KR100674149B1

KR100674149B1 - 증발기

Info

Publication number: KR100674149B1
Application number: KR1020000022494A
Authority: KR
Inventors: 하루오 우에하라
Original assignee: 하루오 우에하라
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: TW434396B; HK1032439A1; CN1271841A; EP1048918B1; EP1048918A2; DK1048918T3; CN1150397C; EP1048918A3; DE60022572D1; JP3100371B1; JP2000314596A; KR20000071834A; DE60022572T2; US6286588B1

Abstract

고온 유체(流體)가 균일하게 전열면 각 위치에 접촉 가능한 전열면 형상으로 하고, 전열면 각 위치에서 확실하고 또한 충분하게 열 교환을 행하게 하여 저온 유체의 증발을 촉진할 수 있고, 열 효율을 향상시킬 수 있는 증발기를 제공한다.

전열면(1)에 복수의 영역(2,3,4,5)을 설정하고, 각 영역마다 상이한 복수의 요철(凹凸) 패턴을 형성하고, 유입되는 고온 유체에 각 영역마다 요철 패턴으로 유입 속도에 따른 저항을 부여하여 각각 유량을 조정하기 때문에, 고온 유체의 공급 위치가 편중되어 전열면(1)에 한결같이 고온 유체가 유입될 수 없는 경우에도, 고온 유체를 전열면(1) 전체에 퍼지게 하여 고온 유체의 전열면(1) 각 위치에서의 유량을 균일화시킬 수 있고, 전열면(1) 전체에서 고온 유체와의 접촉 빈도를 높여, 전열면(1)을 통한 고온 유체로부터 저온 유체로의 열 전달의 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

증발기, 고온 유체, 저온 유체, 쉘, 고정 프레임, 가동 프레임, 가이드 로드, 지지봉.

Description

증발기{EVAPORATOR}

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 증발기의 설치 상태의 측면도.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 증발기에 있어서의 전열면의 개략 구성도.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 증발기에 있어서의 전열면의 요부 절결 사시도.

도 4는 종래의 증발기의 요부 분해 사시도.

도 5는 종래의 증발기의 조립 상태 개략 설명도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1:전열면, 2,3,4,5:영역, 4a,4b:홈형 부분, 10:쉘, 10a:공급부, 10b:배출구, 10c:유출구, 10d:유입구, 100:증발기, 101,102:열 교환 플레이트, 103:고정 프레임, 104:지지봉, 105,106:가이드 로드, 107:가동 프레임, 108:고온 유체, 109:저온 유체, 111,112:패킹, A,B: 열 교환 유로, a,b,c,d:통로.

본 발명은 고온 유체(流體)로부터 저온 유체로 열을 전달시켜 저온 유체를 증발시키는 증발기에 관한 것이며, 특히 증발 효율이 높은 증발기에 관한 것이다.

일반적으로, 온도차 발전이나 증기 동력, 화학, 식품공업 등의 플랜트, 및 냉동기 및 열 펌프에서 사용되고 있는 증발기는, 고온 유체와 저온 유체 사이에서 열의 수수(授受)를 행하게 하고, 저온 유체를 액체 상태로부터 기체 상태로 상태 변화시키는 것을 목적으로 하는 것이다. 상기 종래의 증발기에는, 다관식, 플레이트식, 스파이럴식 등의 종류가 있고, 예를 들면 온도차 발전 플랜트에서는, 고온 유체의 열로 저온 유체를 증발시키는 증발기로서, 일반적으로 플레이트식의 증발기가 사용된다. 상기 종래의 증발기의 일례를 도 4 및 도 5에 나타낸다. 상기 도 4는 종래의 증발기의 요부 분해 사시도, 도 5는 종래의 증발기의 조립 상태 개략 설명도를 나타낸다.

상기 각 도면에 있어서 종래의 증발기(100)는, 2조(組)의 열 교환 플레이트(101,102)를 교호로 적층시킨 상태에서, 고정 프레임(103)과 지지봉(104) 사이에 가설한 상하 2개의 가이드 로드(105,106)에 복수 매 장착하고, 가이드 로드(105,106)에 장착한 가동 프레임(107)과 고정 프레임(103)으로 각 열 교환 플레이트(101,102)를 협지하고, 각 열 교환 플레이트(101,102)의 표리 양측에 2조의 열 교환 유로 A, B를 형성하는 구성이다. 한 쪽의 열 교환 유로 A에는 고온 유체(108)를 흐르게 하고, 다른 쪽의 열 교환 유로 B에는 저온 유체(109)를 흐르게 하여, 열 교환을 행하게 하는 구조이다.

