KR20060086762A - 작동유체 분기장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작동유체의 유동경로 상에 설치되어 작동유체를 분기시키기 위한 작동유체 분기장치에 관한 것으로, 본 발명은 의한 작동유체 분기장치는, 작동유체가 유입되는 유입구(21a)와, 한쪽 끝이 유입구(21a)에 연결되고 다른쪽 끝은 폐쇄된 메인채널(21b)과, 메인채널(21b)의 한쪽 끝과 다른쪽 끝 사이의 일측에 각각 연결되는 복수의 분기채널(24a)(25a)(26a)(27a)을 갖는 작동유체 분기장치로서, 복수의 분기채널(24a)(25a)(26a)(27a)은 수력직경이 모두 같고 서로 이웃하는 것끼리의 거리(L2)가 동일하며, 메인채널(21b)의 폐쇄된 다른쪽 끝에서 가장 가까운 위치에 있는 분기채널(24a)과 메인채널(21b)의 다른쪽 끝까지의 거리(L3)는 이웃하는 분기채널(27a) 사이의 거리(L2)와 같거나 그보다 크다. 본 발명에 의한 작동유체 분기장치는 그 내부를 흐르는 작동유체의 유동이 고르고 원활하게 이루어지기 때문에 이를 사용하는 장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
작동유체 분기장치, 메인채널, 분기채널, 수력직경

Description

작동유체 분기장치{Working fluid branching device}
도 1은 종래 작동유체 분기장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 작동유체 분기장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 작동유체 분기장치에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 작동유체 분기장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 작동유체 분기장치에 대한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20;작동유체 분기장치 21;헤더
21a;유입구 21b;메인채널
21c,21d,21e,21f;제 1,2,3,4 분기구
22;입구부 23;끝단부
24,25,26,27;제 1,2,3,4 분기파이프
24a,25a,26a,27a;제 1,2,3,4 분기채널
24b,25b,26b,27b;제 1,2,3,4 배출구
본 발명은 작동유체의 유동경로 상에 설치되어 작동유체를 분기시키기 위한 작동유체 분기장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작동유체를 고르게 분기시킬 수 있도록 개선된 작동유체 분기장치에 관한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 작동유체로는 냉동사이클장치에 사용되는 냉매, 냉각장치에 사용되는 냉각수, 보일러시스템에 사용되는 순환수 등이 있으며, 이러한 작동유체를 사용하는 장치는 작동유체가 일련의 작동을 하면서 유동하는 유동경로가 마련되어 있다.
냉동사이클장치에 사용되는 냉매는 압축기, 응축기, 증발기를 연결하는 유동경로 내에서 상변화를 일으키면서 유동한다. 냉매는 압축기를 통과하면서 고온고압으로 압축된 후 응축기로 흘러간다. 응축기에서 냉매는 응축기 주위와 열교환하면서 액체로 응축된다. 그리고, 응축된 냉매는 팽창밸브를 통과하면서 감압되고 증발기에서 증발기 주위의 열을 빼앗아 기화된다. 이러한 냉매의 유동에 의한 냉동사이클이 형성되는 냉동사이클장치는 그 성능이 문제없이 발휘되기 위해서 특히, 응축기와 증발기에서 냉매와 주위 공기와의 열교환이 잘 이루어져야 한다. 이를 위해 응축기와 증발기에서는 냉매의 열전달 면적을 증가시키기 위해 냉매의 유동경로를 분기시키는 분기장치가 사용된다.
그리고, 작동시 고열을 발생하는 기기에 사용되어 기기의 과열을 방지하는 냉각장치에 있어서도, 냉각수를 분기시키기 위한 분기장치가 이용된다. 고열발생부 에서 냉각수를 분기시키면 고열발생부의 보다 넓은 면적에 냉각수가 미치게 할 수 있기 때문에 냉각효율을 높일 수 있다.
또한, 보일러시스템에 있어서도 순환수의 분기가 원활하게 이루어져야 난방효율을 높일 수 있으므로, 분기장치의 역할이 매우 중요하다.
