KR101005419B1 - 액-기체 열 교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 교환기에 관한 것으로서, 특히 이중관 구조를 갖고 대향류 또는 병행류에 의하여 열교환을 수행하는 열교환기에 있어서, 내부 코어가 튜브 내측공간에서 선 접촉되도록 설치되되, 특히 내부 코어의 접힘형상에서 와류가 발생하도록 하여 전열 성능을 높여 줄 수 있도록 한 액-기체 열 교환기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액-기체 열 교환기는, 저온저압의 기체 냉매가 흐르는 제1 튜브와; 상기 제1 튜브 외측에서 상기 저온저압의 기체 냉매와의 열교환을 위해 고온고압의 액체 냉매가 대향류 또는 병행류로써 흐르는 제2 튜브와; 상기 제1 튜브내에 길이 방향으로 설치되어 상기 제1 튜브의 내부 둘레면과 선 접촉하는 다수개의 접힘면을 갖춘 나선형 형상의 내부 코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액-기체 열 교환기는, 접힘면 형상을 갖도록 내부 코어를 제작하게 되므로 제조가 용이하여 제작 및 조립 경비가 획기적으로 절감되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 또다른 효과는, 제1 튜브내의 내부 코어의 접힘부에 의하여 발생되는 와류로 인하여, 상기 내부 코어바깥 공간과 상기 제1 튜브의 내부 둘레면 사이에서 열교환이 이루어진 고온의 냉매가 상기 코어 안쪽 공간의 저온의 냉매와 쉽게 혼합되므로써 열교환기의 전열 성능을 높여주는 효과가 있다.

열 교환기, 튜브, 대향류, 코어

Description

액-기체 열 교환기{ Liquid-to-Suction Heat Exchanger}

도 1은 일반적인 압축 냉동사이클의 작동 개요를 나타내는 도면.

도 2는 일반적인 액-기체 열 교환기를 개략적으로 나타내는 측단면도.

도 3은 종래기술에 따른 액-기체 열 교환기의 일 실시예를 나타내는 분해 사시도.

도 4는 종래기술에 따른 액-기체 열 교환기의 또다른 실시예를 나타내는 측 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도.

도 6은 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기의 일 실시예를 나타내는 분해 사시도.

도 7은 본 발명에 의한 ph 선도를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 열 교환기 110 : 제 1튜브 120 : 제2 튜브

130 : 나선형 코어 131 : 접힘선 132 : 접힘면

본 발명은 열 교환기에 관한 것으로서, 특히 이중관 구조를 갖고 대향류 또는 병행류에 의하여 열교환을 수행하는 열교환기에 있어서, 내부 코어가 튜브 내측공간에서 선 접촉되도록 설치되되, 특히 내부 코어의 접힘형상에서 와류가 발생하도록 하여 전열 성능을 높여 줄 수 있도록 한 액-기체 열 교환기에 관한 것으로서, 접힘면 형상을 갖도록 내부 코어를 제작하게 되므로 제조가 용이하여 제작 및 조립 경비가 획기적으로 절감되도록 할 뿐만 아니라, 제1 튜브내의 내부 코어의 접힘부에 의하여 발생되는 와류로 인하여, 상기 내부 코어바깥 공간과 상기 제1 튜브의 내부 둘레면 사이에서 열교환이 이루어진 고온의 냉매가 상기 코어 안쪽 공간의 저온의 냉매와 쉽게 혼합되므로써 전열 성능을 높여주는 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 압축 냉동사이클의 작동 개요를 나타내는 도면이다.