상기 열 교환 플레이트(101,102)는, 대략 판 형체를 프레스하여 소정의 형상 및 표면 상태로 가공되어 이루어지고, 네 모서리에 고온 유체(108) 또는 저온 유체(109)가 통과하는 통로 a, b, c, d가 개구 형성되는 동시에, 고온 유체(108)와 저온 유체(109)가 혼류되지 않도록 구획하는 패킹(111,112)이 한 쪽의 표면에 배치되는 구성이며, 각각 서로 상하 방향을 바꾼 동일한 것으로 되어 있다.

전열면으로 되는 열 교환 플레이트(101,102)에는, 전열 면적을 증가시키는 동시에, 고온 유체(108)로부터 전열면으로의 열 전달, 및 전열면으로부터 저온 유체(109)로의 열 전달을 촉진하는 요철(凹凸) 패턴(도시 생략)이 형성되어 있다.

종래의 증발기는 이상과 같이 구성되어 있었으므로, 전열면인 각 플레이트(101,102) 사이로의 고온 유체(108)의 유입 부분은 플레이트(101,102)의 크기에 대해 작고, 유입되는 고온 유체(108)가 플레이트(101,102) 폭 방향으로 속도 분포를 가지는 상태로 되고, 고온 유체(108)가 전열면 전체에서 균일한 유량으로 공급되지 않고 편중된 배분으로 되어 있다. 그러므로 고온 유체(108)와 전열면의 접촉 상태가 전열면 각 위치마다 불균일하게 되어, 고온 유체(108)로부터 전열면으로의 열 전달 효율이 전열면의 크기의 비율에 비해 그다지 좋지 않다고 하는 과제를 가지고 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해소하기 위해 이루어진 것으로, 고온 유체가 균일하게 전열면 각 위치에 접촉 가능한 전열면 형상으로 하고, 전열면 각 위치에서 확실하고 또한 충분하게 열 교환을 행하게 하여 저온 유체의 증발을 촉진할 수 있고, 열 효율을 향상시킬 수 있는 증발기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 증발기는, 대략 판 형체로 형성되는 전열면이 하나 또는 복수 배치되고, 고온 유체와 저온 유체를 상기 전열면을 협지하여 직교류로 되도록 전열면의 양측에 각각 흐르게 하여 열 교환을 행하게 하고, 저온 유체를 액체 상태로부터 기체 상태로 상태 변화시키는 증발기에 있어서, 상기 전열면이, 저온 유체 흐름 방향으로 복수 구분되고, 고온 유체측과 저온 유체측에 각각 요철을 역으로 하여 공통으로 나타나는 소정의 요철 패턴을 전열면의 구분된 각 영역마다 각각 상이한 형상으로 형성되어 이루어지고, 상기 전열면의 구분된 복수의 영역 중, 고온 유체의 공급구 정면에 위치하고 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역의 요철 패턴을, 저온 유체 흐름 방향으로 돌출된 돌출형 또는 홈형으로 연속하고, 또한 고온 유체 흐름 방향으로 소정 피치로 병렬하는 대략 파형 횡단면의 요철 형상으로 하여 형성하는 동시에, 상기 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역에 인접하는 다른 영역의 요철 패턴을, 저온 유체 흐름 방향에 대하여 소정 각도를 이루는 경사 방향으로 돌출형 돌출형 또는 홈형으로 연속하고, 당해 경사 방향에 직교하는 방향으로 소정 피치로 병렬하는 대략 파형 횡단면의 요철 형상으로 하여 형성하는 것이다. 상기와 같이 본 발명에 있어서는, 열 교환용의 전열면에 복수의 영역을 설정하고, 각 영역마다 상이한 복수의 요철 패턴을 형성하여, 유입되는 고온 유체에 각 영역마다에 요철 패턴으로 고온 유체의 유입 속도에 따른 저항을 부여하여 각각 유량을 조정함으로써, 유입된 고온 유체를 전열면의 각 영역에 대하여 대략 균등하게 배분할 수 있게 되고, 고온 유체의 공급 위치의 편중으로 전열면의 저온 유체 흐름 방향에 대해 한결같이 고온 유체가 유입되지 않아, 종래에는 고온 유체를 전열면 전체에 균일한 유량으로 공급할 수 없었던 경우라도, 고온 유체를 전열면 전체에 퍼지게 하여 고온 유체의 전열면 각 위치에서의 유량을 균일화시킬 수 있고, 전열면 전체에서 고온 유체와의 접촉 빈도를 높여, 전열면을 통한 고온 유체로부터 저온 유체로의 열 전달의 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 있어서는, 전열면 각 영역에 형성되는 요철 패턴 중, 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역에서는 고온 유체 흐름 방향에 직교하는 방향으로 연속되는 형상의 요철 패턴을 형성하여, 고온 유체의 흐름에 대한 저항을 크게 하는 한편, 상기 영역에 