KR101146941B1 - 습표면을 가지는 플레이트, 어셈블리 및 그를 이용한 간접 증발식 냉각기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 용접에 의해 결합 되는 제1 및 제2 부재들과, 상기 제1 및 제2 부재들 중 적어도 하나의 일 표면에 형성되어 인접한 부분들이 서로에 대해 분리되도록 하는 흐름저항부와, 상기 흐름저항부의 적어도 일부와 연관되도록 상기 일 표면에 형성되어 상기 일 표면에 제공되는 액체를 상기 흐름저항부로 유인하는 물 유인부를 포함하는 습표면을 가지는 어셈블리, 플레이트, 및 그를 이용한 간접 증발식 냉각기를 제공한다.

Description

습표면을 가지는 플레이트, 어셈블리 및 그를 이용한 간접 증발식 냉각기{PLATE, ASSEMBLY HAVING WET SURFACE, AND INDIRECTIVE-EVAPORATIVE AIR CONDITIONER USING THE SAME}

본 발명은 액체가 막을 형성한 채로 유지되는 습표면을 가지는 플레이트, 어셈블리 및 그를 이용한 간접 증발식 냉각기에 관한 것이다.

공기조화(Air conditioning)는 온도, 습도 및 기류, 박테리아, 먼지, 유해 가스 등의 조건을 실내에 있는 사람이나 물품에 대하여 가장 좋은 조건으로 유지하는 것을 말한다.

그 중에서 핵심적인 공기조화의 기능은 온도 조절에 관한 냉난방(Cooling & Heating)과, 습도에 조절 관한 제습(dehumidification) 및 가습(humidification) 등이 있다.

냉방과 관련하여, 물의 증발 잠열을 이용하는 간접 증발식 냉각기가 사용될 수 있다. 간접 증발식 냉각기에서는 2개의 반대되는 공기 흐름 들이 존재하며, 이들 중 하나의 흐름은 그가 유동하는 공간을 형성하는 표면에 분사되는 물의 증발 잠열에 의해 냉각된다.

위 증발의 효율성을 높이기 위해, 물이 위 표면에 고루 퍼져서 얇은 액막을 유지하도록 하는 것이 고려될 수 있다.

본 발명의 일 목적은 종래와 다른 형태의 습표면을 형성하는 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 액체가 대상 표면에 고루 퍼진 채로 유지되는 습표면을 형성하는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 습표면의 외부 조건에 대한 저항성이 향상되게 하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 간접 증발식 냉각기는 건채널과, 습채널과, 흐름저항부를 포함한다. 상기 건채널로는 공기가 유입된다. 상기 습채널은 파동형 단면을 가지고서 연장하는 핀을 내장한 채로 상기 건채널과 병렬적으로 배치된다. 상기 핀의 표면에 물이 공급되는 상태에서 상기 건채널을 통과한 공기는 추기되어 상기 습채널 내를 유동하게 된다. 상기 흐름저항부는 상기 핀의 두께 방향을 따라 적어도 일 부분이 제거되어 형성된다. 상기 흐름저항부는 연장 길이가 폭 보다 크게 형성되며, 상기 핀에 전체적으로 균일하게 배열된다. 상기 흐름저항부의 주위에는 물 유인부가 형성되어, 공급된 물을 상기 흐름저항부로 유인한다.

