KR20140008189A - 열교환기 - Google Patents

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KR20140008189A
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Abstract

본 발명의 열교환기는 공간이 형성된 쉘과; 공간과 연통되는 제 1 통공이 형성되는 제 1 배관과; 공간과 연통되는 제 2 통공이 형성되고 제 1 배관 보다 공간 내부에 위치하는 관부의 길이가 긴 제 2 배관과; 제 1 유체와 열교환되는 제 2 유체가 통과하고 나선형으로 복수회 감긴 튜브를 포함하고, 제 2 통공은 개구 방향이 상이하고 크기가 상이한 복수개가 형성되며, 복수개의 제 2 통공은 제 1 유체가 상기 제 2 배관을 통해 공간으로 유출되는 방향으로 갈수록 크기가 크게 형성되어, 간단한 구조로 제 1 유체가 나선형으로 감긴 튜브와 고루 열교환될 수 있는 이점이 있다.

Description

열교환기{Heat exchanger}
본 발명은 쉘에 튜브가 설치된 열교환기에 관한 것으로서, 특히 유체가 복수개의 통공을 통해 쉘 내부로 고루 분산될 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 2개의 유체 사이에서 열을 이동시키는 장치로서, 냉방, 난방, 급탕(給湯)용 등으로 폭넓게 사용된다.
열교환기는 폐열을 회수하는 폐열 회수 열교환기로 기능하거나 고온측 유체를 냉각시키는 냉각기로 기능하거나 저온측 유체를 가열시키는 가열기로 기능하거나 증기를 응축시키는 응축기로 기능하거나 저온측 유체를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있다.
열교환기는 다양한 종류가 사용될 수 있고, 제 1 유체가 통과하는 튜브와, 튜브에 설치된 핀을 갖는 핀 튜브형 열교환기와, 제 1 유체가 통과하는 쉘과, 제 1 유체와 열교환되기 위한 제 2 유체가 통과하는 튜브를 포함하는 쉘 튜브형 공기조화기와, 제 1 유체가 통과하는 내측관과 제 1 유체와 열교환되는 제 2 유체가 통과하고 내측관을 둘러싸는 외측관을 갖는 이중관 열교환기와, 제 1 유체와 제 2 유체가 전열판을 사이에 두고 통과하면서 전열판을 통해 열교환되는 판형 열교환기 등이 있다.
열교환기 중 쉘 튜브형 열교환기는 쉘에 유체의 유동을 위한 입구와 출구가 각각 형성되고, 복수개의 튜브가 쉘 내부에 배치될 수 있고, 제 1 유체가 쉘 내부로 유입되어 쉘을 통과하는 동안 튜브를 통과하는 제 2 유체가 제 1 유체와 열교환될 수 있다.
KR 10-0327522 (2002.05.09)
종래 기술에 따른 열교환기는 제 1 유체가 하나의 입구를 통해 쉘 내부로 유입되고 입구를 통해 쉘 내부로 유입되는 제 1 유체가 쉘 내부에 설치된 나선형 배플에 의해 쉘 내부를 고루 유동되므로, 나선형 배플의 설치에 의해 구조가 복잡하고 비용이 증대되는 문제점이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 열교환기는 공간이 형성된 쉘과; 상기 공간과 연통되는 제 1 통공이 형성되는 제 1 배관과; 상기 공간과 연통되는 제 2 통공이 형성되고 상기 제 1 배관 보다 상기 공간에 위치하는 관부의 길이가 더 긴 제 2 배관과; 상기 제 1 유체와 열교환되는 제 2 유체가 통과하고 나선형으로 복수회 감긴 튜브를 포함하고, 상기 제 2 통공은 개구 방향이 상이하고 크기가 상이한 복수개가 형성되며, 복수개의 제 2 통공은 상기 제 1 유체가 상기 제 2 배관을 통해 상기 공간으로 유출되는 방향으로 갈수록 크기가 크다.
상기 복수개의 제 2 통공은 등간격으로 이격될 수 있다.
상기 복수개의 제 2 통공은 나선형의 가상선 상에 이격되게 위치할 수 있다.
상기 복수개의 제 2 통공은 설정 위상차를 갖게 이격 형성될 수 있다.
상기 제 2 배관은 상기 관부의 단부에 상기 공간과 연통되는 제 3 통공이 형성될 수 있다.
상기 제 3 통공은 상기 복수개의 제 2 통공과 개구 방향이 상이할 수 있다.
상기 제 3 통공은 상기 복수개의 제 2 통공 중 크기가 가장 큰 통공 보다 크기가 클 수 있다.
상기 쉘은 상기 공간이 형성된 케이스와; 상기 공간의 일측 개구면을 막는 제 1 커버와; 상기 공간의 타측 개구면을 막는 제 2 커버를 포함하고,상기 제 1 배관과 제 2 배관은 상기 제 1 커버와 제 2 커버 중 어느 하나를 관통하고, 다른 하나와 각각 이격될 수 있다.
상기 튜브는 나선형으로 연속되는 턴이 복수회 감기고 상기 제 2 배관과 쉘 사이에 위치되는 나선관부와; 상기 나선관부에서 연장되고 상기 쉘을 관통하는 직관부를 포함할 수 있다.
