KR100469243B1 - 열교환기의 루버구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세경형 전열관을 갖는 열교환기의 루버를 최적 설계하여, 열전달 성능을 향상시킴과 함께 공기측 압력손실 및 열교환기의 비용을 저감시키는데 그 목적이 있다.

이를 위해, 본 발명은 전열관 외부에 다수개의 냉각핀이 수직으로 적층되어, 전열관내의 제1 작동유체와 전열관 외부의 제2 작동유체 사이에 열전달을 일으키는 열교환기에 있어서, 상기 냉각핀에, 전체 6열을 이루며, 냉각핀의 상방 또는 하방으로 20-24도 꺾임 가공된 루버가 포함되어 이루어진 열교환기를 제공한다.

Description

열교환기의 루버구조{Louver structure of heat exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 세경형 전열관을 갖는 열교환기의 루버구조에 관한 것이다.

일반적으로, 열교환기는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 소정 온도의 냉매가 흐르는 전열관(1)과, 상기 전열관 외부에 수직으로 적층된 다수개의 냉각핀(2)과, 상기 냉각핀상에 형성되어 공기와의 열교환면적을 증대시키는 역할을 수행하는루버(3)로 이루어진다.

이에 따라, 외부공기가 열교환기측으로 유동하면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 열교환기측으로 유동한 공기는 냉각핀(2)에 형성된 루버(3)를 따라 유동하면서 열교환되게 된다. 특히, 상기 루버(3)는 공기와의 접촉면적을 증대시키는 역할을 수행하므로 열전달율을 향상시키게 된다.

이러한 형태의 열교환기는, 전면풍속, 압력손실, 전열량, 물빠짐성 등을 고려하여 설계되어야 한다. 즉, 설계시 성능인자인 루버개수, 루버각도, 루버폭 등을 고려하여 설계되어야 한다.

하지만, 종래기술에서는 9.52mm, 7mm 등의 직경을 갖는 전열관(1)을 사용하므로서, 각 냉각핀(2)의 폭이 이에 맞게 설정되어 있으며, 또한 상기 각 냉각핀(2)에 형성된 각 루버(3)의 배치 및 그 형상 역시 이에 맞게 설정되어 있음에 따라, 전열관의 직경을 축소시켜 보다 소형의 열교환기를 제조할 경우, 루버개수, 루버각도, 루버폭 등을 최적화하여야 하는 문제가 발생하게 된다.

즉, 첫째, 종래의 루버구조를 유지하면서 전열관(1)의 직경을 축소시키기 위해서는, 루버폭이 줄어들어야 하는데, 이는 루버폭을 1mm 이하까지 낮추어야 하는 제조상 어려움이 발생된다.

둘째, 전열관(1)의 직경을 축소시키는 경우 냉각핀(2)의 효율저하를 방지하기 위하여 냉각핀의 폭도 이에 따라 줄어들어야 하는데, 이는 열교환기의 전체면적이 줄어들어 열교환성능이 감소되는 문제가 발생된다.

셋째, 열교환기의 전체면적이 감소되는 것을 막기 위해서는 단위 전열관 길이당 냉각핀수(FPI, Fin Per Inch)를 증가시켜야 하는데, 이때 기존 열교환기와 동일한 루버개수 및 루버각도를 사용하면 압력손실이 크게 증가하여 전열관(1)을 세경화시키는 장점(냉매 봉입량 감소, 재료비 절감)이 상쇄되게 된다.

본 발명은 종래기술에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 세경형 전열관을 갖는 열교환기의 루버를 최적 설계하여, 열전달 성능을 향상시킴과 함께 공기측 압력손실 및 열교환기의 비용을 저감시키는데 그 목적이 있다.

도 1a는 종래기술에 따른 열교환기의 루버구조를 나타낸 정면도.

도 1b는 도 1a의 루버상에서 공기의 흐름을 나타낸 Ⅰ-Ⅰ단면도.

도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 루버구조를 나타낸 정면도.

도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ단면도.

