KR100202008B1 - 냉동기용 열교환기 - Google Patents

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KR100202008B1 KR1019960081270A KR19960081270A KR100202008B1 KR 100202008 B1 KR100202008 B1 KR 100202008B1 KR 1019960081270 A KR1019960081270 A KR 1019960081270A KR 19960081270 A KR19960081270 A KR 19960081270A KR 100202008 B1 KR100202008 B1 KR 100202008B1
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Abstract

본 발명은 종래의 1관로 방식과 2방향 배열방식의 장단점을 적절하게 조합하여 냉각효율을 향상시킬 수 있는 냉동기용 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 셀 및 튜브가 구비된 냉동기용 열교환기에 있어서, 상기 셀 내부에 수평분할판을 기준으로하여 하부에는 튜브가 1관로 방식으로 배열되며, 상부에는 다관로 방식으로 배열되며, 유량 분할 밸브가 셀의 일단에 설치되는 냉동기용 열교환기를 제공함으로써 많은 유량의 물을 수용할 수 있는 장점이 있는 1관로 방식과 쉘 내부의 압력을 적절하게 유지할 수 있는 장점이 있는 다관로 방식의 장점을 유량분할 밸브에 의해 적절히 조절하여 열교환 효율을 증대시킬 수 있게 된다. 따라서 유속이 과도한 증가로 인한 튜브의 파손을 방지할 수 있으며, 작은 용량의 압축기로도 많은 유량이 냉수 및 냉각수를 냉각시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

Description

냉동기용 열교환기
본 발명은 냉동기용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀 및 튜브형 열교환기 내부의 튜브 분할 구조에 관한 것이다.
냉각사이클(colling cycle)을 이용하는 냉동기는 압축된 냉매가스를 액화시킨 뒤, 팽창밸브(expansion valve)를 통해 기화시켜 흡수되는 기화렬에 의해 냉각작용을 수행하는 공기조절장치로, 사회전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.
특히 대형건물들의 중앙냉방장치에는 대용량의 냉각시스템이 요구되는 바, 냉각탑을 이용하는 냉동기가 사용되는 것이 일반적이며, 냉동기의 주요부는 크게 냉매를 압축시키는 위한 압축기(compressor)와, 냉매의 압력을 강하시키기 위한 팽창밸브(expansion valve), 그리고 열교환을 수행하는 열교환기, 즉 증발기(evaporator)와 응축기(condenser)로 이루어진다.
제1도에는 이러한 터보냉동기의 구성을 개략적으로 도시하였다. 이것은 원심식 압축기(compressor:P)에서 고온 고압으로 압축된 냉매가스가 라인(line:L1)을 따라 응축기능을 갖는 셀 튜브(shell and tube)형 열교환기(C)로 유입되고, 냉각탑(T)과의 사이에서 라인(L2, L3)을 따라 순환하는 냉각수(Cooling Water)와의 열교환에 의해 액화된다. 액화된 냉매는 팽창밸브(EV)를 통해 증발기능을 갖는 셀 및 튜브형 열교환기(E)로 유입되고, 공기조절유닛(air handling unit: A)과의 사이에서 라인(L4, L5)을 따라 순환하는 물과 열교환함으로써 기화된 뒤 압축기(P)로 유입된다. 이에 따라 냉각된 물은 공기조절유닛(A)에서 공기와의 열교환에 의해 공기를 냉각시키고, 냉각된 공기를 덕트(duct)를 통해 각 실내로 공급함으로써 건물을 냉방하게 된다.
한편, 제2도는 터보냉동기의 셀 및 튜브형 열교환기의 내부를 개략적으로 도시하였다.
도시된 바와 같이, 열교환기는 셀(10)내부에 다수의 튜브(12)들이 소정 간격으로 배열되어 설치되어 튜브(12)로 냉수 및 냉각수로 흐르게 되며, 셀(10)의 양측에는 이들이 입구 및 출구가 형성되며, 셀(10)이 상하부에는 튜브(12)를 제외한 셀(10)내부에 냉매가 흐를수 있도록 이들의 입구 및 출구가 형성되어 있다.
