KR0164643B1 - 열교환기의 열교환구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에 사용되는 열교환기의 핀에 돌출된 스트립을 열전도흐름 방향으로 형성하여 열교환효율의 향상 및 압력손실을 예방하고자 발명한 열교환기의 열교환구조에 관한 것으로, 설정된 간격마다 다수 적층되어 열전도되도록 하는 핀(10)과, 핀(10)에 대하여 직각으로 관통되어 이송되는 냉매가 열교환되도록 하는 전열관(20)으로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 전열관(20)을 중심으로 점차적으로 퍼져가는 등온선의 직각방향으로 휘어져서 열전도흐름방향으로 스트립(11)을 돌출형성하여 열교환기의 열교환구조를 구성한 것이다.

Description

열교환기의 열교환구조

제1도는 종래 열교환기의 일부사시도.

제2도는 열의 전달과정도.

제3도는 전열관이 1열로 설정된 간격마다 배열되어 공기의 흐름이 없을 때의 열 흐름도.

제4도는 제3도의 경우 공기의 흐름이 있을 때의 열흐름도.

제5도는 전열관이 2열로 지그재그로 설정된 간격마다 배열되어 공기의 흐름이 없을 때의 열 흐름도.

제6도는 제5도의 경우 공기의 흐름이 있을 때의 열흐름도.

제7도는 종래 열교환기의 측면도.

제8도는 제7도의 스트립이 돌출된 1개의 핀만을 나타낸 정면도.

제9도는 전열관이 1열로 설정된 간격마다 배열된 본 발명 열교환기의 측면도.

제10도는 전열관이 2열로 지그재그로 설정된 간격마다 배열된 본 발명의 다른 열교환기의 측면도.

제11도 내지 제14도는 스트립의 형상의 실시예를 도시한 본 발명 전열기의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 핀 11 : 스트립

20 : 전열관

본 발명은 공기조화기에 사용되는 열교환기의 핀에 관한 것으로, 특히 핀에 돌출된 스트립을 열전도흐름방향으로 형성하여 열교환효율의 향상 및 압력손실을 예방하고자 발명한 열교환기의 열교환구조에 관한 것이다.

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

이러한 열교환기는 제2도와 같이 전열관(20)에서 핀(10)으로 열이 전달되는 전도현상과, 핀(10)에 공기로 열이 전달되는 대류현상으로 열교환이 이루어지고 있다.

제3도의 경우는, 전열관(20)이 1열로 설정된 간격마다 배열되어 있을 경우 이웃하는 전열관(20)과 상호 완만하게 휘어져서 열전도흐름선(a)이 연결된 상태를 나타낸 것으로, 이때, 공기의 흐름이 없을 경우 열전도흐름선(a)은 전열관(20)을 중심으로 점차적으로 퍼져가는 등온선(b)의 직각방향으로 휘어져서 열전도되며, 공기의 흐름이 있을 경우 제4도와 같이 핀(10)에는 전도와 대류가 동시에 발생하여 공기흐름방향의 후방으로 열전도흐름선(a)이 급격하게 휘어짐을 알 수 있다.

제5도의 경우는, 전열관(20)이 2열로 지그재그로 설정된 간격마다 배열되는 경우 각 전열관(20)의 열전도흐름선(a)이 상술한 바와같이 등온선에 직각방향으로 상호 완만하게 열결되는 동시에 대략 삼각형을 이루면서 연결된 상태를 나타낸 것으로, 이때, 공기의 흐름이 없을 경우 열전도흐름선(a)은 전열관(20)을 중심으로 점차적으로 퍼져가는 등온선(b)의 직각방향으로 완만하게 휘어져서 열전도되며, 공기의 흐름이 있을 경우 제6도와 같이 핀(10)에는 전도와 대류가 동시에 발생하여 공기흐름방향의 후방으로 열전도흐름선(a)이 급격하게 휘어짐을 알 수 있다.

그런데, 종래에는 공기와의 열교환을 촉진하기 위하여 제1도, 제7도 및 제8도와 같이, 각 핀(10)의 면상에 스트립(11)을 절곡하여 돌출되게 하였던 것으로, 즉, 상기 스트립(11)은, 2열로 설정된 간격마다 지그재그로 배열된 전열관(20)사이마다 양측 전열관(20)의 중심선상의 중간으로부터 양측방향(전열관방향)으로 향하여 순차적으로 스트립(11)의 개수를 늘려 일정한 각도로 경사지게 X자형으로 설치하여 기류의 원활한 흐름을 유도하도록 하였다.

또, 전열(첫번째 열)의 스트립부(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 공기로 열이 방출되도록 하는 것이다.

그런데 실제 가정용 공기 조화기의 전방에서 유입되는 공기속도가 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.

그런데 전열관(20)주위의 기류유동을 원활하게 하는 에어펜스역할을 하는 스트립(11)의 양측벽(11a)은 X자형 스트립부(A)(B)로 인해 열교환핀(10)면으로 기류를 낭비하게 되는 문제점이 있었다.

특히, 스트립부(A)의 좌,우측으로부터 유입되는 공기의 흐름을 원활하게 할 수는 있으나, 대부분 스트립부(A)의 전방으로 유입되기 때문에 기류의 충돌로 인한 압력손실이 더욱 증가하게 되는 문제점이 잇다.

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 취약해지며, 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)에서의 열전달성능을 증대시키는 것이 무엇보다도 중요하다.

