KR100320200B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 열교환기에 관한 것으로서, 내부에 상호 나란하게 형성된 복수의 냉매유로를 가지고 공기의 진행방향에 가로로 상호 이격배치되는 평판상의 복수의 전열튜브와; 상기 전열튜브의 길이방향을 따라 양단에 각각 배치되어 상기 전열튜브의 냉매유로를 상호 연통시키는 한 쌍의 헤더와; 공기가 통과할 수 있게 공기통과 간격을 두고 상기 전열튜브의 길이방향을 따라 상호 이격되고 상호 인접배치된 상기 전열튜브사이에 양단부가 열전달가능하게 접촉되는 복수의 전열핀과; 상호 인접배치된 상기 전열핀사이를 통과하는 공기의 유동단면적이 가변될 수 있도록 상기 전열핀의 일측 판면으로부터 함몰되고 타측 판면으로 돌출되게 상기 전열핀에 형성되는 가변부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 풍압손실을 줄일 수 있으며, 공기유로길이에 대한 전열효율을 향상시킬 수 있는 열교환기가 제공된다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 풍압손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 전열효과를 증대시킬 수 있도록 한 열교환기에 관한 것이다.

도 1은 종래의 열교환기의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 열교환기의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 확대단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 열교환기는, 공기의 흐름방향에 대해 가로방향으로 상호 평행하게 이격배치되는 평판상의 복수의 전열튜브(101)와, 전열튜브(101)의 양단에 기립배치되어 전열튜브(101)를 상호 연통시키는 중공체로된 헤더(103a,103b)와, 전열튜브(101)의 판면에 접촉되도록 배치되어 전열면적을 확대시킴으로써 전열튜브(101)의 전열작용을 촉진시키는 복수의 전열핀(105)을 가진다.

전열튜브(101)는 사각단면형상의 금속부재로 형성되며, 내부에는 상호 평행하게 이격배치된 다수의 냉매유로(미도시)가 형성되어 있다. 전열튜브(101)는 공기의 흐름방향에 대해 가로로 소정 이격배치되며, 양 단부가 각각 중공상의 헤더(103a,103b)에 결합됨으로써 내부에 형성된 냉매유로가 상호 연통된다.

전열핀(105)은 전열튜브(101)의 길이방향을 따라 소정의 공기통과간격을 두고 상호 평행하도록 이격배치되며, 각 판면에는 공기의 흐름방향에 대해 소정의 경사각을 가지고 배치되어 공기의 흐름을 안내하는 복수의 루버(107)가 형성되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 열교환기에 있어서는, 공기의 흐름방향에 경사지게 배치된 루버에 의해 풍압손실이 커지게 된다. 이에 따라, 열교환기의 일측에 배치되어 열교환기를 향해 송풍함으로써, 열교환기의 전열효과를 촉진시키는 송풍팬이 상대적으로 큰 출력의 것이 요구되므로 전력소비가 상대적으로 증가하게 되는 문제점이 있다.

또한, 이들 전열핀에 의해 형성된 공기의 유로는 거의 직선상으로 형성되므로 상대적으로 공기가 전열핀에 균일하게 접촉되지 못하게 된다. 즉, 유로내의 공기중 일부는 전열핀과 거의 접촉되지 못한 상태로 유로를 통과하게 되므로 전열효율이 상대적으로 낮아지게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 풍압손실을 줄일 수 있으며, 공기유로길이에 대한 전열효율을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 열교환기의 개략적인 사시도,

도 2는 도 1의 열교환기의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 확대단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 분해사시도,

도 4는 도 3의 전열핀영역의 요부확대 사시도,

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도,

도 6은 도 3의 전열핀의 전개상태의 부분확대도,

도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 확대단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 전열튜브 23a,23b : 헤더

25 : 냉매유입구 27 : 냉매유출구

30 : 전열핀 31 : 전열핀부

33 : 가변부 35 : 연결부

상기 목적은, 본 발명에 따라, 내부에 상호 나란하게 형성된 복수의 냉매유로를 가지고 공기의 진행방향에 가로로 상호 이격배치되는 평판상의 복수의 전열튜브와; 상기 전열튜브의 길이방향을 따라 양단에 각각 배치되어 상기 전열튜브의 냉매유로를 상호 연통시키는 한 쌍의 헤더와; 공기가 통과할 수 있게 공기통과 간격을 두고 상기 전열튜브의 길이방향을 따라 상호 이격되고 상호 인접배치된 상기 전열튜브사이에 양단부가 열전달가능하게 접촉되는 복수의 전열핀과; 상호 인접배치된 상기 전열핀사이를 통과하는 공기의 유동단면적이 가변될 수 있도록 상기 전열핀의 일측 판면으로부터 함몰되고 타측 판면으로 돌출되게 상기 전열핀에 형성되는 가변부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 전열핀은 상호 인접된 다른 전열핀과의 사이에 형성된 공기유로의 중심선에 대해 상기 가변부가 상호 대칭되도록 배치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 가변부는 평면투영시 원호상의 단면형상을 가지도록 구성하는 것이 효과적이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 분해사시도이고, 도 4는 도 3의 전열핀영역의 요부확대 사시도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 열교환기는, 평판상을 가지며 공기의 흐름방향에 가로로 상호 평행하게 이격배치되는 복수의 전열튜브(10)와, 전열튜브(10)의 양단에 배치되어 전열튜브(10)를 상호 연통시키는 헤더(23a,23b)와, 전열튜브(10)의 적어도 일측 판면에 접촉되도록 전열튜브(10)의 길이방향을 따라 배치되는 파형상의 전열핀(30)을 가진다.