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본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 흐름저항부는 상기 추기 공기의 유동 방향에 교차하는 방향을 따라 형성된다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 물 유인부는 상기 일 표면에 상기 흐름저항부의 적어도 일부를 덮는 친수성 코팅에 의해 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 간접 증발식 냉각기는 건채널과, 습채널과, 흐름저항부 및 물 유인부를 포함한다. 상기 건채널로는 공기가 유입된다. 상기 습채널은 상기 건채널과 병렬적으로 배치되며, 물이 공급된 상태에서 상기 건채널을 통과한 공기가 추기되어 유동하는 공간을 제공한다. 상기 흐름저항부는 상기 습채널의 일 영역에 형성되어, 인접한 부분들이 서로에 대해 분리되도록 한다. 상기 물 유인부는 상기 흐름저항부의 적어도 일부와 연관되도록 상기 일 표면에 형성되어, 상기 일 표면에 공급되는 물을 상기 흐름저항부로 유인한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 건채널 및 습채널은, 상기 채널들보다 융점이 낮은 물질과 함께 상기 물질의 융점 이상의 온도 분위기에 노출됨에 따라 열 용접된다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 흐름저항부는 상기 일 영역의 두께 방향을 따라 적어도 일 부분이 제거됨에 따라 형성된다. 상기 흐름저항부는 상기 추기 공기의 유동방향에 교차하는 방향을 따라 연장하는 형태로서, 연장 길이는 상기 흐름저항부의 폭 보다 큰 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 흐름저항부는 상기 일 영역에 복수로 평행하게 형성된다. 상기 흐름저항부는 상기 일 영역의 반대되는 면들에 교대로 형성되고, 상기 반대되는 면들에 교대로 형성되는 인접한 흐름저항부들은 서로 연통될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 흐름저항부에 인접한 부분들은 서로 같은 방향으로 절곡되거나, 상기 흐름저항부는 상기 일 영역에서 지그 재그 형태로 연장할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 물 유인부는 상기 일 표면에 상기 흐름저항부의 적어도 일부를 덮는 친수성 코팅에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 습채널은 파동형의 단면을 가지고서 연장하는 핀(fin)과, 상기 핀의 일 측에 배치되는 플레이트(들)에 의해 형성된다. 상기 흐름저항부 및 물 유인부는 상기 핀에 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 습표면을 가지는 플레이트는, 제1 방향을 따라 유동하는 공기에 노출되도록 배치되는 몸체와, 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 연장하도록 상기 몸체에 형성되어 상기 몸체의 인접한 부분들이 서로에 대해 분리되도록 하는 흐름저항부와, 상기 흐름저항부의 적어도 일부와 연관되도록 상기 몸체에 형성되어 상기 몸체에 제공되어 상기 공기와 상호 작용하는 액체를 상기 흐름저항부로 유인하는 물 유인부를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 흐름저항부는 상기 몸체의 두께 방향을 따라 적어도 일 부분이 제거됨에 따라 형성된다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 물 유인부는 상기 흐름저항부의 적어도 일부를 덮도록 상기 몸체에 형성되는 친수성 코팅을 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 습표면을 가지는 플레이트, 어셈블리 및 간접 증발식 냉각기는 인접한 부분들을 분리하는 분리가 대상 표면 자체에 형성됨에 따라, 그의 내구성이 향상된다.

또한, 흐름저항부와 물 유인부가 대상 표면에 길게 연장하면서도 전체적으로 균일하게 형성됨에 따라, 액체가 대상 표면에 고루 퍼져서 얇은 액막을 형성할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 습표면을 가지는 플레이트, 어셈블 리 및 간접 증발식 냉각기에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 간접 증발식 냉각기의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 간접 증발식 냉각기의 일 예를 보인 사시도이다.

이들 도면을 참조하면, 간접 증발식 냉각기(100)는, 물이 공급되지 않는 건채널(dry channel, 110)과, 물이 공급되는 습채널(wet channel, 130)을 포함한다. 건채널(110)을 통해 벽(W)을 지나 실내로 유입되는 공기(실내 급기) 중의 일부는 송풍기 등에 의해 습채널(130)로 추기 된다.

이러한 추기 공기는 습채널(130)에서 물이 공급되는 경우에 그러한 물의 증발에 의해 냉각된다. 추기 공기에 물을 공급하기 위한 물공급부(150)는 습채널(130) 내로 물(M)을 분사하는 급수부(151)와, 급수된 물을 수집하는 물수집부(155)를 포함할 수 있다.

