KR100256115B1 - 저압 강하 열 교환기 - Google Patents

Abstract

2 개의 패스 열 교환기가 제공된다. 제1 패스는 증발기로서 채용될 때 액체 냉각제 내에 배치된 다수의 관을 포함하여, 액체 냉각제는 관을 통해 흐르는 물로부터 열을 흡인하여 물을 냉각시키고 액체 냉각제를 증발시킨다. 제2 패스는 액체 냉각제 내에 배치될 필요가 없는 단일 파이프이다. 2 개의 패스 열 교환기는 또한 응축기로서 이용될 수 있다.

Description

저압 강하 열 교환기

물이 셸(shell) 측면 상의 냉각제와 열 전달 관계에 있는 다수의 관을 통해 흐르는 종류의 원통 다관식(shell and tube) 열 교환기는 조립된 물 냉각 유닛을 형성하기 위해 적어도 하나의 압축기와 다른 구성 요소와 함께 증발기 및 응축기로서 종종 이용된다. 조립체로서, 하나의 구성 요소의 변경은 종종 다른 구조 상에 강한 영향을 주게 된다. 일예로, 증발기는 압축기 또는 응축기의 지지체로서 제공된다.

냉각 장치 설계에서의 또 다른 일반적인 고려 요인은 모든 물 연결 장치가 열 교환기 셸의 일단부에 배치되어 물 연결 부분을 방해함이 없이 타단부로부터 관의 세척이나 보수 유지를 허용하도록 수변(waterside) 상에 균일한 갯수의 패스(pass)를 구비하는 것이다.

교환기 셸의 감소가 냉각 장치의 다양한 구성 요소의 상호 관계로 인해 가능하지 않더라도, 정해진 열 및 압력 강하 요건을 맞추기 위해 열 교환기 크기를 줄이는 것이 바람직하게 된다. 일예로, 소정의 성능 특성을 맞추기 위해, 길이가 긴 냉각 장치 셸과 조합한 길이가 짧은 응축기 셸을 이용하는 것이 바람직하나, 그 결과 냉각 장치 조립체는 손상을 받을 수 있게 된다.

열 교환기의 줄어든 열 교환 요건은 2 개의 패스 설계에 하나의 패스 내에서 일어나는 모든 필수 열 교환을 제공함으로서 처리된다. 하나의 패스는 소정의 직경과 소정 열 전달 및 압력 강하의 표면 특성을 갖는 관을 채용하고, 제2 또는 복귀 패스는 하나의 대직경관 또는 파이프를 채용한다. 구체적으로, 2 개의 패스 셸 중 제2 패스와 관형 열 교환기는 복귀 파이프로 대체된 정상적인 관들을 구비한다. 이는 매우 큰 열 교환 성능이 요구되지 않을 때, 수변 압력 강하의 증가를 동반함이 없이 열 교환기관의 전체 갯수를 과감히 줄일 수 있게 된다. 또한, 이러한 형태로 인해 열 교환면의 효율적 이용을 위해 제1 패스의 관 내의 비교적 큰 수변 속도의 유지가 가능하게 된다. 증발기에서, 제2 패스가 그 제한된 열 교환 표면적으로 인해 단지 공칭 열 전달만을 갖기 때문에, 제2 패스는 냉각제 수위(level)를 저하시키는 액체 냉각제 내에 배치될 필요가 없게 되어, 냉각제는 시스템 내에 채워지게 된다.

본 발명의 목적은 수변 압력 강하 및 펌핑 동력의 저하 없이 열 교환기관의 실재의 부재를 제거할 수 있게 하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전체적인 열 교환기 수변 압력 강하의 통상의 증가 없이 수변 속도를 비교적 높게 유지함으로서 향상된 열 교환 배관을 경제적으로 이용하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다른 냉각 구성 요소 설계의 손상 없이 물 냉각 장치 유닛 내에 사용되는 열 교환기의 최적화를 도모하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각 시스템 내의 냉각제 충전을 줄이기 위한 것이다. 이후에 알게 되는 바와 같이 이러한 목적들은 본 발명에 의해 달성된다.

기본적으로, 2 개의 패스 열 교환기는 제2 패스가 복귀 흐름으로서 주로 제공되는 단일 파이프로 되게 함으로서 하나의 패스 열 교환기와 동일하게 된다. 그 열 교환기는 증발기 또는 응축기로서 사용될 수 있다.

도1은 본 발명을 채용한 열 교환기의 단면도.

도2는 도1의 선2-2를 따라 취한 단면도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

12 : 셸

13, 14 : 단부 조각

18 : 분할판

20 : 중간수 박스

21 : 유입수 박스

22 : 유출수 박스

50 : 챔버

도면에서, 도면 부호 10은 증발기로서 도시되고, 응축기는 단지 유체 연결 부분에서 상이하나 그 구조는 동일한 2 개의 패스 원통 다관식 열 교환기를 나타낸다. 열 교환기(10)는 각각의 단부 조각(13, 14)과 함께 원통형 셸(12)을 구비한다. 단부 조각(13)은 중간수 박스(20)를 형성하기 위해 튜브판(15)과 협력한다. 단부 조각(14)은 유입수 박스(21)와 유출수 박스(22)를 각각 형성하기 위해 튜브판(16) 및 분할판(18)과 협력한다. 열 교환기(10)는 유입수 박스(21)로부터 중간수 박스(20)로 연장하는 제1 패스 열 교환기를 구비하고 다수의 작은 직경의 열 전달관(30)을 포함한다. 일반적으로, 관(30)은 열 교환을 증진시키기 위해 내부 및 외부로 강화되어 있다. 열 교환기(10)의 제2 패스 열 교환기는 중간수 박스(20)로부터 유출수 박스(22)로 연장하는 대직경의 관 또는 파이프(40)로 된다.

