KR20000071835A

KR20000071835A - 열 교환기

Info

Publication number: KR20000071835A
Application number: KR1020000022495A
Authority: KR
Inventors: 하루오 우에하라
Original assignee: 하루오 우에하라
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2000-11-25
Also published as: JP2000314595A; DE60023394D1; EP1048915A3; TW434395B; DK1048915T3; DE60023394T2; EP1048915A2; JP3100372B1; EP1048915B1; US6340052B1; KR100674150B1; CN1271842A

Abstract

전열면의 지지 구조를 바꾸어 패킹을 필요로 하지 않고, 패킹 사용에 관한 제한을 없애는 동시에, 코스트다운 및 신뢰성의 향상을 도모할 수 있는 열 교환기를 제공한다.

쉘(2) 내에 대략 통 형체의 전열 통부(3)를 복수 배치하고, 이 전열 통부(3) 내부에 소정의 유체(流體)를 관통시키는 동시에, 전열 통부(3)의 주위에 다른 유체를 직교류로 되는 방향으로 흐르게 하고, 전열 통부(3)를 통하여 유체 사이에서 열 교환을 행하게 함으로써, 패킹을 필요로 하지 않게 되어 유체에 가하는 압력의 제한을 완화할 수 있고, 열 교환 효율의 향상을 도모할 수 있는 동시에, 누설 등도 잘 일어나지 않아, 신뢰성을 높일 수 있다. 또, 전열 통부(3)의 양단부가 전열 통부(3) 내부로의 입구 및 출구로 되고, 전열 통부(3)의 중간부에 개구부가 형성되지도 않고, 전열 통부(3)의 블랭킹 공정(blanking process)에 관하여 낭비가 생기지 않아 경제적이다.

Description

열 교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 고온 유체(流體)로부터 저온 유체로 열을 전달시키는 열 교환기에 관한 것이며, 특히 경제적이며 또한 신뢰성 및 안전성이 높은 열 교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 온도차 발전이나 증기 동력, 화학, 식품 공학 등의 플랜트, 및 냉동기 및 열 펌프에서, 가열·냉각기나 증발기, 응축기로서 사용되고 있는 열 교환기는, 고온 유체와 저온 유체 사이에서 열의 수수(授受)를 행하게 하여, 유체의 가열, 비등·증발, 냉각, 및 응축을 목적으로 하는 것이다.

종래의 열 교환기에는 다관식, 플레이트식, 스파이럴식 등의 종류가 있고, 예를 들면 온도차 발전 플랜트나 냉동기, 및 열 펌프에서는 고온 유체의 열로 저온의 작동 유체를 비등·증발시키는 증발기, 및 저온 유체에서 열을 흡수하여 고온의 작동 유체를 응축시키는 응축기로서, 일반적으로 플레이트식 열 교환기가 사용된다. 상기 증발기 및 응축기로서 사용되는 종래의 플레이트식 열 교환기의 일례를 도 6 및 도 7에 나타낸다. 이 도 6은 종래의 열 교환기의 요부 분해 사시도, 도 7은 종래의 열 교환기의 조립 상태 개략 설명도를 나타낸다.

상기 각 도면에 있어서 종래의 플레이트식 열 교환기(100)는, 2조(組)의 플레이트(101,102)를 교호로 적층시킨 상태에서, 고정 프레임(103)과 지지봉(104) 사이에 가설한 상하 2개의 가이드 로드(105,106)에 복수 매 장착하고, 가이드 로드(105,106)에 장착한 가동 프레임(107)과 고정 프레임(103)으로 각 플레이트(101,102)를 협지하고, 각 플레이트(101,102)의 표리 양측에 2조의 열 교환기 A, B를 형성하는 구성이다. 한 쪽의 열 교환 유로 A에는 고온 또는 저온의 열 교환용 유체(108)를 흐르게 하고, 다른 쪽의 열 교환 유로 B에는 작동 유체(109)를 흐르게 하여, 열 교환을 행하게 하는 구조이다.

상기 플레이트(101,102)는, 대략 판 형체를 프레스하여 소정의 형상 및 표면 상태로 가공되어 이루어지고, 네 모서리에 열 교환용 유체(108) 또는 작동 유체(109)가 통과하는 통로 a, b, c, d가 개구 형성되는 동시에, 열 교환용 유체(108)와 작동 유체(109)가 혼류되지 않도록 구획하는 패킹(111,112)이 한 쪽의 표면에 배치되는 구성이며, 각각 서로 상하 방향을 바꾼 동일한 것으로 되어 있다.

