KR102565006B1 - 응축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 냉각유체가 유동하는 핀; 및 상기 핀의 일 측에 설치되며, 상기 핀으로 유동하는 냉각유체로 열을 전달하는 냉매가 흐르는 복수개의 제1유동홀이 형성된 튜브를 포함하되, 상기 튜브는, 상기 복수개의 제1유동홀의 사이에 형성되되, 상기 핀 측보다 상기 핀의 반대측이 더 짧게 형성된 사다리꼴의 형상인 복수개의 제2유동홀이 형성되고, 상기 제1유동홀과 제2유동홀은, 사다리꼴의 형상이 서로 한 번씩 번갈아가며 뒤집힌 패턴으로 배치되도록, 상기 튜브에 교번하여 형성되며, 상기 핀과 튜브는, 냉매가 흐르는 방향으로 보았을 때, 서로 마주보는 각 모서리가 직각으로 형성되며, 서로 마주보는 각 면이 전면(全面)에서 접촉하고, 상기 제1유동홀은, 냉매가 흐르는 방향으로 본 단면의 형상이 상기 핀 측보다 상기 핀의 반대측이 더 길게 형성되며, 상기 제1유동홀에서 상기 핀 측의 액막의 두께(A)가 상기 핀 반대측의 액막의 두께(B) 보다 상대적으로 작게 형성되어 상기 튜브의 냉매로부터 상기 핀으로 열이 원활하게 전달되고, 길이가 짧은 상기 핀 측인 일면과 상기 제1유동홀의 경사진 내면 사이의 각도(C) 보다 길이가 긴 상기 핀 반대측인 타면과 상기 제1유동홀의 경사진 내면 사이의 각도(D)가 작아 길이가 짧은 일면보다 길이가 긴 타면에서 표면장력이 강해져 길이가 상기 핀 측의 액막의 두께(A) 보다 상기 핀 반대측의 액막의 두께(B)가 더 크게 형성되며, 상기 제1유동홀 및 제2유동홀의 각 내면에는 삼각형상을 가지는 돌기가 상기 제1유동홀 및 제2유동홀의 내측을 향하여 돌출되게 형성되고, 상기 돌기에 의해 상기 제1유동홀과 상기 제2유동홀을 유동하는 냉매와 상기 튜브 내부의 접촉면적이 증대되어 상기 제1유동홀과 상기 제2유동홀로 유동하는 냉매의 저항이 커져 인접한 다른 제1유동홀 및 제2유동홀과의 열전달이 향상되며, 상기 핀 측을 향한 액막의 두께가 서로 다르게 형성되는 상기 제1유동홀과 제2유동홀에 의해 상기 튜브에서 상기 핀으로 전달되는 열전달을 부분적으로 상승시킬 수 있고, 상기 튜브의 각 모서리가 직각으로 형성되어 상기 핀과 상기 튜브의 접촉면의 면적을 최대화하여 상기 튜브로부터 상기 핀으로 전달되는 열의 양을 극대화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 응축기를 제공한다.
본 발명에 따른 응축기에 의하면, 튜브에 형성된 유동홀이 사다리꼴 형상으로 형성됨으로써, 튜브를 통해 흐르는 냉매의 표면장력에 의한 열전달 효율의 저하문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 응축기에 의하면, 튜브의 핀 측 모서리가 직각 형상으로 형성되어 핀과 튜브가 서로 전면(全面)에서 접촉되도록 함으로써, 튜브로부터 핀으로 열전달이 원활하게 일어나도록 할 수 있다.

Description

응축기{Condenser}

본 발명은 응축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 증기상태의 냉매를 냉각유체를 이용하여 응축시키는 응축기에 관한 것이다.

일반적으로, 응축기란 증기상태의 냉매를 냉각유체를 이용하여 응축시키는 장치를 의미한다. 응축기는, 펌프, 터빈 및 증발기와 함께 동력사이클에 사용되거나, 압축기, 교축밸브 및 증발기와 함께 냉동사이클에 사용되기도 한다. 이러한 응축기는 냉각유체의 종류에 따라 수냉식, 공랭식, 증발식 등으로 분류될 수 있으며, 통상 공기를 이용한 공랭식 응축기가 널리 사용된다고 할 수 있다.

