KR100599035B1 - 냉동사이클용 핀형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동사이클용 핀형 열교환기에 관한 것으로, 그 목적은 냉매관 배열구조를 개선하여 공기의 흡입저항을 줄이며 열교환 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 냉동사이클용 열교환기에 의하면, 냉매관(12)이 기류 유입측 열교환핀(11) 하부에 다단으로 배열되되 기류방향(화살표 F방향)에 대해 상하로 나란하게 배열된 직선배열부(12a)와, 기류 유출측 열교환핀(11) 상부에 다단으로 배열되되 상하로 엇갈리게 배열된 엇갈림배열부(12b)로 이루어짐으로써, 최대로 착상이 진행되어도 기류가 원활하게 유입되어 유량감소가 방지됨은 물론이고, 기류가 엇갈림배열부(12b)의 냉매관(12)에 고르게 부딪치면서 유출되어 열교환기의 전체적인 성능이 보다 향상되는 이점이 있다.

Description

냉동사이클용 핀형 열교환기{Fin type heat exchanger for refrigerating cycle}

도 1은 종래 냉동사이클용 핀형 열교환기를 보인 개략도이다.

도 2와 3은 종래 다른 핀형 열교환기를 보인 개략도와 공기흐름 상태를 보인 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 냉동사이클용 핀형 열교환기를 보인 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 핀형 열교환기가 적용된 냉장고의 일부 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 핀형 열교환기의 공기흐름상태를 보인 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

11..열교환핀 11a,11b..결합공

12..냉매관 12a..직선배열부

12b..엇갈림배열부 A..결빙층

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉장고나 공기조화기에 사용되며 병렬로 배치된 다수의 열교환핀과 이를 다단으로 수회 관통하는 냉매관을 갖춘 냉동사이클용 핀형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 냉동사이클에 적용되는 핀형 열교환기는 박판으로 구성되며 병렬로 배치된 다수의 열교환핀을 매개로 냉매관을 흐르는 냉매와 공기의 열교환효율을 향상시키는 것이다.

도 1을 참조하면, 종래 냉동사이클용 핀형 열교환기(1)는 병렬로 배치된 다수의 열교환핀(2)과, 열교환핀(2)을 다단으로 수회 관통 배열되는 냉매관(3a)(3b)과, 제상작업을 위해 열교환핀(2)의 가장자리부위에 배치된 제상히터(4)를 구비한다.

다수의 열교환핀(2)은 직사각형 박판으로 마련되며, 냉매관(3a)(3b)이 끼워져 결합되도록 다단 2열의 결합공(2a)이 일정한 간격으로 천공되어 있다. 그리고 냉매관(3a)(3b)은 그 단면이 거의 진원으로 이루어져 냉매의 흐름을 안내하는데, 열교환핀(2)의 결합공(2a)에 순차적으로 끼워져 결합됨으로써, 다단 2열의 배치구조를 가지며 각 열은 거의 직선상으로 정열된다.

다음에는 이와 같이 구성된 종래 핀형 열교환기(1)가 냉장고의 증발기로 사용된 예를 통해 이의 작용을 설명한다.

먼저, 열교환기(1) 상부에 설치된 순환팬(미도시)이 구동되면, 순환팬의 흡입 송풍력에 의해 저장실의 공기는 핀형 열교환기(1)측으로 유입된다. 계속하여 유입공기는 열교환기(1)를 지나면서 냉기로 변하고, 이러한 냉기는 덕트(미도시)를 통해 다시 저장실로 공급된다.

즉, 저장실로부터 유입되는 공기는 열교환기(1)의 냉매관(3a)(3b)과 열교환 핀(2)을 매개로 냉매관(3a)(3b)을 흐르는 냉매와 열교환함으로써, 열교환기(1)에서 냉기가 생성된다.

이러한 냉동사이클용 열교환기(1)에서는 냉매관(3a)(3b)이 기류와 직교하고 열교환핀(2)은 기류와 나란하게 배치된다. 기류는 하방에서 상방으로 흐르고(화살표 F방향), 냉매관(3a)(3b)의 각 열이 상하로 직선형태를 이루기 때문에, 최초 유입공기가 최하단에 위치된 열의 냉매관(3a)과 부딪치면서 분산되고, 이것에 의해 직상부에 배치된 열의 냉매관(3b)과는 부딪치지 않고 바이패스된다. 이에 따라 흡입공기와 냉매관(3a)(3b)과의 접촉이 잘 이루어지지 않아 열교환 효율이 저하되는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위해 다단의 냉매관 열이 기류의 방향에 대해 어긋나게 배열된 핀형 열교환기가 특허출원 1999-056491호에 개시되어 있다.

