KR101374992B1 - 산소발생기용 열교환기 - Google Patents

산소발생기용 열교환기 Download PDF

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Abstract

복수 개가 연이어서 설치되어 고온의 산소를 열교환 시키는 열교환기에 관한 것으로서, 복수 개의 열교환기 중 일측 끝에 배치되는 열교환기의 제1탱크에는 고온의 산소가 공급되는 산소 공급관이 연결되고, 타측 끝에 배치되는 열교환기의 제2탱크에는 복수 개의 열교환기를 통해 순차적으로 열교환된 산소가 배출되는 산소 배출관이 연결되고, 복수 개의 열교환기는 산소 공급관을 통해 공급된 산소가 복수 개의 열교환기를 순차적으로 통과하여 열교환할 수 있도록, 타측 끝에 배치되는 열교환기를 제외한 열교환기의 제2탱크는 인접한 열교환기의 제1탱크와 연결관에 의해 연결되는 열교환기를 개시한다.

Description

산소발생기용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR OXYGEN GENERATOR}
본 발명은 고온의 산소를 열교환시켜 냉각하는 산소발생기용 열교환기에 관한 것이다.
현대사회에서 산소발생기는 다양한 용도로 여러 곳에서 사용되고 있다. 특히, 병원이나 수술실 등에서 환자에게 공급하는 의료용 산소발생기나 폐수처리장이나 양식장 등에서 산소 공급용으로 사용하는 산소 발생기와 같이 산업활동에 이용되는 경우뿐만 아니라 현대 사회의 산업화에 따라 공기오염이 날로 심각해져 이러한 공기오염을 해소하기 위한 목적으로 사무실이나 일반가정의 밀폐된 공간에 산소를 공급해주는 일상 생활용 산소발생기가 일반화되고 있는 실정이다.
산소발생을 위해서는 물을 전기 분해하여 산소를 발생시키거나 화학물질을 반응시켜 산소를 얻는 경우도 있으나 장비가 고가이거나 취급이 어려운 문제들이 있으므로 대기중에 있는 산소를 분리하여 사용자에게 공급하는 방식을 주로 사용하고 있다.
한편, 상기의 산소발생기에서 만들어지는 산소는 제조과정에 따라 고온으로 제조될 수 있는데, 이와 같이 고온으로 제조된 산소는 열교환기에 의해 냉각되는 과정을 거치게 된다.
이러한 산소발생기용 열교환기는 많은 양이 산소를 열교환시킬 수 있도록 다수 개가 병렬로 연결되는 구조를 갖는다. 그리고 각 산소발생기용 열교환기는 산소가 유입되는 제1탱크와, 열교환된 산소가 유출되는 제2탱크와, 제1탱크와 제2탱크의 사이에 배치되어 고온의 산소를 실질적으로 열교환하는 열교환기 코어를 포함하여 구성된다.
이때, 상기와 같이 다수 개가 병렬로 연결되는 각 열교환기의 일측에는 산소가 공급되는 산소 공급관이 제1탱크에 연결되고, 열교환기의 타측에는 열교환된 산소가 배출되는 산소 배출관이 제2탱크에 연결된다.
따라서, 종래에는 각 열교환기마다 산소 공급관 및 산소 배출관과 연결되는 다수의 연결부를 가짐에 따라, 산소공급관 및 산소 배출관과 각 열교환기의 연결구조가 복잡하고, 각 연결부를 통해 산소가 누설될 위험이 크고, 제작비용이 큰 문제점을 갖는다.
