KR101480830B1 - 간접증발식 액체 냉각기용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 내부에 냉각유체가 흐름가능한 냉각유체통로를 구비하고, 공기진행방향 및 공기진행방향의 수직방향으로 각각 이격되어 다열로 배치되며, 공기 및 증발수와 열교환하는 복수의 플랫튜브; 상기 공기진행방향으로 이격된 복수의 플랫튜브의 양쪽 측면에 동시에 면접촉되게 설치되어, 상기 공기진행방향으로 이격된 복수의 플랫튜브 사이의 틈새를 차단하는 열전달판; 상기 공기진행방향의 수직방향으로 이격된 두 플랫튜브의 열전달판 사이에 동시에 접촉되는 열전달핀; 및 상기 플랫튜브와 열전달핀에 증발수를 공급하는 증발수공급유닛을 포함하고, 상기 증발수가 열전달판에 의해 공기진행방향 혹은 공기진행반대방향으로 흘러서 열전달핀에 분배되는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 증발수를 균일하게 분배하여 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

Description

간접증발식 액체 냉각기용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR AN INDIRECT LIQUID COOLER}

본 발명은 냉각성능을 향상시킬 수 있는 간접증발식 액체 냉각기용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 핀관(fin-tube) 열교환기는 차가운 공기와 열교환을 통해 관 내부를 흐르는 냉각유체 등의 액체를 냉각시키는 장치이다.

도 1은 일반적인 공랭식 핀관 열교환기를 보여주는 사시도로서, 상기 핀관 열교환기는 내부에 액상의 냉매를 수용하며 냉매순환통로를 제공하는 냉매관(1)과, 냉매관(1)의 외부에 접촉되도록 설치되어 냉매관(1)의 열교환면적을 확대시키는 냉각핀(2)으로 구성된다.

이때, 공기유입구(INLET)가 냉각관(1) 및 냉각핀(2)의 앞쪽에 위치하고, 공기배출구가 냉각관(1) 및 냉각핀(2)의 뒤쪽에 위치하며, 냉각관(1) 및 냉각핀(2)은 공기유입구를 통해 불어오는 차가운 외부공기와 마주보게 배치된다.

이와 같이 구성된 핀관 열교환기에서는 외부 공기가 냉매관(1) 및 냉각핀(2)을 지날 때 상대적으로 온도가 높은 냉매관(1) 및 냉각핀(2)과 열교환이 이루어짐으로써, 열교환효율을 증대시킨다.

그런데, 상기한 핀관 열교환기에서는 서로 인접하는 냉각핀(2) 사이의 틈새로 흐르는 공기측의 열전달 저항(열전도를 방해하는 성질)이 관 내부의 열전달 저항보다 크기 때문에, 공기측의 열전달 저항을 줄이기 위한 노력이 필요하다.

상기 핀관 열교환기에서 공기측의 열전달 저항을 줄이기 위해 공기측에 증발수를 뿌려서 증발수의 증발 냉각 효과로 관 내부의 액체를 냉각시키는 간접 증발식 냉각기술을 활용할 수 있다.

도 2는 종래의 간접 증발식 냉각기를 예시한 사시도로서, 상기 간접 증발식 냉각기술을 이용한 핀관 열교환기는 냉각핀(12)의 상부에 배치되는 증발수 분무유닛(10)과, 냉각핀(12) 하부에 배치되는 증발수 저장수조(14)를 구비하여 상대적으로 온도가 낮은 증발수를 냉각핀(12) 위에 뿌리도록 되어 있다.

상기 증발수 분무유닛(10)은 물 등의 액체를 저장하는 증발수저장탱크 및 액체를 이송하기 위한 액체이송펌프와 연결되어 증발수를 공급받을 수 있고, 다수의 노즐(11a)을 가지며 공기진행방향으로 간격을 두고 배치되는 분배파이프(11)로 구성되어, 노즐(11a)을 통해 냉각핀(12)의 상부에 증발수를 균일하게 뿌리도록 되어 있다.

상기 증발수 저장수조(14)는 냉각핀(12) 및 냉각관(13)의 표면을 따라 흘러내리는 증발수를 저장하여 재순환파이프 등을 통해 분배파이프(11)에 재순환시킨다.