도 2를 참조하면, 특허출원 1999-056491호에 개시된 종래 다른 핀형 열교환기(5)는 병렬로 배열된 다수의 열교환핀(6)과, 다단으로 열교환핀에 결합되되 이웃하는 단의 열끼리 서로 어긋나게 배치된 냉매관(7a)(7b)과, 제상작업을 위한 제상히터(8)를 구비한다.

열교환핀(6)에는 쌍을 이루면서 일정한 간격으로 천공된 결합공(6a)이 마련된다. 이 때, 결합공(6a)은 상하로 이웃하는 냉매관(7a)(7b)끼리 서로 어긋나도록 상하측으로 이웃하는 것과 어긋나게 형성된다. 따라서 결합공(6a)에 삽입된 냉매관(7a)(7b)은 기류의 방향(화살표 F방향)에 대해 전체적으로 어긋나게 배열된다.

이와 같이 구성된 핀형 열교환기(5)가 냉장고에 증발기로 적용된 경우, 순환 팬의 흡입 송풍력에 의해 기류는 화살표 F 방향으로 유입되면서 열교환핀(6) 및 냉매관(7a)(7b)과 부딪치면서 열교환된다. 이 때, 기류는 최하단에 위치된 열의 냉매관(7a)과 부딪치면서 분산되고, 이것에 의해 상측에 어긋나게 배치된 열의 냉매관(7b)과 또다시 부딪치게 된다. 따라서 냉매관(7a)(7b)과 부딪치지 않고 바이패스되는 공기가 거의 없으며, 계속하여 유입공기는 거의 모든 냉매관(7a)(7b)들과 부딪치기 때문에 열교환 효율이 향상된다.

그러나 이러한 종래 다른 핀형 열교환기(5)에서는 기류가 거의 모든 배열된 냉매관(7a)(7b)과 부딪치게 되어 상당한 공기흡입저항이 발생되며, 이로 인해 공기 흡입측의 압력손실이 커져 순환팬의 소비입력이 증가하며 동시에 작동소음이 커지는 문제점이 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 냉장고의 냉기순환과정에 있어서, 저장실로부터 유입되는 공기는 상대적으로 온도가 높고 다습한 상태이기 때문에, 상대적으로 온도가 매우 낮은 열교환기(5)는 다습한 공기와 접하여 노점온도 이하로 떨어지고, 여기에 습기가 응축되어 착상 결빙층(9)이 형성된다. 이러한 결빙층(9)은 저장실의 공기가 유입되는 측의 열교환기(5)의 하단부에 더욱 집중된다. 즉, 기류가 열교환기(5)로 유입되면서 어긋나게 배열된 거의 모든 냉매관(7a)(7b)들과 부딪치기 때문에, 기류 유입측에 어긋나게 배열된 냉매관(7a)(7b)들에 습기가 더욱 집중적으로 착상 결빙되어 공기의 흐름을 더욱 방해하게 된다. 따라서 단시간내에 기류 유입측의 냉매관(7a)에 결빙층이 성장하여 이웃하는 것끼리 근접하게 되며, 이로 인해 열교환기(5) 하단부측에서 공기유로가 급격하게 감소되고, 열교환기(5)를 지나는 공기 유량감소에 따라 열교환기(5)의 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 병렬로 배치된 다수의 열교환핀을 다단으로 수회 관통하는 냉매관 배열구조를 개선하여 공기의 흡입저항을 줄이며 열교환 효율을 보다 향상시킬 수 있는 냉동사이클용 핀형 열교환기를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기류의 방향과 나란하게 병렬로 배치된 다수의 열교환핀과, 열교환핀들을 수회 관통하여 다단으로 배열된 냉매관을 갖춘 냉동사이클용 핀형 열교환기에 있어서,

냉매관은 기류의 유입측에 마련되며 상하로 대략 직선 형태를 이루도록 배열된 직선배열부와, 기류의 유출측에 마련되며 상하로 서로 엇갈리게 배열된 엇갈림배열부를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

또한, 엇갈림배열부는 직선배열부의 직상부에 연속되게 다단으로 배열된 것을 특징으로 하는 구성이다.

