KR101820604B1 - 난류발생수단이 구비된 열교환유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건물의 에너컨시스템이나 산업용 냉각기와 같은 냉각장치에 연결되는 열교환유닛으로서, 바디(100): 냉각장치의 냉각매체로 사용되는 유체가 이송되며, 상기 바디(100)에 설치되는 열교환파이프(200); 상기 바디(100)에 장착되어, 외기를 상기 바디(100) 내부로 공급하여 열교환파이프(200)로 이송되는 유체가 냉각되도록 하는 냉각팬(300); 단관체형상을 갖는 베이스(410)와 상기 베이스(410)의 일측 단부에서 베이스(410)의 중심을 향해 내향되도록 돌출연장된 다수개의 날개(420)를 포함하여 이루어져서, 상기 열교환파이프(200) 내부에 설치되는 난류발생수단(400); 및 단관체 또는 링형상을 갖는 지지프레임(510)과, 콘 또는 반구체, 반타원체 형상으로 되어 확경된 단부가 상기 지지프레임(510)의 내경보다 작게 형성되어 상기 지지프레임(510)의 중앙부에 위치되도록 지지프레임(510)에 연결된 유체가이드(520)와, 상기 유체가이드(520)의 확경된 단부와 지지프레임(510) 사이에 형성되어 유체가 이송되는 유체이송공(530)을 포함하여 이루어져서, 상기 난류발생수단(400)의 날개(420) 보다 상기 유체 흐름의 상류 측에 위치되되 상기 유체가이드(520)의 확경된 단부가 축경된 단부 보다 상기 유체 흐름의 하류 측에 위치되도록 상기 열교환파이프(200) 내부에 설치되는 유체가이드수단(500);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

난류발생수단이 구비된 열교환유닛{Heat exchange unit having turbulent flow producing device}
본 발명은 난류발생수단이 구비된 열교환유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구성이 간단하면서도 열교환효율이 우수한 새로운 구성의 유체 난류발생수단이 구비된 열교환유닛에 관한 것이다.
건물의 에어컨시스템이나 산업용 냉각기 등과 같은 냉각장치에 있어서, 냉각매체는 열교환기를 통해 냉각된 후에 냉각장치에 재공급되어 사용된다.
한편, 냉각탑은 상기와 같은 냉각장치의 냉각매체로 사용되는 냉각수를 실외 공기와 직접 접촉시켜 냉각시키는 것으로서, 냉각효율이 우수하기 때문에 가장 흔히 사용되는 열교환기 중의 하나이다.
그런데 이러한 냉각탑은 구성이 복잡하여 설치비용이 많이 발생되며, 백연(plume), 소음 및 진동 등의 문제점을 가진다. 뿐만아니라 냉각수가 냉각되는 과정에서 세균에 오염되므로 냉각수를 주기적으로 냉각수를 살균처리하여야 하며, 냉각수가 증발되어 냉각수 양이 줄어들기 때문에 냉각수를 주기적으로 보충해 주어야 하는 등 운영상의 번거로움도 발생되고, 운영비용도 많이 소요된다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0119896호(2010. 11. 11)
본 발명은 상기의 문제에 착안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 구성이 간단하면서도 열교환효율이 우수하며, 제조도 용이한 새로운 구성의 유체 난류발생수단이 구비된 열교환유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 바디(100): 냉각장치의 냉각매체로 사용되는 유체가 이송되며, 상기 바디(100)에 설치되는 열교환파이프(200); 상기 바디(100)에 장착되어, 외기를 상기 바디(100) 내부로 공급하여 열교환파이프(200)로 이송되는 유체가 냉각되도록 하는 냉각팬(300); 단관체형상을 갖는 베이스(410)와 상기 베이스(410)의 일측 단부에서 베이스(410)의 중심을 향해 내향되도록 돌출연장된 다수개의 날개(420)를 포함하여 이루어져서, 상기 날개(420)가 상기 베이스(410)보다 상기 유체 흐름의 하류 측에 위치되도록 상기 열교환파이프(200) 내부에 설치되는 난류발생수단(400); 및 단관체 또는 링형상을 갖는 지지프레임(510)과, 콘 또는 반구체, 반타원체 형상으로 되어 확경된 단부가 상기 지지프레임(510)의 내경보다 작게 형성되어 상기 지지프레임(510)의 중앙부에 위치되도록 지지프레임(510)에 연결된 유체가이드(520)와, 상기 유체가이드(520)의 확경된 단부와 지지프레임(510) 사이에 형성되어 유체가 이송되는 유체이송공(530)을 포함하여 이루어져서, 상기 난류발생수단(400)의 날개(420) 보다 상기 유체 흐름의 상류 측에 위치되되, 상기 유체가이드(520)의 확경된 단부가 상기 유체 흐름의 하류 측에 