KR102047688B1 - 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 냉매가 균일하게 전열관으로 분배될 수 있고, 증발기 내부로 유입되는 기상 냉매와 액상 냉매의 동압을 낮추어 이상유동을 제어할 수 있으며, 액상 냉매와 기상 냉매를 효과적으로 분리시킬 수 있고, 열교환 효율을 높일 수 있는 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 관한 것이다.

Description

증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기{Evaporator and Turbo chiller comprising the same}

본 발명은 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 냉매가 균일하게 전열관으로 분배될 수 있고, 증발기 내부로 유입되는 기상 냉매와 액상 냉매의 동압을 낮추어 이상유동을 제어할 수 있며, 액상 냉매와 기상 냉매를 효과적으로 분리시킬 수 있고, 열교환 효율을 높일 수 있는 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 관한 것이다.

일반적으로 터보 냉동기는 냉매를 이용하여 냉수와 냉각수의 열교환을 수행하는 기기로서, 압축기와 증발기와 응축기 및 팽창밸브를 포함한다.

상기 압축기는 구동모터의 구동력에 의해 회전하는 임펠러(Impeller)와 임펠러가 수용되는 쉬라우드와 임펠러의 회전에 의해 배출된 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 가변 디퓨저(Diffuser)를 포함할 수 있다.

상기 증발기와 응축기는 일 실시태양으로 쉘 인 튜브(Shell in tube) 구조를 가질 수 있고, 튜브 내부로는 냉수와 냉각수가 각각 유동되며, 쉘 내부에 냉매가 수용될 수 있다.

또한, 상기 증발기로는 냉수가 유입 및 토출되며, 상기 증발기 내부에서 상기 냉매와 냉수의 열교환이 이루어지며, 상기 냉수는 상기 증발기를 통과하는 과정에서 냉각된다.

또한, 상기 응축기로는 냉각수가 유입 및 토출되며, 상기 응축기 내부에서 상기 냉매와 냉각수의 열교환이 이루어지며, 상기 냉각수는 상기 응축기를 통과하는 과정에서 가열된다.

한편, 상기 증발기가 폴링 필름 증발기(falling film evaporator)인 경우, 상기 증발기로 유입된 냉매는 분배 유닛을 통해 상기 냉수가 유동하는 전열관으로 골고루 분산된다. 이때 상기 분배 유닛을 통해 상기 전열관으로 냉매 유동을 균일하게 분산시키기 위하여 상기 증발기 내부로 유입되는 냉매로부터 액상 냉매와 기상 냉매의 이상 유동을 제어하는 것이 중요하다.

구체적으로, 상기 증발기 내부로는 기상 냉매와 액상 냉매의 혼합 냉매가 유입되고, 이상의 냉매가 배관을 따라 이동하는 속도가 빨라 분배 유닛에서 균일한 냉매의 분배가 어려운 문제가 발생한다.

또한, 이상 유동에 의하여 기상 냉매와 액상 냉매의 분리가 효과적으로 이루어지지 않고, 기체 냉매와 액상 냉매의 동압을 맞추기도 쉽지 않아 냉매의 균일한 분배가 어려운 문제가 발생한다.

따라서 상기 증발기 내부로 유입되는 냉매로부터 액상 냉매와 기상 냉매를 효과적으로 분리시킴과 동시에 액상 냉매와 기상 냉매의 동압을 낮추어 이상 유동의 흐름을 용이하게 제어할 수 있는 구조가 요구된다.

한편, 상기 분배 유닛은 전열관으로 냉매를 균일하게 분배시키는 기능을 수행한다. 종래 분배 유닛은 유입된 냉매가 모서리 측으로만 유동하여 전열관으로 냉매를 고르게 분산시키지 못하는 문제를 가지거나, 균일한 유동을 형성하기 위하여 복잡한 형상으로 제작되는 문제를 갖는다.

본 발명은 냉매가 균일하게 전열관으로 분배될 수 있는 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한 본 발명은 증발기 내부로 유입되는 기상 냉매와 액상 냉매의 동압을 낮추어 이상유동을 제어할 수 있는 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 증발기 내부로 유입되는 액상 냉매와 기상 냉매를 효과적으로 분리시킬 수 있으며, 열교환 효율을 높일 수 있는 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 분배 유닛으로 액상 냉매만을 유입시킴으로써 냉매를 균일하게 분배시킬 수 있는 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 냉매 유입구와 제2 냉매 유입구와 제1 냉매 유입구로부터 제2 냉매 유입구로 향하는 제1 유동채널 및 제2 냉매 유입구로부터 제1 냉매 유입구로 향하는 제2 유동채널을 갖는 제1 플레이트를 포함하는 분배 유닛; 및 상기 분배 유닛으로부터 분산된 냉매와 열교환하기 위한 냉수가 유동하는 전열관을 포함하는 증발기가 제공된다.

