KR100202061B1 - 공기조화기용 열교환핀구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기용 열교환핀구조에 관한 것으로, 열교환기의 냉매관에 흐르는 유동저항을 유발시키지 않으면서 열교환핀의 형상을 기하학적으로 변화시켜 열교환핀과 공기와의 접촉면적을 증가시키는 동시에 열교환핀 주위를 흐르는 공기의 유동에 난동을 부가시킴으로서, 열교환핀의 공기와의 열교환효율을 증가시켜 열교환기의 성능을 향상시키면서 아울러 응축수의 흐름성을 향상시켜 열교환기의 부식을 방지할 수 있도록 하며, 상기 열교환기의 성능향상을 달성하기 위한 기술적인 수단으로는 압력강하량의 감소, 열전달 성능 등을 고려한 공기조화용 열교환핀을 구성함에 있어서, 냉매관삽입홀 사이의 핀단면 중간부위로 절결되어 상방향 평행돌출된 2개의 상향평행루버와 절결되어 하방향 평행돌출된 1개의 하향평행루버가 형성되고, 상기 냉매관삽입홀 사이의 핀단면 양단부위로는 외측절결되어 상방향으로 소정각도 경사돌출되어 상기 평행루버 상측부위에 일정간격으로 4개의 상향루버가 상하대칭 형성되어 이루어진다.

Description

공기조화기용 열교환핀구조

제1도는 열교환핀이 설치된 공기조화기의 내부구조도.

제2도는 본 발명 열교환핀의 상세구조를 보인 평면도.

제3도는 제2도의 B-B선 요부상세도.

제4도는 제2도의 A-A선 측단면도.

제5도는 종래의 열교환기에 사용된 열교환핀의 개략적인 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 열교환핀 32 : 상향평행루버

33 : 평행루버의 슬릿 34 : 하향평행루버

35 : 평행루버의 스트립 36 : 상향경사루버

37 : 상향경사루버의 슬릿 38 : 상향경사루버의 스트립

본 발명은 공기조화기용 열교환핀구조에 관한 것으로서, 특히 열교환기의 냉매관 표면에 부착되는 열교환핀의 형상을 기하학적으로 변화시켜 열교환핀과 공기와의 접촉면적을 증가시키는 동시에 열교환핀 주위를 흐르는 공기의 유동에 난동을 부가시킴으로서, 열교환핀의 공기와의 열교환효율을 증가시켜 열교환기의 성능을 향상시키면서 아울러 응축수의 흐름성을 향상시켜 열교환기의 부식을 방지할 수 있도록 한 공기조화용 열교환핀 구조에 관한 것이다.

일반적으로 소형 냉동기 혹은 공기조화기는 제1도에 도시한 것과 같이, 실내유닛내의 전면에 흡입구(12)와 배출구(13)가 설치되며, 상기 흡입구(12)와 배출구(13)에 걸쳐서 유로가이드(14)로 송풍로가 형성되고, 상기 송풍로에서 흡입구(12) 근방에는 열교환기(16)가 설치되며, 상기 실내 열교환기(16)의 아래쪽부분에는 드레인팬(17)이 설치된다.

상기 열교환기(16)는 실외유닛(도시하지 않음)에서의 압축기, 팽창밸브, 실외 열교환기 등과 통하도록 연결되어 P-H선도 싸이클을 구성하게 되며, 또한 상기 송풍로에는 배출구(13)를 향하여 송풍팬(18), 좌우풍향블레이드(19), 상하풍향플랩(20)이 순차적으로 설치된다.

이러한 구성으로 이루어지는 상기 공기조화기는 흡입구(12)를 통하여 흡입된 실내의 공기로부터 열을 빼앗아 이를 냉각시켜 차가운 공기를 다시 실내로 토출시키는 공기조화장치로, 흡입구(12)를 통해 흡입되는 공기가 일정한 두께를 가진 연속적인 핀 군에 원형의 냉매관을 확관시킨 열교환기(16)와 열교환되어 송풍팬(18)에 의해 배출구(13)를 통해 차가운 공기를 토출하게 된다.

상기 열교환기(16)는 공기조화기의 열교환수단으로 제5도에 도시한 것과 같이, 다수의 평행한 연속적인 열교환핀(20)과 냉매 순환통로인 냉매관(22)의 조합으로 이루어져 설치되며, 상기 열교환핀(20)의 표면에 인공적으로 요철을 주어 열교환핀(20)과 공기와의 접촉표면적을 증가시키는 동시에 열교환핀(20) 주위를 흐르는 공기의 유동에 난동을 부가시켜 핀-공기의 열교환 효율을 증가시키는 것이다.

상기 열교환핀(20)의 이론적인 성능은 총합 열전달계수, 관내부 열전달계수, 관벽 전도저항, 총괄 표면효율 및 열전달면적 등에 의해 공기측 열전달계수, 압력강하계수를 필요로 하며, 이때 공기측에 사용되는 열교환핀(20)의 표면은 평평하거나 주름이 있거나 루버드(louverd)된 표면이고, 상기 열교환핀(20)의 표면을 변형시키거나 핀 표면에 요철을 내는 경우는 좀더 복잡한 핀 제작공정이 요구되는 바, 이는 열전달 성능이 증가하더라도 공기측에서의 압력강하가 증가하여 열교환핀(20)의 소비동력을 증가시킬 수도 있게 된다.

