KR20140099381A - 열교환기 - Google Patents

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KR20140099381A KR1020130011838A KR20130011838A KR20140099381A KR 20140099381 A KR20140099381 A KR 20140099381A KR 1020130011838 A KR1020130011838 A KR 1020130011838A KR 20130011838 A KR20130011838 A KR 20130011838A KR 20140099381 A KR20140099381 A KR 20140099381A
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Abstract

본 발명은 로어 플레이트 상측에 중공 쉘이 배치되고 중공 쉘 상측에 어퍼 플레이트가 배치된 쉘과; 쉘 내부로 열원수를 입수 안내하는 입수관과; 쉘 내부에 나선관부가 위치하고 상기 쉘을 관통하는 쉘 관통관부가 형성된 냉매튜브와; 냉매튜브와 열교환된 열원수가 출수 안내되는 출수관을 포함하고, 입수관은 로어 플레이트에 배치되고 열원수가 쉘 내부로 입수되는 출구가 중공 쉘의 내둘레면을 마주보게 설치되어, 입수관을 통해 쉘 내부로 입수된 열원수가 중공 쉘의 내둘레면을 타고 돌며 회전 유동을 가속화하고, 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

열교환기{Heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 특히 쉘 내부에 나선형으로 감긴 나선관부가 위치된 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 2개의 유체 사이에서 열을 이동시키는 장치로서, 냉방, 난방, 급탕(給湯) 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 둘러싸고 외측관을 갖는 이중관 열교환기와, 제 1 유체와 제 2 유체가 전열판을 사이에 두고 통과하는 판형 열교환기 등이 있다.
열교환기 중 쉘 튜브형 열교환기는 튜브가 나선 형상으로 형성될 수 있고, 나선 형상의 튜브가 쉘 내부에서 제 1 유체와 제 2 유체를 열교환시킬 수 있다. 제 1 유체는 쉘 내부로 유입되어 쉘 내부를 통과하면서 제 2 유체를 가열시키거나 냉각시킬 수 있고, 제 2 유체는 튜브를 통과하면서 제 1 유체와 열교환할 수 있다.
KR 10-0353334 B1(2003.02.07)
종래 기술에 따른 열교환기는 나선형 코일로 열원수를 유도하기 위한 별도의 배플을 설치할 경우, 배플 설치로 인해 구조가 복잡하고 비용이 증대되는 문제점이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열교환기는 로어 플레이트 상측에 중공 쉘이 배치되고 상기 중공 쉘 상측에 어퍼 플레이트가 배치된 쉘과; 상기 쉘 내부로 열원수를 입수 안내하는 입수관과; 상기 쉘 내부에 나선관부가 위치하고 상기 쉘을 관통하는 쉘 관통관부가 형성된 적어도 하나의 냉매튜브와; 상기 냉매튜브와 열교환된 열원수가 출수 안내되는 출수관을 포함하고, 상기 입수관은 상기 로어 플레이트에 배치되고 열원수가 상기 쉘 내부로 입수되는 출구가 상기 중공 쉘의 내둘레면을 마주본다.
상기 입수관은 상기 로어 플레이트에 경사지게 배치되는 경사관을 포함할 수 있다.
상기 쉘은 상기 입수관이 관통되는 입수관 관통공이 형성되고, 상기 입수관 관통공은 상기 로어 플레이트에 경사지게 형성될 수 있다.
상기 입수관은 상기 로어 플레이트와 예각의 경사각을 갖게 배치될 수 있다.
상기 입수관은 길이 방향 가상 연장선이 상기 쉘의 수직 중심축과 교차되지 않을 수 있다.
상기 입수관은 적어도 일부가 상기 쉘 내부에 위치되고 내부에 곡선형 유로가 형성된 곡관을 포함할 수 있다.
상기 곡관은 상기 쉘 내부에 회전 가능하게 배치될 수 있다.
상기 곡관은 상기 로어 플레이트에 용접 접합될 수 있다.
상기 입수관은 적어도 일부가 상기 쉘 외부에 위치되고 상기 곡관으로 열원수를 안내하는 아우터 입수관을 더 포함할 수 있다.
상기 아우터 입수관은 내주에 나선형 그루부가 형성될 수 있다.
상기 아우터 입수관은 상기 로어 플레이트에 용접 접합될 수 있다.
상기 곡관은 상기 아우터 입수관과 로어 플레이트 중 적어도 하나에 나사 결합될 수 있다.