여기서 상기 제1 유동채널 및 제2 유동채널은 상기 제1 플레이트의 길이방향을 따라 각각 연장될 수 있다.

또한, 상기 제1 유동채널에서의 냉매의 유동방향과 상기 제2 유동채널에서의 냉매의 유동방향은 반대방향일 수 있다.

또한, 상기 제1 유동 채널 및 상기 제2 유동 채널은 각각 복수로 마련되며, 제1 플레이트의 폭 방향을 따라 인접하는 2개의 제1 유동채널 사이에 제2 유동채널이 마련될 수 있다.

또한, 상기 제1 플레이트에는 제1 유동채널 및 제2 유동채널을 유동하는 과정에서 상기 냉매가 외부로 토출되기 위한 복수의 제1 유동홀이 마련될 수 있다.

또한, 상기 분배 유닛은 상기 제1 유동홀을 통해 전달되는 냉매가 유동하는 제3 유동채널과 제4 유동채널을 갖는 제2 플레이트를 추가로 포함하며, 상기 제3 유동채널 및 제4 유동채널은 상기 제1 플레이트의 폭 방향을 따라 각각 연장될 수 있다.

또한, 상기 제3 유동채널에서의 냉매의 유동방향과 상기 제4 유동채널에서의 냉매의 유동방향은 반대방향일 수 있다.

또한, 상기 제3 유동채널 및 상기 제4 유동채널은 각각 복수로 마련되며, 제1 플레이트의 길이방향을 따라 인접하는 2개의 제3 유동채널 사이에 제4 유동채널이 마련될 수 있다.

또한, 상기 제2 플레이트에는 제3 유동채널 및 제4 유동채널을 유동하는 과정에서 상기 냉매가 외부로 토출되기 위한 복수의 제2 유동홀이 마련될 수 있다.

또한, 상기 제3 유동채널은 "∩" 자 형상을 가지며, 상기 제4 유동채널은 "∪"자 형상을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 냉매를 압축하기 위한 임펠러를 포함하는 압축기;와 상기 압축기로부터 유입된 냉매와 냉각수의 열교환을 위한 응축기;와 상기 응축기로부터 토출된 냉매와 냉수의 열교환을 위한 증발기; 및 상기 응축기와 증발기 사이에 마련된 팽창밸브를 포함하는 터보 냉동기가 제공된다.

여기서 상기 증발기는 제1 냉매 유입구와 제2 냉매 유입구와 제1 냉매 유입구로부터 제2 냉매 유입구로 향하는 제1 유동채널 및 제2 냉매 유입구로부터 제1 냉매 유입구로 향하는 제2 유동채널을 갖는 제1 플레이트를 포함하는 분배유닛 및 상기 분배유닛으로부터 분산된 냉매와 열교환하기 위한 냉수가 유동하는 전열관을 포함한다.

이때, 상기 제1 유동채널 및 제2 유동채널은 상기 제1 플레이트의 길이방향을 따라 각각 연장되며, 상기 제1 유동채널에서의 냉매의 유동방향과 상기 제2 유동채널에서의 냉매의 유동방향은 반대방향일 수 있다.

또한, 상기 제1 플레이트에는 제1 유동채널 및 제2 유동채널을 유동하는 과정에서 상기 냉매가 외부로 토출되기 위한 복수의 제1 유동홀이 마련될 수 있다.

또한, 상기 분배 유닛은 상기 제1 유동홀을 통해 전달되는 냉매가 유동하는 제3 유동채널과 제4 유동채널을 갖는 제2 플레이트를 추가로 포함하며, 상기 제3 유동채널 및 제4 유동채널은 제1 플레이트의 폭 방향을 따라 각각 연장될 수 있다.

또한, 상기 제3 유동채널에서의 냉매의 유동방향과 상기 제4 유동채널에서의 냉매의 유동방향은 반대방향일 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 따르면, 냉매가 균일하게 전열관으로 분배될 수 있다.

또한, 의 일 실시예와 관련된 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 따르면, 증발기 내부로 유입되는 기상 냉매와 액상 냉매의 동압을 낮추어 이상유동을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 따르면, 증발기 내부로 유입되는 액상 냉매와 기상 냉매를 효과적으로 분리시킬 수 있으며, 열교환 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 따르면, 분배 유닛으로 액상 냉매만을 유입시킴으로써 냉매를 균일하게 분배시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 터보 냉동기를 나타내는 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기 내부를 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기를 구성하는 분배 유닛의 개념도.
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 제1 플레이트와 제2 플레이트의 개념도들.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기를 구성하는 분리 유닛의 개념도.

