KR200323236Y1 - 증발식 응축기의 냉각파이프 블록 - Google Patents

Abstract

본 고안은 냉매가 응축된 냉매액를 냉각파이프에서 배출시켜 냉매가스의 흐름을 원활하게 하는 증발식 응축기의 냉각파이프 블록에 관한 것이다.

본 고안에 따른 증발식 응축기의 냉각파이프 블록은 프레임에 냉각파이프가 다단으로 고정되어 상부에서 하부로 냉매가스가 흐르도록 하는 냉동장치의 응축기에 있어서, 상기 냉각파이프는 일단에서는 인접한 상단 파이프의 일단과 동일한 높이를 갖고, 타단에서는 인접한 하단 파이프의 타단과 동일한 높이를 가지도록 홀수단과 짝수단이 기울기의 방향이 서로 반대가 되도록 상기 프레임에 고정되고, 양단이 막힌 파이프 형태로 형성되고, 하부에 냉매액이 고이도록 상기 냉각파이프의 단부가 측면 중앙부에 연결되는 헤더가 다단으로 각각 구비되며, 상기 각각의 헤더를 수직으로 연결하는 냉매액 배출관이 구비된다.

Description

증발식 응축기의 냉각파이프 블록{Cooling Pipe Block for Condenser}

본 고안은 냉동사이클의 응축기를 구성하는 냉각파이프 블록에 관한 것으로서, 냉매가 응축된 냉매액을 냉각파이프에서 배출시켜 냉매의 흐름을 원활하게 하고 냉각성능이 향상된 증발식 응축기의 냉각파이프 블록에 관한 것이다.

냉동사이클에서 고온 고압의 냉매의 에너지를 흡수하여 액체 형태로 상변화시키는 응축기는 필수적인 요소이다.

응축기는 여러 가지의 방식을 이용한 것이 있지만, 물의 증발 잠열을 이용하여 냉매파이프 내부에 흐르는 냉매의 열에너지를 흡수하는 방식의 증발식 응축기가 많이 중대형 냉동시스템에 많이 사용되고 있다.

종래의 증발식 응축기는 도1과 같이 냉매가 흐르는 냉각파이프(2)를 다단으로 평행하게 배치하고 단부를 U자형 파이프(3)로 연결하여 상부의 살수노즐(6)에서 물을 살수하면, 살수된 물이 냉각파이프의 표면에 수막을 형성하고 냉각파이프 내부를 흐르는 고온 고압의 냉매가 가지고 있는 열에너지에 의해 냉각파이프 표면의 수막을 증발시키고 팬(9)을 이용하여 냉각파이프 블록의 하부에서 상부로 공기가유동되면서 증발된 수증기를 외부로 배출시켜 지속적으로 냉매가 가지고 있는 열에너지를 배출시킨다.

그러나, 상기와 같은 방식의 증발식 응축기는 냉매가스 유입구(4)를 통해 과열증기 상태로 들어온 냉매가스가 응축하면서 상변화를 통해 과냉상태의 냉매액으로 응축되어 최말단의 냉매액 출구(5)로 모여서 배출되는 되는데, 하부의 냉각파이프로 갈수록 냉각파이프 내에서 냉매액이 차지하는 비중이 커지고 기체상태의 냉매가스가 차지하는 비중이 작아지는 현상이 발생하였다. 도2를 이용하여 좀더 자세히 냉각파이프 내에서의 이상유동의 방식을 살펴보면, 높은 열유동이 있는 경우(11) 과열증기(A) 상태로 유입된 증기가 환상운무류(B), 환상류(C), 반환상류(D), 슬러그류(E'), 파형류(F')의 상태를 거쳐 과냉상태의 냉매액(G')으로 상변화한다. 반면에 낮은 열유동이 있는 경우(12)는 과열증기(A) 상태로 유입된 증기가 환상운무류(B), 환상류(C), 반환상류(D), 파형류(E")를 거쳐 성층류(F",G") 형태의 유동방식을 가지면서 포화증기와 함께 빠져나간다.

이로 인하여, 열용량 및 냉각파이프의 길이를 고려하였을 때, 높은 열유동의 경우에 해당하는 종래의 냉각파이프 블록은 하부로 갈수로 냉매액이 차지하는 단면적이 증가함에 따라서 냉각파이프의 내부를 흐르는 냉매가스와 냉각파이프의 표면에 형성된 수막의 열교환 효율이 급격히 저하되는 문제점 있었다.

