KR20100039206A - 열교환 효율을 증대시킨 구조를 갖는 열교환 탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열교환 탱크는 가열 또는 냉각 효율을 증대시킨 것으로, 열매체 순환 용기(10), 상기 열매체 순환 용기(10)의 표면에 형성되어 열매체가 통과하기 위한 관로(11), 및 상기 열매체 순환 용기(10)의 내부에 삽입되어 상기 관로(11) 내부에 열매체 통로(14)를 형성하기 위한 대상 용기(20)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

열교환기, 탱크, 냉매, 가열, 열매체

Description

열교환 효율을 증대시킨 구조를 갖는 열교환 탱크{Heat Exchanger with Improved Efficiency Thereof}

본 발명은 열교환 탱크에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 용기의 내부 온도를 고온 또는 저온으로 유지시키기 위한 열매체와의 접촉 면적을 증대시킨 구조를 가짐으로써 열교환 효율을 증대시키며, 아울러 냉장고 또는 온장고로도 사용할 수 있는 열교환 탱크에 관한 것이다.

일반적으로 간이 냉장고나 보온통에는 열교환 기술이 응용된다. 열교환 기술이란 온도차가 나는 열매체와 대상 물체의 두 가지 물질(주로 유체)을 직접적 또는 간접적으로 접촉시켜 열전달 현상 및 열평형 현상을 이용하여 소정의 온도로 유지시키기 위한 기술을 말한다.

이러한 열교환 기술은 산업용, 가정용 냉동, 보온 또는 가열기기에 널리 응용되고 있는데, 본 발명은 간이 냉장고 또는 소정의 보온 및 가열통으로 사용될 수 있는 열교환 탱크에 관한 것이다.

종래의 열교환 탱크의 개략적인 구조를 도 1에 도시하고 있다. 도 1에 도시 된 바와 같이, 냉각 또는 가열시킬 대상 물체를 담아 놓기 위한 대상 용기(100)의 주변에 호스(101)를 둘러놓은 구조를 갖고 있다. 대상 용기(100)와 호스(101)는 열전도율이 좋은 물질로 한다. 호스(101)의 내부로 대상 물체보다 상대적으로 저온 또는 고온인 열매체를 주입 및 순환시켜, 대상 용기(100)의 내부를 저온 또는 고온의 소정 온도로 변화시킨다.

도 2는 도 1의 A 부분에 대한 단면도이다. 열매체가 호스(101) 내부를 순환할 때, 열매체가 가지고 있는 열은 호스(101) 표면과 대상용기(100)의 표면을 열전도의 방식으로 통과하여 대상 용기(101)의 내부 온도를 변화시키는 것이다.

이러한 종래의 열교환 탱크(이하 '종래기술 1')는 (1) 열전도시 열이 호스(101) 자체의 표면과 대상 용기(100)의 표면을 통과하여야 하기 때문에 열전도 거리 및 시간이 증대되어 전도 효율이 떨어지게 되고, (2) 도 2에서 보는 바와 같이, 호스(101)와 대상 용기(100)가 접촉하는 면적이 매우 작기 때문에 그로 인한 열전도 효율이 매우 떨어지게 되는 문제점이 있다.

한편, 대한민국특허공개 제2004-69476호에 개시된 발명(이하 '종래기술 2')은 두 개의 전열금속체(30, 32) 사이에 냉매 유로(36)가 형성될 부위 이외에 접착재(40)를 도포한 후 두 개의 전열금속체(30, 32)를 부착하고, 상기 접착재(40)에 의해 부착되지 않는 부위 사이에 고압 공기를 주입하면, 접착재(40)에 의해 부착되지 않는 부위가 확장되면서 냉매 유로(36)가 형성되는 열교환기 구조에 대하여 개시하고 있다.

그러나 종래기술 2의 경우에, 외부 전열 금속체(32)와 내부 전열 금속체(30) 가 접착재(40)를 이용하여 부착되어 있고, 접착재가 부착되지 않는 부위에 고압공기를 불어 넣어 냉매유로(36)를 형성하도록 하고 있어 고압 공기에 의한 확장정도가 불균일하여 냉매유로(36) 일측에서 압력강하 또는 냉매막힘 현상 등이 생기는 문제점이 발생한다.

