KR101403652B1

KR101403652B1 - 열교환 모듈

Info

Publication number: KR101403652B1
Application number: KR1020120111761A
Authority: KR
Inventors: 신민재
Original assignee: 신민재
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-06-27
Also published as: KR20140045699A

Abstract

본 발명의 열교환 모듈은 제1 유체가 유동되는 제1 유동부 및 제2 유체가 유동되고 상기 제1 유동부와 대면되는 제2 유동부를 포함하고, 상기 제1 유동부 및 상기 제2 유동부의 회전으로 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유동되며 서로 열교환될 수 있다.

Description

열교환 모듈{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 유체의 열교환이 이루어지고 유체를 유동시키는 열교환 모듈 및 열교환 장치에 관한 것이다.

열교환기는 온도가 높은 유체로부터 전열벽(傳熱壁)을 통해서 온도가 낮은 유체에 열을 전달하는 장치이다.

주로 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 사용된다. 목적으로 하는 유체에 열을 주기 위해 사용되는 전열 매체를 열매라고 하며, 이와는 반대로 열을 뺏는데 사용되는 것을 냉매라고 한다.

열교환기의 동작을 위해서는 먼저 유체가 공급되어야 한다. 이때의 유체의 공급은 일반적으로 펌프에 의존한다.

한국공개특허공보 제2000-0061923호에는 증발기에서 발생하는 저온의 응축수를 응축기측으로 바이패스시키고, 바이패스된 응축수를 응축기의 튜브와 함께 유동되게 동일방향으로 튜브를 배열시키고, 이들 튜브사이를 냉각핀에 의해 열적접합시킴으로써 응축기를 유동하는 냉매의 응축열량을 증대시킬 수 있는 열교환기가 개시되고 있다. 그러나 열교환기에서 열교환이 이루어지는 유체의 공급을 펌프에 의존하고 있다.

한국공개특허공보 제2000-0061923호

본 발명은 유체의 열교환이 이루어지는 동시에 유체를 유동시키는 열교환 모듈을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 열교환 장치는 회전에 의해 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키고 상기 제1 유체와 상기 제2 유체를 유동시키는 복수의 열교환 모듈을 포함하고, 상기 각 열교환 모듈은 직렬 또는 병렬로 서로 연결되고, 상기 각 열교환 모듈의 연결 방식 또는 상기 연결된 열교환 모듈의 개수로 상기 열교환의 용량이 조절될 수 있다.

본 발명의 열교환 모듈 및 열교환 장치는 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키는 동시에 펌프를 배제한 상태로 제1 유체와 제2 유체를 유동시킬 수 있다.

또한, 회전에 의해 유체을 유동시키는 동시에 열교환이 이루어지는 구조를 채택함으로써 신뢰성 있는 열교환이 가능하다.

또한, 제1 유동부와 제2 유동부를 원통 형상의 실린더에 수납함으로써 소형화에 유리하다.

또한, 제1 유동부와 제2 유동부를 포함하는 복수의 열교환 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 열교환 용량을 적절하게 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 열교환 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 열교환 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 열교환 모듈을 구성하는 유니트의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 열교환 장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 열교환 모듈에서 격벽부가 형성된 날개를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 열교환 모듈의 날개에 포함된 격벽부를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 열교환 모듈을 구성하는 다른 날개를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 열교환 모듈을 구성하는 또다른 날개를 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 열교환 모듈을 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 열교환 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 열교환 모듈(100)은 제1 유동부(110)와 제2 유동부(120)를 포함할 수 있다.

제1 유동부(110, 도 2에 표시)는 제1 유체가 유동되는 유로를 형성한다.

제2 유동부(120, 도 2에 표시)는 제2 유체가 유동되는 유로를 형성한다. 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키기 위해 제1 유동부(110)와 제2 유동부(120)는 서로 대면되도록 설치될 수 있으며, 바람직하게는 제1 유동부(110)와 제2 유동부(120)는 서로 접촉되는 것이 좋다. 예를 들어 소정의 격벽을 마련하고, 격벽의 일면에는 제1 유체가 유동하고 격벽의 타면에는 제2 유체가 유동하면 격벽을 통해 제1 유체와 제2 유체의 열교환이 이루어지게 된다.