그러데, 핀(10)의 스트립(11)은 열교환시 대류열전달의 촉진을 위한 목적으로 수직발향으로만 돌출형성되어 있고, 전열관(20)을 중심으로 열전도흐름방향으로 형성되어 있지 않아, 제3도 내지 제6도와 같은 열전도흐름을 스트립(11)이 차단하여 방해하기 때문에 열교환효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 열교환기의 핀에 돌출된 스트립을 열전도흐름방향으로 형성하여 열교환효율의 향상 및 압력손실을 예방하도록 열교환기의 열교환구조를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 설정된 간격마다 다수 적층되어 열전도되도록 하는 핀과, 핀에 대하여 직각으로 관통되어 이송되는 냉매가 열교환되도록 하는 전열관으로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 전열관을 중심으로 점차적으로 퍼져가는 등온선의 직각방향으로 휘어져서 열전도흐름방향으로 스트립을 돌출형성하여 열교환기의 열교환구조를 구성한 것이 본 발명의 기본적인 특징이다.

상기 스트립은 이웃하는 전열관사이는 완만하게 휘어지도록 하고, 전열관의 후방으로는 급격하게 휘어지도록 한다.

상기 스트립은 각각 일체형의 곡선형으로 형성된다.

상기 다른 실시예로써, 스트립은 2개이상으로 세분되도록 한다.

상기 또 다른 실시예로써, 스트립은 2개이상의 직선으로 세분하여 전체적으로 곡선으로 형성되도록 한다.

이하 본 발명을 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

설정된 간격마다 다수 적층되어 열전도되도록 하는 핀(10)과, 핀(10)에 대하여 직각으로 관통하여 이송되는 냉매가 열교환되도록 하는 전열관(20)으로 구성된 열교환기에 있어서,

상기 전열관(20)을 중심으로 점차적으로 퍼져가는 등온선의 직각방향으로 휘어져서 열전도흐름방향으로 스트립(11)을 돌출형성하여 열교환기의 열교환구조를 구성한 것이 본 발명의 기본적인 특징이다.

제9도는 전열관(20)이 1열로 설정된 간격마다 배열되어 있을 경우, 이웃하는 전열관(20)사이에 스크립(11)이 상호 완만하게 휘어진 상태와 후방으로 급격하게 휘어지게 된다.

제10도는 전열관(20)이 2열로 지그재그로 설정된 간격마다 배열되는 경우, 각 전열관(20)의 열전도흐름이 상술한 바와 같이 등온선에 직각방향으로 상호 완만하게 연결되는 동시에 이웃열과 대략 삼각형을 이루면서 연결된다.

상기 스트립(11)은 제9도 및 제 제10도와 같이 각각 일체형의 곡선형으로 형성한다.

상기 다른 실시예로써, 스트립(11)은 제11도 내지 제13도와 같이 전열관(20)이 1열 또는 2열로 배열된 경우 2개이상으로 세분할 수도 있다.

상기 또 다른 실시예로써, 스트립(11)은 제14도와 같이 2열로 배열된 경우 2개 이상의 직선으로 세분하여 전체적으로 곡선으로 형성되도록 할 수도 있다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

압축기는, 전열관(20)내로 흐르는 고온의 냉매는 각 핀(10)에 전달되어 전열관(20)을 중심으로 점차적으로 퍼져나가 자연스럽게 열전도흐름방향으로 열전달되며, 이때 열전도흐름방향으로 돌출형성된 스트립(11)에도 자연스럽게 신속하게 연전달되므로 열의 흐름을 방해하지 않게 되는 것이다.

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

또한, 대류현상으로 인한 열의 흐름을 감안하여 전방측 전열관(20)사이는 공기의 유동방향으로 완만이 휘어져 있고 전열관(20)의 후방은 급격히 휘어져 있으므로 대류현상시 자연스럽게 열교환되는 것이다.

그리고, 제9도 및 제10도와 같이, 1열 또는 2열로 배열된 전열관(20)의 핀(10)에 스트립(11)을 일체형의 곡선형으로 형성하거나, 제11도 내지 제14도와 같이 스트립(11)을 2개 이상으로 세분하여도 자연스럽게 열전도흐름방향으로 열전달되므로 동일한 효과를 얻을 수가 있는 것이다.

제13도는 스트립(11)의 제조상 편의를 위하여 1열과 2열 전열관(20)사이에 있는 스트립(11)을 세분한 것이다.

이와 같이 본 고안은 열교환기의 핀에 돌출된 스트립을 열전도흐름방향으로 형성하여 열교환효율의 향상 및 압력손실을 예방할 수가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 설정된 간격마다 다수 적층되어 열전도되도록 하는 핀과, 핀에 대하여 직각으로 관통되어 이송되는 냉매가 열고환되도록 하는 전열관으로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 전열관을 중심으로 점차적으로 퍼져가는 등온선의 접선에 직교하는 수직선과 같은 방향으로 열전도 흐름선과 평행한 방향으로 휘어져서 공기유동방향으로 일렬로 형성된 전열관의 중심을 연결하여 공기유입 방향에 수직한 중심선을 기준으로 공기유입측인 전면의 공선을 원만하고 후면의 곡선을 급격하게 하여 형상을 비대칭함으로써 공기 유동방향에 따른 열전도흐름방향으로 스트립을 돌출형성한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 스트립은 각각 일체형의 곡선형으로 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 스트립은 1열로 설정된 간격마다 배열된 전열관의 핀에 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 스트립은 2열로 설정된 간격마다 배열된 전열관의 핀에 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
5. 제1항에 있어서, 상기 스트립은 2개 이상으로 세분되도록 한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.
6. 제1항에 있어서, 상기 스트립은 2개 이상의 직선으로 세분하여 전체적으로 곡선으로 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 열교환기의 열교환구조.