KR102620757B1 - 열교환 효율이 향상된 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환 효율이 향상된 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환튜브부 내부에 열매체가이드를 설치하며, 설치된 열매체가이드는 열교환튜브부 내부를 통과하는 유체의 난류를 형성하여 열교환튜브부 외부 냉매와의 열교환 효율이 향상된 열교환기에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 열교환기에 있어서, 상기 열교환기의 일측과 타측을 관통하며, 내부에 유체의 유동 경로가 되는 열교환튜브부(10); 상기 열교환튜브부(10)의 외주면으로 열매체가 순환하며, 상기 열매체와 상기 열교환튜브부(10) 내부를 유동하는 상기 유체와 열교환하는 열매체순환부(20); 및 상기 열교환튜브부(10) 내부에 설치되며, 상기 유체가 상기 열교환튜브부(10) 내부를 회전하면서 유동하도록 일방향으로 꼬인 열매체가이드부(30);를 포함한다.

Description

열교환 효율이 향상된 열교환기{Heat exchanger with improved heat exchange efficiency}

본 발명은 열교환 효율이 향상된 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환튜브부 내부에 열매체가이드를 설치하며, 설치된 열매체가이드는 열교환튜브부 내부를 통과하는 유체의 난류를 형성하여 열교환튜브부 외부 냉매와의 열교환 효율이 향상된 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 두 개 또는 그 이상의 유체 사이에서 열을 교환할 수 있게 고안된 장치를 말하며, 유체의 온도를 낮추는 냉각 또는 유체의 온도를 높이는 난방의 목적으로 서로 다른 유체의 열을 교환할 수 있도록 사용된다.

또한, 일반적인 열교환기의 구조는 두 개의 유체가 금속 튜브로 분리되어 유체사이의 혼합을 방지하는데, 열교환기는 열만 교환하는 장치이므로 유체끼리의 혼합은 방지하는 것이 원칙이며, 대부분 커다란 유체 탱크에 유체가 들어가고 나갈 수 있도록 입구와 출구가 있고, 이와 독립적으로 금속으로 된 관이 탱크의 유체안에 있는 구조로 튜브의 입구와 출구가 있다.

더하여, 탱크 내부의 유체와 튜브 내부의 유체는 서로 다른 온도로 인하여 온도가 높은 유체에서 낮은 유체로 열이 전달되어 교환하는 원리이므로, 일반적으로 열교환기는 효율을 높이기 위해 두 개의 서류 다른 유체가 만나는 표면적을 넓혀야하는데, 이는 금속튜브의 표면적을 늘려주는 구조로 설계하면 가능하다.

또한, 유체가 잘 흐를 수 있도록 유체의 흐름 경로를 설계하는 것도 열교환기의 효율을 높이는 중요한 방법이다.

그로 인해, 유체가 열교환기의 금속튜브 내부에서 와류를 발생하여 열교환 효율을 높일 수 있도록 대한민국 등록특허 제10-1003377호“냉,온수식 열교환기”는 내부에 스파이럴 형상을 가지는 분배판을 설치하여 내부의 유체를 순환하였으나, 일방향으로 회전하는 분배판 내부의 유체는 순환이 제한되며, 내부에 천공된 출입공을 통하여 공기를 주입하는 시스템이 별도로 필요하였다.

따라서, 본 발명에서는 전술한 방법을 보완하기 위하여 별도의 송풍 시스템을 구비하지 않으며 유체의 난류를 향상하는 열교환기에 대한 것이다.

대한민국 등록특허 제10-1003377호 (2010.12.16.)

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로, 본 발명의 목적은 열교환 튜브 내부의 유체가 난류를 형성하도록 일방향으로 꼬이는 열매체가이드를 설치하되, 소정의 길이에서 역방향으로 꼬이도록 하여 열교환 효율을 향상하는 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유체가 열매체가이드를 따라 유동할 때, 열매체가이드 표면에 난류홈을 형성하여 일방향으로 회전하는 유체의 난류 형성을 활발하게 하는 것이다.

