KR0155654B1 - 핀 튜브형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기용 핀 튜브형 열교환기에 관한 것으로, 특히 공기조하기, 냉동기 등에 사용되고 있는 유체간의 열의 수수를 간접적으로 행하는 핀 튜브형 열 교환기로, 길이 방향으로 적어도 1열의 전열관 삽입구멍(10a)을 복수 개 가진 판형상핀(1)과 : 상기판형상핀(1)이 일정간격으로 다수 개 평형하게 배열 설치되고, 각판형상판핀(1) 사이를 기류(A)가 흐르도록 형성된 판형상핀군과 ; 상기 판형상핀군과 직교하는 방향으로 상기 판형상핀의 전열관 삽입구멍의 삽입 관통되는 전열관(3)과 ; 상기 각 판형상핀(1)에는 기류(A)와 대면하는 측면부(12)(13)(14)(15)를 개구한 루버형상 절개돌기군(6)(7)(8)(9)과; 상기 루버형상 절개돌기군의 입상부를 서로 상이하게 하거나 동일한 각도를 가지는 기류유입각 (α) 및 유출각(β)과; 상기 전열관(3)의 동일중심선을 구성하는 원호가 부드럽게 접속되어 이루어지는 윤곽선에 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

핀 튜브형 열교환기

제1도 (a)(b)는 종래고안핀 핀 튜브형 열교환기의 구성도.

제2도는 본 실시예 핀 튜브형 열교환기를 나타낸 도.

제3도 (a)(b)는 종래고안과 본 고안의 유속분포도를 나타낸 도.

제4도는 본 고안의 다른 실시예를 나타낸 도.

제5도 (a)(b)는 본 고안의 또 다른 실시예를 나타낸 도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 판형상핀 1' : 핀베이스

2,2' : 핀 칼라 2 : 중심선

3 : 전열관 4a,4b : 사영역

6,7,8,9 : 절개돌기 6a,15b : 입상부

12,13,14,15 : 측면부 16 ~ 23 : 입상부

본 발명은 공기조화기용 핀 튜브형 열교환기에 관한 것으로, 특히 공기 유입측과 공기 유출측의 각도가 서로 상이하거나 동일한 윤곽선 및 전열관 과 동심원을 갖는 원호로 부드럽게 연결된 윤곽선 루버(LOUVER)입상부가 배치되어 생산성을 높임과 동시에, 다수 개의 루버를 더울 조밀하게 배치 할 수 있도록 하여 연전달률을 제고 할 수 있는 핀 튜브형 열교환기에 관한 것이다.

최근 공조기의 소형, 박형에 따라서, 그 구성부품인 핀튜브형 열교환기의 성능향상이 점차 높은 수준으로 요구됨과 아울러 열교환기에서의 입력손실을 낮게하여 소음을 줄이고 또한 금형의 생산성과 열교환기의 생산성 측면에서 더욱 많은 연구가 요구되고 있다.

제1도(a)는 종래 고안의 핀튜브형 열교환기를 나타낸 것으로, 상기 열교환기는 다수개의 핀 베이스(1)와, 이핀 베이스(1)에 교호로 형성되는 핀 칼라(2)와 이 핀 칼라(2)에 연결설치되어 냉매를 순환시키기 위한 전열관(3)으로 구성되며, 상기 핀 칼라(2)와 반대방향에 각각 기류와 대면하는 개구부 (12)(13)(14)(15)를 가짐과 동시에 루버(LOUVER)형상의 절개돌기(6)(7)(8)(9)(10)가 형성된다.

이때, 상기 절개돌기(6)(7)(8)(9)(10)은 제1도 (b)에서 보는 바와 같이 핀 베이스(1)를 기준으로 하여 핀 칼라(2) 쪽으로 각도가 크지 않도록 동일한 방향으로 배치시킨다.

한편, 상기 루버형상의 절개돌기는 제1도(a)에서 보는 바와 같이 각각의 전열관(3)의 중심선을 연결하는 선(2) 방향으로 양단에 핀 베이스(1)와 연결되는 삼각형 형태의 입상부들이 핀 베이스(1)의 양면에 서로 반대방향으로 교호되도록 설치된다.

상기 전열관(3)은 상기 핀형상핀(1)을 삽입관통 후 확장되어 핀 칼라(2)의 내면에 밀착되며, 대략U자 형상으로 형성되고 그 단부는 벤드로 연결된다.

이와 같은 핀튜브형 열교환기에 기류(A)를 흐르게 했을 때 전열관(3)의 후단 기류가 생기지 않는 부분으로서 제1도의 4a,4b와 같은 사영역을 나타낸다.