또한, 종래기술 2는 직냉식 냉장고로 설계되어 있어 냉매 대신 가열된 열매체를 사용할 수 없다. 온장고로 사용하기 위해 고온의 열매체를 사용하는 경우 접착제 부위에 습기 등이 침투하게 되고, 이 습기 등이 온도변화에 따라 팽창과 수축을 반복하게 되면 접착재의 접착력이 저하되어 밀폐된 부분을 벌어놓는 크랙 현상이 발생하는 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 종래의 열교환 탱크의 열효율이 떨어지는 구조적인 문제점을 개선함과 동시에 냉장고 및 온장고로 동시에 사용할 수 있는 새로운 구조를 갖는 열교환 탱크를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 열매체의 열을 대상 물체로 전달하는 과정에서 열손실이 보다 적고 열전도 효율이 좋은 열교환 탱크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 냉매나 고온의 열매체 중 어느 것이든 순환시킬 수 있어 냉장고 또는 온장고로 필요에 따라 사용할 수 있는 열교환 탱크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열매체와 대상용기 사이의 열전도 거리를 단축시켜 열전달 효율을 증대시킨 열교환 탱크를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열매체와 대상용기의 접촉면적을 증대시켜 열매체의 열을 효율적으로 전달할 수 있는 구조를 갖는 열교환 탱크를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 열교환 탱크는 열매체 순환 용기(10), 상기 열매체 순환 용기(10)의 표면에 형성되어 열매체가 통과하기 위한 관로(11), 및 상기 열매체 순환 용기(10)의 내부에 삽입되어 상기 관로(11) 내부에 열매체 통로(14)를 형성하기 위한 대상 용기(20)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 관로(11)의 양 끝단에는 유입구(12) 및 유출구(13)가 각각 형성된다.

본 발명은 상기 열매체 순환 용기(10)와 대상 용기(20)의 사이에 밀착되는 실링 부재(15)를 더 포함하여도 좋다.

본 발명은 상기 열매체 순환 용기(10)의 외부에 단열재(30) 및 이 단열재(30)의 외부에 외부 용기(40)를 더 포함하여도 좋다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환 탱크는 열매체 순환 용기(10), 상기 열매체 순환 용기(10)의 표면에 형성되어 열매체가 통과하기 위한 관로(11),및 상기 열매체 순환 용기(10)의 외부에 삽입되어 상기 관로(11) 내부에 열매체 통로(14)를 형성하기 위한 대상 용기(20)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 열매체의 열을 대상 물체로 전달하는 과정에서 열손실이 보다 적고 열전도 효율이 좋으며, 냉장고 또는 온장고로도 사용할 수 있는 열교환 탱크를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

이하 본 발명의 내용을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 열교환 탱크의 구조를 나타낸 분해 사시도이며, 도 4는 결합 사시도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환 탱크는 열매채가 지나갈 수 있는 관로(11)가 열매체 순환 용기(10)의 외부에 형성되어 있다. 바람직하게 상기 관로(11)는 나선형으로 형성한다. 상기 열매체 순환 용기(10)의 내부에는 대상 용기(20)가 밀착 삽입된다.

대상 용기(20)는 냉각 또는 가열되기 위한 대상 물체가 담겨지는 용기이다. 따라서 바람직하게 대상 용기(20)는 열전도율이 좋은 금속으로 제작하며, 더 바람직하게는 부식 등을 방지하기 위한 스테인레스 재질이 좋다.

이와 같이, 대상 용기(20)가 열매체 순환 용기(10) 내부에 밀착되면, 도 4에 도시된 형태가 된다. 관로(11)의 양 끝단에는 열매체가 유입되기 위한 유입구(12) 및 열매체가 유출되기 위한 유출구(13)가 형성된다. 열매체는 유입구(12)로 유입되어 관로(11)를 통해 유출구(13)로 흐르게 된다. 상기 유입구(12) 및 유출구(13)는 순환 펌프(도시되지 않음)에 의하여 순환하도록 구성할 수 있다.

열매체 순환 용기(10)와 대상 용기(20)는 밀착되어 결합되는 것이 중요하다. 열매체의 순환시 순환 경로가 원활하게 형성되어야 하기 때문이다. 따라서, 도 4의 B 부분에 대한 단면도인 도 5에 도시된 바와 같이, 열매체 순환 용기(10)는 대상 용기(20)에 밀착되며, 밀착되는 방식은 압착, 용접 등 다양한 방법을 적용하여도 좋다. 바람직하게는 관로와 관로 사이를 용접함으로써 밀착시킨다. 이와 같이, 열매체 순환 용기(10)와 대상 용기(20)가 밀착되어 있으면, 관로(11)의 내부에 열매체 통로(14)가 형성된다. 이 열매체 통로(14)를 통해 열매체가 순환하는 것이다.

