KR100834005B1 - Underwater heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 종래의 열교환기를 도시하고 있다.1 shows a conventional heat exchanger.
도2는 본 발명의 구체적 실시예가 적용되는 열펌프시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of a heat pump system to which a specific embodiment of the present invention is applied.
도3은 본 발명의 구체적 실시예인 열교환기를 도시하고 있는데, 열교환파이프가 4개의 병렬식 루프를 형성하고 있는 경우를 도시하고 있다.3 shows a heat exchanger which is a specific embodiment of the present invention, which shows a case in which the heat exchange pipe forms four parallel loops.
도4는 본 발명의 다른 구체적 실시예로서 교반기가 구비된 경우를 도시하고 있다.Figure 4 shows a case with a stirrer as another specific embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100:열교환기100: heat exchanger
110:상부프레임110: upper frame
120:하부프레임120: lower frame
130:수직프레임130: vertical frame
140:공급관140: supply pipe
141:공급분기관141: supply branch
150:배출관150: discharge pipe
151:배출분기관151: discharge branch
160:열교환파이프160: heat exchange pipe
11:통공11: Through
22:절개부22: incision
200:열펌프200: heat pump
300:교반기300: stirrer
기술분야Field of technology
본 발명은 열펌프를 이용한 건물 냉난방시스템을 구성하는 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세히는 건물의 하부에 설치되어 유출지하수를 저장하는 저수탱크의 내부 또는 호수나 강과 같은 수중에 설치되어 열교환을 하는 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger constituting a building cooling and heating system using a heat pump, and more particularly, to a heat exchanger installed in a lower part of a building to store an outflow groundwater or installed in water, such as a lake or a river, for heat exchange. It is about.
종래기술Prior art
건물의 하부에 설치되어 유출지하수를 저장하는 저수탱크의 내부 또는 호수나 강과 같은 수중에 설치되어 열교환을 하는 종래의 열교환기로서 도1에 도시된 슬림짐(Slim-Jim) 열교환기가 있으나, 이러한 종래의 열교환기는 다음과 같은 문제점이 있다.The conventional heat exchanger installed in the bottom of the building to store the groundwater discharged outflow or in the water such as a lake or river to exchange heat, there is a Slim-Jim heat exchanger shown in Figure 1, The heat exchanger has the following problems.
종래의 슬림짐 열교환기는 도1에 도시된 바와 같이 STS304 또는 STS316의 얇은 판 두 장을 스팟용접하여 제작하는데, 스팟용접이 이루어지지 않은 부분을 통하여 열매체의 유로가 형성된다.A conventional slim load heat exchanger is manufactured by spot welding two thin plates of STS304 or STS316 as shown in FIG. 1, and a flow path of a heat medium is formed through a portion where spot welding is not performed.
열매체는 도1에 도시된 바와 같이 입구 측으로 유입되어 스팟용접이 이루어지지 않은 두 판 사이의 공간을 지그재그 형태로 통과하여 출구 측으로 유출되는데, 그 내부에는 첨부도면에 도시된 바와 같이 열매체의 유동이 미치지 못하는 데드존(Dead Zone)이 존재하게 되고, 이러한 데드존에서는 열교환이 제대로 이루어질 수 없게 되는 바, 전열면적을 전체적으로 활용하지 못하고 결과적으로 열교환기의 면적에 비하여 열전달량이 작은 문제점이 있다.The heat medium flows into the inlet side as shown in FIG. 1 and passes through the space between the two plates which are not spot welded in a zigzag form and flows out to the outlet side. There is a dead zone (Dead Zone) that can not be, and in such a dead zone bar heat exchange can not be made properly, there is a problem that the heat transfer amount is smaller than the area of the heat exchanger as a result of not utilizing the heat transfer area as a whole.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 열교환기를 크게 제작할 수밖에 없는데, 이는 열교환기의 제작단가 상승의 원인이 됨은 물론 열교환기의 설치작업을 어렵게 만든다.In order to solve such a problem, there is no choice but to make a heat exchanger large, which causes a rise in the manufacturing cost of the heat exchanger, and also makes installation of the heat exchanger difficult.
아울러, 이러한 슬림짐 열교환기를 제작하기 위해서는 스팟용접을 위한 별도의 용접기계를 마련해야 하는 바, 신규설비를 갖추는데 초기 투자비가 많이 소요되고 이는 제품의 가격을 상승시키는 요인이 된다.In addition, in order to manufacture such a slim load heat exchanger, it is necessary to prepare a separate welding machine for spot welding, and it requires a lot of initial investment to prepare a new facility, which increases the price of the product.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.The object of the present invention created to solve the above problems is as follows.
