KR100631722B1 - Heat exchanger for a drier and condensing type drier utilizing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 의류 건조기의 일례를 도시한 단면도.1A is a cross-sectional view illustrating an example of a clothes dryer.
도 1b는 도 1a의 의류 건조기의 평면도.FIG. 1B is a top view of the clothes dryer of FIG. 1A; FIG.
도 2는 열교환기의 일례를 보인 사시도.2 is a perspective view showing an example of a heat exchanger;
도 3은 본 발명의 열교환기의 구성 부품을 도시한 전개도.Figure 3 is an exploded view showing the components of the heat exchanger of the present invention.
도 4a는 튜브 성형용 판상의 금속을 보인 단면도.4A is a cross-sectional view showing a plate-shaped metal for forming a tube.
도 4b는 도 4a의 판상의 금속을 절곡하여 형성한 튜브를 보인 단면도.4B is a cross-sectional view showing a tube formed by bending the plate-like metal of FIG. 4A.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 튜브를 보인 단면도. Figure 5 is a cross-sectional view showing a tube according to an embodiment of the present invention.
도 6은 튜브와 핀 구조물의 접합 구조의 일례를 보인 단면도.6 is a cross-sectional view showing an example of the joint structure of the tube and the fin structure.
도 7은 본 발명에 따른 튜브 및 핀 구조물의 접합 구조를 보인 단면도.7 is a cross-sectional view showing a joint structure of the tube and the fin structure according to the present invention.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브를 보인 단면도. 8 is a sectional view showing a tube according to another embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실제 제작된 열교환부의 일부분을 보인 사진.Figure 9 is a photograph showing a portion of the actual heat exchanger manufactured of the present invention.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
30:열교환부 32:튜브30: heat exchange part 32: tube
34:핀 구조물 40:전면 덮개34: pin structure 40: front cover
42:후면 덮개 52:튜브42: rear cover 52: tube
54:핀 구조물 56:에폭시층54: fin structure 56: epoxy layer
60:튜브 62:핀 구조물60: tube 62: fin structure
70:튜브 72:채널벽70: tube 72: channel wall
본 발명은 건조기용 열교환기에 관한 것으로, 상세하게는 열전달 효율을 향상시킨 새로운 구조의 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger for a dryer, and more particularly, to a heat exchanger having a new structure with improved heat transfer efficiency.
일반적으로, 건조겸용 세탁기 또는 의류건조기 등의 건조 기기는 히터에 의해 생성된 열풍을 드럼내로 송풍하여 건조대상물에 대한 건조를 수행하며, 건조대상물을 건조시킴에 따라 발생되는 습공기의 처리방식에 따라 크게 배기 방식과 응축 방식으로 나뉘어진다.In general, a drying machine such as a combined-use washing machine or a clothes dryer blows hot air generated by a heater into a drum to perform drying on a drying object, and greatly depends on a treatment method of wet air generated by drying the drying object. It is divided into exhaust method and condensation method.
배기 방식의 경우 드럼으로부터 배출된 습공기를 건조기 외부로 배출하고, 응축 방식에서는 드럼으로부터 배출된 습공기를 응축기에서 응축시켜 수분을 제거하고 수분이 제거된 건조공기는 다시 드럼으로 보내어 재순환시킨다.In the case of the exhaust method, the wet air discharged from the drum is discharged to the outside of the dryer, and in the condensation method, the wet air discharged from the drum is condensed in the condenser to remove moisture, and the dried air, which has been removed, is sent back to the drum for recycling.
응축식 건조기는 일반적으로 세탁물을 건조시키는 드럼, 이물질을 걸러내는 필터, 세탁물의 수분을 열교환을 통해 제거하는 열교환부(또는 응축기), 유동을 일으켜 건조를 용이하게 하는 팬, 더운 바람을 만들어 건조를 단축시키는 히터, 각 부품을 연결하는 배관 등으로 이루어진다.Condensation dryers typically include drums for drying laundry, filters for filtering debris, heat exchangers (or condensers) that remove moisture from the laundry through heat exchange, fans that create flow to facilitate drying, and drying to create hot winds. It consists of a heater which shortens, piping which connects each component, etc.
응축 방식의 건조기의 일례를 도 1a 및 1b에 도시하였다. 도 1a 및 도 1b에 서 화살표 Ⅰ은 외기의 흐름을 나타내며, 화살표 Ⅱ는 순환공기의 흐름을 나타낸다.An example of a condenser dryer is shown in FIGS. 1A and 1B. In FIG. 1A and FIG. 1B, arrow I shows the flow of outside air, and arrow II shows the flow of circulating air.