도 1에 따르면, 일반적인 냉동사이클장치는, 저온저압의 기체상태의 냉매를 고온고압의 기체상태의 냉매로 변화시키는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)에서 변화된 고온고압의 기체상태의 냉매를 고온고압의 액체상태의 냉매로 변화시키면서 외부로 열을 방출하는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)에서 변화된 고온고압의 액체상태의 냉매를 저온저압의 이상상태의 냉매로 변화시키는 팽창기구(3)와, 상기 팽창기구(3)에서 변화된 저온저압의 이상상태의 냉매를 기체상태로 변환시키면서 외부의 열을 흡수하는 증발기(4)로 구성되며, 각 구성요소들은 냉매관으로 서로 연결된다.

상기 냉동사이클장치는 증발기에서 외부의 열을 흡수하고 응축기에서 외부로 열을 방출하는 작동을 하게 되는데, 이러한 작동을 이용하여 식품등을 신선하게 보관하거나 실내를 냉/난방시켜 실내환경을 쾌적하게 유지시키는 냉장고나 에어컨 등에 활용케 된다.

도 2는 일반적인 액-기체 열 교환기를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.

도 2를 참조하면, 액-기체 열 교환기(50)는 내부의 제1 튜브(51)와 외부의 제2 튜브(52)가 이중관 형태로 결합되며, 상기 제2 튜브(52)내측의 제1 튜브(51)는 일측이 증발기 출구 (P1)(51a)에 연결되며, 타측이 압축기 입구(P2)(51b)에 연결되어서, 저온저압의 기체를 흡입하고 제2 튜브(52)로 흐르는 유체에 의해 열 교환시켜 압축기로 전달한다.

즉, 제1 튜브(51)는 증발기 출구(P1) 및 압축기 입구(P2)에 연결되어 저온 저압의 기체가 흐르는 관이며, 상기 제1 튜브(51) 외곽의 제2 튜브(52)는 응축기 출구(P3)(52a) 및 팽창밸브의 입구(P4)(52b)에 연결되어, 제1 튜브(52)에 흐르는 냉매와 대향류(또는 병행류)로 고온고압의 액체가 흐르게 됨으로써, 제1 튜브(51)에 흐르는 기체를 고온으로 전도시켜 준다.

도 3은 종래기술에 따른 액-기체 열 교환기의 일 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.

도 3을 참조하면, 내부의 제1 튜브(61)를 흐르는 저온의 냉매와 외곽의 제2 튜브(62)내에 흐르는 고온의 냉매간에 열 교환시켜 주기 위해, 제1 튜브(61) 내부 공간(61a)에 방사형으로 형성된 코어(63)가 삽입된다.

상기 제1 튜브(61) 내부에 삽입되는 코어(63)는 방사 형태로 형성된 것으로, 중심부에서 다수개의 핀들이 일정 각도로 이격되고 직선 방향으로 돌출되는 형상이다. 이러한 방사 형태로 형성된 코어(63)는 1개의 평판 형태의 재료를 벤딩하거나, 절곡의 공정을 거쳐서 접은 재료를 방사상의 형태로 하여서 상기 제1 튜브(61) 내부에 길이방향으로 삽입되도록 하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 기술에 따른 코어(63)의 핀은 제1 튜브(61)의 내부 둘레면에 대해 선접촉을 하므로, 상기 제1 튜브와의 접촉에 의한 전열 성능이 매우 낮을 뿐만 아니라, 형상이 방사상의 형태로 구성되므로, 이러한 형상을 구현하기 위하여 벤딩을 하거나, 절곡에 의하여 그 형상을 제조하기가 매우 곤란한 등등 코어 제조에 문제점이 있다.

도 4는 종래기술에 따른 액-기체 열 교환기의 또다른 실시예를 나타내는 측 단면도이다.

도 4에 따르면, 또다른 실시예의 열교환기의 제1 튜브(71)와 제2 튜브(72) 사이의 관 형태를 물결모양인 "∼"형상으로 가공하여서, 상기 제2 튜브(72)로 흐르는 고온의 냉매 유체로부터 제1 튜브(71)에 흐르는 저온의 냉매 기체에의 열교환을 달성하도록 구성시킨 것이다.