본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기는 제1 냉매 유입구와 제2 냉매 유입구와 제1 냉매 유입구로부터 제2 냉매 유입구로 향하는 제1 유동채널 및 제2 냉매 유입구로부터 제1 냉매 유입구로 향하는 제2 유동채널을 갖는 제1 플레이트를 포함하는 분배유닛 및 상기 분배유닛으로부터 분산된 냉매와 열교환하기 위한 냉수가 유동하는 전열관을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 터보 냉동기는 냉매를 압축하기 위한 임펠러를 포함하는 압축기와 상기 압축기로부터 유입된 냉매와 냉각수의 열교환을 위한 응축기와 상기 응축기로부터 토출된 냉매와 냉수의 열교환을 위한 증발기 및 상기 응축기와 증발기 사이에 마련된 팽창밸브를 포함한다.

여기서 상기 터보 냉동기를 구성하는 증발기는 제1 냉매 유입구와 제2 냉매 유입구와 제1 냉매 유입구로부터 제2 냉매 유입구로 향하는 제1 유동채널 및 제2 냉매 유입구로부터 제1 냉매 유입구로 향하는 제2 유동채널을 갖는 제1 플레이트를 포함하는 분배유닛 및 상기 분배유닛으로부터 분산된 냉매와 열교환하기 위한 냉수가 유동하는 전열관을 포함한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예와 관련된 터보 냉동기(1)를 구성하는 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 터보 냉동기를 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기 내부를 나타내는 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기를 구성하는 분배 유닛의 개념도이고, 도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 제1 플레이트와 제2 플레이트의 개념도들이다.

도 1을 참조하면, 상기 터보 냉동기(1)는 냉매를 압축시키기 위한 압축기(10)와 응축기(30)와 팽창밸브(40) 및 증발기(20)를 포함한다.

구체적으로, 상기 터보 냉동기(1)는 냉매를 압축하기 위한 임펠러(11)를 포함하는 압축기(10)와 상기 압축기(10)로부터 유입된 냉매와 냉각수의 열교환을 위한 응축기(30)와 상기 응축기(30)로부터 토출된 냉매와 냉수의 열교환을 위한 증발기(20) 및 상기 응축기(30)와 증발기(20) 사이에 마련된 팽창밸브(40)를 포함한다.

상기 압축기(10)는 1단 또는 2단 압축부를 포함할 수 있으며, 상기 압축기(10)는 냉매의 압축을 위하여 구동모터의 구동력에 의해 회전하는 임펠러(11: Impeller)를 포함하고, 상기 압축기(10)는 상기 임펠러(11)가 수용되는 쉬라우드와 임펠러(11)의 회전에 의해 배출된 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 가변 디퓨저(Diffuser)를 포함할 수 있다. 도 1에는 상기 압축기(10)가 1단 압축부를 포함하는 경우가 도시되어 있다.

상기 증발기(20)와 응축기(30)는 일 실시태양으로 쉘 인 튜브(Shell in tube) 구조를 가질 수 있고, 튜브 내부로는 냉수와 냉각수가 각각 유동하며, 쉘 내부에 냉매가 일정 부분 수용될 수 있다.

여기서 상기 증발기(20)로는 냉수(Chilled water)가 유입 및 토출되며, 상기 증발기(20) 내부에서 상기 냉매와 냉수의 열교환이 이루어지며, 상기 냉수는 상기 증발기(20)를 통과하는 과정에서 냉각된다.

또한, 상기 응축기(30)로는 냉각수(Condensed water)가 유입 및 토출되며, 상기 응축기(30) 내부에서 상기 냉매와 냉각수의 열교환이 이루어지며, 상기 냉각수는 상기 응축기(30)를 통과하는 과정에서 가열된다.

한편, 전술한 바와 같이, 상기 압축기(10)는 2단 압축부를 포함할 수 있으며, 이러한 경우 상기 압축기(10)는 복수의 스테이지를 갖는 다단 압축기일 수 있다.

일 실시태양으로, 상기 압축기(10)가 2단 압축부를 포함하는 경우, 상기 터보 냉동기(1)는 복수의 스테이지를 갖는 다단 압축기와 상기 압축기로부터 유입된 냉매와 냉각수의 열교환을 위한 응축기와 상기 응축기에서 토출된 냉매로부터 액상 냉매와 기상 냉매를 분리시키고, 분리된 기상 냉매를 상기 압축기로 토출시키기 위한 이코너마이저(Economizer)와 상기 이코너마이저로부터 토출된 액상 냉매와 냉수의 열교환을 위한 증발기와 상기 응축기와 상기 이코너마이저 사이에 마련된 제1 팽창밸브 및 상기 이코너마이저와 상기 증발기 사이에 마련된 제2 팽창밸브를 포함할 수 있다.

