KR910000323B1 - 증발열전달벽 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

증발열전달벽

제1도는 본 발명에 따른 열전달벽의 한 실시형태를 보인 부분사시도.

제2a도, 제2b도 및 제2c도는 제1도 열전달벽에 형성된 개방부의 예시형태를 보인 확대평면도.

제3도는 제2a도의 Ⅲ-Ⅲ 선 단면도.

제4도는 제2a도의 Ⅳ-Ⅳ 선 단면도.

제5도는 제2a도의 Ⅴ-Ⅴ 선 단면도.

제6도는 본 발명에 따른 열전달벽의 비등상태를 보인 설명적 단면도.

제7도는 본 발명에 따른 열전달벽의 한 실시형태에서 열전달특성을 보인 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 열전달벽 2 : 공간부

3 : 벽 4 : 상층부

5 : 개방부 6 : 돌출부

본 발명은 증발열전달벽에 관한 것으로, 특히 이 열전달벽에 접촉하는 액체를 증발(광의로 비등을 포함함)시킴으로서 액체로 열을 전달할 수 있는 개선된 증발열전달벽에 관한 것이다.

종래 판체 또는 관체의 표면에 접촉하는 프레온과 같은 액체를 증발시킴으로서 액체로의 효과적인 열전달을 위하여, 열전달벽의 표면하측에 아주 작은 간격을 두고 상호 인접하는 다수의 미세하고 기다란 공간부가 형성되고 외측부에서 이들 공간부와 연통되기 위한 다수의 미세한 개방부가 아주 작은 간격을 두고 공간부의 각 상층부에 일정하게 형성된 열전달벽이 제안된 바 있다(일본 특허공보 제44357/1981).

상기 언급된 바와 같은 열전달벽은 공간부를 따라서 슬리트형의 좁은 개방부가 연속적으로 형성된 형태의 열전달벽보다 열전달성능이 높다. 그러나 최근에는 이러한 열전달벽이 이용되는 공기조절장치 또는 냉각 장치 등이 소형화되고 또한 고성능화됨으로서 보다 열전달성능이 높은 열전달벽이 요구된다.

따라서 본 발명의 목적은 우수한 열전달성능을 갖는 개선된 증발열전달벽을 제공하는데 있다.

본 발명에 따라서, 이러한 목적은 상기 언급된 종래의 열전달벽의 개방부 또는 이 개방부의 내측으로 향하게 되는 개방부 부근으로부터 돌출된 혀 모양, 즉 설편상(舌片狀)의 돌출부를 형성하고, 이 돌출부가 형성된 개방부를 통과하는 유체가 이러한 돌출부에 의하여 그 흐름이 제어(이후 "교통제어"라 함)되도록 함으로서 달성될 수 있는 것이다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명이 관상체 형태인 열전달벽의 외면에 적응된 경우를 보인 것이다.

제1도에서, 부호(2)는 예를 들어 높이가 0.2-1.0mm이고 폭이 약 0.1-1.0mm의 구리로 된 관상체 형태의 열전달벽(1)의 표면에 형성된 미세한 공간부를 나타낸다. 이러한 공간부는 약 0.2-1.5mm의 피치를 두고 다른 공간부에 인접하며 열전달벽의 축선에 대하여 거의 직각으로 경사지게 나선상으로 연속되어 있다.