상기 쉘은 수평하게 배치될 수 있고, 상기 제 2 배관에는 제 1 유체가 유입 안내되는 유입유로가 연결될 수 있으며, 상기 제 1 배관에는 제 1 유체가 배출 안내되는 배출유로가 연결될 수 있다.
상기 쉘이 수직하게 배치될 수 있고, 상기 제 2 배관에는 제 1 유체가 배출 안내되는 배출유로가 연결될 수 있으며, 상기 제 1 배관에는 제 1 유체가 유입 안내되는 유입유로가 연결될 수 있다.
본 발명은 제 2 배관을 통해 쉘 내부로 유입되는 제 1 유체가 복수개의 제 2 통공 중 일부로 집중되지 않고 복수개의 제 2 통공 전체를 통해 고루 분산될 수 있고, 간단한 구조로 제 1 유체가 나선형으로 감긴 튜브와 고루 열교환될 수 있는 이점이 있다.
또한, 제 1 유체가 쉘 내부의 여러 방향으로 분산 유입되므로 쉘 내부의 데드 존을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 쉘이 수평하게 설치되거나 수직하게 설치될 수 있어, 열교환기 설치 환경에 따라 설치 방향을 선택하여 설치할 수 있고, 열교환기의 최적 설치가 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 적용된 공기조화기의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 열교환기 일실시예의 외관이 도시된 도,
도 3은 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수평하게 설치되었을 때 그 내부가 도시된 도,
도 4는 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수직하게 설치되었을 때 그 내부가 도시된 도,
도 5는 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수평하게 설치되었을 때의 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수직하게 설치되었을 때의 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수평하게 설치되었을 때 제 1 배관 및 제 2 배관이 확대 도시된 도이다.
도 8은 도 7에 도시된 제 2 배관이 도시된 도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 적용된 공기조화기의 구성도이다.
도 1에 도시된 공기조화기는 압축기(2)와 제 1 열교환기(4)와 팽창기구(6)와 제 2 열교환기(8)를 포함할 수 있다. 제 1 열교환기(4)는 제 1 유체와 제 2 유체를 열교환시킬 수 있다. 제 1 유체는 제 2 유체의 열을 흡수하는 냉각 유체로 기능하거나 제 2 유체로 열을 가하는 가열 유체로 기능할 수 있다. 공기조화기는 제 2 유체가 압축되는 압축기(2)와, 제 2 유체가 제 1 유체와 열교환되는 제 1 열교환기(4)와, 제 2 유체가 팽창되는 팽창기구(6)와, 제 2 유체가 공기와 열교환되는 제 2 열교환기(8)를 포함할 수 있다.
제 2 유체는 압축기(2)와 제 1 열교환기(4)와 팽창기구(6)와 제 2 열교환기(8)의 순서로 통과하는 것이 가능하다. 즉, 압축기(2)에서 압축된 제 2 유체는 제 1 열교환기(4)와, 팽창기구(6)와, 제 2 열교환기(8)를 순차적으로 통과한 후 압축기(2)로 회수되게 구성될 수 있다. 이 경우 제 1 열교환기(4)는 제 2 유체를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있고, 제 2 열교환기(8)는 제 2 유체를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있으며, 제 1 유체는 압축기(2)에서 압축된 제 2 유체의 열을 흡열하는 냉각수가 될 수 있다.
제 2 유체는 압축기(2)와 제 2 열교환기(8)와 팽창기구(6)와 제 1 열교환기(4)의 순서로 통과하는 것이 가능하다. 즉, 압축기(2)에서 압축된 제 2 유체는 제 2 열교환기(8)와, 팽창기구(6)와, 제 1 열교환기(4)를 순차적으로 통과한 후 압축기(2)로 회수되게 구성될 수 있다. 이 경우 제 2 열교환기(8)는 제 2 유체를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있고, 제 1 열교환기(4)는 제 2 유체를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있으며, 제 1 유체는 제 1 열교환기(4)를 통과하는 제 2 유체로 열을 가하는 가열수가 될 수 있다.
공기조화기는 제 2 유체가 압축되는 압축기(2)와, 제 2 유체가 제 1 유체와 열교환되는 제 1 열교환기(4)와, 제 2 유체가 팽창되는 팽창기구(6)와, 제 2 유체가 실내 공기와 열교환되는 제 2 열교환기(8)를 포함함과 아울러 압축기(2)에서 압축된 제 2 유체를 제 1 열교환기(4) 또는 제 2 열교환기(8)로 보내는 유로 절환밸브(미도시)를 더 포함하는 것이 가능하다. 공기조화기는 압축기(2)에서 압축된 제 2 유체가 유로 절환밸브와, 제 1 열교환기(4)와, 팽창기구(6)와, 제 2 열교환기(8)와 유로 절환밸브를 순차적으로 통과한 후 압축기(2)로 회수되는 제 1 순환 회로를 포함할 수 있다. 공기조화기는 압축기(2)에서 압축된 제 2 유체가 유로 절환밸브(미도시)와, 제 2 열교환기(8)와, 팽창기구(6)와, 제 1 열교환기(4)와 유로 절환밸브를 순차적으로 통과한 후 압축기(2)로 회수되는 제 2 순환 회로를 모두 갖는 것이 가능하다. 제 1 순환 회로는 제 2 열교환기(8)에 의해 실내가 냉방되는 냉방 운전시의 회로가 될 수 있고, 제 1 열교환기(4)는 제 2 유체를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있으며, 제 2 열교환기(8)는 제 2 유체를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있다. 제 2 순환 회로는 제 2 열교환기(8)에 의해 실내가 난방되는 난방 운전시의 회로가 될 수 있고, 제 2 열교환기(8)는 제 2 유체를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있고, 제 1 열교환기(4)는 제 2 유체를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있다.