이러한 응축기와 관련된 것으로서, 대한민국 출원특허 제10-1997-0008598호에서는, 공/수냉식 겸용 응축기에 관해 개시하고 있다.

상기 종래의 응축기는, 적어도 1개이상의 냉매홀과 상기 냉매의 온도를 낮추는 냉각수가 흐르는 다수개의 워터홀이 일체형으로 형성된 일체형 튜브와, 상기 각 일체형 튜브 사이에 설치되어 기체 상태의 냉매를 액체 상태의 냉매로 액화시키는 냉각핀으로 구성되어져 상기 냉매를 냉각시킨다.

이때, 상기 종래의 응축기는, 상기 워터홀의 내부를 유동하는 냉각수의 표면장력에 의해 상기 워터홀의 내면에 액막이 형성된다. 따라서 상기 종래의 응축기에 의하면, 상기와 같이 형성된 액막에 의해 냉각핀으로부터 튜브의 냉각수로 열전달이 원활하게 일어나지 않는다는 문제가 있다.

또한, 상기 종래의 응축기는, 냉각수가 유동하는 방향으로 바라보았을 때, 상기 냉각핀과 튜브가 서로 마주보는 면 중 튜브의 모서리 부분이 곡면 형상으로 형성된다. 따라서 상기 종래의 응축기에 의하면, 상기 냉각핀과 튜브의 접촉면적이 작게 유지되어, 상기 냉각핀으로부터 튜브의 냉각수로 열전달이 원활하게 일어나지 않는다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,튜브에 냉매가 흐르도록 복수개가 형성되는 제1유동홀을 냉매가 흐르는 방향으로 본 단면의 형상이 핀 측보다 핀 반대측이 더 길게 형성됨으로써 핀 측의 액막의 두께가 핀 반대측의 액막의 두께보다 상대적으로 작게 형성되어 튜브를 통해 흐르는 냉매의 표면장력에 의한 열전달 효율의 저하문제를 해결하며, 튜브에 교번되게 형성되는 제1유동홀과 제2유동홀의 각 내면에서 내측으로 돌출되는 돌기에 의해 냉매의 저항이 커져 인접한 다른 제1유동홀 및 제2유동홀과의 열전달이 향상되어 튜브로부터 핀으로 열전달이 원활하게 일어날 수 있도록 개선된 구조의 응축기를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은, 냉각유체가 유동하는 핀; 및 상기 핀의 일 측에 설치되며, 상기 핀으로 유동하는 냉각유체로 열을 전달하는 냉매가 흐르는 복수개의 제1유동홀이 형성된 튜브를 포함하되, 상기 튜브는, 상기 복수개의 제1유동홀의 사이에 형성되되, 상기 핀 측보다 상기 핀의 반대측이 더 짧게 형성된 사다리꼴의 형상인 복수개의 제2유동홀이 형성되고, 상기 제1유동홀과 제2유동홀은, 사다리꼴의 형상이 서로 한 번씩 번갈아가며 뒤집힌 패턴으로 배치되도록, 상기 튜브에 교번하여 형성되며, 상기 핀과 튜브는, 냉매가 흐르는 방향으로 보았을 때, 서로 마주보는 각 모서리가 직각으로 형성되며, 서로 마주보는 각 면이 전면(全面)에서 접촉하고, 상기 제1유동홀은, 냉매가 흐르는 방향으로 본 단면의 형상이 상기 핀 측보다 상기 핀의 반대측이 더 길게 형성되며, 상기 제1유동홀에서 상기 핀 측의 액막의 두께(A)가 상기 핀 반대측의 액막의 두께(B) 보다 상대적으로 작게 형성되어 상기 튜브의 냉매로부터 상기 핀으로 열이 원활하게 전달되고, 상기 튜브의 각 모서리가 직각으로 형성되어 상기 핀과 상기 튜브의 접촉면의 면적을 최대화하여 상기 튜브로부터 상기 핀으로 전달되는 열의 양을 극대화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 응축기를 제공한다.