제1 유체와 제2 유체의 열교환을 위해 제1 유체와 제2 유체를 유동시킬 필요가 있는데, 일반적인 열교환기에서는 펌프를 통해 제1 유체와 제2 유체를 유동시킨다.

본 발명의 열교환 모듈은 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)를 회전시키고, 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 회전으로 제1 유체와 제2 유체를 유동시키는 동시에 서로 열교환시킬 수 있다. 제1 유동부(110)의 회전 속도와 제2 유동부(120)의 회전 속도는 동일할 수 있다.

열교환 모듈은 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)가 수납되는 실린더(130)를 포함할 수 있다. 제1 유동부(110)와 제2 유동부(120)는 실린더(130)와 함께 회전할 수 있다. 또는 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)가 회전 가능하게 실린더(130)에 삽입됨으로써 실린더(130)가 정지된 상태에서 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)만 회전할 수 있다.

실린더(130)의 회전 여부와 관계없이 제1 유동부(110) 또는 제2 유동부(120)는 실린더(130)와 협력하여 제1 유로 또는 제2 유로를 형성할 수 있다. 예를 들어 도 2에서는 실린더(130) 내벽이 제1 유동부(110)의 일부를 형성하고 있다.

실린더(130)의 양 밑면에는 후술되는 제1 개구(291)에 연결되어 유로를 형성하는 제1 관(151)과 제2 유니트(220)의 통공(제4 날개와 일체로 형성될 수 있음)에 연결되어 제1 유로와 구분되는 제2 유로를 형성하는 제2 관(153)이 형성될 수 있다. 이때, 실린더(130)의 각 밑면은 도 1과 같이 별로로 제조되어 실린더(130)를 덮는 덮개(150)부일 수도 있다.

제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 회전축은 실린더(130)의 가상의 중심축일 수 있다. 회전시 관성 모멘트 등을 고려하여 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)는 실린더(130) 중심축을 중심으로 하는 원판 형상 또는 원통 형상으로 형성될 수 있다.

제1 유체와 제2 유체의 신뢰성 있는 열교환을 위해 제1 유동부(110)와 제2 유동부(120)는 교번하여 적층될 수 있다. 이때, 제1 유체는 적층된 제1 유동부(110)를 통해 정방향으로 유동되고, 제2 유체는 적층된 제2 유동부(120)를 통해 역방향으로 유동될 수 있다. 일예로, 도 2에서는 제1 유체 ①이 위에서 아래 방향으로 유동되고, 제2 유체 ②가 아래에서 위 방향으로 유동되는 상태가 개시된다. 물론, 제1 유체와 제2 유체의 유동 방향은 반대로 될 수도 있다. 제1 유체와 제2 유체의 유동 방향은 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 회전 방향에 의해 결정될 수 있다. 본 명세서에서 정방향은 유체가 위에서 아래로 흐르는 방향 또는 유체가 아래에서 위로 흐르는 방향일 수 있으며, 역방향은 정방향의 반대 방향이다.

이상의 제1 유동부(110)와 제2 유동부(120)는 제1 유체 또는 제2 유체가 흐르는 유로의 관점에서의 구성인데, 실린더(130)에 수납되는 구성은 상이할 수 있다.

실린더(130) 내부가 원통 형상일때, 실린더(130) 내부에는 제1 유니트(210) 및 제2 유니트(220)가 실린더(130)의 축 방향을 따라 교대로 적층될 수 있다.

이때, 제1 유니트(210)와 제2 유니트(220)의 적층 구조에 의해 제1 유동부(110)와 제2 유동부(120)가 자연스럽게 형성될 수 있다. 이때, 열교환 장치의 최소 구성을 제1 유니트(210)-제2 유니트(220)와 같이 2개로 구성할 수도 있으며, 제1 유니트(210)-제2 유니트(220)-제1 유니트(210) 또는 제2 유니트(220)-제1 유니트(210)-제2 유니트(220)와 같이 3개로 구성할 수도 있다.

