KR20110129756A

KR20110129756A - 튜브형 열교환기

Info

Publication number: KR20110129756A
Application number: KR1020100049305A
Authority: KR
Inventors: 송병철
Original assignee: 마이콜 주식회사
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-12-02

Abstract

본 발명은 튜브형 열교환기에 관한 것으로, 응축기에 의해 열교환되어 액체 상태로 변화된 냉매를 보온튜브 내측의 코일 냉매관을 통해 증발기로 유입되도록 하는 과정에서 상승된 열교환실 내부의 온도를 통해 증발기로부터 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 상승시켜 불필요한 열손실을 방지할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 상변화가 없는 두 공정 흐름 사이에 열을 교환하는 열교환기에 있어서, 일정 공간의 열교환실이 형성된 일정 길이의 파이프 형태로 이루어진 밀폐형의 보온튜브; 보온튜브 내부의 열교환실에 코일 형태로 설치되어지되 양단은 보온튜브의 양측으로 노출되어 응축기로부터 증발기로 냉매의 경유가 이루어질 수 있도록 하는 코일관; 코일관의 양단에 구성되어 응축기로부터 코일관의 일측으로 연결되는 냉매관과 코일관의 타측으로부터 증발기로 연결되는 냉매관의 연결이 이루어지는 코일관측 연결밸브; 및 보온튜브의 양측면에 구성되어 증발기로부터 보온튜브의 열교환실로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관과 보온튜브의 열교환실로부터 압축기로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관의 연결이 이루어지는 튜브측 연결밸브를 포함한 구성으로 이루어진다.

Description

튜브형 열교환기{Heat exchanger of tube format}

본 발명을 튜브형 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코일 형태의 냉매관이 열교환실에 설치된 보온튜브 구조의 열교환기를 구성하여 응축기에 의해 열교환되어 액체 상태로 변화된 냉매를 보온튜브 내측의 코일 냉매관을 통해 증발기로 유입되도록 하는 한편 증발기에 의해 외기열과 열교환되어 증발된 기체 상의 냉매를 보온튜브의 열교환실을 통해 압축기로 유입되도록 하는 튜브형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 기계적인 수단에 의해 냉매를 강제적으로 순환시켜 압축-응축-팽창-증발과정을 통해 외기와 열교환이 이루어지도록 함으로써 목적하는 바 냉방을 실현하게 되며, 이러한 냉방효과는 에어컨에서 단위 중량당의 냉매가 증발기에서 증발할 때 흡수하는 열량 즉, 냉각 싸이클에서 증발기 입구의 비엔탈피와 증발기 출구의 비엔탈피 차에 의해 증발온도가 결정된다.

한편, 전술한 바와 같은 냉각 사이클을 이용하여 실내를 냉각시키는 에어컨의 구성을 살펴보면 크게 압축기(Compressor), 응축기(Condenser), 팽창밸브(Expansion Valve) 및 증발기(Evaporator)가 냉매관을 통해 밀폐된 구조로 순차적 연결되어 압축기에서 엔진의 회전력을 전달받아 냉매를 순환시키는 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 냉각 싸이클의 작용을 살펴보면 먼저, 증발기는 냉매관 내에 증발되기 쉬운 저압의 냉매를 주입하고, 냉매관에 주입된 저압의 냉매는 압축기에 의해 고온·고압의 상태로 압축되어 기체 상태로 존재하다가 응축기를 통해 공기와 열교환되면서 액체 상태로 변화되어진다.

다음으로, 전술한 바와 같이 응축기에 의해 열교환되어 액체 상태로 변화된 냉매는 팽창밸브를 통해 감압된 다음 증발기로 유입된다. 이때, 증발기로 유입된 액체 상태의 냉매는 서서히 외기열과 열교환되면서 증발하여 증발기의 토출구를 통해 완전히 증발된 상태 즉, 저압의 기체 상태로 변하여 압축기에 유입됨으로써 1 냉각 싸이클이 완료된다.

특히, 전술한 바와 같은 냉각 싸이클의 증발기에서는 공기측의 열량을 흡수하여 냉방효과를 가져온다. 팽창밸브를 교축기구로 사용하는 시스템에서는 냉방성능에 지배적인 영향을 미치는 유량제어가 팽창밸브에 의해 수행되므로 증발기에서 공기와 냉매와의 열전달이 중요시된다.