예를 들어, 대상 용기(20)의 내부에 담겨진 대상 물체가 저온으로 유지해야 하는 식품 등일 경우, 열매체로써 냉매를 열매체 통로(14)로 순환시켜 주면, 냉매 의 저온이 열매체 순환 용기(10)의 관로(11) 내부를 순환하면서, 대상 용기(20)에 전달된다. 따라서, 대상 용기(20)가 소정의 온도로 냉각되는 것이다. 반대로, 대상 물체가 고온으로 유지해야 하는 식품 등일 경우, 고온의 유체를 열매체로 사용하면, 대상 용기(20)의 내부가 소정의 온도로 가열될 수 있다. 아울러, 적당한 온도로 열매체를 순환시켜 주면, 대상 용기(20)의 내부를 소정의 온도로 유지시킬 수도 있다. 한편, 상기 열매체 순환 용기(10)는 열전도율이 좋은 금속으로 제작하며, 더 바람직하게는 부식 등을 방지하기 위한 스테인레스 재질이 좋다.

이와 같은 열교환 탱크의 구조에 의하면, 열매체 통로(14)를 순환하는 열매체의 열이 대상 용기(20)에 직접 전달됨으로써 열전달 속도 및 효율이 좋으며, 열매체 통로(14)와 대상 용기(20)의 접촉 면적이 종래의 경우보다 훨씬 넓기 때문에 열전달 효율이 높다.

한편, 본 발명에 따른 열교환 탱크는 바람직하게 대상 용기(20)와 열매체 순환 용기(10)가 스테인레스 재질이기 때문에, 용기의 내외부에 보온 코팅이 가능하다. 종래기술 2의 경우 양은 재질의 용기에 유로를 접착재로 밀봉하기 때문에 보온 코팅이 불가능하다.

도 6은 실링 부재(15)를 사용한 열교환 탱크 구조의 단면을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 열매체 순환 용기(10)와 대상 용기(20) 사이에 실링 부재(15)를 형성함으로써, 열매체 통로(14)를 보다 월활하게 형성할 수도 있다. 실링 부재(15)는 고무 재질의 통상의 O-링 형태일 수도 있으며, 실리콘, 멜라민 수 지, 금속 분말 등 압착 가공이 용이한 물질일 수도 있다.

본 발명의 상기 열매체 통로(14)를 통과하는 열매체는 냉동의 경우 냉매 가스 등을 보온 또는 가열의 경우 실리콘 오일이나 물을 사용할 수 있다. 특히 상온 정도의 온도로 보온하는 경우 물을 열매체로 사용하면 비용을 절감할 수도 있다.

도 7은 단열재와 외부 용기를 사용한 열교환 탱크의 분해 사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 열매체 순환 용기(10)의 외부에 단열재(30)를 감고 외부 용기(40)를 덮어 사용하여도 좋다. 이는 당업자의 필요에 따라 설계 변경이 가능하다.

이상과 같이 설명한, 본 발명의 구조에서, 상기 관로(11)는 열매체 순환 용기(10)의 내부에 형성되어도 좋다. 이 경우 대상 용기(20)는 열매체 순환 용기(10)의 외부에 밀착 결합되며, 냉각 또는 가열될 대상 물체는 열매체 순환 용기(10)의 내부에 위치하게 된다. 본 발명은 이러한 구조의 열교환 탱크를 포함한다.

아래 특허청구범위에 기재된 본 발명의 균등 범위의 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

도 1은 종래의 열교환 탱크의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 2는 도 1의 A 부분에 대한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 열교환 탱크의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 열교환 탱크의 구조를 나타낸 결합 사시도이다.

도 5는 도 4의 B 부분에 대한 단면도이다.

도 6은 실링 부재를 사용한 열교환 탱크 구조의 단면을 나타낸 도면이다.

도 7은 단열재와 외부 용기를 사용한 열교환 탱크의 분해 사시도이다.

* 도면 부호에 대한 간단한 설명 *

10: 열매체 순환 용기 11: 관로

12: 유입구 13: 유출구

14: 열매체 통로 15: 실링 부재

20: 대상 용기 30: 단열재

40: 외부 용기

Claims (1)

1. 열매체 순환 용기(10)의 표면에 형성된 관로(11)에 열매체를 순환시키는 단계를 포함하는 열교환 탱크의 열교환 방법

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