KR20180089628A - 유체를 이용한 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환을 위한 유체를 공급하는 유체인렛부와 열교환이 이루어진 유체를 배출하는 유체아웃렛부가 구비된 제 1 탱크와, 상기 제 1 탱크로부터 일정간격 이격되게 구비되는 제 2 탱크와, 상기 제 1 탱크와 제 2 탱크 사이에 구비되고 제 1 탱크로 유입된 유체가 제 2 탱크로 이동될 수 있게 내부에 다수 개의 유체이동통로가 구비되어 제 1 탱크와 제 2 탱크를 연결시키는 쉘을 포함하는 열회수부; 및 상기 제 1 탱크의 외측에 구비되는 제 1 헤더어셈블리와, 상기 제 2 탱크 외측에 구비되고 열교환매체를 공급하는 열매체인렛부와 열교환이 이루어진 열교환매체를 배출하는 열매체아웃렛부가 구비된 제 2 헤더어셈블리와, 상기 제 2 헤더어셈블리로 유입된 열교환매체가 제 1 헤더어셈블리로 이동될 수 있게 상기 쉘 내부의 유체이동통로를 각각 통과하여 제 1 헤더어셈블리와 제 2 헤더어셈블리를 연결시키는 튜브를 포함하는 열공급부;를 포함하여 구성되고, 상기 열회수부로 공급되는 유체와 상기 열공급부로 공급되는 열교환매체는 쉘 내부에서 혼류되지 않고 교차 이동되며 유체가 열교환매체의 외측을 감싸는 행태로 이동되어 열교환 효율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기를 제공한다.

Description

유체를 이용한 열교환기{Heat Exchanger Using Fluid}

본 발명은 유체를 이용한 열교환기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 하나의 유체 이동경로 내부에 온도가 다른 열교환매체(냉매 또는 열매)가 유체와 혼류되지 않고 이동하여 유체와 열교환매체 간의 열교환이 효율적으로 이루어지는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 저온의 냉매 또는 고온의 열매 등의 열교환매체를 순환시키고, 순환되는 열교환매체가 유체 또는 공기와 열교환을 이루게 함으로서 필요에 따라 냉방, 난방, 냉수, 온수 또는 냉각 등을 공급할 수 있도록 하는 것으로서, 자동차, 일반산업현장, 사무실 또는 가정의 냉, 난방에 많이 활용되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 열교환기(1)는 일측에 열교환매체를 공급하는 인렛부(2)가 구비되고 타측에 순환된 열교환매체를 배출하는 아웃렛부(3)가 구비되는 플레이트 커버(4)가 구비되고, 상기 플레이트 커버(4)의 내부에는 상기 인렛부(2)를 통해 공급되는 열교환매체를 분산 유통시킬 수 있도록 분배하기 위한 분배공간(5)과, 상기 분배공간(5)으로부터 분산되어 유통된 열교환매체를 모아 아웃렛부(3)로 배출하기 위한 집배공간(6)과, 상기 분배공간(5)과 집배공간(6)을 연결하는 유로(7)를 형성하는 플레이트가 다단으로 적층되어 구비된다.

상기와 같이 구성된 종래의 열교환기는 인렛부(2)로 유입된 열교환매체가 분배공간(5)에서 고르게 분배된 다음 분배공간(5)과 연결된 유로(7)를 통해 플레이트 커버(4) 내에 고르게 분산 유통되고, 유로(7)를 경유한 열교환매체는 집배공간에 회수되어 아웃렛부(3)로 배출된다. 이때, 유로(7)를 경유하는 열교환매체는 유로(7)와 인접하는 경로로 이동하는 유체와 열을 상호 수수하여 냉방 또는 난방에 필요한 냉수 또는 온수를 얻을 수 있게 한다.

하지만 종래의 열교환기는 열교환매체(냉매 또는 열매)가 인렛부(2)에서 아웃렛부(3)로 통과하는 패스(Path)가 짧아서 열교환성이 좋지 못하였으며, 이로 인하여 유체와 열교환매체간의 충분한 열교환이 이루어지지 않아 원하는 온도의 냉, 온수를 충분하게 얻지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 냉동사이클에서 응축기로 사용될 경우에는 충분한 응축이 이루어지지 않음으로 인하여 냉각성능을 저하시키고, 증발기로 사용될 경우에는 충분한 증발이 이루어지지 않음으로 인하여 컴프레서에서 액 압축(Liquid Hammering)이 발생되어 컴프레서의 내구성을 저하시키는 원인으로 작용하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 열교환기는 인렛부(2)로 유입된 열교환매체가 분배공간(5)에서 분배된 다음 분배공간(5)과 연결된 유로(7)를 통해 분산 유통되고, 유로(7)를 경유한 열교환매체는 집배공간(6)에 회수되어 아웃렛부(3)로 배출되는데, 이 과정에서 열교환매체가 전체 유로(7)에 균일하게 분배되지 못하고 미처 분배되지 못한 데드존이 발생하게 되면 열교환 효율이 현격하게 저하되는 문제점이 있었다.

