KR20190001142A

KR20190001142A - 열교환장치

Info

Publication number: KR20190001142A
Application number: KR1020170080669A
Authority: KR
Inventors: 최재혁; 김경록; 류병진
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-01-04
Also published as: US11280553B2; WO2019004681A1; US20200132385A1

Abstract

본 발명은 열교환장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열교환장치는 외관; 상기 외관 내부에 배치되고, 제1유체가 유동하는 제1유체관 주위로 제2유체가 유동하는 제1서브열교환부와 제2서브열교환부; 및 상기 외관 내부에서, 상기 제1서브열교환부와 상기 제2서브열교환부 사이에 배치되며, 제2유체가 유동하는 복수의 세경관 주위로 제1유체가 유동하는 메인열교환부를 포함한다.

Description

열교환장치{Heat Exchanger}

본 발명은 열교환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내기를 쇼케이스로 사용하는 냉동시스템에 배치되는 열교환장치에 관한 것이다.

냉동 시스템이란, 열교환사이클을 유동하는 냉매와 실외공기간의 열교환, 그리고 냉매와 소정 공간과의 열교환에 의하여 상기 소정 공간에서 물품등의 냉장 또는 냉동이 이루어지도록 하는 것이다

냉동 시스템에는, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매와 실외 공기간에 열교환이 이루어지도록 하는 실외 열교환기와, 상기 실외 열교환기에서 응축된 냉매를 감압하기 위한 팽창장치 및 팽창된 냉매를 증발시키기 위한 증발기를 포함한다.

증발기에서 생성된 냉기는 소정 공간을 냉각시키고, 이러한 소정 공간은 슈퍼마켓 또는 편의점에서 사용되는 쇼케이스로 사용되는 공간일 수 있다. 이러한 슈퍼마켓 또는 편의점의 쇼케이스는 1년 내내 사용되므로, 상대적으로 전력 소비량이 많게 된다.

따라서, 열교환장치 등을 이용하여 열효율을 증가시킬 수 있으며, 열교환장치 내에서 되도록 많은 량의 열교환을 하는 경우, 쇼케이스의 전력소비량을 줄일 수 있게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하나의 장치에서 복수의 열교환이 이루어지는 열교환장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 내부를 유동하는 유체 사이의 열교환률이 높은 열교환장치를 하는 것이다.

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 발명에 따른 열교환장치는, 외관; 상기 외관 내부에 배치되고, 제1유체가 유동하는 제1유체관 주위로 제2유체가 유동하는 제1서브열교환부과 제2서브열교환부; 및 상기 외관 내부에서, 상기 제1서브열교환부와 상기 제2서브열교환부 사이에 배치되며, 제2유체가 유동하는 복수의 세경관 주위로 제1유체가 유동하는 메인열교환부를 포함하여, 열교환장치 내부의 3개의 영역에서 열교환이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 열교환장치는, 상기 제1서브열교환부와 상기 메인열교환부를 구획하는 제1내부고정판; 및 상기 메인열교환부와 제2서브열교환부를 구획하는 제2내부고정판을 더 포함하여, 제1서브열교환부, 메인열교환부 및 제2서브열교환부를 구획한다.

본 발명에 따른 열교환장치는, 상기 제1내부고정판과 상기 제2내부고정판은 상기 복수의 세경관을 고정하며, 상기 복수의 세경관은 일측이 상기 제1서브열교환부를 향해 개구되고, 타측이 상기 제2서브열교환부를 향해 개구되어, 메인열교환부에서는 복수의 세경관을 통한 열교환이 이루어지도록 한다.

본 발명에 따른 열교환장치는, 상기 제1내부고정판은 상기 제1서브열교환부에 배치된 상기 제1유체관을 고정하고, 상기 제2내부고정판은 상기 제2서브열교환부에 배치된 상기 제1유체관을 고정하며, 상기 제1내부고정판에 고정된 상기 제1유체관과 상기 제2내부고정판에 고정된 제2유체관 각각은 상기 메인열교환부를 향해 개구되어, 제1 및 제2서브열교환부에서는 제1유체관을 통한 열교환이 이루어지도록 한다.

본 발명에 따른 열교환장치의 제1서브열교환부는 내부에 배치된 상기 제1유체관으로 상기 메인열교환부를 거친 제1유체가 유동하고, 상기 외관의 일측에 형성된 유입홀로 유입된 제2유체가 상기 제1유체관 둘레를 유동하게 하여, 제1서브열교환부 내에서 열교환이 가능하게 한다.