상기와 같이 구성되는 핀튜브형 열교환기는 제1도에서 나타낸 바와 같이, 핀 베이스 상의 절개돌기가 모두 한 방향으로 향하게 설치되고, 또한 개수가 적기 때문에 전체 열 전달을 향상하기 위하여 상기 루버형상의 절개돌기(6)(7)(8)(9)(10)(11)를 높게 형성함과 동시에, 상기 개구부(12)(13)(14)(15)의 면적을 크게 하였지만, 제1도(b)에 도시된 기류 유입측 최선단 개구부(12) 쪽으로 흐르는 기류 보다 더 많은 기류가 핀 칼라(2) 쪽으로 흐르게 되는데 이때, 나머지 측면부(13)(14)(15)로 흐르는 기류의 흐름이 점차 적어지게되고 또 일부 유속은 루버형상의 절개돌기를 통과하지 않음으로서 전열관(3) 후방에 소용돌이가 발생하여 소음의 원인이 되었다.

따라서, 기류의 방향과 나란한 상기 입상부들로 인하여 전열관(3)의 중심선(2) 전후에서 부터 발생한 사영역(4a)(4b)을 감소시키는 작용이 불가능하였다.

또한 루버형상의 절개돌기의 전체길이에 한계가 있기 때문에 전체의 열전단은 제고하는데 한계가 있으며, 또 출구부에 설치된 루버형상의 동기가 있기 때문에 풍속분포 또는 상기 입상부 부위는 기류(A)의 마찰력에 의해 기류가 교란되어 유속이 느려지고 중앙부위는 상기 루버형상의 절개돌기를 통과한 공기가 후류의 열부 입상부에서 소용돌이를 일으키면서 상기 루버형상의 절개돌기와 직접 접촉하지 못하기 때문에 열교환효율은 낮아지고 상대적으로 유속은 빨라지게 되어 전체 유속의 편차가 커짐에 따라서 소음발생의 원인이 되었다.

따라서, 상기구조로 인하여 기류가 루버형상의 절개돌기부와 효과적으로 접촉하지 못하고 기류A)에 대하여 후방으로 갈수록 절개돌기의 핀 칼라 표면에서는 소용돌이가 형성되고, 반대쪽에서는 기류가 제1루버형상의 절개돌기로 부터 점차 약해져서 마지막열에는 미치지 못하는 경우가 종종 발생하였다.

또한 사영역(4a)(4b)을 제대로 처리하지 못하여 유효 핀 면적의 확대가 어려웠으며, 전반적인 종속분포의 불균일로 소음발생의 직접적인 원인이 되기도 하였다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 전열면적을 늘리는 것에 의해 열전단률을 높이고 루버형상 절개 돌기군에 유입되는 공기와 유출되는 공기가 균일한 종속분포를 이루도록 하여, 전열관 후류로 기류를 모아줌으로서, 후류의 사영역을 감소시키며, 열교환기를 통과하는 공기의 압력손실을 줄임과 동시에, 금형의 가공성 및 생산성을 높이는 데에 있다.

또 다른 목적은 전열관 삽입구멍의 중심선을 기준으로 기류유입각과 기류유출각을 서로 상이하게 하거나 동등하게 하고 이 사이를 전열관과 동심원인 원호로 부드럽게 연결하여 윤곽선에 입상편을 배치하고, 또 상기 전열관 삽입구멍 중심선과 나란하게 상기 입상편에 연이어 루버형상의 절개 돌기군을 다수 개 배치함으로 써, 전열면적을 늘리고 전열관 후류의 사영역을 감소시키며 또 균일한 종속분포를 이루도록하고, 다수의 루버형상 절개 돌기군을 구성함으로서 각각의 절개돌기의 높이를 낮게 구성하는 데에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기위하여, 길이 방향으로 적어도 1열의 전열관 삽입구멍을 복구 개 가진 판형상판과; 상기 판형상핀이 일정간격으로 다수 개 평행하게 배열 설치되고, 각 판형상핀 사이를 기류가 흐르도록 형성된 판형상핀군과; 상기 판형상핀군과 직교하는 방향으로 상기 판형상핀의 전열관 삽입구멍에 삽입 관통되는 전열관과; 상기 각 판형상핀에는 기류와 대면하는 개구부를 갖는 루버형상 절개 돌기군으로 된 열교환기에 있어서, 상기 공기유입측 절개돌기 최초열과 유출측 절개돌기 최종열에 2개의 짧은 절개돌기가 형성되고 이들 사이에 강도보강 및 기류의 유속 균일화를 위한 평탄부가 형성되며, 상기 절기돌기 최초열과 최종열 사이에 다수개의 절개돌기가 연이어 형성되며 상기 절개돌기군의 입상부가 서로 상이하게 하거나 동일한 각도를 가지는 기류유입각 및 유출각의 윤곽선이 상기 전열관의 동일 중심선 상에 형성된 원호를 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 길이방향을 따라 설치된 전열관의 중심선에 대하여 공기유입측 절개돌기군 1,2,3,4열이 공기유출측 절개돌기군 1,2,3,4 열과 서로 반대방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 입상부의 기류유입각 및 유출각이 전열관 삽입구멍의 중심선상에서 서로 상이하게 형성됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부도면에 의하여 구성 및 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도면 중 종래와 같은 명칭 및 형상에는 동일 부호를 붙인다.

