WO2020159176A1 - 전열관 및 칠러용 열교환기 - Google Patents

전열관 및 칠러용 열교환기 Download PDF

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WO2020159176A1
WO2020159176A1 PCT/KR2020/001254 KR2020001254W WO2020159176A1 WO 2020159176 A1 WO2020159176 A1 WO 2020159176A1 KR 2020001254 W KR2020001254 W KR 2020001254W WO 2020159176 A1 WO2020159176 A1 WO 2020159176A1
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refrigerant
main cavity
width
microcavity
heat transfer
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PCT/KR2020/001254
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김민환
이한춘
김재영
이요한
최지원
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엘지전자 주식회사
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    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/26—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being integral with the element
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    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger for a heat exchanger tube and a chiller.
  • the chiller system is to supply cold water to a cold water demand destination, and is characterized in that cold water is cooled by heat exchange between a refrigerant circulating between the refrigeration system and cold water circulating between the cold water demand destination and the refrigeration system.
  • a chiller system is a large-capacity facility, and can be installed in a large building.
  • the conventional chiller system is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1084477.
  • a heat exchanger tube is used to exchange two refrigerants with each other, and the heat exchanger tube has a space in which the first refrigerant passes, and the outer surface of the heat exchanger contacts the second refrigerant to exchange heat between the two refrigerants.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a heat transfer tube and a chiller system in which efficiency is not deteriorated while using an eco-friendly refrigerant.
  • Another object of the present invention is to provide a heat transfer tube that is easy to manufacture and maximizes heat transfer efficiency in the same tube diameter.
  • the present invention is characterized in that the outer surface of the refrigerant tube includes a main cavity and a microcavity smaller in size than the main cavity.
  • a refrigerant tube having a space through which a refrigerant flows;
  • a plurality of radiating fins protruding from the outer surface of the refrigerant tube and including a top surface having a step with the outer surface of the refrigerant tube;
  • the heat sink fin includes a first portion having a lower end connected to an outer surface of the refrigerant tube, and a second portion connected to an upper end of the first portion and having an extended width than the first portion. It may be the top surface of the second portion.
  • the plurality of microcavities may be disposed along the rim of the top surface.
  • the upper width of the microcavity may be smaller than the lower width of the microcavity.
  • the width of the microcavity may decrease as it progresses from the top to the bottom.
  • the depth of the microcavity may be 0.01% to 10% of the depth of the main cavity.
  • the depth of the microcavity may be 5% to 90% of the width of the main cavity.
  • the depth of the microcavity may be greater than or equal to the inlet width of the microcavity.
  • the fine cavity inlet width may be 5% to 50% of the main cavity inlet width.
  • the distance between the microcavities adjacent to each other may be 2 to 5 times the width of the microcavity inlet.
  • the entrance of the main cavity may be formed between the second portions adjacent to each other.
  • the lower width of the main cavity may be greater than the inlet width of the main cavity.
  • the lower width of the main cavity may be 2 to 4 times the inlet width of the main cavity.
  • the depth of the main cavity may be 5 to 10 times the inlet width of the main cavity.
  • the lower width of the main cavity may be 300 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • the depth of the main cavity may be 0.9mm to 1.2mm.
  • the inlet width of the microcavity may be 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the present invention is a case having a heat exchange space; A first refrigerant supply pipe connected to the case to supply a first refrigerant to the heat exchange space; A first refrigerant discharge pipe connected to the case to discharge the first refrigerant in the heat exchange space; And a plurality of heat transfer pipes disposed in the heat exchange space of the case and through which the second refrigerant heat-exchanges with the first refrigerant flows, wherein the heat transfer pipes include: a refrigerant tube having a space in which a refrigerant flows; A plurality of radiating fins protruding from the outer surface of the refrigerant tube and including a top surface having a step with the outer surface of the refrigerant tube; A main cavity formed between radiating fins adjacent to each other and an inlet formed between the upper ends of the plurality of radiating fins; And a plurality of microcavities formed on an upper surface of the heat dissipation fin, having a height and width smaller than the main cavity,
  • the present invention has a structure in which the liquid refrigerant of the heat transfer pipe is difficult to penetrate into the microcavity and the main cavity due to the surface tension, so that the gaseous refrigerant is always present inside the microcavity, and the gaseous refrigerant inside the microcavity is liquid.
  • the present invention has the advantage of having a structure that is simple and easy to manufacture.
  • the present invention has the advantage that the efficiency of the chiller is not reduced while using an eco-friendly refrigerant.
  • FIG. 1 shows a chiller system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 shows the structure of a compressor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view illustrating a case in which a compressor does not generate surge in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view illustrating a case in which a compressor generates a surge in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a heat transfer pipe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the entrance of the main cavity of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the heat transfer pipe of FIG. 5.
  • spatially relative terms “below”, “beneath”, “lower”, “above”, “upper”, etc. are as shown in the figure. It can be used to easily describe the correlation between components and other components. Spatially relative terms should be understood as terms including different directions of components in use or operation in addition to the directions shown in the drawings. For example, when a component shown in the drawing is turned over, a component described as “below” or “beneath” of another component will be placed “above” of the other component. Can. Thus, the exemplary term “below” can include both the directions below and above. Components can also be oriented in different directions, and thus spatially relative terms can be interpreted according to orientation.
  • each component is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity.
  • the size and area of each component does not entirely reflect the actual size or area.
  • the compressor 100 not only functions as a part of a chiller system, but may also be included in an air conditioner, and may be included anywhere that compresses gaseous substances.
  • the chiller system 1 includes a compressor 100 formed to compress a refrigerant, a condenser 200 condensing the refrigerant by exchanging the refrigerant compressed in the compressor 100 with cooling water ), an expander 300 for expanding the refrigerant condensed in the condenser 200, and an evaporator 400 formed to heat the refrigerant expanded in the expander 300 and cold water to cool the cold water together with evaporation of the refrigerant.
  • the chiller system 1 is a cooling water unit 600 for heating the cooling water through heat exchange between the refrigerant compressed in the condenser 200 and the cooling water, and expanded in the evaporator 400 Further comprising an air conditioning unit 500 for cooling the cold water through heat exchange between the refrigerant and the cold water.
  • the condenser 200 provides a place for exchanging the high pressure refrigerant compressed by the compressor 100 with the cooling water flowing from the cooling water unit 600.
  • the high pressure refrigerant condenses through heat exchange with the cooling water.
  • the condenser 200 may be configured as a shell-tube type heat exchanger. Specifically, the high pressure refrigerant compressed in the compressor 100 flows into the condensation space 230 corresponding to the interior space of the condenser 200 through the condenser connection flow path 150. In addition, the condensation space 230 includes a cooling water flow path 210 through which cooling water flowing from the cooling water unit 600 can flow.
  • the condenser 200 includes a condensation chamber 201 having a condensation space 230 therein.
  • the cooling water flow path 210 is composed of a cooling water flow path 211 through which cooling water flows from the cooling water unit 600 and a cooling water discharge flow path 212 through which cooling water is discharged to the cooling water unit 600.
  • the cooling water flowing into the cooling water inflow passage 211 is exchanged with the refrigerant in the condensation space 230 and then passes through the cooling water connecting passage 240 provided inside or outside the condenser 200 to the cooling water discharge passage 212. Inflow.
  • the cooling water unit 600 and the condenser 200 are connected via the cooling water tube 220.
  • the cooling water tube 220 may not only be a passage for cooling water between the cooling water unit 600 and the condenser 200 but also may be made of a material such as rubber so as not to leak out.
  • the cooling water tube 220 is composed of a cooling water inflow tube 221 connected to the cooling water inflow passage 211 and a cooling water discharge tube 222 connected to the cooling water discharge passage 212. Looking at the flow of the cooling water as a whole, the cooling water after heat exchange with air or liquid in the cooling water unit 600 flows into the condenser 200 through the cooling water inlet tube 221. The cooling water introduced into the condenser 200 flows into the condenser 200 while sequentially passing through the cooling water inflow passage 211, the cooling water connection passage 240, and the cooling water discharge passage 212 provided in the condenser 200. After heat exchange with the refrigerant, it passes through the cooling water discharge tube 222 again and flows into the cooling water unit 600.
  • the cooling water absorbing heat of the refrigerant through heat exchange in the condenser 200 may be air-cooled in the cooling water unit 600.
  • the cooling water unit 600 is cooled in the cooling water inlet pipe 610 and the cooling water unit 600, which are inlets to which cooling water absorbing heat is introduced through the main body 630 and the cooling water discharge tube 222, and then cooling water is discharged. It is composed of a cooling water discharge pipe 620 which is an outlet.
  • the cooling water unit 600 may use air to cool the cooling water flowing into the body portion 630.
  • the body portion 630 is provided with a fan that generates a flow of air and is composed of an air outlet (631) through which air is discharged and an air inlet (632) corresponding to an inlet through which air is introduced into the body (630). do.
  • the air discharged after the heat exchange at the air outlet 631 may be used for heating.
  • the refrigerant that has been heat-exchanged in the condenser 200 is condensed to accumulate under the condensation space 230.
  • the depleted refrigerant flows into the refrigerant box 250 provided inside the condensation space 230 and then flows to the expander 300.
  • the refrigerant box 250 is introduced into the refrigerant inlet 251, and the introduced refrigerant is discharged into the evaporator connecting passage 260.
  • the evaporator connecting passage 260 includes an evaporator connecting passage inlet 261, and the evaporator connecting passage inlet 261 may be located under the refrigerant box 250.
  • the evaporator 400 includes an evaporation chamber 401 having an evaporation space 430 where heat exchange occurs between the refrigerant expanded in the expander 300 and cold water.
  • the refrigerant that has passed through the expander 300 in the evaporator connection passage 260 is connected to the refrigerant injection device 450 provided inside the evaporator 400, and the refrigerant injection hole 451 provided in the refrigerant injection device 450 is connected. Afterwards, it spreads evenly inside the evaporator 400.
  • the inside of the evaporator 400 is provided with a cold water flow path 410 including a cold water inflow path 411 through which cold water flows into the evaporator 400 and a cold water discharge flow path 412 through which cold water is discharged outside the evaporator 400. do.