또, 상기의 산소발생기용 열교환기는 다수 개가 병렬로 연결되는 구조를 갖되, 각 열교환기가 서로 연통되지 않고 독립적으로 구성된다. 이로 인해 종래에는 산소 공급관을 통해 공급되는 산소가 하나의 열교환기를 통과하여 열교환되므로 열교환효율이 떨어지는 문제점을 갖는다. 종래기술은 일본특허공보 제2898800호에 있다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 산소 공급관과 산소 배출관의 연결구조로 인해, 그 구조가 복잡하고, 각 연결부위를 통해 산소가 누설되고, 제작비용이 큰 것을 방지할 수 있는 산소발생기용 열교환기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그리고 본 발명은 각 열교환기를 통해 산소를 열교환시키는 열교환효율을 증가시킬 수 있는 산소발생기용 열교환기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산소발생기용 열교환기는 복수 개가 연이어서 설치되어 고온의 산소를 열교환 시키는 역할을 하되,
상기 각 열교환기는 산소가 유입되는 제1탱크와, 상기 제1탱크로부터 유입된 산소를 열교환하는 열교환기 코어와, 상기 열교환기 코어에서 열교환된 산소가 유출되는 제2탱크를 포함하고,
상기 복수 개의 열교환기 중 일측 끝에 배치되는 열교환기의 제1탱크에는 고온의 산소가 공급되는 산소 공급관이 연결되고, 타측 끝에 배치되는 열교환기의 제2탱크에는 상기 복수 개의 열교환기를 통해 순차적으로 열교환된 산소가 배출되는 산소 배출관이 연결되고,
상기 복수 개의 열교환기는 상기 산소 공급관을 통해 공급된 산소가 상기 복수 개의 열교환기를 순차적으로 통과하여 열교환할 수 있도록, 상기 타측 끝에 배치되는 열교환기를 제외한 열교환기의 제2탱크는 인접한 열교환기의 제1탱크와 연결관에 의해 연결된다.
상기 복수 개의 열교환기의 중 어느 하나의 제2탱크는 인접한 열교환기의 제1탱크와 동축 상에서 상기 연결관에 의해 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 연결관에 의해 연결된 복수 개의 열교환기 중 어느 하나의 열교환기의 제1탱크와 인접한 열교환기의 제2탱크는 상호 연결되지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기 코어는, 상기 제1탱크를 통해 유입된 산소를 상기 제2탱크 측으로 안내하는 다수의 산소유닛과, 상기 각 산소유닛의 사이에 배치되되 상기 산소유닛을 통해 안내되는 산소와 직교 유동할 수 있도록 마련되는 다수의 에어유닛을 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 산소발생기용 열교환기는 복수 개의 열교환기가 설치될 때 전체 구성에서 하나의 산소 공급관과 산소 배출관이 연결됨에 따라, 구조가 간단하고, 산소 공급관과 산소 배출관이 연결되는 부위에서 산소가 누설되는 위험이 줄고, 연결구조의 감소로 인한 비용이 절감되는 효과가 있다.
또, 본 발명의 산소발생기용 열교환기는 산소 공급관을 통해 공급된 산소가 복수의 열교환기를 순차적으로 통과한 후 산소 배출관을 통해 배출됨에 따라 열교환효율이 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 산소발생기용 열교환기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 산소발생기용 열교환기를 다른 방향에서 본 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 산소발생기용 열교환기를 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 산소발생기용 열교환기 중 에어부의 에어핀을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 산소발생기용 열교환기 중 열교환기의 코어의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 산소발생기용 열교환기 중 산소부의 산소핀을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 산소발생기용 열교환기의 산소의 흐름을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 산소발생기용 열교환기에 대해 상세히 설명한다. 이때, 본 발명의 산소발생기용 열교환기는 복수 개가 서로 연이어서 설치된 구조를 갖는데, 본 발명의 실시예에서는 두 개의 열교환기가 서로 연이어서 설치된 구조를 예로 들어 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 산소발생기용 열교환기(30)는 복수 개 예를 들면, 두 개의 열교환기(130,230)가 서로 연이어서 설치된 구조를 갖는다. 이러한 산소발생기용 열교환기(30)에는 고온의 산소가 공급되는 산소 공급관(10)과, 열교환된 산소가 배출되는 산소 배출관(20)이 연결되는데, 이때의 열교환기가 서로 연이어서 설치되는 구조 및 산소 공급관(10)과 산소 배출관(20)이 연결되는 구체적인 구조는 후술한다.
상기의 각 열교환기(130,230)는 산소가 유입되는 제1탱크(140,240)와, 열교환된 산소가 유출되는 제2탱크(150,250)와, 제1탱크(140,240)와 제2탱크(150,250)의 사이에 배치되어 고온의 산소를 실질적으로 열교환하는 열교환기 코어(160,260) 및 열교환기 코어(160,260)로 외부공기를 송풍시키는 송풍팬(190,290)을 포함하여 구성되는데, 이하에서는 도 3에 도시된 바와 같이 제1열교환기(130)를 예로 들어 각 열교환기의 구성에 대해 상세히 설명한다.
