KR200339440Y1 - 냉각 핀 없는 증발응축기 - Google Patents

Abstract

종래의 냉각 핀을 사용하지 않는 증발식 매질 응축기는 다음을 포함한다: 주로 종래의 둥근 단면의 튜브 대신에 매질 코일에 대해 평행하게 배열된 다수의 유선형 단면의 금속 나관; 계속적으로 보지되는(held) 물막이 형성된 코일 튜브의 표면위로 미세 물입자를 스프레이 하기 위한 다수의 물 분무노즐을 구비한 재순환 물공급시스템; 상기 유선형 단면의 큰 전두부에서 점차 감소되는 후미부 방향으로 상기 유선형 튜브 위로 부는 기류(wind flow)를 제공하며 높은 냉각효율을 개선하여 높은 E.E.R.에 도달하도록 하기 위해 상기 코일 튜브의 표면에서 상기 물막의 증발이 가속되도록 그곳에 저압지대를 제공하는 팬 시스템.

Description

냉각 핀 없는 증발응축기{EVAPORATIVE CONDENSER WITHOUT COOLING FINS}

본 고안은 증발응축기에 주로 관계되는 종래의 냉각핀을 사용하지 않는 에어 컨디셔닝 시스템의 외부장치인 증발식 매질 응축기에 관한 것이다. 상세하게는 냉각 핀을 사용하지 않고 유선형 나관 자체에 의해 증발효율을 매우 높이기 위하여 다수의 유선형 단면의 금속나관(bare metal tubes)이 매질 코일에 대해 종래의 둥근 튜브 코일을 대신하여 사용되며, 종래 냉각 핀 사이의 상기 코일 튜브에 먼지 및 침전물이 퇴적될 가능성을 완전히 배제하므로서, 긴 수명과 보수 및 청소의 편리를 제공할 수 있는 에어 컨디셔닝 시스템의 외부장치인 증발식 매질 응축기에 관한 것이다.

상기 에어 컨디셔닝 시스템은 우리의 일상생활에서 매우 중요한 설비이며, 에너지원을 절약하기 위해, 에어 컨디셔닝 시스템의 E.E.R.을 개선시키는 문제가 설계자나 제조자가 풀어야 할 목표이며, 따라서 상기 매질 코일을 냉각시키기 위한 열소실 타입이 공기냉각으로 부터 물냉각으로 개선되고 증발식 냉각으로 제안되고 있다.

이론적으로, 물 1Kg은 증발되는 동안 잠열 539Kcal를 흡수하나, 1Kg의 냉각수 온도를 물냉각시스템이 얻을 수 있는 최대값으로 30℃를 올리는 동안 30Kcal만의 열을 흡수하며, 그 차이는 18배 이다.

그러나, 요즈음 시장에 나와 있는 증발식 냉각시스템의 대다수가 순수한 증발시스템이 아니고 공기냉각, 물냉각 및 증발식 냉각의 혼합이다. 왜냐하면:

첫째, 매질 코일에 대해 여전히 종래의 둥근 튜브가 사용된다. 도1a 에서 알 수 있는 것처럼, 기류(W)는 상부에 물막(water films)층을 구비한 둥근 단면 튜브(110)의 전단부(A)에 부딪혀 둘로 나뉘어 화살표로 나타낸 바와 같이 각각 상기 튜브(110) 직경의 대향하는 두 지점(D, D')을 통해 지점(F, F')까지 상기 튜브(110)의 표면 둘레를 흐른 다음, 상기 코일의 다음 열의 튜브(110')까지 흐른다. 이 경우에, 다음과 같은 많은 결점이 발생한다:

1. 상기 기류(W)는 호 FEF'의 굽은 표면인 후부 위로는 불지 않으며(E는 상기 튜브(110)의 끝단부이다) 이는 일종의 낭비이다.

2. 와전류는 후단부(E) 뒤에 발생되며 무풍구역도 발생하여 다음 열(row)의 튜브(110')의 효과를 저하시킨다.

3. 본질적으로 증발효율은 충분히 발휘되지 못하고 상기 기류(W)는 대기압하에서 굽은 구역인 ADF 및 ADF'의 표면위의 물막 위로 흐른다.

둘째, 냉각 핀이 13~17 p/inch 와 같은 고밀도로 여전히 사용되며, 두 인접한 핀 사이의 간극을 물층(water layers)이 채우지만 어떤 물막도 증발용으로 상기 핀 위에 생성되지 않으므로 사실상 순수한 증발 시스템이 아니다.

