KR100953907B1 - 냉매증발기판 및 이를 이용한 냉매증발기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프(Heat-pump) 장치에 사용되는 냉매증발기판 및 이를 이용한 냉매증발기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 얇은 금속판상에 지그재그식 또는 병렬식으로 연이어지는 선형(線形)의 냉매유동통로를 형성시킴으로서, 금속판에 도포된 티타늄 도료가 태양열을 흡수토록 하는 한편, 금속판 자체는 주변의 대기열을 효과적으로 흡수하는 기판(基板)이 되도록 한 상태에서, 금속판을 따라 냉매유동통로의 집적화된 배치가 가능토록 함에 따라, 금속판으로부터 흡수된 다량의 열이 냉매유동통로측으로 신속하고 효율적으로 전달될 수 있는 저렴한 단가의 냉매증발기판을 제공토록 하고, 이로 인하여 냉매증발기에 의한 냉매의 증발효율 및 이에 따른 히트펌프 장치의 성능향상에 기여할 수 있도록 하며, 상기 냉매증발기판을 기초로 하여 경제적인 보조증발열원을 손쉽고 용이하게 적용시킬 수 있도록 함에 따라, 기존의 핀코일형 증발기가 가지는 계절과 기온차 또는 일기변화 등에 의한 장애 및 증발기의 설치작업에 따른 장애를 최대한으로 극복 또는 보완하여 각종 히트펌프 장치에 용이하게 설비하여 사용할 수 있는 고기능성의 냉매증발기를 제공토록 한 냉매증발기판 및 이를 이용한 냉매증발기에 관한 것이다.

히트펌프(Heat-pump), 냉매증발기판, 냉매증발기, 히트파이프

Description

냉매증발기판 및 이를 이용한 냉매증발기{Base plate for evaporating refrigerant and evaporator using thereof}

본 발명은 얇은 금속판상에 지그재그식 또는 병렬식으로 연이어지는 선형(線形)의 냉매유동통로를 형성시킴으로서, 금속판에 도포된 티타늄 도료가 태양열을 흡수토록 하는 한편, 금속판 자체는 주변의 대기열을 효과적으로 흡수하는 기판(基板)이 되도록 한 상태에서, 금속판을 따라 냉매유동통로의 집적화된 배치가 가능토록 함에 따라, 금속판으로부터 흡수된 다량의 열이 냉매유동통로측으로 신속하고 효율적으로 전달될 수 있는 저렴한 단가의 냉매증발기판을 제공토록 하고, 이로 인하여 냉매증발기에 의한 냉매의 증발효율 및 이에 따른 히트펌프 장치의 성능향상에 기여할 수 있도록 하며, 상기 냉매증발기판을 기초로 하여 경제적인 보조증발열원을 손쉽고 용이하게 적용시킬 수 있도록 함에 따라, 기존의 핀코일형 증발기가 가지는 계절과 기온차 또는 일기변화 등에 의한 장애 및 증발기의 설치작업에 따른 장애를 최대한으로 극복 또는 보완하여 각종 히트펌프 장치에 용이하게 설비하여 사용할 수 있는 고기능성의 냉매증발기를 제공토록 한 냉매증발기판 및 이를 이용한 냉매증발기에 관한 것이다.

일반적으로 주택과 같은 주거공간 또는 사무실이나 공장과 같은 작업공간에서는 하절기의 냉방과 동절기의 난방이 생활환경의 주된 개선 요인으로 부각되고 있으며, 최근에는 인구의 증가에 따른 주거공간의 확산과 산업개발에 따른 공장부지 및 사무실의 증가로 인하여 냉,난방 및 냉,온수의 공급에 소요되는 에너지의 수요 또한 급격히 증가하고 있는 실정이다.

상기와 같은 에너지 수요의 증가에 비하여 에너지의 공급은 석유나 천연가스와 같은 화석연료의 가격상승과, 화석연료의 연소과정에서 발생하는 매연 등에 의한 환경오염으로 그 수요를 충분히 따라가지 못하고 있으며, 특히 농,축산업 및 수산업의 분야에서는 시설농가와 양식업의 경영자들이 화석연료의 사용에 따른 냉,난방비의 상승으로 경영압박을 받고 있는 실정이고, 제조업의 분야에서도 마찬가지로 에너지의 조달에 소요되는 비용의 상승으로 제품의 생산원가가 상승되어 많은 어려움을 겪고 있다.

이러한 요인을 극복하기 위하여 최근에 들어서는 공해를 발생시키지 않으면서도 화석연료와 거의 동등한 수준의 에너지를 얻을 수 있도록, 컴프레셔(압축기)와 응축기(방열기) 및 증발기(열회수기)를 냉매배관으로 연결시킴으로서, 냉매의 압축과 응축 및 증발의 순환과정에서 발생 및 회수되는 열을 이용하여 냉,난방을 수행하는 공기조화기기의 사용이 보편화되고 있으며, 그 중에서도 냉,난방과 냉,온수 시스템을 혼용하여 사용할 수 있도록 한 히트펌프(Heat-pump) 장치가 대표적으로 보급되고 있다.

상기와 같은 히트펌프 장치를 동절기시에 난방과 온수용 시스템으로 가동시 킬 경우, 응축기(방열기)는 온수탱크와 설비되어 난방에 필요한 온수를 생성토록 하는 한편, 증발기(열회수기)는 실외에 설비되어 태양열과 대기열 또는 폐열 등을 회수토록 하고 있는 바, 이러한 증발기로서 가장 널리 사용되고 있는 것이 열교환 성능이 우수한 핀코일(Pin-coil type) 열교환기이다.