또한, 열매체가이드를 열교환튜브 내부에 고정함으로써, 열매체가이드가 유체에 의하여 흔들리며 발생하는 열교환튜브 내부의 손상을 저감하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 열교환 효율이 향상된 열교환기에 있어서, 상기 열교환기의 일측과 타측을 관통하며, 내부에 유체의 유동 경로가 되는 열교환튜브부(10); 상기 열교환튜브부(10)의 외주면으로 열매체가 순환하며, 상기 열매체와 상기 열교환튜브부(10) 내부를 유동하는 상기 유체와 열교환하는 열매체순환부(20); 및 상기 열교환튜브부(10) 내부에 설치되며, 상기 유체가 상기 열교환튜브부(10) 내부를 회전하면서 유동하도록 일방향으로 꼬인 열매체가이드부(30);를 포함한다.

그리고, 상기 열매체가이드부(30)는, 소정의 길이까지 일방향으로 꼬이는 제1 난류부(31)와, 나머지 길이는 역방향으로 꼬이는 제2 난류부(32)를 구비함으로써 상기 유체의 난류를 형성하여 열교환 효율을 향상하는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 열매체가이드부(30)은 상기 제1 난류부(31)와 상기 제2 난류부(32) 사이에 꼬이지 않은 안정부(33)을 포함함으로써 상기 유체의 흐름을 안정화하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열매체가이드부(30)은 외측으로 볼록하게 돌출되며, 내면으로부터는 오목하게 내향된 형태를 가진 난류홈(34)이 소정의 간격으로 형성되어 상기 유체의 난류를 형성을 활발하게 하는 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 열매체가이드부(30)은 단부에 상기 열교환튜브부(10)의 내경에 끼워져 고정되는 고정부(35)가 형성되되, 상기 고정부(35)는 상기 열매체가이드부(30)의 절단부를 기준으로 상방으로 굴곡되는 제1 날개(32)와, 하방으로 굴곡되는 제2 날개(33)가 구비되어 상기 열교환튜브부(10) 내경을 탄성지지 함으로써, 상기 유체에 의해 상기 열매체가이드부(30)이 진동하며 발생하는 열교환튜브부(10) 내부의 마찰 소손을 저감하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 고정부(35)는 소정의 간격으로 통기홀(34)을 구비하여 상기 유체의 흐름에 대한 저항을 저감하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열교환기는 열교환 튜브 내부의 유체가 난류를 형성하도록 일방향으로 꼬이는 열매체가이드를 설치하되, 소정의 길이에서 역방향으로 꼬이도록 하여 열교환 효율을 향상하는 효과가 있다.

본 발명의 다른 목적은 유체가 열매체가이드를 따라 유동할 때, 열매체가이드 표면에 난류홈을 형성하여 일방향으로 회전하는 유체의 난류 형성을 활발하게 하는 효과가 있다.

또한, 열매체가이드를 열교환튜브 내부에 고정함으로써, 열매체가이드가 유체에 의하여 흔들리며 발생하는 열교환튜브 내부의 손상을 저감하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기 내부의 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열매체가이드부의 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 열매체가이드부의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 열매체가이드부 고정부의 사시도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 열교환기 내부의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열매체가이드부의 개략도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 열교환기는 열교환기의 일측과 타측을 관통하며, 내부에 유체의 유동 경로가 되는 열교환튜브부(10)와, 열교환튜브부(10)의 외주면으로 열매체가 순환하며, 열매체와 상기 열교환튜브부(10) 내부를 유동하는 유체와 열교환하는 열매체순환부(20) 및 열교환튜브부(10) 내부에 설치되며, 유체가 상기 열교환튜브부(10) 내부를 회전하면서 유동하도록 일방향으로 꼬인 열매체가이드부(30)를 포함한다.

본 발명의 올바른 실시예로, 열매체는 열 또는 냉열을 전달하는데 사용되는 물질로 물을 사용할 수 있으며, 열교환튜브부 내부를 유동하는 유체는 유압계통의 작동유가 사용될 수 있으나 열매체와 유체의 종류를 한정하지 않는다.

다만, 유체와 열매체는 열교환튜브부(10)를 경계로 내부와 외부에 각각 배치되어 서로 섞이지 않는다.