냉각된 추기 공기는 상대적으로 온도가 높은 실외 흡기(실내 급기)로부터 현열을 빼앗아 실외 흡기의 온도를 낮춘다. 그에 의해, 건채널(110)을 통과하며 온도가 낮아진 실외 흡기는 실내로 토출 되고, 습채널(130)을 통과하면서 건채널(110)과 열교환을 마친 추기 공기는 실외로 배출된다. 위 추기 공기의 배출을 위한 안내덕트(140)는 습채널(130)에 대응하여 형성되며, 상판(141) 및 하판(142), 그들 사이에 배치되는 중간판(143)을 포함할 수 있다. 추기 공기의 배출을 위한 공간은 하판(142)과 중간판(143)이 한정하며, 상판(141)에는 개구공이 형성될 수 있다.

이때, 건채널(110)과 습채널(130)의 내부에는 위 열 전달의 효율을 향상시키기 위하여 각각 핀(fin)이 구비될 수 있다.

도 3a는 도 2의 습채널(130)을 보인 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 핀(132)에 습표면이 형성된 상태를 보인 단면도이다.

본 도면들을 참조하면, 습채널(130)은 플레이트(131)와 핀(132)을 포함한다. 핀(132)은 파동형의 단면을 가지고서 일 방향을 따라 연장하는 형태를 가질 수 있다. 이러한 형태에 의해, 볼록한 부분과 오목한 부분이 교대로 형성된다. 핀(132)의 일 측에는 플레이트(131)가 오목한 부분과 접촉하도록 결합 된다. 이와 달리, 핀(132)의 양 측에 한 쌍의 플레이트(131)가 결합 될 수도 있다. 핀(132)의 오목한 부분과 플레이트(131)에 의해서는 공기가 유동할 수 있는 공간이 형성된다.

본 명세서에서 플레이트(131)와 핀(132)은 각각 제1 또는 제2 부재로 구분될 수 있다. 이와 달리, 습채널(130)이 제1 부재가 되고, 건채널(110) 및/또는 안내덕트(140)가 제2 부재로 구분될 수도 있다. 제1 및 제2 부재는 그들보다 녹는점(융점)이 낮은 비철금속, 또는 그 합금(납재)을 용가재로 사용하여 열 용접(브레이징)될 수 있다. 열 용접에 의해 제1 및 제2 부재는 거의 용융되지 않고, 용가재 만이 용융된 후 경화되어 제1 및 제2 부재를 접합하게 된다.

핀(132)의 표면에는 흐름저항부(161)가 형성된다. 흐름저항부(161)는 핀(132)의 인접한 부분이 서로에 대해 분리되도록 한다. 흐름저항부(161)는 핀(132)의 일정 부분(들)이 두께 방향을 따라 제거된 형태로 형성될 수 있다. 제거된 정도는 두께 방향을 따라 전체가 되거나, 그 중 일부가 될 수도 있다. 본 도면들에서는 두께 방향을 따라 전체가 제거된 상태, 즉 개구된 부분이 흐름저항부(161)를 이루는 상태를 예시하고 있다.

흐름저항부(161)는 그의 연장 길이가 폭보다 몇 배는 큰 형태일 수 있다. 이에 의해, 흐름저항부(161)는 슬렌더한(slender) 형태로서 핀(132)의 전체 영역에 걸쳐서 비교적 균일하게 배치될 수 있다. 복수의 흐름저항부(161)들은 서로 평행하게 연장하여 균일성을 높일 수 있다.

흐름저항부(161)에 연관되어서는 물 유인부(166)가 형성된다. 물 유인부(166)는 흐름저항부(161)를 형성하는 핀(132)의 일 표면(및 그에 인접한 부분)에 형성된다. 물 유인부(166)는 물공급부(150)에서 공급되는 물(M)을 흐름저항부(161)에 모이도록 유인한다. 물 유인부(166)는 친수성 조성물로서, 핀(132)의 표면에 코팅될 수 있다.

이와 달리, 복수의 부재들이 서로 접함 됨과 관계없이, 하나의 플레이트에 흐름저항부(161)와 물 유인부(166)가 형성될 수 있다. 흐름저항부(161)는 제1 방향을 따라 유동하는 공기에 노출되도록 배치되는 몸체에 형성된다. 흐름저항부(161)는 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 연장한다. 물과 같은 액체는 플레이트에 공급되어 위 공기와 상호 작용(증발 및 그에 따른 열 흡수)하게 된다. 이와 같이 흐름저항부(161)와 물 유인부(166)를 가지는 복수의 플레이트들이 나란히 배치되어 열 교환기의 일 부분을 이룰 수 있다.