상기와 같은 핀코일형 열교환기는 다수 매의 냉매유동파이프를 단층식으로 하여 알루미늄 전열핀을 통과시킴으로서, 해당 파이프의 표면을 따라 많은 개수의 알루미늄 전열핀이 부착되도록 한 것으로서, 전열핀의 형태에 따라 물결형이나 주름형 또는 갈고리형 등으로 분류되는 바, 이러한 핀코일형 열교환기는 그 제조단가가 매우 고가일 뿐만 아니라 열교환기 자체의 부피가 크고 중량 또한 매우 무겁기 때문에, 히트펌프 장치의 설비에 따른 비용과 공간적인 부담을 크게 상승시키는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 상기 전열핀이 냉매유동파이프와 하나의 단일화된 몸체를 이루지 못하고 용접 등에 의하여 냉매유동파이프의 외측면을 따라 부착되므로, 전열핀으로 흡수된 주변의 열이 냉매유동파이프측으로 전달되는 과정에서 용접부에 의한 열저항으로 약 20 ~ 30%에 해당하는 열손실이 발생하게 됨은 물론, 동절기시 주변의 온도가 0℃ 이하로 매우 낮을 경우 공기 중의 습도변화나 온도변화 등으로 인하여 전열핀 사이에 습기가 응축되어 얼어 붙을 경우, 전열핀을 통한 공기유통에 장애가 발생하여 전열성능이 크게 저하되는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 증발기의 열회수 성능과 히트펌프 장치의 설비적인 측면에서 매우 비경제적인 문제점이 발생하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 냉매증발기판 및 이를 이용한 냉매증발기는 얇은 금속판상에 지그재그식 또는 병렬식으로 연이어지는 선형(線形)의 냉매유동통로를 형성시킴으로서, 금속판에 도포된 티타늄 도료가 태양열을 흡수토록 하는 한편, 금속판 자체는 주변의 대기열을 효과적으로 흡수하는 기판(基板)이 되도록 한 상태에서, 금속판을 따라 냉매유동통로의 집적화된 배치가 가능토록 함에 따라, 금속판으로부터 흡수된 다량의 열이 냉매유동통로측으로 신속하고 효율적으로 전달될 수 있는 저렴한 단가의 냉매증발기판을 제공토록 하고, 이로 인하여 냉매증발기에 의한 냉매의 증발효율 및 이에 따른 히트펌프 장치의 성능향상에 기여할 수 있도록 하는 것을 제 1의 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 상기 냉매증발기판을 기초로 하여 경제적인 보조증발열원을 손쉽고 용이하게 적용시킬 수 있도록 함에 따라, 기존의 핀코일형 증발기가 가지는 계절과 기온차 또는 일기변화 등에 의한 장애 및 증발기의 설치작업에 따른 장애를 최대한으로 극복하여 각종 히트펌프 장치에 용이하게 설비하여 사용할 수 있는 고기능성의 냉매증발기를 제공토록 함은 물론, 필요에 따라서는 핀코일형 열교환기와 직렬식으로 연결시켜 핀코일형 열교환기가 가지는 단점을 최대한으로 보완시키도록 함에 따라 보다 더 우수한 성능의 냉매증발기를 제공토록 하는 것을 제 2의 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 1mm ~ 2mm 두께의 알루미늄 금속박판이 되는 상부기판과 하부기판에 냉매유동홈이 상,하로 대응 형성되고, 상기 상,하부기판이 접착제에 의하여 일체로 접착되어 각각의 냉매유동홈이 냉매유동통로를 제공하는 냉매증발기판이 되고, 상기 냉매유동통로는, 냉매증발기판의 상,하측단에 형성된 냉매유입구와 냉매배출구를 포함하며, 상기 냉매유입구로부터 다수 개의 냉매유동통로가 병렬식으로 분기되고, 이와 같이 분기된 각각의 냉매유동통로가 냉매증발기판의 몸체를 따라 지그재그식으로 수 회 굴곡 형성된 상태에서, 각각의 냉매유동통로가 상기 냉매배출구와 다시 연결되는 형식의 냉매유로를 형성하게 된다.
또한, 상기 냉매유동통로의 다른 실시예로서, 냉매유입구와 냉매배출구가 냉매증발기판의 상측단에 형성되도록 한 다음, 상기 냉매유입구가 냉매증발기판의 상단부를 따라 수평 방향으로 연장되어 다수 개의 통로로 일차 분기되고, 이와 같이 분기된 각각의 통로가 냉매증발기판의 폭방향에 걸쳐 한 쌍의 냉매유동통로로 다시 분기되며, 상기 냉매유동통로가 냉매증발기판의 길이 방향을 따라 하부측으로 연장된 다음, 각각의 냉매유동통로가 냉매증발기판의 하단부에서 다시 하나의 통로로 형성되고, 해당 통로가 냉매증발기판의 상단측에 구비된 상기 냉매배출구와 연결되는 형식의 냉매유로를 형성토록 한다.
이와 더불어, 상기 냉매증발기판은 가로 70cm ~ 90cm, 세로 1m ~ 2m의 범위내가 되고, 냉매증발기판을 이루는 상부기판과 하부기판의 외측 표면에는 티타늄 도료가 코팅 형성되며, 상기 냉매유동통로 사이의 간격은 30mm ~ 80mm의 범위내가 되고, 냉매유동통로의 내경은 6mm ~ 13mm의 범위내가 되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 냉매증발기판을 이용한 본 발명에 따른 냉매증발기는, 냉매증발기판의 하부측에 온수파이프가 고정 설치되고, 상기 온수파이프에는 각각의 냉매유동통로와 인접하도록 히트파이프가 고정 설치되도록 하거나, 증발기덕트의 내부에 상기 냉매증발기판을 다수 매로 삽입 설치하는 한편, 상기 냉매증발기판의 상,하부측에 해당하는 증발기덕트의 내부 공간에는 송풍팬과 전기히터가 설치되도록 하거나, 집열유리판이 설치된 커버프레임과 바닥케이스의 사이에 냉매증발기판과 단열재와 열매체파이프와 집열판이 적층식으로 삽입 설치되도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 얇은 금속판이 되는 상,하부기판상에 프레싱 가공에 의하여 냉매유동홈을 형성시킨 다음, 상기 냉매유동홈을 대응시켜 상,하부기판을 접착시키는 간단한 공정만으로도 각종 냉매증발기에 용이하게 적용시킬 수 있는 증발유닛을 제공토록 하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 냉매증발기판의 전체 표면이 주변의 열을 효과적으로 흡수하는 기초판이 되도록 한 상태에서, 이러한 냉매 증발기판을 따라 냉매유동통로의 집적화된 배치가 가능하게 되는 효과가 있다.

