KR20150003652U - 열 교환기 - Google Patents

Abstract

프레임; 냉각 공기 러너 및 열 러너를 분리하기 위해 상기 프레임 내부에 배치되는, 분리판; 및 폐쇄된 금속 파이프가 되고, 적당한 정도의 물을 가지고 있는 복수의 열 파이프들을 포함하는 열 교환기가 제공된다. 열은 상기 열 러너를 통해 지나가고 냉각 공기는 상기 냉각 공기 러너를 통해 지나가고, 상기 열 파이프들은 상기 프레임 내부에 평행하게 이격되어 있고 상기 분리판을 관통하고 이것은 상기 열 파이프들 각각을 증발 영역 및 응결 영역으로 공간짓는다. 상기 증발 영역은 상기 프레임의 열 러너 내부에 위치되는 한편, 상기 응결 영역은 상기 프레임의 냉각 공기 러너 내부에 위치된다.

Description

열 교환기{HEAT EXCHANGER}

본 고안은 열 교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 온도의 열을 냉각시키는 효율성을 향상시킬 수 있는 열 교환기에 관한 것이다.

산업 현장에는, 금속공학, 유리 산업, 및 광전자 기술과 같은 많은 고온 어플리케이션들이 있고, 이로부터 파생되는 액체 폐기물, 폐수, 또는 폐가스는 환경 문제를 야기시킨다. 고온 폐가스 문제에 관한 한, 폐가스는 매우 고온이기 때문에, 만약 대기에 바로 방출된다면, 대기 중 탄소 농도는 증가될 것이고 환경에 해로운 열섬 효과로 이어지고, 오염된 공기 및 나쁜 시계(visibility)의 결과를 가져온다. 나아가, 고온 열 에너지를 사용하지 않고 대기로 직접 고온의 열 에너지를 방출하는 것 또한 자원 낭비이다. 그러므로, 처리 방법이 일반적으로 채용되는데, 즉 고온 폐가스를 방출하기 전에, 열 교환기가 냉각 프로세스에 흔히 사용되고, 그 사이에 재사용을 위한 프로세스 동안 열을 가로챈다.

종래에 채용되던 폐가스를 처리하기 위한 열 교환기에 있어서, 액체 매체(보통 오일)이 액체 회로에 추가되고; 상기 회로는 고온 러너 및 저온 러너 모두에 걸쳐 설정되고, 또한 2개의 독립적인 공기 러너들을 형성하기 위해 2 개의 러너들은 분리판으로 분리된다. 상기의 열 교환기는 종종 산업 굴뚝 연통 배출 가스로부터의 폐열의 회복에 사용된다. 프로세스에서, 고온 폐가스는 고온 러너를 통해 흐르고 열전도 효과 덕분에 유체 회로로 전달된다. 액체 매체는 열을 수신한 후 가스로 만들고 회로의 상부 부분(즉, 저온 러너)으로 올리는데, 이때 저온은 상기 회로의 내부 파이프 벽에서 응결을 야기시켜, 이로써 상기 가스는 액체로 변환하여, 상기 회로의 하부 부분(즉, 고온 러너)로 다시 흐른다. 하지만, 상기에서 언급한 유체 회로들은 동일한 통로를 이용하고 있고, 고온의 오일은 고온 폐가스를 통해 상기 파이프 벽으로 열을 방출하고, 열을 수신한 후 상기 파이프 벽은 대류성의 열 전달에 의해 고온의 오일로 열을 방출하는데, 즉, 열 전달 프로세스 동안 상기 액체 매체는 온도에서 변화가 있지 위상에 있어서는 아니다. 그러므로, 종래 기술에 따른 열 교환기의 냉각 효율성은 그 한계 및 향상되어야 하는 결함들을 가지고 있다(전체 열 전도 계수는 32kca/m2.hr.℃). 나아가, 종래 기술에 따른 열 교환기는 복잡한 시스템을 가지고; 유체 회로의 파이프를 포함하여, 제조상의 어려움 및 비용을 증가시키는 (오일 탱크, 오일 펌프, 밸브, 전달 시스템, 등과 같은) 다른 구성요소들을 가진다. 또한, 상기 시스템의 복잡도는 오작동율을 증가시키고, 또한 상기 유체 회로는 오일 누출(파손된 파이프 몸체)와 같은 오류에 직면했을 때 수리되기 위해 완전히 가동 중단해야 한다. 따라서, 상기에서 언급한 결함들을 극복할 수 있는 열 교환기를 제공해야 할 필요가 있다.