본 실시예의 특징적인 루버형상의 절개돌기를 제2도에 의해 설명하면 다음과 같다.

제2도는 다수 개의 루버형상의 절개 돌기군들 중에서 1개만 대표로 나타낸 것으로, 1은 길이 방향으로 적어도 1열의 전열관 삽입구멍을 복수 개 가진 핀 베이스이다.

상기 핀 베이스(1)는 일정간격으로 다수 개 평행하게 배열 설치되고, 동시에 각 핀 베이스(1) 사이를 기류(A)가 흐르도록 판형상핀군으로 이루어진다.

상기 핀 베이스(1)와 직교하는 방향으로 전열관 삽입구멍이 형성되고 이전열관 삽입구멍에 전열관(3)이 삽입 설치된다.

상기 각 핀 베이스(1)에는 기류(A)와 대면하는 개구부(12)(13)(14)(15)를 갖는 루버형상 절개돌기(6)(7)(8)(9)가 설치되는데, 이때, 최초열에 2개의 짧은 절개돌기가 형성되고 이들 사이에 강도보강 및 기류의 유속 균일화를 위한 평탄부(6a)가 형성되며, 상기 루버형상 절개돌기(6)(7)(8)(9)의 입상부(16')~(27')가 서로 상이하게 하거나 동일한 각도를 가지는 기류유입각(α) 및 유출각(β)으로 이루어진다.

예를들면, 입상부들은 기류(A)의 유입각(α)과 유출각(β)이 서로 상이하거나 동일하게 구성하고, 전열관(3)과 동일 중심선을 가지는 원호 선상에 입상부(16')~(27')가 구성되어 있어 전체적인 루버형상의 절개돌기군의 배치면적을 넓힘과 동시에, 상기 기류에 대한 경계층 앞 가장자리 효과를 일으키도록 각각의 루버형상 절개돌기군의 길이를 연장 배치한다.

다음 상기 전열관(3) 삽입구멍의 중심선을 연결하는 선(2)에서 기류(A)에 대하여 상기 전열관(3)과 상기 루버형상의 절개돌기(6)(7)(8)(9)에 균등한 양의 기류를 분포 시킬 수 있도록 유입출 루버형상 절개돌기 (6)(7)(8)(9)의 입상편의 기류 유입각(α)을 부여하고, 상기 루버형상 절개돌기 (6)(7)(8)(9)중 6,7번의 공기유입측 절반은 강도보강 및 길류의 유속균일화를 위해 평탄부(6a)가 형성된다.

예를 들면, 상기 평탄부(6a)는 성형시 성형품의 강도를 유지하는 목적도 있다.

또한 상기 동일방향의 유입측루버형상 절개돌기(6)(7)(8)(9) 다음에는 상기 유입측 루버형상 절개돌기군과 루버의 설치각도가 전열관(3) 삽입구명의 중심선(2)를 기준으로 하여 반대로 설치되고, 또 상기 루버형상 절개돌기군 중 8번의 기류유출측 절반과 12번 루버형상의 절개돌기는 기류유입각(α)과 거의 유사한 각도의 평탄부(13a)를 중심부에 형성한다.

또 상기 평탄부(15a)에서는 열전도에 의하여 전열관(3) 전후로부터의 평균 열전도 거리가 짧아지기 때문에, 핀의효율이 향상하게 된다.

또 서로 상이하거나 동일하게 정해진 기류 유입각(α)이나 기류유출각(β)에 의한 윤곽선과 전열관 중심과 동일한 중심을 갖는 원호의 윤곽선을 따라 배치된 입상편(16)~(27)에 의하여 기류의 전열관(3) 후류로 매끄러운 흐름이 가능하여 사영역(4a)(4b)을 줄이고 유효핀의 외표면적을 증대하는 것이 가능하다.

또 상기 루버형상 절개 돌기군 (6)(7)(8)(9)을 전열관 삽입구머의 중심선(2)을 기준으로 하여 기류유입측 전방에는, 핀 칼라(2') 방향으로 개구부가 배치 됨과 동시에 기류가 유입되고, 상기 유입된 기류(A)는 중앙평탄부(16)를 지나면서 점성력에 의해 핀과 평행한 흐름을 보이다가 상기 전열관 삽입구멍의 중심선(2)의 후방에 대칭으로 배치된 루버형상 절개돌기군 (6)(7)(8)(9) 즉, 상기 핀 칼라(2')의 반대방향에서 유입됨과 동시에 유출되어 전체적인 판상핀과의 접촉면적을 증대하여 전열효율을 상승시키다.

