KR200249954Y1 - 공냉식 및 수냉식을 복합적으로 이용하는 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전혀 성질이 다른 수개의 유체(물, 오일, 화공약품, 냉매)의 열 동시에 가열 냉각 등의 행위를 동시에 행하는 성질을 가지고 있는 것이다.

일반적으로 열교환의 기본은 A유체와 B의 유체가 주어진 격벽의 어느 공간 내부로 부터 고온 및 저온의 차이로 열적평형을 이루려는 현상으로 인하여 열교환을 이루게 되어 목적된 유체(물, 오일, 화공약품, 냉매)를 냉각기능 및 가열기능 사용하며 이러한 냉각기능을 얻기 위해서는 냉동기장치가 필요로 하며, 또한 가열기능을 위해서는 보일러 장치가 필요로 한 것이다.

예컨데 에너지의 공급원(냉동기 및 보일러 장치)이 설치되어진 상황이라면 여기에서 발생되는 에너지의 실질적인 활용은 열교환의 성과에 따라 그 효율성과 설비비가 결정적인 요인으로 작용하게 된다.

아울러, 냉동기장치 분야에서는 냉매기체를 압축하여 액화하려는 응축기의 냉각이 필연적인 요소인 바, 응축기의 냉각방식으로 순수한 공기로만 냉각하는 공냉식의 냉각방식과 냉각수로서 냉각하는 수냉식의 방식인 두가지 방법으로 나누어져 있는 것이다.

허나, 우리나라의 지리적 특성인 사계절이 뚜렸함에 있어서, 여름에는 통상적인 밖의 온도가 지나치게 상승하는 폭염기후라 공기 냉각방식의 응축기는 그 호율성이 현격히 저하 되어 냉동기 내부의 고압상승으로 인하여 사용이 정지되는 경우가 빈번 할 것이다.

이러한 현상을 감안하여 열부하로 부터 대응성이 뛰어난 냉각수를 활용하는 수냉각 방식을 적용할 수 있으나 설치 및 설비비가 높아지는 경제적인 문제점인 난점이 있고 겨울철에는 동파로 인한 사고 및 대용량의 경우 수질의 오염 등의 문제점이 따를수 있는 것이다.

본 고안은 기본 공기 냉각방식의 구조를 이용하며, 아울러 수냉식을 겸해서 사용할 수 있는 다기능 열교환기는 비교적 외기 온도가 낮은 봄, 가을, 겨울에는 순수한 공냉식으로 전환하여 사용을 하고 여름철 폭염으로 외기 온도가 높아 과도한 열 부하가 발생 할시에는 냉각수가 유입되는 회로를 확보하여 냉각수를 유입시켜 열교환능력을 지속하며, 또한 공냉식 전환을 차단하고 냉각수 회로를 계속 유지하는 경우 발생되는 온수를 다른 목적으로도 사용할 수 있는 것이다.

Description

공냉식 및 수냉식을 복합적으로 이용하는 열교환기{Air-cooled of water-cooied a muftipie furit utilization heat exchanger}

본 고안은 냉난방 및 냉각장치에서 응축기나 증발기에의 열교환용으로 사용하는 공냉식 및 수냉식을 복합적으로 이용하는 열교환관에 관한 것이다 종래의 냉방은, 단일 냉각장치에서 사용되는 파이프형 수냉식 열교환관은 일반적인 재질로 티타늄 또는 니켈으로된 내부열교환관과 동으로된 외부열교환관사이에 다수의 돌조를 직선상으로 형성하여 이를 압접하므로서 다수의 직선 관로를 형성하여 그 내부로 액냉매가 흐르게 하고 중심관에 형성된 내부열교환관로에는 냉각 및 응축목적의 액체가 흐르게 하고 있는 바, 이와 같은 열교환관은 내산성과 내염성인 재질로된 동관이나 티타늄 등의 고가의 재료를 사용하고 있는 관계로 경제적인 과부담이 있고 또한 심관의 주변관로가 직선상으로 되어 있어 열교환 호율이 매우 저조한 결점 등과 냉매액이 냉동 사이클을 통과하면서 액체냉매와 기체냉매로된 반액화 과정의 냉매액이 흐르는 다수의 주변관로는 직선관로로 되어 있어 이에 냉매액이 흐를때는 단면 상반부에 위치한 관로 내에 흐르는 냉매액은 열교환이 이루어지는 중심관로와는 떨어져있어 직접 증발되는 열교환을 불가능하게 하고 다만 이때에는 주변관로의 격벽판을 통해 간접적으로 중심관로와 접속하기 때문에 열교환 효율이 매우 저조하였던 것이다.