본 발명에 따른 열교환장치의 메인열교환부는 외관 내부에 제2유체가 유동하는 복수의 세경관이 배치되고, 제1유체관으로 유입된 제1유체가 복수의 세경관 둘레를 유동하게 하여, 메인열교환부 내에서 열교환이 가능하게 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 열교환장치는, 제2유체가 유입되는 유입홀과 제2유체가 토출되는 토출홀이 형성되고, 제1유체와 제2유체가 열교환되는 공간을 형성하는 외관; 상기 외관 내부에 일부가 배치되고, 제1유체가 유동하는 제1유체관; 상기 외관의 유입홀로 유입된 제2유체가 유동하도록 상기 외관 내부에 배치된 복수의 세경관; 및 상기 제1유체관과 상기 복수의 세경관이 배치되는 공간을 구획하는 내부고정판을 포함하고, 상기 내부고정판에 고정되는 상기 제1유체관과 상기 복수의 세경관은 서로 다른 방향으로 개구되어, 복수의 세경관 주위와 제1유체관 주위에서 열교환이 일어날 수 있다.

본 발명에 따른 열교환장치의 외관은 양단부가 개방된 형상을 가지고, 외관의 개방된 양단부로 외관 내부로 제1유체관이 삽입되고, 상기 외관의 양단부에는 상기 외관의 개방된 양단부와 상기 제1유체관 사이를 밀폐하는 단부고정판이 배치되어, 외관과 제1유체관 사이를 밀폐할 수 있다.

본 발명에 따른 열교환장치의 외관은, 둘레면에 제2유체가 유동하는 제2유체관과 연결되고 제2유체가 외관 내부로 유입되는 유입홀이 형성된 유입유노즐과, 제2유체가 유동하는 제2유체관과 연결되고 외관 내부의 제2유체가 토출되는 토출홀이 형성된 토출노즐을 포함하여, 제2유체를 외관 내부로 유동시킬 수 있다.

본 발명에 따른 열교환장치의 제1유체관은 상기 외관에 연결시 직관형태를 유지하고, 상기 제2유체관은 상기 유입연결노즐 또는 상기 토출연결노즐로 연결시 밴딩된 형태를 가져, 제1유체관에서 발생할 수 있는 압력손실을 줄 일 수 있다.

본 발명에 따른 열교환장치는 제2유체가 유동하는 상기 제2유체관의 내경에 의한 단면적과 상기 복수의 세경관의 내경에 따른 전체 단면적의 비율이 0.05 내지 0.4로 되어, 복수의 세경관에 의한 열교환을 증대시킬 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 열교환장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 본 발명에 따른 열교환장치는 메인열교환부 주위에 제2유체가 유입되거나, 토출되는 부분에서도 열교환이 이루어져 열교환장치의 열효율을 증가시키는 장점이 있다.

둘째, 본 발명에 따른 열교환장치는 외관 내부에서, 제1서브열교환부, 제2서브열교환부 및 메인열교환부의 3개의 영역에서 열교환이 이루어지는 열효율이 높은 열교환장치를 사용하여 전력소비량을 줄이는 장점도 있다.

셋째, 본 발명에 따른 열교환장치는 제1유체관을 직관형으로 하여, 제1유체관으로 유입되는 제1유체의 압력손실을 줄이는 장점도 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 열교환장치가 설치되지 않은 냉동시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1의 냉동시스템의 몰리에르 선도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환장치가 설치된 냉동시스템을 도시한 개략도이다.
도 4는 도 3의 냉동시스템의 몰리에르 선도이다.
도 5는 증발기에서 토출되어 실내기 외부에 설치된 기관을 유동하는 냉매의 온도분포표이다.
도 6은 도 5의 냉매가 유동하여 응축기에서 토출되어 실외기 외부에 설치된 액관을 유동하는 냉매의 온도분포표이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼케이스를 도시한 도면이다.
도 8는 도 7의 쇼케이스 내부에 배치된 냉동시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환장치의 사시도 및 일부 확대도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환장치의 단면도 및 일부 확대도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부고정판의 정면을 도시한 도면이다.
도 12는 기존의 열교환장치가 없는 실내기를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열교환장치를 실내기 내부에 설치하는 방법과 관련하여, 도 12의 실내기 내부에 배치된 기관과 액관을 절단한 상태를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열교환장치를 실내기 내부에 설치하는 방법과 관련하여, 도 13의 실내기의 기관에 열교환장치를 연결한 상태를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열교환장치를 실내기 내부에 설치하는 방법과 관련하여, 도 14의 열교환장치와 액관을 연결한 상태를 도시한 도면이다.

