열교환 튜브들은 4 개의 튜브 그룹으로 분할되나, 증발기 자체의 크기 또는 요구되는 증발기의 성능에 따라, 튜브들을 더 적은 수의 튜브 그룹 또는 반대로 더 많은 수의 튜브 그룹으로 분할할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 열교환 튜브 (15) 의 갯수는 그룹 D 에서 감소하고, 그룹 A 에서 증가하는데, 다른 변형들을 채택할 수도 있다. 예컨대, 열교환 튜브 (15) 의 갯수는 그룹 A 에서 D 쪽으로 갈수록 점차 감소할 수도 있고, 또는 그룹 D 에서만 감소할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 열교환 튜브 (15) 의 갯수를 줄여서 유동로의 단면적을 감소시킬 수 있으나, 그 갯수를 변화시키지 않고, 열교환 튜브 (15) 의 지름을 감소시켜서 동등한 효과를 얻을 수도 있다.
또한, 열교환 튜브 (15) 용으로 딤플형 (dimpled) 튜브 또는 핀형 (fin) 튜브와 같은 다양한 다른 형태들도 채택할 수 있음은 명백하다.
다음으로, 도 3 및 도 4 를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 제 2 실시예에서, 제 1 실시예와 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.
도 3 은 증발기 (12) 의 단면도이다. 제 1 실시예와 유사하게, 지름이 같은 튜브들이 열교환 튜브 (15) 로 이용되고, 4 개의 튜브 그룹 E 내지 H 로 분할되며, 용기 (14) 의 각 단부에 설치된 물 챔버 (도면에 생략됨) 가 분할되어, 냉각수의 유동로가 튜브 그룹 E 에서 H 까지 연속적으로 누비면서 지나간다.
제 2 실시예의 증발기 (12) 에 있어서, 유동로의 상류측에 위치하는 튜브 그룹 E 에 속하는 열교환 튜브 (15) 들의 이간 거리는, 다른 튜브 그룹 F 내지 H 에 속하는 열교환 튜브와 비교해 볼 때, 증대되어 있다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 열교환 튜브 (15) 의 지름을 D 라고 할 때, 열교환 튜브 (15) 들의 이간 거리는 튜브 그룹 F 내지 H 에서 1.15D 가 되는 반면, 튜브 그룹 E 에서는 1.2D 내지 1.5D 의 범위내이다.
또한, 본 실시예의 증발기 (12) 에서는, 튜브 그룹 E 에 속하는 열교환 튜브 (15) 들의 이간 거리가 증대되어 있을 뿐만 아니라, 증발기 (12) 내의 튜브 배열의 단면도에 도시된 바와 같이, 튜브 그룹 E 가 전체적으로 상승되어 있다.
이와 같이 구성된 증발기 (12) 에서, 튜브 그룹 E 에 속하는 열교환 튜브 (15) 들의 이간 거리를 증대시키면, 열교환 튜브 (15) 들 사이에서 냉매 증기가 보다 쉽게 상승할 수 있다. 따라서, 열교환 튜브 (15) 들 주위에 붙어 집적된 냉매 버블들이 열교환 튜브 (15) 들 사이로 부유할 수 있고, 열교환 튜브 (15) 들의 외면에 달라 붙은 버블들의 수가 감소되어, 액체 상태의 냉매와 열교환 튜브 (15) 들을 유동하는 냉각수 간의 열교환이 용이해지고, 심지어 튜브 그룹 F 에서도 열전도가 향상된다.
또한, 증발기 (12) 에 있어서, 열전도율을 증가시키기 위해 증발기 (12) 에 전술한 바와 같은 구조를 채택하면, 냉각 효율이 증가한다.
실시예에서, 열교환 튜브들은 4 개의 튜브 그룹으로 분할되나, 증발기 자체의 크기 또는 요구되는 증발기의 성능에 따라, 튜브들을 더 적은 수의 튜브 그룹 또는 반대로 더 많은 수의 튜브 그룹으로 분할할 수 있다. 또한, 튜브 그룹 E 에 속하는 열교환 튜브에서만, 튜브 (15) 들의 이간 거리를 증대시켰으나, 튜브 그룹 E 에서 H 로 갈수록, 열교환 튜브 (15) 들의 이간 거리를 연속적으로 증대시켜서, 이간 거리가 상류측 튜브 그룹에서 더 넓고, 하류측 튜브 그룹에서 더 협소해지도록 할 수도 있다.