제1 유니트(210)는 통공(미도시)이 형성되거나 실린더(130)의 내경보다 작은 외경을 가질 수 있다. 제1 유니트(210)의 외부는 제1 유동부(110)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 또한, 제1 유니트(210)의 내부는 제2 유동부(120)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 이를 위해 제1 유니트(210)의 내부는 비어있을 수 있다. 도 1에는 제1 유니트(210)에 통공이 형성되지 않고 제1 유니트(210)의 외경이 실린더(130)의 내경보다 작은 경우가 개시된다. 이때, 제1 유니트(210)와 실린더(130) 사이의 틈은 제1 유니트(210)의 통공과 같은 기능으로 제1 유체를 소통시키는 제1 유동부(110)를 형성한다.

제2 유니트(220)의 내부는 제2 유동부(120)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 또한, 제2 유니트(220)의 외부는 제1 유동부(110)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 이를 위해 제2 유니트(220)도 제1 유니트(210)와 마찬가지로 속이 비어있을 수 있다.

제2 유니트(220)는 통공이 형성되며 실린더(130)의 내경과 동일한 외경을 가지는 것이 좋다. 그러나 이러한 경우 공차 등에 의해 제2 유니트(220)와 실린더(130) 내벽이 서로 마찰함으로써 신뢰성 있는 회전이 어려울 수 있다. 따라서, 제2 유니트(220)의 외경은 실린더(130)의 내경보다 미세하게 작을 수 있다. 이에 따르면 제2 유니트(220)의 외부(제1 유동부)에 접하는 유체가 제2 유니트(220)와 실린더(130)의 내벽 사이의 틈으로 통과해 유출될 수 있다. 그러나, 그 양이 미미하고 유출된 장소 역시 다음 단의 제2 유니트(220)의 외부(제1 유동부)이므로 큰 문제는 없다.

위의 구성과 편심에 의한 진동 방지 등을 고려하면 제1 유니트(210)와 제2 유니트(220)는 실린더(130)의 높이보다 작은 높이를 갖는 원통형으로 형성될 수 있다.

이때, 제1 유동부(110)는 각 유니트의 사이, 제1 유니트(210)의 통공(미도시), 제1 유니트(210)와 실린더(130)의 사이, 제2 유니트(220)의 통공으로 이루어질 수 있다. 이에 따르면 제1 유체는 각 유니트의 사이, 제1 유니트(210)의 통공, 제1 유니트(210)와 실린더(130)의 사이, 제2 유니트(220)의 통공 중 적어도 하나를 따라 유동될 수 있다.

제2 유동부(120)는 각 유니트의 내부로 이루어질 수 있다. 각 유니트 내부의 유체가 유동되기 위해서는 각 유니트를 연결하는 연결부(230)가 필요하다. 연결부(230)는 제1 유니트(210)와 제2 유니트(220)를 연결하고 내부에 유로가 형성될 수 있다. 이에 따르면 제2 유체는 각 유니트의 내부, 연결부(230)의 유로 중 적어도 하나를 따라 유동될 수 있다.

이상의 제1 유동부(110)/제2 유동부(120) 또는 제1 유니트(210)/제2 유니트(220)의 회전으로 유체가 유동되도록 하기 위해 날개가 필요하다.

예를 들어 연결부(230)는 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 축 방향 또는 래디얼 방향으로 제1 유체를 유동시키는 날개를 포함할 수 있다. 일예로 제1 유체는 제1 유니트(210)와 제2 유니트(220)의 사이에서 양 또는 음의 래디얼 방향으로 유동되고 다음 단의 제2 유니트(220)와 제1 유니트(210)의 사이로 유동되도록 양 또는 음의 축 방향으로 유동될 수 있다. 후자의 경우를 위해 연결부(230)는 선박을 추진시키는 스크루(screw)와 같은 형상을 가질 수 있다. 이에 따르면 날개가 각 유니트로부터 축방향으로 연장되는 각도는 축 방향과 다른 각도일 수 있다.

도 1에서는 축 방향과 동일한 각도로 각 유니트로부터 연장되는 날개가 개시된다. 도 1에서 연결부(230)는 제1 유니트(210)의 상면에 형성된 제1 날개(221), 제2 유니트(220)의 상면에 형성된 제2 날개(222)를 포함하는데, 도 1의 구조에서 제1 날개(221)의 내부에는 제2 유체의 유로가 형성될 필요가 없고 제2 날개(222)의 내부에만 제2 유체의 유로가 형성되면 충분하다. 제1 유니트(210)에서 제2 유체의 유로는 제1 개구(291)에 의해 제공되기 때문이다.