상기와 같이 구성된 간접 증발식 냉각기에서는 증발수가 냉각핀(12) 및 냉각관(12)의 표면에 뿌려지면 냉각핀(12) 및 냉각관(13)으로부터 열을 빼앗아 냉각핀(12) 및 냉각관(13)을 냉각시키고, 증발수 자체는 증발한다.

이때, 증발수의 증발에 의한 냉각성능 향상으로 공기측의 열전달 저항이 1/3~1/5 정도로 크게 감소하여 공기측의 열전달 저항이 관 내부의 열전달 저항보다 오히려 작아지기 때문에, 상기 간접 증발식 냉각기에서는 일반적인 공랭식 핀관 열교환기와 달리 관 내부의 열전달 저항을 감소시키는 것이 매우 중요하다.

그런데, 상기 간접 증발식 냉각기에서 관 내부의 열전달 저항을 감소시키기 위해 직경이 작은 관을 적용하는 것이 효과적이지만, 직경이 작아질수록 관 내부의 압력손실이 증가하고, 확관에 의한 핀-관 사이의 접촉열저항 감소도 용이하지 않아 실질적으로는 6mm 이하의 직경을 적용하는 것이 어렵다.

한편, 상기한 관 내부의 열전달 저항을 감소시키기 위해 핀관 열교환기 대신에 자동차의 라디에이터 등에 사용되는 플랫튜브(flat tube) 열교환기의 적용을 고려할 수 있다.

도 3은 자동차의 라디에이터에 적용되는 플랫튜브 열교환기를 확대하여 보여주는 사시도로서, 상기 플랫튜브 열교환기는 라디에이터(미도시)의 상부헤더(미도시)와 하부 헤더(미도시) 사이에 차폭방향으로 간격을 두고 수직하게 배치되는 다수의 플랫튜브(30)와, 플랫튜브(30)의 공기접촉면적을 확장시키기 위해 플랫튜브(30) 사이에 "S"자 단면 형상의 플레이트로 굴곡형성하여 배치되는 코러게이트형 핀(corrugated fin31))으로 구성된다.

이때, 상기 플랫튜브(30)의 내부에 냉각유체를 순환시켜 공기와의 열교환을 통해 냉각유체를 냉각시킨다.

아울러, 상기 코러게이트형 핀(31)에 다수의 루버(louver;32)가 공기의 진행방향으로 간격을 두고 이격되게 관통형성되며, 라디에이터로 유입되는 공기가 루버(32)를 통해 코러게이트형 핀(31)의 내부로 유입되며 공기와의 접촉에 의한 냉각성능을 향상시킨다.

여기서, 상기 플랫튜브(30)의 내벽 사이의 폭이 1~2mm 정도로 이루어져, 관 내부의 열전달 저항을 기존의 핀관 열교환기 대비 1/3~1/5 정도로 감소시킬 수 있다.

도 4는 종래의 다열 플랫튜브 열교환기의 사시도로서, 상기 다열 플랫튜브 열교환기는 공기진행방향 및 공기진행방향의 수직방향으로 이격 배치되는 복수의 플랫튜브(40)를 구비한다.

그러나, 종래의 다열 플랫튜브 열교환기에서 증발수의 증발 냉각 효과로 플랫튜브를 냉각하는 기술을 적용하는 경우에 코러게이트형 핀에 뿌려진 증발수가 공기진행방향으로 이격 배치된 복수의 플랫튜브(40) 사이의 틈새로 몰려 배수되므로 증발수가 코러게이트형 핀(41)에 균일하게 분배되지 않는다.

