KR100511970B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작동유체와 냉매 사이의 열교환 효율을 높이기 위하여 핀 플레이트에 슬릿이 형성된 열교환기에 관한 것으로서, 특히 최적으로 설정된 슬릿 형성 위치에 슬릿을 형성시킴에 따라 착상을 지연시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 열교환기는 냉매가 순환되는 냉매관이 관통되는 동시에 핀 폭 방향으로 다수개의 슬릿이 형성된 핀 플레이트가 소정 간격을 두고 적층되도록 설치되어 작동유체와 냉매를 열교환시키는 열교환기에 있어서, 상기 핀 플레이트는 작동유체가 유입되는 측으로부터 핀 폭(Wf)의 15 ~ 30 % 위치에서 최초 슬릿이 형성된다.

Description

열교환기 {Heat exchanger}

본 발명은 작동유체와 냉매 사이의 열교환 효율을 높이기 위하여 핀 플레이트에 슬릿이 형성된 열교환기에 관한 것으로서, 특히 최적으로 설정된 슬릿 형성 위치에 슬릿을 형성시킴에 따라 착상을 지연시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 냉매와 작동유체 사이에 열교환 작용이 일어나도록 하는 장치로써, 공기조화기와 냉장고 등에 다양한 곳에 적용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환기가 도시된 사시도이다.

종래 기술에 따른 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이 다수개의 핀 플레이트(10)가 근접하도록 적층되게 설치되고, 상기 핀 플레이트(10)를 관통하도록 냉매관(20)이 설치된다.

여기서, 상기 냉매관(20)은 그 내부로 냉매가 순환되며, 상기 핀 플레이트(10)는 상기 냉매관(20)을 통과하는 냉매와 송풍되는 공기 등과 같은 작동유체와 열교환 면적을 넓히도록 상기 냉매관(10)에 다수개가 수직하게 설치된다.

이때, 상기 핀 플레이트(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 평판 형상으로 형성되되, 상기 냉매관(20)이 관통하여 설치될 수 있도록 다수개의 관삽입공(12)이 공기가 유입되는 부분과 공기가 유출되는 부분에 길이방향으로 서로 지그재그를 이루도록 형성되되, 상기 관삽입공(12) 주위에는 상기 냉매관(20)이 삽입되기 용이하도록 완만하게 돌출된 컬링부(12a)가 형성된다.

그런데, 이와 같은 핀 플레이트(10)는 표면에 작동유체가 유동될 경우 작동유체가 상기 핀 플레이트(10)의 선단에 부딪혀 포물선 형상으로 유동됨으로 상기 핀 플레이트(10)에 유동 경계층이 비교적 두껍게 형성되기 때문에 작동유체가 상기 핀 플레이트(10)의 후단으로 갈수록 상기 핀 플레이트(10)와 접촉되지 못하여 열교환 효율이 떨어진다.

따라서, 최근에는 열교환기의 핀 플레이트(10)에 다수개의 슬릿(Slit)을 형성하여 상기 핀 플레이트에 형성되는 유동 경계층이 비교적 얇게 형성되도록 하여 열교환 성능을 향상시키고 있는데, 특히 슬릿의 설계 인자가 열교환 성능에 크게 영향을 미친다.

특히, 상기와 같이 핀 플레이트(10)에 슬릿이 형성된 열교환기가 난방 운전시 실외 측에 설치되어 응축기 역할을 수행할 경우, 실외공기 즉 작동유체와 냉매 사이에 열교환 작용이 일어날수록 상기 열교환기 표면에 응축수가 맺히게 되는데, 실외온도가 설정온도 미만이면 이러한 응축수가 상기 열교환기 표면 즉 핀 플레이트(10)에 결빙되어 열교환 효율을 떨어뜨리게 된다.

따라서, 상기와 같은 열교환기는 냉매와 작동유체 사이에 열교환 효율을 높이는 동시에 응축수의 결빙을 지연시킬 수 있도록 설계되어야 한다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 핀 플레이트에 최적으로 설정된 설계인자에 따라 슬릿을 형성함으로 열교환 효율을 높이는 동시에 응축수의 착상을 지연시킬 수 있는 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열교환기는 냉매가 순환되는 냉매관이 관통되는 동시에 핀 폭 방향으로 다수개의 슬릿이 형성된 핀 플레이트가 소정 간격을 두고 적층되도록 설치되어 작동유체와 냉매를 열교환시키는 열교환기에 있어서, 상기 핀 플레이트는 상기 냉매관이 삽입되는 관삽입공보다 직경이 크도록 상기 관삽입공과 동심원으로 형성된 가상원 사이에 다수개의 슬릿이 형성되고, 작동유체가 유입되는 측으로부터 핀 폭(Wf)의 15 ~ 30 % 위치에서 최초 슬릿이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 열교환기가 도시된 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 핀 플레이트가 도시된 정면도이며, 도 5는 냉/난방 운전시 열교환기의 핀 플레이트에 최초 슬릿 형성위치에 따른 열교환량이 도시된 그래프이고, 도 6은 난방 운전시 열교환기의 핀 플레이트에 최초 슬릿 형성위치에 따른 착상 지연 시간이 도시된 그래프이다.