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.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 냉동시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 열교환장치가 설치되지 않은 냉동시스템을 도시한 개략도이다. 도 2는 도 1의 냉동시스템의 몰리에르 선도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환장치가 설치된 냉동시스템을 도시한 개략도이다. 도 4는 도 3의 냉동시스템의 몰리에르 선도이다. 도 5는 증발기에서 토출되어 실내기 외부에 설치된 기관을 유동하는 냉매의 온도분포표이다. 도 6은 도 5의 냉매가 유동하여 응축기에서 토출되어 실외기 외부에 설치된 액관을 유동하는 냉매의 온도분포표이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼케이스를 도시한 도면이다. 도 8는 도 7의 쇼케이스 내부에 배치된 냉동시스템의 구성을 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 냉동시스템은 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(20)와, 응축기(20)에서 응축된 냉매를 팽창하는 팽창밸브(30)와, 팽창밸브(30)로 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(40)를 포함한다. 본 실시예에 따른 냉동시스템은 응축기(20)를 통해 응축된 냉매를 팽창밸브(30)로 유동시키는 액관(50)과, 증발기(40)를 통해 증발된 냉매를 압축기(10)로 유동시키는 기관(60)을 포함한다. 본 실시예에 따른 냉동시스템은 액관(50)을 유동하는 냉매와 기관(60)을 유동하는 냉매를 서로 열교환하는 열교환장치(100)를 더 포함한다.

본 실시예에 따른 냉동시스템은 실내기(I) 내부에 응축기(20)에서 응축된 냉매를 팽창하는 팽창밸브(30)와 팽창밸브로 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(40)가 배치되고, 실외기(O)에 냉매를 압축하는 압축기와 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(20)가 배치된다. 본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 실내기(I) 내부에 배치될 수 있다.

본 실시예에 따른 냉동시스템은 도 8과 같은 쇼케이스(I)를 실내기(I)로 사용할 수 있다. 실내기(I)를 쇼케이스(I)로 사용하는 본 실시예에 따른 냉동시스템은 실외기(O)와 실내기(I) 간의 거리가 상당거리 이격될 수 있다. 쇼케이스의 경우, 슈퍼마켓이나 대형 편의점 등의 식품등을 취급하는 판매 점포에 설치되어, 상품을 저온에 유지한 채 보냉 (냉장)하고, 또는 냉동한 상태에서 진열하기 위해서 설치되는 장치일 수 있다.

본 실시예에 따른 쇼케이스는 실내의 공간에 배치되고, 압축기와 응축기를 포함하는 실외기는 고객으로부터 보이지 않는 장소, 예를 들면 건물의 외부나, 실내기가 설치된 건물의 옥상 등과 같은 실내기가 배치된 공간과 떨어진 장소에 설치될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 냉동시스템은 실내기와 실외기가 서로 다른 공간에 배치되므로, 실외기와 실내기는 상당거리 이격 배치된다.

본 실시예에 따른 냉동시스템은 실외기(O)와 실내기(I)와의 사이에는, 냉매를 순환시키기 위한 냉매배관인 액관(50)과 기관(60)이 연결된다. 실내기(I)와 실외기(O)는 서로 상이한 공간에 배치되므로, 실외기와 실내기를 순환하는 냉매가 유동하는 액관(50)과 기관(60)은 다른 공간에 배치된 실내기(I)와 실외기(O)를 연결할 수 있는 길이로 형성된다.

본 실시예에 따른 실외기(O)와 실내기(I)는 20m 내지 50m로 이격되어 설치될 수 있으며, 이 경우, 실외기(O)와 실내기(I) 사이를 유동하는 냉매가 흐르는 액관(50)과 기관(60)도 각각 20m 내지 50m의 장배관으로 형성된다. 또한, 본 실시예에 따른 실외기(O)와 실내기(I)는 50m 이상 이격되어 설치되는 것도 가능하고, 이 경우 기관(60)과 액관(50)의 길이는 50m 이상으로 형성된다.

본 실시예에 따른 냉동시스템에 있어서, 액관(50)과 기관(60)을 유동하는 냉매는 실외온도에 비해 낮은 온도를 유지한다. 본 실시예에 따른 냉동시스템을 R410A 냉매를 사용하는 경우, 응축기(20)에서 토출된 액상냉매는 대략 10°C의 온도로 형성되고, 증발기(40)에서 토출된 기상냉매는 대략 -30°C의 온도로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 냉동시스템은 실내기(I)인 쇼케이스와 실외기(O)가 상당거리 이격되어 배치되므로, 응축기(20)에서 토출된 냉매가 액관(50)을 유동하는 과정에서 상당량의 냉기가 손실되며, 증발기(40)에서 토출된 냉매가 기관(60)을 유동하는 과정에서 상당량의 냉기가 손실된다.

특히, 여름철이나, 고온지방과 같이 실외온도가 30°C를 넘는 구역에서 배치된 냉동시스템의 경우, 액관과 기관을 유동하는 냉매가 유동과정에서 냉기를 손실하게 된다. 액관(50)과 기관(60)을 유동하는 냉매가 냉기를 손실하는 경우, 응축기(20)로 유입되는 냉매의 온도상승으로 인한 냉동능력의 손실과, 증발기(40)로 유입되는 냉매의 온도상승으로 인한 냉동능력의 손실을 초래한다.

