KR101294939B1 - 써모사이폰 열교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치는 고온의 유체가 유통되는 열원매체수집부와, 열원매체수집부 내에 설치되어 열원매체수집부의 열을 이용하여 열매체를 기화시키는 증발부와, 일단이 증발부의 상부와 연통되어 기화된 열매체를 이송하는 제1이송관과, 제1이송관의 타단과 연통되어 기화된 열매체를 액화시키는 응축부와, 일단이 응축부와 연통되어 응축부에서 액화된 열매체를 증발부의 하부로 이송하는 제2이송관을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치는 써모사이폰 현상을 이용하여 고온의 유체의 온도를 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 소형화된 효과적인 소형의 열교환장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

써모사이폰 열교환장치{HEAT EXCHANGER USING THERMOSYPHON}

본 발명이 속하는 기술분야는 열교환장치에 관한 분야로 구체적으로 써모사이폰 현상을 이용한 열교환장치에 관한 것이다.

예를 들어 수력, 원자력 발전소의 발전기 및 화력 발전소의 대형 펌프 등의 고압전동기, 정유화학 플랜트 및 산업 플랜트 등에 적용되는 대형 펌프 등의 고압전동기 샤프트는 고속회전으로 인하여 마찰력이 발생되며, 발생된 마찰력을 감소시키기 위해 윤활용 오일이 사용된다.

그러나 이러한 윤활용 오일은 마찰력의 일부를 감소시키는 과정에서 윤활용 오일은 온도가 상승되므로, 상승된 윤활용 오일의 온도를 감소시키는 별도의 열교환장치가 필요하게 되며, 열교환장치의 열매체를 구동시키기 위하여 별도의 동력이 소요되는 문제가 발생된다.

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

첫째, 열교환장치 내부 순환용 열매체를 구동시키기 위한 별도의 동력을 사용하지 않고 냉각 대상인 윤활용 오일과 같은 고온유체의 온도를 감소시키는 열교환장치를 제공할 수 있도록 하고자 한다.

둘째, 적용하려는 제품의 설치공간에 제한되지 않는 적합한 크기의 열교환장치를 제공할 수 있도록 하고자 한다.

셋째, 내부 순환용 열매체가 기존의 경우 해수 및 담수를 사용함에 따라 유로 배관에서의 부식 및 누설 문제를 해결 하고자 한다.

넷째, 열매체의 증발부 내 분기관으로의 균일한 분배를 위해 유입 헤더 내 열매체의 압력손실에 상응하는 수두를 확보하도록 유입구 보다 대향된 부분이 낮도록 하여 열매체의 분기관으로의 균일한 분배를 가져오고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치는 고온의 유체가 유통되는 열원매체수집부와, 열원매체수집부 내에 설치되어 열원매체수집부의 열을 이용하여 열매체를 기화시키는 증발부와, 일단이 증발부의 상부와 연통되어 기화된 열매체를 이송하는 제1이송관과, 제1이송관의 타단과 연통되어 기화된 열매체를 액화시키는 응축부와, 일단이 응축부와 연통되어 응축부에서 액화된 열매체를 증발부의 하부로 이송하는 제2이송관을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치의 증발부는 제2이송관의 타단과 연통되어 제2이송관으로부터 액화된 열매체를 분배하는 열매체유입헤더와, 열매체유입헤더에 하단이 결합되는 복수 개의 분기관과, 분기관의 상단에 연통되어 분기관으로부터 기화된 열매체를 포집하는 열매체유출헤더를 포함하고, 열매체유출헤더의 일측에는 제1이송관의 일단이 연통되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치의 분기관의 외면에는 메탈폼이 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치의 열매체유입헤더와 열매체유출헤더는 일단과 타단이 상호 연통되어 폐곡선 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치의 열매체유입헤더의 제2이송관과 열매체유입헤더의 연통된 부분은 대향된 부분보다 상승되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치의 열매체유출헤더의 제1이송관과 열매체유출헤더의 연통된 부분은 대향된 부분보다 상승되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환장치는 써모사이폰 현상을 이용하여 고온의 유체의 온도를 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 적용하려는 제품의 설치공간에 접합한 크기의 열교환장치를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 기존의 해수 및 담수를 열매체로 사용하는 경우에 발생되는 부식 및 누설의 위험성을 해결할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 써모사이폰 열교환시스템의 개념도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 써모사이폰 열교환장치의 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 증발부의 사시도이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 써모사이폰 열교환시스템에 관하여 구체적으로 설명하겠다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 써모사이폰 열교환시스템의 개념도이며, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 써모사이폰 열교환장치의 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 증발부의 사시도이다.