상기 본 발명에 따른 열교환기는 도 3에 도시된 바와 같이 냉매가 유동되는 구리 재질의 냉매관(50)과, 상기 냉매관(50)이 관통되도록 서로 근접하게 적층되도록 설치된 알루미늄 재질의 핀 플레이트(60)와, 상기 핀 플레이트(60)에 작동유체가 유입되는 측으로부터 핀 폭(Wf)의 15 ~ 30 % 위치부터 형성된 다수개의 슬릿(70)으로 구성된다.

여기서, 상기 핀 플레이트(60)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 냉매관(50)이 관통되게 설치될 수 있도록 공기가 유입되는 부분에 제1열 냉매관(52)이 설치되고 공기가 유출되는 부분에 제2열 냉매관(54)이 설치될 수 있도록 다수개의 관삽입공(62)이 서로 지그재그를 이루도록 형성되고, 상기 관삽입공(62) 둘레에는 상기 냉매관(50)이 삽입되기 용이하도록 완만하게 돌출된 컬링부(62a)가 형성되며, 상기 관삽입공(52) 사이에 공간에 다수개의 슬릿(70)이 형성된다.

구체적으로, 상기 핀 플레이트(60)는 상기 제1열 냉매관(52)이 설치되는 부분을 기준으로 설계되는데, 상기 핀 플레이트(60)에 상기 제1열 냉매관(52)이 길이 방향으로 설치되는 부분의 폭을 핀 폭(Wf)이라고 할 때, 상기 핀 플레이트(60)의 관삽입공(62) 사이에 형성된 공간에 상기 핀 플레이트(60)의 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 작동유체가 유입되는 방향에서부터 다수개의 슬릿(70)이 형성되고, 이때 최초의 슬릿(72)이 상기 핀 폭(Wf)의 15 ~ 30 % 위치에서 형성된다.

아울러, 상기 핀 플레이트(60)는 상기 관삽입공(62)의 직경보다 크도록 상기 관삽입공(62)과 동심원으로 형성된 가상원(C) 사이에 다수개의 슬릿(70)이 형성되되, 상기 다수개의 슬릿(70)은 상/하단이 각각 근접한 가상원(C)에 접하도록 형성된다.

즉, 상기 핀 플레이트(60)는 상기 관삽입공(62) 및 가상원(C)의 위치가 설정되고, 근접한 가상원(C) 사이에 다수개의 슬릿(70)이 형성되기 때문에 최초의 슬릿(72)이 형성되는 위치는 상기 관삽입공(62) 및 가상원(C)의 설정 위치에 따라 변화되며, 다수개의 슬릿(70)의 폭 및 근접한 슬릿 사이의 간격 역시 상기 가상원(C)의 크기에 따라 변화된다.

물론, 상기 다수개의 슬릿(70) 폭 및 근접한 슬릿 사이의 간격 총합은 상기 가상원(C)의 직경과 동일하도록 형성된다.

이와 같이, 상기 열교환기가 강제 또는 자연 송풍되는 작동유체와 냉매를 열교환시켜 냉매를 증발시키는 증발기 역할을 수행하거나, 냉매를 응축시키는 응축기 역할을 수행하게 되는데, 상기 열교환기가 실외 측에 설치되어 증발기로 사용될 경우 습기가 포함된 작동유체가 상기 열교환기를 통과하면서 상기 열교환기 표면에 응결되어 응축수가 맺히게 되고, 이러한 응축수는 실외온도가 낮은 경우 상기 핀 플레이트(60) 표면에 얼음 또는 서리 등으로 결빙된다.

하지만, 상기 열교환기는 상기 핀 플레이트(60)에 작동유체가 유입되는 측으로부터 핀 폭(Wf)의 15 ~ 30 % 위치에서 최초의 슬릿(72)이 형성되도록 다수개의 슬릿(70)이 형성되기 때문에 열교환 성능을 떨어뜨림으로 상기 핀 플레이트(60) 표면에 응축수의 결빙을 지연시킬 수 있다.

