KR101115097B1

KR101115097B1 - 터보 냉동기의 증발기용 전열관

Info

Publication number: KR101115097B1
Application number: KR1020090041220A
Authority: KR
Inventors: 김양훈; 조현욱; 남상철; 오환희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2012-03-02
Also published as: KR20100122266A

Abstract

본 발명은 터보 냉동기의 증발기 내부에 설치되어 내부에 흐르는 냉각수와 외부의 냉매 사이에 열교환을 행하는 전열관에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전열관은, 전열관(10)의 외주에 전열관(10)의 중심축선(X1)에 직교하거나 경사진 대칭축선(X2)을 중심으로 좌우 양측이 대칭을 이루는 열교환 핀(20)이 형성되고; 상기 열교환 핀(20)의 단면형태는, 전열관(10)의 표면으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 형태의 기둥부(21)와, 상기 기둥부(21)로부터 반경방향 외측으로 연장되고 상기 기둥부(21)의 폭보다 넓은 폭을 가지며 외측 표면은 둥근 산 모양을 이루는 산형 확장부(22)로 이루어지고, 이웃하는 산형 확장부(22)에 의해 반경방향 외측의 입구(23)의 폭이 좁고 반경 방향 내측의 공간부의 폭이 넓은 형태의 통로부(24)를 형성한다. 이러한 본 발명은, 열교환 핀의 형상이 기둥부와 산형 확장부로 이루어지는 한편 인접한 열교환 핀 사이에 입구의 폭이 좁고 내측의 공간부의 폭이 넓은 통로부가 형성된 구조로, 열교환 표면적을 극대화하고, 전열관의 바닥부 표면에서 생성된 냉매 기포의 유동성을 향상시켜, 열교환 효율을 향상시킨 것이다.

터보, 냉동기, 증발기, 전열관, 열교환, 핀, 냉매, 냉수

Description

터보 냉동기의 증발기용 전열관{HEAT EXCHANGING TUBE FOR EVAPORATOR OF TURBO-REFRIGERATOR}

본 발명은 터보 냉동기의 증발기용 전열관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각수와 냉매의 열교환을 적극적으로 유도함으로써 열교환 효율을 극대화할 수 있도록 하는 터보 냉동기의 증발기용 전열관에 관한 것이다.

원심 압축식 냉동기, 이른바 터보 냉동기는 테트라플루오르에탄 계열의 R134, 또는 R134a 등의 냉매를 사용하여 빌딩의 냉난방이나 공업용수용 냉수를 제조하는데 사용되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 터보 냉동기의 냉매 사이클에 있어서, 압축기(100)에서 압축된 고온 고압의 냉매 가스는 응축기(110)로 들어가 액상으로 응축된다. 응축기(110)에서 나온 냉매는 증발기(120)를 통과하면서 증발되고, 증발기(120)를 나온 냉매 가스는 다시 압축기(100)로 들어가 압축된다.

응축기(110) 내부에는 냉각수 흐름 열교환 관군(管群)으로 이루어진 전열관이 배치되어 있어, 상기 응축기(110) 내부로 들어간 냉매 가스는 해당 전열관 내부를 흐르는 냉각수와 열교환하여 응축된다.

또한, 증발기(120)의 내부에는 냉수 흐름 열교환 관군으로 이루어진 전열관이 배치되어 있어, 상기 증발기(120) 내부로 들어간 냉매액은 냉수와 열교환하여 증발되고, 전열관 내부를 흐르는 냉수는 냉각되어 부하측 또는 사용처로 공급된다.

따라서, 실제 부하측에 사용되는 냉수를 효과적으로 냉각시키기 위해서는 전열관과 냉매의 열교환이 활발히 일어나야 한다.

이를 위해 종래의 터보 냉동기에 있어서는, 전열관의 외부 표면과 내부 표면에 요철을 형성하여 전열관의 표면적, 즉 열교환 면적을 증대시켰다.