제1탱크(140)에는 고온의 산소가 공급되는 산소 공급관(10)이 연결되며, 열교환기의 위치에 따라서 산소 공급관이 연결되지 않을 수도 있다.
그리고 제2탱크(150)에는 열교환된 산소가 외부로 배출되는 산소 배출관(20)이 연결되며, 열교환기의 위치에 따라서 산소 배출관이 연결되지 않을 수도 있다.
열교환기 코어(160)는 크게 산소와 외부공기가 서로 직교 유동할 수 있도록 구성되어 적층되는 에어부와 산소부를 포함한다. 여기서 미설명부호 165는 열교환기 코어(160)의 양 측면에 배치되어 보호하는 코어 가드이다.
먼저, 에어부는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 에어유닛(170)을 포함하는데, 각 에어유닛(170)은 에어핀(171)과, 이 에어핀(171)의 상방과 하방에 배치되는 헤드바(173)를 포함한다.
에어핀(171)은 도시된 바와 같이 후술할 산소유닛(180)의 튜브 플레이트()의 사이에 배치되어 접합된다. 이러한 에어핀(171)은 금속박판이 주름진(Corrugated) 모양으로 형성된다. 즉, 에어핀(171)은 산형의 단위핀들(171a)이 공기의 유동방향(제1방향)과 수직한 방향인 제2방향으로 연속하여 연결되어 형성된다.
산형 단위핀(171a)에는 확공된 다수 개의 공기통과공(171b)이 형성되는데, 이러한 다수 개의 공기통과공들(171b)은 공기유동방향(제1방향)으로 서로 이격하여 배열된다.
이때, 공기통과공(171b)은 그 개구부가 산형 단위핀의 일면(제2의 음방향)을 향하도록 형성되다가 타면(제2의 양방향)을 향하도록 형성되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이 단위핀(171a)의 양측에 공기통과공(171b)을 형성하면 에어핀(171)으로 유입되는 공기는 공기통과공(171b)을 통과하게 되는데, 이와 같이 공기통과공(171b)을 통과하는 공기는 그 유속이 다소 떨어진다.
이는 공기가 에어핀(171) 내에 머무는 시간을 증대시켜 외부공기와 산소 간의 열전달이 충분히 이루어지도록 하기 위한 것이다. 아울러 에어핀(171)에는 공기가 에어핀(171) 내에서 와류를 형성하는데 기여하게 된다.
헤드바(173)는 제1,2탱크(140,150)의 산소가 각 에어유닛(170)으로 유입되는 것을 방지하는 동시에 에어유닛(170)으로 유입되는 외부공기가 새어나가는 것을 방지하는 역할을 한다.
산소부는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 산소유닛(180)을 포함하는데, 각 산소유닛(180)의 양측에는 에어유닛(170)이 각각 배치된다. 즉, 어느 하나의 산소유닛(180)의 좌측과 우측에는 에어유닛(170)이 배치되어 외부공기와 산소가 서로 직교 유동할 수 있도록 구성되어 배열된다.
산소유닛(180)은 한 쌍의 튜브 플레이트(181)와, 이 한 쌍의 튜브 플레이트(181)의 사이에 배치되는 산소핀(183)과, 산소핀(183)의 전,후방에 배치되는 튜브바(185)를 포함한다.
튜브 플레이트(181)에는 도시된 바와 같이 각 에어유닛(170)의 에어핀(171)과, 헤드바(173)가 접합되며, 각 산소유닛(180)의 산소핀(183)과 튜브바(185) 역시 접합된다. 즉, 튜브 플레이트(181)에는 각각 에어핀(171)과 산소핀(183)이 접합되어 있으므로 차가운 외부공기가 지나면서 열접촉을 하여 직교 유동하는 산소의 온도를 하강시키게 된다. 따라서 고온의 산소로부터 냉각매체은 공기로 연전달이 잘 일어나게 하기 위해서는 에어핀(171), 산소핀(183) 및 튜브 플레이트(181)가 열전도성이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
산소핀(183)은 파형의 볼록한 단위핀들(183a,183b)이 외부공기의 유동방향(제2방향)에 수직한 제1방향으로 연속하여 배열된 단위핀들(183a,183b)이 서로 엇갈리게 형성된다. 그리고 서로 엇갈리게 형성되는 단위핀들(183a, 183b) 사이에는 산소가 열접촉을 하며 통과할 수 있도록 산소통과공(183c)이 형성된다.