또한, 열교환튜브부(10)는 열 전달이 우수한 동파이프 또는 스테인레스 파이프를 사용할 수 있으나 열교환튜브부(10)의 재질을 한정하지 않는다.

다음으로, 열교환튜브부(10) 내부에 삽입되어 배치되는 열매체가이드부(30)는 소정의 길이까지 일방향으로 꼬이는 제1 난류부(31)와, 나머지 길이는 역방향으로 꼬이는 제2 난류부(32)를 구비한다.

이때, 열매체가이드부(30)의 표면을 따라 유도되어 흐르는 유체는 제1 난류부(31)를 따라 유동하다가 역방향으로 꼬이는 제2 난류부(32)의 시작점에서 유체가 난류를 형성하며 흐름이 지연되고, 유체가 난류를 형성하며 열교환튜브부(10)에 접촉하는 유체의 양이 많아지게 되어 열교환 효율이 향상된다.

본 발명의 올바른 실시예로, 제1 난류부(31)와 제2 난류부(32) 사이에 열매체가이드부(30)의 표면이 꼬이지 않은 안정부(33)를 포함함으로써 유체의 급격한 경로 변경에 의한 충격을 저감하며 유체의 흐름을 안정화한다.

또한, 제1 난류부(31)와 제2 난류부(32) 사이에 꼬이지 않은 하나의 안정부(33)를 배치하였으나, 열교환튜브부(10)의 길이에 대응하여 하나 이상의 안정부(33)를 포함하는 설계 또한 가능하다.

본 발명의 올바른 실시예로, 열매체가이드부(30)는 SUS304로 구성되었으나 티타늄, 카본으로 제조될 수 있으며, 열매체가이드부(30)의 재료를 한정하는 것은 아니다.

도 4는 본 발명에 따른 열매체가이드부의 사시도이다.

도시된 바와 같이, 열매체가이드부(30)는 표면에 외측으로 볼록하게 돌출되며, 내면으로부터는 오목하게 내향된 형태를 가진 난류홈(34)이 소정의 간격으로 형성된다.

다시 말하여, 장방형 판자 형태인 열매체가이드부(30)의 일면을 오목하게 압착하며, 반대편은 오목한 면에 대응하도록 볼록하게 돌출된다.

이때, 열매체가이드부(30)의 표면을 따라 흐르는 유체는 오목하게 들어간 난류홈(34) 내부 굴곡면을 따라 유입되었다가 나오면서 난류를 형성하게 되며, 난류홈(34) 반대 방향의 돌출된 엠보 형상의 면 또한 유체가 흐르는 도중에 부딪히며 난류를 형성하므로 유체의 난류 형성을 활발하게 하는 효과가 있는 것이다.

올바른 실시예로, 난류홈(34)은 열매체가이드부(30)의 일면을 압착하여 원형의 엠보를 형성하였으나, 엠보의 형상과 위치 그리고 개수를 한정하는 것은 아니다.

도 5는 본 발명에 따른 열매체가이드부 고정부의 사시도이다.

도시된 바와 같이, 열매체가이드부(30)는 단부에 열교환튜브부(10)의 내경에 끼워져 고정되는 고정부(35)가 형성되는데, 고정부(35)는 열매체가이드부(30)의 절단부를 기준으로 상방으로 굴곡되는 제1 날개(36)와, 하방으로 굴곡되는 제2 날개(37)가 구비되어 상기 열교환튜브부(10) 내경을 탄성지지 함으로써, 상기 유체에 의해 상기 열매체가이드부(30)이 진동하며 발생하는 열교환튜브부(10) 내부의 마찰 소손을 저감하는 효과가 있다.

더하여, 제1 날개(36)와 제2 날개(37)의 단부에는 열교환튜브부(10)의 내주면에 밀착되도록 소정의 각도로 굴곡되어 있으며, 사용자는 열매체가이드부(30)의 중심을 기준으로 구분되는 제1 날개(36)와 제2 날개(37)를 열매체가이드부(30)의 수직방향으로 밀어내며 열교환튜브부(10)의 내부에서 고정된다.