즉, 플레이트의 적층으로 형성된 분배공간(5)과 유로(6)의 수가 적을 경우, 인렛부(2)로 유입되는 열교환매체가 압력에 의하여 분배공간(5)의 후미에 집중되어 유통하게 되므로 분배공간(5)의 선단측 및 이와 연결된 유로(7)에는 열교환매체가 분배되지 않은 데드존 구간이 발생하게 된다. 또한, 플레이트의 적층 수가 많아 분배공간(5)과 유로(7)의 수가 많을 경우에는 공급되는 압력이 일정하기 때문에 전체 분배공간(5)의 중간위치를 통하여 유통하게 되므로 분배공간(5)의 전,후측 및 이와 연결된 유로(7)에 데드존 구간이 발생하게 되는데 이러한 데드존 구간이 발생하면 열교환의 효율을 현격하게 떨어뜨리게 된다.

또한, 유체와 열교환매체는 각각의 독립된 인렛부, 분배공간, 유로, 집배공간, 아웃렛을 통과하게 되는데, 여기서 분배공간과 집배공간은 포밍된 플레이트의 적층으로 이루어지기 때문에 플레이트가 잘못 적층되거나 플레이트의 포밍이 불량일 경우 열교환매체와 유체가 혼류될 수 있다. 이러한 불량은 육안식별이 불가하고, 시스템에 조립하여 시운전 또는 운전 상태에서 확인되기 때문에 많은 손실이 초래되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 열교환기는 스테인레스 스틸 재질로 이루어지기 때문에 제조를 위한 금형 등의 설비가 커야 하고, 각각의 구성품을 일체화시키기 위한 브레이징 용재로 사용되는 구리(Cu)의 용융온도가 높기 때문에 전체적인 투자비용 및 부수적인 비용발생이 많아지며, 아울러 전체적인 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 열교환기는 한 종류의 열매와 한 종류의 유체간의 열교환만 이루어지는 구조이여서 열교환 효율을 증대시키는데 한계가 있는 문제점이 있었다.

(특허문헌 1) 한국공개특허 10-2006-0132822 (2006.12.22.)

(특허문헌 2) 한국공개특허 10-2016-0011127 (2016.01.29)

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

본 발명의 목적은 하나의 유체 이동경로 내부에 열교환매체가 혼류되지 않고 교차 이동되어 유체가 열교환매체의 외측을 감싸는 형태로 이동되기 때문에 유체와 열교환매체 간의 열교환 효율이 증대되는, 유체를 이용한 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 열교환기 내에서 복수종의 유체와 단수종의 열교환매체가 동시에 열교환되는 구조를 갖게 됨으로써 필요에 따라 복수종의 유체가 목적하는 바의 온도를 얻을 수 있게 되는, 유체를 이용한 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 열교환기 내에서 복수종의 유체와 복수종의 열교환매체가 동시에 열교환되는 구조를 갖게 됨으로써 필요에 따라 복수종의 유체가 목적하는 바의 온도를 얻을 수 있게 될 뿐만 아니라 열교환 효율을 크게 증대시킬 수 있게 되는, 유체를 이용한 열교환기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 유체를 이용한 열교환기는 열교환을 위한 유체를 공급하는 유체인렛부와 열교환이 이루어진 유체를 배출하는 유체아웃렛부가 구비된 제 1 탱크와, 상기 제 1 탱크로부터 일정간격 이격되게 구비되는 제 2 탱크와, 상기 제 1 탱크와 제 2 탱크 사이에 구비되고 제 1 탱크로 유입된 유체가 제 2 탱크로 이동될 수 있게 내부에 다수 개의 유체이동통로가 구비되어 제 1 탱크와 제 2 탱크를 연결시키는 쉘을 포함하는 열회수부; 및 상기 제 1 탱크의 외측에 구비되는 제 1 헤더어셈블리와, 상기 제 2 탱크 외측에 구비되고 열교환매체를 공급하는 열매체인렛부와 열교환이 이루어진 열교환매체를 배출하는 열매체아웃렛부가 구비된 제 2 헤더어셈블리와, 상기 제 2 헤더어셈블리로 유입된 열교환매체가 제 1 헤더어셈블리로 이동될 수 있게 상기 쉘 내부의 유체이동통로를 각각 통과하여 제 1 헤더어셈블리와 제 2 헤더어셈블리를 연결시키는 튜브를 포함하는 열공급부;를 포함하여 구성되고,