도 5의 외기온도별 기관 온도 분포표를 참고하면, 외기가 30°C 이상에서 기관(60)의 길이가 길수록 기관 내부를 유동하는 기상냉매의 온도가 상승함을 알 수 있다. 즉, 20m 이상에서는 기상냉매의 온도가 20°C이상 상승하고, 50m 이상에서는 기상냉매의 온도가 30°C 이상 상승함을 알 수 있으며, 이렇게 압축기로 유입되는 냉매의 온도 상승은 냉동시스템의 냉동능력의 손실을 초래한다.

도 6을 외기온도별 액관 온도 분포표를 참고하면, 응축기에서 토출된 액상냉매는 외기가 30°C 이상에서, 20m 이상의 길이로 형성된 액관을 통과하면서, 온도가 대략 3°C 정도로 상승하고, 50m 이상의 길이로 형성된 액관을 통과하면서, 온도가 대략 7°C 정도로 상승함을 알 수 있으며, 이렇게 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도 상승은 냉동시스템의 과냉도를 감소시킨다.

도 1 내지 도 2를 참조하여, 열교환장치가 없는 냉동시스템을 유동하는 냉매의 온도를 살펴보면, 액관(50)과 기관(60)이 50m의 장배관이고, 외기가 32°C인 외기조건에서, 증발기(40)에서 토출된 기상냉매의 온도는 -30°C이나, 50m의 기관(60)을 통과하면서, 외부의 온도에 의해 냉기가 손실되어 압축기(10)로 유입되는 기상냉매의 온도는 35°C 상승하여 5°C의 냉매가 압축기(10)로 유입된다. 기상냉매는 기관을 통과하는 과정에서 냉기손실로 35°C정도의 온도가 상승함으로써, 압축기(10)로 유입되는 온도가 상승한다.

또한, 응축기(20)에서 토출된 액상냉매의 온도는 10°C이나, 50m의 장배관인 액관(50)을 통과하면서, 외부의 온도에 의해 냉기가 손실되어 쇼케이스의 입구에서 측정되는 액상냉매의 온도는 16.2°C로 온도가 상승한다. 따라서, 응축기(20)에서 토출된 냉매는 6.2°C 가 상승하여 팽창밸브(30)로 유입된다.

본 실시예에 따른 냉동시스템은 액관(50)을 유동하는 냉매와 기관(60)을 유동하는 냉매를 서로 열교환하는 열교환장치(100)를 더 포함한다. 본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 실내기(I) 내부에 배치될 수 있다. 본 실시예에 따른 냉동시스템은 실내기(I) 내부에서 액관(50)을 유동하는 액상냉매와 기관(60)을 유동하는 기상냉매가 서로 열교환한다.

따라서, 실외기(O)와 실내기(I) 사이에 배치된 액관(50)을 따라 유동하면서 외기온도에 의해 온도가 상승한 액상냉매는 쇼케이스(I) 내부에 배치된 열교환장치(100)를 거쳐 온도가 하강한 후, 팽창밸브(30)를 거쳐 증발기(40)로 유입된다.

이하에서는 도 3 내지 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 열교환장치가 있는 냉동시스템을 유동하는 냉매의 온도를 살펴본다. 액관과 기관이 50m의 장배관이고, 외기가 32°C인 외기조건에서, 증발기에서 토출구 부분(a)에서의 냉매의 온도는 대략 -30°C에서 형성된다. 증발기(40)에서 토출된 냉매는 열교환장치(100)를 통과하여 냉기를 손실하여, 열교환장치(100)의 기관(60) 토출구 부분(b)에서 대략 -2°C의 냉매가 토출된다. 열교환장치(100)를 통과한 기관을 유동하는 냉매는 실내기 외부에서 실외기로 연결되는 기관을 유동하는 과정에서 온도가 18°C 더 증가하여, 압축기(10) 유입구 부분(c)의 냉매의 온도는 대략 16°C로 형성된다.

응축기(20)의 토출구 부분(d)에서 응축기(20)에서 토출된 냉매의 온도는 대략 10°C로 형성된다. 다만, 응축기(20)에서 토출된 액상냉매는 50m의 길이로 형성된 액관(50)을 통과하면서, 온도가 6.2°C 상승하여, 열교환장치(100)의 유입구 부분(e)에서 대략 16.2°C 온도의 냉매가 열교환장치(100)로 유입된다. 온도가 상승한 액상냉매는 쇼케이스 내부의 열교환장치(100)를 통과하면서, 냉기를 회복한다. 열교환장치(100)에서 토출되어 팽창밸브(30)로 유입되는 팽창밸브(30)의 유입구 부분(f)의 냉매의 온도는 대략 -5°C로 형성된다. 열교환장치(100)를 통과하여 온도가 -5°C 로 내려간 기상냉매는 팽창밸브(30)를 거쳐 증발기(40)로 유입된다.