종래 기술의 열 교환기의 냉각 성능을 향상시키는 것을 목표로, 본 고안의 목적은 높은 온도의 열을 냉각시키는 효율성을 증가시킬 수 있는 열 교환기를 제공하는 데 있다.

상기의 목적에 유념하고, 본 고안은 프레임; 냉각 공기 러너 및 열 러너를 분리하기 위해 상기 프레임 내부에 배치되는 분리판으로, 열은 상기 열 러너를 통해 지나가고 냉각 공기는 상기 냉각 공기 러너를 통해 지나가고; 및 폐쇄된 금속 파이프 몸체가 되고, 적당한 정도의 물을 가지고 있는 복수의 열 파이프들을 포함하는 열 교환기를 제공하는데, 이때 상기 열 파이프들은 상기 프레임 내부에 평행하게 이격되어 있고 상기 분리판을 관통하고 상기 열 파이프들 각각은 증발 영역 및 응결 영역의 공간이 있고, 상기 증발 영역은 상기 프레임의 열 러너 내부에 위치되고 상기 응결 영역은 상기 프레임의 냉각 공기 러너 내부에 위치된다.

상기 열 파이프들의 내부 공간은 진공이다.

그리고, 상기 열 파이프들 각각의 표면은 복수의 핀들이 배치되어 있고 방사상 방식으로 정렬되고, 상기 열 파이프들 각각의 표면 상의 핀들은 인접하는 열 파이프들의 표면 상의 핀들과 교차한다.

상기에서 언급된 열 교환기는, 열이 상기 프레임의 열 러너를 통해 흐를 때, 상기 열 파이프들의 증발 영역 안의 물은 증기로 변환되고 상기 열 파이프들의 응결 영역으로 올라가고, 또한 상기 냉각 공기가 상기 프레임의 냉각 공기 러너를 통해 흐를 때, 상기 열 파이프들의 응결 영역 안의 증기는 물로 변환되고 상기 열 파이프들의 응결 영역으로 흐른다.

상기 열 파이프들은 동일한 간격으로 이격되어 있다.

본 고안의 열 교환기는 금속 파이프를 이용하고, 이것은 열 파이프이고, 열을 신속하게 전도할 수 있다. 상기 열 파이프의 일 단이 가열된 때, 상기 파이프 내부의 물은 가스로 만들어지고, 증기로 변환되어 상기 열 파이프의 타 단으로 올라간다. 열이 타 단에서 방출된 때, 상기 증기는 액체 물로 응결되어 그후 상기 열 파이프의 가열된 단으로 다시 흐른다. 이 순환적 프로세스는 열 교환기의 목적을 달성할 수 있다. 본 고안은 열 에너지를 전도하기 위해 위상 변화를 채용하고 열 전도 효율성을 향상시키기 위해 폐쇄된 진공 열 파이프 내부의 물을 이용한다.

도 1은 본 고안의 열 교환기의 일 실시예가 도시된 대략도이다.
도 2는 본 고안의 열 파이프의 단면도이다.
도 3에는 본 고안에 따른 사용중 열 파이프가 도시되어 있다.

본 개시의 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명될 것인데, 그 예들은 첨부된 도면들에 도시되어 있다. 첨부된 도면들은 본 고안의 기본적인 구조를 설명할 목적으로 대략적으로 도시된 단순화된 도면들이다. 그러므로, 본 개시에 관련된 구성요소들은 도면들에 도시되어 있다. 나아가, 첨부된 도면들은 구성요소들의 실제 크기, 형태 또는 수를 도시하지는 않을 수 있다; 이 특징들은 본 개시를 구현할 때 선택적이다.