첫째, 열교환이 이루어지지 않는 데드존(Dead Zone)이 발생하지 않는 열교환기를 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.First, it is an object of the present invention to provide a heat exchanger in which a dead zone in which no heat exchange is made does not occur.
둘째, 열교환기의 크기를 합리적인 범위 내에서 최소화하고, 제작단가를 절감할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.Secondly, it is another object of the present invention to provide a means for minimizing the size of the heat exchanger within a reasonable range and reducing the manufacturing cost.
셋째, 열교환기 주변에 상승기류 또는 하강기류를 발달시킬 수 있는 수단을 제공하여 열교환이 보다 원활하게 이루어지도록 함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.Third, another object of the present invention is to provide a means for developing an upward air flow or a downward air flow around the heat exchanger so that heat exchange can be made more smoothly.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 구성은 다음과 같다.The configuration of the present invention created to achieve the above object is as follows.
본 발명은 상부프레임(110); 하부프레임(120); 상기 상부프레임(110) 양측단부와 상기 하부프레임(120) 양측단부를 각각 일체로 연결하여 전체적으로 사각형의 외형을 가지는 구조체를 형성하는 수직프레임(130); 상기 수직프레임(130)의 외측에 상기 수직프레임(130)과 나란하게 설치되고 열펌프(200)를 순환하여 돌아오는 열매체가 유입되는 공급관(140); 상기 수직프레임(130)의 외측에 상기 수직프레임(130)과 나란하게 설치되고 열펌프(200)로 되돌아가는 열매체가 유입되는 배출관(150); 및, 상기 공급관(140)과 상기 배출관(150)을 연결하는 열교환파이프(160);를 포함하여 구성되되, 상기 열교환파이프(160)는 서로 마주보는 상기 수직프레임(130) 각각을 관통하면서 수평방향으로 왕복하여 지그재그 형태로 배열된다.The present invention is the
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2는 본 발명의 구체적 실시예가 적용되는 열펌프시스템의 구성도인데, 본 발명은 도2의 열펌프시스템을 구성하는 열교환기(100)에 관한 것이다.2 is a configuration diagram of a heat pump system to which a specific embodiment of the present invention is applied, and the present invention relates to a
도3에 도시된 열교환기(100)는 상부프레임(110), 하부프레임(120), 수직프레임(130), 공급관(140), 배출관(150), 및 공급관(140)과 배출관(150)을 연결하는 열교환파이프(160)를 포함하여 구성된다.The
상부프레임(110)은 열교환기(100)의 상부 구조물로서 열교환기(100)의 외부 형태를 유지하는 뼈대 역할을 한다,The
하부프레임(120)은 열교환기(100)의 하부 구조물로서 열교환기(100)의 외부 형태를 유지하는 뼈대 역할을 한다.The
수직프레임(130)은 상부프레임(110)과 하부프레임(120)을 연결하는 측면 구조물로서 열교환기(100)의 외부 형태를 유지하는 뼈대 역할을 한다.The
이와 같이 열교환기(100)의 외부형태를 유지하는 상부프레임(110), 하부프레임(120), 및 수직프레임(130)의 단면 구조는 단순한 평판보다는 양측 단부가 절곡되어 'ㄷ'자 형태를 구비하는 것이 보다 강도를 증가시킬 수 있다.As such, the cross-sectional structure of the
수직프레임(130)은 상부프레임(110) 및 하부프레임(120)의 양측 단부만을 연결시키도록 2개만 사용될 수도 있고, 경우에 따라서는 상부프레임(110) 및 하부프레임(120)의 중간 부분을 서로 연결하도록 3개 이상이 사용될 수도 있다.Only two
또한 수직프레임(130)에는 열교환파이프(160)가 통과하도록 열교환파이프(160)의 크기에 해당하는 구멍이 다수 개 구비된다.In addition, the
이와 같이 상부프레임(110), 하부프레임(120) 및 수직프레임(130)을 용접결합하여 전체적으로 사각형의 외형을 가지는 구조체를 형성하게 되며, 그 재질은 아 연도강판(galvanized steel sheet)을 사용하며 그 표면에 니켈도금을 한다. As such, the
공급관(140)은 일측 수직프레임(130)의 외측에 수직방향(수직프레임(130)과 나란한 방향)으로 설치되고 열펌프(200)를 순환하여 돌아오는 열매체가 열교환파이프(160)로 들어가기 전에 통과하는 통로 역할을 한다.