종래의 열 교환은 이상과 같이 구성되어 있었으므로, 플레이트(101,102)에 대하여 도 7 중에서 좌우 방향으로 공급되는 열 교환용 유체(108) 또는 작동 유체(109)를, 각 플레이트(101,102) 사이의 상하 방향으로 통과하도록 플레이트 (101,102)의 통로 a, b, c, d로부터 굴곡시켜 복잡하게 유통시키게 되어, 압력 손실이 컸다. 따라서, 그 만큼 각 유체의 공급 압력을 높이지 않으면 안되나, 플레이트(101,102) 표면의 패킹(111,112)이 플레이트(101,102)에 압착되기 시작하면서 각 열 교환 유로 A, B가 액밀(液密)을 유지할 수 있게 됨으로써, 패킹(111,112)의 압력 불충분에 의한 누설을 방지하기 위해 열 교환용 유체(108) 또는 작동 유체(109)의 압력을 소정 한도 이상으로 높일 수 없는 동시에, 플레이트(101,102)의 매수 및 치수에 제한을 두지 않으면 안 되는 과제를 가지고 있었다. 게다가, 패킹(111,112)을 사용하기 때문에, 작동 유체(109)로서 암모니아 또는 암모니아와 물의 혼합물을 사용하는 경우, 충분한 안정성을 얻을 수 없다고 하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점에 대응하기 위해, 종래, 패킹을 사용하지 않고, 소정 형상으로 프레스된 각 플레이트를 서로 납땜으로 접합하여 각 플레이트의 표리 양측에 열 교환 유로를 형성하면서 일체화하고, 플레이트를 협지하는 가동 프레임이나 고정 프레임을 필요로 하지 않는 구성의 플레이트식 열 교환기가, 알파·라발(ALFA RAVAL) 주식회사의 제품으로서 실용화되어 있었으나, 플레이트끼리의 접합에 특수한 공정을 필요로 하고, 제작이 곤란하며 또한 고 코스트로 되어 버린다고 하는 과제를 가지고 있었다.

또, 상기 종래의 열 교환기에 있어서, 전열 효과를 높이거나, 응축하여 생긴 액체를 신속하게 배출하기 위해 전열면에 요철이 형성되어 있는 경우에는, 더욱 압력 손실이 증가하는 동시에, 플레이트(101,102)의 프레스 정밀도에 따라서는, 플레이트(101,102) 상호가 본래 접촉하지 않는 위치에서 접촉하고, 플레이트(101,102)의 가압 상태가 변화하여 패킹(111,112)의 밀착을 저해한다고 하는 과제를 가지고 있었다.

또한, 플레이트(101,102)에서 차지하는 통로 a, b, c, d의 개구 비율이 비교적 크고, 이들의 부분은 천공 등의 제거 공정으로 형성하기 때문에, 플레이트(101,102)의 블랭킹 공정(blanking process)은 이러한 불필요한 부분을 포함하여 행해지게 되고, 특히 해수 온도차 발전에 이용하는 경우에는 내식성의 관점으로부터 소재를 고가의 티탄이나 특수 합금제로 하는 경우도 있고, 재료 코스트의 면에서 낭비가 많다고 하는 문제점을 가지고 있었다. 상기 문제점에 대응하는 종래의 다른 플레이트식 열 교환기로서, 일본국 특개소(特開昭)60-80082호 공보에 개시되어 있는 것이 있고, 상기 플레이트식 열 교환기는, 플레이트에 개구 형성되는 통로 부분의 수를 상과 하의 2개로 줄이고, 재료의 낭비를 저감하는 동시에, 플레이트에서 차지하는 전열 면적의 비율을 대폭 증가시킨 구조로 되어 있다. 그러나, 여전히 통로 부분이 존재하기 때문에, 재료에 낭비가 되는 부분이 발생하는 동시에, 플레이트의 통로 부분은 열 교환에 기여하지 않아, 필요한 전열 면적보다 플레이트를 크게 형성하지 않으면 안 된다는 과제를 갖았다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 열 교환기의 설치 상태의 측면도.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 열 교환기의 종단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 열 교환기의 요부 절결 사시도.

도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 열 교환기의 설치 상태의 측면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 열 교환기의 설치 상태의 측면도.