도시된 바와 같이, 전방면에 도어(12)가 설치된 본체(10) 내부에 건조대상물이 수용되는 드럼(11)이 회전가능하게 설치되어 있다. 상기 드럼(11)은 본체(10) 하부에 설치된 모터(17)에 의해 벨트(19)로 연결되어 회동하도록 구성된다.As shown in the drawing, the
그리고, 상기 본체(10) 하부에는 드럼(11)을 통해 순환하는 고온 다습한 공기를 응축시켜 수분을 제거함으로써 순환공기를 건조한 상태로 만들어주는 열교환기(또는 응축기)(13)가 설치되어 있다. 이 열교환기(13)의 전방부와 후방부는 상기 드럼(11)의 전방과 후방에 각각 연결된 순환덕트(14)에 연결되어, 드럼(11)을 통해 배출된 공기가 상기 열교환기(13)를 지나 다시 드럼(11)으로 유입될 수 있도록 구성된다.In addition, a heat exchanger (or condenser) 13 is installed below the
또한, 상기 순환덕트(14)에는 열교환기(13)를 통과한 공기를 가열하여 주는 히터(15) 및 상기 순환덕트(14)를 통해 공기를 강제 순환시키는 순환팬(16)이 설치되는데, 상기 순환팬(16)은 상기 드럼(11)을 구동시키는 모터(17)의 다른 축에 연결되어 구동된다.In addition, the
상기 순환덕트(14)를 통해 순환하는 공기를 상기 열교환기(13)에서 열교환에 의해 응축시켜 주기 위해서는 열교환기(13)로 외부의 차가운 공기가 공급되어야 하므로, 이를 위해 상기 열교환기(13)의 일측에는 본체(10) 외부와 연결된 외기 공급 덕트(18)가 연결되고, 상기 외기 공급덕트(18)가 연결된 열교환기(13)의 반대측에는 상기 외기 공급덕트(18)를 통해 외부 공기를 강제 흡입하여 본체(10) 내로 배출 시키는 냉각팬(20) 및 냉각팬 구동모터(21)가 설치된다. 미설명부호 22는 상기 드럼(11)의 전방을 통해 순환덕트(14)로 배출되는 공기로부터 실밥 등의 이물질을 걸러 내는 필터이다. 상기 열교환기(13)의 하부에는 응축과정에서 생성되어 낙하된 응축수를 채집하는 물받이(미도시)가 설치되며, 이 물받이에 채집된 응축수를 응축수 저장탱크(2)로 보내기 위한 펌프(23)가 설치되어 있다.In order to condense the air circulating through the
건조기의 목적은 세탁물을 빠른 시간에 적은 소비 전력으로 건조시키는 것이다. 소비 전력을 감소시키고 건조 시간 단축을 동시에 만족시키기 위하여 히터 용량이나 팬의 용량을 증대하는 방법이 있으나 이에 따른 추가적인 비용 부담 및 소비 전력 상승에 따른 전기료 상승, 소음 증가 등의 이유로 문제가 있다.The purpose of the dryer is to dry the laundry in less time and with less power consumption. There is a method of increasing the heater capacity or the capacity of the fan in order to reduce the power consumption and to satisfy the drying time at the same time, but there is a problem due to additional cost burden, an increase in electric bills due to power consumption, noise increase.
이와 같은 문제점에 대한 대안으로 열교환기의 효율을 높이는 방안이 있다. 응축식 의류 건조기 또는 건조 겸용 세탁기에 사용되는 열교환기의 일례를 도 2에 도시하였다. 도시한 바와 같은 열교환기는 외부 공기 유입부(13a)로 유입된 건조 공기가 열교환기 내부에 습공기 유입부(13b)에 순환적으로 유입되는 습공기와 열교환을 하게 되며, 이 과정에서 열교환기 내부 표면에 열교환에 따른 습공기가 응축되어 물방울이 맺히게 된다. 응축식 건조기에서 열교환기는 건조 효율에 중요한 영향을 미치는 핵심 부품이라고 할 수 있으며, 열교환 효율을 높이기 위한 새로운 구조의 열교환기의 필요성이 크게 대두되고 있다.An alternative to this problem is to increase the efficiency of the heat exchanger. An example of a heat exchanger used in a condensation type clothes dryer or a dry washing machine is shown in FIG. 2. The heat exchanger as shown in FIG. 2 exchanges heat with wet air circulated into the
따라서, 본 발명의 목적은 열교환 효율을 높인 새로운 열교환기 구조를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a new heat exchanger structure with improved heat exchange efficiency.