이와 같이 상기 압축기(10)가 2단 압축부를 포함하는 경우, 일 실시태양으로 상기 압축기(10)는 저압 압축부와 고압 압축부를 포함할 수 있으며, 상기 저압 압축부에는 1단 임펠러가 마련되고, 상기 고압 압축부에는 2단 임펠러가 마련될 수 있다. 여기서 상기 저압 압축부로는 상기 증발기로부터 토출된 냉매가 유입되고, 상기 고압 압축부로는 상기 이코너마이저에서 분리된 기상 냉매가 유입된다.

결과적으로 상기 고압 압축부로는 이코너마이저에서 분리된 기상 냉매와 저압 압축부에서 압축된 냉매가 함께 압축되기 때문에 상기 압축기에 가해지는 압축일이 줄어들게 된다. 상기 압축기에 가해지는 압축일이 줄어들게 됨으로써 압축기의 운전범위가 늘어나는 효과가 발생한다.

한편, 도 2를 참조하면, 상기 증발기(20)는 폴링 필름 증발기(falling film evaporator)로 구성될 수 있고, 상기 증발기(20)로 유입된 냉매(M)는 분배 유닛(200)을 통해 상기 냉수가 유동하는 배관(22)으로 골고루 분산된다. 이때 상기 분배 유닛(200)을 통해 상기 배관(22)으로 냉매 유동을 균일하게 분산시키기 위하여 상기 증발기(20) 내부로 유입되는 냉매(M)로부터 액상 냉매(L)와 기상 냉매(G)의 이상 유동을 제어하는 것이 중요하다.

구체적으로, 상기 증발기(20) 내부로는 기상 냉매와 액상 냉매의 혼합 냉매(M)가 유입되고, 이상의 냉매(L과 G)가 냉매배관을 따라 이동하는 속도가 빨라 분배유닛(200)에서 균일한 냉매의 분배가 어려운 문제가 발생한다.

또한, 이상 유동에 의하여 기상 냉매(G)와 액상 냉매(L)의 분리가 효과적으로 이루어지지 않고, 기체 냉매(G)와 액상 냉매(L)의 동압을 맞추기도 쉽지 않아 상기 분배유닛(200)에서 상기 전열관(22)으로 냉매의 균일한 분배가 어려운 문제가 발생한다.

본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기(20)는 폴링 필름 증발기(falling film evaporator)이고, 쉘 인 튜브 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 쉘(21) 내부에 냉수(Chilled water)가 유동하기 위한 전열관(22)이 마련되며, 상기 쉘(21) 내부에 분리 유닛(100)과 분배 유닛(200)이 각각 마련될 수 있다.

한편, 상기 쉘(21) 내부에는 분배유닛(200)만이 마련될 수도 있고, 분리유닛(100)과 분배유닛(200)이 함께 마련될 수도 있다. 우선 상기 분배유닛(200)만이 마련된 경우를 설명하고, 분리유닛(100)과 분배유닛(200)이 함께 마련된 경우를 나중에 설명하기로 한다.

또한, 상기 증발기(20)는 터보 냉동기(1)에 적용되는 것을 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 다양한 공기조화장치에 적용될 수 있음은 물론이다.

구체적으로, 상기 증발기(20)는 분배유닛(200)과 상기 분배유닛(200)으로부터 분산된 냉매와 열교환하기 위한 냉수가 유동하는 전열관(22)을 포함한다.

상기 분배유닛(200)은 제1 냉매 유입구(211)와 제2 냉매 유입구(212)와 제1 냉매 유입구(211)로부터 제2 냉매 유입구(212)로 향하는 제1 유동채널(213) 및 제2 냉매 유입구(212)로부터 제1 냉매 유입구(211)로 향하는 제2 유동채널(215)을 갖는 제1 플레이트(210)를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 제1 플레이트(210)를 구체적으로 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제1 플레이트(210)는 2개의 냉매 유입구(211)를 가지며, 상기 제1 플레이트(210)에는 제1 냉매 유입구(211)와 제2 냉매 유입구(212)가 각각 마련되고, 제1 냉매 유입구(211)와 제2 냉매 유입구(212)는 서로 마주보도록 마련되는 것이 바람직하다.

일 실시태양으로, 제1 냉매 유입구(211)와 제2 냉매 유입구(212)는 제1 플레이트(210)의 길이방향의 양 종단부에 각각 마련될 수 있다.

여기서 상기 제1 유동채널(213) 및 제2 유동채널(214)은 상기 제1 플레이트(210)의 길이방향을 따라 각각 연장되는 것이 바람직하다.