상기 열회수부로 공급되는 유체와 상기 열공급부로 공급되는 열교환매체는 쉘 내부에서 혼류되지 않고 교차 이동되며 유체가 열교환매체의 외측을 감싸는 행태로 이동되어 열교환 효율을 증대시키는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여 상기 쉘의 유체이동통로에는 유체 이동시 난류를 형성하여 열교환성을 높이기 위한 난류발생자가 개재되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 난류발생자는 플랫타입(Flat type), 웨이브타입(Wavy type), 톱니타입(Serrated type)중 어느 하나 또는 둘 이상의 타입이 사용되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여, 상기 쉘의 유체이동통로에는 길이방향의 내측벽을 따라 튜브가이드가 구비되고, 상기 튜브가이드에는 상기 열공급부의 튜브가 끼워져 지지되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 튜브는 복수의 매체통로를 확보하도록 내부 공간이 복수의 통로로 구획되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여, 상기 제 1 탱크와 제 2 탱크의 내부에는 유체의 이동 경로가 길어지도록 지그재그로 배치되어 유체의 이동을 안내하는 제 1 세퍼레이터가 구비되고, 상기 제 1 헤더어셈블리와 제 2 헤더어셈블리의 내부에는 열교환매체의 이동 경로가 길어지도록 지그재그로 배치되어 열교환매체의 이동을 안내하는 제 2 세퍼레이터가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열공급부는 단수 또는 복수개로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열회수부와 열공급부는 알루미늄 재질로 이루어지고, 인발 또는 압출을 통해 일체로 제작되거나 조립된 상태에서 브레이징 결합되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여, 상기 제 1 탱크의 유체인렛부에는 유체에 함유된 이물질을 필터링하는 필터가 구비되고, 상기 제 1 탱크의 하단부에는 유체가 침전 또는 부유물질에 의해 혼탁되는 것을 분별할 수 있는 분별기가 구비되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여, 상기 열회수부의 제 1, 제 2 탱크의 내부와 쉘의 내부에는 유체인렛부와 유체아웃렛부를 포함하는 제 1 순환구간과 유체인렛부와 유체아웃렛부를 포함하지 않는 제 2 순환구간으로 구획하는 격벽이 구비되고, 상기 제 2 순환구간의 제 1 탱크에는 제 2의 유체인렛부와 유체아웃렛부가 구비되어 제 1 유체가 제 1 순환구간의 제 1 탱크, 쉘, 제 2 탱크를 경유하여 순환되고, 제 2 유체가 제 2 순환구간의 제 1 탱크, 쉘, 제 2 탱크를 경유하여 순환되어 복수종의 유체가 동시에 열교환되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여, 상기 제 1, 제 2 헤더어셈블리의 내부에는 열매체인렛부와 열매체아웃렛부를 포함하는 제 1 공간과 열매체인렛부와 열매체아웃렛부를 포함하지 않는 제 2 공간으로 구획하는 격벽이 구비되고, 상기 제 2 공간의 제 2 헤더어셈블리에는 제 2의 열매체인렛부와 열매체아웃렛부가 구비되어 제 1 열교환매체가 제 1 공간 및 제 1 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환되고, 제 2 열교환매체가 제 2 공간 및 제 2 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환되어 복수종의 열교환매체가 동시에 순환되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 열회수부의 유체가 쉘의 유체이동통로를 통해 이동되고 열공급부의 열교환매체는 쉘의 유체이동통로를 통과하는 튜브를 통해 이동되기 때문에 열교환매체와 유체가 쉘 내부에서 혼류되지 않고 교차 이동되며 유체가 열교환매체의 외측을 감싸는 행태로 이동되어 열교환 효율을 증대시키게 되는 효과가 있다.

또한, 유체는 제 1, 제 2 탱크와 쉘을 지그재그로 순환하고, 열교환매체는 제 1, 제 2 헤더어셈블리와 튜브를 지그재그로 순환하는 형태가 되므로 전체적인 열교환 패스(Path)가 길어져 우수한 열교환성을 확보할 수 있고 아울러 데드존이 제거되어 열교환이 균일하게 이루어지며, 열교환매체와 유체의 경로가 완벽하게 구별되어 브레이징 결합되기 때문에 열교환매체와 유체의 혼류가 발생되지 않게 되는 효과가 있다.

또한, 쉘의 유체이동통로에 구비되는 난류발생자에 의하여 유체가 난류상태로 이동하게 되므로 열교환매체와 고르게 접촉하게 되어 열교환 효율을 증대시키게 되는 효과가 있다.

또한, 열회수부의 제 1, 제 2 탱크의 내부와 쉘 내부에 각각 내부공간을 수직으로 구획하는 격벽을 구비하여, 제 1 순환구간과 제 2 순환구간으로 구획함으로써 필요에 따라 복수종의 유체가 목적하는 바의 온도를 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 제 1, 제 2 헤더어셈블리의 내부공간을 수직으로 구획하는 격벽을 더 구비하여 제 1 공간과 제 2 공간으로 구획하여 제 1 열교환매체가 제 1 공간 및 제 1 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환하고, 제 2 열교환매체가 제 2 공간 및 제 2 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환하게 함으로써 복수종의 열교환매체가 혼류되지 않고 순환되어 열교환 효율을 크게 증대시키는 효과가 있다.