부호(3)는 열전달벽(1)과 일체로 되고 공간부(2)를 구획하는 벽을 나타낸다. 이 벽(3)의 상측부는 제1도의 우측부에서 보인 바와 같이 공간부(2)를 따라 부분적으로 두껍게 되어 있다. 상층부(4)에는 삼각형의 형태이고 제2a도에서 보인 바와 같은 평면상에서 직경 약 0.1-0.4mm의 원이 내접할 수 있는 미세한 개방부(5)가 공간부(2)를 따라서 약 0.3-1.0mm의 피치를 두고 규칙적으로 형성되어 있다. 이 미세한 개방부(5)는 삼각형의 형태로 제한되지 아니하고 원형, 사각형 또는 타원형의 형태가 될 수 있다. 공간부(2)를 따라 개방부(5)사이에서 상층부(4)의 내측중앙부분은 다른 부분보다 두꺼우며 제1도의 좌측부분에서 보인 바와 같이 벽(3)의 두꺼운 부분과 연속되어 마치 상층부(4)를 따라 파상의 형태를 이루고 있다. 이러한 각 공간부(2)는 각 개방부(5)의 위치에서 공간부(2)가 외측에 위치하는 것보다 단면적이 약간 크므로 그 종방향을 따라 부분적으로 상이한 단면적을 갖는다. 다른 한편으로 상층부(4)는 그 내측부가 평면상이 될 수 있는데 이 경우 각 공간부(2)의 단면은 일정하게 될 것이다.

각 개방부(5)에는 제2a도에서 보인 바와 같이 개방부(5)의 면적보다 작은 소형의 설편상 돌출부(6)가 형성되어 있다. 돌출부(6)는 개방부(5)를 평면상으로 부분차단하기 위하여 공간부(2)에 대하여 평행한 측부(51)에 교차하고 벽(3)의 한 측부를 향하여 연장된 개방부(5)의 두 측부중 하나인 측부(52)로부터 돌출되어 있다. 제2b도는 제2c도에서 보인 바와 같이 돌출부(6)는 그 단부가 분리되거나 다수의 설편상으로 구성될 수 있으며, 또한 이 돌출부(6)는 볼록형, 오목형 또는 다른 유사한 형태일 수 있다. 또한 이 돌출부(6)는 돌출부(5)의 측부(52)에서 5-80°의 각도로 경사져 있으며 제3도-제5도에서 보인 바와 같이 측부(51)(52)의 교차점에서 보다 측부(52)(53)의 교차점에서 보다 하향된 입체형을 이룬다. 이러한 돌출부(6)의 경사는 다른 방향으로 향할 수도 있다. 또한 이 돌출부(6)는 그 기부가 외측면제 대하여 평행하거나 수직이 될 수 있으며 그 외측단부가 비틀어져 있을 수도 있다.

이후 언급되는 경우에 있어서도 마찬가지로 돌출부(6)의 기부가 꼭 도시된 형태로 한정될 필요는 없고, 그 형태는 직선 또는 곡선, 또는 이들의 조합으로 연속될 수 있다. 물론, 제3도-제5도에서 보인 바와 같이 돌출부(6)의 두께가 그 전길이를 통하여 균일할 필요도 없다. 따라서, 상기 언급된 바와 같이 돌출부(6)가 경사짐으로서 개방부(5)의 측부와 돌출부(6)사이에 협소공간(7)을 형성하게 된다. 이 협소공간(7)은 돌출부(6)에 따라서 평면상 또는 입체상으로 달라질 수 있으며, 그 공간부에 대하여 각 개방부(5)내에 형성된 액체공급 통로로부터 증발기포의 탈출통로를 구별함으로서 기포와 액체의 흐름을 교통 제어하는데 유리하다. 협소공간(7)의 이러한 가변성은 개방부(5)에 대하여 돌출부(6)의 형상을 상이하게 함으로서 성취될 수 있거나 개방부(5)에 대한 돌출부(6)의 위치를 변경시킴으로서 성취될 수 있다. 돌출부(6) 또는 개방부(5)의 변부를 두께를 다르게 함으로서 동일한 효과를 기대할 수 있다. 이와 같은 경우 돌출부(6)가 외측면(11)에 대하여 경사를 이룰 필요가 없으며 돌출부(6)가 경사지지 않는 경우 돌출부(6)의 기부는 외측면(11)의 기부하측으로 약 0.1-0.4mm 정도 하향되는 것이 바람직하다.