  • Cold water is introduced or discharged through the cold water tube 420 in communication with the air conditioning unit 500 provided outside the evaporator 400.
  • the cold water tube 420 is a passage through which cold water in the cold water inlet tube 421 and the evaporator 400, which are the passages of the cold water inside the air conditioning unit 500 to the evaporator 400, goes to the air conditioning unit 500. It is composed of a phosphorus cold water discharge tube (422). That is, the cold water inflow tube 421 communicates with the cold water inflow passage 411 and the cold water discharge tube 422 communicates with the cold water discharge passage 412.
  • the air conditioning unit 500 the cold water inflow tube 421, the cold water inflow passage 411, the inner end of the evaporator 400 or the cold water connection passage 440 provided outside of the evaporator 400 ), and then flows back into the air conditioning unit 500 through the cold water discharge passage 412 and the cold water discharge tube 422.
  • the air conditioning unit 500 cools cold water through a refrigerant.
  • the cooled cold water absorbs heat of the air in the air conditioning unit 500 to enable indoor cooling.
  • the air conditioning unit 500 includes a cold water discharge pipe 520 in communication with the cold water inflow tube 421 and a cold water inflow pipe 510 in communication with the cold water discharge tube 422.
  • the refrigerant after heat exchange in the evaporator 400 flows back into the compressor 100 through the compressor connection channel 460.
  • FIG. 2 shows a centrifugal compressor 100 (aka turbo compressor) according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 100 according to FIG. 2 is connected to at least one impeller 120 for compressing the refrigerant in the axial direction (Ax) in the centrifugal direction, the impeller 120 and the motor 130 for rotating the impeller 120 A rotating shaft 110, a bearing unit 140 including a plurality of magnetic bearings 141 supporting the rotating shaft 110 to be rotatable in the air and a bearing housing 142 supporting the magnetic bearing 141, the rotating shaft 110 ) And a gap sensor 70 for sensing a distance from the thrust bearing and a thrust bearing 160 that restricts the rotation shaft 110 from vibrating in the axial direction Ax.
  • the impeller 120 is generally composed of one or two stages, and may be composed of multiple stages. It rotates by the rotating shaft 110 and serves to make the refrigerant high pressure by compressing the refrigerant flowing in the axial direction (Ax) by rotation in the centrifugal direction.
  • the motor 130 may have a structure having a rotating shaft 110 and a separate rotating shaft 110 and transmitting rotational force to the rotating shaft 110 by a belt (not shown), but in an embodiment of the present invention, the motor ( 13) is composed of a stator (not shown) and the rotor 112 to rotate the rotating shaft 110.
  • the rotating shaft 110 is connected to the impeller 120 and the motor 13.
  • the rotation shaft 110 extends in the left-right direction of FIG. 2.
  • the axial direction Ax of the rotating shaft 110 means a left-right direction.
  • the rotating shaft 110 preferably includes a metal so that it can be moved by the magnetic force of the magnetic bearing 141 and the thrust bearing.
  • the rotating shaft 110 has a constant area in a plane perpendicular to the axial direction Ax.
  • the rotating shaft 110 may further include a rotating shaft blade 111 that provides sufficient magnetic force to move the rotating shaft 110 by the magnetic force of the thrust bearing 160.
  • the rotating shaft blade 111 may have a larger area than the cross-sectional area of the rotating shaft 110 in a plane perpendicular to the axial direction Ax.
  • the rotating shaft blade 111 may be formed to extend in the rotational radial direction of the rotating shaft 110.
  • the magnetic bearing 141 and the thrust bearing 160 are composed of a conductor, and the coil 143 is wound. It acts like a magnet by the current flowing through the coiled coil 143.
  • the magnetic bearing 141 is provided with a plurality to surround the rotating shaft 110 around the rotating shaft 110, and the thrust bearing 160 extends in the rotational radial direction of the rotating shaft 110 to provide a rotating shaft blade 111 It is provided to be adjacent to.
  • the magnetic bearing 141 allows the rotating shaft 110 to rotate without friction while in the air. To this end, at least three or more magnetic bearings 141 should be provided around the rotating shaft 110, and each magnetic bearing 141 should be installed in a balance around the rotating shaft 110.
  • four magnetic bearings 141 are provided to be symmetric about the rotating shaft 110, and the rotating shaft 110 by the magnetic force generated by the coil wound on each magnetic bearing 141 It will float in the air. As the rotating shaft 110 is floated and rotated in the air, energy lost due to friction is reduced unlike the conventional invention provided with a bearing.
  • the compressor 100 may further include a bearing housing 142 supporting the magnetic bearing 141.
  • a plurality of magnetic bearings 141 are provided, and are installed with a gap so as not to contact the rotating shaft 110.
  • the plurality of magnetic bearings 141 are installed at least at two points of the rotating shaft 110.
  • the two points correspond to different points along the longitudinal direction of the rotating shaft 110. Since the rotating shaft 110 corresponds to a straight line, it is necessary to support the rotating shaft 110 at at least two points to prevent vibration in the circumferential direction.
  • the refrigerant flowing into the compressor 100 through the compressor 100 connecting passage 460 is compressed into the circumferential direction by the action of the impeller 120 and then discharged to the condenser connecting passage 150.
  • the compressor 100 connection passage 460 is connected to the compressor 100 so that the refrigerant flows in a direction perpendicular to the rotational direction of the impeller 120.
  • the thrust bearing 160 limits the movement of the rotating shaft 110 by vibration in the axial direction (Ax), and when the surge occurs, the rotating shaft 110 moves in the direction of the impeller 120, with other configurations of the compressor 100 The rotation shaft 110 is prevented from being dispatched.
  • the thrust bearing 160 is composed of a first thrust bearing 161 and a second thrust bearing 162, and is disposed to surround the rotation shaft blade 111 in the axial direction (Ax) of the rotation shaft 110. That is, in the axial direction (Ax) of the rotating shaft 110, the first thrust bearing 161, the rotating shaft blade 111, and the second thrust bearing 162 are arranged in this order.
  • the second thrust bearing 162 is located closer to the impeller 120 than the first thrust bearing 161, and the first thrust bearing 161 is further away from the impeller 120 than the second thrust bearing.
  • Located, at least a portion of the rotating shaft 110 is positioned between the first thrust bearing 161 and the second thrust bearing 162.
  • the rotary shaft blade 111 is positioned between the first thrust bearing 161 and the second thrust bearing 162.
  • the first thrust bearing 161 and the second thrust bearing 162 can minimize the vibration of the rotating shaft 110 in the direction of the rotating shaft 110 by the operation of the rotating shaft blade 111 and the magnetic force having a large area. It works.
  • the gap sensor 70 measures the axial (Ax) (left and right) movement of the rotating shaft 110.
  • the gap sensor 70 can measure the movement of the rotating shaft 110 in the vertical direction (direction perpendicular to the axial direction Ax).
  • the gap sensor 70 may include a plurality of gap sensors 70.
  • the gap sensor 70 is composed of a first gap sensor 710 that measures the vertical movement of the rotating shaft 110 and a second gap sensor 720 that measures the horizontal movement of the rotating shaft 110.
  • the second gap sensor 720 may be disposed spaced apart from one end of the axial direction Ax of the rotation shaft 110 in the axial direction Ax.
  • the force of the thrust bearing 160 is inversely proportional to the square of the distance, and proportional to the square of the current.
  • thrust is generated in the direction of the impeller 120 (right direction).
  • the force generated in the right direction should be pulled with the maximum force using the magnetic force of the thrust bearing 160, but the position of the rotating shaft 110 is located in the middle of two thrust bearings 160 (reference position C0). If it is, it is difficult to quickly move the rotating shaft 110 to the reference position C0 in response to the rapid axis movement.
  • the present invention is to cause the rotation shaft 110 to be positioned by eccentrically opposite the direction in which the thrust is generated when surge generation is expected.
  • the control unit 700 determines a surge generation condition based on the information received from the gap sensor 70.
  • the control unit 700 may determine the surge occurrence condition when the position of the rotation shaft 110 measured by the gap sensor 70 is outside the normal position range (-C1 to +C1). In addition, when the position of the rotation shaft 110 measured by the gap sensor 70 is located within the normal position range (-C1 to +C1), the control unit 700 may determine that the surge is not generated.
  • the normal position range (-C1 to +C1) of the rotation shaft 110 refers to an area within a certain distance in the left and right directions based on the reference position C0 of the rotation shaft 110.
  • the normal position range (-C1 to +C1) of the rotating shaft 110 causes the rotating shaft 110 to vibrate in the axial direction (Ax) due to various environmental and peripheral factors when the rotating shaft 110 rotates. This is the range where vibration is considered to be normal.
  • the normal position range (-C1 to +C1) is an experimental value, and the normal position range (-C1 to +C1) is calculated based on the kurtosis or skewness of the position of the rotating shaft 110. You can decide.
  • the method of determining the normal position range (-C1 to +C1) is not limited.
  • the control unit 700 adjusts the amount of current supplied to the thrust bearings 160 so that the rotating shaft 110 is eccentric in the opposite direction of the impeller 120 from the reference position C0. Can be placed.
  • the position in which the rotation shaft 110 is eccentric means that the rotation shaft blade 111 is located between the first thrust bearing 160 and the reference position C0.
  • the rotating shaft 110 may have a buffer time rapidly moving in the direction of the impeller 120, and the rotating shaft 110 may be moved to the normal position range (-C1 to +C1 due to a small amount of current increase). ) Makes it easier to control.
  • the control unit 700 may supply current only to the first thrust bearing 161 of the first and second thrust bearings 162.
  • the controller 700 may adjust the amount of current supplied to the first thrust bearing 161 to be greater than the amount of current supplied to the second thrust bearing 162.