위치되도록 상기 열교환파이프(200) 내부에 설치되는 유체가이드수단(500);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 난류발생수단이 구비된 열교환유닛이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 열교환파이프(200)는 직선형 파이프와 U자형 파이프를 연결하여 이루어져서 지그재그로 절곡된 형상을 가지며, 상기 열교환파이프(200)의 유체가 유입되는 유입단부에는 상기 냉각장치로 부터 유체가 유입되는 유입측헤드(240)가 연결되고, 상기 열교환파이프(200)의 유체가 배출되는 배출단부에는 상기 냉각장치로 유체를 배출시키는 배출측헤드(250)가 연결된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)은 일체로 연결형성된다
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 난류발생수단(400) 및 유체가이드수단(500)들에 의해 열교환파이프(200)로 이송되는 유체에 난류가 효과적으로 지속적으로 형성되어 유체가 교란되기 때문에 열교환효율이 우수하다. 따라서 본 발명은 기존의 공냉식 열교환기에 비해 상대적으로 작은 크기로 제조되어도 기존 열교환기들보다 동등이상의 열교환효율을 기대할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 냉각탑 대용으로 사용하면, 우수한 열교환효율을 얻을 수 있는 것은 물론이며, 냉각탑에 비해 설치비용 및 운영비용도 저렴할 뿐만 아니라 냉각탑이 갖는 백연(plume), 소음, 진동 등의 문제점도 발생되지 않는다.
또, 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)이 일체로 형성되면 난류발생수단(400) 및 유체가이드수단(500)이 별체로 형성되는 경우에 비해 설치가 용이한 장점을 가지며, 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)을 지그재그로 절곡된 형태를 갖는 열교환파이프(200)를 형성하는 직선형 파이프와 U자형 파이프의 결합부위에 설치하면 열교환파이프(200)의 제조시에 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)을 열교환파이프(200)에 설치할 수 있으므로 본 발명의 제조가 용이하다.
또한, 열교환파이프(200)의 유입단부에 냉각장치와 연결되는 유입측헤드(240)가 연결되고, 열교환파이프(200)의 배출단부에 냉각장치와 연결되는 배출측헤드(250)가 연결되면, 상기 유입측헤드(240)와 배출측헤드(250)를 이용하여 본 발명을 냉각장치에 용이하게 연결설치할 수 있는데, 이 경우에도 열교환파이프(200)의 유입단부와 유입측헤드(240)를 연결시킬 때 이들 사이에 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)을 설치하면 본 발명을 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예를 보인 사시도
도 2는 상기 실시예에 따른 난류발생수단 및 유체가이드수단의 사시도
도 3은 상기 실시예에 따른 난류발생수단 및 유체가이드수단의 설치상태단면도
도 4는 상기 실시예의 측면도
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 난류발생수단 및 유체가이드수단의 설치상태단면도
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 난류발생수단 및 유체가이드수단의 설치상태단면도
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예를 보인 도면이다. 본 발명은 건물의 에어컨시스템이나 산업용 냉각기와 같은 냉각장치에 연결되는 열교환유닛으로서, 도시된 바와 같이, 바디(100)와, 바디(100)에 지그재그형태로 설치되어 상기 냉각장치의 냉각매체로 사용되는 유체가 이송되는 열교환파이프(200)와, 바디(100)에 설치되는 냉각팬(300)과, 상기 열교환파이프(200)에 내장되는 난류발생수단(400) 및 유체가이드수단(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 바디(100)는 사각박스형상으로 되어 하단에는 다리(110)가 구비되며, 중앙부에는 외기를 바디(100) 내부로 공급하기 위한 냉각팬(300)이 설치되는 냉각팬설치공(120)이 형성된다. 본 실시예에서는 바디(100)에 냉각팬설치공(120)이 두개 형성되어 냉각팬(300)이 2개 설치된 것으로 예시되었으나, 냉각팬(300)의 개수는 임의로 조절될 수 있음은 당연하다.