도 1은 냉동사이클장치의 열교환기에 연결되는 종래 분기장치의 일예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 분기장치(10)는, 메인파이프(11)와 복수의 분기파이프(12)(13)(14)(15)로 이루어진다. 메인파이프(11)는 일단이 작동유체의 유동로에 연결되는 개방단이고, 개방단의 맞은편 타단은 작동유체가 흐를수 없도록 막혀있는 폐쇄단이다. 메인파이프(11)의 하부에는 복수의 분기구(11b)(11c)(11d)(11e)가 형성되며, 각 분기구(11b)(11c)(11d)(11e)에 메인파이프(11)의 직경보다 작은 분기파이프(12)(13)(14)(15)가 연결된다. 이들 각각의 분기파이프(12)(13)(14)(15)는 열교환기에 연결되어 작동유체가 열교환기로 공급되는 공급로가 된다.
메인파이프(11)의 개방단은 냉동사이클의 유동경로에 연결되며, 냉동사이클을 순환하는 작동유체는 메인파이프(11)의 개방단에 형성된 유입구(11a)를 통해 메인파이프(11)의 내부로 유입된다. 메인파이프(11) 내로 유입된 작동유체는 폐쇄단 쪽으로 흘러가면서 각 분기구(11b)(11c)(11d)(11e)를 통해 각각의 분기파이프(12)(13)(14)(15)로 분기되어 흘러간다.
그런데, 상기와 같은 종래의 분기장치(10)는 분기장치(10) 내의 작동유체의 유동상태를 고려하지 않고 분기파이프(12)(13)(14)(15)가 메인파이프(11)에 연결되기 때문에, 분기장치(10) 내에서 작동유체의 유동이 불균일하다.
즉, 도 1에 화살표로 나타낸 것과 같이, 메인파이프(11)의 내부로 유동된 작동유체가 메인파이프(11)의 폐쇄단에서 가까운 분기파이프 쪽으로 치우쳐 유동되는 경향을 나타낸다. 따라서, 유입구(11a) 쪽에 가장 가까운 분기파이프(12)를 통과하는 작동유체의 유량은 작고, 유입구(11a) 쪽에서 가장 먼 분기파이프(15)를 통과하는 작동유체의 유량은 크다.
이렇게 분기파이프(12)(13)(14)(15)를 통과하는 작동유체의 유량이 차이를 나타내면, 열교환기로 유입된 작동유체가 열교환기 내에서 균일하게 유동되지 못하고 불균일하게 유동되어 작동유체의 열교환이 원활하게 이루어지지 않는다. 따라서, 열교환기의 열교환 능력이 떨어지며, 냉동사이클장치의 전체적인 효율이 저하되는 문제가 발생된다.
한편, 이와 같은 종래의 분기장치가 냉각장치에 사용될 경우, 냉각수의 열교환이 원활하게 이루어지지 못하여 냉각장치의 냉각효율이 저하되고, 보일러시스템에 사용될 경우에는 순환수가 난방공간을 전체적으로 고르게 흐르지 못하여 시스템의 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 각각의 분기파이프를 통과하는 작동유체가 어느 특정한 위치에 있는 분기파이프로 치우쳐 유동되지 않고 모든 분기파이프에서 균일하게 유동될 수 있는 작동유체 분기장치를 제공 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 작동유체 분기장치는, 작동유체가 유입되는 유입구와, 한쪽 끝이 상기 유입구에 연결되고 다른쪽 끝은 폐쇄된 메인채널과, 상기 메인채널의 한쪽 끝과 다른쪽 끝 사이의 일측에 각각 연결되는 복수의 분기채널을 갖는 작동유체 분기장치로서, 상기 복수의 분기채널은 수력직경이 모두 같고 서로 이웃하는 것끼리의 거리(L2)가 동일하며, 상기 메인채널의 폐쇄된 다른쪽 끝에서 가장 가까운 위치에 있는 분기채널과 상기 메인채널의 다른쪽 끝까지의 거리(L3)는 상기 이웃하는 분기채널 사이의 거리(L2)와 같거나 그보다 크다.
그리고, 상기 메인채널의 폐쇄된 다른쪽 끝에서 가장 가까운 위치에 있는 분기채널과 상기 메인채널의 다른쪽 끝까지의 거리(L3)는 상기 이웃하는 분기채널 사이의 거리(L2)의 5배와 같거나 그보다 작은 것이 좋다.
또한, 상기 메인채널의 폐쇄된 다른쪽 끝에서 가장 가까운 위치에 있는 분기채널과 상기 메인채널의 다른쪽 끝까지의 거리(L3)는 상기 유입구에서 가장 가까운 위치에 있는 분기채널과 상기 유입구 사이의 거리(L1)와 같거나 그보다 작은 것이 좋다.