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상기 튜브는, 상기 제1 및 제2유동홀의 각 내면으로부터 내측을 향하여 돌출된 복수개의 돌기가 형성될 수 있다.

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본 발명에 따른 응축기에 의하면, 튜브에 형성된 유동홀이 사다리꼴 형상으로 형성됨으로써, 튜브를 통해 흐르는 냉매의 표면장력에 의한 열전달 효율의 저하문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 응축기에 의하면, 튜브의 핀 측 모서리가 직각 형상으로 형성되어 핀과 튜브가 서로 전면(全面)에서 접촉되도록 함으로써, 튜브로부터 핀으로 열전달이 원활하게 일어나도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 응축기를 도시한 도면이다.
도 2는 돌기의 크기에 따른 방열량 및 저항의 관계를 도시한 도면이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 응축기를 도시한 도면이며, 도 2는 돌기의 크기에 따른 방열량 및 저항의 관계를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 응축기(100)는, 핀(110)과 튜브(120)를 포함한다. 상기 핀(110)은, 상기 튜브(120)를 냉각시키기 위한 냉각유체가 유동한다. 상기 핀(110)으로 유동하는 냉각유체는 냉각수, 공기 등이 될 수 있으며, 이러한 냉각유체의 종류에 따라 본 발명의 실시예에 따른 응축기(100)는 수냉식, 공랭식 등으로 분류될 수 있다. 상기 튜브(120)는, 내부로 냉매가 유동한다. 동력사이클의 경우 터빈을 통과한 냉매가 상기 튜브(120)로 유입되며, 냉동사이클의 경우 압축기를 통과한 냉매가 상기 튜브(120)로 유입된다.

여기서, 상기 핀(110)과 튜브(120)는 서로 접촉되도록 설치된다. 그리고 상기 핀(110)으로 유동하는 냉각유체는, 상기 튜브(120)의 내부로 유동하는 냉매로부터 열을 빼앗아 이를 냉각시킨다. 한편, 상기 튜브(120)의 내부에서 유동하는 냉매가 상기 핀(110)으로 유동하는 냉각유체에 의해 효과적으로 냉각될 수 있도록 하기 위하여, 상기 튜브(120)의 내부를 유동하는 냉매는, 상기 핀(110)으로 유동하는 냉각유체의 유동방향과 반대방향으로 진행될 수 있다.

상기 튜브(120)에는, 복수개의 제1유동홀(121), 제2유동홀(122) 및 돌기(123)가 형성된다. 상기 제1유동홀(121)은, 냉매가 흐르는 방향으로 본 단면의 형상이, 상기 핀(110)측보다 상기 핀(110)의 반대측이 더 길게 형성된 사다리꼴의 형상으로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1유동홀(121)의 상기 핀(110) 측이 상기 핀(110)의 반대측보다 짧게 형성되는 경우, 상기 핀(110)의 반대측에 형성되는 냉매의 액막의 두께(A)보다 상기 핀(110)측에 형성되는 액막의 두께(B)가 상대적으로 더 작게 형성된다. 즉, 길이가 짧은 상기 핀(110) 측인 일면과 상기 제1유동홀(121)의 경사진 내면 사이의 각도(C) 보다 길이가 긴 상기 핀(110) 반대측인 타면과 상기 제1유동홀(121)의 경사진 내면 사이의 각도(D)가 작아 길이가 짧은 일면보다 길이가 긴 타면에서 표면장력이 강해져 길이가 상기 핀(110) 측의 액막의 두께(A) 보다 상기 핀(110) 반대측의 액막의 두께(B)가 더 크게 형성된다. 따라서 상기 튜브(120)는, 상기 튜브(120)의 냉매로부터 상기 핀(110)으로 열이 보다 더 원활하게 전달되도록 할 수 있다.

또한, 상기와 같이 제1유동홀(121)이 사다리꼴의 형상으로 형성되는 경우, 상기 제1유동홀(121)의 내면 중, 상기 핀(110) 측과 상기 핀(110)의 반대측을 연결하는 상기 제1유동홀(121)의 나머지 두 개의 내면이, 상기 핀(110) 측과 상기 핀(110)의 반대측에 대하여 경사지게 형성됨으로써, 상기 제1유동홀(121)과 인접하는 제2유동홀(122)과의 접촉면적을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 상기 튜브(120)는, 상기 제2유동홀(122)의 냉매에서 제1유동홀(121)의 냉매로 보다 더 원활하게 열이 전달되도록 할 수 있으며, 상기 제1유동홀(121)의 냉매로 전달된 열이 상기 핀(110)으로 원활하게 전달되도록 할 수 있다.

