KR100492576B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 본 발명은 통체로 형성하는 헤더와, 헤더의 길이 방향에 수직한 방향으로 연통하도록 냉매유로를 구비하여 상기 헤더의 외주면에 차례대로 결합하는 적어도 두 개 이상 플랫튜브와, 플랫튜브의 외표면에 접촉하여 이웃하는 두 플랫튜브 사이에 서로 일정한 이격거리를 두고 배치하는 복수 개의 냉각핀으로 구성하되 전열핀의 핀피치와 루버피치를 후열핀의 그것들 보다 크게 하거나 전열핀의 핀깊이를 후열핀의 핀깊이 보다 얕게 형성함으로써, 전열핀에서의 착상이 빠르게 성장하는 것을 미연에 방지함과 아울러 이를 통해 착상층이 공기의 유동을 방해하면서 열전달 성능을 떨어뜨리는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Description

열교환기{REGENERATOR}

본 발명은 열교환기의 냉각핀에 관한 것으로, 특히 수 개의 작은 냉매유로를 가지는 마이크로 채널 열교환기의 냉각핀 표면에 맺히는 착상을 지연하고 물빠짐을 개선하는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 압축기와 응축기와 팽창기구 그리고 증발기로 이루어지는 냉동사이클장치에서 응축기와 증발기를 포괄적으로 이르는 것으로, 주위의 온도와 열을 서로 교환하면서 전열매체인 냉매를 액상에서 기상으로 또는 기상에서 액상으로 전환시키고 이 과정에서 생기는 흡수열 또는 방출열을 이용하여 냉방이나 난방 또는 냉장이나 온장으로 활용하도록 하는 것이다.

이러한 열교환기는 그 형상에 따라 구분할 수 있는데, 그 중 가장 널리 알려진 열교환기로는 냉매관에 다수 개의 냉각핀을 삽입하는 이른 바 '핀 앤 튜브' 타입이 있다. 이는 주로 냉장고와 같은 가전제품에서 증발기로 활용하는 것으로 냉매는 냉매관을 순환하면서 그 냉매관의 벽면을 통해 외부와 열교환을 수행하되 냉매관의 외주면에 얇은 다수 개의 냉각핀을 밀착 결합함으로써 공기와의 접촉면적을 넓혀 열교환 효율을 극대화하는 것이다.

평판형 열교환기는 패널 모양의 튜브 안에 소정의 냉매유로를 형성하는 것으로 이는 냉매가 열교환기 몸체의 냉매유로를 순환하면서 외부와 열교환을 수행하는 것이다.

마이크로 채널 타입은 냉매가 들어오는 입구측과 빠져나가는 출구측을 긴 관체로 형성하고 그 양쪽 긴 관체의 사이를 복수 개의 냉매유로(채널)를 내설한 플랫튜브들로 중간중간을 연결하여 입구측 관체로 유입하는 냉매가 상기한 각각의 플랫튜브로 적절하게 배분되어 통과한 후 출구측 관체에서 합쳐 유출되는 것이다.

도 1 및 도 2는 종래 마이크로 채널 타입의 열교환기를 보인 사시도 및 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래 마이크로 채널 열교환기는, 입구를 압축기의 토출구와 연결하거나 또는 팽창기구에 연결하여 냉매를 후술할 각 플랫튜브의 채널로 분산하였다가 모으는 복수 개의 헤더(1)(2)와, 헤더(1)(2) 사이에 직각 방향으로 연결하여 헤더(1)(2)로 유입한 냉매를 분산하면서 외부와 열교환시키는 플랫튜브(3)들과, 플랫튜브(3)들 사이에 접촉 결합하여 공기와의 접촉면적을 확대하는 냉각핀(4)으로 구성하고 있다.

헤더는 입구측 헤더(1)와 출구측 헤더(2)로 구분하고, 각 헤더(1)(2)는 시작단에서 끝단까지 동일한 형상과 동일한 단면적으로 형성하고 있다. 또, 헤더(1)(2)의 외주면 중간중간에는 상기한 플랫튜브(3)의 양단이 삽입하여 용접 고정하는 튜브장착구(1a)(미도시)를 형성하고 있다.

