KR0130520B1 - 열교환기의 열교환구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에서 1차 열교환을 하는 전열관주위의 공기흐름을 원활히하도록 공기흐름을 다르게 하여 1차 전열성을 높이고, 공기의 흐름의 통과시 난류 촉진과 경계층선단효과 및 2차적인 열교환을 하는 열교환핀의 전도효과를 극대화하여 전열성능을 향상시키고자 발명한 열교환기의 열교환구조에 관한 것으로, 설정된 간격마다 다수 적층되어 열전도되도록 하는 열교환핀(10)과, 열교환핀(10)에 대하여 직각으로 관통되어 이송되는 냉매가 열교환되도록 하는 전열관(20)으로 구성된 열교환기에 있어서, 1차 전열성을 높이도록 하는 에어펜스(12)와, 공기의 흐름의 통과시 난류촉진과 경계층선단효과 및 2 차적인 열교환을 하는 열교환핀(10)의 전도효과를 극대화하여 전열성능을 향상시키도록 에어펜스(12)사이에 설치되는 스트립(11)으로 구성한다.

Description

열교환기의 열교환구조

제1도는 종래 열교환기의 사시도.

제2도는 종래 열교환기의 측면도.

제3도는 제2도의 스트립부의 평단면도.

제4도는 제2도의 전열 스트립부의 요부를 발췌한 정면도.

제5도는 제2도의 후열 스트립부의 요부를 발췌한 정면도.

제6도는 본 발명 열교환기의 측면도.

제7도는 제6도의 평면도.

제8도는 본 발명의 에어펜스를 발췌한 확대단면도.

제9도는 본 발명 다른 실시예로써, 열교환기의 측면도.

제10도는 본 발명 또 다른 실시예로써, 열교환기의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 열교환핀 11 : 스트립

11a : 양측벽 12 : 에어펜스

20 : 전열관

본 발명은 공기조화기에 사용되는 열교환기의 열교환핀에 관한 것으로, 특히 1차 열교환을 하는 전열관주위의 공기흐름을 원활히 하도록 공기흐름을 다르게 하여 1차 전열성을 높이고, 공기의 흐름의 통과시 난류촉진과 경계층선단효과 및 2차적인 열교환을 하는 열교환핀의 전도효과를 극대화하여 전열성능을 향상시키고자 발명한 열교환기의 열교환구조에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 제1도와 같이, 설정된 간격마다 다수 적층되어 열전도 되도록 하는 열교환핀(10)과, 열교환핀(10)에 대하여 직각으로 관통되어 이송되는 냉매가 열교환되도록 하는 전열관(20)으로 구성되어 있다.

이러한 열교환기는 전열관(20)에서 열교환핀(10)으로 열이 전달되는 전도현상과 열교환핀(10)에 공기로 열이 전달되는 대류현상으로 열교환이 이루어지고 있다.

그런데, 종래에는 공기와의 열교환을 촉진하기 위하여 제2도 내지 제5도와 같이, 각 열교환핀(10)의 면상에 전,후방향으로 스트립(11)을 각각 절곡하여 돌출하게 하였다.

상기 스트립(11)은 2열로 설정된 간격마다 지그재그로 배열된 전열관(20)사이 마다 양측 전열관(20)의 중심선상의 중간으로부터 양측방향(전열관방향)으로 향하여 순차적으로 스트립(11)의 갯수를 늘려 일정한 각도로 경사지게 X자형으로 설치하여 기류의 원활한 흐름을 유도하도록 하였다.

또, 전열(첫번째 열)의 스트립(A)와 후열(두번째 열)의 스트립부(B)의 형상을 각각 다르게 구성하였으며, 스트립(11)의 높이는 열교환핀(10)의 칼라높이(h)의 1/2로 돌출되게 형성하였다.