제1 날개(221)와 제2 날개(222)는 제1 유체의 유동과 관련된다.

제1 날개(221)는 제1 유니트(210)의 상면, 제2 유니트(220)의 하면 중 하나에 형성되고, 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 외주 방향 또는 내주 방향에 해당하는 제1 방향으로 제1 유체를 유동시킬 수 있다. 도 1 및 도 3에서 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)가 반시계 방향으로 회전할 때 제1 날개(221)는 제1 유체를 외주 방향으로 유동시키는 구조를 갖는다. 구체적으로 제1 날개(221)는 소정 길이의 몸체를 갖고 축 기준으로 몸체의 좌측 단부와 축까지의 거리가 우측 단부와 축까지의 거리보다 짧게 배치되어 있다. 이 상태에서 날개가 반시계 방향으로 회전되면 제1 날개(221)는 제1 유체를 외주 방향으로 밀게 된다.

제2 날개(222)는 제2 유니트(220)의 상면, 제1 유니트(210)의 하면 중 하나에 형성되고, 제1 방향의 역방향에 해당하는 제2 방향으로 제1 유체를 유동시킬 수 있다. 도 1 내지 도 3에서 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)가 반시계 방향으로 회전할 때 제2 날개(222)는 제1 유체를 내주 방향으로 유동시키는 구조를 갖는다. 구체적으로 제2 날개(222)는 소정 길이의 몸체를 갖고 축 기준으로 몸체의 좌측 단부와 축까지의 거리가 우측 단부와 축까지의 거리보다 길게 배치되어 있다. 이 상태에서 날개가 반시계 방향으로 회전하면 제2 날개(222)는 제1 유체를 내주 방향으로 밀게 된다.

제1 유니트(210)의 상면으로 유입된 제1 유체는 제1 날개(221)에 의해 외주 방향으로 유동한다. 이때 제1 유체는 제1 유니트(210)에 형성되고 유동 경로 상에 형성된 통공 또는 제1 유니트(210)의 외주과 실린더(130)의 내주 사이의 틈으로 유동하여 제2 유니트(220)의 상면으로 유입된다. 도 1 내지 도 3에는 후자의 경우가 개시되어 있다. 제2 유니트(220)의 상면으로 유입된 제1 유체는 제2 날개(222)에 의해 내주 방향으로 유동하고 제2 유니트(220)에 형성된 통공을 따라 열교환 모듈의 외부 또는 다음 단의 제1 유니트(210)의 상면으로 유입된다.

제1 유체가 제2 유니트(220)의 통공으로 용이하게 유동되도록 제2 유니트(220)의 통공은 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 회전축과 제2 날개(222)의 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 제2 유니트(220)의 통공은 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 외주 방향 또는 내주 방향에 해당하는 제1 방향으로 제2 유체를 유동시키는 날개를 포함할 수 있다. 즉, 제2 유니트(220)의 통공은 제1 유체의 유동 경로가 되는 동시에 제2 유체를 유동시키는 날개로 기능할 수 있다.

도 3은 본 발명의 열교환 모듈을 구성하는 유니트의 분해 사시도이다.

제2 유체의 유동과 관련하여 제3 날개(223)와 제4 날개(224)가 형성될 수 있다.

제3 날개(223)는 제1 유니트(210)의 내부에 형성되고 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 외주 방향 또는 내주 방향에 해당하는 제2 방향으로 제2 유체를 유동시킬 수 있다. 또한, 제1 유니트(210)의 상면에서 회전축과 제3 날개(223)의 사이 또는 회전축에 제2 유체가 출입하는 제1 개구(291)가 형성될 수 있다.

제4 날개(224)는 제2 유니트(220)의 내부에 형성되고, 제2 방향의 역방향에 해당하는 제1 방향으로 제2 유체를 유동시킬 수 있다. 또한, 제2 유니트(220)의 하면에서 회전축과 제4 날개(224)의 사이 또는 회전축에 제2 유체가 출입하는 제2 개구(292)가 형성될 수 있다.