도 3b를 참조하면, 핀(132)의 일 단면에서 흐름저항부(161)는 일정한 간격을 두고서 형성된다. 흐름저항부(161)에는 그 자체에 의한 모세관 현상, 그리고 물 유인부(166)에 의한 친수성에 의해 물(M)이 모이게 된다. 이러한 물(M)은 흐름저항부(161)에 유지되면서 핀(132)의 표면에 얇은 액막이 형성되어 유지되게 한다.

다시 도 3a를 참조하면, 이러한 액막은 추기 공기의 유동 방향(A)(제1 방향)에 대하여 교차하는 방향(제2 방향)을 따라 연장하는 것이 바람직하다. 이는 유동하는 공기는 자신의 유동 방향(A)에 교차 되게 형성된 액막을 거침에 따라 빠짐없이 습기와 상호 작용할 수 있기 때문이다.

흐름저항부(161)가 촘촘하게 형성됨에 따라서는, 추기 공기는 핀(132)의 표면 전체에 액막이 형성된 것과 같은 상태를 인식하게 된다. 결과적으로, 핀(132)의 정해진 표면적에 대비하여 흐름저항부(161)의 밀도가 높을수록 유리하다.

도 4a는 도 3a의 다른 변형예를 보인 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 핀(133)의 일 부분의 단면도이다.

이들 도면들을 참조하면, 앞선 실시예와 달리, 핀(133)에 형성되는 흐름저항부(162)는 핀(133)의 두께 방향을 따라 일 부분만이 리세스된(recessed) 상태로 형성된다.

또한, 흐름저항부(162)는 핀(133)의 반대되는 양면에 교대로 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 핀(133)의 일 면에는 일정 간격을 두고서 물(M)에 의한 액막이 형성되고, 그에 반대되는 면에도 액막이 형성된다. 핀(133)의 앞, 뒷면에 형성되는 액막 들은 서로 교대로 배치되게 된다.

도 5a는 도 4a의 다른 변형예를 보인 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 핀(134)의 일 부분의 단면도이고, 도 5c는 도 5b의 또 다른 변형예이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 핀(134)에서 흐름저항부(163)가 반대되는 면에 교대로 형성됨은 앞선 변형예와 유사하다. 그러나, 본 변형예에서는 인접한 흐름저항부(163)들이 개구부(163')를 통하여 서로 연통 된다.

이러한 개구부(163')에 의하여, 핀(134)의 일 면에서 액막을 형성하는 물(M)은 핀의 다른 면에서 물(M)이 부족한 경우에 그 부분으로 이동될 수 있다. 이는 핀(134)의 양면에 비교적 고른 액막을 형성할 수 있게 하는 이점이 있다.

도 5c를 참조하면, 흐름저항부를 형성하기 위하여 핀(134')의 일 부분을 프레싱하는 것보다, 개구부(163')를 기준으로 핀(134')의 인접한 부분들을 서로 반대되는 방향으로 절곡 시킬 수 있다.

이에 의하면, 위 프레싱 없이도 보다 간단하게 흐름저항부를 형성할 수 있을 것이다.

도 6a 내지 6c는 각각 흐름저항부(164,165,165a)의 연장 형태를 보인 개념도이다.

도 6a를 참조하면, 흐름저항부(164)는 핀(134)의 표면에 경사지는 형태로 연장하도록 형성될 수 있다. 추기 공기의 유동 방향(A)에 대하여 흐름저항부(164)의 경사진 각도는 90도 미만이다.

이러한 경사각을 가지는 흐름저항부(164)에 있어서, 흐름저항부(164)의 상단으로 유입된 물(M)은 중력에 의하여 흐름저항부(164)의 하단까지 진행하게 된다. 이는 흐름저항부(164) 전체에 고르게 물(M)이 존재할 수 있게 한다.