상기 어퍼 플레이트는 열원수를 상기 출수관의 상단으로 유도하는 상부 가이드가 형성될 수 있다.
상기 상부 가이드는 상기 어퍼 플레이트에 원추 형상으로 하향 돌출될 수 있다.
상기 입수관은 내주에 나선형 그루부가 형성될 수 있다.
본 발명은 입수관을 통해 쉘 내부로 입수된 열원수가 중공 쉘의 내둘레면을 타고 돌며 회전 유동을 가속화하고, 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 열원수가 나선형 선회 유동되면서 나선관부와 열교환되므로 열전달 시간 및 열전단 면적을 최대화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 열원수의 유동 방향을 결정하기 위한 별도의 배플을 설치하지 않고, 입수관을 경사관이나 곡관으로 하는 간단한 구조로 열교환기 성능을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예가 적용된 공기조화기의 구성이 도시된 도,
도 2는 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 종단면도,
도 4는 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 냉매 튜브 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 입수관 및 출수관이 도시된 내부 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 내부가 도시된 일부 절결 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 열교환기 제 2 실시예의 입수관 및 출수관이 도시된 내부 평면도이며,
도 8은 본 발명에 따른 열교환기 제 2 실시예의 내부가 도시된 일부 절결 사시도이며,
도 9는 본 발명에 따른 열교환기 제 2 실시예의 입수관이 확대 도시된 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 열교환기 제 3 실시예의 종단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예가 적용된 공기조화기의 구성이 도시된 도이다.
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 냉매를 열원수와 열교환시킬 수 있다. 열원수는 냉매의 열을 흡수하는 냉각수로 기능하거나 냉매로 열을 가하는 가열수로 기능할 수 있다. 공기조화기는 냉매가 압축되는 압축기(2)와, 냉매가 열원수와 열교환되는 제 1 열교환기(4)와, 냉매가 팽창되는 팽창기구(6)와, 냉매가 공기와 열교환되는 제 2 열교환기(8)를 포함할 수 있다.
냉매는 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 냉매는 제 1 열교환기(4)와, 팽창기구(6)와, 제 2 열교환기(8)를 순차적으로 통과한 후 압축기(2)로 회수될 수 있다. 이 경우 제 1 열교환기(4)는 냉매를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있고, 제 2 열교환기(8)는 냉매를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있으며, 열원수는 압축기(2)에서 압축된 냉매의 열을 흡열하는 냉각수가 될 수 있다.
냉매는 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 냉매는 제 2 열교환기(8)와, 팽창기구(6)와, 제 1 열교환기(4)를 순차적으로 통과한 후 압축기(2)로 회수될 수 있다. 이 경우 제 2 열교환기(8)는 냉매를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있고, 제 1 열교환기(4)는 냉매를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있으며, 열원수는 제 1 열교환기(4)를 통과하는 냉매로 열을 가하는 가열수가 될 수 있다.
공기조화기는 냉매가 압축되는 압축기(2)와, 냉매가 열원수와 열교환되는 제 1 열교환기(4)와, 냉매가 팽창되는 팽창기구(6)와, 냉매가 실내 공기와 열교환되는 제 2 열교환기(8)를 포함함과 아울러 압축기(2)에서 압축된 냉매를 제 1 열교환기(4) 또는 제 2 열교환기(8)로 보내는 유로 절환밸브(미도시)를 더 포함하는 것이 가능하다. 공기조화기는 압축기(2)에서 압축된 냉매가 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 냉매가 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 냉매를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있으며, 제 2 열교환기(8)는 냉매를 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 냉매를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있고, 제 1 열교환기(4)는 냉매를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있다.
열원수는 물이나 부동액 등의 열원수로 구성되는 것이 가능하고, 냉매는 통상적으로 공기조화기에서 사용되는 프레온계 냉매나 이산화탄소 냉매 등의 각종 냉매 중 하나로 구성되는 것이 가능하다.