인접하는 다른 영역에서는 고온 유체 흐름 방향에 대하여 경사진 방향으로 연속되는 형상의 요철 패턴을 형성하여, 상기 영역보다 고온 유체의 흐름에 대한 저항을 작게 하고, 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역보다도 인접하는 영역 쪽이 고온 유체를 원활하게 흐르게 할 수 있음으로써, 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역으로부터 인접하는 영역으로 고온 유체가 유입되게 되고, 고온 유체의 전열면 각 위치에서의 유량이 균일화되고, 전열면 전체에서 고온 유체와의 접촉 빈도를 높이고, 고온 유체로부터 전열면으로의 열 전달의 효율을 향상시켜, 저온 유체의 증발을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 증발기는 필요에 따라, 상기 전열면의 소정의 영역에서 대략 파형 횡단면의 요철 형상을 이루는 요철 패턴이, 고온 유체로부터의 열 전달 율이 가장 양호해지는 크기의 돌출된 돌출형 또는 홈형 부분과, 저온 유체에 대하여 열 전달율이 가장 양호해지는 크기의 돌출된 돌출형 또는 홈형 부분을, 소정의 피치로 하나 또는 복수 서로 조합하여 형성되는 것이다. 상기와 같이 본 발명에 있어서는, 전열면의 소정의 영역에, 고온 유체로부터의 열 전달율을 최대로 하는 형상 부분과 저온 유체에 대한 열 전달율을 최대로 하는 형상 부분을 소정의 피치로 조합한 요철 패턴을 형성하고, 각각의 유체와 전열면의 열 전달 성능을 효율이 높은 상태에서 양립시킴으로써, 고온 유체로부터 저온 유체로의 열 전달의 효율을 최대로 할 수 있고, 저온 유체의 증발을 보다 양호한 효율로 진행시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 증발기는 필요에 따라, 상기 전열면의 구분된 복수의 영역 중 가장 저온 유체 유입측 가까이에 위치하는 영역의 요철 패턴이, 고온 유체측에 철(凸) 또는 요(凹)형으로 되고, 저온 유체 흐름 방향에 세로 방향을 일치시켜, 고온 유체 흐름 방향에 소정 피치로 병렬하는 복수의 가늘고 긴 소정 폭의 요철 형상으로 되어 이루어지는 것이다. 상기와 같이 본 발명에 있어서는, 저온 유체 유입측 단부의 영역의 요철 패턴을 저온 유체 흐름 방향에 세로 방향이 일치하는 소정 형상으로 형성하고, 전열면에 저온 유체가 유입되기 쉽게 함으로써, 요철에서 전열 면적을 보다 크게 확보하고, 고온 유체와 전열면의 저온 유체 유입측 영역과의 접촉을 촉진하여 열 전달을 진행시킬 수 있는 동시에, 저온 유체의 유입 저항을 저감하고, 저온 유체를 원활하게 전열면 사이에 유입시켜 전열면과 접촉시킬 수 있고, 전열면으로부터 저온 유체로의 열 전달의 빈도를 증가시켜 저온 유체의 비등, 증발을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 증발기는 필요에 따라, 상기 전열면이 ,상기 복수의 영역 중, 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역에 있어서의 저온 유체측 표면의 고온 유체 흐름 방향의 중앙 부분에 위치하는 소정 범위가 다공질화되어 이루어지는 것이다. 상기와 같이 본 발명에 있어서는, 전열면 저온 유체측의 면의 중앙 부분을 다공질화하고, 전열면에 접촉하여 가열되는 저온 유체의 기포 발생 핵을 증가시키는 동시에, 소정의 크기까지 성장한 기포 발생 핵을 전열면으로부터 이탈하기 쉽게 함으로써, 가열에 의해 생기는 저온 유체의 기포를 가능한 작은 기포의 상태로 발생시켜, 원활하게 상향으로 이탈시킬 수 있게 되고, 액체 상태의 저온 유체와 전열면의 접촉 면적을 보다 넓게 확보할 수 있고, 저온 유체의 증발을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 증발기는 필요에 따라, 상기 전열면이, 고온 유체 흐름 방향 및 저온 유체 흐름 방향과 각 변 방향을 각각 일치시킨 직사각형 또는 사각형형의 대략 판 형체로 형성되는 동시에, 상기 전열면의 각 영역의 요철 패턴이, 저온 유체 흐름 방향에 평행한 전열면의 이등분선에 대해 대칭으로 형성되는 것이다. 상기와 같이 본 발명에 있어서는, 전열면의 각 영역의 요철 패턴이 전열면의 이등분선에 대해 대칭으로 되는 형상으로 형성되고, 고온 유체의 유입 방향을 역으로 해도 열 전달 상태에 변화가 생기지 않게 함으로써, 하나의 열 전달면을 좌우 바꾸어 이와 대향하는 전열면으로서 이용할 수 있고, 증발기 전체의 코스트 다운을 도모할 수 있다.