제1 유니트(210)와 제2 유니트(220) 복수개가 교대로 적층될 때 제1 개구(291)와 제2 개구(292)는 평면상으로 동일한 위치에 형성되고 서로 연결되어 제2 유체의 유로를 형성할 수 있다.

제2 유니트(220)의 제4 날개(224)에 의해 유동된 제2 유체는 연결부(230)의 유로를 따라 제1 유니트(210)로 유입되거나, 연결부(230)의 유로를 따라 제1 유니트(210)로부터 유입될 수 있다.

도 3에서는 전자의 경우가 개시된다. 구체적으로 제2 개구(292)를 통해 제2 유니트(220)의 내부로 유입된 제2 유체는 제4 날개(224)에 의해 외주 방향으로 유동되고 연결부(230)의 유로를 통해 제1 유니트(210)의 내부로 유입된다. 제1 유니트(210)의 내부로 유입된 제2 유체는 제3 날개(223)에 의해 내주 방향으로 유동되고 제1 개구(291)를 통해 외부 또는 다음 단의 제2 유니트(220)로 유입된다.

제2 유니트(220)의 내부에서 제4 날개(224)에 의해 외주 방향으로 유동된 제2 유체가 연결부(230)의 유로로 자연스럽게 유입되도록 하고, 제1 유니트(210)의 내부에서 연결부(230)의 유로를 통해 유입된 제2 유체가 제1 개구(291)로 자연스럽게 유입되도록 할 필요가 있다. 이를 위해 연결부(230)의 유로는 제3 날개(223)와 제1 유니트(210)의 외주 사이 및 제4 날개(224)와 제2 유니트(220)의 외주 사이를 연결하는 것이 좋다.

도 3에서 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)가 반시계 방향으로 회전할 때 제3 날개(223)는 제2 유체를 내주 방향으로 유동시키는 구조를 갖는다. 이는 곧 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)가 시계 방향으로 회전할 때 제3 날개(223)가 제2 유체를 외주 방향으로 유동시키는 구조를 갖는 것일 수 있다. 이런 관점은 제1 날개(221) 내지 제4 날개(224)에 모두 적용된다.

제3 날개(223)는 소정 길이의 몸체를 갖고 축 기준으로 몸체의 좌측 단부와 축까지의 거리가 우측 단부와 축까지의 거리보다 길게 배치되어 있다. 이 상태에서 제3 날개(223)가 반시계 방향으로 회전하면 제2 유체를 내주 방향으로 밀게 된다.

제4 날개(224)는 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)가 반시계 방향으로 회전할 때 제2 유체를 외주 방향으로 유동시키는 구조를 갖는다. 구체적으로 제4 날개(224)는 소정 길이의 몸체를 갖고 축 기준으로 몸체의 좌측 단부와 축까지의 거리가 우측 단부와 축까지의 거리보다 짭게 배치되어 있다. 이 상태에서 제4 날개(224)가 반시계 방향으로 회전하면 제2 유체를 외주 방향으로 밀게 된다.

이상에서 설명된 제1 유니트(210), 제2 유니트(220) 및 실린더(130)의 조합을 갖는 열교환 모듈이 반시계 방향으로 돌 때 제1 유체 ①과 제2 유체 ②는 도 2 및 도 3과 같이 유동하게 된다. 도 2는 설명의 편의를 위해 각 날개, 각 날개와 각 유니트의 연결 부위를 점선으로 나타내었다. 도 2와 도 3을 함께 살펴보면 제1 유체 ①과 제2 유체 ②의 유동이 명확해진다.

정리하면 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)가 원통 형상으로 적층될 때, 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 회전에 의해 제1 유체는 상기 원통 형상의 제1 단부에 위치하는 제1 유동부(110)로 입력되고, 상기 원통 형상의 제2 단부에 위치하는 제2 유동부(120)로 출력될 수 있다.

이때, 제2 유체는 제2 단부에 위치하는 제2 유동부(120)로 입력되고, 제1 단부에 위치하는 제1 유동부(110)로 출력될 수 있다.