상기 제2유동홀(122)은, 인접하는 상기 제1유동홀(121)과 제1유동홀(121)의 사이에 형성된다. 그리고 상기 제2유동홀(122)은, 냉매가 흐르는 방향으로 본 단면의 형상이, 상기 핀(110) 측보다 상기 핀(110)의 반대측이 더 짧게 형성된 사다리꼴의 형상으로 형성된다. 즉, 상기 제1유동홀(121)과 제2유동홀(122)은 사다리꼴의 형상이 서로 한 번씩 번갈아가며 뒤집힌 패턴으로 배치되도록, 상기 튜브(120)에 교번하여 형성되는 것이다.

여기서, 상기 제1유동홀(121)의 상기 제2유동홀(122) 측 내면과, 상기 제2유동홀(122)의 상기 제1유동홀(121) 측 내면은, 서로 평행하게 형성될 수 있다. 따라서 상기 제2유동홀(122)의 냉매로부터 상기 제1유동홀(121)의 냉매로 유입된 열이 상기 핀(110)으로 보다 더 원활하게 전달되도록 하며, 상기 제1유동홀(121)의 냉매로부터 상기 제2유동홀(122)의 냉매로 유입된 열이 상기 핀(110)으로 보다 더 원활하게 전달되도록 할 수 있다.

상기 복수개의 돌기(123)는, 상기 제1 및 제2유동홀(121,122)의 각 내면으로부터 반경방향 내측을 향하여 돌출되도록 형성된다. 상기 돌기(123)가 상기 제1 및 제2유동홀(121,122)의 내면에 형성되는 경우, 상기 제1 및 제2유동홀(121,122)을 따라 유동하는 냉매가 상기 튜브(120)의 내부와 접촉하게 되는 면적이 커지게 되며, 상기 제1 및 제2유동홀(121,122)을 따라 유동하는 냉매의 저항은 커지게 된다. 그에 따라 상기 제1 및 제2유동홀(121,122)의 냉매는, 인접하는 다른 제1 및 제2유동홀(121,122)로부터 보다 더 원활하게 열을 전달받을 수 있게 된다.

이때, 상기 돌기(123)의 크기는, 도 2에 도시된 그래프에 의해 정해질 수 있다. 도 2에 도시된 그래프는 상기 돌기(123)의 크기(X축)에 따른 상기 제1 및 제2 유동홀(121,122)의 방열량(Q) 및 상기 제1 및 제2유동홀(121,122)을 따라 유동하는 냉매의 저항(R)을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 돌기(123)의 크기가 커지는 경우, 상기 제1 및 제2 유동홀(121,122)의 방열량(Q)은 점점 커지다가 작아짐에 반해, 상기 제1 및 제2 유동홀(121,122)을 따라 유동하는 냉매의 저항(R)은 점점 작아지다가 커진다. 따라서 상기 돌기(123)의 크기는, 상기 방열량(Q)의 값이 최대가 될 때의 상기 돌기(123)의 크기를 선택하여, 상기 제1 및 제2유동홀(121,122)의 내면에 형성시키는 것이 바람직하다고 볼 수 있다.