따라서, 열교환기의 열교환은, 고온의 냉매가 흐르는 전열관(20)에서 열교환핀(10)으로 열전도되며, 열교환핀(10)은 그 자체와 다수의 스트립(11)에 열전도된 상태에서 열교환핀(10)과, 열교환핀(10)에 돌출된 스트립(11)내부로 공기가 통과하면서 대류작용에 의하여 공기가 열이 방출되도록 하는 것이다.

그런데 실제 가정용 공기조화기의 전방에서 유입되는 공기 속도가 1.5-1.0m/s이기 때문에 X자형 스트립부(A)(B)를 통과하여 전열관(20)주위로 유입될 때 공기유속을 빠르게 하는 것보다 유입되는 공기양을 증가시키는 것이 보다 효율적이다.

따라서 스트립부(A)의 좌,우측으로부터 유입되는 공기의 흐름을 원활하게 할 수는 있으나, 대부분 스트립부(A)의 전방으로 유입되기 때문에 기류의 충돌로 인한 입력 손실이 더욱 증가하게 되는 문제점이 있다.

또한, X자형 스트립부(A)(B)에 의하여 전열관(20)부분으로 유입되는 기류유입구 면적이 축소되어 유입량이 줄어드므로 1차 열교환을 하는 전열관(20)에서의 열전달 성능이 현저히 낮아지는 문제점이 있었다.

특히, X자형 스트립부(A)(B)는 전열관(20)으로부터 진행하여 1차 열교환을 원활히 수행하는 스트립(11)과, 스트립(11)의 절곡으로 인하여 형성된 절취홈에 의하여 열의 단속부분이 많이 형성되므로 기류의 낭비가 많고 2차적 열교환을 하는 전도효과가 취약해지면, 더욱이 스트립(11)수를 늘리는 것은 기류의 난류촉진이외에 압력손실을 더욱 증대시키는 문제점이 있어 오히려 자체성능을 감소하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 열교환핀(10)은 돌출된 스트립부(A)에 의하여 공기흐름을 차단하는 부분이 많아 자체 압력손실을 항상 가지고 있으므로, 1차 열교환을 하는 전열관(20)에 서의 열전달성능을 증대시키는 것이 무엇보다도 중요하다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로 1차 열교환을 하는 전열관주위의 공기흐름을 원활히 하도록 공기흐름을 다르게 하여 1 차 전열성을 높이고, 공기의 흐름의 통과시 난류촉진과 경계층선단효과 및 2차적인 열교환을 하는 열교환핀의 전도효과를 극대화하여 전열성능을 향상시키도록 열교환기의 열교환구조를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 설정된 간격마다 다수 적층되어 열전도되도록 하는 열교환핀과, 열교환핀에 대하여 직각으로 관통되어 이송되는 냉매가 열교환되도록 하는 전열관으로 구성된 열교환기에 있어서, 1차 열교환을 하는 전열관주위의 공기흐름을 원활히 하도록 공기흐름을 다르게 하여 1차 전열성을 높이도록 하는 에어펜스와, 공기의 흐름의 통과시 난류촉진과 경계층선단효과 및 2차적인 열교환을 하는 열교환핀의 전도효과를 극대화하여 전열성능을 향상시키도록 에어펜스사이에 설치되는 스트립으로 열교환기의 열교환구조를 구성한 것이 본 발명의 기본적인 특징이다.

상기 에어펜스는, 열원의 전열관에서 전달되는 열흐름을 원활하게 하도록 비드형을 절곡돌출한다.

상기 에어펜스는 전열관으로 공기가 많이 유입되도록 하는 입구부와, 전열관주위를 통과한 공기의 유속을 빨리하도록 하여 열교환을 높이도록 하고 전열관 후방에서 발생하는 유동정체를 방지하도록 하는 입구부보다 큰 각도의 출구부로 구성한다.

상기 에어펜스는, 입구부와 출구부를 서로 분리되게 2-3개로 세분하도록 형성하며, 돌출높이는 열교환핀의 칼라높이(h)의 1/2-2/3h의 높이로 돌출되게 한다.