즉, 제1 유동채널(213)은 제1 냉매 유입구(211)로부터 제2 냉매 유입구(212)로 향하여 제1 플레이트(210)의 길이방향을 따라 연장되고, 제1 냉매 유입구(211)로부터 유입된 냉매는 제1 유동채널(213)을 유동한다.

이와는 다르게, 제2 유동채널(215)은 제2 냉매 유입구(212)로부터 제1 냉매 유입구(211)로 향하여 제1 플레이트(210)의 길이방향을 따라 연장되고, 제2 냉매 유입구(212)로부터 유입된 냉매는 제2 유동채널(215)을 유동한다.

여기서 제1 냉매 유입구(211)와 제2 냉매 유입구(212)는 서로 마주보도록 제1 플레이트(210)의 길이방향의 양 종단부에 각각 마련되고, 제1 유동채널(213)은 제1 냉매 유입구(211)로부터 제2 냉매 유입구(212)로 향하여 제1 플레이트(210)의 길이방향을 따라 연장되며, 제2 유동채널(215)은 제2 냉매 유입구(212)로부터 제1 냉매 유입구(211)로 향하여 제1 플레이트(210)의 길이방향을 따라 연장됨으로써 상기 제1 유동채널(213)에서의 냉매의 유동방향과 상기 제2 유동채널(214)에서의 냉매의 유동방향은 반대방향일 수 있다.

상기 분배유닛(200)으로 유입된 냉매는 제1 플레이트(210)를 유동하는 과정에서 제1 플레이트(210)의 길이방향을 따라 균일한 평균 유량이 형성될 수 있으며, 전열관(22)으로 분산되는 냉매의 균일도가 향상될 수 있다.

또한, 상기 제1 유동 채널(213) 및 상기 제2 유동 채널(215)은 각각 복수로 마련되며, 제1 플레이트(210)의 폭 방향을 따라 인접하는 2개의 제1 유동채널(213) 사이에 제2 유동채널(215)이 마련될 수 있다. 이와 같이 제1 유동채널(213)과 제2 유동채널(215)을 복수로 마련함으로써 전열관(22)으로 분산되는 냉매의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.

이러한 구조를 위하여, 상기 제1 냉매 유입구(211)와 복수의 제1 유동채널(213)을 연결하는 제1 폭방향 유동채널(214)이 마련될 수 있으며, 상기 제2 냉매 유입구(212)와 복수의 제2 유동채널(215)을 연결하는 제2 폭방향 유동채널(216)이 마련될 수 있다.

또한, 상기 제1 플레이트(210)에는 제1 유동채널(213) 및 제2 유동채널(215)을 유동하는 과정에서 상기 냉매가 외부로 토출되기 위한 복수의 제1 유동홀(217)이 마련될 수 있다.

한편, 상기 분배 유닛(200)은 상기 증발기(20)로 유입된 냉매를 상기 제1 플레이트(210)의 제1 냉매 유입구(211)와 제2 냉매 유입구(212)로 각각 전달하기 위한 제3 플레이트(230)를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 분배 유닛(200)은 상기 제1 유동홀(217)을 통해 전달되는 냉매가 유동하는 제3 유동채널(221)과 제4 유동채널(223)을 갖는 제2 플레이트(220)를 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 분배유닛(200)으로 유입된 냉매는 전술한 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)를 차례로 유동한 후 상기 전열관(22)으로 분산될 수 있다.

여기서 상기 제3 유동채널(221) 및 제4 유동채널(223)은 상기 제1 플레이트(210)의 폭 방향을 따라 각각 연장될 수 있으며, 상기 제3 유동채널(221)에서의 냉매의 유동방향과 상기 제4 유동채널(223)에서의 냉매의 유동방향은 반대방향일 수 있다.

또한, 상기 제3 유동채널(221) 및 상기 제4 유동채널(223)은 각각 복수로 마련되며, 제1 플레이트(210)의 길이방향을 따라 인접하는 2개의 제3 유동채널(221) 사이에 제4 유동채널(223)이 마련될 수 있다.

이러한 구조를 위하여, 제2 플레이트(220)에는 인접하는 2개의 제3 유동채널(221)을 연결하는 제1 길이방향 유동채널(222)이 마련될 수 있고, 인접하는 2개의 제4 유동채널(223)을 연결하는 제2 길이방향 유동채널(224)이 마련될 수 있으며, 일 실시태양으로, 도 5를 참조하면, 상기 제3 유동채널(221)은 "∩" 자 형상을 가지며, 상기 제4 유동채널(223)은 "∪"자 형상을 가질 수 있다. 즉, 제2 유동채널(221)과 제4 유동채널(223)은 제2 플레이트(220)의 폭 방향을 따라 서로 대칭된 형상을 가질 수 있다.

