KR20180068481A - 응축기 일체형 저장탱크 - Google Patents

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KR20180068481A
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cooling fluid
core
condenser
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서정민
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Abstract

본 발명에 의한 응축기 일체형 저장탱크는, 액상 작동유체를 저장하는 저장공간을 가진 탱크 바디(tank body); 및 상기 탱크 바디의 내부에 설치된 응축기 코어(condenser core);를 가질 수 있다.

Description

응축기 일체형 저장탱크{STORAGE TANK WITH CONDENSER}
본 발명은 응축기 일체형 저장탱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응축기를 저장탱크의 내부에 배치함으로써 저장탱크의 체적 및 중량 등을 감소시킬 수 있는 응축기 일체형 저장탱크에 관한 것이다.
냉매사이클, 폐열회수시스템의 랭킨사이클 등과 같은 작동유체사이클(working fluid cycle)의 작동유체도관(working fluid conduit)에서 응축기의 하류(downstream of the condenser) 측에 저장탱크(storage tank)가 배치되고, 저장탱크에는 응축기에 의해 응축된 액상의 작동유체가 저장될 수 있다. 저장탱크의 하류에는 유체를 순환하기 위한 펌프가 배치될 수 있다.
이러한 응축기, 저장탱크, 펌프는 액상 작동유체가 존재하는 구간일 수 있으며, 응축기가 저장탱크의 상측에 배치되고, 저장탱크는 펌프의 상측에 위치하도록 배치될 수 있다. 즉, 응축기, 저장탱크, 펌프가 중력방향으로 배치됨으로써 압력손실이 감소하며, 작동유체사이클의 정지 시에도 액상 작동유체(liquid phase working fluid)가 중력에 의해 저장탱크로 모일(포집, collect) 수 있다.
작동유체사이클의 열교환기(증발기, 보일러, 응축기 등)의 구성 배열 및 용량 등에 따라 저장탱크의 저장용량이 고려되어야 한다. 그리고, 저장탱크의 저장용량은 사이클의 작동 시에 응축기 및 도관 등에 채워진 유량과 사이클의 순환을 위한 기본 유지용량 등을 고려하여 설정될 수 있다.
작동유체사이클의 전체구간 중에서 일부 구간에서는 작동유체는 액체 상태로만 존재할 수 있지만, 그외 나머지 구간에서는 작동유체 사이클의 작동에 따라 상변화가 발생할 수 있다. 예컨대, 폐열회수시스템의 랭킨사이클의 흡기 보일러(air boiler), 리큐퍼레이터 등에서는 작동유체는 액체 상태(liquid phase)로만 존재하며, EGR가스 보일러, 배기가스 보일러, 배관 등에서는 액체 상태(liquid phase) 및 기체 상태(vapor phase)가 혼재할 수 있다.
이에 따라 저장탱크의 저장용량은 항상 액체 상태로 존재하는 작동유체의 고정용량과 상변화에 의해 가변되는 작동유체의 가변용량을 합한 값일 수 있다.
하지만, 저장탱크 내에서 고정용량이 차지하는 비중이 매우 큰 편이므로, 작동유체 사이클의 작동여부에 상관없이 저장탱크의 체적이 커져야 하고, 이로 인해 작동유체사이클의 설치공간이 많이 소요될 수 있다.
또한, 작동유체의 종류에 따라 저장탱크는 내압용기로 설계될 필요가 있으므로 저장탱크의 중량이 과도해질 수도 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 가변용량의 비중이 큰 응축기를 저장탱크의 내부에 배치함으로써 저장탱크의 체적 및 중량 등을 감소시킬 수 있는 응축기 일체형 저장탱크를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 응축기 일체형 저장탱크는,
액상 작동유체를 저장하는 저장공간을 가진 탱크 바디(tank body); 및
상기 탱크 바디의 내부에 설치된 응축기 코어(condenser core)를 포함할 수 있다.
상기 응축기 코어는 상기 탱크 바디의 저장공간 상부 영역에 설치될 수 있다.
상기 탱크 바디의 저장공간에는 상기 응축기 코어를 지지하는 지지플레이트가 마련될 수 있다.
상기 탱크 바디에는 수위를 검출하는 수위센서가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 응축기 일체형 저장탱크는,
액상 작동유체를 저장하는 저장공간을 가진 탱크 바디;
상기 탱크 바디에 설치된 헤더; 및
상기 헤더에 연결되고, 상기 탱크 바디의 내부에 설치되는 응축기 코어;를 포함할 수 있다.