한편, 전술한 바와 같은 냉각 싸이클에서 증발기를 통해 외기열과 열교환되면서 증발한 기체 상의 냉매와 응축기를 통해 열교환되어 액체 상태로 변화된 냉매가 냉매관을 통해 경유하는 과정에서 열손실이 발생하게 되므로 열효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 응축기에 의해 열교환되어 액체 상태로 변화된 냉매를 보온튜브 내측의 코일 냉매관을 통해 증발기로 유입되도록 하는 과정에서 상승된 열교환실 내부의 온도를 통해 증발기로부터 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 상승시켜 불필요한 열손실을 방지할 수 있도록 한 튜브형 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 응축기에 의해 열교환되어 액체 상태로 변화된 냉매를 보온튜브 내측의 코일 냉매관을 통해 증발기로 유입되도록 하는 과정에서 상승된 열교환실 내부의 온도를 통해 증발기로부터 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 상승시켜 불필요한 열손실을 방지할 수 있도록 하여 냉난방 시스템의 냉난방 효율을 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 튜브형 열교환기는 상변화가 없는 두 공정 흐름 사이에 열을 교환하는 열교환기에 있어서, 일정 공간의 열교환실이 형성된 일정 길이의 파이프 형태로 이루어진 밀폐형의 보온튜브; 보온튜브 내부의 열교환실에 코일 형태로 설치되어지되 양단은 보온튜브의 양측으로 노출되어 응축기로부터 증발기로 냉매의 경유가 이루어질 수 있도록 하는 코일관; 코일관의 양단에 구성되어 응축기로부터 코일관의 일측으로 연결되는 냉매관과 코일관의 타측으로부터 증발기로 연결되는 냉매관의 연결이 이루어지는 코일관측 연결밸브; 및 보온튜브의 양측면에 구성되어 증발기로부터 보온튜브의 열교환실로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관과 보온튜브의 열교환실로부터 압축기로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관의 연결이 이루어지는 튜브측 연결밸브를 포함한 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 코일관의 외주면에는 표면적을 넓혀 방열이 더욱 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 요철이 더 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 구성에서 보온튜브의 열교환실에는 증발기로부터 유입된 냉매가 충진되어 코일관과의 열교환을 통해 온도가 상승되는 반면, 코일관 내부를 경유하는 냉매는 열교환실의 냉매와 열교환을 통해 온도가 저하되는 구성으로 이루어진다.

본 발명의 기술에 따르면 응축기에 의해 열교환되어 액체 상태로 변화된 냉매를 보온튜브 내측의 코일 냉매관을 통해 증발기로 유입되도록 하는 과정에서 상승된 열교환실 내부의 온도를 통해 증발기로부터 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 상승시켜 불필요한 열손실을 방지할 수가 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 응축기에 의해 열교환되어 액체 상태로 변화된 냉매를 보온튜브 내측의 코일 냉매관을 통해 증발기로 유입되도록 하는 과정에서 상승된 열교환실 내부의 온도를 통해 증발기로부터 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 상승시켜 불필요한 열손실을 방지할 수 있도록 하여 냉난방 시스템의 냉난방 효율을 향상시킬 수가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 튜브형 열교환기를 보인 사시 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 튜브형 열교환기를 보인 단면 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 튜브형 열교환기의 코일관의 단면을 보인 단면 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 튜브형 열교환기가 적용된 난방 싸이클을 보인 회로 구성도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 튜브형 열교환기를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 튜브형 열교환기를 보인 사시 구성도, 도 2 는 본 발명에 따른 튜브형 열교환기를 보인 단면 구성도, 도 3 은 본 발명에 따른 튜브형 열교환기의 코일관의 단면을 보인 단면 구성도, 도 4 는 본 발명에 따른 튜브형 열교환기가 적용된 난방 싸이클을 보인 회로 구성도이다.