본 고안의 이상의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로 이의 요지는 현존하는 공냉식 열교환기와 수냉식 열교환기가 별도로 구분되어 있어 사용제한에 목적의 한계성이 있는 것이다.

이러한 면에서 가열이나 냉각을 사용하는 조건은 공냉식으로만 사용할 수 있으며 이러한 조건과 수냉식으로만 사용할 수 없는 조건이라면 이를 동시에 사용할 수 있는 기능을 가지는 제품을 제공하므로서 그 사용성 및 용의성과 편리성을 사용자의 선택성의 범위를 현장에서 실현시킴을 제시하고자 함에 있는 것이다

내부열교환관을 티타늄 또는 니켈을 사용함에 있어서 외부열교환관은 비교적 염가인 알미늄 등의 비철금속으로 하되 여러 다수의 외부열교환관의 외주면에는 방열판이 둘러져 있어 열전달을 향상시키고, 외부열교환관과 이의 내부열교환관의 끝단을 유밴드(U-bend)를 이용하여 서로 연결하고, 지그 재그형으로 맞추어서 용접하면 어떠한 좁은 구조에서도 여러 다수의 외측관을 연결시킬 수 있으며 이의 외부열교환관의 내주면에는 다수의 완만한 나선돌조를 개재시키고 다수의 나선관로를 형성하므로서 이 나선관로에 대응하는 내부열교환관을 삽입시키고 내부열교환관 압접하여 유밴드(U-bend)를사용함과 동시에 결합시켜서 형성시킨 후 팽창밸브를 통과한 액체냉매와 기체냉매를 흐르게 하여 나선돌조에 있어 상반부에 위치한 관로내에 기체냉매는 위로 위치되고 액냉매는 아래측에서 흐르면서 내부열교환관로와 접하여 증발하게 되며, 전체적으로 볼때 나선사이클의 범위 내에서 증발과정의 액냉매가 외측열교환관의 나선관로를 지나면서 상부와 하부관계 없이 골고루 내부열교환관로의 표면과 직접 접촉되어 증발하면서 열교환이 이루어지기 때문에 열교환관의 길이가 길어도 열교환효율을 극대화 할 수 있는 열교환기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 일부 사시도

도 2는 본 발명의 부분 단면도

도 3은 본 발명의 열교환관의 일부절결 사시도

도 4는 본 발명의 장치도

도 6은 본 발명의 부분 확대도

도 6는 본 발명의 장치 예시도

☞도면의 중요부분에 대한 부호의 설명☜

1; 몸체 1'; 열교환관

2; 외부전열관 2'; 내부전열관

3; 유입구 3'; 유입로

4; 배출구 4'; 배출로

5; 유밴드(U-bend) 5'; 유밴드(U-bend)

6; 방열판 7; 펜

8; 냉동압축기 9; 물탱크

10; 팽창밸브 11; 순환모터

12; 나선돌조

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 내부열교환관(2')을 강질의 금속(티타늄, 니켈)관을 사용하고 외측열교환관(2)은 비교적 염가인 알루미늄 및 동관을 사용하여 내충격과 내약품성을 높이고 내부열교환관(2')과 접하는 외부열교환관(2)의 내측면에는 다수의 나선돌조(12)를 나선상으로 배치하되 다수의 나선관로를 형성하며, 이 나선관로 내로 흐르는 냉매액이 연속적으로 내부열교환관(2')로와 접촉하기 때문에 종래의 열교환보다 열교환 효율이 대폭 향상 시킬수 있을 뿐만아니라 열교환관의 길이를 어느 특정한 구조(예;넓이는 좁고 높이는 높은 곳, 어떠한 장소)에 맞추어 열교환관을 서로 연결시에는 유밴드(U-bend)(5,5')를 이용하여 전혀 성질이 다른 수개의 유체(물, 오일, 화공약품, 냉매)의 열 동시에 가열 냉각 등의 행위를 동시에 행하는 성질을 가지는 것을 특징으로하는 열교환기를 제공한다.