이러한 구성에 의하면, 기류 유입측의 열교환기 하단부에서는 냉매관이 직선상으로 배열되어 공기의 흡입저항이 월등하게 줄어들며, 기류 유출측의 열교환기 상단부에서는 엇갈리게 배열된 냉매관에 기류가 고르게 부딪치기 때문에 열교환 효율이 보다 향상된다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부도면을 간략하게 설명하면, 도 4는 본 발명에 따른 냉동사이클용 핀형 열교환기를 개략적으로 도시한 것이고, 도 5와 6은 본 발명이 적용된 냉장고의 일부 측단면도와 핀형 열교환기의 공기 흐름상태를 발췌하여 보인 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 냉동사이클용 핀형 열교환기(10)는 병렬로 배치되며 결합공(11a)(11b)이 쌍을 이루면서 다단으로 천공된 다수의 열교환핀(11)과, 결합공(11a)(11b)을 통해 다수의 열교환핀(11)과 결합되는 다단의 냉매관(12)과, 제상작업을 위해 열교환핀(11)의 가장자리부위에 배치된 제상히터(13)를 구비한다.

다수의 열교환핀(11)은 직사각형 박판으로 이루어지며, 기류의 방향(화살표 F방향)과 나란하게 병렬 배치된다.

그리고 냉매관(12)은 일정한 간격을 유지하면서 열교환핀(11)을 관통 다단으로 배열되는데, 공기가 유입되는 측의 열교환핀(11)의 하단부에서 상하로 이웃하는 것과 나란하게 직선상으로 배열된 직선배열부(12a)와, 공기가 유출되는 측의 열교환핀(11)의 상단부에서 상하로 이웃하는 것과 엇갈리게 배열된 엇갈림배열부(12b)로 구별된다.

즉, 직선배열부(12a)는 착상이 주로 이루어지는 열교환핀(11)의 하단부위를 다단으로 관통 결합되되 기류의 방향과 실질적으로 동일하게 상하로 이웃하는 단의 냉매관(12)들이 거의 직선상으로 배열됨으로써, 최대로 착상이 되더라도 공기의 흐름이 원활하게 이루어지게 된다. 그리고 엇갈림배열부(12b)는 비교적 착상이 적게 이루어지는 열교환핀(11)의 상단부위를 다단으로 관통 결합되되 상하로 이웃하는 단의 냉매관(12)들이 서로 어긋나게 배열됨으로써, 유입공기가 냉매관(12)과 부딪침에 따라 분산되면서 바이패스되는 현상을 방지하게 된다.

이러한 냉매관(12) 배열을 위해 열교환핀(11)에는 다단으로 결합공(11a)(11b)이 천공되는데, 이 결합공 역시 냉매관(12)의 직선배열부(12a)가 관통하도록 열교환핀(11)의 하단부위에 이웃하는 것과 직선상으로 나란하게 천공된 직선배열용 결합공(11a)과, 냉매관(12)의 엇갈림배열부(12b)가 관통하도록 열교환핀(11)의 상단부위에 이웃하는 것과 엇갈리게 천공된 엇갈림배열용 결합공(11b)으로 구별된다.

따라서 병렬로 배치된 다수의 열교환핀(11)에 직선배열용 결합공(11a)과 엇갈림배열용 결합공(11b)을 관통하도록 냉매관(12)을 삽입한 후, 제상히터(13)를 설치하면 직선배열부(12a) 직상부에 엇갈림배열부(12b)가 연속되게 냉매관(12)이 배열된 핀형 열교환기(10)가 제조된다.

이러한 직선배열부(12a)와 엇갈림배열부(12b)는 반반씩 나누어 배치하는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 총 6단의 냉매관(12) 중에서 아래부터 3단은 직선배열부(12a)로 구성하고, 위로부터 3단은 엇갈림배열부(12b)로 구성하였다. 물론, 직선배열부(12a)와 엇갈림배열부(12b)의 단수를 줄여서 이들을 반복적으로 배치할 수도 있으며, 직선배열부(12a)와 엇갈림배열부(12b)의 단수를 동일하지 않게 설정할 수도 있다.