상기 응축기 코어는 냉각유체가 순환하는 냉각유체 통로를 가진 복수의 코어 엘리먼트를 포함하고,
상기 복수의 코어 엘리먼트는 일정간격으로 이격됨으로써 인접한 코어 엘리먼트를 사이에는 작동유체 통로가 형성될 수 있다.
상기 헤더는 상기 코어 엘리먼트의 냉각유체 통로의 입구와 소통되게 연결되는 냉각유체 입구매니폴드와, 상기 코어 엘리먼트의 냉각유체 통로의 출구와 소통되게 연결되는 냉각유체 출구매니폴드와, 상기 작동유체 통로와 소통되게 연결되는 작동유체 입구매니폴드를 가질 수 있다.
상기 코어 엘리먼트는 서로 대향하는(opposing) 한 쌍의 하프셀을 포함하고, 각 하프셀에는 냉각유체 통로를 형성하기 위한 홈부가 형성될 수 있다.
상기 탱크 바디는 상기 응축기 코어가 삽입되는 개구를 가질 수 있다.
상기 헤더는 상기 탱크 바디의 개구를 밀봉적으로 폐쇄할 수 있다.
상기 작동유체 입구매니폴드의 내부에는 작동유체 분배챔버(working fluid distribution chamber)가 형성되고, 상기 작동유체 분배챔버는 상기 작동유체 통로와 소통할 수 있다.
상기 헤더는 상기 작동유체 분배챔버와 소통하는 복수의 소통틈새(communication aperture)를 가지고, 각 소통틈새는 각 작동유체 통로와 개별적으로 소통할 수 있다.
상기 냉각유체 입구매니폴드의 내부에는 냉각유체 입구챔버가 형성되고, 상기 냉각유체 입구챔버는 상기 코어 엘리먼트의 입구와 소통할 수 있다.
상기 냉각유체 출구매니폴드의 내부에는 냉각유체 출구챔버가 형성되고, 상기 냉각유체 출구챔버는 상기 코어 엘리먼트의 출구와 소통할 수 있다.
상기 코어 엘리먼트들의 상단 및 하단이 상기 탱크 바디에 결합되며, 상기 코어 엘리먼트들의 길이방향 일단이 상기 헤더에 결합될 수 있다.
상기 코어 엘리먼트들의 길이방향 타단은 지지부재에 결합되고, 상기 지지부재는 상기 탱크 바디의 폭방향으로 연장되며, 상기 지지부재의 양단은 상기 탱크 바디에 결합될 수 있다.
본 발명에 의하면, 응축기를 저장탱크의 내부에 배치함으로써 저장탱크의 용량 및 중량 등을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 설치공간을 컴팩트하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 응축기 일체형 저장탱크를 도시한 구성도이다.
도 2는 유체사이클의 작동 전에 액상 작동유체가 저장탱크에 저장된 상태를 예시한 도면이다.
도 3은 유체사이클의 작동 도중에 액상 작동유체가 저장탱크에 저장된 상태를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 응축기 일체형 저장탱크를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 응축기 일체형 저장탱크에서 분리된 응축기 코어를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 응축기 코어에서 분리된 헤더를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 응축기 코어의 코어 엘리먼트를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 응축기 코어의 코어 엘리먼트를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 응축기 코어의 코어 엘리먼트의 일측 하프셀을 예시한 사시도이다.
도 10는 도 7의 다른 실시예에 따른 코어 엘리먼트를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 응축기 일체형 저장탱크를 도시한 측단면도이다.
도 12은 도 11의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.
도 13는 도 12의 B-B선을 따라 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 응축기 일체형 저장탱크가 폐열회수시스템의 랭킨사이클에 적용된 구조를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 응축기 일체형 저장탱크가 냉매사이클에 적용된 구조를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 응축기 일체형 저장탱크(10)는 탱크 바디(11, tank body) 및 탱크 바디(11)의 내부에 설치된 응축기 코어(30, condenser core)를 포함할 수 있다.
탱크 바디(11)는 액상 작동유체(liquid phase working fluid)를 저장하는 저장공간(12)과, 작동유체가 유입되는 입구포트(13, inlet port)와, 작동유체가 배출되는 출구포트(14, outlet port)를 가질 수 있다.
탱크 바디(11)의 입구포트(13)의 상류측(upstream side of inlet port)에 체크밸브(15)가 설치될 수 있고, 체크밸브(15)에 의해 역류가 방지될 수 있다.
탱크 바디(11)의 출구포트(14)의 하류측(downstream side of outlet port)에는 펌프(16)가 설치될 수 있고, 펌프(16)에 의해 저장탱크(11) 내의 액상 작동유체가 펌핑될 수 있다.