압축기(2)는 냉매를 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 열원수가 통과하는 쉘(20)과, 냉매가 통과하는 냉매튜브(24)(26)를 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 냉매가 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 냉매가 통과하는 핀튜브형 열교환기나 코일형 열교환기로 구성될 수 있다. 제 2 열교환기(8)는 냉매가 통과하면서 실내 공기와 열교환되는 냉매튜브를 포함할 수 있다. 제 2 열교환기(8)는 냉매튜브와 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 냉매를 응축시키는 응축기로 기능할 경우, 열원수를 냉각시키는 냉각기로 구성될 수 있다. 열처리 유닛(10)은 제 1 열교환기(4)가 냉매를 증발시키는 증발기로 기능할 경우, 열원수를 가열시키는 가열기로 구성될 수 있다. 열처리유닛(10)이 냉각기로 구성될 경우, 열처리 유닛(10)은 열원수를 냉각시키는 냉각탑을 포함할 수 있다. 열처리 유닛(10)은 제 1 열교환기(4)와 수배관(12)(14)으로 연결될 수 있다. 제 1 열교환기(4)는 열처리 유닛(10)과 출수배관(12)으로 연결될 수 있고, 제 1 열교환기(4)의 열원수는 출수배관(12)을 통해 열처리 유닛(10)으로 출수될 수 있다. 제 1 열교환기(4)는 열처리 유닛(10)과 입수배관(14)으로 연결될 수 있고, 열처리 유닛(10)의 열원수는 입수배관(14)을 통해 제 1 열교환기(4)로 입수될 수 있다. 열처리유닛(10)과 출수배관(12)과 입수배관(14) 중 적어도 하나에는 열원수를 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 수배관(12)(14)으로 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)은 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 수배관(12)(14)으로 연결될 수 있다.
이하, 제 1 열교환기(4)를 열교환기로 칭하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 종단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 냉매 튜브 측면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 입수관 및 출수관이 도시된 내부 평면도, 도 6은 본 발명에 따른 열교환기 제 1 실시예의 내부가 도시된 일부 절결 사시도,
열교환기(4)는 쉘(20)과; 쉘(20) 내부로 열원수를 입수 안내하는 입수관(22)과; 열원수와 열교환되는 냉매가 통과하는 적어도 하나의 냉매튜브(26)와; 냉매튜브(26)와 열교환된 열원수가 출수 안내되는 출수관(28)을 포함한다. 열원수는 입수관(22)을 통해 쉘(20)로 유입되어 냉매튜브(26)와 열교환될 수 있고, 냉매튜브(26)와 열교환된 열원수는 출수관(28)을 통해 출수될 수 있다.
쉘(20)은 열교환기(4)의 외관을 형성할 수 있다. 쉘(20)은 내부에 빈 공간이 형성될 수 있다. 쉘(20)은 상하로 길게 배치될 수 있다. 쉘(20)은 로어 플레이트(31) 상측에 중공 쉘(32)이 배치되고 중공 쉘(32) 상측에 어퍼 플레이트(33)가 배치될 수 있다. 중공 쉘(32)은 중공 원통 또는 중공 다각 통 형상으로 형성될 수 있다. 중공 쉘(32)은 하부에 로어 플레이트(31)와 볼트 및 너트 등의 체결부재로 결합되는 하부 플랜지(34)가 형성될 수 있다. 중공 쉘(32)은 상부에 어퍼 플레이트(33)와 볼트 및 너트 등의 체결부재로 결합되는 상부 플랜지(35)가 형성될 수 있다. 중공 쉘(32)은 내부에 빈 공간이 형성될 수 있고, 중공 쉘(32)의 하측 개구면은 로어 플레이트(31)에 의해 막힐 수 있으며, 중공 쉘(32)의 상측 개구면은 어퍼 플레이트(33)에 막힐 수 있다. 중공 쉘(32)은 내둘레면(40)이 열원수를 안내하는 열원수 안내면으로 기능할 수 있다. 열원수는 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 따라 유동될 수 있다. 쉘(20)에는 냉매튜브(26)가 관통되는 냉매튜브 관통공(36a)(36b)이 형성될 수 있다. 쉘(20)에는 하나의 냉매튜브 당 2개의 냉매튜브 관통공이 형성될 수 있다. 열교환기(4)가 1개의 냉매튜브(26)를 포함할 경우 냉매튜브 관통공(36a)(36b)은 4개 형성될 수 있다. 쉘(20)에는 입수관(22)이 관통되는 입수관 관통공(38)이 형성될 수 있다. 쉘(20)에는 출수관(28)이 연결되는 출수관 연결공(39)이 형성될 수 있다. 열교환기(4)는 입수관(22)과, 냉매튜브(26)와, 출수관(28) 모두가 로어 플레이트(31)를 관통하는 것이 가능하다. 열교환기(4)는 냉매튜브 관통공(36a)(36b)이 로어 플레이트(31)에 형성될 수 있다. 열교환기(4)는 입수관 관통공(38)이 로어 플레이트(31)에 형성될 수 있다. 입수관 관통공(38)은 로어 플레이트(31)에 경사지게 형성될 수 있다. 열교환기(4)는 출수관 연결공(39)이 로어 플레이트(31)에 형성될 수 있다.
