KR100248707B1 - 핀-튜브형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핀-튜브형 열교환기에 관한 것으로서, 특히 타원형 전열관의 원형화를 방지하여 열교환 효율을 향상시키고, 관 내부 압력이 높은 공조기나 냉장고 등에 사용 가능하게 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 타원형으로 구성된 다수의 전열관과, 상기 전열관을 지지하면서 공기의 유로를 형성하는 다수의 핀으로 이루어진 핀-튜브형 열교환기에 있어서, 상기 핀에는 강도를 높이기 위한 주름이 형성된 것이다.

Description

핀-튜브형 열교환기{Fin-tube type heat exchanger}

본 발명은 핀-튜브형 열교환기에 관한 것으로서, 특히 외부공기의 유로를 형성하여 열교환면적을 넓혀주는 핀의 형상에 관한 것이다.

일반적인 핀-튜브형 열교환기는 도 1 에 도시된 바와 같이, 냉매(열매)가 흐르는 다수의 전열관(1)과, 상기 전열관(1)에 수직으로 삽입되며 공기의 흐름을 안내하여 열교환 면적을 넓혀주는 다수의 핀(2)으로 구성된다.

상기 전열관(1)은 통상 원형으로 구성된다.

이와 같이 구성된 핀-튜브형 열교환기는 전열관(1) 내부를 흐르는 냉매(열매)와 외부공기간의 열교환 작용을 통해 열을 얻거나 빼앗기게 된다.

이러한 열교환 작용을 위해서는 전열관(1)과 핀(2)의 재질이 열이 잘 전달되는 재질이어야 하고, 또한 전열관(1) 내부의 압력을 견디기 위해서는 튼튼해야 하며, 제품의 수명을 연장시키기 위해서는 냉매(열매)에 부식되지 않아야 한다.

결국 이러한 열전달 능력 및 내압성, 부식성을 고려하여 구리재질로 된 전열관(1)과, 알루미늄재질로 된 핀(2)을 구성하게 된다.

도 2 는 전열관(1)에 원형관 대신 타원형관을 적용한 핀-튜브형 열교환기를 나타낸다.

이 열교환기는 공기유로의 유선화로 압력손실이 감소하고, 전열관(1) 후류에 나타나는 사영역(死領域)이 원형관에 비해 감소되므로 실질 열전달 면적이 원형관에 비해 증가하게 된다.

도 3 은 원형관과 타원형관의 열전달 능력을 비교한 그래프로서, 동일한 공기 속도를 갖을 때 타원형관의 열전달 계수가 원형관에 비해 훨씬 더 우수함을 알 수 있다.

또한, 타원형 관내로 흐르는 냉매 유동의 와류화를 촉진하여 전열효과를 상승시키게 된다.

그러나 이러한 종래 핀-튜브형 열교환기가 사용되는 공조기 또는 냉장고에서 관내부를 흐르는 냉매의 압력이 증발기의 경우는 5기압, 응축기의 경우는 20기압 이상이 되므로 관 내부의 압력이 높아지면 타원형관이 유체의 내부압력에 의해 원형으로 복귀하려고 하고, 이로 인해 타원형관을 적용함에 따른 장점이 없어지게 된다.

또한, 이 압력은 관과 관 사이에 위치한 핀에 영향을 주어 서로 압축응력을 받게되며, 압축응력의 한계점 이상이 되면 핀의 찌그러짐 현상이 발생하여 열교환기의 기능에 치명적인 영향을 주는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 핀에 주름을 형성함으로써 관 내부의 압력이 높은 공조기나 냉동기에 적용시 압력에 의한 핀의 찌그러짐현상을 해결하는 데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 핀-튜브형 열교환기의 구성도.

도 2 는 종래 타원형관을 적용한 핀-튜브형 열교환기의 구성도.

도 3 은 종래 원형관과 타원형관의 열전달 비교도.

도 4 는 종래 타원형관을 적용한 핀-튜브형 열교환기의 전열관 및 핀의 변형을 나타낸 상세도.

도 5 는 본 발명에 의한 핀-튜브형 열교환기 구성도.

도 6 은 도 5 의 A-A' 단면도.

