KR100382493B1 - 세경관형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세형관형 열교환기에 대한 것으로서, 핀의 하단부의 슬릿형상을 개선하여 응축수의 배출이 원활하게 이루어지도록 함으로써, 잔류 응축수에 의한 열저항을 감소시켜 열전달 성능을 향상시키는 한편, 공기의 압력손실을 저감시키고, 팬 저항이 감소되도록 하여 소비전력이 향상되도록 하며, 열펌프로 사용되는 경우 잔류제상수에 의한 서리 생성을 방지한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 외경이 6mm이하인 세경관과. 상기 세경관이 통과하는 관삽입공이 공기의 유동방향으로 양분되어 들어가는 부분과 나가는 부분에 각각 길이방향으로 형성되고, 상부면에서 전체 2/3높이까지의 상단부와 하부면에서 전체 길이방향 1/3높이까지의 하단부 각 관삽입공 사이에 형성되는 슬릿의 형상이 서로 다르게 형성된 핀을 구비하되, 상기 핀은 상단부의 표면에 각 관삽입공사이에 4열의 슬릿이 형성되고, 하단부 표면에는 각 관삽입공사이에 2열의 슬릿만이 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기에 있어서,상기 핀의 상단부에 형성되는 4열의 슬릿은 2개의 세부편으로 형성된 제1열슬릿과 제4열슬릿이 서로 대향 형성되고, 1개의 세부편으로 형성된 제2열슬릿과 제3열슬릿이 서로 대향형성되어 있는바, 상기 핀의 하단부에 형성되는 2열의 슬릿 중 일측열은 두 개의 세부편으로 형성된 제1열슬릿 또는 제4열슬릿 중에서 선택되고, 타측열은 하나의 세부편으로 형성된 제2열슬릿 또는 제3열슬릿 중에서 선택되어 두 개의 세부편으로 이루어진 일측열과 하나의 세부편으로 이루어진 타측열이 교차되게 형성되는 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기를 제공한다.

Description

세경관형 열교환기{capillary tube type Heat exchanger}

본 발명은 세경관형 열교환기에 대한 것으로서, 특히 핀면에 형성되는 슬릿형상에 관한 것이다.

일반적으로 세경관형 열교환기는 공기조화기, 열펌프등에 사용되어 냉매와 공기사이의 열교환을 이용하여 공기의 온도를 조절하는 장치이다.

도 1에서 도시된 것과 같이, 세경관형 열교환기(1)는 내부에 냉매가 통과되고 구리 등으로 형성되어 U자형 밴드에 의해 서로 접속된 세경관(10)과, 냉매의 방열이 이루어지도록 알루미늄 등으로 형성된 핀(20a)으로 이루어진다.

이때, 세경관형 열교환기(1)는 종래와 같이 외경이 9.52mm ∼ 7mm사이인 관을 사용하지 않고, 6mm이하의 세경관(10)이 사용된 열교환기로써, 냉매의 높은 압력을 견딜 수 있는 내압성이 형성되도록 하여 압력손실을 저감하고 대체냉매의 대응 및 재료비를 저감할 수 있도록 한 것이다.

그리고, 상기 세경관형 열교환기(1)의 핀(20a)은 도 2와 같이, 핀을 공기가 유입되는 방향에 따라 양분할 때, 공기가 들어가는 부분과 나가는 부분에 길이방향으로 다수개의 관삽입공(21)이 각각 형성되고, 나가는 부분에 형성된 관삽입공(21)과 들어가는 부분에 형성된 관삽입공(21)은 일정 각도로 형성되어 서로 지그재그를이룬다.

이 때, 핀(20a)의 길이방향으로 각 관삽입공(21)사이에는 4열의 슬릿(22a)이 형성되며, 각 슬릿(22a)은 루버(louver)와 같이, 서로 대칭되는 길이방향 양측면을 잘라내고 그 중앙부위에 힘을 가하여 일 측으로 돌출 시킨 것이다.