도 6은 종래의 열 교환기의 요부 분해 사시도.

도 7은 종래의 열 교환기의 조립 상태 개략 설명도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1:열 교환기, 2:쉘, 2a,2b:격벽, 3:전열 통부, 4:중간 영역, 4a:공급부, 4b:배출구, 5:상측 영역, 5a:상부 유통구, 6:하측 영역, 6a:하부 유통구, 7:안내판, 100:플레이트식 열 교환기, 101,102:플레이트, 103:고정 프레임, 104:지지봉, 105,106:가이드 로드, 107:가동 프레임, 108:열 교환용 유체, 109:작동 유체, 111,112:패킹, A,B:열 교환 유로, a,b,c,d:통로.

본 발명은 상기 과제를 해소하기 위해 이루어진 것으로, 전열면의 지지 구조를 바꾸어 패킹을 필요로 하지 않고, 패킹 사용에 관한 제한을 없앨 수 있는 동시에, 전열 부분을 단순 형상으로 하여 코스트 다운을 도모할 수 있고, 또한 신뢰성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 열 교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 열 교환기는, 고온 유체와 저온 유체 사이에서 열 교환을 행하게 하는 열 교환기에 있어서, 내부가 최소한 2개 이상의 대략 평행한 격벽에 의해 소정 방향으로 최소한 3개 이상의 영역으로 구획된 대략 상자 형체의 쉘과, 대략 평행하며 또한 소정 간격으로 대치하는 2면을 가지는 양단 개방 상태의 대략 통 형체로 형성되고, 상기 쉘의 구획된 영역 중 양 옆에 각각 다른 영역이 존재하는 중간 영역 부분에 상기 소정 방향으로 상기 대략 통 형체의 통축 방향을 일치시키고 또한 면끼리를 대략 평행하게 대향시킨 병렬 상태에서 상기 대략 통 형체가 복수 배치되고, 대략 통 형체 양단부가 상기 중간 영역에 면하는 2개의 격벽을 각각 관통하여 중간 영역에 인접하는 2개의 영역 내에 양단 개구부를 각각 위치시켜, 중간 영역에 대하여 대략 통 형체 내부가 비연통(非連通) 상태로 되어 이루어지는 복수의 전열 통부(tubular heat transferring members)를 구비하고, 상기 쉘의 중간 영역에 인접하는 2개의 영역의 어느 한 쪽에 고온 유체 또는 저온 유체를 소정의 압력으로 공급하고, 상기 복수의 전열 통부를 관통시켜 상기 중간 영역에 인접하는 다른 쪽의 영역으로부터 취출하는 동시에, 상기 쉘의 한 측면으로부터 중간 영역에 저온 유체 또는 고온 유체를 공급하고, 당해 저온 유체 또는 고온 유체를 상기 전열 통부의 통축 방향에 대하여 대략 직교하는 방향으로 각 전열 통부의 사이에 흐르게 하고, 각 전열 통부를 전열면으로 하는 열 교환을 행하게 하는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 있어서는, 대략 상자 형체의 쉘 내에 열 교환용의 전열면으로서 대략 통 형체의 전열 통부를 배치하고, 상기 전열 통부 내부에 고온 유체 또는 저온 유체를 통과시키는 동시에, 전열 통부의 주위에 저온 유체 또는 고온 유체를 직교류로 되는 방향으로 흐르게 하고, 전열 통부를 통하여 고온 유체와 저온 유체 사이에서 열 교환을 행하게 함으로써, 전열면 사이의 극간 확보에 패킹을 사용하지 않아도 되고, 유체에 가하는 압력의 제한이 완화되어, 고온·고압의 유체를 사용할 수 있는 데에다, 전열면을 보다 많이 배치하거나, 수치를 보다 크게 형성할 수도 있고, 열 교환의 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 패킹 부분에서의 누설 등도 일어나지 않아, 대폭적으로 신뢰성을 높일 수 있다. 또, 전열 통부의 양단부가 전열 통부 내부로의 입구 및 출구로 되고, 전열 통부의 중간부에 개구부가 형성되지도 않고, 전열 통부의 블랭킹 공정에서 낭비가 생기지 않아, 경제적인 동시에, 유체의 유선(流線)을 보다 단순화하여, 압력 손실을 작게 할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 열 교환기는 필요에 따라, 상기 전열 통부가, 각 면에 소정의 요철(凹凸) 패턴을 형성하는 것이다. 상기와 같이 본 발명에 있어서는, 전열 통부에 소정 패턴으로 요철을 형성함으로써, 전열 면적을 보다 크게 확보할 수 있는 동시에, 증발기, 또는 응축기로서 사용하는 경우에, 증발, 또는 응축을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 열 교환기는 필요에 따라, 상기 전열 통부가, 내측 표면이 다공질화(多孔質化)되어 이루어지는 것이다. 상기와 같이 본 발명에 있어서는, 전열 통부 내측면의 표층을 다공질로 하고, 증발기로서 사용하는 경우에, 전열 통부 내측면에 접촉하여 가열되는 액체의 기포 발생 핵을 증가시키는 동시에, 소정의 크기까지 성장한 기포 발생 핵을 전열 통부 내측면으로부터 이탈하기 쉽게 함으로써, 기포의 발생을 촉진할 수 있고, 증발을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있어, 열 교환의 효율을 높일 수 있다. 또한, 응축기로서 사용하는 경우에도, 다공질화로 열 교환 면적을 크게 할 수 있어, 응축 효율을 향상시킬 수 있다.