입수관(22)은 일단이 쉘(20) 외부에 위치되고 타단이 쉘(20) 내부에 위치될 수 있다. 입수관(22)은 타단이 로어 플레이트(31) 상측에 위치될 수 있다. 입수관(22)은 하나의 부재가 입수관(22)을 구성하고, 하나의 부재가 로어 플레이트(31)를 관통하는 것이 가능하다. 입수관(22)은 쉘(20) 내부에 위치하는 이너 입수관과 쉘(20) 외부에 위치하는 아우터 입수관이 입수관(22)을 구성하다. 입수관(22)은 이너 입수관과 아우터 입수관을 포함할 경우, 이너 입수관과 아우터 출수관 중 하나가 로어 플레이트(31)를 관통하는 것이 가능하다. 입수관(22)은 이너 입수관과 아우터 입수관을 포함할 경우, 이너 입수관과 아우터 출수관이 로어 프레이트(31)를 사이에 두고 설치되는 것이 가능하다. 입수관(22)은 쉘(20) 외부에 위치하는 일단이 입수관(22)으로 열원수가 입수되는 입구가 될 수 있다. 입수관(22)은 로어 플레이트(31) 상측에 위치하는 타단이 열원수를 쉘(20) 내부로 출수하는 출구(23)가 될 수 있다. 열교환기(4)는 출구(23)가 열원수를 출수하는 방향 즉, 열원수가 쉘(20) 내부로 입수되는 방향에 따라 열원수의 유동 방향이 결정될 수 있다. 입수관(22)은 열원수가 쉘(20) 내둘레면을 따라 나선형 선회 유동되게 배치될 수 있다. 입수관(22)은 로어 플레이트(31)에 배치될 수 있다. 입수관(22)은 열원수가 쉘(20) 내부로 입수되는 출구(23)가 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 마주볼 수 있다. 입수관(22)은 로어 플레이트(31)에 경사지게 배치되는 경사관을 포함할 수 있다. 입수관(22)은 로어 플레이트(31)와 예각의 경사각(θ)을 갖게 경사지게 설치될 수 있다. 로어 플레이트(31)는 수평하게 배치될 수 있고, 입수관(22)은 출구(23)가 수평선(H)에 대해 예각의 경사각을 갖게 배치될 수 있다. 입수관(22)은 로어 플레이트(31)에 비스듬히 설치될 수 있다. 입수관(22)은 도 6에 도시된 바와 같이, 그 길이 방향 연장선(E)이 쉘(20)의 수직 중심축(Z)과 교차되지 않게 설치될 수 있다. 입수관(22)은 쉘(20)에 단수개 또는 복수개 설치되는 것이 가능하다. 입수관(22)은 단수개 설치될 경우 출구(23)가 복수개 형성되는 것이 가능하고, 복수개의 출구(23) 각각은 쉘(20) 내둘레면을 향하게 배치될 수 있다. 입수관(22)은 복수개 설치될 경우 쉘(20)과 출수관(28) 사이 복수 위치로 열원수를 입수하게 형성될 수 있다. 입수관(22)은 복수개 설치될 경우 그 각각의 출구가 쉘(20) 내둘레면을 향하게 설치될 수 있다. 입수관(22)은 복수개 설치될 경우, 출수관(28)을 사이에 두고 이격 배치되는 것이 가능하고, 적어도 3개가 일정 간격을 두고 이격 배치되는 것도 가능함은 물론이다.