일반적으로 상기 핀(20a)표면에 형성된 제 1열슬릿(221',221")과 4열슬릿(224',224")은 유입공기의 유동속도를 균일하게 하기 위하여 상하가 나뉘어진 2개의 세부편으로 형성되고, 재 2열슬릿(222',222")과 제 3열슬릿(223',223")은 1개의 세부편으로 형성된다.

그리고, 각 슬릿(22a',22a")은 상하부에 설치되는 세경관을 감싸도록 끝부분이 일정각도를 가지도록 형성되어 유입공기를 한쪽의 세경관으로 가이드하여 유속을 증가시킨다.

이와 같은 구조를 가진 세경관형 열교환기가 증발기로 사용될 경우, 저온저압의 냉매가 세경관에서 유동되고, 이와 직교되는 방향으로 공기가 유입되어 냉매와 유입공기사이에 열교환이 이루어진다.

이 때, 냉매와 공기사이의 열교환은 온도차에 의하여 공기의 열이 냉매로 전달되는 현열전달과, 핀과 세경관의 표면온도가 공기의 이슬점온도보다 낮은 경우에 습도차에 의하여 공기의 열을 흡수하는 잠열전달로 이루어진다.

이에 따라, 열교환기(1) 표면에는 도 3과 같이, 유입공기가 노점온도에서 응결되어 형성된 응축수(30)가 맺히게되고, 상기 응축수(30)는 세경관형 열교환기(1)의 핀(20a) 및 세경관(10)의 표면을 타고 중력에 의하여 하부로 흘러내려 열교환기의 외부로 배출된다.

그러나, 세경관형 열교환기(1)는 관의 직경이 작기 때문에 관(도 1참조, 10)과 관(10)사이의 간격 및 핀(20a)과 핀(20a)사이의 간격이 좁게 형성되므로, 열교환기(1)의 하부로 내려갈수록 응축수(30)의 양은 많아지지만, 핀에 형성된 슬릿(22a)에 의한 표면장력으로 인하여 응축수(30)가 하부로 원활히 배수되지 않기 때문에 상기 응축수가 상기 슬릿(도 2참조, 22a',22a")에 고여있게된다.

이와 같은 잔류 응축수(30)에 의하여, 냉매와 핀(20a)사이의 열전달 및 핀(20a)과 유입공기사이의 열전달이 방해받게되어 열전달 효율이 감소된다.

그리고, 응축수(30)가 슬릿(22a'.22a")을 막고 있기 때문에 슬릿(22a',22a")을 통과하는 공기측의 압력손실이 증가되어 공기를 유입시키는 팬의 소비전력이 증가하게된다.

또한, 잔류 응축수(30)는 공기유동방향을 따라 흘러, 열교환후 실내로 유입되는 공기와 함께 실내로 유입되어 소비자에게 물이 튀는 현상(carry over phenomena)을 일으키게되므로 소비자의 제품신뢰성이 감소된다.

또, 세경관형 열교환기가 열펌프에 사용될 경우, 제상에 따른 제상수가 발생되어 상기 제상수가 서리가 생성되는 핵으로 작용하게되므로 서리의 생성을 급속시켜 열펌프의 능력을 저하시키고 에너지 효율을 감소시킨다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 응축수가 열교환기로부터 원활하게 배출될 수 있도록 핀 하단부의 슬릿형상을 개선함으로써, 잔류 응축수에 의한열저항을 감소시켜 열전달 성능을 향상시키는 한편, 공기의 압력손실을 저감시키고, 팬 저항이 감소되도록 하여 소비전력이 향상되도록 하는데 그 목적이 있다.