또한, 종래의 냉각파이프 블록은 좁은 공간내에 직선 파이프의 양단에 U자형 파이프를 용접하여 제작함으로써, 현장 설치후 유지보수시 작업이 용이하지 못한 문제점도 안고 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 냉각파이프 블록을 형성하고 있는 냉각파이프에서 냉매가스로부터 응축된 냉매액를 외부로 배출시켜 냉각파이프 내부의 냉매의 흐름을 원활하게 하고, 외부와 열교환 효율이 향상된 증발식 응축기용 냉각파이프 블록을 제공하는데 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 증발식 응축기에서 유지보수가 용이한 응축기용 냉각파이프 블록을 하는데 있다.

도1은 종래의 증발식 응축기의 냉각파이프 블록의 측면도

도2는 냉각파이프 내에서의 열유동에 따른 상변화를 나타낸 도면.

도3는 본 고안에 따른 증발식 응축기의 냉각파이프 블록의 측면도.

도4는 본 고안에 따른 증발식 응축기의 냉각파이프 블록의 일부 확대도.

도5는 본 고안에 따른 증발식 응축기의 냉각파이프 블록의 헤더 상세도.

도6는 본 고안에 따른 증발식 응축기의 냉각파이프 블록의 다른 실시예에 따른 측면도.

※ 도면의 주요 부호에 대한 설명 ※

1 : 냉각파이프 블록 2 : 냉각파이프

3 : U자형 파이프 4 : 냉매가스 유입구

5 : 냉매액 출구 6 : 살수노즐

7 : 수조 8 : 펌프

9 : 팬 21 : 냉각파이프 블록

22 : 프레임 23, 23' : 냉각파이프

24 : 냉매가스 유입구 25 : 냉매액 출구

26 : 헤더 27 : 냉매액 배출관

28 : 냉매액

상기와 같은 본 고안의 목적을 달성하기 위해 본 고안의 증발식 응축기용 냉각파이프 블록은 프레임에 냉각파이프가 다단으로 고정되어 상부에서 하부로 냉매가스가 흐르도록 하는 냉동장치의 응축기에 있어서, 상기 냉각파이프는 일단에서는 인접한 상단의 파이프의 일단과 동일한 높이를 갖고, 타단에서는 인접한 하단의 파이프의 타단과 동일한 높이를 가지도록 홀수단과 짝수단이 기울기의 방향이 서로 반대가 되도록 상기 프레임에 고정되고, 양단이 막힌 파이프 형태로 형성되고, 하부에 냉매액 고이도록 상기 냉각파이프의 단부가 측면 중앙부에 연결되는 헤더가 다단으로 각각 구비되며, 상기 각각의 헤더를 수직으로 연결하는 냉매액 배출관이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 냉각파이프를 다수 구비하여 상기 프레임의 동일한 층에 평행하게 다수의 열로 고정되고, 단부는 상기 헤더에 연결되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 동일한 층을 이루는 냉각파이프에 동일한 기울기를 갖되 방향이 반대인 냉각파이프를 대향으로 추가로 배치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각파이프의 직경보다 헤더의 직경 또는 높이가 큰 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 이용하여 본 고안의 응축기용 냉각파이프 블록을 설명하면 다음과 같다.

프레임(22)은 본 고안의 냉각파이프 블록의 다른 구성요소를 지지하는 요소로서, 본 고안의 증발식 응축기용 냉각파이프 블록의 골격을 이룬다. 프레임(22)의 상부에는 공기를 유동시키는 팬(9), 엘리미네이트, 물을 살수시키는 살수노즐(6)등이 구비되고, 하부에는 물이 고이는 수조(7)가, 측면에는 물을 순환시키는 펌프(8)가 종래의 냉각파이프 블록과 마찬가지로 구비된다.