탱크 바디(11)의 내부 또는 외부에는 수위를 검출하는 수위센서(18)가 설치될 수 있다. 작동유체사이클의 작동여부, 작동상태 등에 따라 수위센서(18)에 의해 측정된 액상 작동유체의 수위를 전체적으로 모니터링할 수 있다.
탱크 바디(11)의 내부에는 응축기 코어(30)가 설치될 수 있고, 응축기 코어(30)는 저장공간(12)의 상부영역에 설치될 수 있다. 응축기 코어(30)에는 작동유체를 응축하기 위한 냉각유체가 순환하는 냉각유체 통로(35)가 형성될 수 있다.
탱크 바디(11)의 저장공간(12)에는 응축기 코어(30)를 지지하는 지지플레이트(17, support plate)가 마련될 수 있다. 지지플레이트(17)는 탱크 바디(11)의 길이 보다 짧은 길이로 이루어질 수 있다.
이러한 구성에 의해, 입구포트(13)를 통해 기상 작동유체(vapor phase working fluid)가 탱크 바디(11) 내로 유입되면 기상 작동유체는 응축기 코어(30)에 의해 냉각되어 액상 작동유체로 응축되고, 응축된 액상 작동유체는 탱크 바디(11) 내의 저장공간(12)에 저장될 수 있다. 저장공간(12)에 저장된 액상 작동유체는 펌프(16)의 작동에 의해 출구포트(14)에서 배출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 입구포트(13)는 탱크 바디(11)의 상단에 배치될 수 있고, 출구포트(14)는 탱크 바디(11)의 하단에 배치될 수 있다. 이에 따라 입구포트(13)를 통해 유입된 기상 작동유체(vapor phase working fluid)가 응축기 코어(30)에 의해 액상 작동유체(liquid phase working fluid)로 응축되면 액상 작동유체는 자중으로 인해 자연스럽게 탱크 바디(11)의 하부로 흘러내릴 수 있다.
작동유체사이클의 작동 전에는 도 2에 예시된 바와 같이, 액상 작동유체의 수위(a)가 탱크 바디(11)의 저장공간(12) 상부 즉, 응축기 코어(30)가 배치된 부분까지 저장될 수 있다.
그리고, 작동유체사이클이 작동하는 경우에는, 도 3에 예시된 바와 같이, 펌프(16)의 작동에 의해 액상 작동유체가 펌핑되어 유체의 수위(b)가 내려가고, 이에 응축기 코어(30)는 액상의 작동유체와 접촉하는 영역이 줄어들거나 최소화될 수 있고, 이에 응축기 코어(30)는 탱크 바디(11) 내로 유입되는 기상 작동액체를 효과적으로 응축시킬 수 있다. 예컨대, 작동유체사이클 내에서 작동유체의 순환유량이 커질수록 탱크 바디(11)의 저장공간(12)에 저장되는 액상 작동유체의 유량이 줄어들고, 이에 응축기 코어(30) 및 액상 작동유체의 비접촉하는 영역이 증가함으로써 필요로 하는 응축성능을 맞출 수 있다.
한편, 종래기술에 따르면, 응축기와 저장탱크가 서로 독립적으로 배치됨에 따라 그 설치공간이 많이 소요되지만, 본 발명의 실시예에 따르면 응축기 코어(30)가 저장탱크(10)의 탱크 바디(11) 내에 배치됨에 따라 그 설치공간이 보다 컴팩트해질 뿐만 아니라 중량을 감소할 수 있다.
또한, 종래기술에 따르면, 응축기에서 작동유체가 충분히 냉각되지 못한 기상의 작동유체가 저장탱크 내로 유입될 수 있고, 이로 인해 기상의 작동유체가 펌프의 내부로 유입되어 캐비테이션에 의해 펌프가 파손될 수 있었다.
이에 반해, 본 발명의 실시예는 저장탱크(10)의 상부공간에 응축기 코어(30)가 배치되고, 입구포트(13)가 탱크 바디(11)의 상단에 배치되며, 출구포트(14)가 탱크 바디(11)의 하단에 배치됨에 따라 기상과 액상의 비중 차이에 의해 기상 작동유체가 출구포트(14)로 바로 배출될 수 없으므로 기상 작동유체가 펌프로 직접적으로 유입됨이 확실하게 방지될 수 있다.
도 4 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 응축기 일체형 저장탱크(10)는 탱크 바디(11)와, 탱크 바디(11)의 일측에 설치된 헤더(20)와, 탱크 바디(11)의 내부에 설치되는 응축기 코어(30)를 포함할 수 있다.