  • the control unit 700 may eccentrically rotate the rotation shaft 110 in the opposite direction of the impeller 120, and then control the position of the rotation shaft 110 to be fixed to the eccentric position for a predetermined time. That is, the control unit 700 may increase the amount of current supplied to the first thrust bearing 161 when a surge occurs after the rotating shaft 110 is eccentric in the opposite direction to the impeller 120. After the rotation shaft 110 is eccentric in the opposite direction to the impeller 120, the controller 700 moves the rotation shaft 110 back to the reference position (C0) when the vibration width is maintained below a predetermined reference based on the eccentric position. You can also
  • the controller 700 may equally adjust the amount of current supplied to the first thrust bearing 161 and the amount of current supplied to the second thrust bearing 162.
  • the control unit 700 adjusts the amount of current supplied to the first thrust bearing 161 and the second thrust bearing 162 when the non-surge condition is satisfied, so that the rotating shaft 110 is positioned at the reference position ( C0).
  • the heat exchanger for chillers of the present invention includes a case having a heat exchange space, a first refrigerant supply pipe connected to the case to supply the first refrigerant to the heat exchange space, and a first refrigerant discharge pipe connected to the case to discharge the first refrigerant in the heat exchange space, It may be disposed in the heat exchange space of the case, and may include a plurality of heat transfer tubes through which the second refrigerant heats with the first refrigerant.
  • the heat exchanger for chiller may include the above-described evaporator and/or condenser.
  • the chiller heat exchanger is a case having a heat exchange space, a first refrigerant supply pipe connected to the case to supply the first refrigerant to the heat exchange space, and a first refrigerant discharge pipe connected to the case to discharge the first refrigerant in the heat exchange space , It may be disposed in the heat exchange space of the case, and may include a plurality of heat transfer tubes through which the second refrigerant exchanges heat with the first refrigerant.
  • the heat exchanger for chiller is a condenser
  • the case is a condensation chamber 201
  • the first refrigerant supply pipe is a condenser connection flow path 150
  • the first refrigerant discharge pipe is an evaporator connection flow path 260
  • the heat transfer pipe is a cooling water flow path ( 211) or/and a cooling water discharge flow path 212.
  • the heat exchanger for chiller is an evaporator
  • the case is an evaporation chamber 401
  • the first refrigerant supply pipe is an evaporator connection flow path 260
  • the first refrigerant discharge pipe is a compressor connection flow path 460
  • the heat transfer pipe is a cold water inflow path ( 411) or/and cold water discharge flow path 412, or at least part of cold water discharge flow path 411 or/and cold water discharge flow path 412.
  • the first refrigerant may be water
  • the second refrigerant may be any one of Freon, R-134a and R1233zd.
  • the fluid which is a liquid or gas, passes through the inside surface of the heat pipe more than 100% and does not evenly contact the inside surface of the heat pipe, and the external second refrigerant and the delivery are deteriorated.
  • the heat exchanger tube 20 of the present invention solves the above-described problems, has excellent efficiency, and has a configuration capable of using an eco-friendly refrigerant.
  • FIG. 5 is a perspective view of the heat transfer tube 20 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an enlarged view of the inlet 38 of the main cavity 30 of FIG. 5
  • FIG. 7 is a view of the heat transfer tube 20 of FIG. 5 It is a cross section.
  • the heat transfer tube 20 of the present invention has a space therein and extends in the first direction, the refrigerant tube 21 protrudes from the outer surface of the refrigerant tube 21, and the refrigerant tube 21
  • the refrigerant tube 21 has a flow space 29 therein and extends in the first direction.
  • the first direction is a direction in which the second refrigerant flows in the X-axis direction.
  • the refrigerant tube 21 is a metal material having a high thermal conductivity. The refrigerant tube 21 helps heat exchange between the second refrigerant flowing inside and the first refrigerant flowing outside.
  • the cross-sectional shape of the refrigerant tube 21 may be a circular, elliptical polygon having a refrigerant flow space 22 therein.
  • the refrigerant tube 21 is circular with a large outer surface area.
  • the diameter of the refrigerant tube 21 is not limited. However, if the refrigerant tube 21 is too large, the heat exchange efficiency is lowered, and if it is too small, the heat exchange time is long, so the diameter of the refrigerant tube 21 may be 17 mm to 25 mm. The diameter of the refrigerant tube 21 is preferably 19-21mm.
  • the refrigerant tube 21 may have a number of grooves or protrusions for expanding the surface area.
  • a plurality of induction grooves may be formed on the inner surface of the refrigerant tube 21.
  • the induction groove is formed by recessing the inner surface of the refrigerant tube 21 outward.
  • the plurality of guide grooves 21a may be regularly or irregularly formed on the inner surface of the refrigerant tube 21.
  • the plurality of guide grooves 21a improves the contact area between the second refrigerant and the inner surface of the refrigerant tube 21.
  • the outer surface of the refrigerant tube 21 may include a main cavity 30 having a step difference with each other, and a fine cavity 40.
  • the main cavity 30 has a larger size than the microcavity 40 and may be disposed below the microcavity 40.
  • the arrangement below means that the lower end of the main cavity 30 is located below the lower end of the microcavity 40.
  • the main cavity 30 and the fine cavity 40 can be created in a variety of ways.
  • the outer surface of the refrigerant tube 21 is pressurized by a roller in a circumferential direction crossing the first direction and the first direction, thereby forming a plurality of grooves 31 and 32 and a plurality of radiating fins 23, and radiating fins (23) is pressed from the top to the bottom of the heat dissipation fin 23 is bent or the top of the heat dissipation fin 23 is expanded to form the main cavity 30, the fine cavity 40 is punch, wet etching, dry etching Can be formed.
  • the plurality of heat sink fins 23 are formed to protrude from the outer surface of the refrigerant tube 21.
  • the plurality of heat dissipation fins 23 may be respectively adhered to the outer surface of the refrigerant tube 21 or may be integrally formed, but it is easy to manufacture by being formed by the above-described method.
  • the heat dissipation fin 23 has a first portion 23a having a lower end connected to the outer surface of the refrigerant tube 21 and a second portion connected to the upper end of the first portion 23a and having an extended width than the first portion 23a. Includes portion 23b.
  • the lower end of the first portion 23a is connected to the outer surface of the refrigerant tube 21, and the upper end of the first portion 23a is connected to the second portion 23b.
  • the first portions 23a adjacent to each other are spaced apart from each other, thereby forming the interior of the main cavity 30.
  • the first portions 23a adjacent to each other are spaced at a sufficient distance so that the main cavity 30 maintains a certain width even when the second portion 23b is expanded.
  • the second portion 23b is connected to the upper end of the first portion 23a and connected to the upper portion.
  • the second portion 23b has a larger width than the first portion 23a.
  • the second portion 23b may be manufactured by pressing the top of the heat dissipation fin 23.
  • the second portions 23b adjacent to each other may be partially in contact with each other or may be spaced apart at a distance smaller than the width of the main cavity 30. The space between adjacent second portions 23b defines the inlet 38 of the main cavity 30.
  • Each heat dissipation fin 23 may include an upper surface 23c having a step with the outer surface of the refrigerant tube 21.
  • the outer surface of the refrigerant tube 21 will mean the bottom surface of the main cavity 30.
  • the upper surface 23c may be an upper surface of the second portion 23b.
  • the area of the top surface 23c may be larger than the area of the inlet 38 of the main cavity 30 and the width of the inlet of the microcavity 40. It is preferable that the largest width of the top surface 23c is larger than the largest width of the main cavity 30. It is preferable that the second portion 23b of each heat dissipation fin 23 has a sufficient area so that the microcavity 40 is formed.
  • the main cavity 30 is formed between the radiating fins 23 adjacent to each other, and an inlet may be formed between the upper ends of the plurality of radiating fins 23.
  • the size of the main cavity 30 may be larger than that of the fine cavity 40.
  • the lower width W3 of the main cavity 30 may be greater than the width W1 of the inlet 38 of the main cavity 30.
  • the lower width W3 of the main cavity 30 may increase or decrease again as it progresses from the bottom to the top, or may be constant.
  • the lower width W3 of the main cavity 30 may be 2 to 4 times the width W1 of the inlet 38 of the main cavity 30.
  • the lower width W3 of the main cavity 30 may be 3 to 4 times the width W1 of the inlet 38 of the main cavity 30.
  • the lower width W3 of the main cavity 30 may be 300 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • the width W1 of the inlet 38 of the main cavity 30 may be 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the depth H2 of the main cavity 30 may have a sufficient depth to trap the bubbles.
  • the depth H2 of the main cavity 30 may be 5 to 10 times compared to the width W1 of the inlet 38 of the main cavity 30.
  • the depth H2 of the main cavity 30 may be 7 to 8 times the width W1 of the inlet 38 of the main cavity 30.
  • the depth H2 of the main cavity 30 may be 0.9 mm to 1.2 mm.
  • the microcavity 40 may be formed on the top surface of the heat dissipation fin 23. Specifically, the microcavity 40 may be located on one surface of the heat dissipation fin 23 that defines the periphery (border) of the entrance 38 of the main cavity 30. More specifically, the microcavity 40 may be located on the upper surface 23c, which is the upper surface of the second portion 23b.
  • the upper surface of the second portion 23b corresponds to the outermost side of the heat dissipation fin 23, and when the bubbles grown in the main cavity 30 rise, It becomes advantageous to merge with the bubbles formed in the microcavity 40.
  • the microcavities 40 are provided along a rim of the top surface 23c of the heat sink fin 23. Dogs can be placed.
  • the separation distance between the microcavities 40 adjacent to each other may be 2 to 5 times the width of the entrance of the microcavities 40.
  • the separation distance between the microcavities 40 adjacent to each other is preferably 3 to 3 times the width of the microcavity 40 entrance.
  • the microcavity 40 is formed by being recessed from the top surface 23c of the heat dissipation fin 23 to the bottom and the top is opened.
  • the microcavity 40 may have various shapes.
  • the upper width of the microcavity 40 may be smaller than the lower width of the microcavity 40. More preferably, the width of the microcavity 40 may be smaller as it progresses from the top to the bottom.
  • the size of the microcavity 40 may be smaller than that of the microcavity 40.
  • the width of the microcavity 40 may be smaller than the width of the main cavity 30, and the depth H1 of the microcavity 40 may be smaller than the depth H2 of the main cavity 30.
  • the inlet width of the microcavity 40 may be smaller than the inlet 38 width W1 of the main cavity 30.