관(30) 및 파이프(40)는 셸(12) 및 튜브판(15, 16)에 의해 형성된 대개 원통형 챔버(50) 내에 배치된다. 챔버(50)는 도시된 대로 증발기로서 작동될 때 (도시되지 않은) 응축기로부터 유입구(12-1)를 통해 액체 냉각제(60)를 수납한다. 파이프(40)는 대개 열 전달의 제공에 의존하지 않기 때문에, 액체 냉각제(60)의 수위는 단지 관(30) 위로 유지될 필요가 있고, 파이프(40)를 덮을 필요는 없다. 파이프(40)의 열 전달 면적은 관(30) 전체와 비교하여 작다. 응축기로서 작동될 때, 도면 부호 12-2는 가스 상태의 냉각제를 수용하는 유입구이다. 가스 상태의 냉각제는 관(30) 내의 물로의 열 전달로 인해 응축되고 응축된 액체 냉각제는 유출구로서 작용하는 도면 부호 12-1을 통해 흡인된다.

증발기로서 작동시에, 액체 냉각제(60)는 (도시되지 않은) 응축기로부터 유입구(12-1)를 거쳐 열을 취출하는 챔버(50)로 공급되어 액체 냉각제(60)가 증발하는 동안 관(30)를 통과하는 물을 냉각시킨다. 가스 상태의 냉각제는 챔버(50)로부터 유출구(12-2)를 거쳐 (도시되지 않은) 압축기의 흡입부로 통과된다. (도시되지 않은) 냉각 시스템의 폐쇄 루우프 냉각 회로로부터의 물은 빌딩 냉방 시스템으로부터 유입수 박스(21)로 공급된다. 그후 물은 액체 냉각제(60)와 열 교환 관계에 있는 관(30)을 통과한다. 액체 냉각제는 열을 흡인하여 액체 냉각제(60)가 증발되는 동안 물을 냉각시킨다. 열 전달은 관(30)에 의해 형성된 제1 패스 내에서 일어나고 단지 소량의 열 전달은 파이프(40)가 액체 냉각제(60) 내에 배치되는지의 여부에 따라 파이프(40)를 통해 일어날 수 있게 된다. 파이프(40)에 의해 형성된 제2 패스를 통과하는 물은 유출수 박스(22)로 들어가 냉방을 위해 유출수 박스로부터 폐쇄 회로 냉방 시스템 안으로 흐르게 된다. 응축기로서 작동될 때, 가스 상태의 냉각제는 관(30)을 통해 흐르는 물로의 열 전달과, 더욱 적은 파이프(40)를 통해 흐르는 물로의 열 전달로 인해 냉각 및 응축되는 챔버(50)로 공급된다. 응축된 액체 냉각제는 챔버(50)의 기부에, 대개는 관(30) 수위 하방에 수집된다. 액체 냉각제는 흡인되어 (도시되지 않은) 증발기로 공급된다.

Claims (6)

1. 셸(12)과 상기 셸에 밀봉된 한 쌍의 단부 조각(13, 14)과,

   중간수 박스(20)를 형성하기 위해 상기 단부 조각 쌍의 제1 단부 조각(13)과 협력하고, 챔버(50)를 형성하기 위해 상기 셸과 협력하는 제1 튜브판(15)과,

   유입수 박스(21)와 유출수 박스(22)를 형성하기 위해 상기 단부 조각 쌍의 제2 단부 조각(14) 및 분할판(18)과 협력하고, 챔버(50)를 형성하기 위해 상기 셸과 협력하는 제2 튜브판(16)과,

   상기 유입수 박스로부터 상기 챔버를 거쳐 상기 중간수 박스로 연장하는 다수의 열 전달관(30)을 포함하는 제1 패스와,

   상기 중간수 박스로부터 상기 챔버를 거쳐 상기 유출수 박스로 연장하는 하나의 대직경 파이프(40)에 의해 형성된 제2 패스를 포함하고,

   물 순환이 상기 유입수 박스, 상기 제1 패스, 상기 중간수 박스, 상기 제2 패스 및 상기 유출수 박스에 의해 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
2. 제1항에 있어서, 액체 냉각제(60)는 상기 챔버 내에 배치되고 상기 제1 패스는 상기 액체 냉각제 내에 있는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 패스는 상기 액체 냉각제 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
4. 제1항에 있어서, 상기 셸은 원통 형태로 되어 수평 방향으로 향해 있고, 제1 포트(12-1)는 상기 셸의 기부에 배치되어 상기 챔버와 유체 연통하며, 제2 포트(12-2)는 상기 셸의 상부에 배치되어 상기 챔버와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 포트는 액체 유입구이고 상기 열 교환기는 증발기인 것을 특징으로 하는 열 교환기.
6. 제4항에 있어서, 상기 제2 포트는 액체 유출구이고 상기 열 교환기는 응축기인 것을 특징으로 하는 열 교환기.

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