또한 이 돌출부는 개방부(5)로 연장될 수 있을 뿐만 아니라 그 일부분이 공간부(2)내로 연장될 수도 있다.

선택적으로 이 돌출부(6)는 개방부(5)의 변부로부터 돌출될 수도 있으며, 개방부에 근접한 벽의 일부분으로부터 돌출되어 돌출부(6)가 개방부(5)측으로 향할 수도 있다. 상기 언급된 이러한 경우에 있어서도, 돌출부(6)를 경사지게 함으로서 개방부(5)에 대하여 협소공간(7)이 경사지게 하여 협소공간(7)의 가변성을 제공할 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 개방부(5)와 돌출부(6)사이에는 여러 가지 조합이 가능하나 개방부의 면적에 대하여 돌출부(6)의 상측면(외측으로 향한 측면)의 면적비가 약 20-150%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

작용에 있어서, 상기 언급된 구성의 표면을 갖는 열전달벽(1)이 이 열전달벽(1)에 접촉하는 액체가 비등하는 온도보다 높은 온도로 가열될 때에 증발기포(103)가 제6도에서 보인 바와 같이 공간부(2)에서 발생된다.

제6도의 비등상태를 보인 단면도는 열전달벽(1)이 중간정도로 가열되는 경우를 보인 것이다. 다른 한편으로, 현저히 과열되는 경우에는 공간부(2)의 전체에 증발기포(103)가 채워지고 기포가 연속 발생될 것이다. 공간부(2)내의 증발기포(103)의 압력이 협소공간(107)내에서 기체-액체의 계면(이는 액체 표면장력과 협소공간 107의 크기에 따라 결정된다)을 위한 안정상태의 압력보다 높은 때에 증발기포(103)는 그 일부가 기포(101)로 보인 바와 같이 열전달벽(1)의 외측부로 분리된다. 다른 한편으로, 외부액체는 액체의 모세관현상과 함께 협소공간(107)내의 기포(101)성장과 분리에 의한 공간부의 압력변화에 따라서 협소공간(107')을 통하여 공간부(2)로 공급된다. 공간부(2)내의 각 증발기포(103)와 그 내측부 사이에는 얇은 액막(液膜)(105)이 형성된다. 이 액막(105)은 매우 얇으므로(약 10-50μm), 이 액막에서의 온도 강하는 거의 일어나지 않는다. 이와 같은 액체가 공간부의 벽에 의하여 약간 과열될 때에 액체는 즉시 증발되고 그 증기가 증발기포(103)를 발생케 한다. 다른 한편으로 공급될 외부액체(102)는 돌출부(6)에 충돌직후 공간부(2)내로 주입되므로 액체는 돌출부(6)에 의하여 예열되고 과열된 액체와 함께 공간부(2)내로 유동된다. 이와 같이 유동되는 액체는 과열되어 이 액체로부터 증발기포(103)가 발생된다. 더욱이 공간부(2)내로 유동하는 액체의 유동방향은 화살표로 보인 바와 같이 공간부(2)의 종방향을 향하여 돌출부(6)에 의하여 변경되므로 이 액체는 원활하게 액막(105)을 형성하게 된다. 이와 같은 경우 액체의 유체저항은 액체가 돌출부를 통과할 때에 증가하므로 공간부(2)로 공급될 액체의 양이 조절될 수 있다.

협소공간(7)은 유체저항이 작은 협소공간(107)에서 기포(101)가 성장하여 이로부터 분리되게 하는 반면에 유체저항이 큰 부분인 협소공간(107')으로부터는 액체가 공급되도록 작용함으로서, 공간부 내외측부 사이의 기체-액체 교환이 교통제어의 형태로 동시에 이루어져 비등현상이 원활하고 외견상 일정하게 이루어진다.