도1b 는 매질 코일에 대해 종래의 둥근 튜브 대신 본 고안에 따른 유선형 단면 튜브(120)를 보인다. 기류(W)가 상기 유선형 튜브(120)의 큰 머리부의전단부(A)에 부딪혀 직경(DD')을 관통하는 튜브(120)의 표면 둘레의 두개의 대향하는 경로로 나누어져, 각각 공기역학의 이론에 따라, 점차 감소하는 후부인 커브(DE, D'E')까지 흐른다. 상기 기류(W)는 상기 감소된 구역의 표면(DE, D'E') 둘레를 여전히 가깝게 흐르며, 더우기, 빠른 가속도가 그 위에 큰 네가티브 압력을 제공하도록 발생하여, 물막(water film)이 기류(W)내에 있는 상기 유선형 튜브(120)의 표면위에 계속하여 유지됨에 따라 극저압 하의 상온에서도 쉽게 증발된다. 물증발에 의해 많은 양의 잠열이 상기 튜브(120)내의 기체상태 매질로 부터 흡수되어 저온이 생성되며, 매질 응축기의 낮은 임계 압력은 낮은 온도의 매질을 기체상태로 부터 액체상태로 압축시키는데 필요하며 그럼으로서 E.E.R.을 개선하여 에너지를 절감한다.

실제적으로 유선형 단면은 반반씩 2개의 다른 타원으로 결합될 수 있다. 도2a 는 직경이 D인 둥근 튜브(R)를 둔각로 경사지게 자른 면의 투영도인 제1타원 "A"를 나타내고, 도2b 는 직경이 D인 동일한 둥근 튜브(R)를 예각로 자른 면의 투영도인 제2타원 "B"를 나타내고, 도2c 는 타원 "A"의 좌측 반과 타원 "B"의 우측 반이 결합된 유선형 튜브의 단면도이다. 본 고안에서 사용된 경사각및의 바람직한 값은;

=60°±5°,=25°±5°

도2a, 2b, 2c 에서, 실질적으로=60°,=25°이다.

또한, 유선형 단면은 대칭적인 에어포일(aerofoil)의 단면과 다르며, 대칭적인 에어포일 단면의 튜브는 미국특허 3,885,936 및 일본특허 63,096,490의 공지된 기술의 도면에서 알 수 있다. 상기 튜브의 후단부는 좁은 예각 형태인 반면에, 본 고안의 유선형 단면 튜브의 후단부는 도1b 에서 보여주는 것처럼 튜브 내부에 좁은 예각 끝단이 생기는 것을 피하도록 볼록 곡면을 가진 타원 단부로 주로 형성된다. 튜브 내부의 좁은 예각형태는 상기의 종래 기술에서 주장된 것과 같이 보통의 열교환기에 대해서는 어떠한 영향도 주지 않으나, 매질 응축기로 사용되는 데는 심각한 결점이 있다. 왜냐하면, 매질이 튜브내의 좁은 예각부를 흐를때 높은 마찰 손실에 의해 많은 양의 압력강하가 발생하기 때문이며, 매질 응축기의 과잉전력이 상기 압력강하 손실을 회복하는데 요구되므로, E.E.R.은 개선되지 않는다.

도3은 본 고안에서 사용되는 유선형 튜브의 다른 실시예를 보이며, 유선형 튜브(120)는 후단부 끝단으로 부터 연장된 꼬리핀(122)이 있어 상기 열소실을 증가시킨다.

본 고안은 종래의 매질 응축기의 단점을 공기역학의 이론에 따라 해결할 수 있도록 고안된 새로운 디자인이다.

그러므로, 본 고안의 주요 목적은 공기역학 이론에 따라 다수의 유선형 단면으로 구성된 매질 응축기를 제공하여 높은 증발열소실 효율을 개선시키는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 종래의 냉각핀을 사용하지 않는 매질 응축기를 제공하여, 종래의 냉각핀 사이의 코일튜브 위에 먼지 및 침전물이 침전되는 것을 방지함으로서 긴 수명을 유지할 수 있도록 한다.

본 고안의 또 다른 목적은 종래의 냉각핀이 없는 매질 응축기를 제공하여, 제조 비용과 그에 따른 노동력을 절감시키고, 유지보수 및 청소하는데 편리를 제공한다.

도1a는 둥근 튜브위로 부는 기류를 나타낸다.

도1b는 공기역학에 따라 유선형 단면튜브 위로 부는 기류를 나타낸다.

도2a,2b,2c는 두개의 다른 타원으로 구성된 유선형 단면을 나타낸다.

도3은 후단부로 부터 연장된 꼬리핀을 구비한 유선형 튜브를 나타낸다.

도4는 본 고안에 따른 상방향으로 부는 타입의 증발응축기의 바람직한 실시예의 정면도.

도4a는 도4의 측면도.

도5는 본 고안에 따른 하방향으로 부는 타입의 증발응축기의 다른 바람직한 실시예의 정면도.

도5a는 도5의 측면도.