제 1 유체는 물이나 부동액 등의 액상 유체로 구성되는 것이 가능하고, 제 2 유체가 통상적으로 공기조화기에서 사용되는 프레온계 냉매나 이산화탄소 냉매 등의 각종 냉매로 구성되는 것이 가능하다.
압축기(2)는 냉매인 제 2 유체를 압축하는 각종 압축기로 구성될 수 있고, 로터리 압축기, 스크롤 압축기, 스크류 압축기 등의 각종 압축기가 될 수 있다. 압축기(2)는 제 1 열교환기(4)와 압축기 출구 유로(3)로 연결될 수 있다.
제 1 열교환기(4)는 쉘 튜브형 열교환기로 구성될 수 있다. 제 1 열교환기(4)는 물이나 부동액 등의 제 1 유체가 통과하는 쉘(20)과, 냉매인 제 2 유체가 통과하는 튜브를 포함할 수 있다. 제 1 열교환기(4)는 팽창기구(6)와 제 1 열교환기 팽창기구 연결유로(5)로 연결될 수 있다. 제 1 열교환기(4)에 대해서는 후술하여 상세히 설명한다.
팽창기구(6)는 냉매인 제 2 유체가 팽창되는 캐필러리 튜브나 전자 팽창밸브가 될 수 있다. 팽창기구(6)는 제 2 열교환기(8)와 팽창기구 제 2 열교환기 연결유로(7)로 연결될 수 있다.
제 2 열교환기(8)는 냉매인 제 2 유체가 통과하는 핀튜브형 열교환기나 코일형 열교환기로 구성될 수 있다. 제 2 열교환기(8)는 냉매인 제 2 유체가 통과하면서 실내 공기와 열교환되는 튜브를 포함할 수 있다. 제 2 열교환기(8)는 튜브와 결합된 전열부재인 핀을 더 포함할 수 있다. 제 2 열교환기(8)는 압축기(2)와 압축기 흡입유로(9)로 연결될 수 있다.
공기조화기는 제 1 열교환기(4)와 연결된 열처리유닛(10)을 포함할 수 있다. 열처리유닛(10)은 제 1 열교환기(4)가 제 2 유체를 응축시키는 응축기로 기능할 경우, 제 1 유체를 냉각시키는 냉각기로 구성될 수 있다. 열처리 유닛(10)은 제 1 열교환기(4)가 제 2 유체를 증발시키는 증발기로 기능할 경우, 제 1 유체를 가열시키는 가열기로 구성될 수 있다. 열처리유닛(10)이 냉각기로 구성될 경우, 열처리 유닛(10)은 제 1 유체를 냉각시키는 냉각탑을 포함할 수 있다. 제 1 유체는 물이나 부동액 등의 냉각수가 될 수 있으며, 열처리 유닛(10)은 제 1 열교환기(4)와 제 1 유체 유로(12)(14)로 연결될 수 있다. 제 1 열교환기(4)는 열처리 유닛(10)과 배출유로(12)로 연결될 수 있고, 제 1 열교환기(4)의 제 1 유체는 배출유로(12)를 통해 열처리 유닛(10)으로 출수될 수 있다. 제 1 열교환기(4)는 열처리 유닛(10)과 유입유로(14)로 연결될 수 있고, 열처리 유닛(10)의 제 1 유체는 유입유로(14)를 통해 제 1 열교환기(4)로 입수될 수 있다. 열처리유닛(10)과 배출유로(12)와 유입유로(14) 중 적어도 하나에는 제 1 유체를 열처리유닛(10)과 제 1 열교환기(4)로 순환시키는 펌프 등의 순환기구가 설치될 수 있다.
공기조화기는 실내의 공기를 제 2 열교환기(8)로 유동시킨 후 다시 실내로 토출하는 실내팬(16)을 더 포함할 수 있다.
압축기(2)와 제 1 열교환기(4)와 팽창기구(6)와 제 2 열교환기(8)와 실내팬(16)은 하나의 공조유닛에 설치되는 것이 가능하고, 실내의 공기가 덕트 등을 통해 제 2 열교환기(8)로 유동된 후 덕트 등을 통해 실내로 다시 토출되어 실내를 냉방 또는 난방 시키는 것이 가능하다. 열처리유닛(10)은 하나의 공조유닛 이외에 설치될 수 있고, 하나의 공조유닛과 배출유로(12) 및 유입유로(14)로 연결될 수 있다.