일예를 들어 설명하면, 상기 핀 플레이트(60)의 핀 폭(Wf)이 18 mm 인 경우 최초의 슬릿이 형성된 위치에 따른 냉/난방시 열교환량이 도시된 도 5를 참고로 하여 살펴보면, 냉방 운전시 상기 열교환기가 응축기 역할을 수행할 경우 상기 핀 플레이트(60)에 최초의 슬릿(72)이 형성되는 위치가 멀어질수록 열교환량이 감소되는 반면, 난방 운전시 상기 열교환기가 증발기 역할을 수행할 경우 상기 핀 플레이트(60)에 최초의 슬릿(72)이 형성되는 위치가 멀어질수록 열교환량이 증가하다가 감소된다.

왜냐하면, 상기 핀 플레이트(60)에 작동유체가 유입되는 측에 최초의 슬릿(72)이 형성될수록 열교환 성능이 향상되기 때문에 냉방 운전시 최초의 슬릿(72)이 형성되는 위치가 멀어질수록 열교환량이 감소되는 반면, 난방 운전시 최초의 슬릿(72)이 형성되는 위치가 가까울수록 열교환 성능이 향상되어 상기 열교환기 표면에 응축수가 많이 맺히게 되는데, 실외온도가 설정온도 미만인 경우 응축수가 상기 열교환기 표면에 결빙되어 열교환 면적을 줄어듦으로 열교환 효율이 떨어지기 때문에 최초의 슬릿(72)이 형성되는 위치가 멀어질수록 열교환량이 증가하다가 감소된다.

또한, 상기 핀 플레이트(60)의 핀 폭(Wf)이 18mm 인 경우 최초의 슬릿(72)이 형성된 위치에 따른 난방 운전시 착상지연시간이 도시된 도 6을 참고로 하여 살펴보면, 상기 핀 플레이트(60)에 최초의 슬릿(72)이 형성되는 위치가 멀어질수록 착상지연시간이 길어지되, 최초의 슬릿(72)이 형성되는 위치가 3 mm 이상인 경우 착상지연시간이 더 이상 길어지지 않는다.

보통, 공기조화기에서 난방 작동시 냉매가 압축기, 실내 열교환기(응축기 역할), 팽창장치, 실외 열교환기(증발기 역할)를 따라 순환되는 동시에 실내팬 및 실외팬이 작동되는 반면, 실외온도가 설정온도 미만인 경우 상기 실외 열교환기 측에 응축수가 결빙되어 열교환 작용이 일어나지 않는 경우 난방 작동 도중에 제상 작동되어 냉매가 압축기, 실외 열교환기(응축기 역할), 팽창장치, 실내 열교환기(증발기 역할)를 따라 순환되는 동시에 실외팬만 작동되도록 하는데, 상기 착상지연시간은 이러한 공기조화기에서 제상 작동이 재작동되는데 걸리는 시간 즉 난방 운전 시간을 말한다.

따라서, 상기와 같이 열교환기가 냉/난방 운전되는 경우 상기 열교환기의 열교환량 및 착상지연시간을 고려할 때, 상기 핀 플레이트(60)가 18 mm 인 경우 최초의 슬릿(72)이 상기 핀 플레이트(60)에서 3 ~ 4 mm 지점에서 형성되도록 다수개의 슬릿(70)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열교환기는 핀 플레이트에 다수개의 슬릿이 형성되되, 작동유체가 유입되는 핀 플레이트 측으로부터 15 ~ 30 % 지점에서 최초의 슬릿이 형성되기 때문에 열교환기가 실외측에 설치되어 증발기 역할을 수행하는 경우 열교환 작용으로 열교환기 표면에 맺힌 응축수가 착상되는데 걸리는 시간을 지연시킬 수 있을 뿐 아니라 나아가 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환기가 도시된 사시도,

도 2는 종래 기술에 따른 열교환기의 핀 플레이트가 도시된 정면도,

도 3은 본 발명에 따른 열교환기가 도시된 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 핀 플레이트가 도시된 정면도,

도 5는 냉/난방 운전시 열교환기의 핀 플레이트에 최초 슬릿 형성위치에 따른 열교환량이 도시된 그래프,

도 6은 난방 운전시 열교환기의 핀 플레이트에 최초 슬릿 형성위치에 따른 착상 지연 시간이 도시된 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 냉매관 60 : 핀 플레이트

70 : 슬릿

Claims (4)

1. 냉매가 순환되는 냉매관이 관통되는 동시에 핀 폭 방향으로 다수개의 슬릿이 형성된 핀 플레이트가 소정 간격을 두고 적층되도록 설치되어 작동유체와 냉매를 열교환시키는 열교환기에 있어서,

   상기 핀 플레이트는 상기 냉매관이 삽입되는 관삽입공보다 직경이 크도록 상기 관삽입공과 동심원으로 형성된 가상원 사이에 다수개의 슬릿이 형성되고, 작동유체가 유입되는 측으로부터 핀 폭(Wf)의 15 ~ 30 % 위치에서 최초 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 핀 플레이트는 상기 슬릿의 상/하단이 근접한 가상원에 각각 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.