상기 입구부의 각도(θ1)는 0^o θ10^o의 범위내로 하고, 출구부의 각도(θ1)는 30^o θ42^o의 범위내로 형성한다.

상기 에어펜스는 열교환핀의 강도를 높여주는 역할도 한다.

상기 스트립은, 난류믹싱효과와 경계층선단효과의 극대화를 위하여 열교환핀의 양측면에 교호로 설치하는 동시에, 전열관의 사이의 중간부를 기준으로 하여 상호 대칭되게 양측단을 기류방향과 설정된 각도로 형성하여 X자형의 스트립부를 형성한다.

상기 스트립부를 구성하는 각 스트립중에서 전열관의 중심선상에 위치한 스트립의 양측벽은 유입되는 기류흐름방향과 일치되게 직각으로 형성하며, 그 이외의 스트립의 양측벽은 기류가 설정된 각도로 유입되거나 전방에 유입될 때 기류흐름을 원활하게 하는 동시에 기류충돌현을 환화시켜 압력손실을 감소시키도록 에어펜스의 입구부와 출구부의 각도와 동일한 각도로 평행되게 형성한다.

상기 스트립의 돌출높이는 열교환핀의 칼라높이(h)의 1/2 - 2/3h의 높이로 돌출되게 한다.

상기 스트립은 전열관의 중심선상에서 후방으로 가면서 1-3개로 세분한다.

상기 스트립부를 구성하는 스트립의 단수는 5단으로 형성하여 압력손실을 현저하게 감소시키도록 한다.

이하 본 발명을 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면 제6도 내지 제8도는 본 발명의 실시예로써, 설정된 간격마다 다수 적층되어 열전도되도록 하는 열교환핀(10)과, 열교환핀(10)에 대하여 직각으로 관통되어 이송되는 냉매가 열교환되도록 하는 전열관(20)으로 구성된 열교환기에 있어서, 1차 열교환을 하는 전열관(20)주위의 공기흐름을 원활히 하도록 공기흐름을 다르게 하여 1찬 전열성을 높이도록 하는 에어펜스(12)와, 공기의 흐름의 통과시 난류촉진과 경계층선단효과 및 2차적인 열교환을 하는 열교환핀(10)의 전도효과를 극대화하여 전열성능을 향상시키도록 에어펜스(12)사이에 설치되는 스트립(11)으로 열교환기의 열교환구조를 구성한 것이 본 발명의 기본적인 특징이다.

상기 에어펜스(12)는, 열원의 전열관(20)에서 전달되는 열흐름을 원할하게 하도록 비드형을 절곡돌출한다.

상기 에어펜스(12)는, 전열관(20)으로 공기가 많이 유입되도록 하는 입구부(12a)와, 전열관(20)주위를 통과한 공기의 유속을 빨리하도록 하여 열교환을 높이도록 하고 전열관(20)후방에서 발생하는 유동정체를 방지하도록 하는 입구부(12a)보다 큰 각도의 출구부(12b)로 구성한다.

상기 에어펜스(12)는, 입구부(12a)와 출구부(12b)를 서로 분리되게 제6도와 같이 2개로 세분하거나, 제9도 및 제10도와 같이 3개로 세분하도록 형성하며, 돌출높이는 열교환핀(10)의 칼라높이(h)의 1/2 - 2/3h의 높이로 돌출되게 한다.

상기 입구부(12a)의 각도(θ1)는 0^o θd10^o의 범위내로 하고, 출구부(12b)의 각도(θ1)는 30^o θ42^o의 범위내로 형성한다.

상기 에어펜스(12)는 열교환핀(10)의 강도를 높여주는 역할도 한다.

상기 스트립(11)은 난류믹싱효과와 경계층선단효과의 극대화를 위하여 열교환핀(10)의 양측면에 교호로 설치하는 동시에 전열관(20)의 사이의 종간부를 기준으로 하여 상호 대칭되게 양측단을 기류방향과 설정된 각도로 형성하여 X자형의 스트립부(A)를 형성한다.