그리고, 세경관 열교환기가 열펌프에 사용되는 경우, 잔류제상수에 의한 서리의 생성을 방지하여 열펌프의 효율저하를 감소시키도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 세경관형 열교환기를 보여주는 사시도

도 2는 도 1에서 보여주는 종래 세경관형 열교환기의 전단면도

도 3은 응축수의 흐름을 보여주는 도 1의 A-A 단면도

도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 세경관형 열교환기를 구성하는 핀을 나타내는 전단면도

도 5는 도 4의 하단부를 나타내는 요부단면도

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 세경관형 열교환기를 구성하는 핀을 보여주는 전단면도

` 본 발명의 제 3실시예에 따른 세경관형 열교환기를 구성하는 핀을 나타내는 전단면도

도 9는 본 발명의 제 4실시예에 따른 세경관형 열교환기를 구성하는 핀을 보여주는 전단면도

*도면 주요부분의 부호의 설명*

1 : 세경관형 열교환기 10 : 세경관

20a, 20b, 20c, 20d, 20e : 핀 21 : 관삽입공

22a, 22b, 22c, 22d: 슬릿 30 : 응축수

221′,221″: 제 1열슬릿 222′,222″: 제 2열슬릿

223′,223″: 제 3열슬릿 224′,224″: 제 4열슬릿

상기를 위하여 본 발명은 외경이 6mm이하인 세경관과. 상기 세경관이 통과하는 관삽입공이 공기의 유동방향으로 양분되어 들어가는 부분과 나가는 부분에 각각 길이방향으로 형성되고, 상부면에서 전체 2/3높이까지의 상단부와 하부면에서 전체 길이방향 1/3높이까지의 하단부 각 관삽입공 사이에 형성되는 슬릿의 형상이 서로 다르게 형성된 핀을 구비하되, 상기 핀은 상단부의 표면에 각 관삽입공사이에 4열의 슬릿이 형성되고, 하단부 표면에는 각 관삽입공사이에 2열의 슬릿만이 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기에 있어서,상기 핀의 상단부에 형성되는 4열의 슬릿은 2개의 세부편으로 형성된 제1열슬릿과 제4열슬릿이 서로 대향 형성되고, 1개의 세부편으로 형성된 제2열슬릿과 제3열슬릿이 서로 대향형성되어 있는바, 상기 핀의 하단부에 형성되는 2열의 슬릿 중 일측열은 두 개의 세부편으로 형성된 제1열슬릿 또는 제4열슬릿 중에서 선택되고, 타측열은 하나의 세부편으로 형성된 제2열슬릿 또는 제3열슬릿 중에서 선택되어 두 개의 세부편으로 이루어진 일측열과 하나의 세부편으로 이루어진 타측열이 교차되게 형성되는 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기가 제공되도록 한 것이다.

본 발명에 따른 세경관 열교환기를 첨부도면에 따라 그 구성 및 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 세경관형 열교환기를 구성하는 핀을 보여주는 전단면도이고, 도 5는 도 4의 하단부를 나타내는 요부단면도이고, 도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 세경관형 열교환기를 구성하는 핀을 보여주는 전단면도이며, 도 7은 도 6에서 보여주는 핀의 하단부를 나타내는 요부단면도이다.

그리고, 도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 세경관형 열교환기를 구성하는 핀을 나타내는 전단면도이고, 도 9는 본 발명의 제 4실시예에 따른 세경관형 열교환기를 구성하는 핀을 보여주는 전단면도이다.

본 발명에 따른 세경관형 열교환기는 냉매가 유동되고 외경이 6mm이하의 원형관인 세경관(도1참조, 10)과, 알루미늄 등으로 형성되어 냉매와 공기의 열전달이 효과적으로 이루어지도록 방열판으로 사용되는 핀(20b)으로 구성된다.

이 때, 상기 세경관형 열교환기의 핀(20b)은 도 4에서 도시되는 것과 같이, 공기가 유입되는 방향을 따라 들어가는 부분과 나가는 부분으로 핀(20b)을 양분했을 때, 각 부분에 세경관(10)이 삽입되는 관삽입공(21)이 길이방향으로 서로 이격되게 다수개 형성되며, 들어가는 부분과 나가는 부분의 관삽입공(21)은 일정 각도를 가지고 지그재그로 위치된다.