탱크 바디(11)는 체결구 또는 용접 등을 통해 상호 조립되는 상부 바디(11a) 및 하부 바디(11b)를 포함할 수 있다.
상부 바디(11a)의 내부에는 지지플레이트(17)가 수평방향으로 설치되고, 지지플레이트(17)에는 응축기 코어(30)가 지지될 수 있다.
지지플레이트(17)의 자유단(free end)와 상부 바디(11a)의 내면이 수평방향으로 이격될 수 있고, 이에 지지플레이트(17)의 자유단과 상부 바디(11a)의 내면 사이에는 틈새(aperture, 17a)가 형성될 수 있으며, 이러한 개구(17a)를 통해 응축기 코어(30)에 의해 응축된 작동유체가 하부 바디(11b) 측으로 원활하게 흘러내려갈 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상부 바디(11a)의 일측에는 개구(19, opening)가 형성되고, 이러한 개구(19)를 통해 응축기 코어(30)가 삽입되어 탱크 바디(11)의 내부에 설치될 수 있다. 상부 바디(11a)의 개구(19)에는 헤더(20, header)가 밀봉적으로 설치될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 헤더(20)는 작동유체 입구매니폴드(21, working fluid inlet manifold)와, 냉각유체 입구매니폴드(22, coolant inlet manifold)와, 냉각유체 출구매니폴드(23, coolant outlet manifold)와, 응축기 코어(30)가 결합되는 후방 단부벽(25, back end wall)을 포함할 수 있다.
헤더(20)의 전방부(front portion)에는 작동유체 입구매니폴드(21), 냉각유체 입구매니폴드(22) 및 냉각유체 출구매니폴드(23)가 형성될 수 있고, 헤더(20)의 후방부(back portion)에는 후방 단부벽(25)이 형성되며, 후방 단부벽(25)은 탱크 바디(11)의 개구(19)를 밀봉적으로 폐쇄할 수 있다.
작동유체 입구매니폴드(21)의 단부에는 유체가 유입되는 입구포트(13)가 형성되고, 작동유체 입구매니폴드(21)의 내부에는 입구포트(13)와 소통하는 작동유체 분배챔버(41, working fluid distribution chamber)가 형성될 수 있다. 이와 같이, 작동유체 분배챔버(41)가 냉각유체 입구매니폴드(22) 및 냉각유체 출구매니폴드(23)와 함께 헤더(20)에 제공됨에 따라 기상 작동유체(vapor phase working fluid)는 헤더(20)의 냉각유체 입구매니폴드(22)로 유입되는 냉각유체에 의해 예비적으로 냉각될 수 있으므로 기상 작동유체의 응축효율이 향상될 수 있다.
작동유체 입구매니폴드(21)의 일측에는 회수포트(46)가 형성될 수 있고, 회수포트(46)는 작동유체 분배챔버(41)와 소통할 수 있다. 이러한 회수포트(46)는 안전 등의 이유로 작동유체사이클의 다른 구성요소(증발기, 보일러 등)로부터 작동유체를 저장탱크(10) 내로 회수하고자 할 때 이용될 수 있다. 예컨대, 안전 상의 이유로 보일러(랭킨사이클)의 고온 작동유체 또는 증발기(냉매사이클)의 고온 냉매를 저장탱크로 회수하여야 할 경우가 있다. 한편, 종래기술에 따르면 고온의 작동유체가 저장탱크로 회수되면 고온 작동유체로 인해 저장탱크 내의 온도가 상승할 수 있고, 이에 따라 저장탱크 내의 압력이 상승할 수 있으므로 저장탱크가 파손될 우려가 높다. 반면에, 본 발명은 회수포트(46)가 작동유체 입구매니폴드(21)의 일측에 형성됨에 따라 고온의 작동유체가 저장탱크(10)로 회수될 때 응축기 코어(30)의 냉각유체 입구매니폴드(22)로 유입되는 냉각유체에 의해 예비적으로 냉각될 수 있으므로 저장탱크 내의 온도 및 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 후방 단부벽(25)은 헤더(20)의 후방부(back portion)에 형성되고, 후방 단부벽(25)은 상부 바디(11a)의 개구(19)를 폐쇄할 수 있다. 헤더(20)의 후방 단부벽(25)에는 작동유체 분배챔버(41)와 소통하는 복수의 소통틈새(47, communication aperture)가 형성될 수 있고, 복수의 소통틈새(47)는 수평방향을 따라 일정간격으로 이격될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각 소통틈새(47)는 후방 단부벽(25)에서 수직방향으로 길게 연장될 수 있고, 각 소통틈새(47)는 코어 엘리먼트(31)들 사이에 형성된 작동유체 통로(55)와 개별적으로 소통하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 입구포트(13)를 통해 유입된 기상의 작동유체는 작동유체 분배챔버(41)를 통해 복수의 소통틈새(47)로 분배된 후에 복수의 작동유체 통로(55)를 통과할 수 있다.