그 하나의 예로서, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2001-0003158호를 살펴보면, 이는 전열관의 외부 표면에 전열 핀을 형성하고 전열관의 내부 표면에는 릿지를 형성한 형태이다.

상기 공보에 개시된 전열관을 포함하는 종래의 전열관들이 표면에 전열 핀이나 릿지 등을 형성하고 있기는 하나, 그 형태상 열교환 효과를 대폭적으로 향상시키기에는 일정한 한계가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 발명한 것으로서, 전열관의 표면을 냉각수와 냉매의 열교환을 적극적으로 유도할 수 있는 형태로 구성함으로써 열교환 효율을 극대화할 수 있는 터보 냉동기의 증발기용 전열관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 본 발명의 목적은, 증발기의 내부에 열교환 관군 형태로 배치되어 그의 내부를 흐르는 냉수와 상기 증발기 안으로 유입된 냉매와 열교환 하는 전열관으로서, 전열관의 외주에 전열관의 중심축선에 직교하거나 경사진 대칭축선을 중심으로 좌우 양측이 대칭을 이루는 열교환 핀이 형성되고; 상기 열교환 핀의 단면형태는 전열관의 표면으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 형태의 기둥부와, 상기 기둥부로부터 반경방향 외측으로 연장되고 상기 기둥부의 폭보다 넓은 폭을 가지며 외측 표면은 둥근 산 모양을 이루는 산형 확장부로 이루어지고, 이웃하는 산형 확장부에 의해 반경방향 외측의 입구의 폭이 좁고 반경 방향 내측의 공간부의 폭이 넓으며 바닥부가 둥근 형태의 통로부를 형성하며; 상기 전열관의 내주에는 나선 모양으로 연속하는 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기의 증발기용 전열관을 제공함으로써 달성된다.

상기한 본 발명의 전열관에 있어서, 상기 열교환 핀의 대칭축선은 전열관의 중심축선에 대해 경사진 비틀림각을 유지하여 열교환 핀이 전열관의 외주 둘레를 따라 나선 모양으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 전열관에 있어서, 상기 통로부에서, 전열관 표면과 만나는 기둥부의 뿌리 부분은 곡면부로 구성하는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 전열관에 있어서, 상기 열교환 핀은, 높이가 0.3mm ~ 1mm, 너비가 0.1mm ~ 0.5mm, 피치가 0.3mm ~ 0.8mm인 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 전열관에 있어서, 상기 요철부는, 측면부의 경사각이 전열관의 중심축선에 대해 30°~ 60°이고, 높이가 0.2mm ~ 0.5mm, 피치가 1mm ~ 1.3mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 터보 냉동기의 증발기용 전열관은, 전열관 외주의 열교환 핀의 형상이 기둥부와 산형 확장부로 이루어짐과 더불어 인접한 열교환 핀 사이에 입구의 폭이 좁고 내측의 공간부의 폭이 넓으며 바닥부가 좁은 통로부가 형성됨에 따라 열교환 표면적이 극대화되는 한편 전열관의 바닥부 표면에서 생성된 냉매 기포의 유동성이 향상되며, 전열관 내벽에 형성된 나선 모양의 요철부에 의해 냉수의 흐름이 와류 상태가 되어 열교환 효율이 향상된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 터보 냉동기의 증발기용 전열관을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 평면도를 약식으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 단면도이며, 도 5는 열교환 핀을 도 3의 비틀림각(β)에 직교하는 평면으로 절단한 형태로 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 터보 냉동기의 증발기용 전열관은, 전열관(10)의 외주에 우산 또는 버섯 모양을 이루는 열교환 핀(20)을 형성하고, 전열관(10)의 내주에는 나선 모양의 요철부(30)를 형성한 형태로 이루어진다.

상기 열교환 핀(20)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전열관(10)의 중심축선(X1)에 직교하거나 또는 경사진 대칭축선(X2)을 중심으로 좌우 양측으로 대략 대칭의 단면 모양을 이루어 형성된다.