다음에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 열 교환기를 도 1∼도 3에 따라 설명한다. 상기 도 1은 본 실시 형태에 관한 열 교환기의 측면도, 도 2는 본 실시 형태에 관한 열 교환기의 종단면도, 도 3은 본 실시 형태에 관한 열 교환기의 요부 절결 사시도이다.

상기 각 도면에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 열 교환기(1)는, 내부를 2개의 평행한 격벽(2a, 2b)에 의해 상하 방향으로 3개의 영역으로 구획된 상자 형체의 쉘(2)과, 평행하며 또한 소정 간격으로 근접하는 2면을 가지는 양단 개방 상태의 통 형체로 형성되고, 상기 쉘(2)의 구획된 3개의 영역 중 중간 영역(4)에 상하 방향으로 상기 통 형체의 통축 방향을 일치시키고 또한 면끼리를 평행하게 대향시킨 병렬 상태로 복수 배치하고, 통 형체 양단부가 격벽(2a, 2b)을 각각 관통하여 중간 영역(4) 상하의 상측 영역(5) 및 하측 영역(6) 내에 양단 개구부를 각각 위치시켜, 중간 영역(4)에 대하여 내부가 비연통 상태로 되어 이루어지는 복수의 전열 통부(3)를 구비하는 구성이다.

상기 쉘(2)은, 금속제의 직사각형 상자 형체로 형성되고, 이 상자 형체의 상부로부터 소정 수치 떨어진 위치에 격벽(2a) 및 하부로부터 소정 치수 떨어진 위치에 격벽(2b)이 각각 배치되어 이루어지고, 내부가 상측 영역(5), 중간 영역(4) 및 하측 영역(6)의 3개의 영역으로 분할되는 동시에, 상자 형체 상부에 상측 영역(5)에 대하여 소정 압력의 작동 유체를 공급 또는 배출하기 위한 상부 유통구(5a)를, 한편, 하부에 하측 영역(6)으로부터 작동 유체를 배출 또는 공급하기 위한 하부 유통구(6a)를 각각 형성하는 구성이다. 또, 중간 영역(4)에 면하는 쉘(2)의 한 측면에는, 열 교환용 유체를 공급하기 위한 공급구(4a)가 형성되고, 중간 영역(4)에 면하는 상기 한 측면과 대향하는 다른 측면의 소정 위치에는 열 교환용 유체 취출용의 배출구(4b)가 형성되는 구성이다.

상기 전열 통부(3)는, 종횡비가 큰 직사각형 개구 단면을 가지는 금속제의 통 형체이며, 양단부를 격벽(2a, 2b)에 각각 관통시킨 상태에서 중간 영역(4)에 복수 수직으로 배치되고, 관통 부분에서 주위를 둘러싸는 격벽(2a, 2b)에 양단부를 극간없이 밀착시켜 고정되는 구성이다. 전열 통부(3)와 격벽(2a, 2b)이 밀착되어 있음으로써, 상측 영역(5) 및 하측 영역(6)과 중간 영역(4)은 서로 연통되지 않는 상태로 되어 있다. 상기 전열 통부(3)에는, 소정의 패턴으로 요철이 형성되어, 전열 면적을 늘리는 동시에 강도 향상이 도모되고 있다.