또한, 열교환기는 전체 소재를 알루미늄재질로 구성함으로써 성형과 브레이징의 용이성을 제공하여 전체적인 생산성을 높일 수 있고 아울러 원가를 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술이 적용된 유체를 이용한 열교환기의 구성을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기의 일부분을 확대하여 도시한 부분 확대 사시도.
도 4는 도 3의 A-A'선을 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기의 제 1, 제 2 헤더어셈블리와 튜브의 연결관계를 설명하기 위해 요부를 발취하여 도시한 평단면도.
도 6 및 도 7은 도 5의 도면에서 제 1, 제 2 헤더어셈블리가 복수개 구비되는 실시 형태를 도시한 평단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기에서 열교환성을 높이는 난류발생자가 쉘의 유체이동통로에 개재된 상태를 도시한 측단면도.
도 9는 도 8의 난류발생자의 여러 타입의 실시형태를 도시한 예시도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기로서, 열회수부의 제 1, 제 2 탱크의 내부와 쉘 내부의 중앙에 공간을 구획하는 격벽이 구비되고 제 2의 유체인렛부와 유체아웃렛부가 구비되어 제 1종의 열교환매체와 제 2종의 유체가 혼류되지 않고 열교환되는 구조를 설명하기 위한 부분 확대 사시도.
도 11은 도 10의 결합상태를 평면에서 도시한 평면도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기로서, 도 10의 실시형태에 더하여 제 1, 제 2 헤더어셈블리의 내부 중앙에 공간을 구획하는 격벽이 구비되고, 열매체인렛부와 열매체아웃렛부가 구비되지 않은 공간에 제 2의 열매체인렛부와 열매체아웃렛부를 구비하여 제 2종의 열교환매체와 제 2종의 유체가 혼류되지 않고 열교환되는 구조를 설명하기 위한 부분 확대 사시도.
도 13은 도 12의 결합상태를 평면에서 도시한 평면도.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.

도 2를 참고로 하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기의 전체 개념을 설명하고, 도 3 및 도 4를 참고로 하여 유체를 이용한 열교환기의 구조를 설명하며, 도 5를 참고로 하여 제 1, 제 2 헤더어셈블리와 튜브의 연결관계를 설명한다. 또한, 도 6 및 도 7을 참고로 하여 제 1, 제 2 헤더어셈블리의 실시 형태를 설명하고, 도 8 및 도 9를 참고로 하여 난류발생자를 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기는 열교환매체와의 열교환 과정을 거쳐 고온 또는 저온 상태의 유체를 얻을 수 있도록 유체를 순환시키는 열회수부(100)와, 목적하는 바의 유체 온도를 얻을 수 있도록 유체와 열교환을 하는 열교환매체(냉매 또는 열매)를 순환시키는 열공급부(200)를 포함한다.

그리고 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 열회수부(100)는 열교환을 위한 유체를 공급하는 유체인렛부(111)와 열교환이 이루어진 유체를 배출하는 유체아웃렛부(112)가 구비된 제 1 탱크(110)와, 제 1 탱크로부터 일정간격 이격되게 구비되는 제 2 탱크(120)와, 제 1 탱크(110)와 제 2 탱크(120) 사이에 구비되고 제 1 탱크(110)로 유입된 유체가 제 2 탱크(120)로 이동될 수 있게 내부에 다수 개의 유체이동통로(131)가 구비되어 제 1 탱크(110)와 제 2 탱크(120)를 연결시키는 쉘(130)을 포함하여 구성된다.

여기서, 유체인렛부(111)는 제 1 탱크(110)의 일면 상단부측에 형성되고, 유체아웃렛부(112)는 제 1 탱크(110) 일면의 하단부측에 구비되어 소정의 간격을 유지하도록 구비된다.

그리고, 제 1 탱크(110)의 내부에는 유체인렛부(111)와 유체아웃렛부(112) 사이에 지그재그로 설치되어 유체의 이동경로가 길어지게 하는 제 1 세퍼레이터(140)가 구비된다.

제 1 세퍼레이터(140)는 유체인렛부(111)로 유입된 유체가 유체아웃렛부(112)로 배출되기 전까지 열교환이 이루어지는 시간을 최대한 가질 수 있도록 유체의 흐름을 안내하여 유체의 이동 경로가 길어지게 한다.

그리고, 이러한 제 1 세퍼레이터(140)는 제 2 탱크(120)의 내부에도 지그재그로 설치되어 제 1 탱크(110)의 유체가 쉘의 유체이동통로(131)를 통해 제 2 탱크(120)로 이동되면 제 2 탱크(120) 내에서도 유체의 이동 경로를 길게 하여 유체의 충분한 순환이 이루어지게 한다.

그리고, 쉘의 유체이동통로(131)는 압출을 통해 쉘(130)과 일체로 형성되는 것이 바람직하고, 쉘(130)의 길이를 연장하여 유체의 이동 길이를 연장시킬 수 있으며, 제 1, 제 2 탱크(110,120)의 크기 및 쉘(130)의 길이 조절을 통해 열교환기의 전체적인 크기를 조절할 수 있다.