  • the inlet of the microcavity 40 is too small, bubbles inside the microcavity 40 may not escape to the outside, and if the inlet of the microcavity 40 is too large, the liquid refrigerant penetrating into the interior of the microcavity 40 The amount will increase.
  • the microcavity 40 inlet width may be such that the main cavity 30 is less than the depth or the width of the main cavity 30.
  • the microcavity 40 inlet width may be 5% to 50% compared to the inlet 38 width W1 of the main cavity 30.
  • the microcavity 40 inlet width may be 10% to 20% compared to the inlet 38 width W1 of the main cavity 30.
  • the microcavity 40 inlet width is usually 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the depth H1 of the microcavity 40 may have a sufficient depth to confine appropriate bubbles.
  • the depth H1 of the microcavity 40 may be 0.01% to 10% compared to the depth H2 of the main cavity 30.
  • the depth H1 of the microcavity 40 may be 4% to 7% compared to the depth H2 of the main cavity 30.
  • the depth H1 of the microcavity 40 may be smaller than the width of the main cavity 30.
  • the depth H1 of the microcavity 40 may be 5% to 90% of the width of the main cavity 30.
  • the depth H1 of the microcavity 40 may be 10% to 20% of the width of the main cavity 30.
  • the depth H1 of the microcavity 40 may be greater than or equal to the inlet width of the microcavity 40.
  • the depth H1 of the microcavity 40 is usually 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the liquid refrigerant of the heat transfer tube has a structure that is difficult to penetrate into the microcavity and the main cavity due to the surface tension, a gaseous refrigerant is always present inside the microcavity, and the liquid phase refrigerant is used in the gaseous refrigerant inside the microcavity.
  • a gaseous refrigerant is always present inside the microcavity, and the liquid phase refrigerant is used in the gaseous refrigerant inside the microcavity.
  • the present invention has an advantage in that the sizes of the main cavities and the micro cavities are different from each other, so that bubbles generated in the main cavities are merged with bubbles generated in the micro cavities so that the bubbles can easily escape from the refrigerant tube.
  • the present invention has a main cavity and a fine cavity, there is an advantage of improving the heat exchange efficiency of the heat transfer tube.
  • the present invention has the advantage of having a structure that is simple and easy to manufacture.
  • the present invention has the advantage that the efficiency of the chiller is not reduced while the present invention uses an eco-friendly refrigerant.

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Abstract

본 발명은 내부에 냉매가 유동되는 공간을 가지는 냉매 튜브; 상기 냉매 튜브의 외면에서 돌출되며, 상기 냉매 튜브의 외면과 단차를 가지는 상단면을 포함하는 복수의 방열핀; 서로 인접한 방열핀들 사이에 형성되고, 상기 복수의 방열핀들의 상단 사이에 입구가 형성되는 주 공동; 및 상기 방열핀의 상면에 형성되고, 상기 주 공동 보다 작은 높이 및 폭을 가지고, 상부로 개방된 복수의 미세 공동을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전열관 및 칠러용 열교환기
본 발명은 전열관 및 칠러용 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 칠러 시스템은 냉수를 냉수 수요처로 공급하는 것으로서, 냉동 시스템을 순환하는 냉매와, 냉수 수요처와 냉동 시스템의 사이를 순환하는 냉수간에 열교환이 이루어져 냉수를 냉각시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 칠러 시스템은 대용량 설비로서, 규모가 큰 건물 등에 설치될 수 있다.
종래 칠러 시스템은 한국등록특허공보 제10-1084477호에 개시된다. 종래 기술에서는 2개의 냉매를 서로 열교환하기 위해 전열관을 사용하는 데, 전열관은 내부에 제1 냉매가 지나가는 공간을 가지고, 전열관의 외면은 제2 냉매와 접촉하여서, 2개의 냉매 사이에 열교환을 시킨다.
이러한, 일반적인 전열관은 전열관의 내부로 유체가 지날 때 액체 또는 기체인 유체가 전열관의 내부 표면에 100% 이상 고르게 접촉 하지 않고 빠르게 통과되어 외부 제2 냉매와 전달이 저하되는 문제점이 존재한다.
특히, 기존 칠러용 냉매인 R-134a를 친환경 냉매(비가연성, 무독성)인 R1233zd로 변경시 이러한 전열관 성능 매우 저하(40%)되게 되는 문제점이 존재한다.
즉, 친환경 냉매를 사용하기 위해서는 열교환 효율이 매우 우수한 전열관이 필요한 문제점이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 친환경 냉매를 사용하면서, 효율이 저하되지 않는 전열관 및 칠러 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 제조가 용이하고, 동일한 관경에서 열전달 효율이 극대화되는 전열관을 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 냉매 튜브의 외면에 주 공동과 주 공동보다 크기가 작은 미세 공동을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 내부에 냉매가 유동되는 공간을 가지는 냉매 튜브; 상기 냉매 튜브의 외면에서 돌출되며, 상기 냉매 튜브의 외면과 단차를 가지는 상단면을 포함하는 복수의 방열핀; 서로 인접한 방열핀들 사이에 형성되고, 상기 복수의 방열핀들의 상단 사이에 입구가 형성되는 주 공동; 및 상기 방열핀의 상면에 형성되고, 상기 주 공동 보다 작은 높이 및 폭을 가지고, 상부로 개방된 복수의 미세 공동을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방열핀은, 하단이 상기 냉매 튜브의 외면과 연결된 제1 부분과, 상기 제1 부분의 상단에 연결되고, 상기 제1 부분 보다 확장된 폭을 가지는 제2 부분을 포함하고, 상기 상단면은 상기 제2 부분의 상면일 수 있다.
상기 복수의 미세 공동은 상기 상단면의 테두리를 따라 배치될 수 있다.
상기 미세 공동의 상부 폭은 상기 미세 공동의 하부 폭 보다 작을 수 있다.
상기 미세 공동의 폭은 상부에서 하부 방향으로 진행될수록 작아질 수 있다.
상기 미세 공동의 깊이는 상기 주 공동의 깊이 대비 0.01% 내지 10% 일 수 있다.
상기 미세 공동의 깊이는 상기 주 공동의 폭 대비 5% 내지 90% 일 수 있다.
상기 미세 공동의 깊이는 상기 미세 공동의 입구 폭 보다 크거나 같을 수 있다.
상기 미세 공동 입구 폭은 상기 주 공동의 입구 폭 대비 5% 내지 50% 일 수 있다.
서로 인접한 상기 미세 공동 사이의 이격거리는 상기 미세 공동 입구 폭 대비 2배 내지 5배일 수 있다.
상기 주 공동의 입구는 서로 인접한 제2 부분들 사이에 형성될 수 있다.
상기 주 공동의 하부 폭은 상기 주 공동의 입구 폭 보다 클 수 있다.
상기 주 공동의 하부 폭은 상기 주 공동의 입구 폭 대비 2 배 내지 4배일 수 있다.
상기 주 공동의 깊이는 상기 주 공동의 입구 폭 대비 5 배 내지 10배 일 수 있다.
상기 주 공동의 하부 폭은 300㎛ 내지 400㎛ 일 수 있다.
상기 주 공동의 깊이는 0.9mm 내지 1.2mm 일 수 있다.
상기 미세 공동의 입구 폭은 10㎛ 내지 50㎛ 일 수 있다.
또한, 본 발명은 열교환 공간을 가지는 케이스; 상기 케이스에 연결되어 제1 냉매를 상기 열교환 공간으로 공급하는 제1 냉매 공급관; 상기 케이스에 연결되어 상기 열교환 공간 내의 상기 제1 냉매가 토출되는 제1 냉매 토출관; 및 상기 케이스의 상기 열교환 공간에 배치되고, 상기 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매가 흐르는 다수의 전열관을 포함하고, 상기 전열관은 내부에 냉매가 유동되는 공간을 가지는 냉매 튜브; 상기 냉매 튜브의 외면에서 돌출되며, 상기 냉매 튜브의 외면과 단차를 가지는 상단면을 포함하는 복수의 방열핀; 서로 인접한 방열핀들 사이에 형성되고, 상기 복수의 방열핀들의 상단 사이에 입구가 형성되는 주 공동; 및 상기 방열핀의 상면에 형성되고, 상기 주 공동 보다 작은 높이 및 폭을 가지고, 상부로 개방된 복수의 미세 공동을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 전열관 및 칠러용 열교환기에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　 본 발명은 전열관의 액냉매가 표면장력에 의해 미세 공동과, 주 공동으로 침투하기 어려운 구조를 가지므로, 미세 공동의 내부에는 기상 냉매가 항상 존재하게 되고, 미세 공동 내부의 기상 냉매는 액상 냉매가 기상 냉매로 상 변화하기 위한 상변확의ㅏ 핵으로 작용하여 액상 냉매의 비등을 촉진시키는 이점이 존재한다.
둘째, 주 공동과, 미세 공동의 크기가 달라서 서로 달라서, 주 공동에서 생성된 기포가 미세 공동에서 생성된 기포와 병합하여 기포가 냉매 튜브에서 쉽게 이탈할 수 있게 하는 이점이 존재한다.
셋째, 주 공동과 미세 공동을 가지므로, 전열관의 열교환 효율을 향상시키는 이점이 존재한다.
넷째, 본 발명은 단순하고, 제조가 용이한 구조를 가지는 이점이 존재한다.,
다섯째, 본 발명은 친환경 냉매를 사용하면서도, 칠러의 효율이 저하되지 않는 이점이 존재한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 칠러 시스템을 나타낸 것이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기가 서지 미 발생 조건 경우를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기가 서지 발생 조건 경우를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열관의 사시도이다.
도 6은 도 5의 주 공동의 입구를 확대한 도면이다.
