KR100261690B1 - 공기조화기의 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 공기조화기의 열교환기는, 기류가 사이 사이로 유동하되록 일정 간격으로 평행하게 배열된 다수개의 평판핀과, 유체가 내부로 유동되면서 상기 평판핀에 접촉되는 기류를 소정온도로 열교환시키도록 평판핀에 직각으로 삽입된 다수개의 전열관으로 구성된 공기조화기의 열교환기에 있어서, 상기 다수개의 평판핀에는 그 평판핀의 이면과 표면으로 유동되는 기류의 유동진행 방향과 기류의 유동진행에 직각되는 방향으로 동시 개구되도록 외팔보형상의 다수개 슬릿군을 분할 설치한 것을 특징으로 되어 있으므로, 기류의 유동이 크게 할수 있어 난류화를 촉진 및 사류역을 감소시킬 수 있음은 물론 전열성능 및 열전달효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

Description

공기조화기의 열교환기

본 발명은 공기조화기의 열교환기에 관한 것으로, 특히 평판핀(fin)에 외팔보형상을 가진 다수개의 슬릿(Slit)부를 형성하여 이들을 통과하는 유동기류(예컨대, 공기)가 난류 및 혼합되게 하여 열교환성능을 향상시킴과 동시에 다수개의 전열관의 후방에 생기는 지수영역(예컨대, 사류역)을 감소시키도록 한 공기조화기의 열교환기에 관한 것이다.

종래에 의한 공기조화기의 열교환기는, 도1에 도시한 바와 같이 일정 간격을 두고 평행하게 배열된 다수개의 평판핀(1)과, 상기 평판핀(1)에 직교함과 동시에 갈짓자로 엇비슷하게 배열된 형상으로 배치되는 전열관(2)으로 구성되며, 기류는 상기 다수개의 평판핀(1)들 사이 사이를 표시한 화살표 방향으로 유동하여 전열관(2)내의 유체와 열교환을 행한다.

그리고, 평판핀(1) 주위의 열유체특성은 도2에 도시한 바와 같이 평판핀(1)의 전열면 상의 온도 경계층(3)의 두께가 기류의 유입부로 부터의 거리의 제곱근에 비례하여 두꺼워지기 때문에 기류측 열전달율은 기류의 유입부로 부터의 거리가 증가함과 동시에 현저히 저하하며, 열교환기로서의 전열성능이 낮다는 결점을 가지고 있었다.

또한, 전열관(2) 주위의 열유체특성은 도3에 도시한 바와 같이 전열관(2)에 화살표 방향의 저풍속 기류가 유동하는 경우 전열관(2) 표면의 막힌 지점으로 부터의 각도가 70°-80°에서 흐름이 벗겨져 떨어지고, 전열관(2)의 후방부에 사선으로 표시한 사류역(4)이 생기기 때문에 이 사류역(4)에서의 기류측 열전달율이 현저히 저함됨으로 인하여 열교환기로서의 전열성능이 낮다는 결점을 가지고 있었다.

그래서, 종래는 이런 문제점의 해결방안으로 일본국 공개실용신안공보 소화55-110995호가 있다. 동 공보의 공기조화기의 열교환기는, 도4에 도시한 바와 같이 다수개의 평판핀(1)에 대해 다수개의 전열관(2)들의 간격부에 다수개 슬릿부(5a,5b,5c,5d,5e,5f)를 절곡 형성한 것이 제안되어 왔었다.

즉, 상기 슬릿부(5a,5c,5e)는 도5에 도시한 바와 같이 각각 일정 간격을 두고 배열되도록 상기 평판핀(1)의 이면 방향으로 커팅가공에 의해 돌출 형성되어 있고, 상기 슬릿부(5b,5d,5f)는 상기 슬릿부(5a,5c,5e)들의 사이 사이에 배열되도록 상기 평판핀(1)의 표면 방향으로 커팅가공에 의해 돌출 형성되어 왔었다.