플랫튜브(3)는 그 내부에 냉매유로인 복수 개의 채널(3a)을 일렬로 관통 형성하는 사각 단면 형상으로 형성하고, 그 양단은 헤더(1)(2)의 튜브장착구(1a)(미도시)에 삽입하여 용접으로 고정하고 있다.

냉각핀(4)은 긴 직사각형 모양의 얇은 알루미늄판을 파형 모양으로 다수 회 굽혀 그 변곡점 부위를 상기한 플랫튜브의 양측 대응면에 접합 결합하고 있다.

또, 냉각핀(4)에는 도 3에서와 같이 공기와의 접촉면적을 넓히고 응축수의 배출유로를 이루도록 폭방향으로 다수 개의 루버 또는 슬릿(이하에선, 루버로 통칭)(4a)을 형성하고 있다. 이 루버(4a)는 동일한 루버피치(L2)로 형성하고 있다.

상기와 같은 종래 마이크로 채널 열교환기를 증발기로 활용하는 경우는 다음과 같다.

즉, 압축기와 응축기 그리고 팽창기구를 지나면서 기상의 냉매는 액상과 기상이 혼합한 형태로 증발기의 입구측 헤더(1)로 유입하고, 이 혼합 냉매는 입구측 헤더(1)의 시작단에서 끝단까지 압력에 의해 밀려나면서 그 중간중간에 연통한 플랫튜브(3)의 채널을 통해 출구측 헤더(2)로 이동한다.

이 과정에서 냉매는 플랫튜브(3)의 벽면과 열교환하는 동시에 플랫튜브(3)의 벽면은 공기와 접촉하는 냉각핀(4)을 통해 공기에서 열을 흡수하면서 기화하여 대부분이 가스로 전환되어 압축기의 흡입구로 재공급되는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 냉각핀(4)의 표면에는 핀 표면과 공기와의 온도차에 의해 착상이 형성되고, 이 착상은 증발기를 정지하거나 히터와 같은 별도의 제상장치를 이용한 제상운전시 녹아 핀 표면과 루버(4a)를 통해 낙하하면서 제거되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 열교환기에 있어서는, 경사진 핀 표면을 따라 흐르는 응축수가 플랫튜브(3)와 냉각핀(4)이 접하는 접점에서는 플랫튜브(3)의 폭방향(핀의 길이방향)으로 틀어 흘러 내려야 하나, 냉각핀(4)의 절곡간 길이가 길어 응축수의 물빠짐이 지연되고 이로 인해 증발기의 재기동시 다시 핀 표면에 착상하여 큰 덩어리를 형성하면서 열교환기 효율을 저하할 우려가 있었다.

또, 종래 열교환기는 공기가 핀의 길이방향으로 유동하게 되므로 습한 공기가 처음 접하는 열교환기의 도입측이 맞은편인 도출측에 비해 상대적으로 착상이 집중되어 공기의 흐름을 방해하면서 열교환기의 효율을 저하할 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 열교환기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 핀 표면을 흐르는 응축수를 빨리 제거하도록 함과 아울러 핀의 도입측에서 착상을 지연할 수 있는 열교환기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 통체로 형성하는 헤더와, 헤더의 길이 방향에 수직한 방향으로 연통하도록 냉매유로를 구비하여 상기 헤더의 외주면에 차례대로 결합하는 적어도 두 개 이상 플랫튜브와, 플랫튜브의 외표면에 접촉하여 이웃하는 두 플랫튜브 사이에 서로 일정한 이격거리를 두되 공기의 유동방향에 대해 전열핀의 핀깊이가 후열핀의 핀깊이에 비해 얕게 배치하는 복수 개의 냉각핀으로 구성한 열교환기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 열교환기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기를 보인 사시도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기의 측면도 및 평면에서 보인 단면도이며, 도 7은 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기의 변형예를 평면에서 보인 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 마이크로 채널 열교환기는, 입구를 압축기의 토출구와 연결하거나 또는 팽창기구에 연결하여 냉매를 각 플랫튜브의 채널로 분산하였다가 모으는 복수 개의 헤더(1)(2)와, 헤더(1)(2) 사이에 직각 방향으로 연결하여 상기 헤더(1)(2)로 유입한 냉매를 분산하면서 외부와 열교환시키는 플랫튜브(3)들과, 플랫튜브(3)들 사이에 전열핀(11)과 후열핀(12)으로 이루어져 접촉 결합하여 공기와의 접촉면적을 확대하는 냉각핀(10)으로 구성한다.