헤더(23a,23b)는 복수의 중공부재에 의해 형성되며, 내부에는 길이방향을 따라 복수의 냉매수용공간이 형성되도록 내부를 구획하는 구획부재(24)가 결합되어 있다. 헤더(23a,23b)의 상부 및 하부영역에는 전열핀(30)을 지지할 수 있도록 상부지지부재(17) 및 하부지지부재(19)가 각각 결합되어 있으며, 일측 헤더(23a)의 상부 및 하부영역에는 냉매의 출입을 위한 냉매유입구(25) 및 냉매유출구(27)가 각각 형성되어 있다.

전열튜브(10)는 거의 직육면체형상을 가지며, 내부에는 복수의 냉매유로(11a,11b,11c)가 상호 나란하게 구획형성되어 있다. 각 전열튜브(10)의 양 단부는 헤더(23a,23b)에 상호 연통되도록 결합됨으로써, 냉매의 유동경로는 냉매유입구(25)로부터 냉매유출구(27)까지 거의 지그재그형상을 가지게 된다.

전열핀(30)은 전열튜브(10)의 길이방향을 따라 상호간에 공기의 유로가 형성되도록 상호 이격배치된 복수의 전열핀부(31)와, 각 전열핀부(31)의 상단 및 하단에서 상호 인접된 전열핀부(31)를 상호 만곡되게 연결하는 연결부(35)를 가진다.

도 5는 도 4의 전열핀의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 확대단면도이고, 도 6은 도 3의 전열핀의 전개상태의 부분확대도이며, 도 7은 도 6의 전열핀의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 확대단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 각 전열핀부(31)에는 일측 판면으로부터 함몰되고 타측판면에 대해 돌출되어 헤더(23a,23b)의 길이방향을 따라 연장되어 거의 부분원통상을 가지는 복수의 가변부(33)가 형성되어 있다. 각 가변부(33)는 공기의 흐름방향을 따라 소정 간격(S)을 두고 상호 평행하게 이격형성되고, 인접된 다른 전열핀부(31)의 가변부(33)와 공기유로의 중심선에 대해 대칭적으로 배치됨으로써, 공기유로의 유동단면적을 확대 또는 축소시키게 된다.

이러한 전열핀(30)의 제조공정을 개략적으로 설명하면, 먼저, 알루미늄 등과 같은 박판상의 전열부재를 전열핀부(31)와 연결부(33)가 형성될 수 있도록 길이방향을 따라 구획한다. 본 실시예에서는, 설명의 편의상 전열부재의 폭은 전열핀(30)의 폭과 동일한 것으로 간주하여 설명한다. 다음, 구획선(41)에 의해 구획된 각 구획구간중 연결부(33)를 제외한 전열핀부(31)내에 소정의 피치를 가지도록 가변부(33)를 성형한다. 가변부(33)의 성형은, 가변부(33)에 대응하여 반원형상의 함몰성형면을 갖는 암금형(미도시)과, 가변부(33)에 대응하여 돌출형성된 성형면을 가지고 함몰성형면과의 사이에 가변부(33)의 성형공간을 두고 전열부재를 가압하여 가변부(33)를 성형시키는 수금형(미도시)에 의해 이루어진다.

여기서, 가변부(33)는 원호상의 단면형상을 가지도록 형성하며, 그 반지름(R)은 대략 0.1 내지 0.5㎜의 범위내에서 형성되도록 한다. 가변부(33)의 길이(L)는, 전열핀부(31)의 길이(L)에 전열핀부(31)의 상단 및 하단에 각각 형성된 연결부(33)의 길이를 더한 전체 길이의 60 내지 90％의 길이범위를 가지도록 하며, 각 가변부(33)의 중심간의 간격(S)은 0.2 내지 4㎜의 범위를 가지는 것이 효과적이다.