도 7 은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 전열관 102 : 핀

103 : 주름

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 는 본 발명에 의한 핀-튜브형 열교환기의 구성도를 나타낸 것으로서, 냉매(열매)가 흐르는 다수의 전열관(101)과, 상기 전열관(101)에 수직으로 삽입되며 공기의 흐름을 안내하여 열교환 면적을 넓혀주는 다수의 핀(102)으로 구성된다.

상기 전열관(101)은 타원형으로 구성되고, 핀(102)에는 강도를 높이기 위한 주름(103)이 형성되어 진다.

이 주름(103)은 전열관(101)과 단(段)방향으로 인접하는 다른 전열관(101) 사이에 구성되는 것으로, 전열관(101)의 배열 중심축에 대해 직각으로 구성된다.

또한, 상기 주름(103)은 도 6 에 도시된 바와 같이, 핀(102)의 표면쪽과 이면쪽에 교호(交互)로 돌기되어 지고, 주름(103)의 높이(h₁)는 핀(102)과 핀(102)의 간섭을 없애도록 핀 피치(Fp)의 1/3∼2/3 정도로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 실시예의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 냉매가 열교환기 내로 유입되어 전열관(101) 내부를 흐르고, 공기가 열교환기를 가로질러 유동하면 냉매와 공기간에 열교환이 이루어지게 된다.

이때, 핀(102)은 공기의 유로를 형성하여 냉매와 공기의 열교환이 원활하게 이루어지도록 한다.

이러한 열교환 과정에서 전열관(101) 내부를 흐르는 냉매의 압력이 과하여 타원형으로 된 전열관(101)을 원형으로 복귀시키려는 힘이 작용하게 된다.

본 발명에 의한 핀(102)은 냉매에 의한 타원형 전열관(101)의 원형화를 방지하기 위한 것으로, 핀(102)에 세로방향의 주름(103)을 형성하게 된 것이다.

이 주름(103)은 타원형의 전열관(101)과 단(段)방향으로 인접한 전열관(101)의 사이에 형성되므로 핀(102)의 강도가 강해져 냉매의 압력에 의한 전열관(101)의 원형화를 방지하게 된다.

또한, 핀(102)의 강도를 더욱 더 강하게 하기 위해 주름(103)을 핀(102)의 표면쪽과 이면쪽에 교호(交互)로 돌기되도록 하고, 전열관(101)의 배열축에 직각이 되도록 구성하게 된다.

본 발명에 의한 다른 실시예는 도 7 에 도시된 바와 같이, 핀(102)에 주름(103)을 구성함에 있어, 중앙부 주름(103)의 높이(h₂)를 가장자리 주름(103)의 높이(h₃) 보다 높게 구성하게 된다.

이는 냉매의 압력이 타원형 전열관(101)의 중앙부에 집중되므로 핀(102)에 미치는 압축응력도 중앙부에서 커지게 되며, 가장자리에서는 상대적으로 작게 된다.

이러한 이유로 중앙부 주름(103)의 높이(h₂)를 높게 구성함으로써 중앙부에서의 강도가 가장자리의 강도에 비해 상대적으로 강하게 되어 전체적으로 볼 때 균일한 형상을 유지할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 핀의 세로방향에 주름을 형성함으로써 냉매의 압력에 의한 타원형 전열관의 원형화를 방지하게 되고, 이를 통해 유체의 압력이 높은 공조기나 냉장고용 열교환기로도 적용가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 핀의 주름에 의해 공기의 난류화가 촉진되어 열교환 효율이 향상되고, 이 열교환기를 증발기에 적용시 주름에 의해 응축수 배출이 용이한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 다수의 타원형 전열관, 상기 전열관을 지지하면서 공기의 유로를 형성하는 다수의 핀으로 이루어진 핀-튜브형 열교환기에 있어서,

   상기 핀은 상기 전열관이 접하는 영역을 따라 연속된 주름이 형성된 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 주름은 핀면에 대하여 표면쪽과 이면쪽에 교호(交互)로 돌기되어 있는 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 주름의 높이는 핀 피치의 1/3∼2/3 사이에 있는 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 주름은 핀의 장축방향을 따라 형성된 것임을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 주름의 높이는 타원형 전열관의 중앙부와 주변부에서 각각 다르도록 다단으로 형성된 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.

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