한편, 제3도 튜브(12)가 2방향 배열을 갖는 다른 열교환기의 내부를 도시한 것으로, 셀(10)내부에 분할판(2)이 설치되고 냉수 및 냉각수의 흐름이 셀(10)내부를 선회하여 다시 입구측 주변으로 토출될 수 있도록 냉수 및 냉각수의 입구 및 출구가 동일방향에 설치된것을 보이고 있다.
즉, 제2도의 1관로 방식은 많은 유량의 물을 수용할 수 있는 장점이 있는 반면에 열교환기의 크기에 비해 많은 양의 찬물을 만들어 내므로 셀(10)내부의 압력을 낮게 유지 해야하며, 압축기의 부하가 커지는 단점이 있다.
또한, 제3도의 2관로 방식은 1방향 배열방식으로 물이 충분히 냉각되지 않게 되는 경우 사용하는 방식으로 압축기의 부하는 커지지 않지만 소량의 물만을 냉각시킬 수 있으며, 유속의 제한을 받게되는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 1관로 방식과 2방향 배열방식의 장단점을 적절하게 조합하여 냉각효율을 향상시킬 수 있는 냉동기용 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 냉매가 흐르는 셀과, 셀 내부에 냉수 및 냉각수가 흐를수 있도록 셀 내부를 관통하여 소정간격으로 설치되는 튜브가 구비된 냉동기용 열교환기에 있어서, 상기 셀 내부에 수평분활판 및 수평분할판을 기준으로 하여 윗방향으로 수직분할판이 설치되어 상기 수평분할판 하부는 튜브가 1관로 방식으로 배열되며, 상기 수평분할판 상부는 튜브가 수직분할판을 선회하면서 3관로 방식으로 배열되며, 상기 1관로 방식과 3관로 방식에 공급되는 유량의 분할을 조정할 수 있는 유량분할 밸브가 셀의 일단에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동기용 열교환기를 제공한다.
이와같은 구성에 따라 본 발명은, 많은 유량의 물을 수용할 수 있는 장점이 있는 1관로 방식과 쉘 내부의 압력을 적절하게 유지할 수 있는 장점이 있는 다관로 방식의 장점을 유량분할 밸브에 의해 적절히 조절하여 열교환 효율을 증대시킬 수 있게 된다. 따라서 유속의 과도한 증가로 인한 튜브의 파손을 방지할 수 있으며, 작은 용량의 압축기로도 많은 유량의 냉수 및 냉각수를 냉각시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
제1도는 터보냉동기의 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
제2도는 종래의 1분할 방식의 열교환기의 분할 구조를 보인 개략도.
제3도는 종래의 2분할 방식의 열교환기의 분할 구조를 보인 개략도.
제4도는 본 발명에 따른 열교환기의 분할 구조를 보인 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 셀 12 : 튜브
14 : 수평분할판 16 : 수직분할판
18 : 바이패스관 20 : 유량분할 밸브
이하 본 발명의 구성 및 작용효과를 첨부도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.
제4도는 본 발명에 따른 열교환기의 튜브 분할 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
열교환기는 냉동장치의 증발 또는 응축기능을 수행할 수 있도록 냉매가 흐르는 큰 용기 형상의 셀(10)과, 냉매의 기화열 또는 응축열을 교환시키기 위해 냉매 사이를 냉수 및 냉각수가 흐를수 있도록 관통 설치되는 다수의 튜브(12)를 구비한다.
한편, 셀(10)의 입구로 유입되는 냉수 및 냉각수의 유량을 분할할 수 있도록 바이패스관(18)이 입구측 관로이 일단과 셀(10)의 일단에 연결되며, 이 바이패스관(18)의 일단에 유량분할 밸브(20)가 설치된다.
한편, 셀(10)내부는 수평분할판(14)및 수직분할파(16)에 의해 튜브(12)의 관로방식에 따라 분할되는데 바람직하게는 수평분할판(14)을 중심으로 하부에는 유입된 유량이 셀(10)을 관통하여 바로 빠져나가는 1관로 방식으로 배열된 튜브(12)가 설치되며, 상기 수평분할판(14)상부는 다수개의 수직분할판(16)을 기준으로 튜브(12)가 수회 선회하는 다관로 방식으로 배열된다.
여기서, 1관로 방식이 셀(10)의 하부에 형성되는 것은 중앙 및 하부에 위치한 튜브(12)들은 냉매 증발의 원할함과 주변으로 손실되는 열량이 적은 탓으로 다른 부분의 튜브(12)를 거치는 냉수 및 냉각수보다 냉각효율이 높게 나타나기 때문에 바람직하다.