상기 스트립부(A)를 구성하는 각 스트립(11)중에서 전열관의 중심선상에 위치한 스트립(11')의 양측벽(11a')은 유입되는 기류흐름방향과 일치되게 직각으로 형성하며, 그 이외의 스트립(11'')의 양측벽(11a'')은 기류가 설정된 각도로 유입되거나 전방에 유입될 때 기류흐름을 원활하게 하는 동시에 기류충돌현상을 완화시켜 입력 손실을 감소시키도록 에어펜스(12)의 입구부(12a)와 출구부(12b)의 각도와 동일한 각도로 평행되게 형성한다.

상기 스트립(11)의 돌출높이는 열교환핀(10)의 칼라높이(h)의 1/2 - 2/3h의 높이로 돌출되게 한다.

상기 스트립(11)은 전열관(20)의 중심선상에서 후방으로 가면서 제10도와 같이 1개로 형성하거나, 제6도 및 제9도와 같이 2-3개로 세분한다.

상기 스트립부(A)를 구성하는 스트립(11)의 단수는 5단으로 형성하여 압력손실을 현저하게 감소시키도록 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

압축기는, 전열관(20)내로 흐르는 고온의 냉매는 각 열교환핀(10)에 전달되어 전열관(20)을 중심으로 점차적으로 퍼져나가 자연스럽게 열전도흐름방향으로 열전달되면, 이때 열전도흐름방향으로 돌출형성된 스트립부(A)의 각 스트립(11)과 에어펜스(12)에도 자연스럽고 신속하게 연전달되므로 열의 흐름을 방해하지 않게 되는 것이다.

이때, 설정된 간격으로 적층된 각 열교환핀(10)사이로 통과하게 되는 공기는 각 열교환핀(10)과 스트립(11) 및 에어펜스(12)에 전도된 열과 대류작용에 의하여 열교환이 이루어지게 되는 것이다.

상기 에어펜스(12)는 유입되는 기류흐름을 전열관(20)으로 유도하는 동시에 난류를 촉진시켜 열전달을 증대시키게 된다.

즉, 종래의 스트립형상에 의하여 전열관(20)의 근접주위로 열전달되는 열교환핀(10)의 일부를 단속시켜 일부는 난류믹싱효과, 일부는 전도효과를 이용하는 것과는 달리, 에어펜스(12)는 많은 면이 열교환핀(10)과 일체로 절곡돌출되어 있어 전도효과를 충분히 이용하므로서 전열관(20)의 1차 전열과 열교환핀전도에 의한 2차 전열을 동시에 이루게 되는 것이다.

또, 에어펜스(12)는 입구부(12a)의 각도(θ1)는 0^o θd10^o의 범위내로 형성하여, 전열관(20)으로 공기가 많이 유입되는 것이며, 또 출구부(12b)의 각도(θ1)는 30^o θ42^o의 범위내로 형성하여 전열관(20)주위를 통과한 공기의 유속을 증가시켜 열교환을 높이도록 하고 전열관(20)후방에서 발생하는 유동정체를 방지할 수가 있는 것이다.

따라서 유입되는 기류를 에어펜스(12)의 입구부(12a)와 출구부(12b)에 의하여 전열관(20)주위로 안내하여 주므로 열원인 전열관(20)과의 1차 열교환을 최대로 할 수가 있는 것이며, 또한 스트립(11)의 측벽(11a)을 타고 흐르므로 기류의 흐름이 원활하게 하여 압력손실을 감소시킬 수가 있는 것이다.

즉, 스트립(11)으로 인한 경게층선단효과의 난류효과로 인해 열교환핀(10)면으로 전달된 대류전달효과는 열교환핀(10)면과 에어펜스(12)를 지나 전열관(20)으로 전달되어 열교환효율을 증대시킬 수가 있는 것이다.