또한, 튜브 그룹 E 에 속하는 열교환 튜브 (15) 들의 이간 거리는 1.2D 내지 1.5D 의 범위내에서 선정되나, 이 범위로 제한할 필요는 없고, 증발기 자체 또는 냉방기에 요구되는 다양한 조건에 따라 다른 적당한 수치가 선정될 수도 있다. 그러나, 이간 거리를 증대시켜서 튜브 그룹의 높이를 상승시킬 필요가 있을 때, 용기 (14) 로부터 액체 성분을 제거하는 디미스터 (de-mister;도면에 생략됨) 를 설치하기에 충분한 공간을 확보할 필요가 있음에 주의해야 한다.
다음으로, 도 5 를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다. 제 3 실시예에서, 이전 실시예와 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.
도 5 는 증발기 (12) 의 단면도이다. 제 1 및 제 2 실시예와 유사하게, 지름이 같은 튜브들이 열교환 튜브 (15) 로 이용되고, 4 개의 튜브 그룹 E 내지 H 로 분할되며, 용기 (14) 의 각 단부에 설치된 물 챔버 (도면에 생략됨) 가 분할되어, 냉각수의 유동로가 튜브 그룹 E 에서 H 까지 연속적으로 누비면서 지나간다.
제 3 실시예의 증발기 (12) 에 있어서, 튜브 그룹 E 내지 H 중에서, 냉각수 유동로의 상류측에 있는 튜브 그룹 E 의 최고 위치에 배치된 열교환 튜브 (15) 들이, 튜브 그룹 E 내지 H 에 속하는 해당 열교환 튜브 (15) 와 비교해 볼 때, 용기 (14) 내에서 최고 위치에 있기 때문에, 냉각수가 하류 튜브 그룹을 FGH 순으로 누비면서 지나갈 때, 최고 열교환 튜브 (15) 의 위치가 낮아지는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 증발기에서는, 열교환 튜브 (15) 들을 이와 같이 배열함으로써, 각 튜브 그룹 E 내지 H 의 최고 위치에 있는 열교환 튜브 (15) 들이 각 튜브 그룹 내의 최고 위치에 존재하고, 각 튜브 그룹 E 내지 H 에 속하는 최고 열교환 튜브 (15) 들의 위치는 하류측에서보다 상류측에서 더 높다. 이러한 배열에서는, 각 튜브 그룹 (F,G,H) 의 증기/액체 접촉면이 하강하더라도, 상류측 튜브 그룹 E 의 증기/액체 접촉면이 상승하여, 최고 위치에 있는 열교환 튜브 (15) 들이 증기 상태의 냉매에 노출되지 않는다. 따라서, 액체 상태의 냉매와 냉각수 간의 열교환이 용이해져서, 각 튜브 그룹의 열전도는 심지어 하류측에서도 향상된다.
또한, 증발기 (12) 에 있어서, 열전도율을 증가시키기 위해 증발기 (12) 에 전술한 바와 같은 구조를 채택하면, 냉각 효율이 증가한다.
각 튜브 그룹 E 내지 H 의 최고 위치에 있는 열교환 튜브 (15) 들의 위치를 상승시키기 위해서, 열교환 튜브 (15) 들의 이간 거리를 증대시키거나 또는 열교환 튜브 (15) 들의 수를 증가시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 증발기에 의하면, 냉각 대상 유체 (냉각 대상물) 의 유동로의 하류측에 있는 열교환 튜브들의 총단면적을 감소시킴으로써, 유동로의 하류측에서 냉각 대상 유체의 유동 속도가 증가되기 때문에, 냉각 대상 유체와 냉매 간의 온도차가 작음에도 불구하고, 히트 플럭스가 증가한다. 따라서, 심지어 하류 튜브 그룹에서도 열전도율이 향상된다.
증발기의 제 2 태양에 의하면, 상류측에 속하는 열교환 튜브의 갯수에 비하여 하류측에 속하는 열교환 튜브의 갯수를 감소시킴으로써, 열교환 튜브들의 총단면적이 작아져, 냉각 대상 유체의 유동 속도가 증가하므로, 냉각 대상 유체와 냉매 간의 온도차가 작음에도 불구하고, 히트 플럭스가 증가한다. 따라서, 심지어 하류 튜브 그룹에서도 열전도율을 향상시킬 수 있게 된다.
증발기의 제 3 태양에 의하면, 냉각 대상 유체의 유동 방향에 대해 상류측에 있는 튜브들의 이간 거리를 확장시킴으로써, 냉매 증기가 열교환 튜브들 사이에서 상승하기 쉬워지고, 액체 상태의 냉매와 냉각수 간의 열교환이 용이해지므로, 유동로의 상류 측에서 열전도율이 향상된다.