배출관(150)은 타측 수직프레임(130)의 외측에 수직방향(수직프레임(130)과 나란한 방향)으로 설치되고, 열교환파이프(160)로부터 유입되어 열펌프(200)로 되돌아가는 열매체가 통과하는 통로 역할을 한다.The
공급관(140) 및 배출관(150)은 열교환파이프(160)와 동일한 재질을 사용하는데, 본 발명의 구체적 실시예에서는 동관(copper tube)를 사용하였으며 그 표면에 니켈도금을 한다.The
열교환파이프(160)는 도3 또는 도4에 도시된 바와 같이 수직프레임(130) 각각을 관통하면서 수평방향으로 왕복하여 지그재그 형태로 배열되는데, 이를 측면에서 보면 3열 구조를 이루고 있는데, 경우에 따라서는 1열 또는 2열 구조를 구성할 수도 있고 4열 이상의 구조를 구성할 수도 있다.The
열펌프(200)를 순환하여 돌아오는 열매체는 공급관(140)을 통하여 열교환파이프(160)를 지그재그 형태로 순환한 후 배출관(150)을 통하여 다시 열펌프로 돌아간다.The heat medium circulating through the
도3 또는 도4에 도시된 바와 같이 공급관(140)은 다수 개의 공급분기관(141)으로 나누어지며, 배출관(150)은 다수 개의 배출분기관(151) 나누어질 수도 있다.As shown in FIG. 3 or 4, the
이와 같이 다수 개의 공급분기관(141)과 다수 개의 배출분기관(151)으로 나 누어지는 경우 열교환파이프(160)도 일체형이 아니라 공급분기관(141)과 배출분기관(151) 각각을 연결하도록 분리된 다수 개가 구비되어야 한다.As such, when divided into a plurality of
다시 말하면, 도3 또는 도4에 도시된 바와 같이 열교환파이프(160)는 다수 개의 공급분기관(141) 가운데 어느 하나와 다수 개의 배출분기관(151) 가운데 어느 하나를 연결하여 형성되는 루프가 다수 개 병렬식으로 구성된다.In other words, as illustrated in FIG. 3 or 4, the
즉, 'a'로 표시된 공급분기관(141)과 'a'로 표시된 배출분기관(151)이 열교환파이프(160)로 연결되어 하나의 루프를 형성하고, 'b'로 표시된 공급분기관(141)과 'b'로 표시된 배출분기관(151)이 열교환파이프(160)로 연결되어 다른 하나의 루프를 형성하는 것과 같은 구조로서, 첨부도면에는 총 4개의 루프가 병렬식으로 구성되는 경우를 도시하고 있다.That is, the
열펌프(200)를 순환하여 돌아오는 열매체는 공급관(140)의 공급분기관(141)을 통하여 4개의 흐름으로 나누어진 후 각각의 열교환파이프(160) 내부를 순환하면서 열교환을 하고 다시 배출분기관(151)을 통하여 배출관(150)에서 다시 만나고 열펌프(200)로 돌아가게 된다.The heat medium returning by circulating the
도4는 본 발명의 다른 구체적 실시예로서 교반기(300)가 구비된 경우를 도시하고 있다.4 illustrates a case in which a
교반기(300)는 도4에 도시된 바와 같이 상부프레임(110) 및 하부프레임(120) 양측 모두에 설치될 수도 있고, 상부프레임(110) 또는 하부프레임(120) 가운데 어느 일측에만 설치될 수도 있다.The
교반기(300)는 전동기에 의하여 작동되며, 수직방향으로 물의 흐름을 유도하 는 팬이 구비된다.The
열펌프(200)에 의하여 실내 냉방이 이루어지는 경우에는 열교환파이프(160)가 주변으로 열을 발산하게 되고 그 결과 열교환파이프(160) 주변의 물이 상승하는 상승류가 발생하는데 교반기(300)가 작동하여 열교환파이프(160) 주변의 물을 끌어 올림으로써 열교환파이프(160) 주변에 상승류를 더욱 발달시켜 열교환 효율을 높일 수 있다.When the indoor cooling is performed by the
열펌프(200)에 의하여 실내 난방이 이루어지는 경우에는 열교환파이프(160)가 주변의 물로부터 열을 흡수하게 되고 그 결과 열교환파이프(160) 주변의 물이 하강하는 하강류가 발생하는데 교반기(300)가 작동하여 열교환파이프(160) 주변의 물을 끌어 내림으로써 열교환파이프(160) 주변에 하강류를 더욱 발달시켜 열교환 효율을 높일 수 있다.When the indoor heating is performed by the
또한 상부프레임(110) 및 하부프레임(120)에는 다수 개의 통공(11)이 형성됨으로써, 하강류 또는 상승류의 흐름을 보다 원활하게 유도할 수 있다.In addition, the plurality of through
통공(11)의 크기나 형태 및 수량은 열교환기(100)의 규격 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.The size, shape and quantity of the through
또한, 교반기(300)가 설치되는 상부프레임(110) 또는 하부프레임(120)에 절개부(22)가 형성될 수도 있다.In addition, the
절개부(22)는 교반기(300)가 설치된 부분에 형성되어 교반기(300)에 의하여 유도되는 상승류 또는 하강류가 상부프레임(110) 또는 하부프레임(120)에 의하여 차단되는 것을 최소화할 수 있다.The
상기한 바와 같이 구체적 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 보호범위가 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 변경하지 않는 범위 내에서 관용수단의 부가나 삭제, 공지기술의 치환, 단순한 설계변경이나 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.Although the present invention has been described with reference to specific embodiments as described above, the scope of protection of the present invention is not limited to the above embodiments, and the addition or deletion of conventional means within the scope of not changing the technical spirit of the present invention, In the case of substitution of known technology, simple design change, numerical limitation, etc., it is obvious that the scope of the present invention is included.