가변부(33)의 성형이 완료되면 구획선(41)을 중심으로 원호상의 연결부(35)가 형성되도록 도시 않은 벤딩기 등을 이용하여 벤딩작업을 실시한다. 이 때, 벤딩작업은 상호 인접된 전열핀부(31)사이에 형성되는 공기유로의 중심선에 대해 가변부(33)가 상호 대칭이 되도록 실시한다. 즉, 가변부(33)의 돌출측은 인접된 다른 가변부(33)의 돌출측과 상호 인접되도록 하고, 함몰측은 다른 가변부(33)의 함몰측과 상호 인접배치되도록 벤딩을 실시한다. 벤딩작업이 완료된 전열핀부(31)사이에는 가변부(33)에 의해, 전열핀부(31)의 피치(P)에 비해 유동폭이 증가하는 증가구간(E1,E2)과, 축소되는 축소구간(D1,D2)이 교호적으로 공기의 흐름방향을 따라 반복형성된다. 여기서, E1(D1)은 가변부(33)의 함몰측에 의해 유동폭이 증가(감소)된 구간을 나타내고, E2(D2)는 가변부(33)의 돌출측에 의해 유동폭이 증가(감소)된 구간을 의미한다.

이러한 구성에 의하여, 냉매유입구(25)를 통하여 헤더(23 a)내로 유입된 냉매는 상호 연통된 복수개의 전열튜브(10)를 통하여 대향측 헤더(23b)로 유동하게 된다. 대향측 헤더(23b)으로 유동한 냉매는 다시 전열튜브(10)를 통하여 냉매유출구측 헤더(23a)로 유동하고, 이러한 과정을 반복하여 냉매유출구(27)를 통하여 배출된다.

이 때, 도시 않은 송풍팬 등에 의해 송풍된 공기는, 전열핀부(31)사이에 형성된 공기유로내로 유입되고, 유입된 공기는 유동단면적이 확장 및 축소된 공기유로를 따라 유동하면서 전열핀(30)과 접촉되어 열교환작용을 하게 된다. 즉, 공기유로내로 유입된 공기중 일부는 전열핀(30)과 접촉하게 되고, 전열핀(30)과 접촉하지 못한 공기는 가변부(33)에 의해 유동단면적이 확장된 확장구간(E1,E2)에 이르게 되면, 난류를 일으키면서 전열된 공기와 상호 혼합되면서 열교환작용을 하게 된다. 혼합된 공기는 다시 축소구간(D1,D2)을 통과하면서 열교환작용을 하게 되고, 다시 확장구간(E1,E2)에서 혼합 및 열교환을 되풀이 하면서 공기유로를 통과하게 된다.

전술 및 도시한 실시예에서는, 공기의 흐름방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 가변부를 반원형상을 가지도록 구성하여 설명하고 있지만, 원호상의 단면형상을 가지도록 구성할 수 있으며, 삼각, 사각 또는 타원단면형상을 가지도록 구성할 수도 있다.

또한, 전술 및 도시한 실시예에서는, 전열핀을 전열튜브의 길이방향을 따라 상호 평행하게 이격배치된 전열핀부와, 전열핀부를 연결하는 연결부를 가지고 연속되는 파형상을 가지도록 구성하여 설명하고 있지만, 별도의 판상부재로 전열핀을 개별적으로 형성하고 전열튜브의 길이방향을 따라 상호 평행하게 이격배치되도록 구성할 수 있음은 물론이다.

그리고, 각 전열핀부를 상향 또는 하향만곡된 연결부로 상호 연결된 파형상을가지도록 구성하여 설명하고 있지만, 사각 파형상을 가지도록 구성하여 전열튜브와 전열핀이 면접촉되도록 구성할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 공기의 유동단면적이 교호적으로 확장 및 축소되도록 한 공기유로를 형성하고, 확장된 영역내에서 공기가 상호 혼합되도록 함으로써, 공기유로의 단위길이에 대한 열전달효율을 극대화 시킬 수 있는 열교환기가 제공된다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따르면, 공기의 흐름방향에 경사진 루버 등을 형성하여 공기의 유로를 변화시키던 종래의 열교환기에 비해, 풍압의 손실을 현저히 감소시킬 수 있는 열교환기가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기를 채용할 경우, 풍압의 손실이 적기 때문에 열교환기에 인접설치되어 열교환기를 향해 송풍하는 송풍팬의 전력낭비를 줄일 수 있다.

Claims (3)

1. 내부에 상호 나란하게 형성된 복수의 냉매유로를 가지고 공기의 진행방향에 가로로 상호 이격배치되는 평판상의 복수의 전열튜브와;

   상기 전열튜브의 길이방향을 따라 양단에 각각 배치되어 상기 전열튜브의 냉매유로를 상호 연통시키는 한 쌍의 헤더와;

   공기가 통과할 수 있게 공기통과 간격을 두고 상기 전열튜브의 길이방향을 따라 상호 이격되고 상호 인접배치된 상기 전열튜브사이에 양단부가 열전달가능하게 접촉되는 복수의 전열핀과;

   상호 인접배치된 상기 전열핀사이를 통과하는 공기의 유동단면적이 가변될 수 있도록 상기 전열핀의 일측 판면으로부터 함몰되고 타측 판면으로 돌출되게 상기 전열핀에 형성되는 가변부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전열핀은 상호 인접된 다른 전열핀과의 사이에 형성된 공기유로의 중심선에 대해 상기 가변부가 상호 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 가변부는 평면투영시 원호상의 단면형상을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기.