단위핀(183a,183b)의 단면 형상은 호형, 사각형 및 사다리꼴형 등에서 선택적으로 사용될 수 있는데, 사각형이나 사다리꼴 형상으로 하는 것이 열접촉 면적을 증가시킬 수 있다는 점에서 유리하다.
튜브바(185)는 상술한 바와 같이 산소핀(183)의 전방가 후방에 각각 배치되어 제1탱크(140)를 통해 유입된 고온의 산소가 산소유닛(180)을 통과하는 과정에서 외부로 새어나가지 않게 한다.
또, 산소유닛(180)은 도면에 도시되지는 않았지만 앞선 설명과 같이 바 플레이트 타입이 아닌 튜브 타입으로 마련될 수도 있다.
송풍팬(190)은 도시된 바와 같이 각 열교환기의 후방에 배치된다. 이러한 송풍팬(190)은 산소부를 통해 이동되는 고온의 산소를 열교환시킬 수 있도록 에어부로 외부의 공기를 공급한다.
한편, 도 7을 참조하여 복수 개의 열교환기가 설치되는 구조를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 산소발생기용 열교환기(30)는 도 6에 도시된 바와 같이 복수 개의 열교환기가 연이어서 배치된다. 여기서, 복수 개의 열교환기 중 하나는 제1열교환기(130)로, 다른 하나는 제2열교환기(230)로 지칭한다.
상기의 제1,2열교환기(130,230)는 상술한 바와 같이 산소가 유입되는 제1탱크(140,240), 제1탱크(140,240)로부터 유입된 산소를 열교환하는 열교환기 코어(160,260), 열교환기 코어(160,260)를 통해 열교환된 산소가 유출되는 제2탱크(150,250)를 포함하여 구성되는데, 제1열교환기(130)의 제1탱크(140)에는 고온의 산소가 공급되는 산소 공급관(10)이 연결되고, 제2열교환기(230)의 제2탱크(150)에는 제1,2열교환기(160,260)를 통해 순차적으로 열교환된 산소가 배출되는 산소 배출관(20)이 연결된다. 즉, 본 발명의 복수 개의 산소발생기용 열교환기(30)에는 하나의 산소 공급관(10)과 하나의 산소 배출관(20)이 연결된다.
그리고 제1열교환기(130)와 연결되는 산소 공급관(10)을 통해 공급된 고온의 산소가 제1,2열교환기(130,230)를 통해 순차적으로 열교환된 후 다시 제2열교환기(230)와 연결되는 산소 배출관(20)으로 배출될 수 있도록, 제1열교환기(130)의 제2탱크(150)와 제2열교환기(230)의 제1탱크(240)의 사이에는 상호 연통시키는 연결관(200)이 연결된다.
다시 말하면, 본 발명의 산소발생기용 열교환기(30)는 복수 개가 연이어서 설치되는 이러한 복수 개의 중 일측 끝에 배치되는 열교환기의 제1탱크에는 고온의 산소가 공급되는 산소 공급관(10)이 연결되고, 타측 끝에 배치되는 열교환기의 제2탱크에는 복수 개의 열교환기를 통해 순차적으로 열교환된 산소가 배출되는 산소 배출관(20)이 연결된다.
그리고 상기의 복수 개의 열교환기는 산소 공급관(10)을 통해 공급된 산소가 이 복수 개의 열교환기를 순차적으로 통과하여 열교환할 수 있도록, 타측 끝에 배치되는 열교환기를 제외한 열교환기의 제2탱크는 인접한 열교환기의 제1탱크와 연결관(200)에 의해 연결된다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 산소발생기용 열교환기에서 산소가 열교환되는 순서를 살펴보면 다음과 같다.
가장 먼저, 산소 공급관(10)을 통해 제1열교환기(130)의 제1탱크(140)로 공급된 고온의 산소는 제1열교환기(130)의 열교환기 코어(160)로 유입되어 열교환된 후 제1열교환기(130)의 제2탱크(150)로 이동되고, 제1열교환기(130)의 제2탱크(150)로 이동된 산소는 연결관(200)을 통해 제2열교환기(230)의 제1탱크(240)로 이동된다. 그리고 제2열교환기(230)의 제1탱크(240)로 이동된 산소는 제2열교환기(230)의 열교환기 코어(260)로 유입되어 다시 열교환된 후 제2열교환기(230)의 제2탱크(250)로 이동되어 산소 배출관(20)으로 배출된다.