다음에는 본 발명에 따른 핀형 열교환기(10)가 냉장고의 증발기로 적용된 예 를 통해 이의 작동 및 효과를 설명한다.

도 5와 6을 참조하면, 냉장고(20)에 전원이 인가되어 순환팬(21)과 압축기(미도시)가 작동하면, 저장실(22)의 공기는 복귀덕트(24)를 통해 핀형 열교환기(10) 하부로 유입되고 냉매관(12) 및 열교환핀(11)을 매개로 냉매관(12)을 흐르는 냉매와 열교환되어 냉기로 된다. 계속하여 냉기는 순환팬(21)의 흡입 송풍력에 의해 냉기덕트(23)를 통해 저장실(22)로 공급되며, 저장실(22)에서 열교환작용을 마친 공기는 다시 냉각되기 위해 복귀덕트(24)를 통해 핀형 열교환기(10)로 유입됨으로써, 저장실(22)에 저장된 식품이 신선하게 보관된다.

이와 같이, 순환팬(21)의 흡입 송풍력에 의해 흡입공기는 다수의 열교환핀(11)과 이를 수회 관통하는 냉매관(12)을 갖춘 핀형 열교환기(10)를 지나면서 냉기로 되어 저장실(22)로 재공급된다.

이러한 냉기순환과정에 있어서, 열교환기(10)에는 저장실(22)로부터 다습한 공기가 유입됨으로써, 냉매관(12)에 착상 결빙층(A)이 형성된다. 이 결빙층(A)은 기류 유입측, 즉 냉매관(12)의 엇갈림배열부(12b) 보다 직선배열부(12a)에 상대적으로 집중되게 발생됨으로써, 최대로 착상이 진행되어도 공기의 유동이 원활하게 이루어진다. 즉, 냉매관(12)의 직선배열부(12a)는 앞에서 설명한 바와 같이, 상하로 이웃하는 냉매관(12)들이 상하로 직선 형태로 배열되어 있기 때문에, 유입공기가 직선배열부(12a)의 최하단 냉매관에만 부딪쳐 방향이 변하면서 그 상측의 냉매관에는 부딪치지 않게 된다. 이에 따라 유입공기가 열교환기(10) 내부로 원활하게 유입 안내되어 공기 유입측에서의 압력손실 및 공기유로가 급격하게 줄어드는 것이 방지된다.

또한, 이러한 직선배열부(12a)를 지난 유입공기는 냉매관(12)이 엇갈리게 배열된 엇갈림배열부(12b)와 부딪치게 되는데, 화살표 F 방향으로 유입되는 기류는 엇갈림배열부(12b)의 최하단 냉매관(12)과 부딪치면서 분산되고, 계속하여 이것은 직상부에 엇갈리게 배치된 다음단의 냉매관(12)과 또다시 부딪치게 된다. 이에 따라 엇갈림배열부(12b)에서는 냉매관(12)과 부딪치지 않고 바이패스되는 공기가 없게 되어 열교환 효율이 월등하게 향상된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동사이클용 열교환기에 의하면, 냉매관이 공기가 유입되는 측의 열교환핀 하부에 다단으로 배열되되 다수의 냉매관이 상하로 직선형태를 이루도록 배열된 직선배열부와, 공기가 유출되는 측의 열교환핀 상부에 다단으로 배열되되 상하로 서로 엇갈리게 배열된 엇갈림배열부로 이루어짐으로써, 최대로 착상이 진행되어도 공기가 원활하게 유입되어 유량감소가 방지됨은 물론이고, 유입공기가 엇갈림배열부의 냉매관에 고르게 부딪치면서 배출되어 열교환기의 전체적인 성능이 보다 향상되는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 기류의 방향과 나란하게 병렬로 배치된 다수의 열교환핀과, 상기 열교환핀들을 수회 관통하여 다단으로 배열된 냉매관을 갖춘 냉동사이클용 핀형 열교환기에 있어서,

   상기 냉매관(12)은;

   기류의 유입측에 마련되며 상하로 대략 직선 형태를 이루도록 배열된 직선배열부(12a)와,

   기류의 유출측에 마련되며 상하로 서로 엇갈리게 배열된 엇갈림배열부(12b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클용 핀형 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 엇갈림배열부(12b)는 상기 직선배열부(12a)의 직상부에 연속되게 다단으로 배열된 것을 특징으로 하는 냉동사이클용 핀형 열교환기.

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