일반적으로 열교환의 기본은 A유체와 B의 유체가 주어진 격벽의 공간 내부로 부터 고온 및 저온의 차이로 열적평형을 이루려는 현상으로 인하여 열교환을 이루게 되어 목적된 유체(물, 오일, 화공약품, 냉매)를 냉각기능 및 가열기능을 별도로 사용하며 이러한 냉각기능을 얻기 위해서는 냉동기장치가 필요로 하며, 에너지의 공급원(냉동기 및 보일러 장치)이 설치되어진 상황에서 발생되는 에너지의 실질적인 활용은 열교환의 성과에 따라 그 효율성과 설비비가 결정적인 요인으로 작용하게 된다.

냉동기장치에서는 냉매기체를 압축하여 액화하려는 응축기의 냉각방식으로순수한 공기로만 냉각하는 공냉식의 냉각방식과 냉각수로서 냉각하는 수냉식의 방식인 두가지 방법으로 나누어져 있으며, 사계절이 뚜렸한 우리나라의 지리적 특성으로 여름에는 통상적인 밖의 온도가 지나치게 상승하는 폭염기후라면 공기냉각방식의 응축기는 그 호율성이 현격히 저하되어 냉동기 내부의 고압상승으로 인하여 사용이 정지되는 경우가 빈번할 것이다.

이러한 현상을 감안하여 열부하로 부터 대응성이 뛰어난 냉각수를 활용하는 수냉각방식을 적용할 수 있으나 설치 및 설비 비가 높아지는 경제적인 문제점인 난점이 있고 겨울철에는 동파로 인한 사고 및 대용량의 경우 수질의 오염 등의 문제점이 따를수 있는 것이다.

기본 공기냉각 방식의 구조를 이용하며, 아울러 수냉식을 겸해서 사용할 수 있는 다기능 열교환기는 비교적 외기온도가 낮은(봄, 가을, 겨울)에는 순수한 공냉식으로 전환하여 사용을 하며, 여름철 폭염으로 밖의 온도가 높아 열교환기에 과도한 열부하가 발생 할시에는 냉각수가 유입되는 회로를 확보하여 냉각수를 유입시켜 열교환 능력을 지속하며, 또한 공냉식 전환을 차단하고 냉각수회로를 계속 유지하는 경우 발생되는 온수를 다른 목적으로 사용할 수 있는 열교환기를 특징으로 한 것이다.

이상과 같이 본 고안에 바람직한 실시예에 의한 열교환기는 도 1와 같이 유입관(3)의 외주면에는 나선돌조(12')가 설치되고 이의 나선돌조(12')의 외관에는 외부전열관(2)을 덮어 쉬운 것이며 그리고 외부전열관(2)을 연결시에는 유밴드(U-bend)(5,5')를 이용하여 결합 및 용접하고 이의 유밴드(U-bend)(5,5')를 이용한 외부전열관(2)을 직선에서 직 재그형상으로 일정한 길이를 유지함과 동시에 외부전열관(2)의 외주면으로 방열판(6)을 용접 설치함에 있어서 열교환기의 몸체(1)의 내부일측에 설치되어진 외부전열관(2)의 유입구(3) 내측에는 이의 내부전열관(2') 유입관(3')이 삽입 및 고정되며 열교환기의 몸체(1)의 내측 하단부에는 외부전열관(2)의 배출구(4) 내측에 이의 내부전열관(2') 배출관(4')이 설치되고 전열관채의 선단에는 팬(7)이 형성된 것이다.

그러나 도 2는 본 고안으로 부터 내부전열관(2')의 외주에 압접된 외부전열관(2)은 동이나 알류미늄으로 되어 있어 이는 재질 자체의 특성에 의해 직선형상 또는 지그 재그형상으로 된 외부전열관(2)의 내측 상에 나선돌조(12')의 성형이 용의 하므로 제조원가를 대폭 절감시킬 수 있고 또한 이의 열교환 효율이 월등한 것이다.

또한 도 3은 본 고안의 열교환관 일부절결 사시도로서 전기한 외부전열관(2)의 내측벽에 일정한 간격으로 다수의 나선돌조(12')를 형성함에 있어서 액냉매관로(12)를 형성 되게한 것이다.