이로 인해, 증발수의 증발에 의한 냉각성능이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존의 핀관 열교환기의 단점인 공기측 열전달 저항을 줄일 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 기존의 밀폐형 냉각탑 등의 간접 증발식 냉각기에서 발생하는 관 내부의 열전달 저항을 효과적으로 저감할 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 기존의 플랫튜브 열교환기에서 문제점으로 지적되는 물맺힘 현상을 제거하여 냉각성능을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 증발수를 균일하게 분배하여 냉각성능을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 의하면 내부에 냉각유체가 흐름가능한 냉각유체통로를 구비하고, 공기진행방향 및 공기진행방향의 수직방향으로 각각 이격되어 다열로 배치되며, 공기 및 증발수와 열교환하는 복수의 플랫튜브; 상기 공기진행방향으로 이격된 복수의 플랫튜브의 양쪽 측면에 면접촉되게 설치되어, 상기 공기진행방향으로 이격된 복수의 플랫튜브 사이의 틈새를 차단하는 열전달판; 상기 공기진행방향의 수직방향으로 이격된 두 플랫튜브의 열전달판 사이에 동시에 접촉되는 열전달핀; 및 상기 플랫튜브와 열전달핀에 증발수를 공급하는 증발수공급유닛을 포함하고, 상기 증발수가 열전달판에 의해 공기진행방향 혹은 공기진행반대방향으로 흘러서 열전달핀에 분배되는 것을 특징으로 하는 열교환기가 제공된다.

본 발명의 상기한 측면에서는 플랫튜브를 이용하는 점, 열전달핀을 이용하는 점, 증발에 의해 액체를 냉각하는 점 등은 종래와 유사하지만, 종래와 같이 증발수가 공기방향으로 이격 배치된 복수의 플랫튜브 사이의 틈새로 몰려 증발수의 불균일한 분배가 이루어지지 않고, 열전달판이 공기진행방향으로 이격 배치되는 복수의 플랫튜브의 양측면에 면접촉되어 플랫튜브 사이의 틈새를 차단함으로써 증발수가 열전달판에 의해 열전달핀의 양단부로 이동하도록 하였다.

또한, 열전달핀의 양단부를 미리 정해진 길이(d;적어도 2mm 이상)만큼 더 연장하여 연장부를 통해 증발수를 배수시켜 열전달핀의 단부에서 물맺힘 현상의 발생을 방지하였다.

이로써, 상기 열전달판에 의해 증발수를 열전달핀에 균일하게 분배하여 증발수에 의한 증발 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 열전달핀의 끝에서 물맺힘 현상을 방지하여 공기측의 압력손실을 줄이고 공기를 균일하게 분배하여 공기에 의한 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 냉각유체는 냉각수일 수 있다.

상기 증발수공급유닛은, 중력방향을 기준으로 상기 플랫튜브와 열전달핀의 상부에 배치되어, 상기 증발수를 플랫튜브와 열전달핀에 뿌려줄 수 있다.

상기 열전달핀은, 일측 열전달판에서 타측 열전달판 쪽으로 혹은 상기 타측 열전달판에서 일측 열전달판 쪽으로 경사지게 형성되고 중력방향을 기준으로 상하방향으로 이격 배치된 복수의 경사구간과, 상기 경사구간 사이를 연결하며 열전달판과 접촉되는 연결부를 구비하고, 상기 경사구간과 연결부는 중력방향으로 서로 교호적으로 배치되고; 상기 각 경사부의 하단부에 관통공이 형성되어, 상기 관통공을 통해 유입된 증발수가 낙하될 수 있다.

상기 관통공은, 상기 공기진행방향으로 간격을 두고 복수로 형성되거나, 상기 공기진행방향을 따라 가늘고 길게 형성된 슬롯 형태일 수 있다.

상기 플랫튜브의 양쪽 단부에 제1헤드부와 제2헤드부가 각각 연통가능하게 설치되어, 상기 서로 인접한 플랫튜브 사이의 냉각유체 흐름을 연결할 수 있다.

상기 플랫튜브 내부의 냉각유체는, 상기 공기진행방향의 반대방향으로 유동하는 대향류를 형성하여 공기와의 열교환 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 공기유입구와 공기배출구를 가지고, 상기 증발수공급유닛, 플랫튜브, 열전달핀을 수용하는 외함; 및 상기 공기유입구 측에 설치되는 흡기팬을 포함할 수 있다.

상기 증발수공급유닛은, 상기 외함 내부에 설치되고, 길이방향으로 간격을 두고 형성되는 분사노즐을 가지는 증발수분배파이프로 구성될 수 있다.