본 실시예에 따른 열교환장치(100)를 장착한 냉동시스템은 팽창밸브(30)로 유입되는 냉매의 과냉도를 증가시켜 냉동시스템의 냉동능력을 증가시킨다. 반면, 압축기(10)로 유입되는 냉매의 온도가 증가하나, 이는 본 실시예에 따라 장배관의 기관을 사용하는 냉동시스템에서 발생하는 냉매의 온도 증가와 크게 차이가 없어 전체적인 냉동시스템의 냉동능력이 증가된다.

본 실시예에 따른 실내기(I)로 사용되는 쇼케이스(I)는 상품이 진열되고, 냉기가 유지되는 선반부(70)와, 팽창밸브와 증발기가 배치되는 기계실(80)로 구분될 수 있다. 본 실시예에 따른 쇼케이스(I)는 액상냉매와 기상냉매가 열교환하는 열교환장치(100)를 포함할 수 있고, 열교환장치(100)는 기계실(80)에 배치될 수 있다.

본 실시예에 따른 선반부(70)는 쇼케이스의 전방에 배치될 수 있으며, 기계실(80)은 선반부(70)의 후방과 하측의 공간에 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 증발기(40)는 선반부의 후방에 배치될 수 있고, 열교환장치(100)는 선반부(70)의 하측에 형성된 공간에 배치될 수 있다.

본 실시예에 따른 열교환장치(100)에 연결되는 기관(60)은 직관의 형태로 열교환장치(100)에 연결되고, 액관(50)은 밴딩된 형태로 열교환장치(100)에 연결된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환장치의 사시도 및 일부 확대도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환장치의 단면도 및 일부 확대도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부고정판의 정면을 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 2가지 종류의 유체가 열교환하는 구조이다. 본 실시예에 따른 쇼케이스(I)의 내부에 설치되는 열교환장치(100)는 액관(50)을 유동하는 액상냉매와, 기관(60)을 유동하는 기상냉매 사이에서 열교환이 이루어지게 할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 열교환장치(100) 내에서는 응축기(20)를 통과한 고온의 액상냉매와 증발기를 통과한 저온의 기상냉매를 열교환한다. 기관의 저온 냉매와 액관의 고온 냉매를 열교환하여 액관의 과냉도를 증가시킨다.

본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 제2유체가 유입되는 유입홀(112)과 제2유체가 토출되는 토출홀(114)이 형성되고, 제1유체와 제2유체가 열교환되는 공간을 내부에 형성하는 외관(110); 상기 외관 내부에 일부가 배치되고, 제1유체가 유동하는 제1유체관(140); 상기 외관의 유입홀로 유입된 제2유체가 유동하도록 상기 외관 내부에 배치된 복수의 세경관(124); 및 상기 제1유체관(140)과 상기 복수의 세경관이 배치되는 공간을 구획하는 내부고정판(120)을 포함하고, 상기 내부고정판(120)에 고정되는 상기 제1유체관(140)과 상기 복수의 세경관(124)은 서로 다른 방향으로 개구된다.

외관(110)은 대략 원통형상을 가진다. 본 실시예에 따른 외관은 양단부가 개방된 형상을 가진다. 외관의 개방된 양단부로 외관 내부로 제1유체관(140)이 삽입된다. 제1유체가 유동하는 제1유체관(140)은 외관의 양단부로 삽입되며, 일부가 외관 내부에 배치된다. 본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 외관의 양단부에 제1유체관(140)과 외관(110) 사이를 밀폐하는 단부고정판(122)을 포함한다. 단부고정판(122)은 외관(110) 내부에 배치된 제1유체관을 고정한다. 단부고정판(122)은 중앙에 제1유체관(140)이 관통하는 홀이 형성되고, 상기 홀에 제1유체관이 고정된다. 제1유체관(140)은 단부고정판(122)과 내부고정판(120)으로 외관(110) 내부에서 고정된다.

외관(110)은 둘레면의 일측에 제2유체관(미도시)과 연결되는 유입노즐(116)이 형성되고, 둘레면의 타측에 제2유체관과 연결되는 토출노즐(118)이 형성된다. 유입노즐(116)에는 유입홀(112)이 형성되어 제2유체관을 유동하는 제2유체가 유입되며, 토출노즐(118)에는 토출홀(114)이 형성되어 제2유체가 제2유체관으로 토출된다.