냉각파이프(23)는 도3과 같이 상기 프레임(22)에 일단에서는 인접한 상단의 파이프의 일단과 같은 높이를 갖고, 타단에서는 인접한 하단의 파이프의 타단과 같은 높이를 가지도록 홀수단과 짝수단이 기울기의 방향이 서로 반대가 되도록 상기 프레임(22)에 고정된다. 프레임(22)에 한 곳 이상이 고정되는 냉각파이프(23)는 프레임(22)의 상부부터 기울기를 가지되, 한 층씩 서로 다른 방향으로 기울기를 가지고 고정되도록 하여 측면에서 보면 지그재그 형태가 된다.

프레임(22)의 최상부에 동일한 층을 이루도록 다수의 열로 고정된 냉각파이프(23)는 서로 평행하게 고정된다. 이후, 다음 층을 이루게 될 같은 수의 냉각파이프(23)들도 서로 평행하고 일정한 기울기를 가진 채로, 일측 단부는 최상층을 형성하는 냉각파이프(23)의 하단부와 같은 높이를 갖도록 프레임(22)에 고정시킨다. 즉, 최상층의 냉각파이프(23)와 그 다음으로 인접하는 층을 이루는 냉각파이프(23)는 측면에서 보면 일단은 같은 높이이고, 일단을 중심으로 벌어지는 모양을 하고 있어서, '<' 또는 '>'과 같은 형상이 된다.

상기와 같은 방법에 의해서 프레임(22)의 상부에서 프레임의 하부까지 여러 층으로 냉각파이프(23)를 프레임(22)에 고정시켜서 측면에서 보면 지그재그 형태를 가지고, 냉각파이프(23)의 일단에서는 인접하는 상층의 냉각파이프(23)의 일단과 같은 높이를 갖고, 냉각파이프(23)의 타단에서는 인접한 하층의 냉각파이프(23)의 타단과 같은 높이를 갖도록 한다.

이때, 냉각파이프(23)의 양단부에서는 인접하는 상층 또는 하층의 단부와 같은 높이를 가지게 되므로, 서로 간섭하지 않도록 다열의 냉각파이프(23) 사이사이에 인접하는 상층 또는 하층의 냉각파이프(23)가 위치하도록 한다.

파이프와 유사한 형태를 갖는 헤더(26)는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 상기 냉각파이프(23)의 단부가 측면의 중앙부에 결합되어 분리된 각각의 냉각파이프(23)를 연결시킨다. 헤더(26)는 중공형으로 형성되고 측면에 상층의 냉각파이프(23)와 하층의 냉각파이프(23)가 번갈아 가면서 결합된다. 이러한 헤더(26)는 냉각파이프(23)가 교차되는 양단부에 위치하여 냉각파이프(23)를 연결시키도록 한다.

헤더(26)의 직경 또는 높이가 냉각파이프(23)의 직경보다 크도록 하여 헤더(26)의 내부는 냉각파이프(23)와 연결된 부분보다 낮은 부분이 형성이 형성되고, 냉각파이프(23)에서 응축된 냉매액이 일시적으로 고여서, 다른 냉각파이프(23)로 흘러가지 않도록 한다.

프레임(22)에 여러 층의 냉각파이프(23)를 결합하고, 냉각파이프(23)의 각각의 단부에 다수의 헤더(26)를 이용하여 각각의 냉각파이프(23)를 연결하여, 외부로의 유출없이 최상층의 냉각파이프(23)로 공급된 액체는 최하층의 냉각파이프(23)로 자연스럽게 흘러갈 수 있다. 이때, 헤더(26)는 측면에서 보면 같은 수직선상에 위치하도록 한다.

냉각파이프(23)의 양 단부에서 냉각파이프(23)와 결합되는 헤더(26)는, 상부에 위치한 헤더(26)와 하부에 위치한 헤더(26)를 냉매액 배출관(27)을 이용하여 연결시킨다. 헤더(26)의 내부에 일시적으로 고인 응축수는 일정한 수위를 넘게되면, 헤더(26)의 하부에서 냉매액 배출관(27)을 통하여 하부에 위치한 헤더(26)로 응축수(28)를 흐르고, 헤더(26) 하부와 헤더(26)의 측면에 연결된 냉각파이프(23) 사이의 높이차로 인하여 응축수는 헤더(26)의 측면에 위치한 냉각파이프(23)로 흘러가지 않게 된다.