한편, 잘 알려져 있듯이 연속적인 표면을 갖는 웨이브핀에 비해 불연속적인 표면을 갖는 루버드핀은, 불연속적으로 이어진 각각의 핀에서 경계층이 성장, 발달, 소멸함으로서 경계층 두께가 상대적으로 얇아져 열전달계수가 증가되며, 전열성능 및 마찰 저항이 연속적인 표면의 경우보다 3~4배 정도 크고, 그 형상이 복잡하여 제작이 어려우면서, 비용이 많이들며, 마모,파손 등이 쉽게 일어날 수 있으면서 이물질에 의한 오염 가능성이 높고, 전열면의 조밀화를 통해 열교환기(16)의 크기를 축소시킬 수 있는 특징이 있다.

즉, 상기 루버드핀은 평면핀이나 웨이브핀에 비해 더 높은 열전달 성능을 가지는 반면에, 더 높은 압력강하를 가지면서 먼지가 많은 환경에서 사용되었을 때에는 쉽게 오염되는 성질이 있으며, 핀에 평행루버(parallel louver, strip)을 내어 만들게 되는데, 이때 핀 표면은 루버의 크기, 형태, 위치에 따라 다르고 루버가 핀 표면 위로 올라간 길이와 형태에 따라 그 열교환 성능이 확연하게 달라지게 된다.

따라서 열교환핀의 열전달은 핀표면 루버의 스트립(strip)과 슬릿(slit)에 의한 경계층의 파괴로 인해 증가되고, 루버가 경계층과 부딛힐 때 마다 경계층은 깨어졌다가 다시 생겨나 전체적으로 얇은 경계층 만이 형성되며 이로 인해 평균 열전달계수가 증가하게 된다. 그러나 공기측 열전달 성능은 향상되는 반면에 공기측 압력강하도 증가하므로 두가지 측면을 모두 고려하여 적절한 형태의 열교환핀구조를 제작함이 바람직하다.

도면 제5도에 도시한 종래의 열교환핀(20)의 구조는 평행루버(24)의 슬릿수 및 그 형상이 대단히 복잡하게 구성된 관계로, 생산성 및 취급성, 경제성 모두에서 바람직한 열교환기(16)로서의 요건이 충족되지 못하며, 특히 복잡하게 형성된 평행루버(24)에 외부로부터 흡입되는 공기중의 먼지나 이물질이 혼입되어 오염됨에 따라 열교환기(16)의 성능저하를 초래하는 문제점이 있다.

즉, 단순히 핀의 형상에 복잡성을 부여하여 열전달량 만을 증가시키는 것은, 열교환기(16)의 내구성을 저하시키고 또한 제작상의 어려움을 증가시켜 생산성을 저하시키는 것으로 판단된다.

본 발명은 상술한 종래의 열교환핀구조의 문제점을 해소하면서, 열교환기의 냉매관에 흐르는 유동저항을 유발시키지 않으면서 열교환핀의 기하학적 형상을 변화시켜 열교환핀과 공기와의 접촉면적을 증가시키는 동시에 열교환핀 주위를 흐르는 공기의 유동에 난동을 부가시킴으로서, 열교환핀의 공기와의 열교환효율을 증가시켜 열교환기의 성능을 향상시키면서 아울러 응축수의 흐름성 향상으로 열교환기의 부식을 방지할 수 있는 공기조화용 열교환핀구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적에 도달하기 위한 기술적인 수단으로는 압력강하량의 감소, 열전달성능 등을 고려한 공기조화용 열교환핀을 구성함에 있어서, 냉매관삽입홀 사이의 핀단면 중간부위로는 절결되어 상방향 평행돌출된 2개의 상향평행루버와 절결되어 하방향 평행돌출된 1개의 하향평행루버가 형성되고, 상기 냉매관삽입홀 사이의 핀단면 양단부위로는 외측절결되어 상방향으로 소정각도 경사돌출되어 상기 평행루버 상측부위에 일정간격으로 4개의 상향경사루버가 상하대칭 형성구성되어 이루어진다.

이하에, 본 발명에 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 열교환핀(30)이 설치된 공기조화기의 내부구조도이며, 제2도는 본 발명 열교환핀(30)의 상세구조를 보인 평면도이고, 제3도는 제2도의 B-B선 요부상세도이며, 제4도는 제2도의 A-A선 측단면도를 도시한 것으로, 제품 생산성 및 압력강하량의 감소, 열전달 성능 등을 고려하여 공기조화용 열교환핀(30)을 구성함에 있어서, 상기 열교환핀(30)은 냉매관삽입홀(40) 사이의 핀단면 중간부위로는 절결되어 상방향 평행돌출된 2개의 상향평행루버(32)와 절결되어 하방향 평행돌출된 1개의 하향평행루버(34)가 형성되고, 상기 냉매관삽입홀(40) 사이의 핀단면 양단부위로는 외측절결되어 상방향으로 소정각도 경사돌출되어 상기 평행루버 상측부위에 일정간격으로 4개의 상향경사루버(36)가 상하대칭 형성구성된다.