또한, 상기 이웃하는 분기채널 사이의 거리(L2)는 상기 메인채널 수력직경의 2배 이하인 것이 좋다.
또한, 상기 메인채널의 수력직경은 상기 분기채널 수력직경의 2배와 같거나 그보다 큰 것이 좋다.
본 발명에 의한 작동유체 분기장치는, 상기 메인채널 및 상기 분기채널의 단면 형상이 원형 또는 사각형일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 분기채널이 특정한 배치구조를 갖도록 메인채널에 연결되고, 메인채널의 수력직경과 분기채널의 수력직경 사이에 특정한 관계식이 성립함으로써 메인채널로 유입된 작동유체가 각각의 분기채널로 균일하게 분기될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 작동유체 분기장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 작동유체 분기장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 작동유체 분기장치에 대한 단면도이다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 작동유체 분기장치(20)는 냉동사이클장치의 열교환기에 연결되는 것으로 헤더(21) 및 헤더(21)에 연결된 복수의 분기파이프(24)(25)(26)(27)를 포함하여 구성된다.
헤더(21)는 일단에 유입구(21a)가 형성된 입구부(22)와, 입구부(22) 맞은편의 끝단부(23)를 갖는다. 헤더(21)의 내부에는 유입구(21a)를 통해 유입된 작동유체가 유동되는 유동로인 메인채널(21b)이 마련된다.
그리고, 헤더(21)의 하부에는 복수의 분기구(21c)(21d)(21e)(21f)가 동일한 간격으로 형성되며, 이들 제 1 내지 제 4 분기구(21c)(21d)(21e)(21f)에는 제 1 내 지 제 4 분기파이프(24)(25)(26)(27)가 각각 연결된다. 제 1 내지 제 4 분기파이프(24)(25)(26)(27)는 그 내부에 작동유체가 유동될 수 있는 유동로인 제 1 내지 제 4 분기채널(24a)(25a)(26a)(27a)이 각각 구비된다. 제 1 내지 제 4 분기파이프(24)(25)(26)(27)의 각 단부에는 제 1 내지 제 4 분기채널(24a)(25a)(26a)(27a)을 통과한 작동유체가 열교환기(미도시) 측으로 배출되는 제 1 내지 제 4 배출구(24b)(25b)(26b)(27b)가 각각 구비된다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 작동유체 분배장치(20)는 도 2에 도시된 것과 같이, 헤더(21)의 유입구(21a)에서 제 1 분기채널(24a)까지의 거리(L1)인 입구부(22)의 길이와, 인접한 각 분기채널(24a)(25a)(26a)(27a) 사이의 거리(L2)와, 제 4 분기채널(27a)에서 메인채널(21b)의 폐쇄된 일측 끝까지의 거리(L3)인 끝단부(23)의 길이 사이에 특정한 관계식이 성립된다.
즉, 헤더(21)의 끝단부(23) 길이(L3)는, 각 분기채널(24a)(25a)(26a)(27a) 사이의 거리(L2)와 같거나 그보다 크고, 그 거리(L2)의 5배와 같거나 그보다는 작다(L2≤L3≤5*L2). 그리고, 헤더(21)의 끝단부(23) 길이(L3)는 헤더(21)의 입구부(22) 길이(L1)와 같거나 그보다 작다(L3≤L1).
또한, 본 발명에 의한 작동유체 분기장치(20)는, 헤더(21)의 수력직경(hydraulic diameter, DH)과, 각 분기파이프(24)(25)(26)(27)의 수력직경(DB)과, 각 분기파이프(24)(25)(26)(27) 사이의 거리(L2) 사이에도 특정한 관계식을 갖는다.
즉, 헤더(21)의 수력직경(DH)은 각 분기파이프(24)(25)(26)(27) 수력직경(DB)의 2배와 같거나 그보다 크다.(2DB≤DH) 그리고, 각 분기파이프(24)(25)(26)(27) 사이의 거리(L2)는 헤더 수력직경(DH)의 2배와 같거나 그보다 작다(L2≤2DH).
이와 같은 조건들을 만족하는 구조로 된 본 발명에 의한 작동유체 분기장치(20)는 도 3에 도시된 것과 같이, 그 내부에서 유동하는 작동유체가 균일한 흐름을 나타내게 된다.