또한, 에어펜스(12)를 출구부(12b)에 의하여 기류흐름을 전열관(20)주위로 에워쌓게 되므로 전열관(20)의 후방에서 방생할지도 모르는 유동정체현상을 방지할 수 가 있으며, 중간에 설치한 스트립(11)의 형상은 경계층 선단효과를 극대화할 수가 있는 것이다.

또, 에어펜스(12)의 세분과 스트립(11)의 세분, 그리고 스트립(11)의 단수감소로 압력손실을 현저하게 줄이는 동시에 난류믹싱효과와 경계층선단효과를 극대화하여 열교환율을 높일 수가 있는 것이다.

이와같이 본 발명은 전열관주위의 열교환핀에 에어펜스를 설치하는 동시에 스트립의 구조개선으로 기류를 전열관주위로 안내되게 하여 열전달성능을 향상시킬 수 가 있는 것이다.

Claims (11)

1. 설정된 간격마다 다수 적층되어 열전도되도록 하는 열교환핀과, 열교환핀에 대하여 직각으로 관통되어 이송되는 냉매가 열교환되도록 하는 전열관으로 구성된 열교환기에 있어서, 1차 열교환을 하는 전열관주위의 공기흐름을 원활히 하도록 공기흐름을 다르게 하여 1차 전열성을 높이도록 하는 에어펜스와, 공기의 흐름의 통과시 난류촉진과 경계층선단효과 및 2차적인 열교환을 하는 열교환핀의 전도효과를 극대화하여 전열성능을 향상시키도록 에어펜스사이에 설치되는 스트립으로 구성한 것을 특징을 하는 열교환기의 열교환구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 에어펜스는, 열원의 전열관에서 전달되는 열흐름을 원활하게 하도록 비드형을 절곡돌출한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
3. 제2항에 있어서, 상기 에어펜스는, 전열관으로 공기가 많이 유입되도록 하는 입구부와, 전열관주위를 통과한 공기의 유속을 빨리하도록 하여 열교환을 높이도록 하고 전열관후방에서 발생하는 유동정체를 방지하도록 하는 입구부보다 큰 각도의 출구부로 구성한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
4. 제3항에 있어서, 상기 에어펜스는, 입구부와 출구부를 서로 분리되게 2-3개로 세분하도록 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
5. 제2항에 있어서, 상기 에어펜스의 돌출높이는 열교환핀의 칼라높이(h)의 1/2-2/3h의 높이로 돌출되게 한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
6. 제3항에 있어서, 상기 입구부의 각도(θ1)는 0^o θd10^o의 범위내로 하고, 출구부의 각도(θ1)는 30^o θ42^o의 범위로 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
7. 제1항에 있어서, 상기 스트립은, 난류믹싱효과와 경계층선단효과의 극대화를 위하여 열교환핀의 양측면에 교호로 설치하는 동시에, 전열관의 사이의 중간부를 기준으로 하여 상호 대칭되게 양측단을 기류방향과 설정된 각도로 형성하여 X자형의 스트립부를 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
8. 제6항에 있어서, 상기 스트립부를 구성하는 각 스트립중에서 전열관의 중심선상에 위치한 스트립의 양측벽은 유입되는 기류흐름방향과 일치되게 직각으로 형성하며, 그 이외의 스트립의 양측벽은 기류가 설정된 각도로 유입되거나 전방에 유입될 때 기류흐름을 원활하게 하는 동시에 기류충돌현상을 완화시켜 압력손실을 감소시키도록 에어펜스의 입구부와 출구부의 각도와 동일한 각도로 평행되게 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
9. 제6항에 있어서, 상기 스트립의 돌출높이는 열교환핀의 칼라높이(h)의 1/2- 2/3hdml 높이로 돌출되게 한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
10. 제6항에 있어서, 상기 스트립은 전열관의 중심선상에서 후방으로 가면서 1-3개로 세분한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
11. 제6항에 있어서, 상기 스트립부는 압력손실을 감소시키기 위하여 스트립을 5단으로 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.