도 6b를 참조하면, 흐름저항부(165)는 핀(135)의 표면에 역시 경사를 가지도록 연장하게 형성된다. 앞서 도 6a를 통해 살펴본 바와 달리, 흐름저항부(165)의 양단부는 거의 비슷한 높이에 위치하며, 중앙이 절곡되어 그들보다 하측에 위치하게 된다.

이에 의하면, 흐름저항부(165)의 양단부를 통해 각각 유입되는 물(M)은 흐름저항부(165)의 중앙을 향해 중력에 의해 유동하게 된다. 이러한 구조는 공급되는 물(M)의 양이 작은 경우에도 흐름저항부(165)에 전체적으로 물(M)이 보다 균일하게 유지될 수 있게 한다.

도 6c를 참조하면, 핀(136)의 표면에 형성되는 흐름저항부(165a)는 중력 효과를 가지면서 연속적으로 연장한다. 이를 위하여, 흐름저항부(165a)는 지그 재그 형태를 이룰 수 있다.

복수의 흐름저항부(165a)들은 서로 같은 방향으로 절곡되면서, 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 흐름저항부(165a)들은 핀(136)의 표면에 걸쳐서 균일하게 형성되므로, 핀(136) 전체에 균일한 액막을 형성할 수 있게 한다.

상기와 같은 습표면을 가지는 어셈블리 및 그를 이용한 간접 증발식 냉각기는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

도 1은 간접 증발식 냉각기의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도.

도 2는 간접 증발식 냉각기의 일 예를 보인 사시도.

도 3a는 도 2의 습채널을 보인 사시도.

도 3b는 도 3a의 핀에 습표면이 형성된 상태를 보인 단면도.

도 4a는 도 3a의 다른 변형예를 보인 사시도.

도 4b는 도 4a의 핀의 일 부분의 단면도.

도 5a는 도 4a의 다른 변형예를 보인 사시도.

도 5b는 도 5a의 핀의 일 부분의 단면도.

도 5c는 도 5b의 또 다른 변형예.

도 6a 내지 6c는 각각 흐름저항부의 연장 형태를 보인 개념도.

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8. 공기가 유입되는 건채널;

   플레이트 및 파형의 핀을 포함하며, 상기 건채널과 병렬적으로 배치되고, 물이 공급된 상태에서 상기 건채널을 통과한 공기가 추기되어 유동하는 습채널;

   상기 핀의 표면을 따라서 흐르는 물의 흐름저항을 증가시켜, 모세관 현상에 의해 물이 모이도록 핀의 표면에 형성되는 복수 개의 흐름저항부를 포함하며,

   상기 핀의 표면을 따라서 흐르는 물이 상기 흐름저항부에 의해서 상기 공기의 유동방향과 교차하는 방향으로 확산되는 간접 증발식 냉각기.
9. 제8항에 있어서,

   상기 흐름저항부는,

   상기 핀을 관통하여 형성되는 복수 개의 슬릿인 것을 특징으로 하는 간접 증발식 냉각기.
10. 제8항에 있어서,

    상기 흐름저항부는

    상기 핀의 표면에 형성되는 복수 개의 요철부인 것을 특징으로 하는 간접 증발식 냉각기.
11. 제8항에 있어서,

    상기 흐름저항부는

    상기 핀을 관통하여 형성되는 복수 개의 슬릿 및 상기 핀의 표면에 형성되는 복수 개의 요철부를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접 증발식 냉각기.
12. 제11항에 있어서,

    상기 슬릿 및 요철부는 교호적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 간접 증발식 냉각기.
13. 제8항에 있어서,

    상기 흐름저항부는 중력 방향에 대해서 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 간접 증발식 냉각기.
14. 제8항에 있어서,

    상기 흐름저항부는 중력 방향에 대해서 지그재그 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 간접 증발식 냉각기.
15. 제8항에 있어서,

    적어도 상기 흐름저항부의 주위에 물을 유인하는 물 유인부가 형성되는 것을 특징으로 하는 간접 증발식 냉각기.
16. 제15항에 있어서,

    상기 물 유인부는 상기 흐름저항부의 적어도 일부를 덮는 친수성 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 간접 증발식 냉각기.
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