다음에, 상기 구성에 따른 열 교환기에 있어서의 열 교환 동작에 대해, 응축기로서 사용하는 경우를 설명한다.

응축기로서 사용하는 경우, 상기 쉘(2)의 상측 영역(5)에 상부 유통구(5a)를 통하여 기체 상태의 작동 유체를 소정 압력으로 공급하여, 복수의 전열 통부(3)로 아래방향으로 흐르게 한다. 그리고, 상기 쉘(2)의 한 측면의 공급구(4a)로부터 중간 영역(4)에 저온 유체를 연속적으로 공급하고, 또한, 다른 측면의 배출구(4b)로부터 회수함으로써, 상기 저온 유체를 상기 전열 통부(3) 내부 흐름에 대하여 직교류로 되는 방향으로 각 전열 통부(3) 사이에 흐르게 하여, 각 전열 통부(3)를 전열면으로 하는 열 교환을 행하게 한다. 전열 통부(3) 내부에서는, 작동 유체가 전열 통부(3) 내측면에 접촉하고, 전열 통부(3)를 통하여 외측의 저온 유체에 열을 방출하여, 전열 통부(3) 내측면에서 응축하여 액체 상태로 된다. 액체로 된 작동 유체는 전열 통부(3) 내측면을 따라 신속하게 아래쪽으로 흐르고, 전열 통부(3)로부터 하측 영역(6)으로 유하(流下)되어, 하부 유통구(6a)로부터 취출된다.

상기와 같이, 본 실시 형태에 관한 열 교환기에서는, 쉘(2) 내에 열 교환용의 전열면으로 되는 통 형체의 전열 통부(3)를 배치하고, 이 전열 통부(3) 내부에 작동 유체를 통과시키는 동시에, 전열 통부(3)의 주위의 중간 영역(4)에 열 교환용의 저온 유체 또는 고온 유체를 흐르게 하고, 전열 통부(3)를 통하여 열 교환시키기 때문에, 종래의 플레이트식 열 교환기와 마찬가지로 전열 면적을 확보하면서, 전열면 사이의 극간 확보에 패킹을 사용하지 않아도 되고, 유체에 가하는 압력의 제한이 완화되어, 고온·고압(예를 들면, 200 기압 정도까지)의 유체를 사용할 수 있는 데에다, 종래의 경우에 비해 전열면을 보다 많이 병렬 배열하거나, 치수를 보다 크게 하여 형성할 수도 있고, 열 교환의 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 패킹 부분에서의 누설 등도 일어나지 않아, 대폭적으로 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있다. 또, 전열 통부(3)의 양단부가 전열 통부(3) 내부로의 입구 및 출구로 되고, 전열 통부(3)를 단순한 통 형체로 할 수 있고, 전열 통부(3)의 블랭킹 공정에서 낭비가 생기지 않고, 제조 코스트를 저감할 수 있는 동시에, 작동 유체의 유선도 단순화하게 되어, 압력 손실을 저감할 수 있다.

그리고, 상기 실시 형태에 관한 열 교환기에 있어서, 전열 통부(3)는 1매의 금속제 판 형체를 연속시킨 단순한 직사각형 개구 단면 형상의 통 형체로서 형성되는 구성으로 하고 있으나, 이 외에, 2매의 대략 판 형체를 소정 간격으로 스페이서를 통하여 연결하여 일체화하고, 직사각형 개구 단면 형상의 대략 통 형체로 하는 구성으로도 할 수 있다. 또, 복수의 전열 통부(3)를 평행하게 유지하는 구조로서, 격벽(2a, 2b)의 지지에 의한 구성 외에, 전열 통부(3) 상호를 소정 간격으로 스페이서를 통하여 병렬 상태에서 부착 또는 용접으로 일체화하는 구성으로 할 수도 있고, 전열 통부(3)의 평행면의 간격 및 전열 통부(3)끼리의 간격을 적절하게 설정하여, 종래의 플레이트식 열 교환기와 마찬가지로, 단위 체적당의 전열 면적을 충분히 확보할 수 있다.