특히, 냉매유동통로가 냉매증발기판을 따라 용접 등에 의하여 부착되지 않고, 프레싱 가공 등에 의하여 상,하부기판상에 파이프 형상으로 일체화 되어 있기 때문에, 냉매증발기판의 전체면을 통하여 흡수된 열이 별도의 열저항없이 냉매유동통로를 따라 유동하는 냉매측으로 직접 전달될 수 있으며, 이로 인하여 냉매증발기판 및 이를 이용한 냉매증발기의 냉매증발 효율을 향상시켜 히트펌프 장치의 전체적인 성능 향상에 기여하는 효과가 있다.

아울러, 상기 냉매증발기판을 이용한 본 발명의 냉매증발기는 동절기 야간과 같이 실외의 온도가 0℃ 이하로 매우 낮게 되어 증발열원이 부족한 경우, 태양열이나 심야전력 등으로 생성된 경제적인 보조증발열원을 보다 손쉽고 용이하게 적용시켜 히트펌프 장치의 효율적인 운전이 가능토록 하는 효과가 있음은 물론, 흡열성능이 우수하고 그 제조단가가 매우 저렴한 냉매증발기판을 기초로 하여, 콤펙트 하면서도 효율적이고 각종 히트펌프 장치에 손쉽고 경제적으로 적용가능한 고기능성의 냉매증발기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 의한 냉매증발기판 또는 냉매증발기를 핀코일형 열교환기와 직렬식으로 연결 설치하게 되면, 핀코일형 열교환기가 가지는 열손실의 문제점을 포함하여, 계절과 기온차 또는 일기변화 등에 의한 장애를 보완시키는 동시에, 핀코일형 열교환기의 설비에 따른 부피를 축소시킬 수 있음에 따라, 각종 히트펌프 장치에 적용시킬 수 있는 보다 더 우수한 냉매증발기를 제공할 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 가지는 것이다.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 제 1실시예에 의한 냉매증발기판(1)은 도 1 및 도 2에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 얇은 금속판(금속박판: 金屬薄板)이 되는 상부기판(2)과 하부기판(3)이 접착제(4)에 의하여 일체로 접착 형성되는 것으로서, 상기 상,하부기판(2)(3)에는 판상(板狀)의 몸체 전면(全面)에 걸쳐 지그재그식으로 연이어지는 선형(線形)의 냉매유동홈(2a)(3a)이 상,하로 대응 형성되어, 상,하부기판(2)(3)의 접착시 각각의 냉매유동홈(2a)(3a)이 냉매유입구(6)와 냉매배출구(7)가 구비된 냉매유동통로(5)를 형성하게 된다.

도면 제 2도에서 본 발명의 제 1실시예에 의한 냉매증발기판(1)의 냉매유동통로(5)는 냉매증발기판(1)의 일측(도면상 상부측)에 형성된 하나의 냉매유입구(6)로부터 3개의 냉매유동통로(5)가 병렬식으로 분기된 다음, 이와 같이 분기된 각각의 냉매유동통로(5)가 냉매증발기판(1)의 몸체를 따라 지그재그식으로 2회 굴곡 형성된 상태에서, 각각의 냉매유동통로(5)가 냉매증발기판(1)의 타측(도면상 하부측)에 형성된 하나의 냉매배출구(7)와 다시 연결되는 식으로 하여, 냉매증발기판(1)의 냉매유동통로(5)를 따라 냉매가 통과할 수 있도록 이루어져 있다.

이와 더불어, 도면 제 3도에 도시된 것은 본 발명의 제 2실시예에 의한 냉매증발기판(1)을 나타내는 것으로서, 냉매유동홈(2a)(3a)에 의한 냉매유동통로(5b)의 배열구조를 제외한 나머지 구성, 다시 말해서 냉매증발기판(1)이 상부기판(2)과 하부기판(3)으로 이루어지고, 상,하부기판(2)(3)의 접착시 냉매유동홈(2a)(3a)이 냉매유동통로(5b)를 형성하게 된다는 것은 위에서 설명되어진 본 발명의 제 1실시예에 의한 경우와 동일하게 이루어지는 것이다.

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본 발명의 제 2실시예에 따른 냉매증발기판(1)의 냉매유동통로(5b) 배열구조는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 냉매증발기판(1)의 일측(도면상 상부측)에 형성된 하나의 냉매유입구(6)로부터 냉매증발기판(1)의 상단부를 따라 수평 방향으로 연장되는 냉매유동통로(5b)가 5개의 통로로 일차 분기되고, 이와 같이 분기된 각각의 냉매유동통로(5b)가 냉매증발기판(1)의 폭방향에 걸쳐 한 쌍의 통로로 2차 분기된 상태에서 냉매증발기판(1)의 길이 방향을 따라 하부측으로 연장된 다음, 각각의 냉매유동통로(5b)가 냉매증발기판(1)의 하단부에서 다시 하나의 통로로 형성되며, 이 통로가 냉매유입구(6)와 인접한 위치에 형성된 냉매배출구(7)와 연결되는 병렬식 배열구조를 가지도록 이루어져 있다.