압축기(2)와 제 1 열교환기(4)와 팽창기구(6)와 제 2 열교환기(8)와 실내팬(16)은 복수의 공조유닛(I)(O)에 분산되어 설치될 수 있다. 제 1 열교환기(4)와 실내팬(16)은 실내 유닛(I)에 함께 설치될 수 있고, 압축기(2)와 제 1 열교환기(4)는 압축 유닛(O, 또는 실외 유닛)에 함께 설치될 수 있다. 팽창기구(6)는 실내 유닛(I)과 압축 유닛(O) 중 적어도 하나에 설치될 수 있다. 팽창기구(6)는 하나의 팽창기구가 실내 유닛(I) 또는 압축 유닛(O)에 설치되는 것이 가능하다. 팽창기구(6)는 복수개가 설치될 수 있고, 제 1 팽창기구가 실내 유닛(I)에 설치되고, 제 2 팽창기구가 압축 유닛(O)에 설치되는 것이 가능하다. 제 1 팽창기구는 제 1 열교환기(4)와 제 2 열교환기(8) 중 제 1 열교환기(4)에 더 가깝게 설치되는 실외팽창기구로 기능될 수 있다. 제 2 팽창기구는 제 1 열교환기(4)와 제 2 열교환기(8) 중 제 2 열교환기(8)에 더 가깝게 설치되는 실내팽창기구로 기능할 수 있다. 실내 유닛(I)는 냉방 또는 난방시키고자 하는 실내에 설치될 수 있다. 압축 유닛(O)은 건물의 기계실이나 지하실 등이나 옥상 등에 설치될 수 있다. 압축 유닛(O)은 열처리유닛(10)은 배출유로(12) 및 유입유로(14)로 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기 일실시예의 외관이 도시된 도이고, 도 3은 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수평하게 설치되었을 때 그 내부가 도시된 도이며, 도 4는 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수직하게 설치되었을 때 그 내부가 도시된 도이고, 도 5는 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수평하게 설치되었을 때의 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수직하게 설치되었을 때의 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 열교환기 일실시예가 수평하게 설치되었을 때 제 1 배관 및 제 2 배관이 확대 도시된 도이다.
열교환기(4)는 공간(18)이 형성된 쉘(20)과; 공간(18)과 연통되는 제 1 통공(29)이 형성되는 제 1 배관(30)과; 공간(18)과 연통되는 제 2 통공(37)(38)(39)이 형성되고 제 1 배관(30) 보다 공간(18)에 위치하는 관부의 길이가 더 긴 제 2 배관(40)과; 제 1 유체와 열교환되는 제 2 유체가 통과하고 나선형으로 복수회 감긴 튜브(70)를 포함한다.
쉘(20)은 공간18)이 형성된 케이스(21)와; 공간(18)의 일측 개구면을 막는 제 1 커버(22)와; 공간(18)의 타측 개구면을 막는 제 2 커버(23)를 포함할 수 있다.
케이스(21)는 제 1 커버(22) 및 제 2 커버(23) 중 적어도 하나와 일체로 형성되지 않고, 제 1 커버(22) 및 제 2 커버(23)와 별도로 제작된 후 제 1 커버(22) 및 제 2 커버(23)와 결합될 수 있다. 케이스(21)와 제 1 커버(22) 및 제 2 커버(23)는 별도로 구성된 후 결합되는 경우 케이스(21)의 내둘레면과 제 1 커버(22)의 내면과 제 2 커버(23)의 내면이 손쉽게 도장될 수 있다. 케이스(21)가 제 1 커버(22)와 제 2 커버(23) 중 하나와 일체로 형성될 경우, 도장용 유체는 케이스(21)의 내벽 전체를 고루 유동되기 용이하지 않을 수 있다. 반면에, 케이스(21)가 제 1 커버(22) 및 제 2 커버(23)와 별도로 구성되는 경우, 도장용 유체는 케이스(21) 내벽 전체를 고르게 유동되면서 도장될 수 있다. 쉘(20)은 케이스(21)의 내둘레면과 제 1 커버(22)의 내면 및 제 2 커버(23)의 내면 각각이 도장된 후 케이스(21)와 제 1 커버(22)와 제 2 커버(23)가 결합될 수 있다.
쉘(20)은 수평하게 배치되거나 수직하게 배치될 수 있다. 케이스(21)는 쉘(20)이 수평하게 배치될 경우 좌우 방향으로 길게 수평 배치될 수 있다. 제 1 커버(22)는 케이스(21)의 좌측과 우측 중 일측에 배치되는 커버가 될 수 있고, 제 2 커버(23)는 케이스(21)의 좌측과 우측 중 타측에 배치되는 커버가 될 수 있다. 케이스(21)는 쉘(20)이 수직하게 배치될 경우 상하 방향으로 길게 수직 배치될 수 있다. 제 1 커버(22)는 케이스(21)의 상측에 배치되는 탑 커버가 될 수 있고, 제 2 커버(23)는 케이스(21)의 하측에 배치되는 로어 커버가 될 수 있다.