증발기의 제 4 태양에 의하면, 하류측 튜브 그룹의 튜브들에 비해서 상류측 튜브 그룹의 튜브들의 이간 거리를 확장시킴으로써, 냉매 증기가 열교환 튜브들 사이에서 상승하기 쉬워지고, 액체 상태의 냉매와 냉각수 간의 열교환이 용이해지므로, 상류측 튜브 그룹에서 열전도율이 향상된다.
증발기의 제 5 태양에 의하면, 상류측의 튜브들이 하류측의 튜브들보다 연속적으로 높게 되도록, 각 튜브 그룹의 최고 위치에 있는 열교환 튜브들을 배열함으로써, 상류측의 증기/액체 접촉면이 상승하여 하류 측의 증기/액체 접촉면을 하강시킴에도 불구하고, 최고위 튜브들이 증기 상태의 냉매에 노출될 위험성이 없다. 따라서, 액체 상태의 냉매와 냉각수 간의 열교환이 용이해지므로, 심지어 하류측 튜브 그룹에서도 열전도율이 향상된다.
본 발명의 냉방기에 의하면, 증발기 내의 열교환 튜브에서의 열전도율이 전술한 바와 같이 향상되고, 이에 의하여, 열교환 효율이 향상되기 때문에, 결과적으로 에너지 소비를 감소시키면서, 종래 냉방기와 동등한 수준의 성능을 달성할 수 있게 된다.
본 발명은 유체와 냉매 사이에서 발생하는 열교환 과정에 의해서, 냉각 대상 유체를 냉각시키기 위한 증발기 및 이러한 증발기를 구비한 냉방기에 적용될 수 있다. 본 발명의 증발기에서, 냉각 대상 유체 (냉각 대상물) 의 유동로의 하류측에 있는 열교환 튜브들의 총단면적을 감소시키면, 유동로의 하류측에서 냉각 대상 유체의 유동 속도가 증가하기 때문에, 냉각 대상 유체와 냉매 간의 온도차가 작음에도 불구하고, 히트 플럭스가 증가한다. 따라서, 심지어 하류 튜브 그룹에서도 열전도율이 향상된다.

Claims (7)

  1. 냉매를 수용하는 용기와,
    상기 용기 내에 다발식으로 배열되어 냉각 대상 유체의 유동로를 형성하고, 냉매와 냉각 대상 유체 간의 열교환에 의해 냉매를 증발시키는 복수의 열교환 튜브들을 포함하는 증발기에 있어서,
    상기 유동로의 하류측에 있는 열교환 튜브들의 총단면적이 유동로의 상류측에 있는 열교환 튜브들의 총단면적보다 작으며,
    상기 열교환 튜브는 수평하게 배열되며, 상류측의 최고위 열교환 튜브들의 위치가 하류측의 최고위 열교환 튜브들의 위치보다 더 높은 것을 특징으로 하는 증발기.
  2. 제 1 항에 있어서, 복수의 열교환 튜브들의 지름이 같고, 유동로는 하류측과 상류측을 포함하고, 상류측에 속하는 열교환 튜브들의 갯수가 하류측에 속하는 열교환 튜브들의 갯수보다 더 많은 것을 특징으로 하는 증발기.
  3. 삭제
  4. 냉매를 수용하는 용기, 및 이 용기 내에 다발식으로 배열되어 냉각 대상 유체의 유동로를 형성하고, 냉매와 냉각 대상 유체 간의 열교환에 의해 냉매를 증발시키는 복수의 열교환 튜브들을 포함하는 증발기에 있어서, 유동로의 하류측에 있는 열교환 튜브들이 제 1 간격만큼 서로 이간되고, 유동로의 상류측에 있는 열교환 튜브들은 제 1 간격보다 더 큰 제 2 간격으로 서로 이간되는 것을 특징으로 하는 증발기.
  5. 제 4 항에 있어서, 복수의 열교환 튜브들의 지름이 같은 것을 특징으로 하는 증발기.
  6. 제 4 항에 있어서, 열교환 튜브들이 수평으로 배열되고, 상류측에 속하는 최고위 열교환 튜브들의 위치가 하류측에 속하는 최고위 열교환 튜브들의 위치보다 더 높은 것을 특징으로 하는 증발기.
  7. 제 1 항 또는 제 4 항에 따른 증발기, 기화된 냉매를 압축하는 압축기, 기화 상태의 압축된 냉매를 응축 및 액화시키는 응축기, 및 액화된 냉매가 증발기로 유동하는 과정에서 냉매를 감압시키는 팽창 밸브를 포함하는 냉방기.
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