본 발명에 따른 써모사이폰 열교환시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 고온의 유체가 유통되는 열원매체수집부(10)의 고온의 유체를 냉각시키는 것으로, 열원매체수집부(10) 내에 설치되는 증발부(100)와, 응축부(300) 및 증발부(100)와 응축부(300) 사이에 배치되는 제1이송관(200)과 제2이송관(400)으로 구성된다.

증발부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 고온유체수입부(10)에 수입되는 고온의 유체로부터 열매체를 기화시키는 것으로, 증발부(100)의 상부에는 증발부(100)에서 기화된 열매체를 이송시키는 제1이송관(200)이 연통된다.

제1이송관(200)에는 주위와 열교환을 통하여 제1이송관(200)을 통해 이송된 기화된 열매체를 냉각시켜 액화시키는 응축부(300)가 연통설치되며, 응축부(300)는 응축된 열매체를 증발부(100)로 이송시키는 제2이송관(400)이 연통설치된다.

일반적으로 열교환기의 열매체는 압축기를 이용하여 열매체를 회전시켜야 하나 이러한 열교환기는 추가적인 동력이 필요한 문제가 있다.

그러나 증발부(100), 제1이송관(200), 응축부(300) 및 제2이송관(400)으로 구성된 써모사이폰 시스템의 경우 열매체의 작동상태에 따라 열매체는 별도의 동력을 이용하지 않고도 순환될 수 있다.

도 1에 도시된 써모사이폰 열교환장치의 사시도인 도 2 및 도 3을 참조하면 증발부(100)의 외부에는 열원매체가 담겨있는 열원매체 하우징(111)이 설치되어 열원매체와 증발부(100) 내 열매체가 열교환 할 수 있는 공간을 제공하는 것이 바람직하며, 응축부(300)의 외면에는 응축부(300)가 설치될 수 있는 응축부하우징(310)이 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 응축부하우징(310)의 내부에는 도 1에 도시된 바와 같이 열교환기와 냉각팬(320)으로 구성된 응축부(300)가 구성되는 것이 바람직하다.

이때 열교환기과 냉각팬(320)으로 구성된 응축부는 일반적인 구성이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 써모사이폰 열교환장치의 증발부(100)는 제2이송관(400)의 타단과 연통되어 제2이송관(400)으로부터 액화된 열매체를 분배하는 열매체유입헤더(110)와, 열매체유입헤더(110)에 하단이 결합되는 복수 개의 분기관(120)과, 분기관(120)의 상단에 연통되어 분기관(120)으로부터 기화된 열매체를 포집하여 제1이송관(200)으로 이송시키는 열매체유출헤더(130)로 구성된다.

이때, 분기관(120)의 외면에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 한정된 열원매체 하우징 공간 내에서 열원매체수집부(10)에 수용된 고온의 열원매체와 접촉면적을 증가시키기 위하여 메탈폼(140)이 배치되는 것이 바람직하다.

열매체유입헤더(110)와 열매체유출헤더(130)는 복수 개의 분기관(120)과 연통될 수 있는 한 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 도 4와 같이 열매체유입헤더(110)와 열매체유출헤더(130)는 일단과 타단이 상호 연통되어 폐곡선 형상으로 형성될 수 있다. 따라서 열매체유입헤더(110)를 통해 유입된 액상 열매체는 열매체헤더(110)를 따라 분기관(120)으로 분기되며, 분기관(120)에서 유출되는 열매체는 열매체유출헤더(130)로 수집되어 제1이송관(110)을 통해 응축부(300)로 유출된다.