헤더(21)의 유입구(21a)를 통해 유입된 작동유체는 메인채널(21b)에서 헤더(21)의 끝단부(23)를 향하게 되며, 메인채널(21b) 내의 작동유체는 각 분기구(21c)(21d)(21e)(21f)를 통해 제 1 내지 제 4 분기채널(24a)(25a)(26a)(27a)로 균일하게 분기되어 각 분기파이프(24)(25)(26)(27) 끝단의 배출구(24b)(25b)(26b)(27b)로 유동된다.
따라서, 각 배출구(24b)(25b)(26b)(27b)에서는 같은 유량의 작동유체가 배출되어 열교환기(미도시)로 흘러 들어가며, 열교환기 내에서 작동유체의 유동이 원활하게 이루어져 열교환 효율이 좋아진다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 작동유체 분기장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 작동유체 분기장치에 대한 단면도이다.
도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 작동유체 분기장치(30)는 고열이 발생되는 기기를 냉각시키기 위한 냉각장치에 연결되는 것으로, 메 인채널(32)과 복수의 분기채널(35)(36)(37)이 형성된 블록(31)을 포함한다.
블록(31)의 일측에는 작동유체가 유입되는 유입구(32a)가 형성되며, 이 유입구(32a)에 메인채널(32)이 연결된다. 메인채널(32)은 가로의 길이가 a이고 세로의 길이가 b인 사각 형상의 통로로 블록(31) 내측의 그 끝은 폐쇄된다. 메인채널(32)의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝사이의 메인채널(32) 하부에는 제 1 내지 제 3 분기구(32b)(32c)(32d)가 동일한 간격으로 구비된다. 이들 각 분기구(32b)(32c)(32d)에는 메인채널(32)과 대략 수직을 이루는 제 1 내지 제 3 분기채널(35)(36)(37)이 각각 연결된다.
제 1 내지 제 3 분기채널(35)(36)(37)은 가로의 길이가 c이고 세로의 길이가 d인 사각 형상의 통로로 메인채널(32)로 유입된 작동유체가 이들 분기채널(35)(36)(37)을 통과하게 된다. 각 분기채널(35)(36)(37)의 끝에는 작동유체가 배출되도록 블록(31)의 외측으로 개방된 제 1 내지 제 3 배출구(35a)(36a)(37a)가 각각 구비된다.
도 4에 도시된 것과 같이, 메인채널(32)의 유입구(32a)와 제 1 분기채널(35) 사이의 부분은 입구부(33)로 정의되고, 메인채널(32)의 폐쇄된 끝과 제 3 분기채널(37) 사이의 부분은 끝단부(34)로 정의된다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 의한 작동유체 분기장치(30)는 작동유체의 유동을 원활하게 하기 위해 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 메인채널(32)의 입구부(33)의 길이(l1)와, 인접한 분기채널(35)(36)(37) 사이의 거리(l2)와, 메인채 널(32)의 끝단부 길이(l3) 사이에 특정한 관계식이 성립된다.
즉, 메인채널(32)의 끝단부(34) 길이(l3)는 인접하는 분기채널(35)(36)(37) 사이의 길이(l2)와 같거나 그보다 크고, 분기채널(35)(36)(37) 사이의 길이(l2)의 5배와 같거나 그보다 작다(l2≤l3≤5*l2). 그리고, 메인채널(32)의 끝단부(34) 길이(l3)는 메인채널(32)의 입구부(33) 길이(l1)과 같거나 그보다 작다(l3≤l 1).
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 작동유에 분기장치(40)는 작동유체의 유동을 원활하게 하기 위해 메인채널(32)의 수력직경(dm)과 각 분기채널(35)(36)(37)의 수력직경(ds) 사이에 특정한 관계식이 성립된다(2ds≤dm).
여기에서, 단면의 형상이 사격형인 파이프의 수력직경(d)은 다음과 같은 식으로 나타낸다. d = 4*A/L(d:수력직경, A:유로단면적, L:유로의 젖은 둘레). 따라서, 메인채널(32)의 수력직경(dm)은 2ab/(a+b)이다. 그리고, 각 분기채널(35)(36)(37)의 수력직경(ds)은 2cd/(c+d)가 된다.