그리고 상기 열교환파이프(200)는 지그재그로 절곡된 형상으로 되어, 유체, 즉, 냉각장치의 냉각매체가 유입되는 유입단부가 상측으로 위치되고, 유체가 배출되는 배출단부가 하측에 위치되도록 상기 바디(100)에 다수개 설치되는데, 도시된 바와 같이, 열교환파이프(200)의 유입단부는 외부에서 유체가 유입되는 유입측헤드(240)와 연결되고, 열교환파이프(200)의 배출단부는 유체가 외부로 배출되는 배출측헤드(250)와 연결된다. 이와 같이 열교환파이프(200)에 유입측헤드(240)와 배출측헤드(250)가 연결되면, 후술하는 바와 같이, 유입측헤드(240)와 배출측헤드(250)를 통해 본 발명을 냉각장치에 연결하기가 용이하다.
한편, 상기 난류발생수단(400)은 원형단관형상을 갖는 베이스(410)와, 베이스(410)의 일측 단부에서 돌출되는 다수개의 날개(420)로 이루어진다. 상기 날개(420)들은 30~90˚ 정도로 비틀려서 내측으로 돌출되는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 원형단관형상을 갖는 베이스(410)의 일측 단부에는 길이방향으로 긴 형상의 커팅선(411)들을 다수개의 이격되게 형성하고, 이 커팅선(411)에 의해 분할되는 부분을 내향으로 비틀어서 형성된다.
이러한 난류발생수단(400)은 상기 날개(420)가 베이스(410) 보다 상기 유체흐름의 하류측에 위치되도록 열교환파이프(200) 내부에 설치되는데, 이와 같이 난류발생수단(400)이 열교환파이프(200)에 설치되면, 열교환파이프(200)로 이송되는 유체는 내측으로 비틀려서 돌출된 상기 날개(420)에 부딪혀서 유체에 난류가 발생된다. 따라서 유체가 교란되어, 유체의 열교환효율이 상승된다.
그리고 상기 유체가이드수단(500)은 원형단관형상을 갖는 지지프레임(510)과, 지지프레임(510)의 중앙부에 위치되도록 지지프레임(510)에 연결된 유체가이드(520)와, 유체가이드(520)의 둘레부와 지지프레임(510) 사이에 형성되는 유체이송공(530)으로 이루어진다.
상기 유체가이드(520)는 콘형상을 갖는데, 확경된 단부의 직경이 상기 지지프레임(510)의 내경보다 작게 형성되어 유체가이드(520)의 확경된 단부가 방사형으로 배치되는 다수개의 연결리브(512)에 의해 상기 지지프레임(510)의 선단부에 결합된다. 따라서 유체가이드(520)는 확경된 단부가 외향되도록 지지프레임(510)의 중앙부에 위치되고, 상기 연결리브(512)에 의해 유체가이드(520)의 확경된 단부와 지지프레임(510) 사이에 상기 유체이송공(530)이 형성된다.
본 실시예에서는 유체가이드(520)가 콘형상을 갖는 것으로 예시되었으나, 유체가이드(520)는 콘형상 뿐만 아니라, 반구체, 반타원체 등의 형상으로도 형성될 수 있다. 또한, 지지프레임(510)은 유체가이드수단(520)을 열교환파이프(200)에 설치하기 위한 것이므로 원형단관체형상 뿐만 아니라 링형상으로 형성될 수도 있다.
이러한 유체가이드수단(500)은 도 3에 도시된 바와 같이, 난류발생수단(400) 보다 상기 유체 흐름의 상류 측에 위치되도록 열교환파이프(200) 내부에 설치되는데, 유체가이드(520)의 확경된 단부가 축경된 단부에 비해 유체 흐름의 하류 측에 위치된다.
따라서 열교환파이프(200)로 이송되는 유체는 유체가이드수단(500)을 거쳐서 난류발생수단(400)으로 이송되는데, 유체는 유체가이드(520)의 경사진 외주면에 부딪혀서 열교환파이프(200)의 내주면쪽으로 가이드되어 상기 유체이송공(530)을 통과하게 된다. 따라서 유체가 유체가이드수단(500)에 의해 열교환파이프(200)의 내주면 쪽으로 몰려서 이송되므로 열교환파이프(200)의 내주면 쪽으로 이송되는 유체의 양이 증가되고, 유체의 이송속도도 상대적으로 빨라진다.