도 1은 본 고안의 열 교환기의 일 실시예가 도시된 대략도이다. 도 2는 본 고안의 열 파이프의 단면도이다. 열 교환기(100)는 프레임(110), 분리판(120) 및 복수의 열 파이프들(130)을 포함한다. 상기 분리판(120)은 상기 프레임(110)을 냉각 공기 러너(111) 및 열 러너(112)로 분리하기 위해 상기 프레임(110) 내부에 배치된다. 냉각 공기(910)는 상기 냉각 공기 러너(111)를 통해 흐르고 열(920)은 상기 열 러너(112)를 통해 흐른다. 상기 열 파이프들(130) 각각은 폐쇄된 금속 파이프이고, 그 안에 적당한 정도의 물을 가진다. 상기 복수의 열 파이프들(130)은 상기 프레임(110) 내부에 평행으로 이격되어 있고, 상기 분리판(120)을 관통하고, 이것은 상기 열 파이프들(130) 각각을 증발 영역(131) 및 응결 영역(132)으로 공간짓는다. 상기 증발 영역(131)은 상기 프레임(110)의 열 러너(112) 안에 배치된다. 상기 응결 영역(132)은 상기 프레임(110)의 냉각 공기 러너(111) 안에 배치된다. 상기 냉각 공기 러너(111) 및 상기 열 러너(112)는 2 개의 독립적인 통로들이다. 상기 냉각 공기 러너(111)는 상기 열 파이프(130)의 상기 응결 영역(132) 및 상기 프레임(110)의 상기 분리판(120) 위에 상부 반을 포함하는 한편, 상기 열 러너(112)는 상기 열 파이프(130)의 증발 영역(131) 및 상기 프레임(110)의 상기 분리판(120) 아래에 하부 반을 포함한다.

바람직하게, 상기 열 파이프들(130)은 동일한 간격으로 이격되어 있고 내부 공간은 진공으로 된다. 상기 열 파이프들(130) 각각의 표면 상에 복수의 핀들(150)이 방사상으로 마련된다. 상기 열 파이프들(130) 각각의 표면 상의 핀들(150)은 인접하는 열 파이프들(130)의 표면들 상의 핀들(150)과 교차된다. 상기 핀들(150)을 제공함으로써, 상기 열 파이프(130)의 열 전도 효율성은 향상될 수 있고 또한 서로 교차되는 상기 핀들(150)은 또한 공간 사용이 최대로 될 수 있다.

도 3에는 본 고안에 따른 사용중 열 파이프가 도시되어 있다. 본 고안에 따라 상기에 개시된 구조를 가지는 상기 열 교환기(100)에 있어서, 상기 열(920)이 상기 프레임(110)의 열 러너(112)를 통해 흐를 때, 상기 열 파이프들(130)의 증발 영역(131) 안의 물(140)은 증기(141)로 변환되고 상기 열 파이프들(130)의 응결 영역으로 올라간다. 상기 냉각 공기(910)은 상기 프레임(110)의 냉각 공기 러너(111)를 통해 흐를 때, 상기 열 파이프들(131)의 상기 응결 영역(132)의 증기(141)는 물(142)로 변환되고 상기 열 파이프들(130)의 증발 영역(131)으로 흐른다.

상세하게, 상기 열 교환기(100)의 작동중, 상기 열(920)은 열 러너(112)로 진입되고 상기 열 파이프(130)의 증발 영역(131)을 통해 흐른다. 상기 냉각 공기(910)는 냉각 공기 러너(111)로 인입되고 상기 열 파이프(130)의 응결 영역(132)을 통해 흐른다. 그러므로, 상기 열(920)은 상기 열 러너(112)를 통해 흐를 때, 상기 열 파이프(130)의 증발 영역(131)은 고온 열에 의해 가열되고, 이로써 열 전도 효과 덕분에 상기 열 파이프(130)로 열 에너지를 전달한다. 상기 열 파이프(130)의 물(140)은 열 에너지를 흡수하고 그후 증기(141)로 변환되고, 상기 증기(141)는 상기 열 파이프(130)의 응결 영역(132)으로 올라간다(즉, 냉각 공기 러너(111)). 상기 냉각 공기 러너(111)의 열 파이프(130)의 파이프 벽 외부의 공기는 저온의 냉각 공기(910)이기 때문에, 상기 응결 영역(132)으로 진입된 증기(141)는 물(142)로 다시 변환될 수 있고, 상기 물(142)은 그 아래의 증발 영역(131)으로 상기 파이프 벽을 따라 다시 흐른다(즉, 열 러너(112)).