다음에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 증발기를 도 1 내지 도 3에 따라 설명한다. 그리고, 본 실시 형태에 관한 증발기는 해수를 고온 유체, 암모니아 또는 암모니아와 물의 혼합물을 저온 유체로서 사용하는 것으로 한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 증발기의 측면도, 도 2는 본 실시 형태에 관한 증발기에 있어서의 전열면의 개략 구성도, 도 3은 본 실시 형태에 관한 증발기에 있어서의 전열면의 요부 절결 사시도이다.

상기 각 도면에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 증발기는, 금속제 상자 형체의 쉘(10) 내에 금속제 직사각형 판 형체의 전열면(1)을 저온 유체에 대응하는 면을 상호 평행하게 대향시켜 복수 조 병렬 상태로 배치하고, 서로 마주보는 2개의 전열면(1)을 각각 측단부에서 연결하여 대략 통 형체로 하고, 이 대략 통 형체의 상하 개구 부분을 저온 유체의 출구 및 입구로 하여, 저온 유체를 하부로부터 상부로 유통시키는 동시에, 전열면(1)을 협지한 반대측, 즉 대략 통 형체의 외측에 고온 유체를 저온 유체 흐름 방향과 직교하는 방향에서 흐르게 하는 구성이다. 각 전열면(1)을 감싸는 쉘(10)의 어느 한 측면에는, 정확히 전열면(1)의 상하 방향의 중앙부에 해당하는 높이에서 고온 유체의 공급구(10a) 및 배출구(10b)가 형성되고, 쉘(10)의 상하 면에는, 각각 상기 대략 통 형체의 상하 개구 부분을 연통(連通)하는 저온 유체의 유출구(10c) 및 유입구(10d)가 형성된다.

상기 전열면(1)은, 3개의 평행한 경계선에 의해 상하 방향으로 4개로 구분되고, 고온 유체측과 저온 유체측에 각각 요철을 역으로 하여 공통으로 나타나는 소정의 요철 패턴을 상기 구분된 각 영역마다 각각 상이한 형상으로 형성되어 이루어 지는 구성이다. 각 요철 패턴은, 전열 면적을 증가시키고, 전열면(1)의 강도 상향을 도모하는 동시에, 각 영역에서 유체의 흐름에 저항을 부여하여, 소정의 방향으로 유체를 유도하는 역할을 수행하는 것이다. 그리고, 상기 전열면(1)의 상하 방향으로의 영역 구분은 4개에 한정되지 않고, 전열면(1)의 상하 방향 수치에 따라 적절한 소정 수로 할 수 있다.

전열면(1)의 복수의 영역 중, 쉘(10)의 공급구(10a) 정면에 해당하고, 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 중앙의 영역(4)의 요철 패턴은, 저온 유체 흐름 방향으로 돌출된 돌출형 또는 홈형으로 연속하고, 또한 고온 유체 흐름 방향으로 소정 피치로 병렬하는 대략 파형 횡단면의 요철 형상으로 하여 형성되는 구성이다. 상기 요철 패턴은, 해수를 고온 유체, 암모니아 또는 암모니아와 물의 혼합물을 저온 유체로 하는 조건에서, 저온 유체에 대하여 열 전달율(비등열 전달율)이 가장 양호하게 되는 약 10mm 폭의 홈형 부분(4a)(저온 유체측으로부터 본 형상)의 둘 건너에, 고온 유체로부터의 열 전달율(대전열 전달율)이 가장 양호하게 되는 약 20mm 폭의 홈형 부분(4b)(저온 유체측으로부터 본 형상)을 배치하는 반복 형상으로 되어 있다(도 3 참조). 또, 상기 중앙의 영역(4)에 있어서의 저온 유체측 표면의 고온 유체 흐름 방향의 중앙 부분 소정 범위(도 2 중에 부호 P로 나타낸 부분)는 금속 용사 등의 가공으로 다공질층(도시를 생략함)을 형성하고 있다. 이 다공질층의 두께 및 거칠기는 사용하는 저온 유체의 종류에 대응시켜 적절한 상태로 조정된다.