냉매튜브(26)는 복수개의 턴(51)(52)(53)(54)이 나선형으로 연속하여 감긴 나선관부(55)를 포함할 수 있다. 나선관부(55)는 쉘(20) 내부에 상하로 길게 배치될 수 있다. 나선관부(55)는 수직 중심축(X)과 거리(R)가 동일한 복수개 턴(51)(52)(53)(54)이 연속될 수 있다. 나선관부(55)는 최상측 턴(51)과 최하측 턴(52) 사이에 적어도 2개의 중간 턴(53)(54)이 형성될 수 있다. 나선관부(55)는 그 전체 형상이 코일 형상으로 형성될 수 있다. 나선관부(55)는 상측에 위치하는 턴과 하측에 위치하는 턴 사이에 나선형 간극(58)이 형성될 수 있고, 나선형 간극(58)은 냉매튜브(26)의 길이방향을 따라 연속하여 형성될 수 있다. 열원수는 나선형 간극(58)을 통과하면서 냉매튜브(26)와 열교환될 수 있고, 나선형 간극(58)을 따라 나선형으로 선회 유동되면서 냉매튜브(26)와 열교환될 수 있다. 냉매튜브(26)는 나선관부(55)가 쉘(20) 내부에 위치될 수 있다. 냉매튜브(26)는 쉘(20)을 관통하는 쉘 관통관부(56)(57)를 포함할 수 있다. 냉매튜브(26)는 나선관부(55)와 쉘 관통관부(56)(57)가 일체로 형성될 수 있다. 하나의 나선관부(55)와 복수개 쉘 관통관부(56)(57)는 하나의 냉매튜브를 구성할 수 있다. 복수개 쉘 관통관부(56)(57)는 냉매 유동 방향으로 나선관부(55) 전,후에 위치하는 제 1 쉘 관통관부(56)와 제 2 쉘 관통관부(57)를 포함할 수 있다. 냉매는 제 1 쉘 관통관부(56)와 제 2 쉘 관통관부(57) 중 어느 하나를 통과해 나선관부(55)로 유입될 수 있고, 나선관부(55)를 통과한 후 제 1 쉘 관통관부56)와 제 2 쉘 관통관부(57) 중 다른 하나를 통과할 수 있다. 냉매튜브(26)는 나선관부(55)가 로어 플레이트(31)와 어퍼 플레이트(33) 사이에 위치될 수 있고, 제 1 쉘 관통관부(56)와 제 2 쉘 관통관부(57)가 로어 플레이트(31)를 관통하여 로어 플레이트(31)의 하측으로 연장될 수 있다.
출수관(28)은 쉘(20) 내부에 위치되는 이너 출수관(29)과; 이너 출수관(29) 내부의 열원수가 출수 안내되는 아우터 출수관(30)을 포함한다.
이너 출수관(29)에는 제 2 냉매 튜브(26)의 제 1 쉘 관통관부(56)가 관통될 수 있다. 이너 출수관(29)은 하단이 쉘(20)과 결합될 수 있다. 이너 출수관(29)은 하단이 쉘(20)의 로어 플레이트(31)에 용접 등에 의해 연결될 수 있다. 이너 출수관(29)은 상단이 쉘(20)의 어퍼 플레이트(33)과 이격될 수 있다.
아우터 출수관(30)은 이너 출수관(29)보다 직경이 작을 수 있다. 아우터 출수관(30)은 쉘(20) 외부에 위치될 수 있다. 아우터 출수관(30)은 이너 출수관(29) 내부와 연통되게 설치될 수 있다. 아우터 출수관(30)은 상단이 아우터 출수관 연결공(39)에 연결될 수 있다. 아우터 출수관(30)은 상단이 아우터 출수관 연결공(39)에 용접 등에 의해 연결될 수 있다.
한편, 본 발명은 냉매튜브(26)가 단수개 설치되는 것에 한정되지 ??고, 복수개의 냉매튜브가 하나의 쉘(20)에 함께 설치되는 것이 가능하다. 복수개의 냉매튜브는 2개가 하나의 쉘(20)에 설치되는 것이 가능하고, 3개 또는 4개가 하나의 쉘(20)에 설치되는 것이 가능하다. 복수개 냉매튜브는 쉘(20)의 외부에 위치하는 일측 단부가 분지관에 연결될 수 있다. 복수개 냉매튜브는 쉘(20)의 외부에 위치하는 타측 단부가 합지관에 연결될 수 있다. 분지관에는 도 1에 도시된 압축기 출구 유로(3)가 연결될 수 있고, 합지관에는 도 1에 도시된 제 1 열교환기 팽창기구 연결유로(5)기 연결될 수 있다. 압축기 출구 유로(3)의 냉매는 분지관에서 복수개 냉매튜브로 분배될 수 있고, 복수개 냉매튜브를 통과한 냉매는 합지관에서 합쳐진 후 제 1 열교환기 팽창기구 연결유로(5)로 유동될 수 있다. 냉매튜브(26)는 복수개 설치될 경우, 각 냉매튜브의 나선관부 크기가 서로 상이하게 형성될 수 있다. 복수개의 냉매튜브 중 어느 하나의 나선관부는 수직 중심축(X)과의 거리(즉, 나선 반지름)가 긴 아우터 나선관부를 포함할 수 있고, 복수개의 냉매튜브 중 다른 하나의 나선관부는 수직 중심축(X)과의 거리가 짧은 이너 나선관부를 포함할 수 있다. 이너 나선관부는 이너 출수관(29)과 중공 쉘(32)의 사이에 위치될 수 있고, 아우터 나선관부는 이너 나선관부와 중공 쉘(32)의 사이에 위치될 수 있다. 열원수는 아우터 나선관부 및 이너 나선관부 각각과 열교환될 수 있고, 아우터 나선관부 및 이너 나선관부 각각과 열교환된 후 쉘(20) 내측 상부에서 출수관(28)으로 출수될 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공기조화기의 운전시, 냉매는 제 1 쉘 관통관부(56)와 제 2 쉘 관통관부(57) 중 어느 하나를 통해 나선관부(55)로 유입되고, 나선관부(55)의 복수개 턴(51)(52)(53)(54)을 순차적으로 통과할 수 있다. 나선관부(55)의 복수개 턴(51)(52)(53)(54)을 순차적으로 통과한 냉매는 제 1 쉘 관통관부(56)와 제 2 쉘 관통관부(57) 중 다른 하나를 통과할 수 있다.