헤더는 원통형으로 된 입구측 헤더(1)와 출구측 헤더(2)로 구분하고, 양쪽 헤더(1)(2)의 중간중간에는 상기한 플랫튜브(3)의 양단이 삽입하여 용접 공정할 수 있도록 튜브장착구(1a)(미도시)를 형성한다.

플랫튜브(3)는 그 내부에 냉매유로인 복수 개의 채널(3a)을 일렬로 관통 형성하는 사각 단면 형상으로 형성하고, 그 양단은 헤더(1)(2)의 튜브장착구(1a)(미도시)에 삽입하여 용접으로 고정한다.

냉각핀(10)은 전열핀(11)과 후열핀(12)을 모두 긴 직사각형 모양의 얇은 알루미늄판을 파형 모양으로 다수 회 굽혀 그 변곡점 부위를 상기한 플랫튜브(3)의 양측 대응면에 접합 결합한다.

전열핀(11)과 후열핀(12) 사이에는 각 핀표면에 맺히는 응축수가 용이하게 빠져나갈 수 있도록 일정 간격으로 이격거리(G)를 두는 것이 바람직하다.

또, 도 5에서와 같이 전열핀(11)과 후열핀(12)은 그 절곡간격인 핀피치(L3)(L4)를 상이하게 형성하되 전열핀(11)의 핀피치(L3)가 후열핀(12)의 핀피치(L4) 보다 크게 형성하는 것이 입구측 착상을 지연하는데 바람직하다.

또, 도 6에서와 같이 전열핀(11)과 후열핀(12)에는 공기와의 접촉면적을 넓히고 응축수의 배출유로를 이루도록 폭방향으로 다수 개의 루버(또는, 슬릿)(11a)(12a)를 형성하되, 이 루버(11a)(12a)는 전열핀(11)의 루버피치(또는, 슬릿피치)(L5)가 후열핀(12)의 루버피치(또는, 슬릿피치)(L6) 보다 크게 형성하는 것이 전열에서의 열전달 성능을 낮추고 물빠짐을 높이는데 바람직하다.

또, 도 7에서와 같이 전열핀(11)과 후열핀(12)은 플랫튜브(3)에 대한 삽입깊이, 즉 핀깊이(L7)(L8)를 서로 상이하게 형성하되 전열핀(11)의 핀깊이(L7)를 후열핀(12)의 핀깊이(L8) 보다 얕게 하여 전열핀(11)에서의 열전달 성능을 낮추는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 종래 마이크로 채널 열교환기를 증발기로 사용하는 경우그 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 압축기와 응축기 그리고 팽창기구를 지나면서 기상의 냉매는 액상과 기상이 혼합한 형태로 증발기의 입구측 헤더(1)로 유입하고, 이 혼합 냉매는 입구측 헤더(1)의 시작단에서 끝단까지 압력에 의해 밀려나면서 그 중간중간에 연통한 플랫튜브(3)의 채널을 통과하며, 이 과정에서 냉매는 냉각핀(10)을 통해 공기와 열교환하면서 기화하여 대부분이 가스로 전환되어 출구측 헤더(2)로 이동한 후 압축기의 흡입구로 흡입한다.