따라서, 상대적으로 냉각효율이 떨어지는 셀(10)의 상단부에 다관로 방식의 튜브(12)를 설치하여 장시간에 거쳐 냉각작용이 진행되도록 하는 것이 바람직하다.
제3도에서는 수평분할판을 기준으로 하부는 1관로 방식, 상부는 3관로 방식인 예를 보이고 있으나, 이 뿐만 아니라 하부는 2관로 방식, 상부는 4관로 방식을 채용할 수도 있다.
즉, 다관로 방식을 채용할수록 냉각효율은 증대되는 반면에 냉수 및 냉각수의 유속 및 냉각량은 저하되는 관계를 고려하여 적절한 관로 방식으로 분할되는 것이 중요하며, 특히, 전술한 바와 같이 상대적으로 다관로 방식은 셀(10)의 상부에 분할되는 것이 효과적이다.
이와같은 구성을 갖는 본 발명의 열교환기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
제1도에서, 압축기(P)에서 압축된 냉매가스는 라인(L1)을 통해 응축기능을 갖는 열교환기(C)로 유입되고 라인(L2, L3)을 통해 냉각탑(T)과의 사이에서 순환되는 냉각수와 열교환하여 액화된다.
다른 한편, 냉매는 팽창밸브(EV)를 통해 저압의 액냉매로 변한 뒤 증발기능을 갖는 열교환기(E)로 유입되고, 라인(L4, L5)을 통해 공기조절유닛(A)과의 사이에서 순환하는 물과 열교환하여 기화된 뒤 압축기(P)로 유입된다.
이와같이 열교환기의 셀(10)로 유입된 냉매는 튜브(12)를 흐르는 냉수 및 냉각수와 열교환하게 되는데 수평분할판(14)을 기준으로 하부의 튜브(12)로 유입된 냉수 및 냉각수는 냉매 증발의 원활함과 주변으로 손실되는 열량이 적은 탓으로 1관로 방식에 의해 빠르게 통과하면서 열교환되며, 상부의 튜브(12)를 흐르는 냉수 및 냉각수는 도면상 3관로 방식에 의해 셀(10)내부를 장시간 선회한 후 통과한다.
한편, 유량분할 밴브(20)는 상부의 3관로 방시으로 유량을 많이 보낼 수록 냉각효율은 증대되는 반면에 냉각수의 유속 및 냉각량은 저하되는 것을 고려하여 셀(10)의 하부와 상부로 공급하는 냉수 및 냉각수의 유량을 적절하게 분할한다.
이상, 상기 내용은 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
따라서 본 발명에 따르면, 많은 유량의 물을 수용할 수 있는 장점이 있는 1관로 방식과 쉘 내부의 압력을 적절하게 유지할 수 있는 장점이 있는 다관로 방식이 장점을 유량분할 밸브에 의해 적절히 조절하여 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 냉매가 흐르는 셀과, 셀 내부에 냉수 및 냉각수가 흐를수 있도록 셀 내부를 관통하여 소정간격으로 설치되는 튜브가 구비된 냉동기용 열교환기에 있어서, 상기 셀 내부에 수평분활판 및 수평분할판을 기준으로 하여 윗방향으로 수직분할판이 설치되어 상기 수평분할판 하부는 튜브가 소정의 관로 방식으로 배열되며, 상기 수평분할판 상부는 튜브가 수직분할판을 선회하는 다관로 방식으로 배열되며, 상기 셀의 입구로 유입되는 유량을 분할할 수 있도록 바이패스관이 입구측 관로의 일단과 셀의 일단에 연결되며, 이 바이스패스관의 일단에 유량분할 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동기용 열교환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀의 하부보다 상부에 다관로 방식을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 냉동기용 열교환기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 셀의 하부에는 1관로 방식의 튜브가 채용되며, 상부에는 3관로 방식의 튜브가 채용되는 것을 특징으로 하는 냉동기용 열교환기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 셀의 하부에는 2관로 방식의 튜브가 채용되며, 상부에는 4관로 방식의 튜브가 채용되는 것을 특징으로 하는 냉동기용 열교환기.
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