그리고, 상기 핀 상부면에서 핀 전체의 길이를 2/3지점까지의 높이인 상단부의 핀 표면에는 관삽입공(21)과 관삽입공(21) 사이에 4열의 슬릿이 들어가는 부분과 나가는 부분에 각각 형성된다.

이 때, 본 발명에 따른 핀(20b)의 상단부에 형성된 제 4열슬릿은 서로 대칭되는 길이방향 양측면을 잘라내어 그 중앙부위에 압력을 가하여 돌출시킨 것으로써, 상단부의 제 1열과 4열은 공기의 유동속도가 균일하게 형성되도록 상하가 나뉘어진 2개의 세부편으로 형성되고, 2열과 3열은 1개의 세부편으로 형성되며, 각 슬릿의 끝단이 일정각도로 제작되는 것은 종래와 동일하다.

반면, 도 5에서 도시된 것과 같이, 핀 하부면에서 핀 전체 길이의 1/3 사이까지의 높이인 핀 하단부의 핀(20b)표면에는 관삽입공(21)과 관삽입공(21)사이에 2열의 슬릿(22b',22b")을 구비하는데, 핀(20b)의 들어가는 부분에는 제 1열슬릿(221')과 제 3열슬릿(223')만이 형성되고, 나가는 부분에는 제 2열슬릿(222")과 제 4열슬릿(224")만이 형성된다.

이 때, 상기 제 1열슬릿(221')과 제 4열슬릿(224")은 상하가 나뉘어진 두 개의 세부편으로 형성되며 공기가 들어가는 부분과 나가는 부분의 양쪽 선단부에서 슬릿(22b',22b")까지의 핀선단거리(Lt)는 슬릿(22b',22b")제작시 핀 찢어짐이 방지되도록 0.5mm이상이 되도록 한다.

이에 따라, 들어가는 부분의 하단부에서 각 슬릿(221',223')의 양쪽 가장자리를 0.5mm이상의 핀선단길이(Lt)로 형성한 후, 상기 핀선단길이(Lt)를 제외한 나머지 길이에서 슬릿폭(Lw)과 슬릿간격(Ls)을 동일하게 형성하여 제 1열슬릿(221')과 제 3열슬릿(223')을 형성한다.

또한, 들어가는 부분의 하단부에 형성되는 슬릿과 동일한 방법으로 나가는 부분의 하단부에도 0.5mm이상의 핀선단길이(Lt)를 남겨둔 후, 양 핀선단길이(Lt)를 제외한 나머지 길이에서 슬릿폭(Lw)과 슬릿간격(Ls)이 동일하게 형성되도록 제 2열슬릿(222")과 제 4열슬릿(224")을 형성한다.

이 때, 공기가 들어가는 부분의 제 1열슬릿(221')과 제 3열슬릿(223')은 세경관으로 공기를 유도하여 열전달이 촉진되도록 하기 위함이고, 공기가 나가는 부분의제 2열슬릿(222")과 제 4열슬릿(224")만을 형성하는 것은 열교환기 후류의 공기유속이 균일하게 형성토록 하기 위함이다.

한편, 본 발명에 따른 제 2실시예에서는 도 6과 같이, 핀(20c)의 상단부에는 제 1실시예와 동일하게 4열슬릿이 형성되고, 하단부에는 2열슬릿(22c',22c")이 형성되나 그 형상이 동일하지 않은 핀(20c)이 보여진다.

즉, 핀(20c)의 하단부에 있어서, 들어가는 부분과 나가는 부분에 동일하게제 1열슬릿(221',221")과 제 3열슬릿(223',223")만이 형성된 것이다.

그리고, 상기 제 1열슬릿(221',221")은 상하로 나뉘어진 두 개의 세부편으로 형성되고 각 슬릿(22c',22c")의 끝단은 일정 기울기를 가진다.