이와 같이 유체가이드수단(500)에 의해 유체가 열교환파이프(200) 내측면에 인접되는 방향으로 가이드되면서 난류발생수단(400)으로 이송되기 때문에 유체가 난류발생수단(400)의 날개(420)에 부딪히는 확률이 증가될 뿐만 아니라 유체의 이송속도도 상승된 상태에서 날개(420)에 부딪히기 때문에 난류가 한층 더 효과적으로 생성된다. 이러한 난류발생 효과를 극대화 시키기 위해서는 유체가이드수단(500)이 난류발생수단(400)과 인접되게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)은 금속이나 합성수지 등으로 성형되어 다양한 방법으로 배관에 설치되는데, 본 실시예에서는 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)이 금속으로 성형되어 열교환파이프(200)에 용접되는 것으로 예시된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)은 열교환파이프(200) 내부에 다수개 설치되어 유체가 열교환파이프(200)로 이송되는 과정에서 난류가 지속적으로 생성, 유지된다.
바람직하게는 열교환파이프(200)를 제작하는 과정 및 열교환파이프(200)를 상기 유입측헤드(240)와 연결하는 과정에서 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)이 열교환파이프(200)에 설치된다. 상기 지그재그형태를 갖는 열교환파이프(200)는 직선형 파이프에 U자형 파이프를 용접하여 형성되는데, 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)을 직선형 파이프 또는 U자형 파이프의 내부에 용접하고 직선형파이프와 U자형 파이프를 용접하여 열교환파이프(200)를 제작하며, 또한, 열교환파이프(200)의 유입단부를 유입측헤드(240)에 연결하는 과정에서 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)을 열교환파이프(200)에 용접한다. 이와 같이 하면 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)을 열교환파이프(200) 내부에 용이하게 설치할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명은 상기 유입측헤드(240)와 배출측헤드(250)를 통해 냉각장치의 냉각매체가 이송되는 배관에 연결된다. 그리고 열교환파이프(200) 내부로 유입되는 유체는 상기 냉각팬(300)에 의해 바디(100) 내부로 유입되는 외기에 의해 냉각되어 열교환이 이루어지는데, 특히, 전술한 바와 같이, 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)에 의해 유체에 난류가 효과적으로 생성되기 때문에, 유체의 열교환효율이 우수하다.
이와 같이 본 발명은 열교환효율이 우수하기 때문에, 상대적으로 작은 크기로 제작되어도 종래의 공냉식 열교환기와 동등이상의 열효과율율을 가진다. 즉, 본 발명에 의해서는 콤택트하면서 열교환효율이 우수한 열교환기가 제공된다. 특히, 본 발명을 냉각탑 대용으로 사용하면, 냉각탑에 뒤지지 않는 우수한 열교환효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 본 발명은 냉각탑에 비해 구성도 간단하고, 운영 및 관리도 용이하므로 경제적이고, 냉각탑이 갖는 백연(plume), 소음 및 진동 등의 문제점도 해결된다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예를 설명하되, 전술한 실시예와 동일한 구성 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예를 보인 것이다. 본 실시예에서는 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)이 일체로 연결형성되는데, 난류발생수단(400)의 베이스(410)가 다소 길게 연장되어, 유체가이드수단(500)이 난류발생수단(400)의 베이스(410) 내부에 삽입되는 형태로 난류발생수단(400)에 연결된다.
이와 같이 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)이 일체로 연결형성되면, 이들이 별체로 형성되는 경우에 비해 열교환파이프(200)에 설치하기가 용이한 장점이 있다.
본 실시예에서는 유체가이드수단(500)이 난류발생수단(400)의 베이스(410) 내부에 삽입되는 형태로 연결된 것으로 예시하였으나, 경우에 따라서는 난류발생수단(400)의 베이스(410)와 유체가이드수단(500)의 지지프레임(510)이 연결되어 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)이 일체로 연결형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예를 보인 것이다. 본 실시예에서는 열교환파이프(200)를 형성하는 직선형 파이프(210)와 U자형 파이프(220)의 단부에 플랜지(212, 222)가 형성되고, 상기 난류발생수단(400)의 베이스(410) 내부에 유체가이드수단(500)이 삽입되어 고정되되, 상기 베이스(410) 기단부에 플랜지(412)가 형성된다.
따라서 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)을 열교환파이프(200)에 용접하지 않고, 플랜지(412)를 이용하여 열교환파이프(200)의 직선형 파이프(210)와 U자형 파이프(220)에 연결설치할 수 있으므로 작업이 편리하다.