이때, 상기 다수개의 슬릿부(5a,5b,5c,5d,5e,5f)들은 도6에 도시한 바와 같이 기류의 유동진행 방향으로만 개구되면서 그 상하단이 상기 평판핀(1)으로부터 일정높이로 직각되게 절곡되도록 양팔보형상으로 설치되어 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 열교환기에 의하면, 평판핀(1)에 설치된 슬릿부(5a,5b,5c,5d,5e,5f)들은 기류의 유동진행 방향으로만 개구되면서 상하단이 평판핀(1)에서 일정높이로 직각되게 절곡되도록 양팔보형상으로 되어 있기 때문에 슬릿형상이 없는 평판핀(1)에 비해 전열성능은 높지만 국부적인 전열성능을 비교하면 평판핀(1)의 상류측 슬릿부(5a,5b)에서는 온도 경계층이 얇게 형성되어 전열성능이 높을 수 있으나, 하류측 슬릿부(5c,5d,5e,5f)에서는 상기 상류측 슬릿부(5a,5b)에서 형성된 온도 경계층내에 들어가므로 전열성능이 낮아짐과 동시에 전열관(2)의 후방에 기류가 흐르지 않는 사류역(4)이 발생되었으며, 또 평판핀(1)의 사이를 흐르는 기류가 섞기지 않고 평행하게 흘러감으로 인하여 기류의 혼합에 의한 열전달효율의 상승을 기대할 수 없다는 문제점이 대두되었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 다수개의 평판핀에 슬릿부를 외팔보형상으로 형성해서, 유동되는 기류를 난류 및 혼합시켜 전열성능을 향상시킴과 동시에 전열관의 후방에 생기는 사류역을 감소시킴은 물론 전열관으로부터 열의 흐름을 차단하지 않고 원활하게 전달될 수 있도록 한 공기조화기의 열교환기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 이루어진 본 발명에 의한 공기조화기의 열교환기는, 기류가 사이 사이로 유동되도록 일정 간격으로 평행하게 배열된 다수개의 평판핀과, 유체가 내부로 유동되면서 상기 평판핀에 접촉되는 기류를 소정온도로 열교환시키도록 평판핀에 직각으로 삽입된 다수개의 전열관으로 구성된 공기조화기의 열교환기에 있어서, 상기 다수개의 평판핀에는 그 평판핀의 이면과 표면으로 유동되는 기류의 유동진행 방향과 기류의 유동진행에 직각되는 방향으로 동시 개구되도록 외팔보형상의 다수개 슬릿군을 분할 설치한 것을 특징으로 한다.

제1도는 종래의 열교환기를 도시한 사시도,

제2도는 제1도에서 평판핀 주위의 열유체특성을 도시한 확대도,

제3도는 제1도에서 전열관 주위의 열유체특성을 도시한 확대도,

제4도는 종래의 다른 열교환기의 평판핀을 도시한 평면도,

제5도는 제4도의 A-A선에 대한 단면도,

제6도는 제5도의 B-B선에 대한 단면도,

제7도는 본 발명에 의한 열교환기의 평판핀을 도시한 평면도,

제8도는 제7도의 C-C선에 대한 단면도,

제9도는 제8도의 D-D선에 대한 단면도,

제10도는 본 발명의 슬릿을 통과하는 기류흐름을 도시한 평면도,

제11도는 본 발명의 슬릿을 통과하는 기류흐름을 도시한 측면도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 평판핀 2 : 전열관

100 : 슬릿군 110 : 기반부

120,130,140,150 : 제1 내지 제4절기부 160,161 : 제1 및 제2면

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도면에서 종래의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일명칭 및 동일부호를 병기하며, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

참고로, 도면에서 부호 100은 상기 다수개의 평판핀(1)의 이면과 표면으로 유동되는 기류의 흐름이 난류 및 혼합되게 하여 상기 다수개의 전열관(2)의 후방에 생기는 사류역을 감소시킴과 동시에 전체적인 전열성능을 향상시키기 위하여 기류의 유동진행 방향과 기류의 유동진행에 직각되는 방향으로 동시 개구되도록 평판핀(1)의 소정위치에 분할 설치된 외팔보형상의 다수개 슬릿군을 나타낸 것이다.