여기서, 공기는 플랫튜브(3)들 사이, 즉 전열핀(11)과 후열핀(12)의 루버(11a)(12a)를 통해 차례대로 통과하면서 각 냉각핀(10)과 열교환을 하고, 이러한 열교환 작업을 하는 중에 핀표면 온도와 공기온도 사이의 온도차에 의해 상기한 각 냉각핀(10), 그 중에서도 특히 전열핀(11)의 입구단쪽에 습한 공기가 우선적으로 접촉하면서 많은 착상을 형성한다.

이때, 전열핀(11)의 굽힘각, 즉 핀피치(L3)를 후열핀(12)의 핀피치(L4) 보다 크게 형성하면 전열핀(11)의 표면적이 후열핀(12)의 표면적 보다 작아져 그만큼 공기가 전열핀(11)을 상대적으로 빨리 통과하면서 전열핀(11)에서의 착상 크기가 작아지게 된다.

또, 전열핀(11)의 루버피치(L5)를 후열핀(12)의 루버피치(L6)에 비해 상대적으로 크게 형성하면 공기가 역시 전열핀(11)을 빨리 통과할 뿐만 아니라 전열핀(11)의 열전달 성능을 낮춰 착상 크기를 작게 할 수 있다. 이 경우 제상운전시 후열핀(12)에 비해 상대적으로 많은 양의 응축수가 생기는 전열핀(11)에서의 물빠짐 성능을 높일 수도 있다.

또, 전열핀(11)의 핀깊이(L7)를 후열핀(12)의 핀깊이(L8) 보다 얕게 하면 전열핀(11)의 열전달 성능을 낮춰 전열핀(11)에서의 착상 크기를 줄일 수 있다.

한편, 전열핀(11)과 후열핀(120의 사이에는 일정간격의 이격거리(G)를 둠에 따라 전열핀(11)과 후열핀(12)에서 각각 발생하는 응축수가 핀의 길이방향으로 흐르다가 상기한 이격거리(G)를 통해 빠르게 제거되어 열교환기의 효율이 향상한다.

본 발명에 의한 열교환기는 냉각핀을 전열핀과 후열핀으로 분리 형성하고 전열핀의 핀피치와 루버피치를 후열핀의 그것들 보다 크게 하거나 전열핀의 핀깊이를 후열핀의 핀깊이 보다 얕게 형성함으로써, 전열핀에서의 착상이 빠르게 성장하는 것을 미연에 방지함과 아울러 이를 통해 착상층이 공기의 유동을 방해하면서 열전달 성능을 떨어뜨리는 것을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 종래 마이크로 채널 타입의 열교환기를 보인 사시도.

도 2 및 도 3은 종래 마이크로 채널 타입의 열교환기의 측면도 및 평면에서 보인 단면도.

도 4는 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기를 보인 사시도.

도 5 및 도 6은 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기의 측면도 및 평면에서 보인 단면도.

도 7은 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기의 변형예를 평면에서 보인 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1,2 : 헤더 3 : 플랫튜브

10 : 냉각핀 11 : 전열핀

11a : 루버 12 : 후열핀

12a : 루버 L3,L4 : 핀피치

L5,L6 : 루버피치 L7,L8 : 핀깊이

Claims (4)

1. 통체로 형성하는 헤더와,

   헤더의 길이 방향에 수직한 방향으로 연통하도록 냉매유로를 구비하여 상기 헤더의 외주면에 차례대로 결합하는 적어도 두 개 이상 플랫튜브와,

   플랫튜브의 외표면에 접촉하여 이웃하는 두 플랫튜브 사이에 서로 일정한 이격거리를 두되 공기의 유동방향에 대해 전열핀의 핀깊이가 후열핀의 핀깊이에 비해 얕게 배치하는 복수 개의 냉각핀으로 구성한 열교환기.
2. 제1항에 있어서,

   냉각핀은 공기의 유동방향에 대해 전열핀의 핀피치가 후열핀의 핀피치에 비해 큰 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항에 있어서,

   냉각핀은 다수 개의 루버 또는 슬릿을 형성하되, 공기의 유동방향에 대해 전열핀의 루버피치 또는 슬릿피치가 후열핀의 루버피치 또는 슬릿피치에 비해 큰 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 삭제