열원수는 입수관(22)을 통해 쉘(20)의 내부로 유입될 수 있다. 열원수는 입수관(22)에서 출구(23)를 통과할 때 입수 방향이 결정될 수 있는데, 출구(23)가 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 향하기 때문에, 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 향해 입수될 수 있다. 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 향해 입수된 열원수는 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 따라 선회 유동될 수 있고, 원심력에 의해 나선 방향으로 선회 유동될 수 있고, 나선 방향으로 선회 유동되는 동안 나선관부(55)와 접촉되어 열교환될 수 있다. 나선관부(55)는 열원수가 수직 방향으로 상향 입수되는 경우 보다 넓은 접촉면적으로 열원수와 열교환될 수 있고, 냉매와 열원수의 열교환 성능은 향상될 수 있다. 열원수는 쉘(20)의 내측 하부에서 쉘(20)의 내측 상부로 나선 방향으로 선회 유동되면서 상승될 수 있고, 쉘(20)의 내측 상부로 유동된 열원수는 출수관(28)의 상단으로 유입될 수 있고, 출수관(28)을 통해 쉘(20) 외부로 유동될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 열교환기 제 2 실시예의 입수관 및 출수관이 도시된 내부 평면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 열교환기 제 2 실시예의 내부가 도시된 일부 절결 사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 열교환기 제 2 실시예의 입수관이 확대 도시된 단면도이다.
본 실시예는 입수관(22')이 곡관(72)을 포함하고, 곡관(72)은 적어도 일부가 쉘(20) 내부에 위치되고 내부에 곡선형 유로(C)가 형성될 수 있다. 본 실시예는 입수관(22') 이외의 기타 구성 및 작용이 본 발명 일실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
곡관(72)은 출구(73)가 쉘(20) 내부에 위치되게 설치될 수 있디. 곡관(72)은 출구(73)가 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 마주보게 설치될 수 있다. 곡관(72)은 출구(73)가 향하는 방향에 따라 열원수의 입수 방향을 결정할 수 있다. 곡관(72)의 출구(73)는 수평한 방향으로 개구되거나 상향 경사진 방향으로 개구될 수 있다. 곡관(72)의 출구(73)는 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)와 이너 출수관(29)의 외둘레면 사이에 위치될 수 있고, 열원수는 출구(73)에서 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 향해 입수될 수 있다. 출구(73)는 수평선과 나란한 방향으로 개구되는 것이 가능하고, 수평선과 예각의 경사각을 갖는 상향 경사진 방향으로 개구되는 것이 가능하다. 출구(73)는 중공 쉘(32)의 접선 방향과 평행한 방향으로 개구될 수 있다. 곡관(72)은 쉘(20) 내부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 곡관(72)은 수직 중심축(W)을 중심으로 회전 가능하게 설치될 수 있다. 곡관(72)은 그 회전 방향 위치에 따라 출구(73)가 향하는 방향이 가변될 수 있다. 출구(73)가 최대 열교환 성능을 확보하는 위치로 곡관(72)을 회전시키면 열교환기는 냉매와 열원수의 열교환을 최대화할 수 있다. 곡관(72)은 출구(73)의 전부가 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 마주보게 설치되는 것이 가능하고, 출구(73)가 중공 쉘(32)의 내둘레면과 이너 출수관(29)의 외둘레면을 함께 마주보게 설치되는 것이 가능하다. 