상기 대칭축선(X2)은, 본 실시예와 같이, 전열관(10)의 중심축선(X1)에 대해 소정의 비틀림각(β)으로 경사져서 전열관(10)의 외주 둘레를 따라 나선(螺線, 나사선) 모양으로 연속적으로 감긴 형태로 형성된다.
이러한 열교환 핀(20)은, 상기 대칭축선(X2)의 직교하는 방향으로 절단한 횡단면의 형태, 즉, 대칭축선(X2)에 직교하는 평면으로 절단한 단면의 형태는, 상기 대칭축선(X2)을 기준으로 좌우 양측이 대칭을 이루고, 이러한 단면 형태가 전열관(10)의 외주 둘레를 따라 연속하는 나선 모양으로 감기는 형태로 이루어진다.

상기 열교환 핀(20)의 구체적인 단면 형태, 즉, 대칭축선(X2)에 직교하는 평면으로 절단한 경우의 상기 열교환 핀(20)의 단면의 형태는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 전열관(10)의 표면으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 형태의 기둥부(21)와, 상기 기둥부(21)로부터 반경방향 외측으로 연장된 산형 확장부(22)를 가진다.

상기 산형 확장부(22)는, 상기 기둥부(21)의 폭보다 넓은 폭을 가지고, 외측 표면은 둥근 산 모양으로 산형 확장부(22)의 외측 표면은 볼록한 호형 형성된다. 더 자세하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 볼록한 호형 라운드(22a)로 처리되어 둥근 산 모양을 이룬다. 그리고, 이웃하는 산형 확장부(22)에 의해 반경방향 외측의 입구(23)의 폭이 좁고 반경 방향 내측의 공간부의 폭은 넓은 통로부(24)가 형성된다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 통로부(24)에 있어서, 전열관(10)의 표면과 기둥부(21)의 뿌리 부분이 만나는 모서리 부분은 곡면부(21a)로 형성하고, 상기 기둥부(21)의 상부와 상기 산형 확장부(22)가 만나는 모서리 부분도 곡면부(21b)로 형성함으로써, 냉매 기포가 곡면부(21a)(21b)를 따라 미끄러져서 유동이 원활해지도록 되어 있다.

상기와 같은 열교환 핀(20)이 붙은 전열관(10)은, 다이 회전형 압출 공정에 의해 제조하거나 또는 열교환 핀(20)만을 별도로 제조한 후 전열관(10)의 표면에 권취 및 용접하는 등, 다양한 방법을 사용할 수 있다.

상기 열교환 핀(20)의 대칭축선(X2)은 전열관(10)의 중심축선(X1)에 대해 직교하도록 하여 열교환 핀(20)이 중심축선(X1) 방향으로 연속하지 않고 하나씩 일정 간격을 유지하여 형성된 형태이어도 좋으나, 열교환 핀(20)의 대칭축선(X2)이 전열관(10)의 중심축선(X1)에 대해 소정의 비틀림각을 가지도록 하여 열교환 핀(20)이 전열관(10)의 외부에 나선 모양으로 감긴 형태로 하면 회전 압출 방식 등에 의해 더욱 쉽게 제조할 수 있다.

상기 열교환 핀(20)은, 높이(H)가 0.3mm ~ 1mm, 너비(W)가 0.1mm ~ 0.5mm, 피치(P)가 0.3mm ~ 0.8mm인 것이 적당하다.

또한, 전열관(10) 내부의 요철부(30)는, 측면부(31)의 경사각(α)이 전열관의 중심축선(X1)에 대해 30°~ 60°이고, 높이(h)가 0.2mm ~ 0.5mm, 피치(p)가 1mm ~ 1.3mm인 것이 적당하다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 전열관은, 전열관(10)의 외부에 열교환 핀(20)을 형성하고, 전열관(10)의 내부는 요철부(30)를 형성함으로써, 열교환 표면적을 극대화 하여 전열관(10) 내부의 냉수와 전열관(10) 외부의 냉매 사이의 열전달이 활발하게 이루어진다.