또한, 본 발명의 다른 목적은 열교환기 제조상의 경제성을 확보하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to ensure the economics of manufacturing a heat exchanger.
뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 목적은 건조기 또는 건조 겸용 세탁기의 건조 효율 및 제품 신뢰성을 향상시키는 것이다.In addition, another object of the present invention is to improve the drying efficiency and product reliability of the dryer or the combined use washing machine.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 습공기가 순환하여 유동하는 다수의 튜브와 외부 공기가 유동하는 다수의 핀 구조물이 교대로 적층된 형태의 열교환기로서, 상기 핀 구조물은 평판형 금속을 지그재그 방식으로 반복적으로 절곡하여 형성된 다수의 공기 유로와, 상기 공기 유로의 표면에 형성된 다수의 핀으로 구성되며, 상기 튜브는 양단이 개방되어 있는 덕트 형태로서 압출에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 건조기용 열교환기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a heat exchanger in which a plurality of tubes in which wet air circulates and a plurality of fin structures in which external air flows are alternately stacked, and the fin structures are zigzag in a flat metal shape. It consists of a plurality of air flow paths formed by repeatedly bending, and a plurality of fins formed on the surface of the air flow path, the tube provides a heat exchanger for a dryer, characterized in that formed by extrusion in the form of a duct open at both ends. .
상기 튜브 내부에는 다수의 채널벽이 형성되어 다중 채널을 구성할 수 있으며, 이 경우 상기 채널벽은 상기 튜브와 일체적으로 형성되는 것이 바람직하다.A plurality of channel walls may be formed in the tube to form multiple channels. In this case, the channel wall may be integrally formed with the tube.
열전달 특성 향상을 위하여 상기 튜브는 상기 핀 구조물 보다 두께가 작은 것이 바람직하다. In order to improve heat transfer characteristics, the tube is preferably smaller than the fin structure.
상기 튜브 및 상기 핀 구조물의 재질은 열전달율이 높은 금속 또는 합금인 것이 바람직하며, 무게 및 가격, 성형상의 제 문제점 등을 고려할 때 알루미늄이 적당하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.The material of the tube and the fin structure is preferably a metal or an alloy having a high heat transfer rate, and aluminum is suitable in consideration of weight, price, molding problems, and the like, but is not necessarily limited thereto.
본 발명은 또한, 습공기가 순환하여 유동하는 다수의 튜브와 외부 공기가 유동하는 다수의 핀 구조물이 교대로 적층된 형태의 열교환기로서, 상기 핀 구조물은 평판형 금속을 지그재그 방식으로 반복적으로 절곡하여 형성된 다수의 공기 유로 와, 상기 공기 유로의 표면에 형성된 다수의 핀으로 구성되며, 상기 튜브는 양단이 개방되어 있는 덕트 형태이고, 내부에 형성된 다수의 벽에 의하여 구분되는 다중 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 건조기용 열교환기를 제공한다.The present invention also provides a heat exchanger in which a plurality of tubes in which wet air circulates and a plurality of fin structures in which external air flows are alternately stacked, and the fin structures are repeatedly bent in a zigzag manner by flat metal. And a plurality of fins formed on the surface of the air channel, wherein the tube is formed in a duct shape at both ends thereof, and includes a plurality of channels separated by a plurality of walls formed therein. It provides a dryer heat exchanger.
본 발명에 따른 열교환기는 응축식 건조기 내지는 건조 겸용 세탁기에 적용되어 건조 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 건조에 소모되는 소비전력을 줄일 수 있고, 제품 전체의 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.The heat exchanger according to the present invention may be applied to a condensation type dryer or a combined drying machine to improve drying efficiency as well as to reduce power consumption for drying and to lower the overall cost of the product.