따라서 본 발명에서는 복수 개의 산소발생기용 열교환기가 설치될 때 각 열교환기에 산소 공급관과 산소 배출관이 각자 연결되는 종래와 달리 하나의 산소 공급관과 하나의 산소 배출관이 연결됨에 따라, 구조가 간단하고, 산소 공급관과 산소 배출관이 연결되는 부위에서 산소가 누설되는 위험이 줄어들고, 연결구조의 감소로 인한 비용이 절감되는 효과를 갖는다.
특히, 본 발명에서는 복수의 열교환기가 배치되어도 하나의 열교환기를 통해서만 열교환된 후 배출되는 종래와 달리 산소 공급관을 통해 공급된 산소가 복수의 열교환기를 순차적으로 통과된 후 산소 배출관을 통해 배출됨에 따라, 열교환효율이 뛰어난 장점을 갖는다.
10 : 산소 공급관 20 : 산소 배출관
30 : 산소발생기용 열교환기 130,230 : 제1,2열교환기
140,240 : 제1탱크 150,250 : 제2탱크
160,260 : 열교환기 코어 170,270 : 에어유닛
180,280 : 산소유닛 190,290 : 송풍팬
200 : 연결관

Claims (4)

  1. 복수 개가 연이어서 설치되어 고온의 산소를 열교환 시키는 산소발생기용 열교환기에 있어서,
    상기 각 열교환기는 산소가 유입되는 제1탱크와, 상기 제1탱크로부터 유입된 산소를 열교환하는 열교환기 코어와, 상기 열교환기 코어에서 열교환된 산소가 유출되는 제2탱크를 포함하고,
    상기 복수 개의 열교환기 중 일측 끝에 배치되는 열교환기의 제1탱크에는 고온의 산소가 공급되는 산소 공급관이 연결되고, 타측 끝에 배치되는 열교환기의 제2탱크에는 상기 복수 개의 열교환기를 통해 순차적으로 열교환된 산소가 배출되는 산소 배출관이 연결되고,
    상기 복수 개의 열교환기는 상기 산소 공급관을 통해 공급된 산소가 상기 복수 개의 열교환기를 순차적으로 통과하여 열교환할 수 있도록, 상기 타측 끝에 배치되는 열교환기를 제외한 열교환기의 제2탱크는 인접한 열교환기의 제1탱크와 연결관에 의해 연결되며,
    상기 복수 개의 열교환기의 중 어느 하나의 열교환기의 제2탱크는 인접한 열교환기의 제1탱크와 동축 상에서 상기 연결관에 의해 연결되며,
    상기 연결관에 의해 연결된 복수 개의 열교환기 중 상기 어느 하나의 열교환기의 제1탱크와 상기 인접한 열교환기의 제2탱크는 상호 연결되지 않으며,
    상기 열교환기 코어는, 상기 제1탱크를 통해 유입된 산소를 상기 제2탱크 측으로 안내하는 다수의 산소유닛과, 상기 각 산소유닛의 사이에 배치되되 상기 산소유닛을 통해 안내되는 산소와 외부 공기가 직교 유동할 수 있도록 마련되는 다수의 에어유닛을 포함하며,
    상기 에어유닛은 에어핀과, 상기 에어핀의 상방과 하방에 배치되는 헤드바를 포함하며,
    상기 에어핀은 금속박판이 주름진 모양으로 형성되어 산형 단위핀들이 공기의 유동방향(제1방향)과 수직한 방향인 제2방향으로 연속하여 연결되어 형성되며,
    상기 산형 단위핀에는 확공된 다수 개의 공기통과공의 그룹들이 공기의 유동방향(제1방향)으로 서로 이격하여 배열되어지되, 그 개구부가 상기 산형 단위핀의 일면(제2의 음방향)을 향하는 그룹과 타면(제2의 양방향)을 향하는 그룹이 공기의 유동방향(제1방향)을 따라 순차적으로 반복하여 형성되는 것을 특징으로 하는 산소발생기용 열교환기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
KR1020120022706A 2012-03-06 2012-03-06 산소발생기용 열교환기 KR101374992B1 (ko)

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