그러나, 상기와 같은 또다른 실시예의 열교환기의 관 형태를 물결모양인 "∼"형상으로 가공한 열교환기에 있어서는, 고온의 냉매와 저온의 냉매간에 열교환을 수행하게 하는 전열 면적이 극히 좁은 관계로 열교환에 따른 효율이 매우 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 접힘면 형상을 갖도록 나선형의 내부 코어를 제작하게 되므로 제조가 용이하여 제작 및 조립 경비가 획기적으로 절감되며, 제1 튜브내의 내부 코어의 접힘부에 의하여 발생되는 와류로 인하여, 상기 내부 코어의 바깥 공간과 상기 제1 튜브의 내부 둘레면 사이에서 열교환이 이루어진 고온의 냉매가 상기 코어 안쪽 공간의 저온의 냉매와 쉽게 혼합되므로써 전열 성능을 높여주도록 하는 열 교환기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기는, 저온저압의 기체 냉매가 흐르는 제1 튜브와; 상기 제1 튜브 외측에서 상기 저온저압의 기체 냉매와의 열교환을 위해 고온고압의 액체 냉매가 대향류 또는 병행류로써 흐르는 제2 튜브와; 상기 제1 튜브내에 길이 방향으로 설치되어 상기 제1 튜브의 내부 둘레면과 선 접촉하는 다수개의 접힘면을 갖춘 나선형 형상의 내부 코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기를 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기의 구성을 개략적으로 나타내는 측 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기의 일 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기는, 저온저압의 기체 냉매가 흐르는 제1 튜브와; 상기 제1 튜브 외측에서 상기 저온저압의 기체 냉매와의 열교환을 위해 고온고압의 액체 냉매가 대향류 또는 병행류로써 흐르는 제2 튜브와; 상기 제1 튜브내에 방사 형태로 형성되고, 중심부에서 다수개의 핀들이 일정 각도로 이격되고 직선 방향으로 돌출되는 형상의 내부 코어를 갖는, 도 3에 도시된 종래의 액-기체 열 교환기와는 달리, 제1 튜브내에 길이 방향으로 설치되어 상기 제1 튜브의 내부 둘레면과 선 접촉하는 다수개의 접힘면을 갖춘 나선형 형상의 내부 코어를 구비하는 것으로서, 도 3에 도시한 종래의 액-기체 열 교환기에서의 문제점인 제1 튜브와의 접촉에 의한 전열 성능이 매우 낮을 뿐만 아니라, 형상이 방사상의 형태로 구성되므로, 이러한 형상을 구현하기 위하여 벤딩을 하거나, 절곡에 의하여 그 형상을 제조하기가 매우 곤란한 점을 근원적으로 해소한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기는, 도 4에 도시된 바와같이 관의 형태를 물결모양인 "∼"형상으로 가공한 종래의 열교환기에 있어서의 문제점인, 고온의 냄매와 저온의 냉매간에 열교환을 수행하게 하는 전열 면적이 극히 좁은 관계로 열교환에 따른 효율이 매우 낮은 점을 혁신적으로 해소한 것이다.

본 발명에 따른 액-기체 열 교환기의 구성과 작용효과를 살펴보면, 액-기체 열 교환기(100)는 내부의 제1 튜브(110)와 외부의 제2 튜브(120)가 이중관 형태로 결합되며, 상기 제2 튜브(120)내측의 제1 튜브(110)는 일측이 증발기 출구 (P1)(111)에 연결되며, 타측이 압축기 입구(P2)(112)에 연결되어서, 저온저압의 기체를 흡입하고 제2 튜브(120)로 흐르는 유체에 의해 열 교환시켜 압축기로 전달한다.