상기 중앙의 영역(4)에 인접하는 2개의 영역(3,5)의 요철 패턴은, 저온 유체 흐름 방향에 평행한 전열면의 이등분선에 대해 선대칭으로 되는 배치로, 저온 유체 흐름 방향에 대하여 소정 각도를 이루는 경사 방향으로 돌출된 돌출형 또는 홈형으로 연속하고, 또한 상기 경사 방향에 직교하는 방향으로 소정 피치로 병렬하는 대략 파형 횡단면의 요철 형상으로 하여 형성되는 구성이다. 상기 2개의 영역(3,5)의 요철 패턴은, 경사져 배치되어 있는 만큼, 상기 영역(4)의 요철 패턴보다 고온 유체의 흐름에 대한 저항이 작아진다.

상기 전열면(1)의 가장 하측의 영역(2)은, 저온 유체의 유입측이며, 이 영역(2)의 요철 패턴은, 저온 유체 흐름 방향으로 돌출된 돌출형 또는 홈형으로 연속되고, 또한 고온 유체 흐름 방향으로 소정 피치로 병렬하는 대략 파형 횡단면의 요철 형상으로 하여 형성되는 구성이다. 저온 유체 흐름 방향으로 돌출된 돌출형 또는 홈형 부분이 연속됨으로써, 저온 유체의 흐름 저항을 작게 하고 있다.

상기 전열면(1)의 주위에는, 대향하는 2개의 전열면(1)끼리를 연결하는 동시에, 연결에 의해 형성되는 대략 통 형체의 측면으로 되는 소정 폭의 대략 판형의 연결용 부분(도시를 생략)이 있고, 2개의 전열면(1)을 평행하게 또한 소정 간격으로 유지한다. 상기 연결용 부분에 있어서는, 대략 통 형체 내외의 각 유체의 흐름에 대하여 저항을 부여하지 않도록 평활면으로 되는 구성이 일반적이지만, 상기 연결용 부분에, 고온 유체측에 대해서는 요, 저온 유체측에 대해서는 철로 되는 소정의 요철 형상을 소정 간격으로 복수 배치한 요철 패턴을 형성하는 구성으로 할 수도 있고, 고온 유체측으로부터 가해지는 압력에 대한 전열면(1)의 지지 강도를 대폭 향상시킬 수 있다.

다음에, 상기 구성에 따른 증발기에 있어서의 열 교환 동작에 대해 설명한 다.

쉘(10)의 유입구(10d)를 통과하여, 액체 상태의 저온 유체를 소정의 압력에서 2개의 전열면(1)으로 이루어지는 대략 통 형체 하부에 상향으로 공급하고, 저온 유체를 대략 통 형체 내측으로 되는 전열면(1) 사이에 흐르게 한다. 또, 상기 쉘(10)의 공급구(10a)로부터 고온 유체를 연속적으로 공급하고, 또한 배출구(10b)로부터 회수함으로써, 상기 고온 유체를 상기 대략 통 형체 외측으로 되는 전열면(1) 사이에 저온 유체 흐름에 대하여 직교류로 되는 방향에서 흐르게 하고, 각 전열면(1)을 통하여 열 교환을 행하게 한다.

전열면(1)에 있어서는, 고온 유체가 유입되는 속도 분포는 공급구 정면 부분이 가장 속도가 크고, 그곳으로부터 상하로 분리되어 감에 따라 속도가 느려져 가고, 그대로라면 속도 분포에 따른 유량으로 전열면(1) 각 위치에 고온 유체가 접촉하지만, 전열면(1)의 각 영역의 요철 패턴이, 고온 유체의 흐름에 대하여, 전열면의 공급구 정면에 해당하고 고온 유체의 유입 속도가 가장 빠른 중앙의 영역(4)에서 저항을 크게, 또한 고온 유체의 유입 속도가 느린 영역(3,5) 부분에서 저항을 작게 하는 형상으로 각각 형성됨으로써, 전열면(1)에 유입된 고온 유체가 저항이 큰 영역(4)으로부터 저항이 작은 영역(3,5)으로 소정량 이동하게 되고, 저온 유체를 비등시키는 부분으로 되는 전열면(1)의 각 영역에 대하여 고온 유체가 대략 균등한 배분 상태로 된다(도 2 참조). 이로써 각 전열면 위치에 있어서의 고온 유체로부터의 열 전달이 균일화되어, 저온 유체측으로 충분히 열 전달을 행할 수 있다.