입수관(22')은 곡관(72)의 하부가 쉘(20) 하부로 돌출되게 설치되고, 곡관(72)의 하부에 도 1에 도시된 입수배관(14)이 연결되어 입수배관(14)으로 안내된 열원수가 곡관(72)의 하부로 유입된 후 곡관(72)의 출구(73)를 통해 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 향해 입수되는 것이 가능하다. 이 경우 입수관(22')은 곡관(72)의 하부가 로어 플레이트(31)의 입수관 관통공(38)에 나사 결합되는 것이 가능하다. 곡관(72)의 하부 외둘레에는 수나사가 형성될 수 있고, 입수관 관통공(38)에는 암나사가 형성될 수 있다. 입수관(22')은 곡관(72)이 회전되면서 곡관(72)의 하부가 입수관 관통공(38)으로 삽입될 수 있고, 곡관(72)의 출구(73)가 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 마주보는 위치에 이르면 곡관(72)의 회전이 정지될 수 있다. 곡관(72)은 중공 쉘(32)의 내둘레면과 이너 출수관(29)의 외둘레면을 함께 마주보는 위치에 이르면 곡관(72)의 회전이 정지될 수 있다.
입수관(22')은 적어도 일부가 쉘(20) 외부에 위치되고 곡관(72)으로 열원수를 안내하는 아우터 입수관(74)을 더 포함할 수 있다. 입수관(22')은 곡관(72)과 아우터 입수관(74)을 함께 포함하는 것이 가능하고, 아우터 입수관(74)으로 안내된 열원수는 곡관(72)으로 안내된 후 쉘(20) 내부로 입수될 수 있다. 입수관(22')이 곡관(72)과 아우터 입수관(74)을 모두 포함할 경우, 곡관(72)과 아우터 입수관(74)의 각각은 로어 플레이트(31)에 용접 접합되는 것이 가능하다. 입수관(22')이 곡관(72)과 아우터 입수관(74)을 모두 포함하는 경우, 곡관(72)와 아우터 입수관(74) 중 하나가 로어 플레이트(31)에 용접 접합이나 나사 결합되어 로어 플레이트(31)에 고정될 수 있고, 곡관(72)과 아우터 입수관(74)이 연통되게 결합될 수 있으며, 곡관(72)와 아우터 입수관(74)은 나사 결합되거나 용접 접합되는 것이 가능하다. 아우터 입수관(74)은 상부가 쉘(20) 내부에 위치되게 로어 플레이트(31)를 관통할 수 있고, 곡관(72)은 그 전부가 쉘(20) 내부에 위치된 상태에서 곡관(72)의 하부가 아우터 입수관(74)의 상부에 나사 결합되거나 용접 접합될 수 있다. 입수관(22')는 내주에 나선형 그루부(76)가 형성될 수 있다. 나선형 그루브(66)는 곡관(72)과 아우터 입수관(74) 중 적어도 하나의 내주에 형성되는 것이 가능하다. 아우터 입수관(74)의 내주에 나선형 그루부(76)가 형성될 경우, 아우터 입수관(74)의 내부로 안내된 열원수는 아우터 입수관(74)의 나선형 그루브(66)를 따라 나선형으로 선회 유동되면서 곡관(72)으로 유입될 수 있고, 곡관(72)을 통과하면서 원심력에 의해 나선형 선회 유동을 유지하면서 쉘(20)로 입수될 수 있다.
본 실시예의 열교환기는 열원수가 곡관(72)을 통과할 때 유동방향이 대략 수평하거나 수평에 가까운 경사 방향으로 전환될 수 있고, 곡관(72)의 출구(73)를 통과하여 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 향해 입수될 수 있다. 곡관(72)의 출구(73)를 통해 입수된 열원수는 중공 쉘(32)의 내둘레면(40)을 따라 돌면서 중공 쉘(32)과 이너 출수관(29) 사이에서 나선형 선회 유동으로 유동될 수 있다. 이후 열원수는 본 발명 제 1 실시예와 같이, 쉘(20)의 내측 상부로 나선 방향으로 선회 유동되면서 상승될 수 있고, 쉘(20)의 내측 상부로 유동된 열원수는 이너 출수관(29)의 상단으로 유입될 수 있고, 출수관(28)을 통해 쉘(20) 외부로 유동될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 열교환기 제 3 실시예의 종단면도이다.