건조기용 열교환기의 구조를 보면, 도 3에 도시된 바와 같이 열교환부(30)로서 다수의 튜브(32)와 다수의 핀 구조물(34)이 교대로 적층되어 형성되며, 상기 열교환부(30)의 양단에는 주로 사출 성형으로 형성되는 전면 덮개(40)와 후면 덮개(42)가 결합된다.Referring to the structure of the heat exchanger for a dryer, as shown in FIG. 3, a plurality of
상기 튜브(32) 형태는 양단이 개방되어 있고 단면이 직사각형에 가까운 덕트 구조이며, 상기 핀 구조물(34)은 판상의 금속이 반복적으로 절곡되어 지그 재그 형태로 일정한 두께를 갖는 구조물이며, 그 내부 표면에 다수의 핀이 형성되어 있다.The
상기 튜브(32)와 핀 구조물(34)는 각각 건조기의 내부 순환 습공기 및 외부의 건조 공기가 유동하는 통로가 되며, 양자는 일부분이 접촉되어 각각의 유동 공기간의 열적인 접촉을 매개한다. 이 과정에서 외부 공기와 내부 공기간의 열전달이 이루어지므로, 상기 튜브(32)와 핀 구조물(34)는 열전달 특성이 우수한 금속 재질을 사용하며, 주로 알루미늄이 이용된다. Each of the
상기 튜브의 성형 방법의 일예로서, 도 4a에 도시한 바와 같은 판상의 금속(50)을 직사각 형태에 가깝게 절곡시켜 덕트 형태가 되도록 하고 양 끝단은 이음매 가 상호 겹치도록, 이른바 시밍(seaming) 처리를 한다. 도 4b에는 절곡되어 덕트 형태로 성형된 튜브(52)가 도시되어 있으며, 양 끝단의 이음매 부분(52')은 원안에 확대된 도면에서 보듯이 상호 겹치도록 절곡되어 있는 것을 볼 수 있다.As an example of the forming method of the tube, a
그런데 이와 같은 시밍 처리는 개별적인 튜브에 일일이 절곡 성형을 하여야 하므로 양산성에 문제가 있고, 또한 이음매 부분(52')은 열교환부에서 열교환에 따라 발생되는 응축수가 누설되는 점을 근본적으로 해결할 수 없는 문제가 있다.However, this seaming treatment has a problem in mass productivity because the individual tubes must be bent and formed individually, and the joint portion 52 'cannot solve the problem of leakage of condensate generated by heat exchange in the heat exchanger. have.
본 발명의 바람직한 일실시예에서는 튜브 성형 과정의 경제성을 확보할 뿐만 아니라, 열교환 과정에서 발생하는 응축수가 누설되지 않도록 튜브 구조 및 성형 방법을 개선하였다. 도 5를 참조하면, 튜브(60)가 이음매 부분이 없이 일체적으로 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 형태는 튜브 재료를 고압 (및 필요하다면 고온) 하에서 압출하여 형성할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention not only secure the economics of the tube forming process, but also improved the tube structure and forming method so that the condensate generated in the heat exchange process does not leak. Referring to FIG. 5, it can be seen that the
압출에 의하여 하나의 튜브 구조물을 일체적으로 형성하면, 이음매가 없어 응축수가 튜브 측면에서의 누설되는 것을 원천적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 판상의 금속을 절곡시키는 과정에서 튜브 두께가 일정치 않게 되는 단점도 해결할 수 있다. 뿐만 아니라, 길이가 상당히 긴 튜브 구조물을 압출로 한번에 성형하고 이것을 다수의 튜브로 절단하는 것도 가능하여 양산성을 크게 향상시킬 수 있다.By integrally forming one tube structure by extrusion, there is no seam, which prevents condensate from leaking from the side of the tube at the source, and the tube thickness becomes inconsistent in the bending of the plate metal. The disadvantages can also be solved. In addition, it is also possible to mold a fairly long tube structure by extrusion and cut it into a number of tubes at once, which greatly improves productivity.