또, 상기 실시 형태에 관한 열 교환기에 있어서, 전열 통부(3)는 소정의 패턴으로 요철이 형성되는 구성으로 하고 있지만, 이에 첨가하여, 전열 통부(3)의 내측 표면에 빠짐없이 다공질층을 형성하는 구성으로 할 수도 있고, 증발기로서 사용하는 경우에, 전열 통부(3) 내면에서 액체 상태의 작동 유체의 기포 발생 핵을 증가시키는 동시에, 소정의 크기까지 성장한 기포 발생 핵을 이탈하기 쉽게 하는 등, 기포의 발생을 촉진할 수 있고, 증발을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있어, 열 교환의 효율을 높일 수 있다.

또, 상기 실시 형태에 관한 열 교환기에 있어서, 전열 통부(3)는 단순하게 직사각형 개구 단면 형상의 쉘(2) 내에 병렬 상태로 배치되는 구성으로 하고 있으나, 이 외에, 전열 통부(3)를, 열 교환용 유체 진행 방향에도 직렬 배치 또는 갈짓자형 배치로 쉘(2) 내에 복수열 배치하는 구성으로 할 수도 있고, 쉘(2) 내를 통과하는 열 교환용 유체를 전열 통부(3) 측면과 효과적으로 접촉시킬 수 있기 때문에, 작동 유체와의 사이에서 보다 확실하게 열 교환을 행하게 할 수 있고, 효율을 높일 수 있다.

또, 상기 실시 형태에 관한 열 교환기에 있어서는, 열 교환용 유체를 공급하는 공급구(4a)가 쉘(2)의 중간 영역(4)에 면하는 한 측면에 배치되고, 이 한 측면과 대향하는 다른 측면의 소정 위치에 열 교환용 유체 취출용의 배출구(4b)가 형성되는 구성이지만, 이에 한정되지 않고, 공급구(4a) 및 배출구(4b)는, 중간 영역(4)에 면하여 공급구(4a)로부터 배출구(4b)를 향하는 흐름이 전열 통부(3) 통축 방향과 직교하는 방향으로 되면, 쉘(2)의 어떤 측면에 형성해도 되고, 예를 들면 공급구(4a)와 배출구(4b)를 동일한 측면의 중간 영역(4)에 면하는 하부 위치와 상부 위치에 각각 형성하는 구성으로 하는 것도 가능하다.

또, 상기 실시 형태에 관한 열 교환기에 있어서는, 쉘(2) 측면의 공급구(4a)와 각 전열 통부(3) 사이에 저해물은 없고, 공급구(4a)로부터 중간 영역(4)에 들어간 열 교환용 유체가 그대로 각 전열 통부(3) 사이에 달하는 구성이지만, 이 외에, 도 4에 나타낸 바와 같이, 공급구(4a)와 전열 통부(3) 사이의 중간 영역(4) 소정 위치에, 공급구(4a)로부터의 열 교환용 유체의 흐름을 적절하게 상하 방향으로 분류(分流)하는 안내판(7)을 배치하는 구성으로 할 수도 있고, 중간 영역(4)의 각 전열 통부(3) 사이에 열 교환용 유체를 상하 방향에 대해 편중되지 않고 균등하게 흐르게 할 수 있다.