도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 튜브형 열교환기(100)는 일정 공간의 열교환실(112)이 형성된 일정 길이의 파이프 형태로 이루어진 밀폐형의 보온튜브(110), 보온튜브(110) 내부의 열교환실(112)에 코일 형태로 설치되어지되 양단은 보온튜브(110)의 양측으로 노출되어 응축기(10)로부터 증발기(30)로 냉매의 경유가 이루어질 수 있도록 하는 코일관(120), 코일관(120)의 양단에 구성되어 응축기(10)로부터 코일관(120)의 일측으로 연결되는 냉매관(50)과 코일관(120)의 타측으로부터 증발기(30)로 연결되는 냉매관(50)의 연결이 이루어지는 코일관측 연결밸브(130) 및 보온튜브(110)의 양측면에 구성되어 증발기(30)로부터 보온튜브(110)의 열교환실(112)로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관(50)과 보온튜브(110)의 열교환실(112)로부터 압축기(40)로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관(50)의 연결이 이루어지는 튜브측 연결밸브(140)를 포함한 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 튜브형 열교환기(100)는 응축기(10)로부터 증발기(30)로 유입되는 냉매와 증발기(30)로부터 압축기(40)로 유입되는 냉매의 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 것으로, 이러한 튜브형 열교환기(100)는 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 응축기(10)로부터 증발기(30)로 유입되는 냉매의 흐름과 증발기(30)로부터 압축기(40)로 유입되는 냉매의 흐름 사이에 설치되어 열교환이 이루어질 수 있도록 한다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 튜브형 열교환기(100)는 응축기(10)로부터 증발기(30)로 유입되는 냉매와 증발기(30)로부터 압축기(40)로 유입되는 냉매가 본 발명의 튜브형 열교환기(100)를 경유하여 흐름이 이루어질 수 있도록 응축기(10)와 증발기(30) 사이 그리고 증발기(30)와 압축기(40) 사이에 위치되어 응축기(10)로부터 증발기(30)로 유입되는 냉매와 증발기(30)로부터 압축기(40)로 유입되는 냉매가 경유하게 된다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 튜브형 열교환기(100)는 보온튜브(110)의 열교환실(112)에 충진된 냉매와 코일관(120)을 경유하는 냉매가 코일관을 통해 상호 접촉되어 열교환이 이루어진다. 이때, 응축기(10)로부터 코일관(120)을 경유하여 증발기(30)로 흐르는 냉매는 코일관(120)을 통해 열교환실(112)의 냉매와 열교환이 이루어지는 가운데 냉매의 온도가 하강하게 되는 반면, 증발기(30)로부터 열교환실(112)로 유입되는 냉매는 코일관(120)과의 열교환에 의해 온도가 상승된다.

다시 말해서, 증발기(30)로부터 열교환실(112)로 유입되는 온도가 낮은 상태의 냉매와 응축기(10)로부터 보온튜브(110) 내의 열교환실(112)에 설치된 코일관(120)으로 유입되는 온도가 높은 상태의 냉매는 코일관(120)을 통해 상호 열교환되어 보온튜브(110) 외측으로 유출시에는 온도가 상승하거나 하강한 상태로 유출되어진다.

본 발명에 따른 튜브형 열교환기(100)를 구성하는 각각의 구성요소를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명을 구성하는 보온튜브(110)는 열교환이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 이러한 보온튜브(110)는 도 1, 도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이 일정 공간의 열교환실(112)이 형성된 일정 길이의 파이프 형태로 이루어진 밀폐형으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 보온튜브(110)는 양단이 밀폐된 구조의 파이프 형태로 이루어지되 내부는 열교환이 이루어질 수 있도록 일정 공간을 형성하는 열교환실(112)이 형성된 구조로 이루어진다.

다음으로, 본 발명에 따른 코일관(120)은 응축기(10)로부터 증발기(30)로 흐르는 냉매를 보온튜브(110)의 열교환실(112)로 안내하여 열교환이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 이러한 코일관(120)은 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 보온튜브(110) 내부의 열교환실(112)에 코일 형태로 설치되어지되 양단은 보온튜브(110)의 양측으로 노출되어 응축기(10)로부터 증발기(30)로 냉매의 경유가 이루어질 수 있도록 하는 구성으로 이루어진다.

한편, 전술한 바와 같이 구성된 코일관(120)의 외주면에는 도 3 에 도시된 바와 같이 표면적을 넓혀 방열이 더욱 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 요철(122)이 더 형성된 구성으로 이루어진다. 이처럼 코일관(120)의 외주면에 요철(122)을 형성하여 표면적을 넓힘으로써 코일관(120)은 보온튜브(110) 내부를 구성하는 열교환실(112)의 냉매와 접촉이 많아지게 되어 열교환이 보다 효율적으로 이루어진다.