한편, 열교환부를 구성하는 튜브와 핀 구조물은 열전달을 위하여 상호 접촉하는 구조로 형성하여야 한다. 이와 같은 접촉은 통상적으로 도 6에 도시된 바와 같이 튜브(52)와 핀 구조물(54)을 에폭시 본딩에 의하여 이루어진다. 에폭시 본딩은 그 과정에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라(통상 2일 정도) 에폭시 자체가 유독 성을 갖는 물질이어서 양산 측면에서 불리한 점이 많다. 또한, 튜브(52)와 핀 구조물(54)의 접합부에 형성된 에폭시층(56)은 통상 0.5 mm 정도의 두께를 이루고 있으며 열전달 특성이 열악하여 열교환부의 열교환 효율을 악화시키는 주된 요인으로 작용할 수 있다.On the other hand, the tube and the fin structure constituting the heat exchanger should be formed in a structure in contact with each other for heat transfer. Such contact is typically made by epoxy bonding the
본 발명에서는 튜브(60)와 핀 구조물(62)의 접합에 에폭시와 같은 저열전달 물질을 매개하지 않고 접합 공정을 수행한다. 이를 위하여 본 발명은 브레이징을 이용한다. 브레이징은 금속한 접합시 금속성 접합 매개물을 매우 얇게 포함시켜 고온에서 순간적으로 접합을 수행하므로 접합에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있고, 피 접합물간의 열전달 저하도 막을 수 있는 장점이 있다. 도 7은 브레이징에 의하여 접합부에 접합 매개층이 실질적으로 존재하지 않는 튜브(60)와 핀 구조물(62)의 접합 구조를 모식적으로 도시하고 있다.In the present invention, the bonding process is performed without interfering a low heat transfer material such as epoxy to the
이와 같은 브레이징에 의한 접합의 예를 들면, 상기 튜브(60)와 핀 구조물(62)이 알루미늄인 경우, 이보다 녹는 점이 낮은 금속성 물질을 접합 매개물로 사용하여 알루미늄의 녹는 점 이하 및 상기 접합 매개물의 녹는 점 이상의 온도로 열을 가한다. 이 과정에서 튜브(60)와 핀 구조물(62)은 짧은 시간에 (통상 2분 정도) 접합이 완료되며, 접합 매개물도 거의 존재하지 않게 되어 열교환부의 접촉부에서의 열전달 손실이 크게 완화된다.For example, in the case of bonding by brazing, when the
본 발명의 바람직한 다른 실시예에서는 튜브의 두께 방향으로의 강도를 강화하여 튜브 두께를 더욱 일정하게 유지시킬 수 있도록 하였다. 도 8을 참조하면, 이음매 부분이 없는 일체적인 튜브(70)의 내부 공간에 다수의 채널벽(72)이 형성되어 있는 볼 수 있다. 이 채널벽(72)은 튜브(70) 내부에 일정한 간격으로 형성되어 튜브의 두께 방향으로의 힘을 일정하게 분산시키므로 두께의 변형을 막을 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the strength in the thickness direction of the tube is enhanced to maintain the tube thickness more consistently. Referring to FIG. 8, it can be seen that a number of
상기 채널벽(72)은 튜브(70) 성형시 동일한 방법으로 압출에 의하여 일체적으로 형성하는 것이 바람직하다. 채널벽이(72)이 튜브(70)와 일체적으로 형성되면 튜브(70) 내의 공간이 여러 개의 채널로 구획되어 유동 공기가 열전달을 할 수 있는 확률이 더 높아지므로 전체적인 열교환 효율이 향상된다.The
도 9는 실제로 제작된 튜브 형상을 보인 사진으로서, 튜브가 이음매 부분이 없이 압출에 의하여 일체로 형성되어 있으며 튜브 내부 공간에 다수의 채널벽이 형성되어 있음을 볼 수 있다. 튜브 내부에 형성된 다수의 채널벽은 튜브의 두께 방향으로 지지 역할을 하여 튜브에 굴곡이 발생되지 않도록 한다. 또한, 상기 다수의 채널벽은 튜브 내의 공간을 다수의 채널로 분할하여 튜브 두께가 변화되지 않도록 지지하는 역할을 할 뿐만 아니라, 그 자체가 열전달을 위한 매개부가 되어 튜브의 상, 하부의 열전달을 효과적으로 증진시킨다.9 is a picture showing the actual tube shape, it can be seen that the tube is integrally formed by extrusion without a joint portion and a plurality of channel walls are formed in the tube inner space. The plurality of channel walls formed inside the tube serve as a support in the thickness direction of the tube, thereby preventing bending of the tube. In addition, the plurality of channel walls not only serves to support the tube thickness not to change by dividing the space in the tube into a plurality of channels, as well as itself as a mediator for heat transfer effectively heat transfer of the upper and lower parts of the tube Promote.
본 발명에 따르면, 건조기용 열교환기의 열전달 특성을 향상시킬 수 있어 열교환 효율이 크게 증가된다. 특히, 열교환기의 구성 부품인 튜브의 형태를 개선하여 양산성을 증가시키고 응축수 누설을 원천적으로 방지함으로써 이 열교환기를 채용한 건조기 내지 건조 겸용 세탁기의 제품 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the heat transfer characteristics of the heat exchanger for the dryer can be improved, and the heat exchange efficiency is greatly increased. In particular, by improving the shape of the tube, which is a component of the heat exchanger, to increase productivity and prevent leakage of condensate at the source, it is possible to greatly improve the product reliability of the dryer or combined-use washing machine employing this heat exchanger.
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