열공급부(200)는 제 1 탱크(110)의 외측에 구비되는 제 1 헤더어셈블리(210)와, 제 2 탱크(120) 외측에 구비되는 제 2 헤더어셈블리(220)와, 쉘 내부의 유체이동통로(131)를 각각 통과하여 제 1 헤더어셈블리(210)와 제 2 헤더어셈블리(220)를 연결시키는 튜브(230)를 포함하여 구성된다.

그리고, 제 2 헤더어셈블리(220)의 일면에는 열교환매체를 공급하는 열매체인렛부(221)와 열교환이 이루어진 열교환매체를 배출하는 열매체아웃렛부(222)가 구비된다.

여기서, 열매체인렛부(221)와 열매체아웃렛부(222)는 열회수부에 형성되는 유체인렛부(111) 및 유체아웃렛부(112)와 상반된 위치에 형성되어 열교환매체의 순환라인과 유체의 순환라인에 간섭이 발생되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 열공급부는 단수의 제 1, 제 2 헤더어셈블리(210,220)가 다수의 튜브(230)에 의해 연통되어 단수의 공간에 유입되는 열교환매체를 순환시키는 구조를 가질 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 제 1, 제 2 헤더어셈블리(210,220)가 다수의 튜브(230)에 의해 연통되어 복수의 공간에 유입되는 열교환매체를 순환시키는 구조를 가질 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 다수의 제 1, 제 2 헤어어셈블리(210,220)와 이를 각각 연결하는 튜브(230)에 의해 열교환매체를 순환시키는 구조를 가질 수 있다.

또한, 제 1 헤더어셈블리(210)와 제 2 헤더어셈블리(220)의 내부에는 열교환매체의 이동 경로가 길어지도록 지그재그로 배치되어 열교환매체의 이동을 안내하는 제 2 세퍼레이터(240)가 더 구비될 수 있다.

제 2 세퍼레이터(240)는 제 1, 제 2 헤더어셈블리(210,220)를 경유하는 열교환매체의 이동 경로를 길게 하여 열교환매체의 충분한 순환이 이루어지게 한다.

또한, 제 1, 제 2 탱크(110,120)와 제 1, 제 2 헤더어셈블리(210,220)에 구비되는 제 1, 제 2 세퍼레이터(140,240)의 수는 열교환매체 및 유체의 상태에 따른 용도에 맞게 가감될 수 있다.

그리고, 튜브(230)는 쉘 내부의 유체이동통로(131)를 각각 통과하여 제 1 헤더어셈블리(210)와 제 2 헤더어셈블리(220)를 연결시킴과 동시에 제 2 헤더어셈블리(220)의 열매체인렛부로 유입된 열교환매체를 제 1 헤더어셈블리(210)로 이동시키는 역할을 한다.

여기서, 튜브(230)는 쉘(130)에 일체로 구비될 수도 있고, 또는 별도로 구비되어 유체이동통로(131) 내에 조립될 수 있다. 즉, 도 3 및 도 8에 도시된 바와 같이 쉘의 유체이동통로(131)에는 길이방향의 내측벽을 따라 튜브가이드(132)가 구비되고, 튜브가이드(132)에 튜브(230)가 끼워져 조립될 수 있다.

또한, 튜브(230)는 매체통로를 확보하도록 내부 공간이 복수의 통로(231)로 구획될 수 있다.

이에 더하여, 튜브(230)가 통과되는 쉘의 유체이동통로(131)에는 유체 이동시 난류를 형성하여 열교환성을 높이기 위한 난류발생자(250)가 개재될 수 있다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 난류발생자(250)는 플랫타입(Flat type), 웨이브타입(Wavy type), 톱니타입(Serrated type) 등 다양한 형상으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 플랫타입(Flat type), 웨이브타입(Wavy type), 톱니타입(Serrated type)중 어느 하나 또는 둘 이상의 타입이 사용되는 것이 좋다.

또한, 난류발생자(250)는 유체이동통로(131)에 구비되는 튜브가이드(132)에 지지되어 유체의 이동에도 위치가 유지되고, 이동되는 유체에 난류를 형성하여 유체의 열교환성을 높이게 된다.

이에 더하여, 제 1 탱크의 유체인렛부(111)에는 메쉬형 필터(미도시)가 장착되어 외부로부터 유입되거나 유체에 함유된 이물질이 열교환기 내로 유입되지 않게 필터링하고, 아울러 열교환기 내에 미세 이물질이 침전되면 열교환 능력을 저하시킬 수 있으므로 제 1 탱크의 하단부에는 열교환기 내에 혼탁된 매체를 확인 및 분별할 수 있는 분별기(미도시)가 구비되거나 유체를 배출할 수 있는 배수시스템이 구비되는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 구성되는 열회수부(100)와 열공급부(200)는 각각 알루미늄 재질로 이루어지고, 인발 또는 압출을 통해 일체로 제작되거나 각각의 구성요소가 별도로 제작되어 조립된다.