상기와 같이 도면 제 2도 및 제 3도를 기준으로 하여 설명된 냉매유동통로(5)(5b)의 배열구조 즉, 지그재그식 또는 병렬식의 배열구조는 본 발명에 의한 냉매증발기판(1) 및 이를 이용한 냉매증발기(이후에 설명되어질 것임)에 최적으로 적용될 수 있는 대표적인 실시예에 해당한다.

또한, 도면 제 2도 및 제 3도에 도시된 배열구조를 기초로 하여 각 냉매유동통로(5)(5b)의 갯수를 증가시킴으로서, 냉매증발기판(1)을 따라 냉매유동통로(5)(5b)가 보다 더 촘촘한 간격으로 집적화되도록 형성시킬 수도 있는 바, 이는 본 발명에 따른 냉매증발기판(1)이 얇은 금속판이 되는 상,하부기판(2)(3)으로 형성됨에 따라, 상기 냉매유동홈(2a)(3a)을 프레싱(Pressing) 가공에 의하여 상,하부기판(2)(3)에 매우 용이하게 형성시킬 수 있으며, 이로 인하여 촘촘하게 집적화된 냉매유동통로(5)(5b)를 냉매증발기판(1)상에 손쉽게 적용시킬 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 냉매증발기판(1) 즉, 상부기판(2)과 하부기판(3)의 소재로서는 열흡수율과 내식성 및 가공성이 우수한 금속판으로서 1mm ~ 2mm 정도의 두께를 가지는 알루미늄판을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 냉매의 증발효율을 최대한으로 확보할 수 있는 설계치수로서, 냉매증발기판(1)의 치수는 가로 70cm ~ 90cm, 세로 1m ~ 2m의 범위내가 되도록 하고, 냉매유동통로(5)(5b) 사이의 간격은 최소 30mm로부터 최대 80mm가 되도록 하는 것이 바람직하며, 냉매유동통로(5)(5b)의 내경은 6mm ~ 13mm의 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 냉매증발기판(1)을 이루는 상,하부기판(2)(3)의 접착제(4)로서는, 금속접착용으로 널리 사용되면서도 냉매와 화학적인 부식반응을 일으키지 않는 것이라면 어떠한 접착제를 사용하더라도 무방하나, 에폭시수지를 이용한 롤본드(Roll bond)나 얇은 시트형상으로 제조되어 금속판이나 FRP의 접착에 사용되는 본딩시트(Bonding sheet) 등을 들 수 있으며, 액상(液狀)의 접착제를 사용할 경우 상,하부기판(2)(3)의 접착시 접착제 성분이 냉매유동홈(2a)(3a)으로 유입되지 않도록 주의해야 하고, 상,하부기판(2)(3)의 접착 직후에 냉매유동통로(5)(5b)를 따라 압축공기를 주입시킴으로서, 냉매유동통로(5)(5b)상에 이물질이 존재하지 않도록 할 수도 있다.

이와 더불어, 본 발명에 의한 냉매증발기판(1)의 열흡수 성능을 보다 더 향상시킬 수 있도록 냉매증발기판(1)의 외측 표면, 다시 말해서 상,하부기판(2)(3)의 표면 중 접착면이 아닌 다른 표면에 티타늄(Titanium) 도료를 코팅시킬 수도 있는 바, 상기 티타늄 도료는 티타늄 파우더(분말)를 유기고분자 성분과 혼합시킨 도료를 말하는 것으로서 태양열 집열판에 적용되는 제품을 대표적인 예로 들 수 있으며, 이외에도 냉매증발기판(1)의 표면에 티타늄 도금을 행하여 티타늄 성분을 코팅시킬 수도 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 냉매증발기판(1)은 얇은 금속판이 되는 상,하부기판(2)(3)상에 프레싱 가공에 의하여 냉매유동홈(2a)(3a)을 형성시킨 다음, 상기 냉매유동홈(2a)(3a)을 대응시켜 상,하부기판(2)(3)을 접착시키는 간단한 공정만으로도 각종 냉매증발기에 용이하게 적용시킬 수 있는 증발유닛(Evaporation unit)을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 냉매증발기판(1)의 전체 표면이 태양열과 주변의 대기열을 효과적으로 흡수하는 기판(基板)이 되도록 한 상태에서, 이러한 냉매증발기판(1)을 따라 냉매유동통로(5)(5b)의 집적화된 배치가 가능하게 된다.

특히, 냉매유동통로(5)(5b)가 냉매증발기판(1)을 따라 용접 등에 의하여 부착되지 않고, 프레싱 가공 등에 의하여 상,하부기판(2)(3)상에 파이프 형상으로 일체화되어 있기 때문에, 냉매증발기판(1)의 전체면을 통하여 흡수된 열이 별도의 열저항없이 냉매유동통로(5)(5b)를 따라 유동하는 냉매측으로 직접 전달될 수 있으며, 이로 인하여 냉매증발기판(1)에 의한 냉매의 증발효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명에 의한 냉매증발기판(1)을 일정한 간격을 두고 수 매 내지 수십 매 정도로 밀착시킨 상태에서, 각각의 냉매증발기판(1)에 형성된 냉매유입관(6)과 냉배배출관(7)을 직렬 또는 병렬식으로 연결시키게 되면, 각종 히트펌프 장치에 적용될 수 있는 콤펙트(Compact)한 냉매증발기를 매우 저렴한 가격으로 공급할 수 있는 한편, 각각의 냉매증발기판(1)이 우수한 냉매증발효율을 가짐에 따라 히트펌프 장치의 성능향상에도 기여할 수 있으며, 이러한 냉매증발기를 기존의 핀코일형 열교환기와 연결시켜 설비하게 되면, 핀코일형 열교환기가 가지는 단점을 보완시켜 보다 더 우수한 성능의 냉매증발기를 제공토록 할 수 있게 된다.