또 초기의 유입출 루버형상 절개돌기 (6)(7)(8)(9)의 개구부에 유입된 기류는 상대적으로 양이 많고 속도도 높아 가장 외측의 유출측 루버형상 절개돌기(9)(12) 사이의 틈새를 통해 유출된다.

또 같은 방법으로 절개돌기(7)(8) 사이를 통과한 적은양의 저속 기류는 상기 전열관 삽입구멍의 중심선(2)을 기준 대칭인 9번과 12번 사이의 틈새를 통해 유출된다.

또 평탄부(6a)는 유입기류의 통과면적을 균일하게 하고 성형품의 강도를 증가 시키는 기능을 한다.

또 제3도(a)는 종래 고안의 유속분포를 나타낸 것이고,(b)는 본 실시 예의 유속분포도를 간략하게 대비하여 나타낸 것이다.

또 제4도는 본 실시예의 판형상핀의 1예를 나타낸 것으로, 기류가 루버형상 절개돌기군을 통고하는 것을 나타낸 것이다.

제5도는 본 실시예의 다른 실시예를 나타낸 것으로, (a)는 기류 유입각 및 유출각이 α β의 관계로 기류 유출각이 크도록 하고, 루버형상 절개돌기군을 기류유입측과 유출측에 바꾸어 구성한 것을 나타낸 것이다.

또 제5도(b)는 α = β로 기류유입각과 기류유출각을 동일하게 하고, 기류속도에 따라 루버형상 절개돌기군을 기류유입측과 유출측에 바꾸어 구성한 것을 나타낸 것이다.

이상과 같이 구성된 핀 튜브형 열교환기는 다음과 같은 효과가 있는 것이다.

첫째, 본 발명 핀 튜브형 열교환기의 기류 유입각은 전열관과 루버형상 절개돌기군에서의 진열량을 고려한 최적의 각도를 구성함으로써, 기류의 유출각을 전열관 후류의 사영역을 최대한 줄여 유효 전열면적을 증대시킬 수가 있다.

둘째, 본 발명 핀 튜브형 열교환기의 기류유입각과 유출각, 그리고 전열관과의 동일 중심선의 원호를 부드럽게 연결한 윤곽선을 따라서 입상편을 설치하여 종래에 비하여 기류가 접촉하는 면적을 늘리므로써, 상기 입상편에 속도를 가진 기류가 최대한 접촉하여 열교환을 할 수 있도록 하였다.

셋째, 본 발명 핀 튜브형 열교환기의 전열관 삽입구멍의 중심선을 기준으로 대칭 형성된 루버형상의 절개돌기군에 의해 각각의 루버형상 절개돌기군사이 틈새를 효과적으로 유통할 수 있도록 통로를 제공하였다.

넷째, 루버형상 절개돌기군을 작게 성형하는 것에 의하여 판형상핀의 표면으로부터 상기 루버형상 절개돌기군의 높이도 낮게 성형할 수 있어 낮은 압력손실을 가지는 제품의 성형이 가능하고 금형의 가공성도 양호하며 생산성을 높일 수가 있다.

Claims (3)

1. 길이 방향으로 적어도 1열의전열관 삽입구멍을 복수 개 가진 판형상핀과; 상기 판형상핀이 일정간격으로 다수 개 평행하게 배열 설치되고, 각 판형상핀 사이를 기류가 흐르도록 형성된 판형상핀군과; 상기 판형상핀군과 직교하는 방향으로 상기 판형상핀의 전열관 삽입구멍에 삽입 관통되는 전열관과; 상기 각 판형상핀에는 기류와 대면하는 개구부를 갖는 루버형상 절개 돌기군으로 된 열교환기에 있어서, 상기 공기유입측 절개돌기군 최초열과 유출측 절개돌기 최종열에 2개의 짧은 절개돌기가 형성되고 이들 사이에 강도보강 및 기류의 유속 균일화를 위한 평탄부가 형성되며, 상기 절개 돌기 최초열과 최종열 사이에 다수개의 절개돌기가 연이어 형성되며 상기 절개돌기군의 입상부가 서로 상이하게 하거나 동일한 각도를 가지는 기류유입각 및 유출각의 윤곽선이 상기 전열관의 동일중심선 상에 형성된 원호를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
2. 제1항에 있어서 상기 길이방향을 따라 설치된 전열관의 중심선에 대하여 공기유입측 절개돌기군 1,2,3,4열이 공기유출측 절개돌기군 1,2,3,4열과 서로 반대방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 입상부의 기류유입각 및 유출각이 전열관 삽입구멍의 중심선 상에서 서로 상이하게 형성됨을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.