이때, 열회수부(100)와 열공급부(200)는 구성들이 모두 조립된 상태에서 브레이징 결합되며, 이로 인하여 구성요소들 간의 연결 또는 결합의 불량으로 인한 누수현상과 조립 불량으로 인하여 열교환매체와 유체가 혼류되는 문제를 해결할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에서 열회수부(100)는 내측에 위치시키고 열공급부(200)는 외측에 위치한 형태로 설명하고 있으나, 그 위치를 바꾼 상태로 구성하여도 무방하며, 열교환기의 형상이나 크기 등은 사용용도 등에 적합하게 설계변경 또는 치환하여 사용할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기의 열교환 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 열교환기를 구성하는 열회수부(100)로는 냉,온수를 얻고자 하는 물과 같은 유체를 공급하여 순환시키고, 열공급부(200)로는 열교환을 통하여 유체로 열을 공급할 수 있는 냉매 또는 열매와 같은 열교환매체를 공급하여 순환시켜 열교환매체와 유체가 열교환을 통하여 유체가 목적하는 바의 온도상태로 얻을 수 있게 한다.

보다 자세히 설명하면, 열회수부(100)의 유체인렛부(111)로 유체를 공급하면 제 1 탱크(110)에 유입된 유체가 쉘(130)의 유체이동통로(131)를 통하여 제 2 탱크(120)로 이동하게 된다. 이때, 유체는 제 1 탱크(110)와 제 2 탱크(120)에 구비되는 제 1 세퍼레이터(140)에 의하여 제 1, 제 2 탱크(110,120)와 쉘(130)을 지그재그로 이동한 후 유체아웃렛부(112)로 배출된다.

그리고, 열공급부(200)는 열매체인렛부(221)로 열교환매체를 공급하면 제 2 헤더어셈블리(220)에서 튜브(230)를 통하여 제 1 헤더어셈블리(210)로 이동하고, 제 1, 제 2 헤더어셈블리(210,220)에 구비되는 제 2 세퍼레이터(240)에 의하여 지그재그 형태로 이동한 후 열매체아웃렛부(222)로 배출된다.

이처럼 열회수부(100)의 유체가 쉘(130)에 형성되는 유체이동통로(131)를 따라 지그재그로 이동할 때, 열공급부(200)의 열교환매체가 쉘의 유체이동통(131)로 내부를 통과하는 튜브(230)를 통하여 지그재그로 이동하기 때문에 이 과정에서 열교환매체와 유체의 열교환이 이루어지게 된다.

이와 같이 본 발명의 일 실시 예는 열회수부의 유체가 쉘의 유체이동통로를 통해 이동되고 열공급부의 열교환매체가 쉘의 유체이동통로를 통과하는 튜브를 통해 이동되기 때문에 열교환매체와 유체는 쉘 내부에서 혼류되지 않고 교차 이동되며 유체가 열교환매체의 외측을 감싸는 행태로 이동되어 열교환 효율을 증대시키게 된다.

또한, 유체는 제 1, 제 2 탱크와 쉘을 지그재그로 순환하고, 열교환매체는 제 1, 제 2 헤더어셈블리와 튜브를 지그재그로 순환하는 형태가 되므로 전체적인 열교환 패스(Path)가 길어져 우수한 열교환성을 확보할 수 있으며 아울러 유체가 목적하는 바의 온도에 쉽게 도달할 수 있게 된다.

또한, 쉘의 유체이동통로에 더 구비되는 난류발생자에 의하여 이동(순환)하는 유체가 난류상태로 이동하게 되므로 유체가 이동하는 과정에서 어느 한 방향에서만 열교환매체와 접촉하지 않고 고르게 접촉하게 되어 열교환이 고르게 이루어질 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기로서, 열회수부의 제 1, 제 2 탱크의 내부와 쉘 내부의 중앙에 공간을 구획하는 격벽이 구비되고 제 2의 유체인렛부와 유체아웃렛부가 구비되어 제 1종의 열교환매체와 제 2종의 유체가 혼류되지 않고 열교환되는 구조를 설명하기 위한 사시도이고, 도 11은 도 10의 결합상태를 위에서 본 상태의 평면도이다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 상기의 일 실시 예와 동일한 구성 및 동일한 설명으로 이루어진다.

다만, 열회수부(100)의 제 1, 제 2 탱크(110,120)의 내부와 쉘(130) 내부에 각각 내부공간을 수직으로 구획하는 격벽(300)이 구비되어 유체인렛부와 유체아웃렛부를 포함하는 제 1 순환구간과 유체인렛부와 유체아웃렛부를 포함하지 않는 제 2 순환구간으로 구획된다.

그리고, 유체인렛부와 유체아웃렛부를 포함하지 않은 제 2 순환구간의 제 1 탱크(110)에는 제 2의 유체인렛부(310)와 유체아웃렛부(320)가 구비된다.

따라서, 제 1 유체인렛부(111)로 유입된 제 1 유체가 제 1 순환구간인 제 1 탱크, 쉘, 제 2 탱크를 경유하여 순환하게 하고, 제 2 유체인렛부(310)로 유입된 제 2 유체가 제 2 순환구간인 제 1 탱크, 쉘, 제 2 탱크를 경유하여 순환하게 하여 복수종의 유체가 동시에 열교환 되도록 하는 것이다.