측면 방향에서 살펴보았을 때 각 유체는 각 유니트의 외주 방향과 내주 방향을 반복적으로 유동하는 동작을 취하게 되는데, 이를 통해 각 유체의 전열 면적을 증가시킬 수 있다.

이하에서는 각 유체를 래디얼 방향뿐만 아니라 회전의 중심축 방향으로도 유동시킬 수 있는 각 날개(221, 222, 223, 224)의 구조를 살펴본다. 날개(221, 222, 223, 224)는 제1 유니트 또는 제2 유니트와 함께 회전하고, 회전에 의해 제1 유체 또는 제2 유체를 유동시키게 되는데, 회전의 중심축을 기준으로 적어도 일부가 비틀어지게 형성됨으로써 각 유체를 회전의 중심축 방향으로 유동시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 열교환 모듈에서 격벽부가 형성된 날개를 나타낸 개략도이고, 도 6은 본 발명의 열교환 모듈의 날개에 포함된 격벽부를 나타낸 개략도이다. 도 7은 본 발명의 열교환 모듈을 구성하는 다른 날개를 나타낸 개략도이고, 도 8은 본 발명의 열교환 모듈을 구성하는 또다른 날개를 나타낸 개략도이다.

도 5에는 회전의 중심축 방향을 따라 연장되는 날개(221, 222, 223, 224)가 개시된다.

도 5의 날개는 속이 빈 구조로 형성되고, 날개(221, 222, 223, 224)의 외부는 제1 유체와 제2 유체 중 한 유체를 유동시키고, 날개(221, 222, 223, 224)의 내부는 제1 유체와 제2 유체 중 나머지 유체를 유동시키는 유로가 될 수 있다.

날개의 내부가 빈 구조인 경우 날개의 내부에는 격벽부(225)가 형성될 수 있는데, 이때의 격벽부(225)는 회전의 중심축을 기준으로 적어도 일부가 비틀어지게 형성될 수 있다. 일반적으로 격벽부(225)는 평평한 판 형상인데, 도 6과 같이 일변 또는 양변을 비틀어 형성할 수 있다. 이러한 구성에 의하면 격벽부(225)가 도 6의 화살표 방향으로 이동할 경우 마주치는 유체를 아래로 유동시키게 된다. 격벽부(225)가 반대 방향으로 이동한다면 마주치는 유체는 아래로 유동하게 될 것이다. 따라서, 도 5의 날개에 의하면 적어도 날개의 내부로 유입된 유체를 회전의 중심축 방향으로 유동시킬 수 있다.

날개(221, 222, 223, 224) 자체의 형상 변형을 통해서도 유체를 회전의 중심축 방향으로 유동시킬 수 있다.

도 7과 도 8에는 높이에 따라 다른 단면적을 갖는 날개가 개시되고 있다. 구체적으로 회전의 중심축 방향으로 아래로 갈수록 단면적이 줄어들고 있는데 이러한 구조에 따르면 날개의 내부를 따라 유동되는 유체는 위에서 아래 방향으로 용이하게 이동할 수 있다. 여기에 더하여 위에서 살펴본 격벽부(225)를 부가한다면 축방향으로의 유체 이동이 더욱 원활하게 이루어지게 된다.

날개의 외부를 따라 유동되는 유체를 회전의 중심축 방향으로 유동시키기 위해 앞에서 회전의 중심축 방향과 다른 각도로 날개가 연장되는 경우를 설명한 바 있다. 이와 같이 구성한 예가 도 8에 개시된다. 도 8에는 날개의 일부가 비틀어져 비틀어진 일부가 회전의 중심축과 다른 각도를 형성하고 있다. 그 형상은 소위 스크루(screw)와 같으며, 이에 따라 마주치는 유체를 회전의 중심축 방향으로 유동시키게 된다. 도 8에서 날개가 화살표 방향으로 회전할 경우 날개는 마주치는 유체를 아래 방향으로 유동시킨다.

날개의 단면은 '『'과 같이 일부가 꺽여진 직선형, 그믐달형, 비행기 날개형, 스크루형 등 다양할 수 있다.