케이스(21)는 내부에 공간이 형성된 중공 통체(21a)와, 제 1 커버(22)와 결합되는 제 1 결합부(21b)와, 제 2 커버(23)와 결합되는 제 2 결합부(21c)를 포함할 수 있다. 중공 통체(21a)는 중공 원통 형상으로 형성될 수 있다. 제 1 결합부(21b)는 중공 통체(21a)의 일단에 플랜지 형상으로 돌출될 수 있고, 제 1 커버(22)와 나사 등의 체결부재(22a)로 체결되는 체결공이 형성될 수 있다. 제 2 결합부(21c)는 중공 통체(21a)의 하단에 플랜지 형상으로 돌출될 수 있고, 제 2 커버(23)와 나사 등의 체결부재(23a)로 체결되는 체결공이 형성될 수 있다.
제 1 커버(22)는 판체로 구성될 수 있고, 원판 형상으로 형성될 수 있다. 제 1 커버(22)에는 제 1 결합부(21b)의 체결공과 대응되는 체결공이 형성되어, 나사 등의 체결부재(22a)에 의해 제 1 결합부(21b)와 결합될 수 있다.
제 2 커버(23)는 판체로 구성될 수 있고, 원판 형상으로 형성될 수 있다. 제 2 커버(23)에는 제 2 결합부(21c)의 체결공과 대응되는 체결공이 형성되어, 나사 등의 체결부재(23a)에 의해 제 2 결합부(21c)와 결합될 수 있다.
제 1 유체는 제 1 배관(30)과 제 2 배관(40) 중 어느 하나를 통해 공간(18)으로 유입된 후 공간(18)에서 유동되면서 튜브(70)와 열교환될 수 있고, 제 1 배관(30)과 제 2 배관(40) 중 다른 하나를 통해 배출될 수 있다.
쉘(20)에는 제 1 배관(30)이 관통되는 제 1 배관 관통공(24)이 형성될 수 있다. 쉘(20)에는 제 2 배관(40)이 관통되는 제 2 배관 관통공(25)이 형성될 수 있다. 쉘(20)에는 튜브(70)가 관통되는 튜브 관통공(미도시)이 형성될 수 있다. 튜브 관통공(미도시)은 튜브(70)의 개수와 동일 개수가 형성될 수 있다.
열교환기(4)는 제 1 유체가 제 2 배관(40)을 통해 공간(18)으로 유입되고, 공간(18)의 제 1 유체가 제 1 배관(30)을 통해 공간(18) 외부로 배출되는 것이 가능하다. 반대로, 열교환기(4)는 제 1 유체가 제 1 배관(30)을 통해 공간(18)으로 유입되고, 공간(18)의 제 1 유체가 제 2 배관(40)을 통해 공간(18) 외부로 배출되는 것이 가능하다.
제 1 배관(30)과 제 1 배관(40)은 케이스(21)와 제 1 커버(22)와 제 2 커버(23) 중 하나에 관통되게 배치될 수 있다. 제 1 배관(30)과 제 2 배관(40)은 제 1 커버(21)와 제 2 커버(22) 중 어느 하나(22)를 관통할 수 있고, 다른 하나(21)와 각각 이격될 수 있다. 제 1 배관(30)과 제 2 배관(40)은 제 1 커버(21)를 관통할 경우 쉘(20)의 내측에 위치하는 관부의 단부(32)(42) 각각이 제 2 커버(22)와 이격될 수 있다. 제 1 배관(30)과 제 2 배관(40)은 제 2 커버(22)를 관통할 경우 쉘(20)의 내측에 위치하는 관부의 단부(32)(42) 각각이 제 1 커버(21)와 이격될 수 있다.
제 1 배관(30)은 제 1 통공(29)이 쉘(20) 내부에 위치되게 쉘(20)을 관통할 수 있다. 제 1 배관(30)은 쉘(20) 내부에 위치하는 관부의 길이(L1)가 쉘(20) 길이(L2)의 1/3 이하가 될 수 있다. 제 1 통공(29)은 제 1 배관(30) 중 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 단부(32)에 개구될 수 있다. 제 1 통공(29)은 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 길이 방향으로 개구될 수 있다.
제 1 배관(30)은 쉘(20)이 수평하게 배치될 경우, 쉘(20)의 외부에 위치하는 관부가 도 1에 도시된 배출유로(12)가 연결될 수 있고, 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 단부(32)가 쉘(20)의 내부 좌측과 내부 우측 중 일측에 위치되게 배치될 수 있다.
제 1 배관(30)은 쉘(20)이 수직하게 배치될 경우, 쉘(20)의 외부에 위치하는 관부가 도 1에 도시된 유입유로(14)가 연결될 수 있고, 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 단부(32)가 쉘(20)의 내측 하부에 위치되게 배치될 수 있다.