본 발명을 구성하는 코일관측 연결밸브(130)는 코일관(120)의 양측으로 연결되는 냉매관(50)을 연결하기 위한 밸브로, 이러한 코일관측 연결밸브(130)는 도 1, 도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이 보온튜브(110)의 양측으로 노출된 코일관(120)의 양단 각각에 구성되어 응축기(10)로부터 코일관(120)의 일측으로 연결되는 냉매관(50)과 코일관(120)의 타측으로부터 증발기(30)로 연결되는 냉매관(50)을 연결하게 된다.

따라서, 앞서 기술한 바와 같은 코일관(120)으로는 응축기(10)로부터 증발기(30)로 흐르는 냉매가 경유함을 알 수 있다. 이때, 열교환실(112) 내부의 코일관(120)을 경유하여 흐르는 냉매는 코일관(120)과 접촉되는 열교환실(112) 내부의 냉매와 열교환이 이루어져 냉매의 온도가 하강되는 가운데 증발기(30)로 유입되어진다.

다음으로, 본 발명을 구성하는 튜브측 연결밸브(140)는 증발기(30)로부터 보온튜브(110)의 일측으로 연결되는 냉매관(50)과 보온튜브(110)의 타측으로부터보 압축기(40)로 연결되는 냉매관(50)을 보온튜브(110)의 양측에 연결하기 위한 것으로, 이러한 튜브측 연결밸브(140)는 도 1, 도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이 보온튜브(110)의 양측면에 구성되어 증발기(30)로부터 보온튜브(110)의 열교환실(112)로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관(50)과 보온튜브(110)의 열교환실(112)로부터 압축기(40)로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관(50)의 연결이 이루어질 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이 구성된 튜브측 연결밸브(140)는 증발기(30)로부터 보온튜브(110)의 일측으로 연결되는 냉매관(50)을 통해 유입되는 냉매가 열교환실(112)로 유입되도록 하는 한편, 열교환실(112)의 내부로 유입되어 열교환이 이루어진 냉매를 보온튜브(110)의 열교환실(112)로부터 압축기(40)로 유출되도록 한다. 이때, 열교환실(112)로부터 압축기(40)로 유출되는 냉매는 열교환을 통해 온도가 상승된 상태로 유출되어진다.

한편, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 튜브형 열교환기(100)가 적용된 냉난방 싸이클을 살펴보면 도 4 에 도시된 바와 같이 응축기(10)로 유입된 냉매가 공기와 열교환되면서 액체 상태로 변화되어 냉매관(50)을 통해 본 발명에 따른 튜브형 열교환기(100)로 유입된다. 이때, 응축기(10)에 의한 열교환 과정에서 냉방이 이루어진다.

전술한 바와 같이 응축기(10)로부터 냉매관(50)을 통해 튜브형 열교환기(100)로 유입된 액상의 냉매는 보온튜브(110)의 열교환실(112)에 설치된 코일관(120)을 경유하여 증발기(30)와 튜브형 열교환기(100) 사이의 냉매관(50)을 통해 증발기(30)로 유입된다. 이때, 코일관(120)을 경유하는 액상의 냉매는 코일관(120)의 요철(122)을 통해 방열이 이루어져 냉매 온도의 하강이 이루어지고, 이에 따라 열교환실(112) 내부를 채우는 냉매는 코일관(120)으로부터의 방열에 의해 가열되어 온도의 상승이 이루어진다.

다시 말해서, 열교환실(112) 내부의 코일관(120)을 경유하는 냉매와 열교환실(112)을 채우는 냉매는 코일관(120)을 통해 상호 열교환이 이루어져 코일관(120)을 경유하는 냉매는 온도의 하강이 이루어지는 반면, 열교환실(112)을 채우는 냉매는 온도의 상승이 이루어진다.