대략 통 형체 내측으로 되는 전열면(1) 사이에서는, 먼저 저온 유체가 전열 면(1)의 하측의 영역(2) 각 위치에 접촉하고, 전열면(1)을 통하여 외측의 고온 유체로부터 열을 수취하고, 가열되면서 그 상측의 영역(3)에 달한다. 이 영역(3)에서는, 고온 유체로부터의 열 전달에 의해 저온 유체가 전열면(1)에서 비등하고, 기포가 발생한다. 상기 영역(3) 위의 중앙의 영역(4)에서는, 다공질화한 중앙 부분에서 특히 저온 유체의 비등이 일어나 미세한 기포가 대량으로 발생하고, 하측의 비등으로 생긴 기포와 함께 상하 방향으로 연속하는 요철 패턴을 따라 위쪽으로 빠르게 이동하여, 전열면(1)과 액체 상태의 저온 유체의 접촉을 방해하지 않는다. 보다 상측의 영역(5)에서는, 기포가 혼합된 저온 유체가 더욱 가열되어 액체 성분이 완전히 증발되고, 증기가 위쪽으로 이동하여 액체 상태의 저온 유체로부터 분리되어, 기체 상태의 저온 유체로 된다. 이 기체 상태의 저온 유체는, 대략 통 형체를 이루는 2개의 전열면(1) 사이로부터 상부 개구에 달하고, 쉘(10)의 유출구(10c)를 통하여 외부로 취출된다.

상기와 같이, 본 실시 형태에 관한 증발기에서는, 쉘(10) 내에 열 교환용의 전열면(1)을 배치하고, 이 전열면(1)에 각각 상이한 소정의 요철 패턴이 형성되어 이루어지는 4개의 영역을 설정하고, 전열면(1) 사이에 저온 유체를 통과시키는 동시에, 전열면(1)을 협지한 반대측에 고온 유체를 전열면(1) 각 위치에 균등한 유량으로 하여 흐르게 하고, 전열면(1)을 통하여 열 교환시키기 때문에, 전열면(1) 각 위치에서 고온 유체로부터의 열 전달의 효율을 최대로 하는 동시에, 저온 유체의 액체 상태 및 기체 상태의 각각의 상태에서의 흐름을 원활하게 하여 전열면(1)으로부터의 열 전달을 충분히 행하게 되고, 열 교환의 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또, 전열면(1)에는 소정의 패턴으로 요철이 형성되는 데에다, 저온 유체측 표면의 소정 범위에 다공질층을 형성하기 때문에, 전열면(1)에서의 기포의 발생을 촉진할 수 있고, 저온 유체의 상태 변화를 보다 효율적으로 진행시킬 수 있어, 증발기로서의 증발 능력을 크게 할 수 있다.

그리고, 상기 실시 형태에 관한 증발기에 있어서, 전열면(1)의 중앙의 영역(4)의 요철 패턴은, 저온 유체에 대하여 열 전달율이 가장 양호하게 되는 좁은 폭의 홈형 부분(4a) 둘 건너에, 고온 유체로부터의 열 전달율이 가장 양호하게 되는 넓은 폭의 홈형 부분(4b)이 배치되는 반복 형상으로 되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 좁은 폭의 홈형 부분(4a)과 넓은 폭의 홈형 부분(4b)을 교호로 배치하는 등, 배치 상태를 전환하기도 하고, 모두 동일한 소정 폭의 홈형 부분을 병렬 배치하기도 하는 구성으로 할 수도 있다. 또, 홈형 부분의 폭도 상기에 한정되지 않고, 사용하는 고온 유체와 저온 유체의 종류가 각각 상이한 경우에는, 각 유체의 종류에 대응시킨 적절한 크기로서 형성하는 구성으로 하는 것도 가능하다.

또, 상기 실시 형태에 관한 증발기에 있어서, 전열면(1)의 중앙의 영역(4)의 요철 패턴은, 대략 반원 형상을 반복한 대략 파형 횡단면의 요철 패턴으로 되는 구성으로 하고 있으나, 이 외에, 삼각 파형이나 직사각형 파형, 사각형 파형의 횡단면으로 되는 요철 형상을 사용하는 구성으로 할 수도 있고, 고온 유체측 표면에서 고온 유체를 효과적으로 교반시켜 접촉 빈도를 높이고, 고온 유체로부터 전열면(1)으로의 열 전달의 효율을 한층 향상시킬 수 있다.