도면 제 4도 내지 제 5도는 상기 냉매증발기판(1)을 이용한 본 발명에 따른 냉매증발기(10)의 제 1실시예를 나타내는 것으로서, 본 발명의 제 1실시예에 의한 냉매증발기판(1)의 하부측 중앙에 온수파이프(8)가 수평 방향으로 고정 설치되어 있고, 상기 온수파이프(8)의 길이 방향을 따라서는 냉매증발기판(1)에 형성된 냉매유동통로(5)와 인접하도록 다수 개의 히트파이프(9)가 양측부에 고정 설치된 구성으로 이루어진다.

도면상 상기 온수파이프(8)의 좌,우측 단부에는 유입관(8a)과 배출관(8b)이 설치되어 미도시된 태양열 축열조나 심야전력에 의한 축열탱크에 저장된 온수 또는 축열매체를 온수파이프(8)를 통하여 공급시킬 수 있도록 이루어지며, 상기 히트파이프{Heat-pipe: 전열관(傳熱管)이라고도 함}(9)는 내부를 배기(排氣)하여 진공상태로 조성된 파이프에 휘발성 전열유체를 저장시켜 제작되는 제품으로서, 냉매증발기판(1)의 하부측에서 냉매유동통로(5)와 인접하도록 온수파이프(8)를 따라 용접에 의하여 고정 설치된다.

상기 히트파이프(9)는 온수파이프(8)를 유동하는 온수 또는 축열매체에 의하여 그 한쪽 끝이 가열되면, 내부에 저장된 전열유체가 진공조건하에서 매우 빠른 속도로 증발된 다음 열에너지를 가진 상태로 다른 끝으로 이동하게 되며, 이 과정에서 냉매유동통로(5)측으로 열에너지를 전달시켜 냉매의 증발을 보다 더 촉진시키는 기능을 담당하게 되는 바, 히트파이프(9)에 사용되는 전열유체로는 대표적으로 냉매를 들 수 있다.

상기 온수파이프(8)는 냉매증발기판(1)과 동일한 재질의 파이프를 사용하여 냉매증발기판(1)과 용접시키는 것이 바람직하므로, 온수파이프(8)가 용접되는 냉매증발기판(1)의 하부측 표면에는 용접작업의 편의성을 위하여 티타늄 코팅이 이루어 지지 않도록 하며, 상기 온수파이프(8)를 납작한 사각 파이프 형태로 형성시키되 그 양측에는 히트파이프(9)의 용접을 위한 홈이 형성되도록 한 다음, 통상적으로 구리나 스테인리스강으로 제조되는 히트파이프(9)를 납땜 방식에 의하여 온수파이프(8)와 일체로 접합시켜 사용하게 된다.

또한, 필요에 따라서는 상기 히트파이프(9)가 온수파이프(8)와 연통되도록 설치함으로서, 온수파이프(8)를 통하여 공급되는 온수나 축열매체가 히트파이프(9)의 내부로 직접 유입되어 냉매의 증발을 위한 전열기능을 수행토록 할 수도 있으며, 히트파이프(9)의 배열구조 또한 냉매증발기판(1)(제 2 실시예에 의한 냉매증발기판을 포함한다)에 형성되는 냉매유동통로(5)(5b)의 배열구조에 맞추어 도면에 도시된 것 이외의 다른 형태의 배열구조를 가질 수 있음을 밝혀두는 바이다.

그리고, 도면 제 6도에 도시되어 있는 것은 냉매증발기판(1)을 이용한 본 발명의 제 2실시예에 따른 냉매증발기(10)를 나타내는 것으로서, 도면상 파이프 형상으로 형성되는 증발기덕트(11)의 내부로 다수 매의 냉매증발기판(1)을 삽입 설치하되, 상기 냉매증발기판(1)이 차지하는 부피를 최소화시킬 수 있도록 각각의 냉매증발기판(1)을 나선형으로 굴곡시켜 엇갈리게 배치하며, 상기 냉매증발기판(1)의 상,하부측에 해당하는 증발기덕트(11)의 내부에는 송풍팬(13)과 전기히터(12)가 각각 설치되도록 한 구성으로 이루어진다.

도면상 본 발명의 제 1실시예에 의한 냉매증발기판(1) 2개를 나선형으로 굴곡시킨 다음, 각각의 냉매증발기판(1)이 일정한 간격을 두고 동심원 형상을 이루도록 엇갈리게 배치되어 있으며, 각각의 냉매증발기판(1)에 상,하로 구비된 냉매유입구(6)와 냉매배출구(7)는 증발기덕트(11)를 상,하로 관통하는 냉매유입관(15)과 냉매배출관(16)에 의하여 연결 설치되어 있다.