도6은 코일 튜브의 내부로 삽입된 부가적인 물공급노즐을 보이는 측면도.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

110, 110': 둥근 단면 튜브 120: 유선형 단면 튜브

200, 300: 증발응축기 201, 301: 매질 코일세트

202, 302: 분무노즐 203, 303: 팬

205: 셔터 206: 물 수집팬

207: 물 저장용기 209: 재생물 온도 감소층

210: 케이싱

도4 및 도4a를 참조하면, 본 고안에 따른 상방향으로 흐르는 타입의 증발응축기(200)의 바람직한 실시예는 두개의 대향하는 지지 플레이트(220)에 측면으로 고정된 다수의 병렬 유선형 튜브로 구성된 바순(basin)타입의 매질 코일세트(201)를 포함하며, 상기 유선형 튜브는 다수의 물 분무노즐(202)로 부터 상방향으로 스프레이되는 물안개 일부를 받아들여서 상기 튜브의 표면에 연속적으로 물막(water film)을 제공하도록 그 머리부가 하방향을 향하고; 전 케이싱(210)의 지붕에 있는 출구 개구부에 위치된 기류공급 시스템의 적어도 하나의 팬(203)도 포함하며, 열을 배출시키고 습기를 증발시키기 위해 상기 케이싱(210) 둘레의 다수의 셔터(shutters)로 부터 기류를 끌어들이며, 기류는 상기 유선형 튜브(208)의 표면위의 물막 위를 휩쓸고 지나가고, 상기 물막은 큰 네가티브 압력이 발생된 환경의 상온에서 빠르게 증발되어, 많은 양의 증발 잠열이 상기 코일내에 흐르는 기체상태의 매질로 부터 흡수되어 매우 낮은 온도에 도달할 수 있으며, 상기 매질은 상당히 낮은 임계압력에 의해 쉽게 응축되어 높은 E.E.R.을 얻도록 매질 압축기의 소비전력을 절감하도록 하며; 배출되기 전에 뜨거운 공기와 습기로 부터 물분자를 분리시키기 위해 상기 코일세트(201) 위의 상기 팬(203) 밑에 위치된 얇은 플라스틱 편으로 구성된 기체-물 분리층(204)도 포함하며, 물 수집팬(collecting pan)(206)은 낙하된 잔여물(residual water)을 수집하기 위하여 상기 코일세트(201) 밑에 위치되며; 상기 물 수집팬(206)의 일측 밑에 위치하며 상기 물 분무노즐(202)로 물을 펌프하는 작은 사이즈의 고압 물펌프(미도시)를 구비한 물 저장용기(207)도 포함하며, 플로팅 밸브(floating valve)(미도시)가 수도입구(미도시)를 제어하여 상기 물 저장용기(207)내의 적절한 일정수위를 유지하며; 상기 잔여물을 냉각시켜 재생시스템 내의 물온도 상승이 축적되지 않도록 상기 물 수집팬(206) 위에 위치된 불규칙적으로 대면해 있는 다수의 핀으로 구성된 재생물온도 감소층(209)도 포함한다.

도5 및 도5a를 참조하면, 본 고안에 따른 하방향으로 부는 타입의 증발응축기(300)의 바람직한 실시예를 나타내는데, 도4 및 도4a의 상방향으로 흐르는 타입의 실시예와 유일한 차이는 기류의 방향이 상기 케이싱(210)의 꼭대기에 있는 개구부내의 상기 팬(303)으로 부터 하방향으로 역으로 불어 상기 셔터(205)에서 열과 습기를 배출한다는 것이다. 따라서, 유선형 튜브의 코일세트(301)도 하방향 기류에 대향하여 상방향으로 유선형 튜브의 큰 머리부가 있는 역 형태이다; 다수의 물안개 분무노즐(302)이 상기 팬(303) 밑의 상기 코일세트(301) 위 상부에 위치되며, 기체-물 분리층(304)은 상기 코일세트(301) 밑에 분리되도록 위치되어 상기 도4 및 도4a에서 설명된 것처럼 재생시스템의 상기 수집팬(206)으로 상기 잔여물을 냉각시킨다.

마지막으로, 도6을 참조하면, 큰 사이즈의 코일세트(201)를 가진 본 고안에 따른 다른 바람직한 실시예를 나타낸다. 여기서, 다수의 부가된 물안개 분무노즐(202)은 코일세트(201)의 코일튜브의 층 사이 공간에 삽입되어 상기 유선형 튜브의 표면위로 적절한 물막을 스프레이 함으로서 증발효율을 증가시킨다.

상기 도형들은 상방향 및 하방향으로 부는 타입의 본 고안에 따른 몇 종류의 바람직한 실시예를 보이는 것일 뿐이며, 이에 대한 제한을 가하는 것은 아니다. 측면에서 부는 타입, 경사지게 부는 타입등과 같은 냉각핀 없는 유선형 튜브를 사용하는 증발응축기도 본 고안에 명백하게 포함된다.