상기한 구성의 본 발명에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.Technical effects according to the present invention of the above configuration is as follows.
첫째, 열교환이 이루어지지 않는 데드존(Dead Zone)이 발생하지 않는 열교환기를 제공할 수 있다.First, it is possible to provide a heat exchanger in which a dead zone in which heat exchange is not made does not occur.
다시 말하면, 종래의 슬림짐 열교환기와는 달리 열교환파이프의 내부를 따라 열매체가 순환하게 되는 바, 열매체의 유동이 정체되는 데드존이 발생하지 않게 되며, 결과적으로 열교환기의 전체 면적을 활용하여 열교환을 할 수 있어 열교환 효율을 높일 수 있다.In other words, unlike the conventional slim load heat exchanger, the heat medium circulates along the inside of the heat exchange pipe, so that dead zones in which the flow of the heat medium is stagnant do not occur. The heat exchange efficiency can be improved.
외관의 크기가 유사한 종래의 슬림짐(Slim-Jim) 열교환기와 본 발명의 열교환 효율을 비교해 보면, 기존 슬림짐(Slim-Jim) 열교환기의 총괄 열전달 계수값이 150~200 kcal/hm2℃에 불과하나, 본 발명의 경우 총괄 열전달 계수값은 350~450 kcal/hm2℃로 나타나 거의 2배 이상의 효율을 발휘함을 알 수 있다.Comparing the heat exchange efficiency of the present invention with a conventional Slim-Jim heat exchanger having a similar appearance, the overall heat transfer coefficient of the conventional Slim-Jim heat exchanger is 150-200 kcal / hm 2 ℃. However, in the case of the present invention, the overall heat transfer coefficient value is 350 to 450 kcal / hm 2 ℃, it can be seen that the efficiency is almost twice or more.
둘째, 열교환기의 크기를 합리적인 범위 내에서 최소화하고, 제작단가를 절감할 수 있다.Second, it is possible to minimize the size of the heat exchanger within a reasonable range, and to reduce the manufacturing cost.
다시 말하면, 데드존이 없어 열교환기 전체 면적을 통하여 열교환이 가능하게 되는 바, 열교환기를 필요 이상으로 크게 제작할 필요가 없다.In other words, since there is no dead zone, the heat exchange is possible through the entire area of the heat exchanger. Therefore, the heat exchanger does not need to be made larger than necessary.
또한, 마주보는 두 장의 판을 결합하는 스팟용접 작업이 배제되고, 단순한 배관 작업만으로 열교환기를 제작할 수 있게 되어 제작단가를 획기적으로 낮출 수 있다.In addition, the spot welding operation of joining the two sheets facing each other is eliminated, and the heat exchanger can be manufactured by only a simple pipe work, thereby significantly lowering the manufacturing cost.
셋째, 열교환기 주변에 상승기류 또는 하강기류를 발달시킬 수 있다.Third, it is possible to develop an updraft or a downdraft around the heat exchanger.
다시 말하면, 교반기가 별도로 구비되어 열교환기 주변에 발생되는 상승기류 또는 하강기류를 보다 발달시켜 관외측 열전달을 향상시킴으로써 열교환기의 크기가 보다 컴팩트해 질 수 있다.In other words, the size of the heat exchanger can be made more compact by improving the outward heat transfer by further developing the rising or falling air flow generated around the heat exchanger.
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