프레임(22)에 다수의 냉각파이프(23)가 결합되고, 상기 냉각파이프(23)의 양단을 헤더(26)를 이용하여 연결하고, 헤더(26)는 냉매액 배출관(27)을 이용하여 연결한 본 고안의 응축기용 냉각파이프 블록에서 최상층의 냉각파이프(23)에서 헤더(26)와 연결되지 않는 일단은 냉매가스 유입구(24)와 연결되고, 최하층의 냉각파이프(23)에서도 헤더(26)와 연결되지 않는 일단은 냉매액 출구(25)에 연결된다.

각 헤더(26)를 연결한 냉매액 배출관(27)의 하단을 냉매액 출구(25)에 바로 연결할 수도 있으나, 냉매액을 과냉시키기 위해서, 최하단에 설치된 헤더(26)와 냉매액 출구(25)를 연결하지 않고, 열교환이 일어나고 있는 냉각파이프(23)을 거치도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 고안의 응축기용 냉각파이프 블록의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

냉매가스 유입구(24)을 통해 유입된 냉매가스는 상부에서는 물이 살수되고, 하부로부터 공기가 유입되어 표면에서 열에너지를 흡수되는 냉각파이프(23)를 거치면서 응축된다. 처음 유입된 기체상태의 냉매가스는 외부에서 물이 살수되고, 하부로부터의 공기유도에 의해서, 최상층 냉각파이프(23)에서 내부의 냉매가스와 외부의 냉각수 사이에 열교환이 일어난다.

냉각파이프(23)의 표면을 통해 분사되는 물과 냉매 사이의 열교환에 의해 냉매가스의 일부가 적은 양이지만 소량의 냉매가 응축수로 응축된다. 냉각파이프(23)를 통과하는 동안 냉매의 일부가 응축되어 냉매액이 발생되고, 이렇게 생성된 냉매액는 냉각파이프(23)내에서 냉매와 함께 흘러간다.

냉각파이프(23)에 흘러가던 냉매가스와 냉매액는 냉각파이프(23)의 단부에 결합된 헤더(26)에서 냉매액(28)는 헤더(26) 내부 하부에 일시적으로 고이고, 증기상태의 냉매가스는 다시 이어지는 냉각파이프(23)를 통해서 흐른다. 계속해서 냉각파이프(23)를 통해 흐르는 냉매는 마찬가지 과정에 의해서 냉매액는 헤더(26)의 내부하단에 고이고, 기체 상태의 냉매가스는 계속해서 연결된 냉각파이프(23)를 통해 흐른다.

냉매가스는 상부의 냉각파이프(23)에서 하부의 냉각파이프(23)로 갈수록 외부에 냉각수가 살수되는 냉각파이프(23)내에서 응축되고, 헤더(26)의 하단에 일시적으로 고인 냉매액은 헤더(26)에 연결된 냉매액 배출관(27)을 통해서 배출된다. 각 냉각파이프(23)를 통과하면서 응축된 냉매액은 헤더(26)의 하단부에 일시적으로 모인다. 헤더(26)의 측면에 연결된 냉각파이프(23)의 직경보다 헤더(26)의 직경이 크고, 냉각파이프(23)가 헤더(26)의 중간 부분에 연결되기 때문에 헤더(26) 내부의 하단부에 냉매액이 모이게 된다.

헤더(26)에 모인 냉매액은 헤더(26)와 연결된 냉매액 배출관(27)을 통해 배출된다. 헤더(26)의 하부와 연결된 냉매액 배출관(27)을 통해서 냉매가스와 달리 냉각파이프(23)를 거치지 않고 하부로 흐르고, 최하단의 헤더(26)에 모인 냉매액은 헤더(26)에 하향으로 연결된 냉각파이프(23)로 보내진다. 응축된 냉매액이 냉각파이프(23)를 지나는 동안 외부와 열교환하므로 과냉상태에서 냉매액 출구(25)로 배출되어 다음 과정인 팽창밸프(미도시)로 보내진다.

상기와 같은 과정에 의해서 프레임(22)의 하부에 고정된 냉각파이프(23)를 제외한 냉각파이프(23)의 내부는 항상 냉매가스가 흐르게 되고, 냉각파이프(23)에서 응축된 냉매액은 각 층의 냉각파이프(23) 단부에 결합된 헤더(26)를 통해서 배출된다.