또한, 상기 외함의 내부에 설치되고, 상기 플랫튜브와 열전달핀을 따라 흘러내리는 증발수를 임시 저장하는 증발수저장부; 및 상기 증발수저장부에 저장된 증발수를 상기 증발수공급유닛으로 이송하는 증발수이송펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 플랫튜브는, 상기 공기와의 열교환 및 증발수의 증발 냉각효과를 통해 내부에 흐르는 냉각유체를 냉각시킬 수 있다.

상기 열전달핀은, 상기 공기와의 열교환 및 증발수의 증발 냉각효과를 통해 상기 냉각유체를 냉각시킬 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 종래의 핀관 열교환기에 비해 관 내부 열전달 저항을 크게 줄임으로써 간접증발식 냉각기의 냉각성능을 크게 향상시킬 수 있다.

특히, 간접증발식 냉각기의 추가적인 성능향상을 위해 여러 개의 납작관을 사용하고 공기와 냉각유체의 유동방향이 대향류가 되도록 배치하는 것이 가능하다.

또한, 물결파형 핀의 적용시 문제가 되는 물맺힘 문제를 연장된 열전달판의 적용으로 용이하게 해결가능하다.

도 1은 일반적인 공랭식 핀관 열교환기를 보여주는 사시도이다.
도 2는 종래의 간접 증발식 냉각기를 예시한 사시도이다.
도 3은 자동차의 라디에이터에 적용되는 플랫튜브 열교환기를 확대하여 보여주는 사시도이다.
도 4는 종래의 다열 플랫튜브 열교환기의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 공기진행방향의 수직방향으로 본 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 공기진행방향으로 본 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫튜브, 열전달판 및 열전달핀의 결합사시도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ부에서 관통공을 통해 증발수의 이동경로를 보여주는 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통공의 형상 및 배치형태를 보여주는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관통공의 형상 및 배치형태를 보여주는 평면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 열교환튜브 내부에 흐르는 유체, 특히 액체를 냉각하기 위한 열교환기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 열교환기는 기존의 공랭식 핀관 열교환기의 단점을 개선한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는 기존의 밀폐형 냉각탑 등 간접 증발식 액체 냉각기의 단점을 개선한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는 기존의 플랫튜브 열교환기의 단점을 개선한 것이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 열교환기는 증발수의 증발냉각효과로 기존의 공랭식 핀관 열교환기의 단점인 공기측 열전달 저항을 감소시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는 플랫튜브를 적용하여 기존의 간접 증발식 액체 냉각기의 단점인 관 내부 열전달 저항을 감소시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는 플랫튜브에 열전달판을 적용하여 기존의 플랫튜브 열교환기의 단점인 물 맺힘 현상 발생 및 기존의 다열(multiple row) 플랫튜브 열교환기의 단점인 증발수가 불균일하게 분배되는 것을 방지하는 것이 가능하다.

이로써, 본 발명은 기존의 간접 증발식 액체 냉각기 및 플랫튜브 열교환기의 장점만을 채용하고 단점을 개선하여 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 공기진행방향의 수직방향으로 본 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 공기진행방향으로 본 정면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기는 외함(100), 플랫튜브(110), 열전달핀(120), 증발수공급유닛(140), 증발수저장부(150), 증발수이송펌프(160) 등을 포함하여 구성된다.

상기 외함(100)은 내부에 수용공간을 구비하여, 플랫튜브(110), 열전달판(130), 열전달핀(120), 증발수공급유닛(140), 증발수저장부(150) 및 증발수이송펌프(160)를 수용한다.

상기 외함(100)의 일 측면(도면 기준으로 왼쪽)에 공기유입구(101)가 구비되고, 외함(100)의 타 측면(도면 기준으로 오른쪽)에 공기배출구(102)가 구비되며, 외부공기가 공기유입구(101)를 통해 유입되어 플랫튜브(110) 및 열전달핀(120)을 지나서 공기배출구(102)를 통해 배출된다.

이때, 상기 공기유입구(101) 측에 전동식 모터(104)에 의해 작동하는 흡기팬(103)이 구비되어 외부 공기를 외함(100) 내부로 유입시키고 외부 내부의 공기 흐름을 원활하게 유지할 수 있다.

첨부한 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫튜브, 열전달판 및 열전달핀의 결합사시도이다.