즉, 상기 슬릿군(100)은, 도7 내지 도9에 도시한 바와 같이 상기 평판핀(1)의 표면으로 유동되는 기류가 난류되면서 평판핀(1)의 이면으로 유동되는 기류와 혼합되도록 전열관(2)들의 사이에 대하여 평판핀(1)의 전단에 일정 기반부(110)를 두고 상하 대향되게 각각 설치된 제1 및 제2절기부(120,130)와, 상기 제1 및 제2절기부(120,130)에 의해 확산된 난류 및 혼합기류를 받아 또 다시 난류 및 혼합시키면서 전열관(2)의 후방에 생기는 사류역을 감소시키도록 평판핀(1)의 전단에 대하여 제1 및 제2절기부(120,130)의 후측에 일정 기반부(110)를 두고 상하 대향되게 각각 설치된 제3 및 제4절기부(140,150)로 이루어져 있다.

이때, 상기 제1 내지 제4절기부(120,130,140,150)의 일측단에는 상기 평판핀(1)으로부터 경사각도(χ₁)가 30°≤ χ₁≤60°로 절곡되어 세워지도록 제1면(160)이 커팅가공에 의해 돌설되어 있고, 상기 제1면(160)의 끝단에는 제1면(160)에서 수평방향으로 위치됨과 동시에 제1면(160)으로부터의 경사각도(χ₂)가 30°≤ χ₁≤ 60°로 절곡되도록 제2면(161)이 연장 돌설되어 있으며, 상기 제2면(161)의 끝단은 기반부가 없이 공중에 떠있도록 개구되어 있다.

또, 상기 제2면(161)은 기류가 유입되는 입구단보다 기류가 유출되는 출구단의 절기높이가 낮도록 점차 경사져 있다.

한편, 상기 제1절기부(120)와 제2절기부(130)와의 사이에 대한 절기간격은 상기 제3절기부(140)와 제4절기부(150)와의 사이에 대한 절기간격보다 1.5-2.5배 정도로 좁게 설치되어 있고, 상기 제1 및 제2절기부(120,130)는 제3 및 제4절기부(140,150)로부터 일정 기반부(110)를 두고 설치되어 있다.

다음은, 이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.

도7 및 도8에 표시한 점선화살표 방향으로 기류가 유동하게 되면, 이 유동기류는 다수개의 평판핀(1)들의 이면과 표면측 사이로 유입될 때 평판핀(1)의 표면으로 각각 동일한 절기높이로 돌출된 다수개의 제1 및 제2절기부(120,130)와 제3 및 제4절기부(140,150)를 순차적으로 통과하면서 전열관(2)으로 부터 열의 흐름이 차단되지 않고 원활히 전달되도록 연속 난류 및 혼합된다.

즉, 평판핀(1)의 표면측으로 유동되는 기류의 일부는 기류의 유동진행방향과 기류의 유동진행과 직각되는 방향으로 동시 개구되도록 평판핀(1)의 전방에 대하여 상호 일정 기반부(110)를 두고 상하측과 전후측에 각각 근접되게 설치된 제1 내지 제4절기부(120,130,140,150)를 통과하면서 이들 제1 내지 제4절기부(120,130,140,150)의 기류유입 개구단에서 기류출구 개구단으로 갈수록 점차 낮게 경사진 제2면(161)의 절기높이차에 의해 도10 및 도11에 표시한 점선화살표방향과 같이 강한 난류(와류)가 발생하게 되고, 평판핀(1)의 표면측으로 유동되는 기류의 일부는 제1 내지 제4절기부(120,130,140,150)를 통해 평판핀(1)의 이면측으로 흐름이 바뀜과 동시에 이면측으로 유동되는 본래의 기류와 섞이면서 강한 난류를 발생하게 된다.