즉, 제1 날개(36)와 제2 날개(37)의 단부가 열교환튜브부(10) 내경을 따라 내부에 탄성지지 됨으로써, 유체에 의해 열매체가이드부(30)가 진동하며 발생하는 열교환튜브(10) 내부의 마찰 소손을 저감하는 효과가 있는 것이다.

또한, 장방형의 판자 형상인 열매체가이드부(30)의 제1 날개(36)와 제2 날개(37)의 단부가 진동에 의하여 열교환튜브부(10)의 내경에 손상을 주지 않도록 제1 날개(36)와 제2 날개(37)의 단부를 굴곡하여 단부가 직접적으로 닿지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또는, 제1 날개(36)와 제2 날개(37)의 단부에 대응하도록 고무재질의 캡(미도시)을 씌워 단부로부터 열교환튜브부(10)의 내경을 보호하는 설계 또한 가능하다.

그러므로, 열매체가이드부(30)의 고정을 위한 단부면에서 실시되는 고정부재의 용접 공정과 고정부재의 조립 없이 열매체가이드부(30)의 단부에서 고정부(35)를 형성하므로 제조 공정상에 유리한 효과가 있다.

또한, 고정부(35)는 제1 날개(36)와 제2 날개(37)에 소정의 간격으로 통기홀(38)을 구비하여 유체의 흐름에 대한 저항을 저감하는 것이 바람직하다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

10: 열교환튜브부
20: 열매체순환부
30: 열매체가이드부 31: 제1 난류부
32: 제2 난류부 33: 안정부
34: 난류홈 35: 고정부
36: 제1 날개 37: 제2 날개
38: 통기홀

Claims (6)

1. 열교환기에 있어서,
   상기 열교환기의 일측과 타측을 관통하며, 내부에 유체의 유동 경로가 되는 열교환튜브부(10);
   상기 열교환튜브부(10)의 외주면으로 열매체가 순환하며, 상기 열매체와 상기 유체가 열교환 되도록 하는 열매체순환부(20); 및
   상기 열교환튜브부(10)의 내부에 설치되며, 상기 유체가 상기 열교환튜브부(10)의 내부를 회전하면서 유동하도록 일방향으로 꼬이며 길이가 형성되는 열매체가이드부(30);를 포함하되,
   상기 열매체가이드부(30)는 일면을 압착하여 외측으로 볼록하게 돌출되며, 내면으로부터는 오목하게 내향된 형태를 가진 난류홈(34)이 소정의 간격으로 형성됨으로써 상기 유체의 난류 형성을 활발하게 하고,
   상기 열매체가이드부(30)는 단부에 상기 열교환튜브부(10)의 내경에 끼워져 고정되는 고정부(35)가 형성되며,
   상기 고정부(35)는 상기 열매체가이드부(30)의 절단부를 기준으로 상방으로 굴곡되는 제1 날개(36)와, 하방으로 굴곡되는 제2 날개(37)가 구비되며, 상기 제1 날개(36)와 상기 제2 날개(37)의 단부는 굴곡된 상태에서 상기 열교환튜브부(10)의 내경을 탄성지지 하고,
   상기 제1 날개(36)와 제2 날개(37)의 단부에 고무재질의 캡을 씌워 상기 열교환튜브부(10)의 내경을 보호함으로써, 상기 유체에 의해 상기 열매체가이드부(30)가 진동하며 발생하는 열교환튜브부(10) 내부의 마찰 소손을 저감하고,
   상기 열매체가이드부(30)는 소정의 길이까지 일방향으로 꼬이는 제1 난류부(31)와, 나머지 길이는 역방향으로 꼬이는 제2 난류부(32)를 구비하고, 상기 유체가 열교환튜브부(10) 내부에서 난류를 형성하며 통과함으로써 상기 열매체순환부(20)와의 열교환 효율을 향상하며,
   상기 열매체가이드부(30)는 상기 제1 난류부(31)와 상기 제2 난류부(32) 사이에 꼬이지 않은 안정부(33)를 포함하여 상기 유체의 흐름을 안정화함으로써 상기 난류에 의한 상기 열교환튜브부(10) 내부의 진동을 저감하고,
   상기 고정부(35)는 소정의 간격으로 통기홀(38)을 구비하여 상기 유체의 흐름에 대한 저항을 저감하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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