상기 플랫튜브(110)는 내부에 냉각유체통로를 구비하여 냉각유체를 순환시키며, 냉각유체의 열이 플랫튜브(110)로 열전도되고, 열전도된 플랫튜브(110)는 외부 공기와 접촉을 통해 열교환함으로써 냉각유체를 냉각시킨다.

이때, 플랫튜브(110)의 일단부와 타단부는 열교환기 외부의 냉각유체통로와 각각 연결되어, 열교환기로 유입된 냉각유체를 냉각시킨 후 냉각 대상이 되는 곳으로 재순환시킨다.

본 발명의 일 실시예로 본 열교환기를 자동차의 엔진을 냉각하기 위한 장치로 적용할 경우에 상기 냉각유체는 엔진블록의 내부를 순환하고 돌아오는 냉각수일 수 있다.

상기 플랫튜브(110)는 중력방향을 기준으로 상하직진방향으로 길게 형성되고, 공기진행방향의 수평단면을 기준으로 폭(공기진행방향의 수직방향 길이)이 가늘고(예, 1~6mm 정도) 공기진행방향의 길이가 폭에 비해 상대적으로 길게 형성되는 튜브 형상이다.

상기한 플랫튜브(110)의 구조적 특성에 의하면 관 내부의 압력손실을 증가시키지 않으면서 브레이징 공정에 의하여 핀-관(tube) 사이의 접촉열저항 감소가 용이하여 일반적의 핀관 열교환기에 비해 관 내부의 열전달 저항을 대폭 감소시킬 수 있다.

상기 플랫튜브(110)는 공기진행방향으로 일정한 간격을 두고 배치되고, 공기진행방향의 수직방향으로 일정한 간격을 두고 배치되는 다열 배치구조를 이룬다.

여기서, 상기 공기진행방향은 외부의 공기가 외함(100)의 일측에 위치한 공기유입구(101)를 통해 유입되어 외함(100)의 타측에 위치한 공기배출구(102)로 배출되는 방향이며, 도 5를 기준으로 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 이동하는 방향을 의미한다.

또한, 상기 공기진행방향의 수직방향은 외부 공기의 흐름을 수직하게 가로지르는 방향이며, 도 6은 공기진행방향의 수직방향에서 바라본 열교환기의 측면도이다.

상기 플랫튜브(110)는 공기진행방향으로 일정한 간격을 두고 이격 배치되고, 공기진행방향의 수평단면을 기준으로 길이가 긴 플랫튜브(110)의 평판이 냉각유체통로를 사이에 두고 공기진행방향을 향하여 평행하게 배치된다.

또한, 상기 공기진행방향 및 공기진행방향의 수직방향으로 이격 배치된 플랫튜브(110)의 일단부(중력방향 기준으로 상단부)와 타단부(중력방향 기준으로 하단부)에 각각 제1헤드부(111)와 제2헤드부(112)가 연통가능하게 설치되어, 제1 및 제2헤드부(111,112)에 의해 서로 인접한 플랫튜브(110) 사이에서 냉각유체의 흐름을 연결한다. 여기서, 상기 공기진행방향은 반드시 플랫 튜브와 직교할 필요는 없으며 플랫 튜브에 대해서 소정 각도로 경사질 수 있다.

특히, 상기 공기진행방향으로 일정한 간격을 두고 이격 배치된 플랫튜브(110)에서 냉각유체는 공기진행방향의 반대방향으로 흐르는 대향류(對向流)를 이루도록 하여 공기에 대하여 열전달 성능을 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 도 5를 참조하여 냉각유체의 이동경로를 살펴보면, 상기 공기진행방향으로 일정한 간격을 두고 이격 배치된 플랫튜브(110) 중에서 공기진행방향을 기준으로 가장 하류측(도면에서 오른쪽)에 위치한 플랫튜브(110)의 상단부로 외부의 냉각유체가 유입되는 경우에, 냉각유체가 플랫튜브(110)의 오른쪽 상단부에서 지그재그 방향으로 이동하여 플랫튜브(110)의 왼쪽 하단으로 배출된다.