본 실시예에 따른 열교환장치에서 제1유체관(140)은 외관(110)에 연결시 밴딩되지 않는 구조이다. 제1유체관(140)은 외관에 연결시 직관형태를 유지한다. 제2유체관은 유입노즐(116) 또는 토출노즐(118)로 연결되는 과정에서 밴딩되거나, 밴딩관으로 연결될 수 있다.

본 실시예에 따른 복수의 세경관(124)은 외관(110) 내부에서 제1유체관(140)과 다른공간에 배치된다. 복수의 세경관(124)은 외관(110)의 내부에 배치된 2개의 내부고정판(120)으로 외관 내부에 고정된다. 복수의 세경관(124)은 양단부에 배치된 2개의 내부고정판(120)으로 고정된다. 본 실시예에 따른 복수의 세경관(124)은 내부고정판(120)에 고정된 제1유체관(140)의 둘레로 내부고정판에 배치된다. 복수의 세경관(124)은 유입홀로 유입된 제2유체가 유동한다.

내부고정판(120)은 원형의 판으로 중앙에 제1유체관(140)이 삽입되는 중앙홀(126)과, 중앙홀 둘레에 복수의 세경관(124)이 삽입되는 복수의 세경관홀(128)이 형성된다. 내부고정판(120)의 외둘레는 외관(110)의 내둘레에 고정된다. 내부고정판(120)은 중앙홀(126)에 제1유체관(140)이 연결되고, 복수의 세경관홀(128)에 복수의 세경관(124)이 연결된다. 제1유체관(140)과 복수의 세경관(124)은 서로 다른 방향으로 개구된다.

내부고정판(120)은 제1유체관(140)으로 열교환되는 부분과 복수의 세경관(124)으로 열교환되는 부분을 구획한다. 내부고정판(120)은 제2유체가 외관(110) 내부로 유입되는 영역 또는 제2유체가 외관(110) 내부에서 토출되는 영역과 복수의 세경관으로 열교환되는 부분을 구획한다.

본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 외관을 3구역으로 나누고, 3구역을 다른 방식으로 열교환한다.

본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 외관(110), 상기 외관(110) 내부에 배치되고, 제1유체가 유동하는 제1유체관(140) 주위로 제2유체가 유동하는 제1서브열교환부(130)와 제2서브열교환부(132), 및 상기 외관(110) 내부에서, 상기 제1서브열교환부(130)와 상기 제2서브열교환부(132) 사이에 배치되고, 제2유체가 유동하는 복수의 세경관(124) 주위로 제1유체가 유동하는 메인열교환부(134)를 포함한다.

제1서브열교환부(130)와 메인열교환부(134)는 제1내부고정판(120a)으로 구획된다. 메인열교환부(134)와 제2서브열교환부(132)는 제2내부고정판(120b)으로 구획된다.

본 실시예에 다른 열교환장치에서, 제1유체는 제2서브열교환부(132), 메인열교환부(134) 및 제1서브열교환부(130) 순으로 유동하며, 제2유체는 제1서브열교환부(130), 메인열교환부(134) 및 제2서브열교환부(132) 순으로 유동한다. 다만, 이는 하나의 실시예로써, 제1유체와 제2유체가 동일한 방향으로 유동하는 것도 가능하다.

제1서브열교환부(130)는 외관의 일측에 형성된 유입홀(112)로 제2유체가 유입된다. 제1서브열교환부(130)는 외관 내부로 제1유체관(140)이 배치된다. 제1서브열교환부(130)는 유입홀(112)로 유입된 제2유체가 제1유체관(140) 둘레를 유동한다. 제1서브열교환부(130)는 메인열교환부(134)를 거친 제1유체가 제1유체관(140)으로 유입되어 유동한다. 제1서브열교환부(130)에서 유동하는 제2유체는 복수의 세경관(124)으로 유동한다.

메인열교환부(134)는 외관(110) 내부에 복수의 세경관(124)이 배치된다. 복수의 세경관(124)은 제1내부고정판(120a)과 제2내부고정판(120b)에 고정된다. 복수의 세경관(124)은 일단이 제1서브열교환부(130)를 향해 개구되고, 타단이 제2서브열교환부(132)를 향해 개구된다. 제2유체는 메인열교환부(134) 내부에서 복수의 세경관(124)을 따라 유동한다. 메인열교환부(134)는 제1유체가 복수의 세경관(124) 둘레를 유동한다. 메인열교환부(134) 양단에는 제1유체가 유입되는 제1유체관(140)과 제1유체가 토출되는 제1유체관(140)이 연결된다. 제1유체가 유입되거나 토출되는 각각의 제1유체관(140)은 제1 또는 제2내부고정판(120b) 각각에 고정되며, 메인열교환부(134)를 향하여 개구된다. 제1유체관(140)에서 메인열교환부(134)로 토출된 제1유체는 내부에 배치된 복수의 세경관(124) 둘레를 유동한다.