도 4는 본 발명에 따른 것으로서, 루버인자별 성능향상비를 나타낸 그래프.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 전열관 20: 냉각핀

30: 루버

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 전열관 외부에 다수개의 냉각핀이 수직으로 적층되어, 전열관내의 제1 작동유체와 전열관 외부의 제2 작동유체 사이에 열전달을 일으키는 열교환기에 있어서;상기 전열관의 직경은 4.5∼5.5mm이루게 되고, 상기 냉각핀에는, 전체 6열을 이루며 냉각핀의 상방 또는 하방으로 20-24도 꺾임 가공된 루버가 형성되며,상기 루버 중, 제1,3,4,6열은 폭방향 한쪽 끝이 상기 냉각핀의 상방 또는 하방으로 꺾임 가공되되, 제1,2,3열 사이와 제4,5,6열 사이에는 2개의 루버슬릿이 각각 중심선(c)을 기준으로 서로 반대방향으로 형성되며,제2열 및 제5열은 길이 방향 양단이 상기 냉각핀에 고정됨과 함께 폭 방향 양끝이 절단 가공된 것임을 특징으로 하는 열교환기가 제공된다.

그리고, 상기 루버 중 제1열과 제6열의 선단 길이는 0.5mm로 설계됨이 바람직하다. 그 이유는, 루버슬릿(루버와 루버 사이의 틈)을 정확하게 형성시킬 수 있고, 양산시 프레스의 내구성을 향상시키기 위함이다.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명이 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 루버구조를 나타낸 정면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 것으로서, 루버인자별 성능향상비를 나타낸 그래프이다.

도면 설명에 앞서, 열교환기의 일반 구성은 종래기술에 언급된 바 있으므로, 그 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 세경형 전열관을 갖는 열교환기는, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 소정 온도의 제1 작동유체가 흐르는 세경형 전열관(10)과, 상기 전열관 외부에 수직으로 적층된 다수개의 냉각핀(20)과, 상기 냉각핀에 형성되되 전체 6열을 이루며 냉각핀의 상방 또는 하방으로 20-24도 꺾임 가공되어 제2 작동유체와의 열교환면적을 증대시키는 역할을 수행하는 루버(30)가 포함되어 이루어진다.

여기서, 상기 루버(30) 중, 제1,3,4,6열은 폭방향 한쪽 끝이 상기 냉각핀(20)의 상방 또는 하방으로 꺾임 가공되고, 제2열 및 제5열은 길이 방향 양단이 상기 냉각핀에 고정됨과 함께 폭 방향 양끝은 절단 가공됨이 바람직하다.즉, 제1,2,3열 사이와 제4,5,6열 사이에는 2개의 루버슬릿이 각각 형성되며, 상기 제1,2,3열 사이에 형성되는 루버슬릿과 제4,5,6열 사이에 형성되는 루버슬릿은 각각 중심선(c)을 기준으로 서로 반대방향을 이루도록 형성된다.

그리고, 상기 전열관(10)의 직경은, 세경화를 만족하기 위해 4.5∼5.5mm임이 바람직하다.

그리고, 상기 루버(30) 중 제1,3,4,6열의 폭(도 3의 A참조)은 서로 동일하고, 제2,5열의 폭(도 3의 B참조) 또한 서로 동일하며, 특히, 제2열(또는 제5열)의폭((B)은, 제1열의 폭(A)의 두배가 됨이 바람직하고, 상기 루버 중 제1열과 제6열의 선단 길이(Lt)는 0.5mm로 설계됨이 바람직하며, 상기 루버 중 제3열과 제4열 사이의 길이는 0.9∼1.1mm로 설계됨이 바람직하다. 그 이유는, 루버슬릿(루버와 루버 사이의 틈)을 정확하게 형성시킬 수 있고, 양산시 프레스의 내구성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

이하, 루버인자별 성능향상비를 나타낸 그래프인 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 세경형 전열관을 갖는 열교환기를 구체적으로 살펴본다.

