KR20150004531A - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것이며, 그 구성은 내부에 공간이 형성되고 양단이 개방되며 상기 공간과 연결되는 유입관과 토출관이 외주면에 구비된 하우징; 상기 하우징 내의 공간에 위치되며 다수개의 튜브가 구비된 튜브고정판; 상기 하우징의 개방측을 차단하도록 결합되며 상기 튜브와 대응되게 연결되는 유도관이 형성되어 제2열교환매체를 상기 튜브로 공급하는 제1플랜지; 및 상기 제1플랜지가 결합된 하우징 측의 타측을 차단하도록 결합되며 상기 제1플랜지를 통해 공급된 제2열교환매체를 배출하는 제2플랜지;를 포함한다.

Description

열교환기{Heat Exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로 열교환용 열교환매체의 순환을 수월하게 함과 동시에 용기 내부에서 와류 현상을 극대화시켜 열교환매체간의 접촉면적으로 극대화시킬 수 있게 하는 열교환기를 제공함에 있다.

일반적으로 열교환기는 고온액체와 저온액체와의 2개의 유체 사이에서 열의 이동을 실시하는 장치를 말하며, 화학공업이나 일반 빌딩의 난방, 급탕용 등 폭넓게 사용되고 있는 압력용기를 말한다.

이러한 열교환기는 가열기, 냉각기, 응축기 등도 포함되나 보통은 열의 회수를 목적으로 하는데 주로 이용된다.

또한 종래의 일반적인 열교환기는 열교환이 이루어지는 물의 진행이 보다 넓은 면적에서 열교환이 이루어질 수 있게 용기 내에서 유동하게 하는 구조를 하고 있다.

그러나 이러한 유동성을 갖게 하는 과정에 물 내에 포함된 이물들이 물을 유동시키는 분리판과의 접촉으로 분리판 사이에 이물이 적층되어 분리판 또는 용기 내부를 부식시키는 원인을 발생하는 문제점이 있었다.

또한 이러한 이물의 침전으로 인해 물의 유동을 방해하여 원활한 열교환이 이루어지는 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 열교환이 수월하게 이루어지는 열교환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 열교환용 열교환매체의 순환을 수월하게 함과 동시에 용기 내부에서 와류 현상을 극대화시켜 열교환매체간의 접촉면적으로 극대화시킬 수 있게 하는 열교환기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보면,

본 발명의 두개의 열교환매체를 순환시키며 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기에 있어서, 상기 열교환기는, 내부에 공간이 형성되고 양단이 개방되며 상기 공간과 연결되는 유입관과 토출관이 외주면에 구비된 하우징; 상기 하우징 내의 공간에 위치되며 다수개의 튜브가 구비된 튜브고정판; 상기 하우징의 개방측을 차단하도록 결합되며 상기 튜브와 대응되게 연결되는 유도관이 형성되어 제2열교환매체를 상기 튜브로 공급하는 제1플랜지; 및 상기 제1플랜지가 결합된 하우징 측의 타측을 차단하도록 결합되며 상기 제1플랜지를 통해 공급된 제2열교환매체를 배출하는 제2플랜지;를 포함한다.

그리고 상기 튜브고정판은 중심축과, 상기 중심축을 기준으로 축 방향을 따라 일정한 피치를 갖고 선회 형성된 나선판과, 상기 나선판을 따라 형성된 다수개의 삽입공으로 이루어진다.

또한 상기 삽입공은 상기 중심축과 수평이 되도록 상기 나선판에 형성된다.

그리고 상기 제1플랜지는 원뿔 형태의 몸체와, 상기 몸체 일측에 돌출된 관과, 상기 몸체의 일측으로부터 상기 관의 중심 방향으로 모아지도록 형성된 다수개의 유도관으로 구성된다.

또한 상기 관 내에는 상기 유도관으로의 제1열교환매체의 분배를 균일하게 하는 분배수단이 더 형성된다.

그리고 상기 하우징 내에서는 상기 유입관으로부터 공급된 제1열교환매체가 상기 튜브고정판의 표면을 따라 와류 현상을 일으키면서 상기 제2열교환매체와 열교환하며 상기 토출관을 통해 배출된다.

또한 상기 제1열교환매체는 물 또는 수증기 중 어느 하나이고, 상기 제2열교환매체는 냉매이다.