제6도에서 보인 바와 같이, 만약 열전달벽(1)이 약간 과열되는 경우 공간부(2)내의 증기압력은 감소되어 다량의 액체가 공간부(2)내로 유입되고 기포(103)는 분리된다. 그러나 돌출부(5)는 협소한 통로로서 작용하고 공간부(2)의 전역에 걸쳐 연장되지 아니하고 단지 적은 영역에 남아 있을 뿐이다. 따라서 기포(103)와 얇은 액막(105)은 공간부(2)의 대부분에 남아있게 된다. 이와 같은 경우 공간부(2)의 상층부(4)의 파상형형태가 상기 언급된 효과가 유지되게 하는데 도움이 된다.

상기 언급된 바와 같은 안정된 액막이 공간부(2)내에 형성되는 이러한 기능에 의하여 높은 열전달계수가 얻어질 수 있다. 특히 이 열전달계수는 열전달벽이 가볍게 과열되는 영역(열유동량이 작은 영역)에서 현저히 개선되었다.

본 발명의 한 실시형태에 있어서, 높은 위치에서 0.45mm와 낮은 위치에서 0.3mm의 높이를 가지며 폭이 0.25mm인 공간부가 외경이 18mm이고 두께가 1.1mm인 동관(銅管)의 표면 하측에 이 동관의 축선에 대하여 거의 직각으로 경사지게 0.5mm 피치의 간격을 두고 나선형으로 형성되어 있다. 이와 같은 경우 하측에 공간부가 형성된 표면은 개방부를 제어하고는 평면상으로 되어 있다. 또한 삼각형의 개방부는 직경 0.2mm의 원이 내접될 수 있는 크기로 되어 있으며, 그 일측부는 공간부를 구획하는 벽에 대하여 평행하고 공간부 내에서 단면적이 큰 부분에 0.8mm의 피치를 두고 상측부가 형성되어 있다. 각 개방부의 내측부에서, 기부가 측부(52)에 형성되고 제2도에서 보인 바와 같이 평면상으로는 개방부보다는 작은 소형의 돌출부가 형성되어 있으며, 이 돌출부는 측부(52)(53)의 교차측부가 제3도-제5도에서 보인 바와 같이 제45°의 각도로 하향되게 경사져 있다.

외부 비등 열전달특성이 0.4kg/mm²의 절대압력의 조건 하에서 트리클로로플루오르메탄(CFCl₃)을 이용하여 상기 실시형태로 제작된 열전달튜우브에서 시험되었다. 그 결과가 제7도에 도시되어 있는 바, 곡선(A)은 본 발명에 따른 열전달벽을 갖는 열전달튜우브의 특성을 보인 것이며, 곡선(B)은 본 발명과 외형이 동일한 열전달튜우브의 특성을 보인 것이고, 곡선(C)은 표면이 평면상이고 공간부가 없는 열전달튜우브의 특성을 보인 것이다. 특히 곡선(B)은 각 개방부에 설편상 돌출부를 갖지 않으나 본 발명에 따른 열전달벽의 구조와 동일한 구조를 갖는 열전달튜우브의 특성을 보인 것으로, 곡선(A)과 비교하였을 때에 본 발명은 설편상 돌출부가 있어 열전달특성이 상당히 개선되었음이 입증된다고 볼 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 열전달벽은 미세한 공간부를 그 외측부와 연통되게 하는 개방부에 돌출부를 제공함으로서 그 열전달특성을 개선하여 본 발명의 열전달벽이 이용되는 장치의 소형화와 고성능화에 기여할 수 있는 잇점을 갖는다.

상기 실시형태에 있어서는 공간부의 배열이 나선상으로서 연속되어 있으나 이 공간부는 직선 또는 상호 연결된 형태일 수도 있다. 물론, 본 발명의 열전달벽은 관상체에만 제한되는 것은 아니며, 원통형, 판상형 등의 것에도 적용 가능한 것이다. 또한 상기 언급된 실시형태에서 열전달벽의 재질은 구리로 되어 있으나, 다른 금속 또는 비금속이 사용될 수 있다.