제 2 배관(40)은 제 2 통공(37)(38)(39)이 쉘(20) 내부에 위치되게 쉘(20)을 관통할 수 있다. 제 2 배관(40)은 쉘(20) 내부에 위치하는 관부의 길이(L3)가 쉘(20) 길이(L2)의 2/3 이상이 될 수 있다. 제 2 배관(40)은 제 2 배관(30) 중 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 단부(42)에 공간(18)과 연통되는 제 3 통공(43)이 형성될 수 있다. 제 2 통공(37)(38)(39)과 제 3 통공(43)은 개구 방향이 상이하게 형성될 수 있다. 제 2 통공(29)은 제 2 배관(30) 중 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 반경 방향으로 개구될 수 있다. 제 3 통공(43)은 제 2 배관(30) 중 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 단부(42)에 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 길이 방향으로 개구될 수 있다.
제 2 배관(40)은 쉘(20)이 수평하게 배치될 때, 쉘(20)의 외부에 위치하는 관부가 도 1에 도시된 유입유로(14)가 연결될 수 있고, 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 단부(42) 및 제 3 통공(43)은 쉘(20)의 내부 좌측과 내부 우측 중 타측에 위치되게 배치될 수 있다. 쉘(20)이 수평하게 배치될 때 제 1 배관(30)의 단부(32)가 쉘(20)의 내부 좌측에 위치되면, 제 2 배관(40)의 단부(42)는 쉘(20)의 내부 우측에 위치될 수 있다. 쉘(20)이 수평하게 배치될 때, 제 1 배관(30)의 단부(32)가 쉘(20)의 내부 우측에 위치되면, 제 2 배관(40)의 단부(42)는 쉘(20)의 내부 좌측에 위치될 수 있다.
제 2 배관(40)은 쉘(20)이 수직하게 배치될 때, 쉘(20)의 외부에 위치하는 관부가 도 1에 도시된 배출유로(14)가 연결될 수 있고, 쉘(20)의 내부에 위치하는 관부의 단부(42) 및 제 3 통공(43)은 쉘(20)의 내측 상부에 위치되게 배치될 수 있다.
제 2 통공(37)(38)(39)은 복수개가 형성되고, 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)은 개구 방향이 상이하고 크기가 상이하다. 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)은 제 1 유체가 제 2 배관(40)을 통해 공간(18)으로 유출되는 방향으로 갈수록 크기가 크게 형성된다. 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)은 제 2 배관(40)이 제 2 커버(23)를 관통할 경우, 제 1 커버(22)와 가까울수록 그 크기가 크게 형성될 수 있고, 제 2 커버(23)와 가까울수록 그 크기가 작게 형성될 수 있다. 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)은 제 2 배관(40)이 제 1 커버(22)를 관통할 경우, 제 2 커버(23)와 가까울수록 그 크기가 크게 형성될 수 있고, 제 1 커버(22)와 가까울수록 그 크기가 작게 형성될 수 있다. 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)은 등간격으로 이격될 수 있다. 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)은 나선형의 가상선(C) 상에 이격되게 위치할 수 있다. 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)은 설정 위상차(θ)를 갖고 이격 형성될 수 있다. 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)은 제 2 배관(40)의 중심축을 기준으로 예를 들어, 60°의 위상차를 갖으면서 나선형의 가상선(C) 상에 위치되거나 90°의 위상차를 갖으면서 나선형의 가상선(C) 상에 위치될 수 있다. 설정 위상차는 60°나 90°이외의 다양한 위상차가 가능함은 물론이다. 제 3 통공(43)은 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39) 중 크기가 가장 큰 통공(39) 보다 크기가 클 수 있다. 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)과 제 3 통공(39)는 제 1 유체의 유동 방향으로 점차 크게 형성될 수 있고, 제 1 유체는 제 1 유체 유동 방향으로 대체로 전방에 위치하는 통공(37)(38)으로 집중되지 않고, 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)과 제 3 통공(39) 전체로 고르게 분산될 수 있다.
열교환기(4)는 쉘(20)이 수평하게 배치될 경우 제 2 배관(40)에제 1 유체가 유입 안내되는 유입유로(14)가 연결될 수 있고, 제 1 배관(30)에 제 1 유체가 배출 안내되는 배출유로(12)가 연결될 수 있다. 제 1 유체는 유입유로(14)에서 제 2 배관(40)으로 유동될 수 있고, 제 2 배관(40)을 통과하면서 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)과 제 3 통공(43)을 통해 분산되어 공간(18)으로 유입될 수 있다.
열교환기(4)는 쉘(20)이 수직하게 배치될 수 있고, 제 2 배관(40)에는 제 1 유체가 배출 안내되는 배출유로(12)가 연결될 수 있으며, 제 1 배관(30)에는 제 1 유체가 유입 안내되는 유입유로(14)가 연결될 수 있다. 제 1 유체는 유입유로(14)에서 제 1 배관(30)으로 유동될 수 있고, 제 1 배관(30)을 통과한 후 제 1 통공(29)을 통해 공간(18)으로 유입될 수 있다.
튜브(70)는 튜브(70)는 나선형으로 복수회 감기고 턴(71)과 턴(72) 사이에 간극(73)이 형성될 수 있다. 튜브(70)는 코일 형상인 나선형 튜브로 이루어질 수 있다.