도 7은 도 5의 전열관의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부도면은 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다름과 같다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 칠러 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 칠러 시스템을 도시한 것이다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)는 칠러 시스템의 일부로써 기능할 뿐만 아니라 공기조화기에도 포함될 수 있으며 기체 상태의 물질을 압축하는 기기라면 어디에든 포함될 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러 시스템(1)은 냉매를 압축하도록 형성된 압축기(100), 압축기(100)에서 압축된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매를 응축시키는 응축기(200), 응축기(200)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기(300), 팽창기(300)에서 팽창된 냉매와 냉수를 열교환시켜 냉매의 증발과 함께 냉수를 냉각하도록 형성된 증발기(400)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러 시스템(1)은 응축기(200)에서 압축된 냉매와 냉각수를 사이의 열교환을 통해 냉각수를 가열하는 냉각수유닛(600)과, 증발기(400)에서 팽창된 냉매와 냉수 사이의 열교환을 통해 냉수를 냉각하는 공기조화유닛(500)을 더 포함한다.
응축기(200)는 압축기(100)에서 압축된 고압의 냉매를 냉각수유닛(600)에서 유입되는 냉각수와 열교환하는 장소를 제공한다. 고압의 냉매는 냉각수와의 열교환을 통해 응축된다.
응축기(200)는 쉘-튜브 타입의 열교환기로 구성될 수 있다. 구체적으로, 압축기(100)에서 압축된 고압의 냉매는 응축기연결유로(150)를 통해 응축기(200) 내부 공간에 해당하는 응축공간(230)으로 유입된다. 또한, 응축공간(230) 내부에는 냉각수유닛(600)으로부터 유입되는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각수유로(210)를 포함한다. 응축기(200)는 내부에 응축공간(230)을 가지는 응축챔버(201)을 포함한다.
냉각수유로(210)는 냉각수유닛(600)으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수유입유로(211)와 냉각수유닛(600)으로 냉각수가 배출되는 냉각수토출유로(212)로 구성된다. 냉각수유입유로(211)로 유입된 냉각수는 응축공간(230) 내부에서 냉매와 열교환을 한 후 응축기(200) 내부 일단 또는 외부에 구비된 냉각수연결유로(240)를 지나 냉각수토출유로(212)로 유입된다.
냉각수유닛(600)과 응축기(200)는 냉각수튜브(220)를 매개로 하여 연결이 된다. 냉각수튜브(220)는 냉각수유닛 (600)과 응축기(200) 사이에 냉각수가 흐르는 통로가 될 뿐만 아니라 외부로 새어나가지 않도록 고무 등의 재질로 구성될 수 있다.
냉각수튜브(220)는 냉각수유입유로(211)와 연결되는 냉각수유입튜브(221)와 냉각수토출유로( 212)와 연결되는 냉각수토출튜브(222)로 구성된다. 냉각수의 흐름을 전체적으로 살펴보면, 냉각수유닛(600)에서 공기 또는 액체와 열교환을 마친 냉각수는 냉각수유입튜브(221)를 통해 응축기(200) 내부로 유입된다. 응축기(200) 내부로 유입된 냉각수는 응축기(200) 내부에 구비된 냉각수유입유로(211), 냉각수연결유로(240), 냉각수토출유로(212)를 차례로 지나면서 응축기(200) 내부로 유입된 냉매와 열교환을 한 후 다시 냉각수토출튜브(222)를 지나 냉각수유닛(600)으로 유입된다.
한편, 응축기(200)에서 열교환을 통해 냉매의 열을 흡수한 냉각수는 냉각수유닛(600)에서 공냉시킬 수 있다. 냉각수유닛(600)은 본체부(630)와 냉각수토출튜브(222)를 통해 열을 흡수한 냉각수가 유입되는 입구인 냉각수유입관(610)과 냉각수유닛(600) 내부에서 냉각된 후 냉각수가 배출되는 출구인 냉각수토출관(620)으로 구성된다.
냉각수유닛(600)은 본체부(630) 내부로 유입된 냉각수를 냉각시키기 위해 공기를 이용할 수 있다. 구체적으로 본체부(630)는 공기의 흐름을 발생시키는 팬이 구비되고 공기가 토출되는 공기토출구(631)와 본체부(630) 내부로 공기를 유입되는 입구에 해당하는 공기흡입구(632)로 구성된다.
공기토출구(631)에서 열교환을 마치고 토출되는 공기는 난방에 이용될 수 있다. 응축기(200)에서 열교환을 마친 냉매는 응축되어 응축공간(230) 하부에 고이게 된다. 고인 냉매는 응축공간(230) 내부에 구비된 냉매박스(250)로 유입된 후 팽창기(300)로 흘러간다.
냉매박스(250)는 냉매유입구(251)로 유입되며, 유입된 냉매는 증발기연결유로(260)로 토출된다. 증발기연결유로(260)는 증발기연결유로유입구 (261)를 포함하며, 증발기연결유로유입구(261)는 냉매박스(250)의 하부에 위치할 수 있다.
증발기(400)는 팽창기(300)에서 팽창된 냉매와 냉수 사이에 열교환이 일어나는 증발공간(430)을 가지는 증발 챔버(401)을 포함한다. 증발기연결유로(260)에서 팽창기(300)를 통과한 냉매는 증발기(400) 내부에 구비된 냉매분사장치(450)와 연결되며, 냉매분사장치(450)에 구비된 냉매분사홀(451)을 지나 증발기(400) 내부로 골고루 퍼지게 된다.
또한 증발기(400) 내부에는 증발기(400) 내부로 냉수가 유입되는 냉수유입유로(411)와 증발기(400) 외부로 냉수가 토출되는 냉수토출유로(412)를 포함하는 냉수유로(410)가 구비된다.
냉수는 증발기(400) 외부에 구비된 공기조화유닛(500)과 연통된 냉수튜브(420)를 통해 유입되거나 토출된다. 냉수튜브(420)는 공기조화유닛(500) 내부의 냉수가 증발기(400)로 향하는 통로인 냉수유입튜브(421)와 증발기(400)에서 열교환을 마친 냉수가 공기조화유닛(500)으로 향하는 통로인 냉수토출튜브(422)로 구성된다. 즉, 냉수유입튜브(421)는 냉수유입유로(411)와 연통되고 냉수토출튜브(422)는 냉수토출유로(412)와 연통된다.
냉수의 흐름을 살펴보면, 공기조화유닛(500), 냉수유입튜브(421), 냉수유입유로(411)를 거쳐 증발기(400)의 내부 일단 또는 증발기(400)의 외부에 구비된 냉수연결유로(440)를 통과한 후, 냉수토출유로(412), 냉수토출튜브(422)를 거쳐 공기조화유닛(500)으로 다시 유입된다.
공기조화유닛(500)은 냉매를 통해 냉수를 냉각시킨다. 냉각된 냉수는 공기조화유닛(500) 내에서 공기의 열을 흡수하여 실내 냉방을 가능하게 한다. 공기조화유닛(500)은 냉수유입튜브(421)과 연통되는 냉수토출관(520)과 냉수토출튜브(422)와 연통되는 냉수유입관(510)을 포함한다. 증발기(400)에서 열교환을 마친 냉매는 압축기연결유로(460)를 통해 압축기(100)로 다시 유입된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심 압축기(100)(일명, 터보 압축기)를 도시한 것이다.
도 2에 따른 압축기(100)는, 냉매를 축방향(Ax)으로 흡입하여 원심방향으로 압축하는 하나 이상의 임펠러(120), 임펠러(120) 및 임펠러(120)를 회전시키는 모터(130)가 연결된 회전축(110), 회전축(110)을 공중에서 회전 가능하도록 지지하는 다수개의 자기베어링(141)과 자기베어링(141)을 지지하는 베어링하우징(142)을 포함하는 베어링부(140), 회전축(110)과의 거리를 감지하는 갭센서(70) 및 회전축(110)이 축방향(Ax)으로 진동하는 것을 제한하는 트러스트 베어링(160)을 포함한다.
임펠러(120)는 1단 또는 2단으로 이루어진 것이 일반적이며 다수개의 단으로 이루어져도 무방하다. 회전축(110)에 의해 회전을 하며, 축방향(Ax)으로 유입된 냉매를 원심방향으로 회전에 의해 압축을 함으로써 냉매를 고압으로 만드는 역할을 한다.
모터(130)는 회전축(110)과 별도의 회전축(110)을 가지고 벨트(미도시)에 의해 회전력을 회전축(110)으로 전달하는 구조를 가질 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예의 경우, 모터(13)는 스테이터(미도시) 및 로터(112)로 구성되어 회전축(110)을 회전시킨다.
회전축(110)은 임펠러(120) 및 모터(13)와 연결된다. 회전축(110)은 도 2의 좌우 방향으로 연장된다. 이하, 회전축(110)의 축방향(Ax)은 좌우 방향을 의미한다. 회전축(110)은 자기베어링(141) 및 트러스트베어링의 자기력에 의해 움직일 수 있도록 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
트러스트 베어링(160)에 의회 회전축(110)읜 축방향(Ax)(좌우방향)의 진동을 방지하기 위해, 회전축(110)이 축방향(Ax)과 수직한 면에서 일정한 면적을 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 회전축(110)은 트러스트 베어링(160)의 자기력에 의해 회전축(110)을 이동시킬 수 있는 충분한 자기력을 제공하는 회전축날개(111)를 더 포함할 수 있다. 회전축날개(111)는 축방향(Ax)에 수직한 면에서 회전축(110)의 단면적 보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 회전축날개(111)는 회전축(110)의 회전 반경 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
자기베어링(141)과 트러스트 베어링(160)은 도체로 구성되며 코일(143)이 권선되어 있다. 권선된 코일(143)에 흐르는 전류에 의해 자석과 같은 역할을 한다.
자기베어링(141)은 회전축(110)을 중심으로 하여 회전축(110)을 둘러싸도록 다수개가 구비되고, 트러스트 베어링(160)은 회전축(110)의 회전 반경 방향으로 연장되어 구비되는 회전축날개(111)에 인접하도록 구비된다.
자기베어링(141)은 회전축(110)이 공중에 부양된 상태에서 마찰 없이 회전할 수 있도록 한다. 이를 위해 자기베어링(141)은 회전축(110)을 중심으로 적어도 3개 이상이 구비되어야 하며, 각각의 자기베어링(141)은 회전축(110)을 중심으로 균형을 이루어 설치되어야 한다.