특히, 전열관(10)의 표면에 형성된 열교환 핀(20)은, 우산이나 버섯 모양을 이루면서 기둥부(21), 산형 확장부(22), 입구(23), 통로부(24) 및 곡면부(21a)가 적절히 조합된 형태를 이룬다.

따라서, 열교환 표면적이 극대화될 뿐만 아니라, 이웃하는 열교환 핀(20) 사이의 공간 부분인 통로부(24)에서 유동하는 냉매가 냉수와 열교환 함에 따라 증발 기포가 형성될 때, 통로부(24)를 이루는 대략 타원형의 매끈한 벽에 의해 기포의 유동이 원활해진다.

이와 같은 복합적인 작용과 효과에 의해 증발기 내에서 냉매의 증발이 활발하고 원활히 이루어짐으로써 냉동기 전체의 열효율을 향상시킬 수가 있게 된다.

이상에서는 첨부도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예들은 당연히 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속한다.

도 1은 일반적인 터보 냉동기의 계통도이다.

도 2는 본 발명에 따른 터보 냉동기의 증발기용 전열관을 나타내는 사시도이다.

도 3은 도 2의 평면도를 약식으로 나타낸 도면이다.

도 4는 도 2의 단면도이다.

도 5는 열교환 핀을 도 3의 비틀림각(β)에 직교하는 평면으로 절단한 형태로 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전열관 20: 열교환 핀

21 : 기둥부 21a : 곡면부

22 : 산형 확장부 23 : 입구

24 : 통로부 30 : 요철부

Claims

증발기의 내부에 열교환 관군 형태로 배치되어 그의 내부를 흐르는 냉수와 상기 증발기 안으로 유입된 냉매와 열교환 하는 전열관으로서,

전열관(10)의 중심축선(X1)에 대해 경사진 대칭축선(X2)의 비틀림각(β)으로 전열관(10)의 외주 둘레를 따라 연속하는 나선 모양으로 감기는 형태를 이룸과 함께, 상기 대칭축선(X2)에 직교하는 평면으로 절단한 단면의 형태는 상기 대칭축선(X2)을 기준으로 좌우 양측이 대칭을 이루는 열교환 핀(20)이 형성되고;

상기 대칭축선(X2)에 직교하는 평면으로 절단한 경우의 상기 열교환 핀(20)의 단면의 형태는, 전열관(10)의 표면으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 형태의 기둥부(21)와, 상기 기둥부(21)로부터 반경방향 외측으로 연장되고 상기 기둥부(21)의 폭보다 넓은 폭을 가지며 외측 표면은 볼록한 호형 라운드(22a)로 처리되어 둥근 산 모양을 이루는 산형 확장부(22)로 이루어지고, 이웃하는 산형 확장부(22)에 의해 반경방향 외측의 입구(23)의 폭은 좁고 반경 방향 내측의 공간부의 폭은 넓은 형태의 통로부(24)가 형성되며,

상기 통로부(24)에서, 상기 기둥부(21)의 뿌리 부분과 상기 전열관(10)의 표면이 만나는 모서리 부분은 곡면부(21a)로 이루어지고, 상기 기둥부(21)의 상부와 상기 산형 확장부(22)가 만나는 모서리 부분은 곡면부(21b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기의 증발기용 전열관.
제1항에 있어서,

상기 전열관(10)의 내주에는 나선 모양으로 연속하는 요철부(30)가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기의 증발기용 전열관.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 열교환 핀(20)은, 높이(H)가 0.3mm ~ 1mm, 너비(W)가 0.1mm ~ 0.5mm, 피치(P)가 0.3mm ~ 0.8mm인 것을 특징으로 하는 터보 냉동기의 증발기용 전열관.
제2항에 있어서,

상기 요철부(30)는, 측면부의 경사각(α)이 전열관(10)의 중심축선(X1)에 대해 30°~ 60°이고, 높이(h)가 0.2mm ~ 0.5mm, 피치(p)가 1mm ~ 1.3mm인 것을 특징으로 하는 터보 냉동기의 증발기용 전열관.