한편, 다시 도 1을 참조하면, 상기 핀(110)과 튜브(120)는, 냉매가 흐르는 방향으로 보았을 때, 서로 마주보는 각 모서리가 직각으로 형성될 수 있다. 그에 따라 상기 핀(110)과 튜브(120)는, 서로 마주보는 각 면의 전면(全面)이 접촉되도록 설치될 수 있다. 종래와 같이 상기 튜브(120)의 각 모서리가 곡면으로 형성되는 경우, 핀과 접촉되는 면의 면적이 상대적으로 작게 유지되어, 튜브로부터 핀으로 전달되는 열의 양을 최대화할 수 없다는 문제가 있었다. 하지만 본 발명의 실시예에 따른 응축기(100)와 같이, 상기 튜브(120)의 각 모서리가 직각이 되도록 형성되는 경우, 상기 핀(110)과 튜브(120)의 접촉면의 면적을 최대화할 수 있어, 상기 튜브(120)로부터 핀(110)으로 전달되는 열의 양을 극대화시킬 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 응축기(100)에 의하면, 튜브(120)에 형성된 유동홀(121,122)이 사다리꼴 형상으로 형성됨으로써, 튜브(120)의 내부로 흐르는 냉매의 표면장력에 의한 열전달 효율의 저하문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 응축기(100)에 의하면, 튜브(120)의 핀(110) 측 모서리가 직각 형상으로 형성되어 핀(110)과 튜브(120)가 서로 전면(全面)에서 접촉되도록 함으로써, 튜브(120)로부터 핀(110)으로 열전달이 원활하게 일어나도록 할 수 있다.

100 : 응축기 110 : 핀
120 : 튜브 121 : 제1유동홀
122 : 제2유동홀 123 : 돌기

Claims (5)

1. 냉각유체가 유동하는 핀; 및
   상기 핀의 일 측에 설치되며, 상기 핀으로 유동하는 냉각유체로 열을 전달하는 냉매가 흐르는 복수개의 제1유동홀이 형성된 튜브를 포함하되,
   상기 튜브는, 상기 복수개의 제1유동홀의 사이에 형성되되, 상기 핀 측보다 상기 핀의 반대측이 더 짧게 형성된 사다리꼴의 형상인 복수개의 제2유동홀이 형성되고,
   상기 제1유동홀과 제2유동홀은, 사다리꼴의 형상이 서로 한 번씩 번갈아가며 뒤집힌 패턴으로 배치되도록, 상기 튜브에 교번하여 형성되며,
   상기 핀과 튜브는, 냉매가 흐르는 방향으로 보았을 때, 서로 마주보는 각 모서리가 직각으로 형성되며, 서로 마주보는 각 면이 전면(全面)에서 접촉하고,
   상기 제1유동홀은, 냉매가 흐르는 방향으로 본 단면의 형상이 상기 핀 측보다 상기 핀의 반대측이 더 길게 형성되며,
   상기 제1유동홀에서 상기 핀 측의 액막의 두께(A)가 상기 핀 반대측의 액막의 두께(B) 보다 상대적으로 작게 형성되어 상기 튜브의 냉매로부터 상기 핀으로 열이 원활하게 전달되고,
   길이가 짧은 상기 핀 측인 일면과 상기 제1유동홀의 경사진 내면 사이의 각도(C) 보다 길이가 긴 상기 핀 반대측인 타면과 상기 제1유동홀의 경사진 내면 사이의 각도(D)가 작아 길이가 짧은 일면보다 길이가 긴 타면에서 표면장력이 강해져 길이가 상기 핀 측의 액막의 두께(A) 보다 상기 핀 반대측의 액막의 두께(B)가 더 크게 형성되며,
   상기 제1유동홀 및 제2유동홀의 각 내면에는 삼각형상을 가지는 돌기가 상기 제1유동홀 및 제2유동홀의 내측을 향하여 돌출되게 형성되고,
   상기 돌기에 의해 상기 제1유동홀과 상기 제2유동홀을 유동하는 냉매와 상기 튜브 내부의 접촉면적이 증대되어 상기 제1유동홀과 상기 제2유동홀로 유동하는 냉매의 저항이 커져 인접한 다른 제1유동홀 및 제2유동홀과의 열전달이 향상되며,
   상기 핀 측을 향한 액막의 두께가 서로 다르게 형성되는 상기 제1유동홀과 제2유동홀에 의해 상기 튜브에서 상기 핀으로 전달되는 열전달을 부분적으로 상승시킬 수 있고,
   상기 튜브의 각 모서리가 직각으로 형성되어 상기 핀과 상기 튜브의 접촉면의 면적을 최대화하여 상기 튜브로부터 상기 핀으로 전달되는 열의 양을 극대화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 응축기.
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