상기의 구성에 의해, 본 고안에 따른 냉각 핀 없는 증발응축기는 유선형 튜브 위로 부는 기류를 제공하며 높은 냉각효율로 개선하는 한편, 높은 E.E.R.에 도달하도록 하며, 상기 코일 튜브의 표면에서 상기 물막의 증발이 가속되는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 전두부와 후미부가 있으며, 두개의 대향하는 단부가 두개의 지지 플레이트(plates)에 고정된 다수의 유선형 측단면의 금속나관(bare metal tubes)을 포함하는 매질 코일바디(medium coil body)와;

   상기 코일튜브의 표면에 연속적으로 물막(water film)을 제공하는 물공급 시스템과;

   상기 유선형 튜브의 상기 후미부의 표면에 걸쳐서 전체적으로 상기 전두부를 향하는 방향으로 기류를 제공하는 기류시스템을 포함하며,

   상기 물막을 급격하게 증발시켜 증발하는 물이 많은 양의 잠열을 흡수하도록 하며, 상기 타입의 기류시스템은 기류의 방향, 즉 상방향으로 부는 타입, 하방향으로 부는 타입, 측방향으로 부는 타입 및 경사지게 부는 타입에 의해 분류되는 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유선형 튜브의 단면의 전두부는 더 짧고 점차적으로 확대되는 형태인 반면에 상기 후미부는 더 길고 점차적으로 감소되는 형태인 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유선형 단면 튜브는 상기 후미부 후단으로 부터 연장된 꼬리 핀을 구비한 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 물공급 시스템이

   상기 코일튜브의 표면에 연속적으로 물안개 입자를 스프레이 하기 위한 다수의 물 분무노즐과;

   상기 매질 코일바디 밑에 위치되어 제때에 증발되지 않고 낙하되는 잔여물(residual water)을 수집하는 물 수집팬과;

   상기 물 수집팬으로 부터 상기 잔여물을 수용하며, 예정된 수위를 유지하기 위해 수도입구를 제어하는 플로팅 밸브(floating valve) 및 물을 공급하기 위한 작은 사이즈의 고압 물펌프 또는 상기 분무노즐을 구비한 물 저장용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 상방향으로 부는 타입의 장치는

   전두부가 하방향을 향하고 있는 상기 매질 코일바디(coil body)의 상기 다수의 유선형 튜브와;

   상기 유선형 튜브의 표면 위에 상방향으로 물입자를 스프레이 하도록 상기 매질 코일바디(coil body) 밑에 위치된 적어도 하나의 상기 물 분무노즐과;

   지붕에 있는 출구 개구부내에 위치된 상기 기류시스템의 적어도 하나의 배출팬을 포함하여,

   상기 매질 코일바디(coil body)를 관통해 상방향으로 바람을 끌어올려 상기 유선형 튜브의 표면위의 물증발을 가속시키고 그로인해 열과 뜨거운 공기를 배출하도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 하방향으로 부는 타입의 장치는

   전두부가 상방향을 향하고 있는 상기 매질 코일바디(coil body)의 다수의 유선형 튜브와;

   상기 유선형 튜브의 표면 위에 하방향으로 물입자를 스프레이 하여 물막을 형성하도록 상기 매질 코일바디(coil body) 위에 위치된 적어도 하나의 상기 물 분무노즐과;

   지붕에 있는 공기입구 개구부내에 위치된 상기 기류시스템의 적어도 하나의 전자팬을 포함하여,

   상기 전두부로 부터 상기 후미의 감소되는 부분에 걸쳐서 상기 유선형 튜브를 관통해 하방향으로 바람을 공급하는 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 기류시스템은 공기로 부터 물입자를 분리하도록 상기 배출팬 밑에 위치된 플라스틱편으로 구성된 기체-물 분리층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 기류시스템은 공기와 스팀(steam)으로 부터 잔여(residual)물입자를 분리하도록 상기 매질 코일바디(coil body) 밑에 위치된 플라스틱편으로 구성된 기체-물 분리층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
9. 제 4 항에 있어서,

   상기 물공급 시스템이 층을 이루는 물입자층을 공급하기 위해 상기 매질 코일바디(coil body)내의 유선형 튜브층 사이에 부가되는 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
10. 제 4 항에 있어서,

    상기 물공급 시스템은 재생물의 온도상승이 축적되지 않도록 상기 물 수집팬으로 수집되기 전에 잔여물을 냉각시키기 위한 잔여물 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 잔여물 열교환기가 다수의 수직 플라스틱 핀층으로 구성된 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 열교환기의 상기 플라스틱 핀이 올록볼록한(concave and convex) 불규칙한 형태의 표면을 가진 것을 특징으로 하는 냉각 핀 없는 증발응축기.