본 발명의 일 실시예의 경우, 4개의 자기베어링(141)이 회전축(110)을 중심으로 대칭되도록 구비되며, 각각의 자기베어링(141)에 권선된 코일에 의해 생성된 자기력에 의해 회전축(110)이 공중에 부양하게 된다. 공중에 회전축(110)이 부양되어 회전함으로 인해, 기존에 베어링이 구비된 종래 발명과 달리 마찰로 인해 손실되는 에너지가 줄어들게 된다.
한편, 압축기(100)는 자기베어링(141)을 지지하는 베어링하우징(142)을 더 구비할 수 있다. 자기베어링(141)은 다수개가 구비되며, 회전축(110)과 접촉되지 않도록 간극을 두고 설치된다.
다수개의 자기베어링(141)은 적어도 회전축(110)의 두 지점에 설치된다. 두 지점은 회전축(110)의 길이방향을 따라 서로 다른 지점에 해당한다. 회전축(110)이 직선에 해당하기 때문에 적어도 두 개의 지점에서 회전축(110)을 지탱해야 원주 방면으로의 진동을 방지할 수 있다.
냉매의 흐름을 살펴보면, 압축기(100)연결유로(460)를 통해 압축기(100) 내부로 유입된 냉매가 임펠러(120)의 작용으로 원주 방면으로 압축된 후 응축기연결유로(150)로 토출된다. 압축기(100)연결유로(460)는 임펠러(120)의 회전 방향 과 수직인 방향으로 냉매가 유입될 수 있도록 압축기(100)와 연결된다.
트러스트 베어링(160)은 회전축(110)이 축방향(Ax)의 진동으로 이동하는 것을 제한하고, 서지 발생시에 회전축(110)이 임펠러(120) 방향으로 이동하면서, 압축기(100)의 다른 구성과 회전축(110)의 출동하게 되는 것을 방지한다.
구체적으로, 트러스트 베어링(160)은, 제1트러스트베어링(161)과 제2트러스트베어링(162)으로 구성되며 회전축날개(111)를 회전축(110)의 축방향(Ax)으로 감싸도록 배치된다. 즉, 회전축(110)의 축방향(Ax)으로 제1트러스트베어링(161), 회전축날개(111), 제2트러스트베어링(162)의 순서로 배치된다.
더욱 구체적으로, 제2 트러스트 베어링(162)은 제1 트러스트 베어링(161) 보다 임펠러(120)에 인접하게 위치되고, 제1 트러스트 베어링(161)은 제2 트러스트 베러링 보다 임펠러(120)에서 멀게 위치되고, 제1 트러스트 베어링(161)과 제2 트러스트 베어링(162) 사이에 회전축(110)의 적어도 일부가 위치된다. 바람직하게는, 제1 트러스트 베어링(161)과 제2 트러스트 베어링(162) 사이에 회전축날개(111)가 위치된다.
따라서 제1트러스트베어링(161)과 제2트러스트베어링(162)은 넓은 면적을 가지는 회전축날개(111)와 자기력의 작동에 의해 회전축(110)이 회전축(110) 방향으로 진동하는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
갭센서(70)는 회전축(110)의 축방향(Ax)(좌우방향) 움직임을 측정한다. 물론, 갭센서(70)는 회전축(110)의 상하방향(축방향(Ax)과 직교하는 방향) 움직임을 측정할 수 있다. 물론, 갭센서(70)는 다수의 갭센서(70)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 갭센서(70)는 회전축(110)의 상하 방향 움직임을 측정하는 제1 갭센서(710)와 회전축(110)의 좌우 방향 움직임을 측정하는 제2갭센서(720)로 구성된다. 제2 갭센서(720)는 회전축(110)의 축방향(Ax)의 일단에서 축방향(Ax)으로 이격되어 배치될 수 있다.
트러스트 베어링(160)의 힘은 거리의 제곱에 반비례하며, 전류의 제곱에 비례한다. 회전축(110)에 서지발생시 임펠러(120) 방향(우측 방향)으로 추력이 발생하게 된다. 우측 방향으로 발생하는 힘을 트러스트 베어링(160)의 자기력을 이용하여 최대한의 힘으로 축을 당겨야 하는데 회전축(110)의 위치가 2개의 트러스트 베어링(160)의 중간(기준 위치(C0))에 위치되게 되면, 급격한 축 이동에 대응하여 회전축(110)을 빠르게 이동을 기준 위치(C0)로 이동이 어렵게 된다.
회전축(110)에 발생한 임펠러(120) 방향의 추력의 힘은 상당히 강하기 때문에, 기준 위치(C0)에 위치하게 되면, 트러스트 베어링(160)의 자기력을 증가시키기 위해 전류의 공급량을 늘리거나, 트러스트 베어링(160)의 크기를 증가시켜야 하는 문제점이 존재한다.
따라서, 본 발명은 서지 발생이 예상되면 미리 회전축(110)을 추력이 발생되는 방향의 반대방향을 편심시켜 위치되게 하는 것이다.
구체적으로, 제어부(700)는 갭센서(70)로부터 받은 정보에 기반하여 서지 발생 조건을 판단한다. 제어부(700)는 갭센서(70)에 의해 측정되는 회전축(110)의 위치가 정상 위치 범위(-C1~+C1)를 벗어나는 경우 서지 발생 조건으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(700)는 갭센서(70)에 의해 측정되는 회전축(110)의 위치가 정상 위치 범위(-C1~+C1) 내에 위치되는 경우, 서지 미 발생 조건으로 판단할 수 있다.
여기서, 회전축(110)의 정상 위치 범위(-C1~+C1)는, 회전축(110)의 기준 위치(C0)를 기준으로 좌우 방향의 일정 거리 이내의 영역을 의미한다. 회전축(110)의 정상 위치 범위(-C1~+C1)는 회전축(110)의 회전 시에 여러 환경적, 주변적 요인에 의해 회전축(110)이 축방향(Ax)으로 진동되게 되는 데, 이러한 진동이 정상 상태라고 판단되는 범위다. 이러한 정상 위치 범위(-C1~+C1)는 실험적인 값으로, 회전축(110)의 위치의 첨도(Kurtosis) 또는 왜도(Skewness)를 기준으로 정상 위치 범위(-C1~+C1)를 값을 정할 수도 있다. 정상 위치 범위(-C1~+C1)를 정하는 방법은 제한을 두지 않는다.
제어부(700)는 서지 발생 조건이 만족되는 경우, 트러스트 베어링(160)들에 공급되는 전류의 양을 조절하여서, 회전축(110)을 기준 위치(C0)에서 임펠러(120)의 반대방향으로 편심되게 위치시킬 수 있다. 회전축(110)이 편심되는 위치는 회전축날개(111)가 제1트러스트 베어링(160)과 기준 위치(C0) 사이에 위치되는 것을 의미한다.
따라서, 이후에 서지가 발생하여 회전축(110)이 임펠러(120) 방향으로 급속하게 이동하는 완충 시간을 가질 수 있고, 적은 전류량의 증가로 인해 회전축(110)을 정상 위치 범위(-C1~+C1)로 제어하는 것이 용이해 진다.
구체적으로, 제어부(700)는 서지 발생 조건이 만족되는 경우, 제1 및 제2 트러스트 베어링(162) 중 제1 트러스트 베어링(161)에만 전류를 공급할 수 있다. 다른 예로,제어부(700)는 서지 발생 조건이 만족되는 경우, 제1 트러스트 베어링(161)에 공급되는 전류의 양이 제2 트러스트 베어링(162)에 공급되는 전류의 양보다 많게 조절할 수 있다.
제어부(700)는 서지 발생 조건이 만족되어서, 회전축(110)을 임펠러(120)의 반대방향으로 편심킨 후, 일정 시간 동안 회전축(110)의 위치를 편심위치로 고정되게 제어할 수 있다. 즉, 제어부(700)는 회전축(110)이 임펠러(120) 반대방향으로 편심된 후, 서지가 발생하는 경우, 제1 트러스트 베어링(161)으로 공급되는 전류 양을 증가시킬 수 있다. 제어부(700)는 회전축(110)이 임펠러(120) 반대방향으로 편심된 후, 편심 위치를 기준으로 진동 폭이 일정 기준 이하로 유지되는 경우, 회전축(110)을 다시 기준 위치(C0)로 이동시킬 수도 있다.
제어부(700)는 서지 미 발생 조건이 만족되는 경우, 제1 트러스트 베어링(161)에 공급되는 전류의 양과 제2 트러스트 베어링(162)에 공급되는 전류의 양을 동일하게 조절할 수 있다. 또는, 제어부(700)는 서지 미 발생 조건이 만족되는 경우, 상 제1 트러스트 베어링(161) 및 제2 트러스트 베어링(162)에 공급되는 전류의 양을 조절하여서, 회전축(110)이 기준 위치(C0)에 위치되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 칠러용 열교환기는 열교환 공간을 가지는 케이스, 케이스에 연결되어 제1 냉매를 열교환 공간으로 공급하는 제1 냉매 공급관, 케이스에 연결되어 열교환 공간 내의 제1 냉매가 토출되는 제1 냉매 토출관, 케이스의 열교환 공간에 배치되고, 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매가 흐르는 다수의 전열관을 포함할 수 있다.
칠러용 열교환기는 상술한 증발기 또는/및 응축기를 포함할 수 있다. 예를 들면, 칠러용 열교환기는 열교환 공간을 가지는 케이스, 케이스에 연결되어 제1 냉매를 열교환 공간으로 공급하는 제1 냉매 공급관, 케이스에 연결되어 열교환 공간 내의 제1 냉매가 토출되는 제1 냉매 토출관, 케이스의 열교환 공간에 배치되고, 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매가 흐르는 다수의 전열관을 포함할 수 있다.
칠러용 열교환기가 응축기인 경우, 케이스는 응축챔버(201)이고, 제1 냉매 공급관은 응축기연결유로(150)이고, 제1 냉매 토출관은 증발기연결유로(260)이고, 전열관은 냉각수유입유로(211) 또는/및 냉각수토출유로(212)일 수 있다.