이상과 같이 구성된 본 고안은 공냉식 과 수냉식을 겸한 열교환기를 사용하는 것인 바,

이의 공냉식 열교환기로 사용하는 것으로 이를 도 6에 예시한 바와 같이 펜((7)을 이용하여 공기를 유입시켜 몸체(1)에서 배출된 온수를 히터나 보일러에서 가열하여 유입구(3)로 보내면 가열되어진 온수는 열교환기(1')의 유입구(3) 내측의 나선돌조(12')를 통해 유입관(3') 내로 통해 흐르는 유체와 열교환 되면서 히팅 되어 열교환기(1')를 통과 하면서 가열 되어진 온수가 팽창밸브(10)를 통해 다수의 나선돌조(12')를 통하여 액냉매관로(12) 내의 히팅된 온수가 유입관과 접촉하여 열교환되므로 열교환 효율을 극대화시켜 주게 되는 것이다.

냉각용의 수냉식 열교환기로 사용하는 것으로 이를 도 6에 예시한 바와 같이 몸체(1)에서 배출 된 기체상의 냉매가스를 냉동압축기(8)에서 압축하여 유입구(3)로 보내면 압축 된 냉매가스는 열교환기(1')의 유입구(3) 내측의 나선돌조(12')를 통해 유입관(3') 내로 통해 흐르는 유체와 열교환 되면서 응축 되어 액체상의 냉매액이 된다. 즉 고압의 기체 냉매가스가 열교환기(1')를 통과 하면서 응축 되어진 냉매가스가 팽창밸브(10)를 통해 다수의 나선돌조(12')를 통하여 액냉매관로(12) 내의 냉매액이 유입관과 접촉하여 열교환되므로 열교환 효율을 극대화시켜 주게 되는 것이다.

그리고 외부전열관(2)이 동이나 알류미늄 등의 재질로 됨으로서 취약점인 내약품성과 내충격성에 있어 외부전열관(2)의 내측에서 티타늄이나 니켈로 된 내부전열관(2')에 의해 보호되고 이의 외주벽에는 방열판(6)이 부착되어 있어 외부전열관(2)을 내충격성으로 부터 보호하여 내충격성을 높혔기 때문에 외부의 충격을 받을 때 이의 파손 및 변형을 방지함과 동시에 방열판으로 부터 일반적인 열교환기 보다 우수한 열교환효율이 월등한 것이다.

이상과 같이본 고안은 내부열교환관(2')은 강질의 금속(티타늄, 니켈)관을 사용하고 외측열교환관(2)은 비교적 염가인 알루미늄 및 동관을 사용하여 내충격과내약품성을 높이고 내부열교환관(2')과 접하는 외부열교환관(2)의 내측면에는 다수의 나선돌조(12)를 나선상으로 배치하되 다수의 나선관로를 형성하여 이 나선관로 내로 흐르는 냉매액이 연속적으로 내부열교환관(2')과 접촉하기 때문에 종래의 열교환보다 열교환 효율이 대폭 향상 시킬수 있을 뿐만아니라 열교환관(1')은 특수 목적의 용도에는 길이를 어느 특정한 구조(예;넓이는 좁고 높이는 높은 곳, 어떠한 장소)에 맞추어 열교환관(1')을 서로 연결시에는 유밴드(U-bend)(5,5')를 이용하여 얼마던지 쉽게 제작이 용이하도록 제작할 수 있으며 또한 제작 원가를 대폭 절감시키고 설비작업이 쉬우므로 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 티타늄 및 니켈 또는 스테인레스 등으로 된 유입관(3')에 끼움 외접되는 외부전열관(2)은 알루미늄 또는 동 등의 비철금속으로 하고 전기한 외부전열관(2)의 내주면에는 다수의 나선돌조(12')가 직선 및 나선상으로 되어 유입관(3')의 외주면에 압접되므로서 연속적으로 첩촉하여 열교환 되게한 공냉식 및 수냉식을 복합적으로 이용하는 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,

   외부전열관(2)의 외주면에 방열판(6)이 서로 겹쳐진 구성으로 된 공냉식 및 수냉식을 복합적으로 이용하는 열교환기.
3. 제 1항에 있어서,

   외부전열관(2)과 내부전열관(2')을 서로 연결시에 유밴드(U-bend)(5,5')를 연결시킴과 동시에 용접하여 직선 및 지그 재그형상으로 구성으로 된 공냉식 및 수냉식을 복합적으로 이용하는 열교환기.