제1 유체와 제2 유체는 기체 또는 액체일 수 있으며, 어느 하나는 기체이고, 다른 하나는 액체일 수도 있다. 제1 유체와 제2 유체의 구성물, 상태(기체 또는 액체) 등이 다른 경우 각 유체별로 유체를 유동시키는 소위 펌프가 각 유체별로 마련되어야 한다. 또한, 각 유체가 흐르는 관을 교차시켜 열교환기를 형성함으로써 소위 벽 형상을 이루게 된다. 이러한 벽 형상의 열교환기는 그 부피가 크다.

이상에서 살펴본 열교환 모듈은 원통형의 형상을 갖고, 내부에 제1 유니트(210) 및 제2 유니트(220)와 같은 회전체를 두어 회전체의 형상 또는 부가된 날개에 의해 제1 유체와 제2 유체가 서로 반대의 래디얼 방향으로 모아졌다 흩어졌다를 반복하도록 한다. 이러한 각 유체의 강제 대류를 통해 제1 유체와 제2 유체의 전열 면적을 최대화시킬 수 있다. 또한 제1 유니트 및 제2 유니트를 하나의 모터 등을 이용하여 회전시킬 수 있으므로 전력 소모를 줄이는 동시에 소형화가 가능하다.

열교환의 용량 및 효율은 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 개수 또는 제1 유니트(210) 및 제2 유니트(220)의 개수에 의해 결정될 수 있다. 그러나 제1 유동부(110) 및 제2 유동부(120)의 개수 또는 제1 유니트(210) 및 제2 유니트(220)가 수납되는 실린더(130)의 크기로 인해 열교환의 용량 및 효율 조절에는 한계가 있을 수 있다. 이러한 한계는 이상에서 살펴본 열교환 모듈 전체를 다른 열교환 모듈과 연결함으로써 용이하게 해소될 수 있다.

도 4는 본 발명의 열교환 장치를 나타낸 개략도이다.

도 4에 도시된 열교환 장치는 회전에 의해 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키고 제1 유체와 제2 유체를 유동시키는 복수의 열교환 모듈(100)을 포함할 수 있다.

이때, 각 열교환 모듈(100)은 직렬 또는 병렬로 서로 연결되고 각 열교환 모듈(100)의 연결 방식 또는 연결된 열교환 모듈(100)의 개수로 열교환의 용량이 조절될 수 있다.

도 4의 열교환 모듈(100)은 도 1 내지 도 3에서 설명된 열교환 모듈일 수 있으며, 열교환 모듈(100)의 양 밑면에 연결되는 제1 관(151)과 제2 관(153)은 관부(155)로 통합하여 개략적으로 나타내었다.

열교환 장치는 복수개의 열교환 모듈(100)이 직렬 또는 병렬로 연결되므로 각 열교환 모듈(100)을 회전시키는 구동부(300)가 필요하다. 구동부(300)는 열교환 모듈 각각을 회전시키거나 열교환 모듈(100)의 집합인 모듈군을 회전시킬 수 있다. 예를 들어 직렬로 연결되는 열교환 모듈(100)은 서로 체결되어 함께 회전하는 직렬군을 형성할 수 있다. 이 경우 구동부(300)는 직렬군을 구성하는 하나의 열교환 모듈(100)을 회전시키는 것으로 직렬군을 구성하는 열교환 모듈(100) 모두를 회전시킬 수 있다.

열교환 모듈(100)이 병렬로 연결된 경우라면 적어도 각 병렬단을 회전시킬 필요가 있다. 이때 각 병렬단은 복수의 열교환 모듈(100)이 직렬로 연결된 직렬군일 수 있다.

구동부(300)는 일예로 모터일 수 있다. 펌프의 모터는 회전 운동으로 직선운동으로 변환시켜 유체에 압력을 가하게 되므로 효율이 낮다. 선풍기와 에어컨이 좋은 예에 해당한다. 본 발명의 구동부(300)는 회전 운동을 그대로 열교환 모듈(100)로 전달함으로써 자원 소모가 적은 장점이 있다.