제2서브열교환부(132)는 복수의 세경관(124)을 유동하는 제2유체가 유입된다. 복수의 세경관(124)은 제2내부고정판(120b)에 고정되며, 제2서브열교환부(132) 방향으로 개구된다. 제2서브열교환부(132)는 외관(110) 내부에 제1유체관(140)이 배치된다. 제2서브열교환부(132)는 메인열교환부(134)에서 유입된 제2유체가 제1유체관(140) 둘레를 유동한다. 제2서브열교환부(132)에 배치된 제1유체관(140)을 유동하는 제1유체는 메인열교환부(134)로 유동한다. 제2서브열교환부(132)에서 유동하는 제2유체는 외관의 일측에 형성된 토출홀(114)로 유동한다.

본 실시예에 따른 열교환장치(100)에서, 제1유체는 증발기에서 토출된 기상냉매일 수 있으며, 제2유체는 응축기에서 토출된 액상냉매일 수 있다. 이 경우, 제1유체관(140)은 기상냉매가 유동하는 기관으로, 제2유체관은 액상냉매가 유동하는 액관이 될 수 있다.

본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 기관(60)이 밴딩되지 않은 직관의 형태를 형성할 수 있다. 반면에 열교환장치(100)의 액관(50)은 유입노즐(116)과 토출노즐(118)로 연결되는 과정에서 밴딩된 형태를 가진다. 본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 기관(60)이 직관의 형태를 가지고, 밴딩되지 않아 기관의 유로가 변경됨으로써 발생하는 기상냉매의 압력손실을 최소화할 수 있다.

본 실시예에 따른 열교환장치(100)는 주로 메인열교환부(134)에서 제1유체와 제2유체간의 열교환이 일어난다. 따라서, 메인열교환부(134)에서의 열교환량을 증가하면, 열교환장치의 전체 열교환량도 증가하게 된다.

복수의 세경관(124)을 유동하는 제2유체의 속도에 따라 열교환량이 증가될 수 있다. 복수의 세경관(124)을 유동하는 제2유체의 속도는 제2유체관의 내경에 따른 면적과 복수의 세경관(124)의 내경에 따른 전체 면적의 비율에 따라 달라질 수 있다. 본 실시예에 따른 열교환장치는 제2유체가 유입되는 제2유체관의 내경에 의한 단면적과, 복수의 세경관(124)의 내경에 따른 전체 단면적의 비율에 따라 열교환량이 증가될 수 있다.

본 실시예 따른 열교환장치(100)는 제2유체관의 내경에 의한 단면적(X)과 복수의 세경관의 내경에 따른 전체 단면적(Y)의 비율(Y/X)이 0.05 내지 0.4로 되는 것이 바람직하다.

case

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

기관내경mm

23

19.8

20.4

17.3

16.7

액관내경mm

8.1

세경관내경mm

1.6

1.2

세경관 개수

14

16

14

16

15

14

13

16

15

14

13

12

열회수량W

206

209

228

242

287

279

277

268

257

321

312

303

293

281

열회수량 (%)

100

101

111

117

139

135

134

130

124

156

151

147

142

136

면적비

0.54

0.62

0.31

0.35

0.33

0.31

0.28

0.35

0.33

0.31

0.28

0.26

case	1	2	3	4	5
기관내경mm	23	13.9	13.9	13.9	23
액관내경mm	8.1	8.1	8.1	8.1	8.1
세경관내경mm	3.36	0.8	0.8	0.8	1.2
세경관 개수	5	16	15	14	8
열회수량W	94.5	154.4	151.4	148.0	145
열회수량 ( % )	100	163	160	157	154
면적비	0.86	0.16	0.15	0.14	0.06

표 1을 참조하면, 냉매 유량이 31kg/h 인 냉동시스템에서, 제2유체관의 내경에 의한 면적과 복수의 세경관의 내경에 따른 전체 면적의 비율이 0.05 내지 0.4로 되는 경우, 면적비가 0.5 이상인 경우에 비해 열회수량이 10% 이상 증가함을 알 수 있다. 또한, 표 2를 팜조하면, 냉매 유량이 15.5kg/h 인 냉동시스템에서, 제2유체관의 내경에 의한 면적과 복수의 세경관의 내경에 따른 전체 면적의 비율이 0.05 내지 0.4로 되는 경우, 면적비가 0.5 이상인 경우에 비해 열회수량이 50% 이상 증가함을 알 수 있다.

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.