도 6 및 도 12에 도시된 바와 같이, 후방 단부벽(25)에는 복수의 소통틈새(47)가 일정간격으로 이격됨에 따라 복수의 소통틈새(47)들 사이에는 복수의 리브(49)가 형성될 수 있다. 복수의 리브(49)는 수직방향으로 연장될 수 있다. 복수의 리브(49)에는 복수의 끼움홈(48)이 개별적으로 형성될 수 있고, 이에 도 12와 같이 복수의 끼움홈(48)과 복수의 소통틈새(47)가 교대로 형성될 수 있다. 복수의 끼움홈(48)에는 복수의 코어 엘리먼트(31)가 개별적으로 결합될 수 있다. 각 끼움홈(48)은 수직방향으로 길게 연장될 수 있고, 복수의 끼움홈(48)은 수평방향을 따라 일정간격으로 이격될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 냉각유체 입구매니폴드(22)의 단부에는 냉각유체가 유입되는 입구포트(22a)가 형성될 수 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 냉각유체 입구매니폴드(22)의 내부에는 입구포트(22a)와 소통하는 냉각유체 입구챔버(42)가 형성될 수 있다. 후방 단부벽(25)에는 도 6 및 도 11에 도시된 바와 같이, 냉각유체 입구챔버(42)와 소통하는 복수의 소통공(44)이 형성될 수 있다. 이에, 입구포트(22a)를 통해 유입되는 냉각유체는 냉각유체 입구챔버(42)를 통해 복수의 소통공(44) 측으로 분배된 후에, 후술하는 코어엘리먼트(31)의 입구(36)로 유입될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 냉각유체 출구매니폴드(23)의 단부에는 냉각유체가 배출되는 출구포트(23a)가 형성될 수 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 냉각유체 출구매니폴드(23)의 내부에는 출구포트(23a)와 소통하는 냉각유체 출구챔버(43)가 형성될 수 있다. 후방 단부벽(25)에는 도 6 및 도 11에 도시된 바와 같이, 냉각유체 출구챔버(43)와 소통하는 복수의 소통공(45)이 형성될 수 있다.
이에, 냉각유체는 후술하는 코어 엘리먼트(31)의 출구(37)에서 복수의 소통공(45)로 배출된 냉각유체는 냉각유체 출구챔버(43)에서 합류된 후에 출구포트(23a)를 통해 배출될 수 있다.
응축기 코어(30)는 헤더(20)에 연결되고, 이에 냉각유체는 응축기 코어(30)의 내부를 순환할 수 있다.
응축기 코어(30)는 헤더(20)에 연결되는 복수의 코어 엘리먼트(31, core element)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 복수의 코어 엘리먼트(31)는 유체를 냉각하여 응축하는 냉각유체가 순환하는 냉각유체 통로(35)를 포함할 수 있다. 냉각유체 통로(35)는 구불러진 경로(serpentine or reversing path)를 형성할 수 있고, 이에 열교환접촉면적을 넓혀 열교환성능을 향상시킬 수 있다. 냉각유체 통로(35)는 냉각유체 입구매니폴드(22)의 소통공(44)과 소통하는 입구(36) 및 냉각유체 출구매니폴드(23)의 소통공(43)과 소통하는 출구(37)를 가질 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 냉각유체 통로(35)의 입구(36)는 연결구(36a, connection piece)를 통해 냉각유체 입구챔버(42)의 소통공(44)과 소통하도록 연결될 수 있다. 냉각유체 통로(35)의 출구(37)는 연결구(37a, connection piece)를 통해 냉각유체 출구챔버(43)의 소통공(45)과 소통하도록 연결될 수 있다.
복수의 코어 엘리먼트(31)는 일정 간격으로 이격됨으로써 인접한 코어 엘리먼트(31)들 사이에는 작동유체가 통과하는 작동유체 통로(55)가 형성될 수 있고, 입구포트(13)를 통해 유입되는 작동유체는 코어 엘리먼트(31)들 사이의 작동유체 통로(55)를 통과할 때, 냉각유체 통로(35)를 통과하는 냉각유체에 의해 냉각될 수 있고, 이를 통해 작동유체는 기상에서 액상으로 변환될 수 있다(응축).