먼저, 도 4에 나타난 그래프는, 양 전열관(10)의 중심선(c)에 대해 대칭을 이루고 있는 제1,2,3열의 루버(30)와 제4,5,6열의 루버 중 어느 한측을 기준 삼아 실험한 것이다. 그리고, 상기 루버인자 중 루버슬릿(루버와 루버 사이의 틈)수와 루버각도(도 3의 α참조)를 조정하면서 실험한 성능향상비를 나타낸 것이다.

이러한 실험결과, 동일 루버각도(α) 20도에서 루버슬릿수가 2개일 때와 3개일 때를 살펴보면, 3개일 때는 0.925정도의 성능향상비를 얻을 수 있는 반면, 2개일 때에는 1.05정도의 성능향상비를 얻을 수 있게 된다. 그리고, 동일 루버각도(α) 24도에서 루버슬릿수가 2개일 때와 3개일 때를 살펴보면, 3개일 때는 0.86정도의 성능향상비를 얻을 수 있는 반면, 2개일 때에는 1.03정도의 성능향상비를 얻을 수 있게 된다.

즉, 이러한 실험결과는, 루버슬릿수가 많을수록 열적성능이 우수하다는 일반적인 사상을 초월한 것으로서, 세경형 전열관을 갖는 열교환기에 있어서는 최적의 루버슬릿수가 2개이고, 최적의 루버각도(α)가 20∼24도임을 단적으로 보여주고 있다.

구체적으로, 이러한 결과가 나타난 이유를 고찰해보면 다음과 같다.

루버슬릿(루버와 루버 사이의 틈)수가 두 개 보다 많게 되면 상대적으로 루버(30)에 의한 압력손실이 증가되어 열적성능이 저하되고, 루버각도(α)가 20도 보다 작게 되면 전열면적이 줄어들고 24도 보다 크게 되면 유동저항인 공기측 압력손실이 증가되어 열적성능이 저하됨을 고찰할 수 있다.

따라서, 본 발명은, 중심선(C)에 대해 한측의 루버슬릿수가 두 개이고, 그 루버각도(α)가 20∼24도일 때가 가장 바람직한 세경형 전열관(10)을 갖는 열교환기를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한 루버슬릿수가 줄어듦에 따라 비용을 저감시킬 수 있다.

결국, 본 발명은 세경형 전열관을 갖는 열교환기의 루버를 최적 설계하여, 열전달 성능을 향상시킴과 함께 공기측 압력손실 및 열교환기의 비용을 저감시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 열교환기의 콤팩트화를 도모할 수 있게 된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 세경형 전열관을 갖는 열교환기의 루버를 최적 설계한 것으로서, 열전달 성능을 향상시킴과 함께 공기측 압력손실 및 열교환기의 비용을 저감시킬 수 있으며, 열교환기의 콤팩트화를 도모할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 전열관 외부에 다수개의 냉각핀이 수직으로 적층되어, 전열관내의 제1 작동유체와 전열관 외부의 제2 작동유체 사이에 열전달을 일으키는 열교환기에 있어서,

   상기 전열관의 직경은 4.5∼5.5mm를 이루게 되고,

   상기 냉각핀에는, 전체 6열을 이루며 냉각핀의 상방 또는 하방으로 20-24도 꺾임 가공된 루버가 형성되며,

   상기 루버 중, 제1,3,4,6열은 폭방향 한쪽 끝이 상기 냉각핀의 상방 또는 하방으로 꺾임 가공되되,

   제1,2,3열 사이와 제4,5,6열 사이에는 2개의 루버슬릿이 각각 중심선(c)을 기준으로 서로 반대방향으로 형성되며,

   제2열 및 제5열은 길이 방향 양단이 상기 냉각핀에 고정됨과 함께 폭 방향 양끝이 절단 가공된 것임을 특징으로 하는 열교환기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 루버 중 제1열과 제6열의 선단 길이는 0.5mm로 설계됨을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 루버 중 제2열 또는 제5열의 폭은 제1,3,4,6열의 어느 하나의 폭의 두배가 됨을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 루버 중 제3열과 제4열 사이의 길이는 0.9∼1.1mm로 설계됨을 특징으로 하는 열교환기.