이와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 하나의 열교환기 내에서 제 1 종의 열교환매체와 제 2 종의 유체가 열교환되는 구조를 갖게 됨으로써 필요에 따라 복수종의 유체가 목적하는 바의 온도를 얻을 수 있게 할 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 유체를 이용한 열교환기로서, 도 10의 실시형태에 더하여 제 1, 제 2 헤더어셈블리의 내부 중앙에 공간을 수직으로 구획하는 격벽을 구비하고, 열매체인렛부와 열매체아웃렛부가 구비되지 않은 공간에 제 2의 열매체인렛부와 열매체아웃렛부를 구비하여 제 2종의 열교환매체와 제 2종의 유체가 혼류되지 않고 열교환되는 구조를 설명하기 위한 사시도이고, 도 13은 도 12의 결합상태를 위에서 본 상태의 평면도이다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시 예는 일 실시 예와 다른 실시 예의 구성 및 설명에 더하여 열공급부에서 제 2 종의 열교환매체가 혼류되지 않고 순환되는 구조가 더 부가된 것이다.

따라서, 열공급부(200)의 제 1, 제 2 헤더어셈블리(210,220) 내부공간에 수직으로 격벽(400)이 구비되는 것과, 제 2의 열교환매체가 공급되고 배출되는 제 2의 열매체인렛부(410)와 열매체아웃렛부(420)가 구비되는 구성 이외에는 모두 상기의 일 실시 예 및 다른 실시 예와 동일한 구성 및 동일한 설명으로 이루어진다.

보다 자세히 설명하면, 열회수부(100)는 제 1, 제 2 탱크의 내부와 쉘 내부에 각각 내부공간을 수직으로 구획하는 격벽(300)이 구비되어, 유체인렛부(111)와 유체아웃렛부(112)를 포함하는 제 1 순환구간과 유체인렛부(111)와 유체아웃렛부(112)를 포함하지 않는 제 2 순환구간으로 구획된다. 그리고, 유체인렛부(111)와 유체아웃렛부(112)를 포함하지 않은 제 2 순환구간의 제 1 탱크(110)에는 제 2 유체인렛부(310)와 제 2 유체아웃렛부(320)가 구비된다. 그리고, 제 1 유체인렛부(111)로 유입된 제 1 유체가 제 1 순환구간인 제 1 탱크(110), 쉘(130), 제 2 탱크(120)를 경유하여 순환되고, 제 2 유체인렛부(310)로 유입된 제 2 유체가 제 2 순환구간인 제 1 탱크, 쉘, 제 2 탱크를 경유하여 순환되어 복수종의 유체가 혼류되지 않고 순환되게 구성된다

이에 더하여 열공급부(200)는 제 1, 제 2 헤더어셈블리(210,220)의 내부공간을 수직으로 구획하는 격벽(400)이 구비되어 열매체인렛부(221)와 열매체아웃렛부(222)를 포함하는 제 1 공간과 열매체인렛부(221)와 열매체아웃렛부(222)를 포함하지 않는 제 2 공간으로 구획된다. 그리고, 열매체인렛부와 열매체아웃렛부를 포함하지 않는 제 2 공간의 제 2 헤더어셈블리(220)에는 제 2 열매체인렛부(410)와 제 2 열매체아웃렛부(420)가 구비된다. 그리고, 제 1 열교환매체가 제 1 공간 및 제 1 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환하고, 제 2 열교환매체가 제 2 공간 및 제 2 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환하여 복수종의 열교환매체가 혼류되지 않고 순환되게 구성된다.

따라서, 열회수부(100)는 제 1 유체가 제 1 순환구간인 제 1 탱크, 쉘, 제 2 탱크를 경유하여 순환하게 하고, 제 2 유체가 제 2 순환구간인 제 1 탱크, 쉘, 제 2 탱크를 경유하여 순환하게 하며, 열공급부(200)는 제 1 열교환매체가 제 1 공간 및 제 1 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환하게 하고, 제 2 열교환매체가 제 2 공간 및 제 2 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환하게 하여 복수종의 열교환매체와 복수종의 유체가 열교환 되게 하는 것이다.