비록 상기 실시형태가 열전달벽이 액체 내에 잠기고 이 액체가 끓은 상태의 경우에 관련하여 설명되었으나, 본 발명은 액체가 얇은 필름의 형태에서 증발되는 경우, 즉 액체가 열전달벽으로 방울지어 떨어지거나 분무되고 얇은 필름 상의 액체가 증발되는 경우에도 응용될 수 있다. 이러한 경우에도 상기 언급된 실시형태에서와 같은 높은 열전달특성을 나타낼 수 있다.

Claims (13)

1. 액체와 접촉하는 표면의 하측에 작은 간격을 두고 상호 인접한 다수의 미세하고 기다란 공간부와, 이공간부를 외측부와 연통시키도록 일정한 간격을 두고 종방향으로 상기 공간부의 상층부에 형성된 다수의 미세한 개방부를 갖는 증발열전달벽에 있어서, 개방부의 변부 또는 이 개방부를 가로질러 개방부의 부근으로부터 설편상의 돌출부가 돌출됨을 특징으로 하는 증발열전달벽.
2. 청구범위 1항에 있어서, 설편상의 돌출부가 열전달벽의 표면에 대하여 경사져 있음을 특징으로 하는 증발열전달벽.
3. 청구범위 1항 또는 2항에 있어서, 돌출부가 삼각형 개방부의 한 변부로부터 돌출됨을 특징으로 하는 증발열전달벽.
4. 청구범위 3항에 있어서, 상기 개방부의 변부가 공간부를 형성하는 벽에 대하여 평행하고 공간부의 상기 벽에 대하여 공통수직선에 위치하며, 상기 설편상 돌출부가 개방부의 나머지 두 변부 중에 어느 한 변부로부터 돌출됨을 특징으로 하는 증발열전달벽.
5. 청구범위 1항에 있어서, 상기 상층부는 그 내부가 상기 공간부를 따라서 파상형을 이루며, 상기 개방부는 공간부의 넓은 단면적 영역에 위치함을 특징으로 하는 증발열전달벽.
6. 청구범위 2항에 있어서, 상기 상층부는 그 내부가 상기 공간부를 따라서 파상형을 이루며, 상기 개방부는 공간부의 넓은 단면적 영역에 위치함을 특징으로 하는 증발열전달벽.
7. 청구범위 3항에 있어서, 상기 상층부는 그 내부가 상기 공간부를 따라서 파상형을 이루며, 상기 개방부는 공간부의 넓은 단면적 영역에 위치함을 특징으로 하는 증발열전달벽.
8. 청구범위 4항에 있어서, 상기 상층부는 그 내부가 상기 공간부를 따라서 파상형을 이루며, 상기 개방부는 공간부의 넓은 단면적 영역에 위치함을 특징으로 하는 증발열전달벽.
9. 청구범위 1항에 있어서, 상기 공간부가 관상체 형태인 열전달벽의 축선을 따라서 나선상으로 연장됨을 특징으로 하는 증발열전달벽.
10. 청구범위 2항에 있어서, 상기 공간부가 관상체 형태인 열전달벽의 축선을 따라서 나선상으로 연장됨을 특징으로 하는 증발열전달벽.
11. 청구범위 3항에 있어서, 상기 공간부가 관상체 형태인 열전달벽의 축선을 따라서 나선상으로 연장됨을 특징으로 하는 증발열전달벽.
12. 청구범위 4항에 있어서, 상기 공간부가 관상체 형태인 열전달벽의 축선을 따라서 나선상으로 연장됨을 특징으로 하는 증발열전달벽.
13. 청구범위 5항에 있어서, 상기 공간부가 관상체 형태인 열전달벽의 축선을 따라서 나선상으로 연장됨을 특징으로 하는 증발열전달벽.

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