칠러용 열교환기가 증발기인 경우, 케이스는 증발 챔버(401)이고, 제1 냉매 공급관은 증발기연결유로(260)이고, 제1 냉매 토출관은 압축기연결유로(460)이고, 전열관은 냉수유입유로(411) 또는/및 냉수토출유로(412)이거나, 냉수유입유로(411) 또는/및 냉수토출유로(412)의 적어도 일부일 수 있다.
여기서, 제1 냉매는 물일 수 있고, 제2 냉매는 프레온, R-134a 및 R1233zd 중 어느 하나일 수 있다.
일반적인 전열관은 전열관의 내부로 유체가 지날 때 액체 또는 기체인 유체가 전열관의 내부 표면에 100% 이상 고르게 접촉 하지 않고 빠르게 통과되어 외부 제2 냉매와 전달이 저하되는 문제점이 존재한다.
또한, 유체는 전열관 내부를 지날 때 장애물의 방해 없이 일정속도로 이동되는 것이므로 유체의 열전달이 표면과 완전히 이루어지지 않은 상태로 이동되어 충분한 열 교환이 이루어지지 않았을 뿐 아니라 유체가 이동할 때 일부는 유동(流動)의 발생이 거의 없이 전열관 내부를 그대로 통과하므로 유체의 내부에 흐르는 열의 전달이 효과적으로 이루어질 수 없었다.
특히, 기존 칠러용 냉매인 R-134a를 친환경 냉매(비가연성, 무독성)인 R1233zd로 변경시 이러한 전열관(20) 성능 매우 저하(40%)되게 되는 문제점이 존재한다.
따라서, 본 발명의 전열관(20)은 상술한 문제점을 해결하여서, 효율이 우수하고, 친환경 냉매를 사용할 수 있는 구성을 가진다.
이하, 본 발명의 전열관(20)에 대해 상술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열관(20)의 사시도, 도 6은 도 5의 주 공동(30)의 입구(38)를 확대한 도면, 도 7은 도 5의 전열관(20)의 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 전열관(20)은 내부에 공간을 가지고 제1방향으로 연장되는 냉매 튜브(21), 냉매 튜브(21)의 외면에서 돌출되며, 냉매 튜브(21)의 외면과 단차를 가지는 상단면(23c)을 포함하는 복수의 방열핀(23), 서로 인접한 방열핀(23)들 사이에 형성되고, 복수의 방열핀(23)들의 상단 사이에 입구가 형성되는 주 공동(30) 및 방열핀(23)의 상면에 형성되고, 주 공동(30) 보다 작은 높이 및 폭을 가지고, 상부로 개방된 복수의 미세 공동(40)을 포함한다.
냉매 튜브(21)는 내부에 유동 공간(29)을 가지고 제1방향으로 연장된다. 여기서, 제1방향은 X축 방향으로, 제2 냉매가 유동되는 방향이다. 냉매 튜브(21)는 열전도율이 높은 금속재질이다. 냉매 튜브(21)는 내부를 유동하는 제2 냉매와 외부를 유동하는 제1 냉매 사이의 열교환을 돕는다.
냉매 튜브(21)의 단면 형상(도 5 기준, 이하 단면 형상은 Y-Z축 단면을 기준으로 한다)은 내부에 냉매 유동공간(22)을 가지는 원형, 타원형 다각형 일 수 있다. 바람직하게는, 냉매 튜브(21)는 외부 표면적이 넓은 원형이다.
냉매 튜브(21)의 지름은 제한이 없다. 다만, 냉매 튜브(21)가 너무 큰 경우, 열교환 효율이 저하되고, 너무 작은 경우, 열교환 시간이 오래 걸리기 때문에, 냉매 튜브(21)의 지름은 17mm 내지 25mm 일 수 있다. 냉매 튜브(21)의 지름은 19-21mm인 것이 바람직하다.
냉매 튜브(21)는 표면적을 확장하기 위한 다수의 홈 또는 돌기를 가질 수 있다. 예를 들면, 냉매 튜브(21)에 내면에는 다수의 유도홈(미도시)이 형성될 수 있다. 유도홈은 냉매 튜브(21)의 내면이 외측으로 함몰되어 형성된다.
다수의 유도홈(21a)은 냉매 튜브(21)의 내면에 규칙적 또는 불규칙적으로 형성될 수 있다. 이러한 다수의 유도홈(21a)은 제2 냉매와 냉매 튜브(21)의 내면과의 접촉 면적을 향상시킨다.
냉매 튜브(21)의 외면에는 서로 단차를 가지는 주 공동(30)과, 미세 공동(40)을 포함할 수 있다. 주 공동(30)은 미세 공동(40) 보다 큰 크기를 가지고, 미세 공동(40) 보다 아래에 배치될 수 있다. 여기서 아래에 배치된다 함은 주 공동(30)의 하단이 미세 공동(40)의 하단 보다 아래에 위치되는 것을 의미한다.
주 공동(30)과 미세 공동(40)의 크기 차이에 의해 주 공동(30)에서 생성된 기포와, 미세 공동(40)에서 생성된 기포가 서로 병합하여 기포가 냉매 튜브(21)에서 이탈되는 것을 촉진하고, 이렇게 이탈된 기포는 액상 냉매가 기상 냉매로 상환화를 촉진하게 된다.
주 공동(30)과 미세 공동(40)은 다양한 방법으로 생성될 수 있다. 예를 들면, 냉매 튜브(21)의 외면이 제1 방향과 제1 방향과 교차되는 원주방향으로 롤러에 의해 가압되어서 다수의 홈(31, 32)과 다수의 방열핀(23)이 형성되고, 방열핀(23)이 상부에서 하부로 가압되어 방열핀(23)이 구부러지거나 방열핀(23)의 상부가 확장되어 주 공동(30)이 형성되고, 미세 공동(40)은 펀치, 습식 에칭, 건식 에칭에 의해 형성될 수 있다.
복수의 방열핀(23)은 냉매 튜브(21)의 외면에서 돌출되어 형성된다. 복수의 방열핀(23)은 냉매 튜브(21)의 외면에 각각 접착되거나 일체로 형성될 수도 있지만, 상술한 방법에 의해 형성되는 것이 제조가 용이하다.
방열핀(23)은 하단이 냉매 튜브(21)의 외면과 연결된 제1 부분(23a)과, 제1 부분(23a)의 상단에 연결되고, 제1 부분(23a) 보다 확장된 폭을 가지는 제2 부분(23b)을 포함한다.
제1 부분(23a)의 하단은 냉매 튜브(21)의 외면과 연결되고, 제1 부분(23a)의 상단은 제2 부분(23b)과 연결된다. 서로 인접한 제1 부분(23a)들 사이는 서로 이격되어서, 주 공동(30)의 내부를 형성하게 된다. 서로 인접한 제1 부분(23a)들은 제2 부분(23b)이 확장되어도 주 공동(30)이 어느 정도 폭을 유지하도록 충분한 거리로 이격된다.
제2 부분(23b)은 제1 부분(23a)의 사단에 연결되어 상부로 연결된다. 제2 부분(23b)은 제1 부분(23a) 보다 큰 폭을 가진다. 제2 부분(23b)은 방열핀(23)의 상단이 가압되어 제조될 수 있다. 서로 인접한 제2 부분(23b)들은 서로 일부가 접촉되거나, 주 공동(30)의 폭 보다 작은 거리로 이격될 수 있다. 인접한 제2 부분(23b)들 사이의 공간은 주 공동(30)의 입구(38)를 정의하게 된다.
각 방열핀(23)에는 냉매 튜브(21)의 외면과 단차를 가지는 상단면(23c)을 포함할 수 있다. 여기서, 냉매 튜브(21)의 외면은 주 공동(30)의 바닥면을 의미할 것이다. 구체적으로, 상단면(23c)은 제2 부분(23b)의 상면일 수 있다.
상단면(23c)의 면적은 주 공동(30)의 입구(38)의 면적 및 미세 공동(40)의 입구 폭 보다 클 수 있다. 상단면(23c)의 가장 큰 폭은 주 공동(30)의 가장 큰 폭 보다 큰 것이 바람직하다. 각 방열핀(23)의 제2 부분(23b)은 미세 공동(40)이 형성될 있도록 충분한 면적을 가지는 것이 바람직하다.
주 공동(30)은 서로 인접한 방열핀(23)들 사이에 형성되고, 복수의 방열핀(23)들의 상단 사이에 입구가 형성될 수 있다. 주 공동(30)의 크기는 미세 공동(40) 보다 크게 형성될 수 있다.
주 공동(30)의 입구(38)가 너무 작으면 주 공동(30)의 내부의 기포가 외부로 이탈되지 못하고, 주 공동(30)의 입구(38)가 너무 크면 주 공동(30)의 내부로 침투하는 액상 냉매의 양이 많아지게 된다.
구체적으로, 주 공동(30)의 하부 폭(W3)은 주 공동(30)의 입구(38) 폭(W1) 보다 클 수 있다. 여기서, 주 공동(30)의 하부 폭(W3)은 바닥면에서 상부로 진행할수록 커지다가 다시 줄어들 수도 있고, 일정할 수도 있다. 주 공동(30)의 하부 폭(W3)은 주 공동(30)의 입구(38) 폭(W1) 대비 2 배 내지 4배 일 수 있다. 바람직하게는, 주 공동(30)의 하부 폭(W3)은 주 공동(30)의 입구(38) 폭(W1) 대비 3배 내지 4배일 수 있다.
주 공동(30)의 하부 폭(W3)은 300㎛ 내지 400㎛ 일 수 있다. 주 공동(30)의 입구(38) 폭(W1)은 10㎛ 내지 50㎛ 일 수 있다.
주 공동(30)의 깊이(H2)가 너무 작으면 큰 기포를 만들 수 없고, 주 공동(30)의 깊이(H2)가 너무 깊으면, 주 공동(30)의 내부에서 생성된 기포가 이탈되기 어렵다. 따라서, 주 공동(30)의 깊이(H2)는 기포를 가둘 수 있는 충분한 깊이를 가질 수 있다.