이와 같이 본 발명의 또 다른 실시 예는 하나의 열교환기 내에서 제 2 종의 열교환매체와 제 2 종의 유체가 혼류되지 않고 열교환되는 구조를 갖게 됨으로써 필요에 따라 복수종의 유체가 목적하는 바의 온도를 얻을 수 있게 될 뿐만 아니라 열교환 효율을 크게 증대시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

100: 열회수부 110: 제 1 탱크
111: 유체인렛부 112: 유체아웃렛부
120: 제 2 탱크 130: 쉘
131: 유체이동통로 132: 튜브가이드
140: 제 1 세퍼레이터 200: 열공급부
210: 제 1 헤더어셈블리 220: 제 2 헤더어셈블리
221: 열매체인렛부 222: 열매체아웃렛부
230: 튜브 231: 복수의 통로
240: 제 2 세퍼레이터 250: 난류발생자
300: 격벽 310: 제 2 유체인렛부
320: 제 2 유체아웃렛부 400: 격벽
410: 제 2 열매체인렛부 420: 제 2 열매체아웃렛부

Claims (12)

1. 열교환을 위한 유체를 공급하는 유체인렛부와 열교환이 이루어진 유체를 배출하는 유체아웃렛부가 구비된 제 1 탱크와, 상기 제 1 탱크로부터 일정간격 이격되게 구비되는 제 2 탱크와, 상기 제 1 탱크와 제 2 탱크 사이에 구비되고 제 1 탱크로 유입된 유체가 제 2 탱크로 이동될 수 있게 내부에 다수 개의 유체이동통로가 구비되어 제 1 탱크와 제 2 탱크를 연결시키는 쉘을 포함하는 열회수부; 및
   상기 제 1 탱크의 외측에 구비되는 제 1 헤더어셈블리와, 상기 제 2 탱크 외측에 구비되고 열교환매체를 공급하는 열매체인렛부와 열교환이 이루어진 열교환매체를 배출하는 열매체아웃렛부가 구비된 제 2 헤더어셈블리와, 상기 제 2 헤더어셈블리로 유입된 열교환매체가 제 1 헤더어셈블리로 이동될 수 있게 상기 쉘 내부의 유체이동통로를 각각 통과하여 제 1 헤더어셈블리와 제 2 헤더어셈블리를 연결시키는 튜브를 포함하는 열공급부;를 포함하여 구성되고,
   상기 열회수부로 공급되는 유체와 상기 열공급부로 공급되는 열교환매체는 쉘 내부에서 혼류되지 않고 교차 이동되며 유체가 열교환매체의 외측을 감싸는 행태로 이동되어 열교환 효율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 쉘의 유체이동통로에는 유체 이동시 난류를 형성하여 열교환성을 높이기 위한 난류발생자가 개재되는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 난류발생자는 플랫타입(Flat type), 웨이브타입(Wavy type), 톱니타입(Serrated type)중 어느 하나 또는 둘 이상의 타입이 사용되는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 쉘의 유체이동통로에는 길이방향의 내측벽을 따라 튜브가이드가 구비되고, 상기 튜브가이드에는 상기 열공급부의 튜브가 끼워져 지지되는 것을 특징으로 유체를 이용한 열교환기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 튜브는 복수의 매체통로를 확보하도록 내부 공간이 복수의 통로로 구획되는 것을 특징으로 유체를 이용한 열교환기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 탱크와 제 2 탱크의 내부에는 유체의 이동 경로가 길어지도록 지그재그로 배치되어 유체의 이동을 안내하는 제 1 세퍼레이터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 헤더어셈블리와 제 2 헤더어셈블리의 내부에는 열교환매체의 이동 경로가 길어지도록 지그재그로 배치되어 열교환매체의 이동을 안내하는 제 2 세퍼레이터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 열공급부는 단수 또는 복수개로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 열회수부와 열공급부는 알루미늄 재질로 이루어지고, 인발 또는 압출을 통해 일체로 제작되거나 조립된 상태에서 브레이징 결합되는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 탱크의 유체인렛부에는 유체에 함유된 이물질을 필터링하는 필터가 더 구비되고, 상기 제 1 탱크의 하단부에는 유체가 침전 또는 부유물질에 의해 혼탁되는 것을 분별할 수 있는 분별기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 열회수부의 제 1, 제 2 탱크의 내부와 쉘의 내부에는 유체인렛부와 유체아웃렛부를 포함하는 제 1 순환구간과 유체인렛부와 유체아웃렛부를 포함하지 않는 제 2 순환구간으로 구획하는 격벽이 구비되고, 상기 제 2 순환구간의 제 1 탱크에는 제 2의 유체인렛부와 유체아웃렛부가 구비되어 제 1 유체가 제 1 순환구간의 제 1 탱크, 쉘, 제 2 탱크를 경유하여 순환되고, 제 2 유체가 제 2 순환구간의 제 1 탱크, 쉘, 제 2 탱크를 경유하여 순환되어 복수종의 유체가 동시에 열교환되는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 헤더어셈블리의 내부에는 열매체인렛부와 열매체아웃렛부를 포함하는 제 1 공간과 열매체인렛부와 열매체아웃렛부를 포함하지 않는 제 2 공간으로 구획하는 격벽이 구비되고, 상기 제 2 공간의 제 2 헤더어셈블리에는 제 2의 열매체인렛부와 열매체아웃렛부가 구비되어 제 1 열교환매체가 제 1 공간 및 제 1 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환되고, 제 2 열교환매체가 제 2 공간 및 제 2 공간을 연결하는 튜브를 통해 순환되어 복수종의 열교환매체가 동시에 순환되는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 열교환기.

Images