10 : 압축기 20 : 응축기
30 : 팽창밸브 40 : 증발기
50 : 액관 60 : 기관
100 : 열교환장치 110 : 외관
112 : 유입홀 114 : 토출홀
116 : 유입노즐 118 : 토출노즐
120 : 내부고정판 122 : 단부고정판

Claims

외관;
상기 외관 내부에 배치되고, 제1유체가 유동하는 제1유체관 주위로 제2유체가 유동하는 제1서브열교환부와 제2서브열교환부; 및
상기 외관 내부에서, 상기 제1서브열교환부와 상기 제2서브열교환부 사이에 배치되며, 제2유체가 유동하는 복수의 세경관 주위로 제1유체가 유동하는 메인열교환부를 포함하는 열교환장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1서브열교환부와 상기 메인열교환부를 구획하는 제1내부고정판; 및
상기 메인열교환부와 제2서브열교환부를 구획하는 제2내부고정판을 더 포함하는 열교환장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1내부고정판과 상기 제2내부고정판은 상기 복수의 세경관을 고정하며,
상기 복수의 세경관은 일단이 상기 제1서브열교환부를 향해 개구되고, 타단이 상기 제2서브열교환부를 향해 개구된 열교환장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1내부고정판은 상기 제1서브열교환부에 배치된 상기 제1유체관을 고정하고,
상기 제2내부고정판은 상기 제2서브열교환부에 배치된 상기 제1유체관을 고정하며,
상기 제1내부고정판에 고정된 상기 제1유체관과 상기 제2내부고정판에 고정된 제2유체관 각각은 상기 메인열교환부를 향해 개구된 열교환장치.
제 1 항에 있어서,
제1서브열교환부는 내부에 배치된 상기 제1유체관으로 상기 메인열교환부를 거친 제1유체가 유동하고, 상기 외관의 일측에 형성된 유입홀로 유입된 제2유체가 상기 제1유체관 둘레를 유동하는 열교환장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1서브열교환부와 상기 메인열교환부를 구획하는 제1내부고정판을 포함하고,
상기 제1내부고정판은 상기 제1서브열교환부에서 유동하는 제2유체가 유입되는 상기 복수의 세경관과, 상기 메인열교환부를 유동하는 제1유체가 유입되는 제1유체관을 고정하는 열교환장치.
제 1 항에 있어서,
상기 메인열교환부와 제2서브열교환부를 구획하는 제2내부고정판을 포함하고,
상기 제2내부고정판은 상기 메인열교환부에 배치되어 상기 제2서브열교환부로 제2유체를 토출하는 복수의 세경관과, 상기 제2서브열교환부에 배치되어 상기 메인열교환부로 제1유체를 토출하는 제1유체관을 고정하는 열교환장치.
제2유체관을 유동하는 제2유체가 유입되는 유입홀과 제2유체가 토출되는 토출홀이 형성되고, 제1유체와 제2유체가 열교환되는 공간을 형성하는 외관;
상기 외관 내부에 일부가 배치되고, 제1유체가 유동하는 제1유체관;
상기 외관의 유입홀로 유입된 제2유체가 유동하도록 상기 외관 내부에 배치된 복수의 세경관; 및
상기 제1유체관과 상기 복수의 세경관이 배치되는 공간을 구획하는 내부고정판을 포함하고,
상기 내부고정판에 고정되는 상기 제1유체관과 상기 복수의 세경관은 서로 다른 방향으로 개구되는 열교환장치.
제 8 항에 있어서,
외관은 양단부가 개방된 형상을 가지고, 외관의 개방된 양단부로 외관 내부로 제1유체관이 삽입되는 열교환장치.
제 9 항에 있어서,
상기 외관의 양단부에는 상기 외관의 개방된 양단부와 상기 제1유체관 사이를 밀폐하는 단부고정판을 포함하는 열교환장치.
제 8 항에 있어서,
상기 외관은,
둘레면에 제2유체가 유동하는 제2유체관과 연결되고 제2유체가 외관 내부로 유입되는 유입홀이 형성된 유입노즐과, 제2유체가 유동하는 제2유체관과 연결되고 외관 내부의 제2유체가 토출되는 토출홀이 형성된 토출노즐을 포함하는 열교환장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제1유체관은 상기 외관에 연결시 직관형태를 유지하고, 상기 제2유체관은 상기 유입노즐 또는 상기 토출노즐로 연결시 밴딩된 형태를 가지는 열교환장치.
제 8 항에 있어서,
상기 내부고정판은 원형의 판 형상을 가지고, 중앙에 제1유체관이 삽입되는 중앙홀과, 중앙홀 둘레에 복수의 세경관이 삽입되는 복수의 세경관홀이 형성되는 열교환장치.
제 8 항에 있어서,
제2유체가 유동하는 상기 제2유체관의 내경에 의한 단면적과 상기 복수의 세경관의 내경에 따른 전체 단면적의 비율이 0.05 내지 0.4로 되는 열교환장치.