튜브(70)는 나선형으로 연속되는 턴(71)(72)이 복수회 감기는 나선관부(74)를 포함할 수 있다. 튜브(70)는 복수개의 턴(71)(72)이 중심축(VX)을 갖게 설치될 수 있다. 복수개의 턴(71)(72)은 중심축(VX)과의 거리(L4)가 동일하게 감길 수 있다. 나선관부(74)는 적어도 10회 이상의 턴을 갖을 수 있다. 나선관부(74)는 시계 방향으로 연속하여 감기거나 반시계 방향으로 연속하여 감길 수 있다. 복수개의 턴(71)(72)은 이격되게 감길 수 있고, 복수개의 턴(71)(72) 사이 각각에 간극(73)이 각각 형성될 수 있다. 나선관부(74)는 제 2 배관(40)과 쉘(20) 사이에 위치될 수 있다. 제 1 유체는 쉘(20)과 나선관부(74)의 사이 공간에서 간극(73)을 통과하여 나선관부(74) 내측 공간으로 유동되거나, 나선관부(74) 내측 공간에서 간극(73)을 통과하여 쉘(20)과 나선관부(74) 사이 공간으로 유동될 수 있다.
튜브(70)는 나선관부(74)에서 연장되는 직관부(75)를 포함할 수 있다. 직관부(75)는 나선관부(74)에서 구부러져서 연장되고 직선 관 형상으로 형성될 수 잇다. 직관부(75)는 나선관부(74) 중 가장 마지막 턴에서 연장되어 형성될 수 있다. 직관부(75)는 중심축(VX)과 평행하게 배치될 수 있다. 직관부(75)는 쉘(20)을 관통할 수 있다.
튜브(70)는 단수개가 쉘(20)에 설치되는 것이 가능하고, 복수개가 쉘(20)에 함께 설치되는 것이 가능하다.
튜브(70)는 단수개가 쉘(20)에 설치될 경우, 나선관부(74)의 일단에 제 2 유체가 나선관부(74)로 안내되는 제 1 직관부가 형성될 수 있고, 나선관부(74)의 타단에 나선관부(74)를 통과한 제 2 유체가 쉘(20) 외부로 안내되는 제 2 직관부가 형성될 수 있다.
튜브(70)는 복수개(70A)(70B)가 쉘(20)에 설치될 경우, 복수개의 튜브(70A)(70B)는 동일한 중심축(VX)을 갖게 배치될 수 있다. 튜브(70)는 중심축(VX)과 거리가 상이한 한 쌍의 튜브(70A)(70B)가 직렬로 연결되는 것이 가능하다. 튜브(70)는 중심축(VX)과 거리가 상이한 한 쌍의 튜브(70A)(70B)가 연결 튜브(70C)로 연결될 수 있다. 연결 튜브(70C)는 U자 형상으로 형성될 수 있다. 한 쌍의 튜브(70A)(70B)와 연결 튜브(70C)는 하나의 전열 튜브(P)를 구성할 수 있다. 제 2 유체는 한 쌍의 튜브(70A)(70B) 중 어느 하나(70A)의 직관부(75)와 나선관부(74)를 순차적으로 통과한 후 연결 튜브(70C)로 유동되고, 이후 한 쌍의 튜브(70A)(70B) 중 다른 하나(70B)의 나선관부(74)와 직관부(75)를 순차적으로 통과한 후 쉘(20) 외부로 유동될 수 있다. 제 2 유체는 한 쌍의 튜브(70A)(70B) 중 어느 하나(70A)를 통과하면서 제 1 유체와 열교환된 후 연결 튜브(70C)를 통과하면서 제 1 유체와 열교환되고, 이후 한 쌍의 튜브(70A)(70B) 중 다른 하나(70B)를 통과하면서 제 1 유체와 열교환되는 것이 가능하다. 튜브(70)는 중심축(VX)과 거리가 상이하고 직렬로 연결되는 튜브(70A)(70B)가 복수 쌍 설치되는 것이 가능하다.
튜브(70)는 복수개 설치될 경우, 제 2 배관(40)과 가장 가까운 튜브가 제 2 배관(40)과 접촉됨과 아울러 제 2 배관(40)과 고정될 수 있고, 쉘(20)과 가장 가까운 튜브가 쉘(20)과 비접촉될 수 있다. 튜브(70)는 복수개 설치될 경우 가장 안쪽에 위치하는 튜브가 제 2 배관(40)을 둘러싸듯이 배치될 수 있고, 제 2 배관(40)과 접촉될 수 있으며, 제 2 배관(40)에 의해 고정될 수 있다. 튜브(70)는 복수개 설치될 경우 가장 바깥쪽에 위치하는 튜브가 쉘(20)의 내면과 이격될 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 쉘(20)이 수평하게 설치될 경우, 제 1 유체는 유입유로(14)를 통해 제 2 배관(40)으로 유입될 수 있고, 제 2 배관(40)을 통과할 수 있다. 제 1 유체는 제 2 배관(40)을 통과하는 도중 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)을 통해 공간(18)으로 분산될 수 있다. 제 1 유체는 제 2 배관(40)을 통과할 때, 제 2 커버(23)와 가장 가까운 제 2 통공(37)으로 집중되지 않고, 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)으로 고루 분산될 수 있다. 그리고, 제 1 유체는 제 2 배관(40)을 통해 공간(18)으로 유입될 때, 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)의 개구 방향이 상이하므로, 제 2 통공 각각의 개구 방향에 따라, 제 2 배관(40)의 하측 방향과 옆 방향 및 상측 방향으로 입체적으로 분산될 수 있다. 한편, 제 1 유체는 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)을 통해 공간(18)으로 유입되지 못한 나머지가 제 3 통공(43)을 통해 공간(18)으로 유입될 수 있다. 제 3 통공(43)을 통해 공간(18)으로 유입되는 제 1 유체는 제 1 커버(21)을 향해 유동된 후 퍼질 수 있고, 공간(18) 내부에는 입체적인 기류가 형성될 수 있다. 제 1 유체는 전체적으로 입체적인 기류를 형성하면서 나선관부(74)와 열교환될 수 있다. 나선관부(74)와 열교환된 제 1 유체는 제 1 배관(30)의 제 1 통공(29)으로 유입되고, 이후 배출유로(12)로 유동될 수 있다.