여기서, 제1 튜브(110)는 증발기 출구(P1) 및 압축기 입구(P2)에 연결되어 저온 저압의 기체가 흐르는 관이며, 상기 제1 튜브(110) 외곽의 제2 튜브(120)는 응축기 출구(P3)(121) 및 팽창밸브의 입구(P4)(122)에 연결되어, 제2 튜브(120)에 흐르는 냉매와 대향류(또는 병행류)로 고온고압의 액체가 흐르게 됨으로써, 제1 튜브(110)에 흐르는 기체를 고온으로 전도시켜 주게 되는데, 이때 상기의 제1 튜브(110)의 내부 둘레면과 선 접촉하는 다수개의 접힘면을 갖춘 나선형 형상의 내부 코어(130)에 의하여 열교환이 보다 더 활발하게 이루어 진다.

이를 좀더 상세하게 살펴보면, 직사각형의 판재를 다수개의 접힘면(132) 형상을 갖는 나선형의 형상으로 만들기 위하여 벤딩 또는 절곡에 의하여 코어(130)를 성형하여, 이를 상기의 제1 튜브(110)의 내부 둘레면과 선 접촉하도록 설치하는데, 상기의 제1 튜브(110) 내부로 저온의 냉매가 통과하게 되면, 상기 제1 튜브(110)의 내부 둘레면과 상기 나선형 코어(130)의 외곽사이에서 유동하는 냉매는 상기 제2 튜브(12)내의 고온의 냉매와 열교환을 하게 되어 고온으로 되는데, 이렇게 고온으로 된 냉매는 상기 나선형 코어(130)에 형성된 다수개의 접힘면(132)에 부딪히어 와류를 형성시키게 되고, 상기의 와류에 의하여 상기 제1 튜브(110)내의 저온의 냉매와 쉽게 혼합되게 된다. 따라서 상기 제1 튜브(110)내의 냉매도 짧은 시간내에 고온의 냉매로 변하게 된다.

도 7은 본 발명에 의한 ph 선도를 나타낸 도면이다.

도 7에 따르면, 압축 냉동사이클을 수행하므로써, 압축기측(②)에서 엔탈피(enthalpy)가 증가하게 되며, 팽창밸브측(①) 및 증발기측(①) 으로 엔탈피가 감소하게 됨으로써, 전체적으로 전열 성능이 크게 향상시켜 주게 됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기는, 상기 제1 튜브내에 길이 방향으로 설치되어 상기 제1 튜브의 내부 둘레면과 선 접촉하는 다수개의 접힘면을 갖춘 나선형 형상의 내부 코어에 의하여 고온으로 변화된 냉매와 저온의 기체 냉매가 쉽게 혼합되므로써, 열교환기의 전열 성능을 높여주는 것을 물론, 제조가 용이한 열교환기를 구현하는 것이 가능케 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액-기체 열 교환기는, 접힘면 형상을 갖도록 내부 코어를 제작하게 되므로 제조가 용이하여 제작 및 조립 경비가 획기적으로 절감되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 또다른 효과는, 제1 튜브내의 내부 코어의 접힘부에 의하여 발생되는 와류로 인하여, 상기 내부 코어바깥 공간과 상기 제1 튜브의 내부 둘레면 사이에서 열교환이 이루어진 고온의 냉매가 상기 코어 안쪽 공간의 저온의 냉매와 쉽게 혼합되므로써 열교환기의 전열 성능을 높여주는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 저온저압의 기체 냉매가 흐르는 제1 튜브와;

   상기 제1 튜브 외측에서 상기 저온저압의 기체 냉매와의 열교환을 위해 고온고압의 액체 냉매가 대향류 또는 병행류로써 흐르는 제2 튜브와;

   상기 제1 튜브내에 길이 방향으로 설치되어 상기 제1 튜브의 내부 둘레면과 선 접촉하는 나선형 형상의 내부 코어를 포함하고,

   상기 내부 코어는, 다수개의 접힘면을 갖춘 것을 특징으로 하는 액-기체 열 교환기.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 다수개의 접힘면은, 벤딩 또는 절곡에 의하여 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 액-기체 열 교환기.

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