주 공동(30)의 깊이(H2)는 주 공동(30)의 입구(38) 폭(W1) 대비 5 배 내지 10배 일 수 있다. 바람직하게는, 주 공동(30)의 깊이(H2)는 주 공동(30)의 입구(38) 폭(W1) 대비 7 배 내지 8배 일 수 있다. 주 공동(30)의 깊이(H2)는 0.9mm 내지 1.2mm 일 수 있다.
미세 공동(40)은 방열핀(23)에 상면에 형성될 수 있다. 구체적으로, 미세 공동(40)은 주 공동(30)의 입구(38) 주변(테두리)을 정의하는 방열핀(23)의 일면에 위치될 수 있다. 더욱 구체적으로, 미세 공동(40)은 제2 부분(23b)의 상면인 상단면(23c)에 위치될 수 있다.
미세 공동(40)이 제2 부분(23b)의 상면에 위치하면, 제2 부분(23b)의 상면은 방열핀(23)에서 가장 외측에 해당하여서, 주 공동(30)에서 성장한 기포가 올라올 때, 미세 공동(40)에서 형성된 기포와 병합하기 유리해진다.
바람직하게는, 미세 공동(40)의 기포와 주 공동(30)의 기포가 서로 병합할 확률을 향상시키기 위해, 미세 공동(40)은 방열핀(23)의 상단면(23c)의 테두리를 따라 복수 개가 배치될 수 있다.
서로 인접한 미세 공동(40)들 사이의 이격거리가 너무 크면, 미세 공동(40)에서 생긴 기포의 양이 작아져서 주 공동(30)에서 생성된 기포를 원활하게 분리할 수 없고, 이격거리가 너무 작으면, 인접한 미세 공동(40)들에서 생성된 기포의 압력으로 인해 미세 공동(40)의 내부로 액상 냉매가 유입될 염려가 존재한다. 따라서, 서로 인접한 미세 공동(40) 사이의 이격거리는 미세 공동(40) 입구 폭 대비 2배 내지 5배일 수 있다. 서로 인접한 미세 공동(40) 사이의 이격거리는 미세 공동(40) 입구 폭 대비 3배 내지 3배인 것이 바람직하다.
미세 공동(40)은 방열핀(23)의 상단면(23c)에서 하부로 함몰되어 형성되고 상부가 개방된다. 미세 공동(40)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 미세 공동(40) 내부로 외부의 냉매가 완전하게 유입되는 것을 방지하기 위해, 미세 공동(40)의 상부 폭은 미세 공동(40)의 하부 폭 보다 작을 수 있다. 더욱 바람직하게는, 미세 공동(40)의 폭은 상부에서 하부 방향으로 진행될수록 작아질 수 있다.
미세 공동(40)의 크기는 미세 공동(40) 보다 작게 형성될 수 있다. 미세 공동(40)의 폭은 주 공동(30)의 폭 보다 작고, 미세 공동(40)의 깊이(H1)는 주 공동(30)의 깊이(H2) 보다 작을 수 있다. 또한, 미세 공동(40)의 입구 폭은 주 공동(30)의 입구(38) 폭(W1) 보다 작을 수 있다.
미세 공동(40)의 입구가 너무 작으면 미세 공동(40)의 내부의 기포가 외부로 이탈되지 못하고, 미세 공동(40)의 입구가 너무 크면 미세 공동(40)의 내부로 침투하는 액상 냉매의 양이 많아지게 된다.
미세 공동(40) 입구 폭은 주 공동(30)이 깊이 또는 주 공동(30)의 폭 보다 작을 수 있다. 미세 공동(40) 입구 폭은 주 공동(30)의 입구(38) 폭(W1) 대비 5% 내지 50% 일 수 있다. 바람직하게는, 미세 공동(40) 입구 폭은 주 공동(30)의 입구(38) 폭(W1) 대비 10% 내지 20% 일 수 있다. 미세 공동(40) 입구 폭은 10 ㎛ 내지 50 ㎛ 인 것이 보통이다.
미세 공동(40)의 깊이(H1)가 너무 작으면 적당한 크기의 기포를 만들 수 없고, 미세 공동(40)의 깊이(H1)가 너무 깊으면, 미세 공동(40)의 내부에서 생성된 기포가 이탈되기 어렵다. 따라서, 미세 공동(40)의 깊이(H1)는 적절한 기포를 가둘 수 있는 충분한 깊이를 가질 수 있다.
미세 공동(40)의 깊이(H1)는 주 공동(30)의 깊이(H2) 대비 0.01% 내지 10% 일 수 있다. 바람직하게는, 미세 공동(40)의 깊이(H1)는 주 공동(30)의 깊이(H2) 대비 4% 내지 7% 일 수 있다.
미세 공동(40)의 깊이(H1)는 주 공동(30)의 폭 보다 작을 수 있다. 미세 공동(40)의 깊이(H1)는 주 공동(30)의 폭 대비 5% 내지 90% 일 수 있다. 바람직하게는, 미세 공동(40)의 깊이(H1)는 주 공동(30)의 폭 대비 10% 내지 20% 일 수 있다.
미세 공동(40)의 깊이(H1)는 미세 공동(40)의 입구 폭 보다 크거나 같을 수 있다. 미세 공동(40)의 깊이(H1)는 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 것이 보통이다.
본 발명은 전열관의 액냉매가 표면장력에 의해 미세 공동과, 주 공동으로 침투하기 어려운 구조를 가지므로, 미세 공동의 내부에는 기상 냉매가 항상 존재하게 되고, 미세 공동 내부의 기상 냉매는 액상 냉매가 기상 냉매로 상 변화하기 위한 상변확의ㅏ 핵으로 작용하여 액상 냉매의 비등을 촉진시키는 이점이 존재한다.
본 발명은 주 공동과, 미세 공동의 크기가 달라서 서로 달라서, 주 공동에서 생성된 기포가 미세 공동에서 생성된 기포와 병합하여 기포가 냉매 튜브에서 쉽게 이탈할 수 있게 하는 이점이 존재한다.
본 발명은 주 공동과 미세 공동을 가지므로, 전열관의 열교환 효율을 향상시키는 이점이 존재한다.
본 발명은 단순하고, 제조가 용이한 구조를 가지는 이점이 존재한다., 본 발명은 본 발명은 친환경 냉매를 사용하면서도, 칠러의 효율이 저하되지 않는 이점이 존재한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 내부에 냉매가 유동되는 공간을 가지는 냉매 튜브;
    상기 냉매 튜브의 외면에서 돌출되며, 상기 냉매 튜브의 외면과 단차를 가지는 상단면을 포함하는 복수의 방열핀;
    서로 인접한 방열핀들 사이에 형성되고, 상기 복수의 방열핀들의 상단 사이에 입구가 형성되는 주 공동; 및
    상기 방열핀의 상면에 형성되고, 상기 주 공동 보다 작은 깊이 및 폭을 가지고, 상부로 개방된 복수의 미세 공동을 포함하는 전열관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열핀은,
    하단이 상기 냉매 튜브의 외면과 연결된 제1 부분과,
    상기 제1 부분의 상단에 연결되고, 상기 제1 부분 보다 확장된 폭을 가지는 제2 부분을 포함하고,
    상기 상단면은 상기 제2 부분의 상면인 전열관.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 미세 공동은 상기 상단면의 테두리를 따라 배치되는 전열관.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미세 공동의 상부 폭은 상기 미세 공동의 하부 폭 보다 작은 전열관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미세 공동의 폭은 상부에서 하부 방향으로 진행될수록 작아지는 전열관.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세 공동의 깊이는 상기 주 공동의 깊이 대비 0.01% 내지 10% 인 전열관.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미세 공동의 깊이는 상기 주 공동의 폭 대비 5% 내지 90% 인 전열관
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미세 공동의 깊이는 상기 미세 공동의 입구 폭 보다 크거나 같은 전열관.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 미세 공동 입구 폭은 상기 주 공동의 입구 폭 대비 5% 내지 50% 인 전열관.
  10. 제1항에 있어서,
    서로 인접한 상기 미세 공동 사이의 이격거리는 상기 미세 공동 입구 폭 대비 2배 내지 5배인 전열관.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 주 공동의 입구는 서로 인접한 제2 부분들 사이에 형성되는 전열관.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 주 공동의 하부 폭은 상기 주 공동의 입구 폭 보다 큰 전열관.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 주 공동의 하부 폭은 상기 주 공동의 입구 폭 대비 2 배 내지 4배 인 전열관.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 주 공동의 깊이는 상기 주 공동의 입구 폭 대비 5 배 내지 10배 인 전열관.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 주 공동의 하부 폭은 300㎛ 내지 400㎛ 인 전열관.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 주 공동의 깊이는 0.9mm 내지 1.2mm 인 전열관.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 미세 공동의 입구 폭은 10㎛ 내지 50㎛ 인 전열관.
  18. 열교환 공간을 가지는 케이스;
    상기 케이스에 연결되어 제1 냉매를 상기 열교환 공간으로 공급하는 제1 냉매 공급관;
    상기 케이스에 연결되어 상기 열교환 공간 내의 상기 제1 냉매가 토출되는 제1 냉매 토출관; 및
    상기 케이스의 상기 열교환 공간에 배치되고, 상기 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매가 흐르는 다수의 전열관을 포함하고,
    상기 전열관은,
    내부에 냉매가 유동되는 공간을 가지는 냉매 튜브;
    상기 냉매 튜브의 외면에서 돌출되며, 상기 냉매 튜브의 외면과 단차를 가지는 상단면을 포함하는 복수의 방열핀;
    서로 인접한 방열핀들 사이에 형성되고, 상기 복수의 방열핀들의 상단 사이에 입구가 형성되는 주 공동; 및
    상기 방열핀의 상면에 형성되고, 상기 주 공동 보다 작은 높이 및 폭을 가지고, 상부로 개방된 복수의 미세 공동을 포함하는 칠러용 열교환기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 방열핀은,
    하단이 상기 냉매 튜브의 외면과 연결된 제1 부분과,
    상기 제1 부분의 상단에 연결되고, 상기 제1 부분 보다 확장된 폭을 가지는 제2 부분을 포함하고,
    상기 상단면은 상기 제2 부분의 상면인 전열관.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 미세 공동은 상기 상단면의 테두리를 따라 배치되는 전열관.
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