이와는 달리, 도 3에 도시된 본 발명의 제 2실시예에 의한 냉매증발기판(1)을 증발기덕트(11)에 적용시킬 경우, 냉매유입구(6)와 냉매배출구(7)가 냉매증발기판(1)의 상부측에서 인접하여 형성되어 있으므로, 도 6에서 상기 냉매유입관(15)과 냉매배출관(16) 역시 증발기덕트(11)의 상측부에 별도의 배관라인으로 설비되어야 하며, 상기 송풍팬(13)은 전기히터(12)로부터 발생한 열기를 냉매증발기판(1)을 거쳐 상부로 유동시킴에 따라 냉매의 증발을 보다 더 촉진시키는 기능을 담당하게 된다.

따라서, 상기 송풍팬(13)을 전기히터(12)의 하부에 설치하여 송풍팬(13)으로부터 송풍되는 공기가 전기히터(12)를 거쳐 냉매증발기판(1)측으로 유도되도록 할 수도 있는 바, 이는 송풍팬(13)으로부터 송풍되는 공기의 대부분이 냉매증발기판(1)과 접촉되도록 함으로서, 공기중에 포함된 열을 냉매증발기판(1)이 보다 효과적으로 흡수토록 한 것이며, 증발기덕트(11)의 흡입구(11a)에는 송풍팬(13)의 작동에 따른 외부공기의 유입시 각종 미세먼지나 이물질을 제거하는 필터(미도시)를 설치함으로서, 전기히터(12)나 냉매증발기판(1)의 표면에 스케일이 형성되지 않도록 하는 것이 열교환 효율을 향상시키는 측면에서 보다 더 바람직하다.

상기 전기히터(12)는 전선(12a) 또는 케이블에 의하여 심야전력을 이용하는 각종 전원과 접속시키는 것이 바람직하고, 필요에 따라서는 상기 전기히터(12) 대신에 온수나 열매체가 유동하는 파이프를 설치하여 사용할 수도 있으며, 상기 송풍팬(13)은 팬모터(14)와 함께 증발기덕트(11)의 내측에 고정 설치되도록 하되, 상기 팬모터(14)는 히트펌프 장치의 컴프레셔(미도시)와 함께 구동되도록 하는 것이 바람직하고, 상기 팬모터(14)는 3단 가변모터를 장착하여 기온차에 따라 송풍량을 비례제어토록 하는 것이 바람직하다.

도 7의 (가) 및 (나)에 도시되어 있는 것은 본 발명의 제 2실시예에 따른 냉매증발기(10)에 적용될 수 있는 냉매증발기판(1)의 다른 설치상태를 나타내는 것으로서, 도 8의 (가)에서는 나선형으로 굴곡된 3개의 냉매증발기판(1)을 동심원 형상으로 엇갈리게 배치시키고, 도 8의 (나)에서는 나선형으로 굴곡된 4개의 냉매증발기판(1)을 동심원 형상으로 엇갈리게 배치시킨 상태에서, 각각의 냉매증발기판(1)이 기판고정볼트(17) 및 너트(17a)에 의하여 견고히 고정 설치되도록 하였다.

상기 기판고정볼트(17)는 냉매증발기판(1) 중에서 냉매유동통로(5)(5b)가 형성되지 아니한 부분을 관통하여, 각각의 냉매증발기판(1)을 너트(17a)와 함께 견고하게 연결 고정시키는 기능을 담당하는 것으로서, 냉매증발기판(1)의 소재가 되는 금속판의 탄성이 우수하여 나선형으로 굴곡시킨 냉매증발기판(1)이 원래대로 복원될 우려가 있는 경우에 적용시키는 것이 바람직하며, 도면상 냉매유입관(15)은 각 냉매증발기판(1)의 냉매유입구(6)와 연결되도록 냉매증발기판(1)의 개수에 맞추어 분기되어 있으며, 이는 냉매배출관(16)에 있어서도 동일하게 적용되는 것이다.

본 발명의 제 2실시예에 의한 냉매증발기(10)는 그 설치에 따른 부피를 최소 화시키면서도 냉매증발기판(1)에 의한 흡열면적을 충분히 확보할 수 있도록, 파이프 형상의 증발기덕트(11) 내부에 나선형으로 굴곡된 다수 매의 냉매증발기판(1)을 삽입시킨 것으로 설명되었으나, 이와는 달리 박스 형상의 증발기덕트(11) 내부에 판형의 냉매증발기판(1)을 다수 매로 설치할 수도 있다.

도 8에 도시된 것은 냉매증발기판(1)을 이용한 본 발명의 제 3실시예에 따른 냉매증발기(10)를 나타내는 것으로서, 집열유리판(23)이 실란트(22)와 함께 설치되어 유리덮개의 역할을 하는 커버프레임(24)과 알루미늄 재질의 바닥케이스(18) 사이에 냉매증발기판(1)과 단열재(19)와 열매체파이프(20)와 집열판(21)이 적층식으로 삽입된 판넬(Panel) 구조물이 되는 바, 도면상 본 발명의 제 2실시예에 의한 냉매증발기판(1)이 사용된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 제 1실시예에 의한 냉매증발기판(1)이 적용될 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 제 3실시예에 의한 냉매증발기(10)는 태양열 집열판에 냉매증발기판(1)을 적용시킴에 따라, 태양열 온수장치를 히트펌프 장치와 병용시킬 수 있도록 한 것으로서, 주간시에는 태양열 및 대기열에 의한 냉매의 증발열원을 확보토록 하고, 야간시에는 태양열 온수장치에 저장된 온수를 냉매의 증발열원으로 확보토록 하는 한편, 외부의 온도가 0℃ 이하로 매우 낮게 되어 태양열 집열판의 내부에 결빙 현상이 발생할 경우에는, 냉매증발기판(1)을 통하여 핫가스(컴프레셔로부터 토출된 고온가스)를 공급시켜 태양열 집열판이 동파되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

따라서, 상기 바닥케이스(18)와 커버프레임(24)은 대기열 등의 원활한 흡수 를 위하여 알루미늄 소재로 제작되며, 상기 단열재(19)는 유리섬유를 압축시킨 시트제품을 사용하여 냉매증발기판(1)과 그 상부측에 위치하는 열매체파이프(20)의 위치를 고정시키는 동시에 열손실을 방지토록 하고, 상기 열매체파이프(20)는 순환펌프를 구비하는 배관에 의하여 태양열 온수탱크와 연결됨으로서 온수가 순환하는 파이프가 되며, 상기 집열판(21)은 티타늄 코팅판이 된다.