도 10을 참조하면, 어퍼 플레이트(33)에는 출수관(28)의 상단(28')으로 열원수를 유도하는 상부 가이드(80)가 형성될 수 있다. 상부 가이드(80)는 어퍼 플레이트(33)에 원추 형상으로 하향 돌출될 수 있으며, 상부 가이드(80) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예 또는 제 2 실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 열교환기는 입수관(22)에서 쉘(20) 내부로 유입된 열원수가 본 발명 제 1 실시예 또는 본 발명 제 2 실시예와 같이, 중공 쉘(22)의 내둘레면(40)을 따라 나선형으로 선회 유동되면서 상승될 수 있고, 쉘(20)의 내측 상부로 유동된 열원수는 상부 가이드(80)에 안내되어 출수관(28)의 상단(29)으로 유도된다. 상부 가이드(80)에 안내된 열원수는 출수관(28)의 상단(29) 상측 위치에서 맴돌지 않고 출수관(28)의 상단(28')을 통과할 수 있고, 출수관(28) 내부로 낙하되어 출수관(28)을 통해 쉘(20) 외부로 유동될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 도 1에 도시된 입수배관(14)이 출수관(28)에 연결됨과 아울러 도 1에 도시된 출수배관(12)이 입수관(22)에 연결되어 입수배관(14)의 열원수가 출수관(28)을 통해 쉘(20) 내부로 유입된 후 냉매 튜브와 열교환될 수 있고, 냉매 튜브와 열교환된 열원수가 입수관(22)을 통해 출수배관(12)으로 출수되는 것이 가능하며, 이 발명이 속하는 기술적 범주 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
4: 열교환기 20: 쉘
22: 입수관 23: 출구
26: 냉매튜브 28: 출수관
31: 로어 플레이트 32: 중공 쉘
33: 어퍼 플레이트 55: 나선관부
72: 곡관 73: 출구
74: 아우터 입수관 76: 나선형 그루부
80: 상부 가이드

Claims (15)

  1. 로어 플레이트 상측에 중공 쉘이 배치되고 상기 중공 쉘 상측에 어퍼 플레이트가 배치된 쉘과;
    상기 쉘 내부로 열원수를 입수 안내하는 입수관과;
    상기 쉘 내부에 나선관부가 위치하고 상기 쉘을 관통하는 쉘 관통관부가 형성된 적어도 하나의 냉매튜브와;
    상기 냉매튜브와 열교환된 열원수가 출수 안내되는 출수관을 포함하고,
    상기 입수관은 상기 로어 플레이트에 배치되고 열원수가 상기 쉘 내부로 입수되는 출구가 상기 중공 쉘의 내둘레면을 마주보는 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입수관은 상기 로어 플레이트에 경사지게 배치되는 경사관을 포함하는 열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 쉘은 상기 입수관이 관통되는 입수관 관통공이 형성되고, 상기 입수관 관통공은 상기 로어 플레이트에 경사지게 형성된 열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입수관은 상기 로어 플레이트와 예각의 경사각을 갖게 배치되는 열교환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 입수관은 길이 방향 가상 연장선이 상기 쉘의 수직 중심축과 교차되지 않는 열교환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 입수관은 적어도 일부가 상기 쉘 내부에 위치되고 내부에 곡선형 유로가 형성된 곡관을 포함하는 열교환기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 곡관은 상기 쉘 내부에 회전 가능하게 배치된 열교환기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 곡관은 상기 로어 플레이트에 용접 접합된 열교환기.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 입수관은 적어도 일부가 상기 쉘 외부에 위치되고 상기 곡관으로 열원수를 안내하는 아우터 입수관을 더 포함하는 열교환기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 아우터 입수관은 내주에 나선형 그루부가 형성된 열교환기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 아우터 입수관은 상기 로어 플레이트에 용접 접합된 열교환기.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 곡관은 상기 아우터 입수관과 로어 플레이트 중 적어도 하나에 나사 결합되는 열교환기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 어퍼 플레이트는 열원수를 상기 출수관의 상단으로 유도하는 상부 가이드가 형성된 열교환기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상부 가이드는 상기 어퍼 플레이트에 원추 형상으로 하향 돌출된 열교환기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 입수관은 내주에 나선형 그루부가 형성된 열교환기.
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