본 발명에 의하면, 열교환용 열교환매체의 순환을 수월하게 함과 동시에 용기 내부에서 와류 현상을 극대화시켜 열교환매체간의 접촉면적으로 극대화시킬 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 열교환기를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 플랜지를 나타내는 측면도.
도 3은 도 1에 도시된 튜브고정판을 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 열교환기에 따른 동작상태를 나타내는 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 열교환기(100)는, 제1플랜지(110), 하우징(120), 제2플랜지(130) 및 튜브고정판(140)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 제1플랜지(110)는 원뿔 형태의 몸체(111) 일측에 관(112)이 돌출 형성되어 있으며, 상기 몸체(111) 내측에는 원뿔 형태의 넓은 면 측에서 꼭지점 방향으로 점차 모아지도록 다수개의 유도관(114)이 형성되어 있고, 상기 유도관(114)은 상기 관(112)에 형성된 유입구(113)와 연결되도록 구성되어 있다.

또한 원뽈 형태의 제1플랜지(110)의 넓은 면 측 둘레에는 단차진 턱(미도시)이 형성되어 있어 상기 하우징 일측에 삽입될 수 있게 하고 있다.

여기서 상기 유도관(114)의 전체 단면적을 합친 면적은 상기 유입구(113)의 단면적과 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 이는 상기 유입구(113)를 통해 유입되는 제1열교환매체(W1)가 유도관(114)을 통해 확산되며 균일한 유속을 가지고 균일한 분배량으로 튜브 측으로 이동할 수 있게 하기 위함이며 이를 통해 하우징 내에서의 열교환 효율성을 향상시킬 수 있게 하기 위함이다.

또한 상기 유도관(114)은 유입구와의 연결 형태를 보았을 때 측면 형상이 도 2a에 도시된 바와 같이 유입구(113) 전체면에 대해 균일하게 형성되게 할 수도 있지만, 도 2b에 도시된 바와 같이 유입구(113)의 중앙 부분에 모아진 형태로 형성하는 것도 가능하다. 이러한 구조는 제1열교환매체의 균일한 확산성을 확보하면서도 균일한 분해가 가능한 구조를 형성하기 위한 구성이다.

한편 상기 제1플랜지(110)는 유입구(113) 내에 분배수단(115)을 더 형성시킬 수 있다.

상기 분배수단(115)은 도 2c에 도시된 바와 같이 유입구(113) 측에서 제1열교환매체가 진행하는 방향으로 돌출된 원뿔 형태로 구성하고 상기 원뿔 형태를 중심으로 유도관(114)이 모아지도록 구성함으로써 원뽈 형태의 분배수단에 의해 유입된 제1열교환매체의 균일한 분배를 더욱 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.

즉, 도 2a 및 도 2b에 도시된 제1플랜지의 내측에는 상기 분배수단이 모두 형성될 수 있다.

상기 하우징(120)은 양단이 개방되고 내부에 공간(121)을 갖는 일정한 길이의 관 형태이며, 외주면에는 유입관(122)과 토출관(123)이 공간(121) 측과 연통되게 구비되어 있다.

상기 제1플랜지(130)는 도면상에서는 제1플랜지(110)와 동일한 형태를 하고 있지만 몸체(131) 내에 유도관(134)이 형성되는 곳에 공간(미도시)을 형성시켜 튜브로부터 이동한 제1열교환매체가 저수된 상태로 관(132)에 형성된 배출구(133)를 통해 외부로 배출되게 하는 것도 가능하다.

즉, 제1플랜지(120)와 제2플랜지(130)는 동일한 형상으로 상기 하우징 양단에 결합될 수 있지만, 제2플랜지(130)는 제1플랜지(120)와는 다르게 유도관을 공간으로 형성하여 배치하는 것도 가능하다. 이는 튜브를 통과하는 제1열교환매체는 이미 열교환이 이루어진 상태이기 때문에 이를 규합하는데 제1플랜지와 같은 기능을 수행할 필요가 없기 때문이다.

상기 튜브고정판(140)은 일정한 길이를 갖는 중심축(141)과 상기 중심축(141)을 기준으로 축 방향을 따라 일정한 피치(P)를 갖고 선회 형성된 나선판(142)과 상기 나선판(142)에 형성된 다수개의 삽입공(143)으로 구성되어 있다.

또한 상기 삽입공(143)은 축 방향으로 선회 형성된 나선판(142)에 축 방향과 수평한 형태로 형성되다.

즉, 상기 튜브고정판은 중심축을 기준으로 판체가 나선 형태로 꼬인 형상이며, 그 표면상에 다수개의 삽입공이 축 방향으로 나란하게 개구된 구조를 하고 있어 상기 튜브가 삽입공에 축 방향 삽입될 수 있게 하고 있다.

본 발명의 결합관계를 보면, 튜브고정판(140)의 나선판(142)에 형성된 삽입공(143)에 다수개의 튜브(144)를 삽입한 후 상기 튜브고정판(140)을 하우징(110) 내의 공간(121)에 삽입하여 상기 나선판(141)의 외주면이 공간(121)의 내벽 측과 밀착되게 한다.