도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이 코어 엘리먼트(31)들 사이의 작동유체 통로(55)에는 복수의 배플(51)이 개재될 수 있다. 이러한 배플(51)은 코어 엘리먼트(31)들이 내압 및 열변형 등으로 인해 비틀리거나 변형됨을 방지할 수 있다. 도 10과 같이 측방향에서 바라볼 때 복수의 배플(51)은 지그 재그 방식으로 배치될 수 있고, 이를 통해 작동유체가 지그재그 방향으로 흘러감으로써 그 응축효율이 향상될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 코어 엘리먼트(31)는 서로 대향하는(opposing) 한 쌍의 하프셀(32, 33)을 포함할 수 있고, 한 쌍의 하프셀(32, 33)은 용접 등을 통해 함께 결합(joint together)될 수 있다. 각 하프셀(32, 33)에는 냉각유체 통로(35)를 형성하기 위한 홈부(34)가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각유체 통로(35)는 원형 단면으로 이루어질 수 있고, 이에 냉각유체 통로(35)의 내압성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각유체 통로(35) 중에서 일부의 냉각유체 통로(35a)는 납작한 직사각형 단면(flat rectanglur cross-section)으로 이루어질 수 있고, 직사각형 단면은 라운드진 모서리(corner rounded)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 9와 같이 냉각유체 통로(35)가 형성된 부분의 외면에는 일정 형상의 비드(39)가 형성될 수 있고, 이에 열교환성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
코어 엘리먼트(31)의 길이방향 일단에는 끼움돌기(38)가 형성될 수 있고, 코어 엘리먼트(31)의 끼움돌기(38)는 헤더(20)의 끼움홈(48)에 끼움결합될 수 있다. 이를 통해 복수의 코어 엘리먼트(31)는 수평방향을 따라 일정간격으로 이격됨에 따라 코어 엘리먼트(31)들 사이의 유체통로(55)를 일정하게 유지할 수 있다.
도 11 및 도 13에 도시된 바와 같이, 코어 엘리먼트(31)의 상단 가장자리(31a)가 상부 바디(11a)에 결합될 수 있다. 상부 바디(11a)의 천정면에는 복수의 제1홈(61)이 형성될 수 있고, 제1홈(61)은 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 이에 의해, 코어 엘리먼트(31)의 상단 가장자리(31a)가 제1홈(61)에 끼움결합될 수 있다.
도 11 및 도 13에 도시된 바와 같이, 코어 엘리먼트(31)의 하단 가장자리(31b)가 지지플레이트(17)에 분리가능하게 결합될 수 있다. 지지플레이트(17)의 상면에는 복수의 제2홈(62)이 형성될 수 있고, 제2홈(62)은 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 이에 의해 코어 엘리먼트(31)의 하단은 제2홈(62)에 끼움결합될 수 있다.
이와 같이, 코어 엘리먼트(31)의 길이방향 일단이 헤더(20)에 결합되고, 코어 엘리먼트(31)의 상단은 상부 바디(11a)에 결합되며, 코어 엘리먼트(31)의 하단이 지지플레이트(17)에 결합됨으로써 탱크 바디(11) 내에 매우 안정되게 설치될 수 있다.
그리고, 코어 엘리먼트(31)들의 길이방향 타단은 지지부재(58)에 의해 지지될 수 있다. 지지부재(58)는 상부 바디(11a)의 폭방향으로 가로질러 연장되고, 지지부재(58)는 코어 엘리먼트(31)들의 타단을 폭방향으로 연결하도록 구성될 수 있다.
지지부재(58)는 일정 간격으로 이격된 복수의 홈부(58c)를 가질 수 있고, ㅈ지지부재(58)의 홈부(58c)들의 간격은 코어 엘리먼트(31)들의 간격과 동일하게 형성될 수 있다.
지지부재(58)의 홈부(58c)에 각 코어 엘리먼트(31)의 타단 가장자리(31c)가 끼움결합됨으로써 코어 엘리먼트(31)들의 타단 가장자리(31c)가 지지부재(58)에 의해 폭방향으로 서로 연결될 수 있다.
지지부재(58)의 양단은 상부 바디(11a)의 양 내측면에 분리가능하게 결합될 수 있고, 이를 통해 코어 엘리먼트(31)들의 타단이 지지부재(58)를 통해 탱크 바디(11)의 상부 바디(11a)에 안정되게 지지될 수 있다.