본 실시예에서는 난류발생수단(400)의 베이스(410) 내부에 유체가이드수단(500)이 삽입되어 고정되고, 상기 베이스(410) 기단부에 플랜지(412)가 형성된 것으로 예시하였으나, 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)이 별체로 형성되는 경우에는 난류발생수단(400)의 베이스(410)와 유체가이드수단(500)의 지지프레임(510)에 각각 플랜지가 형성되어 직선형 파이프(210)와 U자형 파이프(220) 사이에 설치될 수도 있다.
100. 바디 110. 다리
120. 냉각설치팬 200. 열교환파이프
210. 직선형 파이프 212, 222, 412. 플랜지
220. U자형 파이프 240. 입구측헤드
250. 배출측헤드 300. 냉각팬
400. 난류발생수단 410. 베이스
420. 날개 500. 유체가이드수단
510. 지지프레임 512. 연결리브
520. 유체가이드 530. 유체이송공

Claims (5)

  1. 바디(100):
    냉각장치의 냉각매체로 사용되는 유체가 이송되며, 상기 바디(100)에 설치되는 열교환파이프(200);
    상기 바디(100)에 장착되어, 외기를 상기 바디(100) 내부로 공급하여 열교환파이프(200)로 이송되는 유체가 냉각되도록 하는 냉각팬(300);
    단관체형상을 갖는 베이스(410)와 상기 베이스(410)의 일측 단부에 상호 이격되도록 길이방향으로 길게 형성된 다수개의 커팅선(411)들에 의해 분할된 부분을 내향으로 비틀어서 형성된 다수개의 날개(420)를 포함하여 이루어져서, 상기 날개(420)가 상기 베이스(410)보다 상기 유체 흐름의 하류측에 위치되도록 상기 열교환파이프(200) 내부에 설치되는 난류발생수단(400); 및
    단관체 또는 링형상을 갖는 지지프레임(510)과, 콘 또는 반구체, 반타원체 형상으로 되어 확경된 단부가 상기 지지프레임(510)의 내경보다 작게 형성되어 상기 지지프레임(510)의 중앙부에 위치되도록 지지프레임(510)에 연결된 유체가이드(520)와, 상기 유체가이드(520)의 확경된 단부와 지지프레임(510) 사이에 형성되어 유체가 이송되는 유체이송공(530)을 포함하여 이루어져서, 상기 난류발생수단(400)의 날개(420) 보다 상기 유체 흐름의 상류 측에 위치되되 상기 유체가이드(520)의 확경된 단부가 축경된 단부 보다 상기 유체 흐름의 하류 측에 위치되도록 상기 열교환파이프(200) 내부에 설치되는 유체가이드수단(500);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 난류발생수단이 구비된 열교환유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체가이드(520)는 확경된 단부가 상기 지지프레임(510)에서 방사상으로 내향 돌출된 다수개의 연결리브(512)에 의해 상기 지지프레임(510)에 연결된 것을 특징으로 하는 난류발생수단이 구비된 열교환유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 난류발생수단(400)과 유체가이드수단(500)은 일체로 연결형성된 것을 특징으로 하는 난류발생수단이 구비된 열교환유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유체가이드수단(500)은 상기 유체가이드(520)가 상기 난류발생수단(400)의 날개(420)를 향하도록 난류발생수단(400)의 베이스(410) 내부에 삽입되어 고정되고,
    상기 난류발생수단(400)의 베이스(410)에는 플랜지(412)가 형성되어, 상기 난류발생수단(400)이 상기 플랜지(412)에 의해 상기 열교환파이프(200)에 설치되는 것을 특징으로 하는 난류발생수단이 구비된 열교환유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환파이프(200)는 직선형 파이프(210)와 U자형 파이프(220)를 연결하여 이루어져서 지그재그로 절곡된 형상을 가지며,
    상기 직선형 파이프(210)와 U자형 파이프(222)의 단부에는 각각 플랜지(212,222)가 구비되어, 상기 직선형 파이프(210)와 U자형 파이프(222)는 상기 플랜지(212,222)를 통해 연결되고,
    상기 난류발생수단(400)는 상기 플랜지(412)를 이용하여 상기 직선형 파이프(210)와 U자형 파이프(222) 사이에 연결설치되는 것을 특징으로 하는 난류발생수단이 구비된 열교환유닛.
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