결국, 상기 냉각유체의 유동방향은 공기진행방향을 기준으로 하류측에서 상류측으로 이동하여 공기진행방향과 반대방향의 대향류를 형성하여 냉각유체로부터 공기로의 열전달 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 열전달판(130)은 알루미늄 등과 같이 열전도성이 양호한 재질로 이루어진다.

또한, 상기 열전달판(130)은 두께가 얇은 플레이트 구조로 이루어지고, 공기진행방향으로 이격 배치된 플랫튜브(110)의 양쪽 측면, 즉 공기진행방향의 수평단면을 기준으로 길이가 긴 플랫튜브(110)의 평판의 일 면에 동시에 면접촉가능하게 연장형성된다.

또한, 상기 열전달핀(120)은 공기진행방향의 수직방향으로 이격 배치된 플랫튜브(110)의 일측 열전달판(130)에서 타측 열전달판(130) 쪽으로 혹은 상기 타측 열전달판(130)에서 일측 열전달판(130) 쪽으로 경사지게 형성되고 상하방향으로 이격배치되는 복수의 경사구간(120a)과, 상기 경사구간(120a)을 연결하며 열전달판(130)과 접촉되는 연결부(120b)로 구성된다.

이때, 상기 경사구간(120a)과 연결부(120b)는 상하방향으로 서로 교호적으로 연속해서 연장 배치되고, 상기 연결부(120b)는 원형으로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구조의 열전달핀(120)은 공기진행방향의 수직방향으로 이격 배치된 두 플랫튜브(110)의 열전달판(130) 사이에 동시에 접촉되어, 플랫튜브(110)로부터 열을 전달받으며 열교환 면적을 확장시켜 열전달 효율을 향상시킨다.

상기 증발수공급유닛(140)은 외함(100) 내부의 상단에 공기진행방향으로 이격 배치되는 증발수분배파이프(141)를 구비하고, 증발수분배파이프(141)의 저면에 분사노즐(142)이 길이방향을 따라 간격을 두고 형성되어, 분사노즐(142)을 통해 플랫튜브(110), 열전달판(130) 및 열전달핀(120)에 증발수를 뿌려준다.

상기 증발수는 플랫튜브(110), 열전달판(130) 및 열전달핀(120)의 표면을 따라 흘러내리면서 상대적으로 온도가 높은 플랫튜브(110), 열전달판(130) 및 열전달핀(120)과의 열교환을 통해 기화열을 빼앗음으로 증발되고 냉각유체로부터 열전달된 플랫튜브(110), 열전달판(130) 및 열전달핀(120)을 냉각시킨다. 이로써 플랫튜브(110)로 순환하는 냉각유체를 냉각시키는 것이다.

이는, 밀폐형 냉각탑 등의 간접 증발식 냉각기에서 증발수의 증발에 의한 냉각기술의 장점을 본 기술에 적용함으로써, 일반적인 공랭식 핀관 냉각기에서의 공기측 열전달 저항을 감소시킬 수 있다.

상기 플랫튜브(110), 열전달판(130) 및 열전달핀(120)의 아래로 흘러내리는 증발수는 외함(100) 내부의 저면에 설치되는 증발수저장부(150)에 저장되어 재활용될 수 있다.

상기 증발수저장부(150)는 수조 형태로 내부에 저장공간을 구비한다.

그리고, 상기 증발수에 저장된 증발수를 재활용하기 위해, 증발수저장부(150)와 증발수분배파이프(141)가 연결파이프에 의해 연결되고, 연결파이프에 증발수이송펌프(160)가 구비되어, 저장된 증발수를 증발수분배파이프(141)에 압송한다.

여기서, 상기 열전달판(130)의 적용을 통해 다열 배치구조를 가지는 플랫튜브 열교환기의 문제점을 해결하기 위한 구체적인 방안을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 열전달판(130)은 공기진행방향으로 이격 배치된 플랫튜브(110)의 양쪽 측면에 접촉가능하게 밀착 배치되어, 열전달핀(120)의 곡면을 따라 흘러내리는 증발수가 상기 공기진행방향으로 이격 배치된 플랫튜브(110)의 틈새 사이로 배수되는 것을 차단한다.