그리고, 상기 집열유리판(23)은 저철분 강화유리를 적용하여 빛에너지의 흡수율을 확보토록 하는 한편 유리판의 파손을 방지토록 하고, 상기 커버프레임(24)에 집열유리판(23)을 설치하기 위한 실란트(Sealant)(22)는 빛과 열에 우수한 내구성을 발휘하는 단일구조의 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 고무를 사용하며, 도면상 도시되어 있지는 아니하지만 냉매증발기판(1)을 통하여 냉매를 순환시키기 위한 냉매유입관 및 냉매배출관은 바닥케이스(18)의 벽체를 관통하여 냉매증발기판(1)의 냉매유입구(6) 및 냉매배출구(7)와 연결된다.

상기와 같이 냉매증발기판(1)을 이용한 본 발명의 냉매증발기(10)는 동절기시 실외의 온도가 다소 높은 오전이나 오후 시간대에는 흡열성능이 우수한 냉매증발기판(1)에 의하여 태양열이나 대기열을 회수토록 하는 한편(도 6에 도시된 경우는 송풍팬이 가동됨), 동절기 야간과 같이 실외의 온도가 0℃ 이하로 매우 낮게 되어 증발열원이 부족한 시간대에는 태양열이나 심야전력 등을 이용한 보조열원이나 축열(蓄熱)을 냉매의 증발열원으로 손쉽게 적용시킬 수 있게 된다.

다시 말해서, 태양열에 의하여 낮시간대에 축열시켜 놓은 온수나 축열매체 또는 심야전력을 이용하여 가열시킨 온수 등을 온수파이프(8) 또는 열매체파이 프(20)로 공급시키거나, 심야전력을 이용하여 전기히터(12)를 가동시키게 되면, 냉매의 증발에 필요한 보조증발열원을 냉매증발기판(1)측으로 충분히 공급시킬 수 있으며, 이로 인하여 동절기시에 냉매의 보조증발열원을 냉매증발기(10)에 보다 손쉽고 용이하게 적용시켜 히트펌프 장치의 효율적인 운전이 가능하게 된다는 것이다.

특히, 흡열성능이 우수하고 그 제조단가가 매우 저렴하게 되는 얇은 금속판 재질의 냉매증발기판(1)을 기초로 하여, 온수파이프(8)와 히트파이프(9) 또는 전기히터(12)와 송풍팬(13)과 같은 간단한 장치를 추가적으로 설비하거나, 기존의 태양열 집열판에 냉매증발기판(1)만을 간단하게 삽입 설치하게 되면, 콤펙트(Compact) 하면서도 효율적이고 각종 히트펌프 장치에 손쉽고 경제적으로 적용시킬 수 있는 고기능성의 냉매증발기(10)를 제공할 수 있게 될 뿐만 아니라, 기존에 설치된 핀코일형 열교환기와 직렬식으로 연결시켜 핀코일형 열교환기가 가지는 단점을 최대한으로 보완시킨 우수한 냉매증발기를 제공할 수 있게 되는 것이다.

마지막으로, 본 발명에 따른 냉매증발기(10)에 적용되는 냉매증발기판(1)은 도 2 및 도 3에 도시된 것을 선택적으로 적용시킬 수 있으나, 도 3에 도시된 구조의 냉매증발기판(1)은 가급적 단독으로 사용하는 것이 바람직하고, 위에서 설명되어진 것은 본 발명에 따른 냉매증발기판(1)을 냉매증발기(10)에 적용시킨 것으로 하였으나, 냉매증발기판(1) 및 이를 이용한 냉매증발기(10)를 히트펌프 장치나 다른 열교환 설비에 있어 응축기(방열기)로도 적용시킬 수 있음은 물론이며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 기술적 사항임을 밝혀두는 바이다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 냉매증발기판의 분해사시도.

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 냉매증발기판의 평면도.

도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 냉매증발기판의 평면도.

삭제

도 4는 냉매증발기판을 이용한 본 발명의 제 1실시예에 따른 냉매증발기의 저면도.

도 5는 도 4의 A-A선 단면도.

도 6은 냉매증발기판을 이용한 본 발명의 제 2실시예에 따른 냉매증발기의 사시도.

도 7의 (가) 및 (나)는 본 발명의 제 2실시예에 따른 냉매증발기에 적용되는 냉매증발기판의 설치상태도.