상기 핀(20c)의 하단부를 도 7을 참조하여 좀 더 상세하게 설명하면, 하단부의 들어가는 부분과 나가는 부분에 형성된 제 1열슬릿(221',221")과 제 3열슬릿(223',223")은 양쪽 가장자리에서 0.5mm이상의 핀선단길이(Lt)를 이격시켜, 각 핀선단길이(Lt)를 제외한 나머지 길이에서는 슬릿폭(Lw)과 슬릿간격(Ls)이 동일하게 형성되도록 하여 상기 핀(20c)상면에 제작되고, 각 슬릿(221',223')은 동일한 폭을 가진다.

이와 달리, 도 8에 도시되는 본 발명의 제 3실시예에서 보여지는 핀(20d)은 핀하단부의 들어가는 부분과 나가는 부분의 관삽입공(21)사이에 제 2열슬릿(222',222")과 제 4열슬릿(224',224")만이 형성된 것이다.

핀하단부에 형성된 2열슬릿(22d',22d") 또한 상기 실시예에서 설명된 바와 같이, 0,5mm이상 핀선단길이(Lt)로 남겨두고, 상기 핀선단길이를 제외한 나머지 길이에서 슬릿폭과 슬릿간격을 각각 동일하게 계산하여 제 2열슬릿(222',222")과 제 4열슬릿(224',224")을 형성한다.

한편, 본 발명에 따른 제 4실시예에서는 도 9와 같이, 핀(20e)의 하단부에 2열슬릿(22e',22e")을 형성하되, 하단부의 들어가는 부분에는 제 2열슬릿(222')과 제 4열슬릿(224')만을 형성하고, 나가는 부분에는 제 1열슬릿(221")과 제 3열슬릿(223")을 형성한다.

이에 따라, 들어가는 부분의 관 삽입공 사이에 형성되는 제 2열(222')과 제 4열슬릿(224')은 핀선단길이(Lt)를 제외한 나머지 길이를 균일하게 나뉘어 슬릿(22e')을 형성하며, 하단부의 나가는 부분에서도 동일한 방법으로 제 1열(221")과 제 3열슬릿(223")을 형성한다.

본 발명에 따라 하단부에 2열 슬릿이 형성된 핀(20b,20c,20d,20e)을 구비하는 세경관형 열교환기가 공기조화기 및 열펌프등에 사용되면, 팬의 회전에 따라 유입된 공기는 저온저압의 냉매가 유동되는 세경관(10)에 직교되는 방향으로 유입되어 핀(20b,20c,20d,20e)과 세경관(10)을 통과하여 열교환기에서 배출된다.

이 때, 공기는 세경관(10)등의 방해물로 인하여 유속이 감소되나, 핀(20b,20c,20d,20e)표면에 형성된 슬릿(22b,22c,20d,20e)을 통과하면서 기류가 일정 방향으로 가이드되어 들어가는 부분과 나가는 부분의 공기유속이 균일하게 형성되어 냉매와의 열교환을 이룬다.

즉, 열교환기 표면에서 유입공기는 냉매와의 온도차로 인하여 현열전달되어 온도가 떨어지고, 핀과 세경관의 표면온도가 공기의 이슬점온도보다 낮은 경우에는 습도차에 의하여 잠열전달도 이루어져 응축수(30)로 형성되고 온도가 하강한 공기는 실내로 재유입된다.

이와 같이 형성된 상기 응축수(30)는 열교환기의 핀(20b,20c,20d,20e) 및 세경관(10)의 표면을 타고 중력에 의하여 하부로 흘러내려 슬릿간의 폭과 간격이 증가된 핀(20b,20c,20d,20e)을 따라, 외부로 용이하게 배출된다.