이를 구체적으로 살펴보면, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 상부 바디(11a)의 내측면에는 제3홈(63)가 형성될 수 있고, 제3홈(63)은 길이방향으로 연장되게 형성될 수 있다. 그리고, 지지부재(58)의 양단에는 끼움부(59)가 형성될 수 있으며, 지지부재(58)의 끼움부(59)가 상부 바디(11a)의 제3홈(63)에 끼움결합될 수 있다.
각 코어 엘리먼트(31)의 상단 및 하단이 탱크 바디(11)의 상부 바디(11a) 및 지지플레이트(17)에 결합되고, 각 코어 엘리먼트(31)의 길이방향 일단은 헤더(20)에 결합되며, 각 코어 엘리먼트(31)의 길이방향 타단은 지지부재(58)에 의해 지지됨으로써 각 코어 엘리먼트(31)는 그 상단 및 하단, 길이방향 양단 등이 탱크 바디(11)에 견고하게 지지될 수 있고, 이를 통해 코어 엘리먼트(31)는 진동, 내압, 열변형 등에 대해 안정적으로 지지되어 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 코어 엘리먼트(31)의 상단 가장자리(31a) 및 하단 가장자리(31b), 지지부재(58) 등이 탱크 바디(11)에 분리가능하게 결합됨으로써 코어엘리먼트(31)가 탱크 바디(11)에 대해 분리 및 조립이 용이하고, 이를 통해 탱크 바디(11)의 내부공간 및 응축기 코어(30)의 코어엘리먼트(31)들에 대한 세척이 매우 용이한 장점이 있다.
그리고, 코어 엘리먼트(31)들은 적어도 2이상의 탄성부재(65)에 의해 탄성적으로 지지될 수 있다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 탱크 바디(11)의 상부 바디(11a)의 내측면에는 적어도 2이상의 탄성부재(65)가 대칭적으로 설치될 수 있고, 각 탄성부재(65)는 길이방향으로 연장된 판스프링 구조로 이루어져 코어 엘리먼트(31)들을 양측방향에서 탄성적으로 지지할 수 있다. 이러한 탄성부재(65)들에 의해 복수의 코어엘리먼트(31)는 내압, 진동, 열변형 등에 대해 보다 안정적으로 지지될 수 있다.
도 14는 본 발명에 의한 응축기 일체형 저장탱크(10)가 차량용 폐열회수시스템의 랭킨사이클(50)에 적용된 구조를 도시한 도면이다.
도 14의 실시예에 따르면 응축기 일체형 저장탱크(10)는 폐열회수시스템의 랭킨사이클(50)에 적용될 수 있다.
도 14를 참조하면, 랭킨사이클(50)은 작동유체가 순환하는 순환경로(51)를 포함하고, 순환경로(51)에는 엔진의 폐열(배기가스의 열 및/또는 EGR가스의 열)에 의해 작동유체를 가열 및 증발시키는 보일러(53)와, 보일로(53)로부터 공급받은 작동유체를 팽창시켜 회전에너지를 생성하는 팽창기(54)와, 팽창기(54)에서 토출된 작동유체를 응축시키는 응축기 코어(30)와, 응축기 코어(30)에 의해 응축된 작동유체를 저장하는 저장탱크(10)와, 저장탱크(10)의 하류 측에 설치되어 작동유체를 순환시키는 펌프(16) 등이 설치될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 응축기 코어(30)에 의해 응축된 액상 작동유체가 저장탱크(10)에 저장되고, 펌프(16)의 펌핑작동에 의해 액상 작동유체가 보일러(53)로 공급될 수 있다.
도 15는 본 발명에 의한 응축기 일체형 저장탱크(10)가 펌프를 가진 냉매사이클(60)에 적용된 구조를 도시한 도면이다.
도 15의 실시예에 따르면 응축기 일체형 저장탱크(10)는 냉매사이클(60)에 적용될 수 있다.