또, 상기 실시 형태에 관한 증발기에 있어서, 전열면(1)의 중앙의 영역(4)에 인접하는 영역(3,5)의 요철 패턴은, 저온 유체 흐름 방향에 대하여 소정 각도를 이루는 경사 방향으로 돌출된 돌출형 또는 홈형으로 연속하고 또한 이 경사 방향에 직교하는 방향으로 동일한 피치로 병렬하는 대략 파형 횡단면의 요철 형상으로 하여 형성되는 구성이지만, 이 외에, 상기 중앙의 영역(4)과 마찬가지로, 저온 유체에 대하여 열 전달율이 가장 양호해지는 좁은 폭 및 고온 유체로부터의 열 전달율이 가장 양호해지는 넓은 폭을 각각 이루는 돌출된 돌출형 또는 홈형의 부분이 조합되어 배치되는 형상으로 형성되는 구성으로 할 수도 있고, 고온 유체로부터 저온 유체로의 전체적인 열 전달의 효율을 최대로 함으로써 열 교환의 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 실시 형태에 관한 증발기에 있어서, 쉘(10)에는, 유출구(10c) 및 유입구(10d)가 각각 하나씩 형성되는 구성이지만, 이에 한정되지 않고, 각각 복수 형성되는 구성으로 할 수도 있고, 전열면(1)의 수가 많아지기도 하고, 치수가 커지기도 하여, 증발기의 횡방향의 치수가 커진 경우라도, 각 전열면(1)을 이루는 대략 통 형체 내에 저온 유체를 보다 편중되지 않고 균등하게 보낼 수 있게 된다.

또, 상기 실시 형태에 관한 증발기에 있어서, 쉘(10)의 유입구(10d)의 상류측으로 되는 저온 유체의 공급로에, 저온 유체를 초음파로 진동시키는 초음파 발진기를 배치할 수도 있고, 초음파에 의해 저온 유체에 미세 기포를 발생시켜, 기포를 포함한 저온 유체가 전열면(1)에 달했을 때에, 기포가 전열면(1)을 따라 상승하여, 전열면(1) 하부 부근의 액체 상태의 저온 유체를 교반(攪拌)하게 되고, 저온 유체와 전열면(1)의 접촉을 촉진시켜 열 전달율을 향상시켜, 증발 효율을 높일 수 있 다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 열 교환용의 전열면에 복수의 영역을 설정하고, 각 영역마다 상이한 복수의 요철 패턴을 형성하고, 유입되는 고온 유체에 각 영역마다 요철 패턴으로 고온 유체의 유입 속도에 따른 저항을 부여하여 각각 유량을 조정함으로써, 유입된 고온 유체를 전열면의 각 영역에 대하여 대략 균등하게 배분할 수 있게 되고, 고온 유체의 공급 위치의 편중으로 전열면의 저온 유체 흐름 방향에 대해 한결같이 고온 유체가 유입되지 않아, 종래에는 고온 유체를 전열면 전체에 균일한 유량으로 공급할 수 없었던 경우라도, 고온 유체를 전열면 전체에 퍼지게 하여 고온 유체의 전열면 각 위치에서의 유량을 균일화시킬 수 있고, 전열면 전체에서 고온 유체와의 접촉 빈도를 높이고, 전열면을 통한 고온 유체로부터 저온 유체로의 열 전달의 효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 얻는다.

또, 본 발명에 의하면, 전열면 각 영역에 형성되는 요철 패턴 중, 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역에서는 고온 유체 흐름 방향에 직교하는 방향으로 연속하는 형상의 요철 패턴을 형성하여, 고온 유체의 흐름에 대한 저항을 크게 하는 한편, 상기 영역에 인접하는 다른 영역에서는 고온 유체의 흐름에 대하여 경사진 방향으로 연속하는 형상의 요철 패턴을 형성하여, 상기 영역보다 고온 유체의 흐름에 대한 저항을 작게 하고, 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역보다도 인접하는 영역 쪽이 고온 유체를 원활하게 흐르게 할 수 있음으로써, 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역으로부터 인접하는 영역으로 고온 유체가 유입되게 되어, 고온 유체의 전열면 각 위치에서의 유량이 균일화되고, 전열면 전체에서 고온 유체와의 접촉 빈도를 높이고, 고온 유체로부터 전열면으로의 열 전달의 효율을 향상시켜, 저온 유체의 증발을 보다 효율적으로 진행시킬수 있다고 하는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면, 전열면의 소정의 영역에, 고온 유체로부터의 열 전달율을 최대로 하는 형상 부분과 저온 유체에 대한 열 전달율을 최대로 하는 형상 부분을 소정의 피치로 조합한 요철 패턴을 형성하고, 각각의 유체와 전열면의 열 전달 성능을 효율이 높은 상태에서 양립시킴으로써, 고온 유체로부터 저온 유체로의 열 전달의 효율을 최대로 할 수 있고, 저온 유체의 증발을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있다고 하는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면, 저온 유체 유입측 단부의 영역의 요철 패턴을 저온 유체 흐름 방향에 세로 방향이 일치하는 소정 형상으로 형성하고, 전열면에 저온 유체가 유입되기 쉽게 함으로써, 요철에서 전열 면적을 보다 크게 확보하고, 고온 유체와 전열면의 저온 유체 유입측 영역의 접촉을 촉진하여 열 전달을 진행시킬 수 있는 동시에, 저온 유체의 유입 저항을 저감하고, 저온 유체를 원활하게 전열면 사이에 유입시켜 전열면과 접촉시킬 수 있고, 전열면으로부터 저온 유체로의 열 전달의 빈도를 증대시켜 저온 유체의 비등, 증발을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있다고 하는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면, 전열면 저온 유체측의 면의 중앙 부분을 다공질화하 고, 전열면에 접촉하여 가열되는 저온 유체의 기포 발생 핵을 증가시키는 동시에, 소정의 크기까지 성장한 기포 발생 핵을 전열면으로부터 이탈하기 쉽게 함으로써, 가열에 의해 생긴 저온 유체의 기포를 가능한 작은 기포의 상태로 발생시켜, 원활하게 위쪽으로 이탈시킬 수 있게 되고, 액체 상태의 저온 유체와 전열면의 접촉 면적을 보다 넓게 확보할 수 있어, 저온 유체의 증발을 보다 효율적으로 진행시킬 수 있다고 하는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면, 전열면의 각 영역의 요철 패턴이 전열면의 이등분선에 대해 대칭으로 되는 형상으로 형성되어, 고온 유체의 유입 방향을 역으로 해도 열 전달 상태에 변화를 발생시키지 않음으로써, 하나의 전열면을 좌우 바꾸어 이와 대향하는 전열면으로서 이용할 수 있고, 증발기 전체의 제조 코스트의 저감을 도모할 수 있다고 하는 효과를 가진다.