이로써, 상기 증발수가 플랫튜브(110) 사이의 틈새로 몰려 배수되는 것을 차단하고 증발수가 열전달판(130)에 의해 열전달핀(120)의 양단부 쪽으로 이동가능함으로써 증발수의 균일한 분배가 이루어져 증발수에 의한 냉각성능을 높일 수 있다.

첨부한 도 8은 도 7의 Ⅷ부에서 관통공을 통해 증발수의 이동경로를 보여주는 확대도이다.

상기 열전달핀(120)에서 각 경사구간(120a)의 하부에 관통공(121)이 형성되고, 열전달핀(120)의 최상단 경사구간(120a)에 뿌려진 증발수가 관통공(121)을 통해 열전달핀(120)의 각 경사구간(120a)의 상부로 낙하되어, 열전달핀(120)의 표면을 전체적으로 균일하게 적셔줌으로써, 증발수의 증발냉각성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 관통공(121)이 각 경사구간(120a)의 하단부에 형성되어, 증발수가 각 경사구간(120a)의 상단부에서 하단부까지 균일하게 접촉됨으로써, 증발수의 증발냉각 효과를 극대화할 수 있다.

상기 증발수의 흐름경로를 살펴보면, 증발수공급유닛(140)으로부터 뿌려진 증발수는 열전달핀(120)의 최상단부 표면에 낙하되고, 열전달핀(120)의 최상단에 위치한 경사구간(120a)의 상부 표면을 따라 하부로 흘러내리다가, 증발수의 일부가 관통공(121)을 통해 최상단 경사구간(120a)과 인접한 하측 경사구간(120a)의 상단부에 낙하되고, 증발수의 나머지는 관통공(121)을 지나 연결부(121b)와 열전달판(130) 사이의 접촉면에 조성된 홈을 따라 공기진행방향 혹은 공기진행반대방향으로 이동된다.

이어서, 상기 관통공(121)을 통해 낙하된 증발수는 하측 경사구간(120a)의 하부로 흘러내리다가, 증발수의 일부가 하측 경사구간의 관통공(121)을 통해 인접한 그 다음 하측 경사구간(120a)의 상단부로 떨어지고, 증발수의 나머지는 관통공(121)을 지나 연결부(120b)와 열전달판(130) 사이의 접촉면에 조성된 홈을 따라 공기진행방향 혹은 공기진행반대방향으로 이동한다.

이와 같은 방식으로 증발수가 각 경사구간(120a)을 지그재그로 연속해서 흘러내려가 열전달핀(120을 균일하게 적셔줌으로써, 증발수의 증발에 의한 냉각효과로 공기측 열전달 저항을 감소시켜 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통공의 형상 및 배치형태를 보여주는 평면도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관통공의 형상 및 배치형태를 보여주는 평면도이다.

상기 관통공(121)은 도 9에 도시한 바와 같이 열전달핀(120)의 하부에서 공기진행방향으로 간격을 두고 다수개 형성되거나, 도 10에 도시한 바와 같이 공기진행방향으로 길게 형성되는 슬롯(122) 형태로 이루어질 수 있다.

여기서, 관통공(121)의 형상 및 갯수 등은 특별한 제한 없이 당업자에 의해 선택적으로 변경가능하다.

또한, 상기 열전달판(130)은 열전달핀(120)의 단부보다 양측 길이방향으로 각각 미리 결정된 길이(d)만큼, 예를 들어 적어도 2mm 이상 더 연장되는 연장부(130a)를 포함한다.

이때, 연장부(130a)의 길이가 2mm이하인 경우에 열전달핀(120)의 단부에서 표면장력으로 인해 증발수가 맺히는 현상이 발생하므로, 연장부(130a)의 길이를 적어도 2mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이로써, 열전달판(130)의 연장부(130a)에 의해 플랫튜브 열교환기에서 물맺힘 현상의 발생을 방지하게 되어 공기측의 압력손실을 증가시키지 않고 공기의 균일한 분배가 이루어져 냉각성능을 향상시키게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

100 : 외함 101 : 공기유입구
102 : 공기배출구 103 : 흡기팬
104 : 모터 110 : 플랫튜브
111 : 제1헤드부 112 : 제2헤드부
120 : 열전달핀 120a : 경사구간
120b : 연결부 121 : 관통공
122 : 슬롯 130 : 열전달판
130a : 연장부 140 : 증발수공급유닛
141 : 증발수분배파이프 142 : 분사노즐
150 : 증발수저장부 160 : 증발수이송펌프