이때, 열매체유입헤더(110)를 통해 분배되는 열매체는 열매체유입헤더(110) 내부의 마찰에 의하여 복수 개의 분기관(120)에 고르게 분배되지 않을 문제가 발생된다. 따라서 열매체유입헤더(110)의 제2이송관(400)과 열매체유입헤더(110)의 연통된 부분은 열매체유입헤더(110)의 제2이송관(400)과 열매체유입헤더(110)의 연통된 부분에 대향된 부분보다 상승하도록 구성되는 것이 바람직하다.

따라서 제2이송관(400)을 통해 유입된 액상 열매체는 열매체유입헤더(110) 내부에서 액상 열매체의 자중을 이용하여 마찰에 의하여 발생되는 마찰손실을 보상할 수 있으며, 열매체유출헤더(130)의 제1이송관(200)과 열매체유출헤더(130)의 연통된 부분은 대향된 부분보다 상승되도록 구성될 수도 있다.

또한, 도 1을 참조하면, 제1이송관(200)과 제2이송관(400) 사이에는 기액분리기(500)가 설치되어 제1이송관(200)을 통하여 이동하는 열매체 중 미처 증발되지 못한 액상의 열매체를 기화된 열매체와 분리하여 제2이송관(400)으로 바이패스시켜 응축부(300)에서 열매체의 상 변화를 보다 효과적으로 수행할 수도 있다.

도 4에 도시된 열매체유입헤더(110)와 열매체유출헤더(130)의 단면형상은 어러 형상으로 형성되는 것이 가능하나, 제한된 공간에서 분기관(120)의 전열면적을 확보하고, 높이를 낮추기 위해서는 수형 방향으로 눌린 타원형 형상으로 형성되는 것이 보다 바람직하다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 열원매체수집부 100 : 증발부
110 : 열매체유입헤더 120 : 분기관
130 : 열매체유출헤더 140 : 메탈폼
200 : 제1이송관 300 : 응축부
400 : 제2이송관

Claims (7)

1. 고온의 유체가 유통되는 열원매체수집부(10);
   상기 열원매체수집부(10) 내에 설치되어 상기 열원매체수집부(10)의 열을 이용하여 열매체를 기화시키는 증발부(100);
   일단이 상기 증발부(100)의 상부와 연통되어 기화된 열매체를 이송하는 제1이송관(200);
   상기 제1이송관(200)의 타단과 연통되어 기화된 열매체를 액화시키는 응축부(300); 및
   일단이 상기 응축부(300)와 연통되어 상기 응축부(300)에서 액화된 열매체를 상기 증발부(100)의 하부로 이송하는 제2이송관(400)을 포함하고,
   상기 증발부(100)의 열매체유입헤더(110) 및 열매체유출헤더(130)는 일단과 타단이 상호 연통되어 폐곡선 형상으로 형성되며,
   상기 열매체유입헤더(110)의 상기 제2이송관(400)과 상기 열매체유입헤더(110)의 연통된 부분은 상기 열매체유입헤더(110)의 다른 부분보다 높게 형성되며,
   상기 열매체유출헤더(130)의 상기 제1이송관(200)과 상기 열매체유출헤더(130)의 연통된 부분은 상기 열매체유출헤더(130)의 다른 부분보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 써모사이폰 열교환장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 증발부(100)는
   상기 제2이송관(400)의 타단과 연통되어 상기 제2이송관(400)으로부터 액화된 열매체를 분배하는 열매체유입헤더(110);
   상기 열매체유입헤더(110)에 하단이 결합되는 복수 개의 분기관(120); 및
   상기 분기관(120)의 상단에 연통되어 상기 분기관(120)으로부터 기화된 열매체를 포집하는 열매체유출헤더(130)를 포함하고,
   상기 열매체유출헤더(130)의 일측에는 상기 제1이송관(200)의 일단이 연통되는 것을 특징으로 하는 써모사이폰 열교환장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 분기관(120)의 외면에는 메탈폼(140)이 배치되는 것을 특징으로 하는 써모사이폰 열교환장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제2항에 있어서,
   상기 열매체유입헤더(110)와 상기 열매체유출헤더(130)의 단면은 상단과 하단의 길이가 측단 사이의 길이보다 짧은 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 써모사이폰 열교환장치.

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