상기 핀단면 중간부위의 상,하향평행루버(32)(34)는 절결된 슬릿(33)으로부터 상방향과 하방향으로 각각 1.0mm씩 돌출높이를 갖는 스트립(35)을 형성하며, 상기 핀단면 양단부위의 상향경사루버(36)는 절결된(37)으로부터 외측상방향으로 35경사각도를 갖는 스트립(38)을 형성하고, 상기 각 루버(32) (34)(36)의 슬릿폭을 1.0mm로 절결한다.

상기 열교환핀(30)은 0.12mm 두께의 알루미늄판으로 이루어지며, 상기 열교환핀(30)과 냉매관(42)이 조립구성된 열교환기(16)를 채용 설치한 공기조화기의 작동은 공지된 바에 준하므로 그 설명은 생략한다.

상술된 구조의 형상을 이루는 본 발명에 의한 다수의 열교환핀(30)을 핀 군으로 조합하여 냉매 순환통로인 냉매관(42)을 상기 열교환핀의 냉매관삽입홀(40)로 통과시켜 조립한 열교환기(16)를 평판핀 확대상사의 모형실험을 통한 바에 의하면, 열교환핀(30)의 압력강하량 및 열전달 특성을 나타내는 압력강하계수(f-factor) 및 열전달계수(j-factor)가 획기적으로 증가된 것을 알 수 있었다.

상기 열교환핀(30)의 모형실험은 공기유속범위가 0.5-1.5m/sec이며, 입구의 공기온도는 24-26이고, 관내부 온수온도는 45로 유지되며, 측정시점은 운전조건 설정시점에서 30분 경과 후에 준하여 측정하였다.

상술한 실험결과를 통해 본 발명은 전열량 촉진에 의한 열교환기(16)의 성능향상을 이루게되는 바, 이는 핀 표면에 난류증가수단인 상,하향 평행루버(32)(34) 및 경사상향루버(36)를 기하학적으로 설치하여 상기 각 루버(32)(34) (36) 형성에 따른 스트립(35)(38)과 슬릿(33)(37)에 의한 얇은 경계층을 형성시킴으로서, 난류를 유발시키고 핀과 접하여 흐르는 전열면을 크게하여 전열을 촉진시킨다.

또한 본 발명의 열교환핀(30)은 저소음화를 이루는 바, 핀의 형상을 역학적으로 변경하여 유체의 압력강하를 감소시켜 핀 사이의 유체흐름을 원활하게 유도하여 압력강하에 의한 소음을 감소시킨다.

또한 본 발명은 제품의 경량화를 제공하는 바, 핀에 의한 전열량을 촉진시켜 부피를 축소시킴으로 인해 전체적인 공기조화기의 경량화를 유도하여 설치공간의 축소효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 열교환기의 냉매관 표면에 부착되는 열교환핀의 형상을 기하학적으로 변화시켜 열교환핀과 공기와의 접촉면적을 증가시키는 동시에 열교환핀 주위를 흐르는 공기의 유동에 난동을 부가시킴으로서, 열교환핀의 공기와의 열교환효율을 증가시켜 열교환기의 성능을 향상시키면서 아울러 응축수의 흐름성을 향상시켜 열교환기의 부식을 방지할 수 있는 핀의 열교환효율이 큰 우수한 발명이다.

Claims (5)

1. 공기조화용 열교환핀(30)을 구성함에 있어서, 냉매관삽입홀(40) 사이의 핀단면 중간부위로는 절결되어 상방향 평행돌출된 2개의 상향평행루버(32)와 절결되어 하방향 평행돌출된 1개의 하향평행루버(34)가 형성되고, 상기 냉매관삽입홀(40) 사이의 핀단면 양단부위로는 외측절결되어 상방향으로 소정각도 경사돌출되어 상기 평행루버 상측부위에 일정간격으로 4개의 상향경사루버(36)가 상하대칭 형성구성됨을 특징으로 하는 공기조화기용 열교환핀구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 핀단면 중간부위의 평행루버(32)(34)는 절결된 슬릿(33)으로부터 상방향과 하방향으로 각각 1.0mm씩 돌출높이를 갖는 스트립(35)을 형성함을 특징으로하는 공기조화기용 열교환핀구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 핀단면 양단부위의 상향경사루버(36)는 절결된 슬릿(37)으로부터 외측상방향으로 35경사각도를 갖는 스트립(38)을 형성함을 특징으로하는 공기조화기용 열교환핀구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 각 루버(32)(34)(36)의 슬릿폭을 1.0mm로 절결함을 특징으로 하는 공기조화기용 열교환핀구조.
5. 제1항에 있어서, 상기 양쪽 냉매관삽입홀(40) 사이에 형성되는 상,하향 평행루버(32)(34)와 상향경사루버(36)의 형상이 규칙적으로 배열구성됨을 특징으로 하는 공기조화기용 열교환핀구조.