상기 열 러너(112)의 증발 영역(131)과 상기 열 파이프들 사이의 열 교환은 냉각 효과로 이어지므로, 이로써, 상기 열 파이프(130) 안의 물(140)은 증발되고, 이때 상기 증기(141)는 응결 영역(132)으로 올라가고, 냉각되어 그후 상기 물(142)로 다시 응결되어 상기 증발 영역(131)으로 상기 열 파이프들(130)의 파이프 벽을 따라 다시 흐른다; 그 결과, 고온에 의해 다시 가열되고, 전체 프로세스는 반복된 열 교환 사이클을 형성한다. 열 전도 효과를 참조하면, 열 전도는 열 에너지를 전도하기 위해 주로 위상 변화(두 위상들 사이의 변화들)를 사용하는 것이 명백하다. 상기 2-위상 열 전도 열 파이프(130) 내부의 상기 물(140)은 열을 흡수하고 증기로 되어, 저압으로 응결 영역(132)으로 신속하게 흐르고, 응결된 잠열을 방출하고 물(142)로 액화되고, 그후 상기 물(142)은 모세관 힘 및 중력으로 인해 증발 영역(131)으로 다시 흐르고, 따라서 사이클은 완성된다. 상기 열 파이프(130) 내부의 물(140)은 이 싸이클을 반복하는 것에 의해 열 전도의 목적을 달성한다. 상기 열 파이프(130)의 내부 공간은 진공이고 작업액으로서 물을 채용하는 것을 언급할 가치가 있고, 이때 물은 진공 상태 하에서 열 전도 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

본 고안에 따른 열 교환기(100)에 있어서, 각각의 열 파이프(130)는 독립적인 열 전도 부재이고; 그러므로 오작동이 발생하더라도, 장비의 전체 작동에 영향을 끼치지 않고, 더 낮은 오류율 및 더 쉬운 문제 해결책으로 귀결된다. 나아가, 본 개시에 채용된 열 전도는 2-위상 열 전도를 주로 사용하고; 이것은 열 전도 효율성을 크게 향상시킬 수 있다(전체 열 전도 계수는 대략 50kca/m2.hr.℃이고, 종래 기술의 열 파이프 열 교환기와 비교할 때 대략 40%가 증가한다).

바람직한 실시예의 이전의 설명은 본 고안을 한정하기 위함이 아니라, 본 고안을 더 자세히 설명하기 위해 제공된다. 범위 안에서의 본 개시에 따른 당업자에게 명백한 변경은 본 고안에 포함되는 것으로 해석될 것이다. 상기에서 설명되는 바와 같은 본 고안에 따른 열 교환기는 유리한 효과들을 제공하고 명백한 산업상의 적용가능성을 가지고, 그 구조 및 기술의 특징들은 실제로 본 개시의 발명자들에 의해 발명되었다.

100: 열 교환기
110: 프레임
120: 분리판
130: 열 파이프

Claims (8)

1. 프레임;
   냉각 공기 러너 및 열 러너를 분리하기 위해 상기 프레임 내부에 배치되는, 분리판; 및
   폐쇄된 금속 파이프가 되고, 적당한 정도의 물을 가지고 있는 복수의 열 파이프들을 포함하고,
   열은 상기 열 러너를 통해 지나가고 냉각 공기는 상기 냉각 공기 러너를 통해 지나가고,
   상기 복수의 열 파이프들은 상기 프레임 내부에 평행하게 이격되어 있고 상기 분리판을 관통하고 이것은 상기 복수의 열 파이프들 각각을 증발 영역 및 응결 영역으로 공간짓고, 상기 증발 영역은 상기 프레임의 열 러너 내부에 위치되고 상기 응결 영역은 상기 프레임의 냉각 공기 러너 내부에 위치되는, 열 교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 열 파이프들의 내부 공간은 진공인, 열 교환기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 열 파이프들 각각의 표면은 복수의 핀들이 배치되어 있는, 열 교환기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 열 파이프들 각각의 표면 상의 상기 복수의 핀들은 방사상 방식으로 배치되는, 열 교환기.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 열 파이프들 각각의 표면 상의 상기 복수의 핀들은 인접하는 열 파이프들의 표면 상의 핀들과 교차하는, 열 교환기.
6. 제 1 항에 있어서, 열이 상기 프레임의 열 러너를 통해 흐를 때, 상기 복수의 복수의 열 파이프들의 증발 영역 안의 물은 증기로 변환되고 상기 복수의 열 파이프들의 응결 영역으로 올라가는, 열 교환기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 냉각 공기가 상기 프레임의 냉각 공기 러너를 통해 흐를 때, 상기 복수의 열 파이프들의 응결 영역 안의 증기는 물로 변환되고 상기 복수의 열 파이프들의 응결 영역으로 흐르는, 열 교환기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 열 파이프들은 동일한 간격으로 이격되는, 열 교환기.

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