한편, 본 고안의 다른 실시예로서 도6에 점선으로 표시된 것과 같이 동일한 크기의 냉각파이프 블록내에서 열교환 성능을 향상시키기 위해서 최상층부터 최하층까지 냉각파이프(23') 열을 서로 대향하도록 프레임(22)에 추가로 고정시킬 수도 있다.

전술한 실시예에서, 같은 층을 이루고 있는 다수 열의 냉각파이프(23) 사이사이에 추가로 동일한 기울기를 갖되, 방향이 반대가 되도록 동일한 다수 열의 냉각파이프(23')를 프레임(22)에 고정시키고, 양단부에 헤더(26)를 결합시켜서, 측면에서 보면 전술한 실시예의 냉각파이프 블록(21)과 상기 냉각파이프 블록(21)을 대칭시켜 중첩한 것과 같이 보인다.

추가로 고정된 냉각파이프(23)의 양단에도 동일한 헤더(26)를 결합하고, 동일한 수직선상에 위치한 헤더(26)를 냉매액 배출관(27)으로 연결시킨다.

또한, 냉각파이프 블록(21)의 선단부인 최상부의 냉매가스 유입구(24)에서는 전술한 실시예의 냉각파이프(23)외에 추가로 고정된 냉각파이프(23')로 냉매가스가 흐르도록 분기되고, 말단부인 냉매액 출구(25)에서는 각각의 냉각파이프(23,23')와 연결되어 합해져서 다음 구성 요소에 연결되도록 한다.

이 경우에도 작용은 전술한 바와 마찬가지로 유입된 냉매가스 중에서 응축된 냉매액은 헤더(26)에 모여 냉매액 배출관(27)을 통해 하부로 배출되고, 냉각파이프(23)내에는 냉매가스가 원활하게 흐르도록 하여 열교환 효율이 향상된다.

본 고안에 따른 응축기용 냉각파이프 블록은 냉각파이프 내부를 흐르는 냉매가스중에서 액체로 응축된 냉매액을 외부로 배출시킴으로써, 냉각파이프 내부에서 냉매가스의 흐름을 원활하게 하여, 냉매가스와 외부와의 열교환 효율을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 냉각파이프 블록의 열교환 효율이 향상시킬수 있으므로, 동일한 성능을 얻기 위해서는 냉각파이프 블록의 크기를 소형화시킬수 있고, 동일한 크기에서는 향상된 냉각성능을 얻을 수 있다.

아울러, 냉각파이프 블록을 구성하는 냉각파이프를 헤더부분에 일렬로 배열하여 접합시킴으로써, 좁은 공간에서도 작업에 필요한 공간을 충분히 확보할 수 있어서 유지보수가 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 프레임에 냉각파이프가 다단으로 고정되어 상부에서 하부로 냉매가스가 흐르도록 하는 냉동장치의 응축기에 있어서,

   상기 냉각파이프는 일단에서는 인접한 상단 파이프의 일단과 동일한 높이를 갖고, 타단에서는 인접한 하단 파이프의 타단과 동일한 높이를 가지도록 홀수단과 짝수단이 기울기의 방향이 서로 반대가 되도록 상기 프레임에 고정되고,

   양단이 막힌 파이프 형태로 형성되고, 하부에 냉매액이 고이도록 상기 냉각파이프의 단부가 측면 중앙부에 연결되는 헤더가 다단으로 각각 구비되며,

   상기 각각의 헤더를 수직으로 연결하는 냉매액 배출관이 구비된 것을 특징으로 하는 증발식 응축기의 냉각파이프 블록.
2. 제1항에 있어서,

   상기 냉각파이프를 다수 구비하여 상기 프레임의 동일한 층에 평행하게 다수의 열로 고정되고, 단부는 상기 헤더에 연결되는 것을 특징으로 증발식 응축기의 냉각파이프 블록.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   동일한 층을 이루는 냉각파이프에 동일한 기울기를 갖되 방향이 반대인 냉각파이프를 대향으로 추가로 배치하는 것을 특징으로 하는 증발식 응축기의 냉각파이프 블록.
4. 제1항에 있어서,

   상기 냉각파이프의 직경보다 헤더의 직경 또는 높이가 큰 것을 특징으로 하는 증발식 응축기의 냉각파이프 블록.