상기 제2 플레이트(220)에는 제3 유동채널(221) 및 제4 유동채널(223)을 유동하는 과정에서 상기 냉매가 외부로 토출되기 위한 복수의 제2 유동홀(225)이 마련될 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)는 소정의 길이와 폭을 갖는 직사각형의 단면을 가질 수 있고, 제1 플레이트(210)에서는 폭방향 유동채널(214, 216) 보다 제1 유동채널과 제2 유동채널의 길이가 더 긴 구조를 가질 수 있으며, 제2 플레이트(220)에서는 길이방향 유동채널(222, 224) 보다 제3 유동채널(221)과 제4 유동채널(223)의 길이가 더 긴 구조를 가질 수 있다.

상기 분배유닛(200)으로 유입된 냉매는 제2 플레이트(220)를 유동하는 과정에서 제1 플레이트(210)의 폭방향을 따라 균일한 평균 유량이 형성될 수 있으며, 전열관(22)으로 분산되는 냉매의 균일도가 향상될 수 있다.

종합하면, 상기 분배유닛(200)으로 유입된 냉매는 제3 플레이트(230)를 통해 제1 플레이트(210)의 제1 냉매 유입구(211)와 제2 냉매 유입구(212)로 유입되며, 상기 냉매는 제1 플레이트(210)의 제1 유동채널(213)과 제2 유동채널(215)을 과정에서 제1 유동홀(217)을 통해 제2 플레이트(220)로 토출되고, 제2 플레이트(220)로 유입된 냉매는 제3 유동채널(221)과 제4 유동채널(223)을 과정에서 제2 유동홀(225)을 통해 전열관(22)으로 분산된다.

이와 같이 상기 분배유닛(200)으로 유입된 냉매는 제1 플레이트(210)를 유동하는 과정에서 제1 플레이트(210)의 길이 방향을 따라 균일한 평균 유량이 형성될 수 있으며, 제2 플레이트(220)를 유동하는 과정에서 제1 플레이트(210)의 폭 방향을 따라 균일한 평균 유량이 형성될 수 있으므로, 전열관(22)으로 분산되는 냉매의 균일도가 향상될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 분리유닛(100)을 구체적으로 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기를 구성하는 분리유닛(100)의 개념도이다. 전술한 바와 같이, 상기 분배유닛(200)을 통해 전열관(22)으로 냉매를 균일하게 분산시키는 것도 중요하지만, 상기 분배유닛(200)으로 액상의 냉매만 유입되도록 상기 분리유닛(100)을 추가로 마련하는 것이 바람직하다.

이때 상기 분배 유닛(200)을 통해 상기 전열관(22)으로 냉매 유동을 균일하게 분산시키기 위하여 상기 증발기(20) 내부로 유입되는 냉매(M)로부터 액상 냉매(L)와 기상 냉매(G)의 이상 유동을 제어하는 것이 중요하다.

구체적으로, 상기 증발기(20) 내부로는 기상 냉매와 액상 냉매의 혼합 냉매(M)가 유입되고, 이상의 냉매(L과 G)가 냉매배관을 따라 이동하는 속도가 빨라 분배 유닛(200)에서 균일한 냉매의 분배가 어려운 문제가 발생한다.

또한, 이상 유동에 의하여 기상 냉매(G)와 액상 냉매(L)의 분리가 효과적으로 이루어지지 않고, 기체 냉매(G)와 액상 냉매(L)의 동압을 맞추기도 쉽지 않아 상기 배관(22)으로 냉매의 균일한 분배가 어려운 문제가 발생한다.

따라서 상기 증발기(200) 내부로 유입되는 냉매로부터 액상 냉매와 기상 냉매를 효과적으로 분리시킴과 동시에 액상 냉매와 기상 냉매의 동압을 낮추어 이상 유동의 흐름을 용이하게 제어할 수 있는 구조가 요구된다.

상기 분리유닛(100)은 냉매 유입구(111)와 기상 냉매 토출구(113) 및 액상 냉매 토출구(112)가 각각 마련된 하우징(110)과 상기 냉매 유입구(111)를 통해 유입된 냉매(M)가 충돌하도록 상기 액상 냉매 토출구(112)와 상기 냉매 유입구(111) 사이에 위치되는 배플 플레이트(120)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 배플 플레이트(120)는 상기 기상 냉매 토출구(113)와 상기 액상 냉매 토출구(112) 사이의 높이에 위치하도록 상기 하우징(110) 내부에 마련될 수 있다. 상기 배플 플레이트(120)는 증발기(20) 내부로 유입되는 기체 냉매와 액체 냉매의 이상 유동을 제어하는 기능을 수행하며, 구체적으로 기체 냉매와 액체 냉매의 동압을 낮추어 이상 냉매 유동의 흐름을 용이하게 한다.