이러한 현상은, 일반적으로 항공기의 날개가 양력(뜨려는 힘)을 발생시키기 위하여 날개를 기류의 유동진행 방향을 향해 일정 경사각도로 경사지게 한다.

이 경우 날개 상하에 흐르는 기류는 압력차를 발생시킴으로써 양력이 발생되고, 날개의 양끝단에서는 날개하부의 높은 압력의 기류가 상부의 낮은 압력의 기류측으로 이동하려하며, 이것을 날개의 팁 와류(Tip Vortex)라고 부른다.

따라서, 항공기에서는 이러한 현상으로 인하여 유도항력이라는 것이 생겨 항공기의 성능에 해를 주게 되며, 이런 영향을 줄이기 위하여 가로 및 세로비를 키우는 등의 방법을 사용하여 왔었다.

하지만, 열교환기의 평판핀(1)에 이러한 특성을 이용하여 제1 내지 제4절기부(120,130,140,150)의 제2면(161)을 일정각도로 경사지게 하면, 제1면(161)의 상하를 흐르는 기류의 압력차에 의해서 강한 와류가 형성된다.

따라서, 이 와류에 의해서 전열관(2)의 전방에서 중반까지 보다 많은 량의 기류가 정체되게 함과 동시에 전열관(2)의 주변에서 강도높은 열교환이 이루어지도록 전열성능을 높여주게 되고, 전열관(2)의 전방에서 후방까지 유동기류의 흐름이 차단되지 않고 전열관(2)의 둘레면을 따라 원활히 난류 및 혼합되면서 전열관(2)의 후방측으로 전달되어 사류역을 감소시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 공기조화기의 열교환기에 의하면, 다수개의 평판핀에 전방측에 대하여 전열관과 전열관의 사이에 외팔보형상을 가진 다수개의 슬릿군이 분할 설치된 구조로 되어 있기 때문에 기류의 유동이 크게 할수 있어 난류화를 촉진 및 사류역을 감소시킬 수 있음은 물론 전열성능 및 열전달효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 일정 간격으로 평행하게 배열된 다수개의 평판핀(1)과, 상기 다수개의 평판핀(1)에 직각으로 삽입된 다수개의 전열관(2)과, 상기 평판핀(1)에 설치된 외팔보형상을 가진 다수개의 슬릿군(100)을 구비한 공기조화기의 열교환기에 있어서, 상기 슬릿군(100)은, 상기 전열관(2)들의 상하측 사이에 대하여 상기 평판핀(1)의 전단에만 일정 기반부(110)를 두고 상하 대향되게 각각 설치된 제1 및 제2 절기부(120,130)와, 상기 평판핀(1)의 전단에 대하여 제1 및 제2절기부(120,130)의 후측에 일정기반부(110)를 두고 상하 대향되게 각각 설치된 제3 및 제4절기부(140,150)로서, 상기 제1 내지 제4절기부(120,130,140,150)는, 상기 평판핀(1)으로부터 경사각도(χ₁)가 30°≤ χ₁≤60°로 경사지게 절곡된 제1면(160)과, 상기 제1면(160)의 끝단에 제1면(160)으로부터의 경사각도(χ₂)가 30°≤ χ₂≤ 60°로 경사지게 절곡되어 상기 평판핀(1)과 일정거리를 두고 나란히 평행을 이루면서 그 한쪽 끝단이 기반부가 없이 공중에 떠있도록 개구되며 또한 기류가 유입되는 입구단보다 기류가 유출되는 출구단의 절기높이가 낮도록 점차 경사진 제2면(161)으로 구성되며, 상기 제1절기부(120)와 제2절기부(130)와의 사이에 대한 절기간격은, 상기 제3절기부(140)와 제4절기부(150)와의 사이에 대한 절기간격보다 좁게 구성됨을 특징으로 하는 공기조화기의 열교환기.

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