이 후 상기 하우징(120) 일측에 원뽈 형태의 제1플랜지(110)를 위치시키고 유입구(113)가 하우징의 외측을 향하도록 하우징에 삽입 결합한다. 이때 상기 하우징과 제1플랜지 사이에는 실링부재(미도시)가 배치된다.

다음으로 상기 제2플랜지(130)를 제1플랜지와 같은 방식으로 상기 하우징(120) 측면에 결합하여 상기 하우징(120) 내의 공간이 밀폐된 상태를 갖게 한다.

이때 상기 하우징 내에 위치된 튜브(144)와 상기 제1플랜지(110)에 형성된 유도관(114)가 대응되게 결합되는 것은 주지사실이다.

이와 같이 결합된 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 유입구(113) 측으로는 제1열교환매체(W1)가 유입되고, 상기 유입관(122) 측으로는 제2열교환매체(W2)가 유입되어 제1열교환매체(W1)는 튜브(144)를 따라 이동하고, 상기 제2열교환매체(W2)는 하우징(120) 내의 공간(121)에서 유동하며 이동하게 된다.

이때 상기 제2열교환매체는 공간 내에서의 이동시 내설된 튜브고정판(140)의 나선판(142)에 의해 나선 방향으로 회전하며 이동하기 때문에 직선으로 이동하는 종래의 방식에 비해 튜브와의 접촉을 증대시킬 수 있게 되어 열교환 효율성을 증대시킬 수 있게 된다.

또한 회전하는 제2열교환매체는 나선판의 표면을 따라 자연스럽게 이동하기 때문에 제2열교환매체에 포함되어 있을 수 있는 이물질이 나선판 표면에 부착되는 것을 방지할 수 있어 유체의 이동을 부드럽고 자연스럽게 하는 것이 가능해진다.

즉, 하우징 내에 스케일(scale)이 형성되는 것을 방지할 수 있어 열교환기의 수명과 효율성을 증대시킬 수 있다.

또한 상기 제1플랜지(110)에 형성된 유도관을 통해 제1열교환매체(W1)를 균일하게 확산 분배할 수 있어 같은 표면적 내에서 제1열교환매체의 균일한 유속을 확보할 수 있게 되므로 이를 통해 제2열교환매체와의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명의 열교환기를 이용할 경우 종래에 비해 증대된 효율성을 가지는 것이 가능하며, 이때 이용되는 제1열교환매체는 물 또는 수증기 중 어느 하나를 이용하고, 상기 제2열교환매체는 냉매를 이용하는 것이 바람직하나 필요에 따라 열교환매체를 달리하여 사용할 수도 있다.

이상 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

100 : 열교환기 110 : 제1플랜지
111 : 몸체 112 : 관
113 : 유입구 114 : 유도관
120 : 하우징 130 : 제2플랜지
140 : 튜브고정판 141 : 중심축
142 : 나선판

Claims (8)

1. 두개의 열교환매체를 순환시키며 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기에 있어서,
   상기 열교환기는,
   내부에 공간이 형성되고 양단이 개방되며 상기 공간과 연결되는 유입관과 토출관이 외주면에 구비된 하우징;
   상기 하우징 내의 공간에 위치되며 다수개의 튜브가 구비된 튜브고정판;
   상기 하우징의 개방측을 차단하도록 결합되며 상기 튜브와 대응되게 연결되는 유도관이 형성되어 제2열교환매체를 상기 튜브로 공급하는 제1플랜지; 및
   상기 제1플랜지가 결합된 하우징 측의 타측을 차단하도록 결합되며 상기 제1플랜지를 통해 공급된 제2열교환매체를 배출하는 제2플랜지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 튜브고정판은 중심축과, 상기 중심축을 기준으로 축 방향을 따라 일정한 피치를 갖고 선회 형성된 나선판과, 상기 나선판을 따라 형성된 다수개의 삽입공으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 삽입공은 상기 중심축과 수평이 되도록 상기 나선판에 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1플랜지는 원뿔 형태의 몸체와, 상기 몸체 일측에 돌출된 관과, 상기 몸체의 일측으로부터 상기 관의 중심 방향으로 모이도록 형성된 다수개의 유도관으로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 관 내에는 상기 유도관으로의 제1열교환매체의 분배를 균일하게 하는 분배수단이 더 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 하우징 내에서는 상기 유입관으로부터 공급된 제1열교환매체가 상기 튜브고정판의 표면을 따라 와류 현상을 일으키면서 상기 제2열교환매체와 열교환하며 상기 토출관을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1열교환매체는 물 또는 수증기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제2열교환매체는 냉매인 것을 특징으로 하는 열교환기.

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