도 15를 참조하면, 냉매사이클(60)은 냉매가 순환하는 순환경로(61)를 포함하고, 순환경로(61)에는 냉매를 가열 및 증발시키는 증발기(63)와, 증발기(63)로부터 공급받은 냉매를 압축시키는 압축기(64)와, 압축기(64)에서 토출된 냉매를 응축시키는 응축기 코어(30)와, 응축기 코어(30)에서 응축된 냉매를 저장하는 저장탱크(10)와, 저장탱크(10)의 하류 측에 설치되어 냉매를 순환시키는 펌프(16) 등이 설치될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 응축기 코어(100)에 의해 응축된 액상 냉매가 저장탱크(10)에 저장되고, 펌프(5)의 펌핑작동에 의해 액상 냉매가 증발기(63)로 공급될 수 있다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
10: 응축기 일체형 저장탱크 11: 탱크 바디
12: 저장공간 15: 체크밸브
16: 펌프 16a: 모터
17: 지지부 18: 수위센서
20: 헤더 21: 작동유체 입구매니폴드
22: 냉각유체 입구매니폴드 23: 냉각유체 출구매니폴드
25: 후방 단부벽 30: 응축기 코어
31: 코어 엘리먼트 32, 33: 하프셀
35: 냉각유체 통로 36: 입구
37: 출구 38: 끼움돌기
41: 작동유체 분배챔버 42: 냉각유체 입구챔버
43: 냉각유체 출구챔버 46: 회수포트
47: 소통틈새 48: 끼움홈
49: 리브 51: 배플
55: 작동유체 통로 58: 지지부재
61: 제1홈 62: 제2홈
63: 제3홈 65: 탄성부재

Claims (16)

  1. 액상 작동유체를 저장하는 저장공간을 가진 탱크 바디(tank body); 및
    상기 탱크 바디의 내부에 설치된 응축기 코어(condenser core);를 포함하는 응축기 일체형 저장탱크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축기 코어는 상기 탱크 바디의 저장공간 상부 영역에 설치되는 응축기 일체형 저장탱크.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 탱크 바디의 저장공간에는 상기 응축기 코어를 지지하는 지지플레이트가 마련되는 응축기 일체형 저장탱크.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 탱크 바디에는 수위를 검출하는 수위센서가 설치되는 응축기 일체형 저장탱크.
  5. 액상 작동유체를 저장하는 저장공간을 가진 탱크 바디;
    상기 탱크 바디에 설치된 헤더; 및
    상기 헤더에 연결되고, 상기 탱크 바디의 내부에 설치되는 응축기 코어;를 포함하는 응축기 일체형 저장탱크
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 응축기 코어는 냉각유체가 순환하는 냉각유체 통로를 가진 복수의 코어 엘리먼트를 포함하고,
    상기 복수의 코어 엘리먼트는 일정간격으로 이격됨으로써 인접한 코어 엘리먼트를 사이에는 작동유체 통로가 형성되는 응축기 일체형 저장탱크.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 헤더는 상기 코어 엘리먼트의 냉각유체 통로의 입구와 소통되게 연결되는 냉각유체 입구매니폴드와, 상기 코어 엘리먼트의 냉각유체 통로의 출구와 소통되게 연결되는 냉각유체 출구매니폴드와, 상기 작동유체 통로와 소통되게 연결되는 작동유체 입구매니폴드를 가지는 응축기 일체형 저장탱크.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 코어 엘리먼트는 서로 대향하는(opposing) 한 쌍의 하프셀을 포함하고, 각 하프셀에는 냉각유체 통로를 형성하기 위한 홈부가 형성되는 응축기 일체형 저장탱크.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 탱크 바디는 상기 응축기 코어가 삽입되는 개구를 가지는 응축기 일체형 저장탱크.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 헤더는 상기 탱크 바디의 개구를 밀봉적으로 폐쇄하는 응축기 일체형 저장탱크.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 작동유체 입구매니폴드의 내부에는 작동유체 분배챔버(working fluid distribution chamber)가 형성되고, 상기 작동유체 분배챔버는 상기 작동유체 통로와 소통하는 응축기 일체형 저장탱크.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 헤더는 상기 작동유체 분배챔버와 소통하는 복수의 소통틈새(communication aperture)를 가지고, 각 소통틈새는 각 작동유체 통로와 개별적으로 소통하도록 구성되는 응축기 일체형 저장탱크.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉각유체 입구매니폴드의 내부에는 냉각유체 입구챔버가 형성되고, 상기 냉각유체 입구챔버는 상기 코어 엘리먼트의 입구와 소통하는 응축기 일체형 저장탱크.
  14. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉각유체 출구매니폴드의 내부에는 냉각유체 출구챔버가 형성되고, 상기 냉각유체 출구챔버는 상기 코어 엘리먼트의 출구와 소통하는 응축기 일체형 저장탱크.
  15. 청구항 5에 있어서,
    상기 코어 엘리먼트들의 상단 및 하단이 상기 탱크 바디에 결합되며, 상기 코어 엘리먼트들의 길이방향 일단이 상기 헤더에 결합되는 응축기 일체형 저장탱크.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 코어 엘리먼트들의 길이방향 타단은 지지부재에 결합되고, 상기 지지부재는 상기 탱크 바디의 폭방향으로 연장되며, 상기 지지부재의 양단은 상기 탱크 바디에 결합되는 응축기 일체형 저장탱크.
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