즉, 냉매 유입구(111)로 유입되는 속도가 다른 기상 냉매와 액상 냉매의 동압을 일정하게 유지시키면, 이론적으로 기상 냉매와 액상 냉매가 상기 배플 플레이트(120)와 충돌하는 경우, 기상 냉매와 액상 냉매는 냉매 유입구(111)로부터 액상 냉매 토출구(112)로 향하는 방향의 속도가 0이 될 수 있다.

상기 배플 플레이트(120)에는 복수의 오리피스가 마련될 수 있으며, 상기 배플 플레이트(120)에는 상기 냉매 유입구(111)를 향하여 연장된 복수의 범람방지 턱(122)이 마련될 수도 있다. 이러한 구조에 따르면, 액상 냉매(L) 중 일부는 상기 오리피스를 통과하여 액상 냉매 토출구(112)로 유동하고, 상기 액상 냉매(L) 중 나머지는 배플 플레이트(120)를 범람하여 상기 액상 냉매 토출구(122)로 유동할 수 있다.

또한, 상기 액상 냉매 토출구(122)는 전술한 분배유닛(200)과 연결된다.

상기 증발기(20)를 구성하는 분리 유닛(100)은 상기 냉매 유입구(111)와 상기 기상 냉매 토출구(113) 사이에 마련된 복수의 측벽(130, 140)을 포함하며, 기상 냉매(G)는 상기 측벽(130, 140)을 따라 상기 기상 냉매 토출구(113)로 안내될 수 있다.

즉, 상기 분리 유닛(120)은 액상 냉매(L)와 기상 냉매(G)의 이상 유동을 제어함과 동시에 액상 냉매(L)와 기상 냉매(G)를 효과적으로 분리시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 배플 플레이트(120)는 액상 냉매(L)와 기상 냉매(G)의 이상 유동을 제어하는 기능을 수행하고, 상기 측벽(130, 140)은 분리된 기상 냉매(G)를 상기 기상 냉매 토출구(113)로 안내시키는 기능을 수행할 수 있다.

즉, 상기 분리 유닛(100)은 배플 플레이트(120)에 액상 냉매와 기상 냉매가 충돌된 후 중력에 의하여 기상 냉매와 액상 냉매가 각각 분리된 후 액상 냉매만 분배 유닛(200)으로 유동하는 구조를 갖는다.

이와 같이 상기 분배 유닛(200)으로 액상 냉매가 유입되므로, 상기 분배 유닛(200) 내부에는 이상 냉매의 유동이 발생하지 않으므로, 상기 분배 유닛(200)은 균일하게 액상 냉매를 분배하여 상기 전열관(22)으로 분산시킬 수 있다.

또한 상기 복수의 측벽(130, 140)은 배플 플레이트(120)와 충돌한 기상 냉매를 상기 기상 냉매 토출구(113)로 안내시키는 기능을 수행함과 동시에 액상 냉매가 기상 냉매 토출구(113)를 통해 외부로 토출되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 복수의 측벽(130, 140)은 상기 기상 냉매 토출구(113) 측에 인접한 제1 측벽(130)과 상기 냉매 유입구(111) 측에 인접한 제2 측벽(140)을 포함하며, 상기 제1 측벽(130)과 제2 측벽(140)에는 서로 다른 높이에 제1 개구부(131)와 제2 개구부(141)가 각각 마련될 수 있다.

이때, 상기 배플 플레이트(120)로부터 상기 제2 측벽(140)을 따라 안내되는 기상 냉매의 유동 방향과 상기 제2 측벽(140)으로부터 상기 제1 측벽(130)을 따라 안내되는 기상 냉매의 유동방향이 반대로 형성되는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 상기 제1 개구부(131)는 상기 기상 냉매 토출구(113)와 인접하게 마련되고, 상기 제2 개구부(141)는 상기 액상 냉매 토출구(122)와 인접하게 마련될 수 있다.

여기서 상기 배플 플레이트(120)는 상기 제1 개구부(131)와 상기 제2 개구부(141) 사이의 높이에 위치하도록 상기 하우징(110) 내부에 마련될 수 있다.