Claims (13)

1. 냉각유체가 흐름가능한 수직방향의 냉각유체통로를 구비하고, 공기진행방향 및 상기 공기진행방향과 교차하는 방향을 따라 서로 이격되어 다열로 배치되는 복수의 플랫튜브;
   상기 복수의 플랫튜브 사이에 상기 공기진행방향과 교차하는 방향을 따라 이격 배치되고, 중력방향으로 이격되는 경사구간 및 상기 경사구간과 서로 번갈아 가면서 배치되며 상기 경사구간을 연결하는 연결부재를 구비하여, 내부로 공기를 통과시키는 열전달핀;
   상기 열전달핀에 증발수를 공급하는 증발수공급유닛; 및
   상기 복수의 플랫튜브와 상기 열전달핀 사이에 배치되고, 상기 복수의 플랫튜브를 연결하도록 상기 공기진행방향을 따라 연장되어 일면은 상기 복수의 플랫튜브와 접촉되고, 타면은 상기 연결부재와 접촉되며 상기 경사구간을 따라 흘러내리는 증발수를 가로막아 상기 공기진행방향 및 그 반대방향으로 이동시키도록 상기 증발수를 분배하는 열전달판;
   을 포함하는 열교환기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각유체는 냉각수인 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 열전달판은, 상기 공기진행방향으로 양쪽 끝에 위치한 플랫튜브의 가장자리부에서 미리 정해진 길이만큼 더 연장형성된 연장부를 포함하여, 상기 열전달핀에 뿌려진 증발수가 상기 연장부로 배수되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 증발수공급유닛은, 중력방향을 기준으로 상기 플랫튜브와 열전달핀의 상부에 배치되어, 상기 증발수를 플랫튜브와 열전달핀에 뿌려주는 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 열전달핀은,
   일측 열전달판에서 타측 열전달판 쪽으로 혹은 상기 타측 열전달판에서 일측 열전달판 쪽으로 경사지게 형성되고 중력방향을 기준으로 상하방향으로 이격 배치된 복수의 경사구간과, 상기 경사구간 사이를 연결하며 열전달판과 접촉되는 연결부를 구비하고, 상기 경사구간과 연결부는 중력방향으로 서로 교호적으로 배치되고;
   상기 각 경사부에 관통공이 형성되어, 상기 관통공을 통해 유입된 증발수가 낙하되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 관통공은, 상기 공기진행방향으로 간격을 두고 복수로 형성되거나, 상기 공기진행방향을 따라 가늘고 길게 형성된 슬롯 형태인 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 플랫튜브의 양쪽 단부에 제1헤드부와 제2헤드부가 각각 연통가능하게 설치되어, 상기 서로 인접한 플랫튜브 사이의 냉각유체 흐름을 연결하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 플랫튜브 내부의 냉각유체는, 상기 공기진행방향의 반대방향으로 유동하는 대향류를 형성하여 공기와의 열교환 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 열교환기.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   공기유입구와 공기배출구를 가지고, 상기 증발수공급유닛, 플랫튜브, 열전달핀을 수용하는 외함; 및
   상기 공기유입구 측에 설치되는 흡기팬;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
10. 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발수공급유닛은, 상기 외함 내부에 설치되고, 길이방향으로 간격을 두고 형성되는 분사노즐을 가지는 증발수분배파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
11. 제9항에 있어서,
    상기 외함의 내부에 설치되고, 상기 플랫튜브와 열전달핀을 따라 흘러내리는 증발수를 임시 저장하는 증발수저장부; 및
    상기 증발수저장부에 저장된 증발수를 상기 증발수공급유닛으로 이송하는 증발수이송펌프;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플랫튜브는, 상기 공기와의 열교환 및 증발수의 증발 냉각효과를 통해 내부에 흐르는 냉각유체를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 열교환기.
13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전달핀은, 상기 공기와의 열교환 및 증발수의 증발 냉각효과를 통해 상기 냉각유체를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 열교환기.

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