이 때, 공기가 들어가는 부분에 제 1열슬릿(221')과 제 3열슬릿(221')이 형성된 제 1실시예와 제 2실시예에서는 세경관으로 공기가 유도되어 열전달이 촉진되고, 공기가 나가는 부분에서는 제 2열슬릿(222")과 4열슬릿(224")만이 형성된 제 1실시예와 제 3실시예에서는 열교환기 후류의 공기유속이 균일하게 형성되어 유동소음이 줄어든다.

또한, 공기가 들어가는 부분에 제 2열슬릿(222')과 제 4열슬릿(224')이 형성된 제 3실시예와 제 4실시예에서는 나가는 부분으로 유입되는 공기의 유속이 균일하게 형성되어 나가는 부분에서 유동되는 냉매와의 열전달이 촉진된다.

그리고, 제 2실시예와 제 4실시예에서는 들어가는 부분에서 보여지는 바와 같이 공기가 나가는 부분에 제 1열슬릿(221") 및 제 3열슬릿(223")이 형성된 핀을 따라 공기가 관으로 유도됨으로써, 들어가는 부분에서 일어나는 냉매와 공기의 열전달율보다 낮은 나가는 부분의 냉매와 공기의 열전달율이 종래보다 증가된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 핀 상단부는 4열슬릿을 형성하고 핀하단부는 2열슬릿을 형성함으로써, 공기의 유동을 가이드하여 유속이 증가되는 한편, 열교환으로 발생되는 응축수가 하단부에서 원활하게 외부로 배출되어 응축수의 열저항이 감소되므로 열전달성능이 향상된다.

그리고, 잔류 응축수가 슬릿에 잔존하지 않으므로 공기의 압력손실이 감소되어 공기를 유입시키는 팬저항이 감소되고 이에 따른 소비전력도 감소된다.

또, 열교환기가 열펌프에 사용되는 경우에, 제상에 따른 제상수가 발생되어 상기 제상수가 서리가 생성되는 핵으로 작용하는 것을 방지하여 열펌프의 능력 및에너지 효율 감소를 방지할 수 있다.

그리고, 잔류응축수가 원활하게 열교환기로부터 배출되므로 실내로 유입되어 소비자에게 물이 튀는 현상(carry over phenomena)이 방지되어 소비자의 제품신뢰성이 향상된다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 외경이 6mm이하인 세경관과. 상기 세경관이 통과하는 관삽입공이 공기의 유동방향으로 양분되어 들어가는 부분과 나가는 부분에 각각 길이방향으로 형성되고, 상부면에서 전체 2/3높이까지의 상단부와 하부면에서 전체 길이방향 1/3높이까지의 하단부 각 관삽입공 사이에 형성되는 슬릿의 형상이 서로 다르게 형성된 핀을 구비하되, 상기 핀은 상단부의 표면에 각 관삽입공사이에 4열의 슬릿이 형성되고, 하단부 표면에는 각 관삽입공사이에 2열의 슬릿만이 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기에 있어서,

   상기 핀의 상단부에 형성되는 4열의 슬릿은 2개의 세부편으로 형성된 제1열슬릿과 제4열슬릿이 서로 대향 형성되고, 1개의 세부편으로 형성된 제2열슬릿과 제3열슬릿이 서로 대향형성되어 있는바, 상기 핀의 하단부에 형성되는 2열의 슬릿 중 일측열은 두 개의 세부편으로 형성된 제1열슬릿 또는 제4열슬릿 중에서 선택되고, 타측열은 하나의 세부편으로 형성된 제2열슬릿 또는 제3열슬릿 중에서 선택되어 두 개의 세부편으로 이루어진 일측열과 하나의 세부편으로 이루어진 타측열이 교차되게 형성되는 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 핀의 하단부에 형성되는 슬릿에서 핀의 양쪽 선단부까지의 거리, 즉 핀 선단 길이는 적어도 0.5mm이상으로 제작되는 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 핀의 하단부에 형성되는 슬릿은 핀 선단 길이를 제외한 나머지 길이를 슬릿폭과 슬릿간격이 동일하도록 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.