Claims

판 형체로 형성되는 전열면을 하나 또는 복수 배치하여, 고온 유체(流體)와 저온 유체를 상기 전열면을 협지하여 직교류로 되도록 전열면의 양측에 각각 흐르게 하여 열 교환을 행하게 하고, 저온 유체를 액체 상태로부터 기체 상태로 상태 변화시키는 증발기에 있어서,

상기 전열면이 저온 유체 흐름 방향으로 복수 구분되어, 고온 유체측과 저온 유체측에 각각 요철(凹凸)을 역으로 하여 공통으로 나타나는 소정의 요철 패턴을 전열면의 구분된 각 영역마다 각각 상이한 형상으로 형성되어 이루어지고,

상기 전열면의 구분된 복수의 영역 중, 고온 유체의 공급구 정면에 위치하여 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역의 요철 패턴을, 저온 유체 흐름 방향에 돌출된 돌출형 또는 홈형으로 연속하고, 또한 고온 유체 흐름 방향으로 소정 피치로 병렬하는 파형 횡단면의 요철 형상으로 하여 형성하는 동시에,

상기 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역에 인접하는 다른 영역의 요철 패턴을, 저온 유체 흐름 방향에 대하여 소정 각도를 이루는 경사 방향으로 돌출된 돌출형 또는 홈형으로 연속하고, 상기 경사 방향에 직교하는 방향으로 소정 피치로 병렬하는 파형 횡단면의 요철 형상으로 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 증발기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 전열면의 소정의 영역에서 파형 횡단면의 요철 형상을 이루는 요철 패턴이, 고온 유체로부터의 열 전달율이 가장 양호해지는 크기의 돌출된 돌출형 또는 홈형 부분과, 저온 유체에 대하여 열 전달율이 가장 양호해지는 크기의 돌출된 돌출형 또는 홈형 부분을, 소정의 피치로 또는 하나 또는 복수 서로 조합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 증발기.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 전열면은, 직사각형 또는 사각형의 판 형체로 형성되고, 전열면 주위 각 변의 방향을 고온 유체 흐름 방향 또는 저온유체 흐름 방향과 각각 일치시킴과 동시에,

상기 전열면의 각 영역의 요철 패턴이, 저온 유체 흐름 방향에 평행한 전열면의 이등분선에 대해 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 증발기.
제4항에 있어서,

상기 전열면의 구분된 복수의 영역 중, 가장 저온 유체 유입측 가까이에 위치하는 영역의 요철 패턴이, 저온 유체 흐름 방향으로 돌출된 돌출형 또는 홈형으로 연속하고, 또한 고온 유체 흐름 방향으로 소정 피치로 병렬하는 파형 횡단면의 요철 형상으로 되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발기.
제5항에 있어서,

상기 전열면이, 상기 복수의 영역 중, 고온 유체의 유입 속도가 가장 커지는 영역에 있어서의 저온 유체측 표면의 고온 유체 흐름 방향의 중앙 부분에 위치하는 소정 범위가 다공질화(多孔質化)되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발기.