구동부(300)와 열교환 모듈(100) 사이에는 구동부(300)의 회전력을 전달하는 링크(310)가 형성될 수 있다. 링크(310)는 기어, 벨트 등을 포함할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100...열교환 모듈 110...제1 유동부
120...제2 유동부 130...실린더
150...덮개 151...제1 관
153...제2 관 155...관부
210...제1 유니트 220...제2 유니트
221...제1 날개 222...제2 날개
223...제3 날개 224...제4 날개
225...격벽부 230...연결부
291...제1 개구 292...제2 개구

Claims

제1 유체가 유동되는 제1 유동부;
제2 유체가 유동되고 상기 제1 유동부와 대면되는 제2 유동부;
내부가 원통 형상인 실린더;
상기 실린더의 내부에 수납되고 통공이 형성되거나 상기 실린더의 내경보다 작은 외경을 갖는 제1 유니트;
상기 실린더의 내부에 수납되고 통공이 형성되며 상기 실린더의 내경과 동일한 외경을 갖는 제2 유니트; 및
상기 제1 유니트와 상기 제2 유니트를 연결하고 내부에 유로가 형성된 연결부;를 포함하고,
상기 제1 유동부 및 상기 제2 유동부의 회전으로 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유동되며 서로 열교환되고,
상기 제1 유니트의 외부는 상기 제1 유동부의 적어도 일부를 형성하며,
상기 제2 유니트의 내부는 상기 제2 유동부의 적어도 일부를 형성하고,
상기 제1 유체는 상기 각 유니트의 사이, 상기 제1 유니트의 통공, 상기 제1 유니트와 상기 실린더의 사이, 상기 제2 유니트의 통공 중 적어도 하나를 따라 유동되며,
상기 제2 유체는 상기 각 유니트의 내부, 상기 연결부의 유로 중 적어도 하나를 따라 유동되고,
상기 제1 유니트의 상면, 상기 제2 유니트의 하면 중 하나에는 상기 제1 유동부 및 상기 제2 유동부의 회전시 상기 제1 유동부 및 상기 제2 유동부의 외주 방향 또는 내주 방향에 해당하는 제1 방향으로 상기 제1 유체를 유동시키는 제1 날개가 마련되고,
상기 제2 유니트의 상면, 상기 제1 유니트의 하면 중 하나에는 상기 제1 유동부 및 상기 제2 유동부의 회전시 상기 제1 방향의 역방향에 해당하는 제2 방향으로 상기 제1 유체를 유동시키는 제2 날개가 마련되는 열교환 모듈.
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제1항에 있어서,
제1 유동부와 제2 유동부가 교번하여 적층되고,
상기 제1 유체는 적층된 상기 제1 유동부를 통해 정방향으로 유동되고, 상기 제2 유체는 적층된 상기 제2 유동부를 통해 역방향으로 유동되는 열교환 모듈.
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제1항에 있어서,
상기 제2 유니트의 통공은 상기 제1 유동부 및 상기 제2 유동부의 회전축과 상기 제2 날개의 사이에 형성되는 열교환 모듈.
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제9항에 있어서,
상기 제1 유니트의 내부에는 상기 제1 유동부 및 상기 제2 유동부의 외주 방향 또는 내주 방향에 해당하는 제2 방향으로 상기 제2 유체를 유동시키는 제3 날개가 형성되고, 상기 제1 유니트의 상면에서 상기 회전축과 상기 제3 날개의 사이 또는 상기 회전축에 상기 제2 유체가 출입하는 제1 개구가 형성되고,
상기 제2 유니트의 내부에는 상기 제2 방향의 역방향에 해당하는 제1 방향으로 상기 제2 유체를 유동시키는 제4 날개가 형성되고, 상기 제2 유니트의 하면에서 상기 회전축과 상기 제4 날개의 사이 또는 상기 회전축에 상기 제2 유체가 출입하는 제2 개구가 형성되며,
상기 제2 유니트의 상기 제4 날개에 의해 유동된 상기 제2 유체는 상기 연결부의 유로를 따라 상기 제1 유니트로 유입되거나 상기 연결부의 유로를 따라 상기 제1 유니트로부터 유입된 열교환 모듈.
제11항에 있어서,
상기 연결부의 유로는 상기 제3 날개와 상기 제1 유니트의 외주 사이 및 상기 제4 날개와 상기 제2 유니트의 외주 사이를 연결하는 열교환 모듈.
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