도 8은 냉매증발기판을 이용한 본 발명의 제 3실시예에 따른 냉매증발기의 분해사시도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 냉매증발기판 2 : 상부기판 2a,3a : 냉매유동홈

3 : 하부기판 4 : 접착제 5,5b : 냉매유동통로

6 : 냉매유입구 7 : 냉매배출구 8 : 온수파이프

8a : 유입관 8b : 배출관 9 : 히트파이프

10 : 냉매증발기 11 : 증발기덕트 11a : 흡입구

11b : 배풍구 12 : 전기히터 12a : 전선

13 : 송풍팬 14 : 팬모터 15 : 냉매유입관

16 : 냉매배출관 17 : 기판고정볼트 17a : 너트

18 : 바닥케이스 19 : 단열재 20 : 열매체파이프

21 : 집열판 22 : 실란트 23 : 집열유리판

24 : 커버프레임

Claims (5)

1mm ~ 2mm 두께의 알루미늄 금속박판이 되는 상부기판(2)과 하부기판(3)에는 냉매유동홈(2a)(3a)이 상,하로 대응 형성되고,

상기 상,하부기판(2)(3)이 접착제(4)에 의하여 일체로 접착되어 각각의 냉매유동홈(2a)(3a)이 냉매유동통로(5)를 제공하는 냉매증발기판(1)이 되고,

상기 냉매유동통로(5)는, 냉매증발기판(1)의 상,하측단에 형성된 냉매유입구(6)와 냉매배출구(7)를 포함하며, 상기 냉매유입구(6)로부터 다수 개의 냉매유동통로(5)가 병렬식으로 분기되고, 이와 같이 분기된 각각의 냉매유동통로(5)가 냉매증발기판(1)의 몸체를 따라 지그재그식으로 수 회 굴곡 형성된 상태에서, 각각의 냉매유동통로(5)가 상기 냉매배출구(7)와 다시 연결되는 형식의 냉매유로를 형성하며,

상기 냉매증발기판(1)은 가로 70cm ~ 90cm, 세로 1m ~ 2m의 범위내가 되고, 냉매증발기판(1)을 이루는 상부기판(2)과 하부기판(3)의 외측 표면에는 티타늄 도료가 코팅 형성되며, 상기 냉매유동통로(5) 사이의 간격은 30mm ~ 80mm의 범위내가 되고, 냉매유동통로(5)의 내경은 6mm ~ 13mm의 범위내가 되는 것을 특징으로 하는 냉매증발기판.

1mm ~ 2mm 두께의 알루미늄 금속박판이 되는 상부기판(2)과 하부기판(3)에는 냉매유동홈(2a)(3a)이 상,하로 대응 형성되고,

상기 상,하부기판(2)(3)이 접착제(4)에 의하여 일체로 접착되어 각각의 냉매유동홈(2a)(3a)이 냉매유동통로(5b)를 제공하는 냉매증발기판(1)이 되며,

상기 냉매유동통로(5b)는, 냉매증발기판(1)의 상측단에 형성되는 냉매유입구(6)와 냉매배출구(7)를 포함하며, 상기 냉매유입구(6)가 냉매증발기판(1)의 상단부를 따라 수평 방향으로 연장되어 다수 개의 통로로 일차 분기되고, 이와 같이 분기된 각각의 통로가 냉매증발기판(1)의 폭방향에 걸쳐 한 쌍의 냉매유동통로(5b)로 다시 분기되며, 상기 냉매유동통로(5b)가 냉매증발기판(1)의 길이 방향을 따라 하부측으로 연장된 다음, 각각의 냉매유동통로(5b)가 냉매증발기판(1)의 하단부에서 다시 하나의 통로로 형성되고, 해당 통로가 냉매증발기판(1)의 상단측에 구비된 상기 냉매배출구(7)와 연결되는 형식의 냉매유로를 형성하며,

상기 냉매증발기판(1)은 가로 70cm ~ 90cm, 세로 1m ~ 2m의 범위내가 되고, 냉매증발기판(1)을 이루는 상부기판(2)과 하부기판(3)의 외측 표면에는 티타늄 도료가 코팅 형성되며, 상기 냉매유동통로(5b) 사이의 간격은 30mm ~ 80mm의 범위내가 되고, 냉매유동통로(5b)의 내경은 6mm ~ 13mm의 범위내가 되는 것을 특징으로 하는 냉매증발기판.

히트펌프(Heat-pump) 장치에 사용되는 냉매증발기에 있어서,

상기 냉매증발기(10)는 냉매유동통로(5)(5b)가 형성되는 냉매증발기판(1)과, 상기 냉매증발기판(1)의 하부측에 고정 설치되는 온수파이프(8)와, 각각의 냉매유동통로(5)(5b)와 인접하도록 상기 온수파이프(8)를 따라 고정 설치되는 히트파이프(9)로 이루어지며,

상기 냉매증발기판(1)은 청구항 제 1항 또는 청구항 제 2항에 기재된 냉매증발기판(1) 중에서 택일하여서 되는 것을 특징으로 하는 냉매증발기판을 이용한 냉매증발기.

히트펌프(Heat-pump) 장치에 사용되는 냉매증발기에 있어서,

상기 냉매증발기(10)는 증발기덕트(11)와, 상기 증발기덕트(11)의 내부로 삽입되는 다수 매의 냉매증발기판(1)과, 상기 증발기덕트(11)의 내부에서 냉매증발기판(1)의 상,하부측에 위치하는 송풍팬(13)과 전기히터(12)로 이루어지며,

상기 냉매증발기판(1)은 청구항 제 1항 또는 청구항 제 2항에 기재된 냉매증발기판(1) 중에서 택일하여서 되는 것을 특징으로 하는 냉매증발기판을 이용한 냉매증발기.

히트펌프(Heat-pump) 장치에 사용되는 냉매증발기에 있어서,

상기 냉매증발기(10)는 집열유리판(23)이 설치된 커버프레임(24)과 바닥케이스(18)의 사이에 냉매증발기판(1)과 단열재(19)와 열매체파이프(20)와 집열판(21)이 적층식으로 삽입된 판넬(Panel) 구조물이 되며,

상기 냉매증발기판(1)은 청구항 제 1항 또는 청구항 제 2항에 기재된 냉매증발기판(1) 중에서 택일하여서 되는 것을 특징으로 하는 냉매증발기판을 이용한 냉매증발기.

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