또, 상기 실시 형태에 관한 열 교환기에 있어서, 쉘(2)에는, 상부 유통구(5a), 하부 유통구(6a), 공급구(4a) 및 배출구(4b)가 각각 하나씩 형성되는 구조이지만, 이에 한정되지 않고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각 복수 형성되는 구성으로 할 수도 있고, 각 전열 통부(3) 내나 중간 영역(4)의 각 전열 통부(3) 사이에 작동 유체 또는 열 교환용 유체를 보다 편중되지 않게 균등하게 흐르게 할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에 관한 열 교환기에 있어서, 증발기로서 사용하는 경우, 하측 영역(6)에 대하여 액체 상태의 작동 유체를 공급하기 위한 하부 유통구(6a)의 상류측에, 작동 유체를 초음파로 진동시키는 초음파 발진기를 배치할 수 있고, 초음파에 의해 작동 유체에 미세 기포를 발생시켜, 기포를 포함한 작동 유체가 하측 영역(6)으로부터 전열 통부(3) 내에 달했을 때에, 기포가 전열 통부(3) 내면을 따라 상승하고, 전열 통부(3) 내면 부근의 액체 상태의 작동 유체를 교반(攪拌)하게 되어, 작동 유체와 전열 통부(3) 내면의 접촉을 촉진시켜 열 전달율을 향상시켜, 증발 효율을 높일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 대략 상자 형체의 쉘 내에 열 교환용의 전열면으로서 대략 통 형체의 전열 통부를 배치하고, 이 전열 통부 내부에 고온 유체 또는 저온 유체를 통과시키는 동시에, 전열 통부의 주위에 저온 유체 또는 고온 유체를 직교류로 되는 방향으로 흐르게 하고, 전열 통부를 통하여 고온 유체와 저온 유체 사이에서 열 교환을 행하게 함으로써, 전열면 사이의 극간 확보에 패킹을 사용하지 않아도 되고, 유체에 가하는 압력의 제한이 완화되어, 고온·고압의 유체를 사용할 수 있는 데에다, 전열면을 보다 많이 배치하기도 하고, 치수를 보다 크게 형성할 수도 있고, 열 교환의 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 패킹 부분에서의 누설 등도 일어나지 않아, 대폭적으로 신뢰성 및 안전성을 높일 수 있다고 하는 효과를 얻는다. 또, 전열 통부의 양단부가 전열 통부 내부로의 입구 및 출구로 되고, 전열 통부의 중간부에 개구부가 형성되지도 않고, 전열 통부의 블랭킹 공정에서 낭비가 생기지 않아, 경제적인 동시에, 유체의 유선을 보다 단순화하여, 압력 손실을 작게 할 수 있다고 하는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면, 전열 통부에 소정 패턴으로 요철을 형성함으로써, 전열 면적을 보다 크게 확보할 수 있는 동시에, 증발기, 또는 응축기로서 사용하는 경우에, 증발, 또는 응축을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있다고 하는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면, 전열 통부 내측면의 표층을 다공질로 하고, 증발기로서 사용하는 경우에, 전열 통부 내측면에 접촉하여 가열되는 액체의 기포 발생 핵을 증가시키는 동시에, 소정의 크기까지 성장한 기포 발생 핵을 전열 통부 내측면으로부터 이탈하기 쉽게 함으로써, 기포의 발생을 촉진할 수 있고, 증발을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있고, 열 교환의 효율을 높일 수 있다고 하는 효과를 가진다. 또한. 응축기로서 사용하는 경우에도, 다공질화로 열 교환 면적을 크게 할 수 있고, 응축 효율을 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 가진다.

Claims

고온 유체(流體)와 저온 유체 사이에서 열 교환을 행하게 하는 열 교환기에 있어서,

내부를 최소한 2개 이상의 대략 평행한 격벽에 의해 소정 방향으로 최소한 3개 이상의 영역으로 구획된 대략 상자 형체의 쉘(shell)과,

대략 평행하며 또한 소정 간격으로 대치하는 2면을 가지는 양단 개방 상태의 대략 통 형체로 형성되어, 상기 쉘의 구획된 영역 중 양 옆에 각각 다른 영역이 존재하는 중간 영역 부분에 상기 소정 방향으로 상기 대략 통 형체의 통축 방향을 일치시키고 또한 면끼리를 대략 평행하게 대향시킨 병렬 상태에서 상기 대략 통 형체가 복수 배치되고, 대략 통 형체 양단부가 상기 중간 영역에 면하는 2개의 격벽을 각각 관통하여 중간 영역에 인접하는 2개의 영역 내에 양단 개구부를 각각 위치시키고, 중간 영역에 대하여 대략 통 형체 내부를 비연통(非連通) 상태로 되어 이루어지는 복수의 전열 통부(tubular heat transferring members)를

구비하고,

상기 쉘의 중간 영역에 인접하는 2개의 영역의 어느 한 쪽에 고온 유체 또는 저온 유체를 소정의 압력으로 공급하고, 상기 복수의 전열 통부를 통과시켜 상기 중간 영역에 인접하는 다른 쪽의 영역으로부터 취출하는 동시에, 상기 쉘의 한 측면으로부터 중간 영역에 저온 유체 또는 고온 유체를 공급하고, 당해 저온 유체 또는 고온 유체를 상기 전열 통부의 통축 방향에 대하여 대략 직교하는 방향으로 각 전열 통부 사이에 흐르게 하고, 각 전열 통부를 전열면으로 하는 열 교환을 행하게 하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항에 있어서,

상기 전열 통부가 각 면에 소정의 요철(凹凸) 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전열 통부가, 내측 표면이 다공질화(多孔質化)되어 있는 것을 특징으로 하는 열 교환기.