한편, 상기 기상 냉매 토출구(113)를 통해 토출된 기상 냉매(G)는 증발기(20) 내부를 통해 상기 압축기(10)로 유입될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 따르면, 냉매가 균일하게 전열관으로 분배될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 따르면, 증발기 내부로 유입되는 기상 냉매와 액상 냉매의 동압을 낮추어 이상유동을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 따르면, 증발기 내부로 유입되는 액상 냉매와 기상 냉매를 효과적으로 분리시킬 수 있으며, 열교환 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 증발기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 따르면, 분배 유닛으로 액상 냉매만을 유입시킴으로써 냉매를 균일하게 분배시킬 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1 :터보 냉동기
10: 압축기
20: 증발기
30: 응축기
40: 팽창밸브
100: 분리 유닛
200: 분배 유닛
210: 제1 플레이트
220: 제2 플레이트

Claims (15)

1. 제1 냉매 유입구와 제2 냉매 유입구와 제1 냉매 유입구로부터 제2 냉매 유입구로 향하는 제1 유동채널 및 제2 냉매 유입구로부터 제1 냉매 유입구로 향하는 제2 유동채널을 갖는 제1 플레이트를 포함하는 분배 유닛; 및
   상기 분배 유닛으로부터 분산된 냉매와 열교환하기 위한 냉수가 유동하는 전열관을 포함하며,
   상기 제1 유동채널 및 상기 제2 유동채널은, 각각 복수로 마련되고 상기 제1 플레이트의 길이방향을 따라 연장되며,
   상기 제1 유동채널에서의 냉매의 유동방향과 상기 제2 유동채널에서의 냉매의 유동방향은 반대방향인 것을 특징으로 하는 증발기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   제1 플레이트의 폭 방향을 따라 인접하는 2개의 제1 유동채널 사이에 제2 유동채널이 마련된 것을 특징으로 하는 증발기.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 플레이트에는 제1 유동채널 및 제2 유동채널을 유동하는 과정에서 상기 냉매가 외부로 토출되기 위한 복수의 제1 유동홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 증발기.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   분배 유닛은 상기 제1 유동홀을 통해 전달되는 냉매가 유동하는 제3 유동채널과 제4 유동채널을 갖는 제2 플레이트를 추가로 포함하며,
   상기 제3 유동채널 및 제4 유동채널은 상기 제1 플레이트의 폭 방향을 따라 각각 연장되는 것을 특징으로 하는 증발기.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제3 유동채널에서의 냉매의 유동방향과 상기 제4 유동채널에서의 냉매의 유동방향은 반대방향인 것을 특징으로 하는 증발기.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제3 유동채널 및 상기 제4 유동채널은 각각 복수로 마련되며,
   제1 플레이트의 길이방향을 따라 인접하는 2개의 제3 유동채널 사이에 제4 유동채널이 마련된 것을 특징으로 하는 증발기.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제2 플레이트에는 제3 유동채널 및 제4 유동채널을 유동하는 과정에서 상기 냉매가 외부로 토출되기 위한 복수의 제2 유동홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 증발기.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3 유동채널은 "∩" 자 형상을 가지며, 상기 제4 유동채널은 "∪"자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기.
    
11. 냉매를 압축하기 위한 임펠러를 포함하는 압축기;
    상기 압축기로부터 유입된 냉매와 냉각수의 열교환을 위한 응축기;
    상기 응축기로부터 토출된 냉매와 냉수의 열교환을 위한 증발기; 및
    상기 응축기와 증발기 사이에 마련된 팽창밸브를 포함하며,
    상기 증발기는, 제1 냉매 유입구와 제2 냉매 유입구와 제1 냉매 유입구로부터 제2 냉매 유입구로 향하는 제1 유동채널 및 제2 냉매 유입구로부터 제1 냉매 유입구로 향하는 제2 유동채널을 갖는 제1 플레이트를 포함하는 분배 유닛; 및
    상기 분배 유닛으로부터 분산된 냉매와 열교환하기 위한 냉수가 유동하는 전열관을 포함하며,
    상기 제1 유동채널 및 상기 제2 유동채널은, 각각 복수로 마련되고 상기 제1 플레이트의 길이방향을 따라 연장되며,
    상기 제1 유동채널에서의 냉매의 유동방향과 상기 제2 유동채널에서의 냉매의 유동방향은 반대방향인 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.
    
12. 삭제
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트에는 제1 유동채널 및 제2 유동채널을 유동하는 과정에서 상기 냉매가 외부로 토출되기 위한 복수의 제1 유동홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    분배 유닛은 상기 제1 유동홀을 통해 전달되는 냉매가 유동하는 제3 유동채널과 제4 유동채널을 갖는 제2 플레이트를 추가로 포함하며,
    상기 제3 유동채널 및 제4 유동채널은 제1 플레이트의 폭 방향을 따라 각각 연장되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제3 유동채널에서의 냉매의 유동방향과 상기 제4 유동채널에서의 냉매의 유동방향은 반대방향인 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.

Images