한편, 쉘(20)이 수직하게 설치될 경우, 제 1 유체는 유입유로(14)를 통해 제 1 배관(30)으로 유입될 수 있고, 제 1 배관(30)을 통과할 수 있다. 제 1 유체는 제 1 배관(30)을 통과한 후 제 1 배관(30)의 제 1 통공(29)를 통과하고, 제 1 통공(29)을 통해 공간(18)으로 유입된다. 공간(18)으로 유입된 제 1 유체는 상승되어 나선관부(74)와 열교환될 수 있다. 나선관부(74)와 열교환된 제 1 유체는 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)을 통해 제 2 배관(40)으로 분산 유입될 수 있다. 나선관부(74)와 열교환된 제 1 유체 중 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)으로 유입되지 않는 나머지는 제 3 통공(43)을 통해 제 2 배관(40)으로 유입될 수 있다. 복수개의 제 2 통공(37)(38)(39)과 제 3 통공(43)으로 유입된 제 1 유체는 제 2 배관(40) 내부에서 합쳐지고, 이후 제 2 배관(40)을 통과하여 배출유로(12)로 유동될 수 있다.
4: 열교환기 12: 배출유로
14: 유입유로 18: 공간
20: 쉘 21: 케이스
22: 제 1 커버 23: 제 2 커버
29: 제 1 통공 30: 제 1 배관
37,38,39: 제 2 통공 40: 제 2 배관
43: 제 3 통공 70: 튜브
74: 나선관부 75: 직관부
C: 나선형의 가상선

Claims (11)

  1. 공간이 형성된 쉘과;
    상기 공간과 연통되는 제 1 통공이 형성되는 제 1 배관과;
    상기 공간과 연통되는 제 2 통공이 형성되고 상기 제 1 배관 보다 상기 공간에 위치하는 관부의 길이가 더 긴 제 2 배관과;
    상기 제 1 유체와 열교환되는 제 2 유체가 통과하고 나선형으로 복수회 감긴 튜브를 포함하고,
    상기 제 2 통공은 개구 방향이 상이하고 크기가 상이한 복수개가 형성되며, 복수개의 제 2 통공은 상기 제 1 유체가 상기 제 2 배관을 통해 상기 공간으로 유출되는 방향으로 갈수록 크기가 큰 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 제 2 통공은 등간격으로 이격되는 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 제 2 통공은 나선형의 가상선 상에 이격되게 위치하는 열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 제 2 통공은 설정 위상차를 갖게 이격 형성된 열교환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 배관은 상기 관부의 단부에 상기 공간과 연통되는 제 3 통공이 형성된 열교환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 통공은 상기 복수개의 제 2 통공과 개구 방향이 상이한 열교환기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 통공은 상기 복수개의 제 2 통공 중 크기가 가장 큰 통공 보다 크기가 큰 열교환기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘은 상기 공간이 형성된 케이스와;
    상기 공간의 일측 개구면을 막는 제 1 커버와;
    상기 공간의 타측 개구면을 막는 제 2 커버를 포함하고,
    상기 제 1 배관과 제 2 배관은 상기 제 1 커버와 제 2 커버 중 어느 하나를 관통하고, 다른 하나와 각각 이격되는 열교환기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브는 나선형으로 연속되는 턴이 복수회 감기고 상기 제 2 배관과 쉘 사이에 위치되는 나선관부와;
    상기 나선관부에서 연장되고 상기 쉘을 관통하는 직관부를 포함하는 열교환기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘은 수평하게 배치되고,
    상기 제 2 배관에는 제 1 유체가 유입 안내되는 유입유로가 연결되고,
    상기 제 1 배관에는 제 1 유체가 배출 안내되는 배출유로가 연결되는 열교환기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘이 수직하게 배치되고,
    상기 제 2 배관에는 제 1 유체가 배출 안내되는 배출유로가 연결되고,
    상기 제 1 배관에는 제 1 유체가 유입 안내되는 유입유로가 연결되는 열교환기.
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