또한, 인접한 분기채널(35)(36)(37) 사이의 거리(l2)는 메인채널(32) 수력직경(dm)의 2배보다 작다(l2≤2dm).
이와 같은 여러가지 조건을 만족하도록 설계된 본 발명의 다른 실시예에 의한 작동유체 분기장치(30)는 도 5에 도시된 것과 같이, 그 내부를 흐르는 작동유체가 균일한 유동을 보이게 된다. 즉, 유입구(32a)로부터 메인채널(32)로 유입된 작동유체는 메인채널(32)을 따라 흘러가면서 각 분기구(32b)(32c)(32d)로 균일하게 흘러들어간다.
그리고, 제 1 내지 제 3 분기구(32b)(32c)(32d)를 통해 각 분기채널(35)(36)(37)로 유입된 작동유체는 각 분기채널(35)(36)(37)을 따라 유동되다가 제 1 내지 제 3 배출구(35a)(36a)(37a)를 통해 블록(31)의 외부로 배출되어 블록(31)과 결합되어 있는 냉각장치로 고르게 유입된다.
따라서, 냉각장치에서 작동유체의 열교환이 원활하게 이루어지며, 이에 의해 냉각장치가 과열장치를 냉각시키는 냉각효율이 향상된다.
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 메인채널의 끝단부의 길이와, 메인채널에 연결된 복수의 분기채널 중에서 서로 인접하는 분기채널 사이의 거리와, 메인채널의 입구부의 길이, 그리고, 메인채널의 수력직경과 분기채널의 수력직경 사이에 특별한 관계식이 성립되도록 분기장치가 설계되기때문에, 작동유체 분기장치 내를 흐르는 작동유체의 유동이 고르고 원활하게 이루어진다.
따라서, 작동유체 분기장치가 연결되는 열교환기나 냉각장치 등 작동유체를 사용하는 장치의 효율이 증가된다.
이상에서는 본 발명을 몇가지 특정 실시예를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 기재된 특허청구범위의 범주 내에서 다양한 수정과 변경이 가능하다. 따라서, 그러한 모든 적절한 수정과 변경 및 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (7)

  1. 작동유체가 유입되는 유입구와, 한쪽 끝이 상기 유입구에 연결되고 다른쪽 끝은 폐쇄된 메인채널과, 상기 메인채널의 한쪽 끝과 다른쪽 끝 사이의 일측에 각각 연결되는 복수의 분기채널을 갖는 작동유체 분기장치로서,
    상기 복수의 분기채널은 수력직경이 모두 같고 서로 이웃하는 것끼리의 거리(L2)가 동일하며, 상기 메인채널의 폐쇄된 다른쪽 끝에서 가장 가까운 위치에 있는 분기채널과 상기 메인채널의 다른쪽 끝까지의 거리(L3)는 상기 이웃하는 분기채널 사이의 거리(L2) 이상인 것(L2≤L3)을 특징으로 하는 작동유체 분기장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인채널의 폐쇄된 다른쪽 끝에서 가장 가까운 위치에 있는 분기채널과 상기 메인채널의 다른쪽 끝까지의 거리(L3)는 상기 이웃하는 분기채널 사이의 거리(L2)의 5배 이하인 것(L3≤5*L2)을 특징으로 하는 작동유체 분기장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 메인채널의 폐쇄된 다른쪽 끝에서 가장 가까운 위치에 있는 분기채널과 상기 메인채널의 다른쪽 끝까지의 거리(L3)는 상기 유입구에서 가장 가까운 위치에 있는 분기채널과 상기 유입구 사이의 거리(L1) 이하인 것(L3≤L1)을 특징으로 하는 작동유체 분기장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이웃하는 분기채널 사이의 거리(L2)는 상기 메인채널 수력직경의 2배 이하인 것(L2≤2DH)을 특징으로 하는 작동유체 분기장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 메인채널의 수력직경(DH)은 상기 분기채널 수력직경(DB)의 2배 이상인 것(2DB≤DH)을 특징으로 하는 작동유체 분기장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인채널 및 상기 분기채널의 단면 형상은 원형인 것을 특징으로 하는 작동유체 분기장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인채널 및 상기 분기채널의 단면 형상은 사각형인 것을 특징으로 하는 작동유체 분기장치.
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CN109185571A (zh) * 2018-09-28 2019-01-11 肖家伟 一种多层均压液体分流器

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