다음으로, 전술한 바와 같이 열교환실(112) 내부의 코일관(120)을 경유하는 냉매는 코일관(120)의 코일관측 연결밸브(130)와 증발기(30) 사이를 연결하는 냉매관(50) 상에 설치된 팽창밸브(20)를 통해 감압되어 증발기(30)로 유입되어진다. 이때, 팽창밸브(20)에서 냉매의 상은 액체 상태이다.

전술한 바와 같이 팽창밸브(20)를 통해 감압되어 증발기(30)로 유입된 액체 상태의 냉매는 서서히 외기열과 열교환되면서 증발하여 증발기(30)의 토출구를 통해 완전히 증발된 상태 즉, 저압의 기체 상태로 변하여 냉매관(50)을 통해 보온튜브(110)의 열교환실(112)로 유입된다. 이때, 증발기(30)로 유입된 액체 상태의 냉매가 서서히 외기열과 열교환되는 과정에서 난방이 이루어진다.

한편, 증발기(30)로부터 냉매관(50)을 통해 보온튜브(110)의 열교환실(112)로 유입된 저압의 기체 상태인 냉매는 열교환실(112)에서 코일관(120)과의 접촉을 통해 열교환이 이루어진 다음, 보온튜브(110) 타측에 구성된 튜브측 연결밸브(140)를 통해 유출되어 압축기(40)로 유입된다. 이때, 열교환실(112) 내부의 냉매는 코일관(120)과의 열교환에 의해 온도가 상승되어진다.

다음으로, 전술한 바와 같이 열교환실(112)에서 열교환되어 압축기(40)로 유입된 냉매는 압축기(40)를 통해 고온·고압의 상태로 압축되어 기체 상태로 변화된 다음, 응축기(10)로 유입되어진다.

전술한 바와 같이 압축기(40)를 통해 고온·고압의 상태로 압축되어 응축기(10)로 냉매는 공기와 열교환되는 과정에서 액체 상태로 변화된다. 이와 같은 과정을 통해 1 냉난방 싸이클이 완료된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 튜브형 열교환기(100)는 냉난방 싸이클 상에서 응축기(10)로부터 증발기(30)로 경유하는 냉매와 증발기(30)로부터 압축기(40)로 경유하는 냉매 상호가 열교환이 이루어질 수 있도록 하여 응축기(10)로부터 증발기(30)로 경유하는 냉매는 온도가 하강하도록 하고, 증발기(30)로부터 압축기(40)로 경유하는 냉매는 온도가 상승되도록 함으로써 냉난방의 효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

10. 응축기 20. 팽창밸브
30. 증발기 40. 압축기
50. 냉매관 100. 튜브형 열교환기
110. 보온튜브 112. 열교환실
120. 코일관 122. 요철
130. 냉매관측 연결밸브 140.튜브측 연결밸브

Claims

상변화가 없는 두 공정 흐름 사이에 열을 교환하는 열교환기에 있어서,
일정 공간의 열교환실이 형성된 일정 길이의 파이프 형태로 이루어진 밀폐형의 보온튜브;
상기 보온튜브 내부의 열교환실에 코일 형태로 설치되어지되 양단은 상기 보온튜브의 양측으로 노출되어 응축기로부터 증발기로 냉매의 경유가 이루어질 수 있도록 하는 코일관;
상기 코일관의 양단에 구성되어 상기 응축기로부터 상기 코일관의 일측으로 연결되는 냉매관과 상기 코일관의 타측으로부터 상기 증발기로 연결되는 냉매관의 연결이 이루어지는 코일관측 연결밸브; 및
상기 보온튜브의 양측면에 구성되어 상기 증발기로부터 상기 보온튜브의 열교환실로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관과 상기 보온튜브의 열교환실로부터 압축기로 냉매의 흐름을 연결하는 냉매관의 연결이 이루어지는 튜브측 연결밸브를 포함한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜브형 열교환기.
제 1 항에 있어서, 상기 코일관의 외주면에는 표면적을 넓혀 방열이 더욱 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 요철이 더 형성된 것을 특징으로 하는 튜브형 열교환기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보온튜브의 열교환실에는 상기 증발기로부터 유입된 냉매가 충진되어 상기 코일관과의 열교환을 통해 온도가 상승되는 반면, 상기 코일관 내부를 경유하는 냉매는 상기 열교환실의 냉매와 열교환을 통해 온도가 저하되는 것을 특징으로 하는 튜브형 열교환기.