KR100635812B1 - 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 실내기 및 실외기에 적용되는 7파이 열교환기의 열전달 능력 향상 및 공기 저항을 감소시켜 열교환기의 성능 향상을 기할 수 있도록 한 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 열교환기에 관한 것으로서, 상기 슬릿을 좌.우측 분할슬릿 및 일자형 슬릿으로 구성하여 튜브 삽입공의 수평방향 중심선에 대하여 상.하로 대칭을 이루도록 형성하고; 상기 일자형 슬릿 및 좌.우측 슬릿의 양단부는 튜브 삽입공과 동심을 이루는 원에 접하거나 만나는 위치까지 형성되도록 구성하며; 상기 튜브 삽입공이 상.하로 교호되는 1열과 2열의 사이에 확장거리를 갖는 평탄부가 형성되고; 상기 튜브 삽입공의 내경을 5.2mm 내.외로 형성하여 튜브 삽입공에 5mm의 외경을 갖는 튜브를 삽입 및 조립함으로써 기존의 7파이 열교환기보다 열전달 능력의 향상 및 공기저항이 감소되어 열교환기의 성능 향상을 기할 수 있을 뿐만 아니라 튜브의 외경이 5파이로 직경이 감소됨에 따른 열교환기 생산 단가의 절감효과를 가져오는 이점이 있다.

냉각핀, 스텝 피치, 튜브 삽입공, 일자형 슬릿, 좌,우측 분할슬릿

Description

냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 열교환기{The heat exchanger for A heat pump air conditioner whith cooling and heating }

도 1은 일반적인 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기를 나타낸 계통도.

도 2는 도 1의 열교환기에 적용되는 냉각핀의 구조를 나타낸 정면도.

도 3은 본 발명의 열교환기에 적용되는 냉각핀의 구조를 나타낸 사시도.

도 4는 도 3의 정면도.

도 5는 동일한 공기속도의 경우 7mm 및 5mm 열교환기의 열교환 능력 및 공기저항을 비교한 그래프.

도 6은 동일한 공기저항의 경우 7mm 및 5mm 열교환기의 열교환 능력 및 공기속도를 비교한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:압축기 2:사방밸브

3:실외기 4:팽창기구

5:실내기 6:실내측 송풍팬

7:실외측 송풍팬 8:냉각핀

9:슬릿 9a:일자형 슬릿

9b,9c:좌.우측 분할슬릿 10:튜브 삽입공

11:평탄부

본 발명은 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 실내기 및 실외기에 적용되는 7파이 열교환기의 열전달 능력 향상 및 공기 저항을 감소시켜 열교환기의 성능 향상을 기할 수 있도록 한 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 냉난방 겸용 히트펌프 공기조화기는 압축기(1)와 사방밸브(2) 및 실내기(5), 실내측 송풍팬(6), 팽창기구(4), 그리고 실외기(3)와 실외측 송풍팬(7)으로 구성되어 냉매의 순환방향에 따라 냉방 또는 난방이 이루어지도록 되어 있다.

상기 압축기(1)는 통상의 냉동사이클과 같이 흡입구를 통해 내부로 흡입된 저온저압의 기상 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 변화시키는 작용을 하고, 상기 사방밸브(2)는 압축기(1)의 토출구와 흡입구를 실내기(5)와 실외기(3)로 각각 연결시키는 두 개의 독립된 통로를 가지며, 사용자의 선택에 의한 냉방운전과 난방운전의 모드에 따라 냉매의 흐름을 절환하는 기능을 갖는다.

또한, 상기 실내기(5)는 실내에 위치하며, 냉방운전 모드에서는 저온저압의 액상 냉매를 기체상태로 증발시키고, 난방운전 모드에서는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온고압의 액체상태로 응축시키는 기능을 수행하여 냉매의 엔탈피(enthalpy)변화에 대응하여 주변 공기와 열교환하는 작용을 하게 된다.

그리고, 상기 실내측 송풍팬(6)은 실내기(5)의 열교환 작용을 촉진시키는 동시에 실내에 필요한 냉풍 또는 온풍을 발생시키는 기능을 수행하게 되는 것이며, 상기 팽창기구(4)는 실내기(5)와 실외기(3)의 사이에 연결되어 어느 일측에서 이송되어 오는 상온고압의 액상 냉매를 저온저압의 액체상태로 감압하는 모세관(capillary)으로써 기능을 갖는다.

이와함께 상기 실외기(3)는 실외에 위치하며, 냉방운전시 응축기능을 수행하고, 난방운전시에는 증발 기능을 갖고 주변 공기와 열교환을 이루게 되는 것이며, 상기 실외측 송풍팬(7)은 실내측 송풍팬(6)과 마찬가지로 실외기(3)의 열교환을 촉진시키는 기능을 하게 되는 것으로서, 상기 실내기(5) 및 실외기(3)는 통상적으로 사형(巳型)의 동파이프 재질로 형성된 튜브를, 알루미늄 재질로 형성된 다수의 냉각핀에 의해서 일정간격으로 고정 및 지지하도록 구성된 핀-관형 열교환기가 적용되고, 상기 튜브는 7파이 관경을 갖는 튜브가 사용된다.

도 2는 종래의 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 열교환기에 적용되는 냉각핀을 나타낸 정면도이다.

이에 도시된 바와같이 상기 냉각핀(8)은 복수개의 열과 간격을 두고 다수개의 튜브 삽입공(10)이 형성되고, 상기 튜브 삽입공(10) 사이의 면상에는 열전달 촉진 구조로써 다수의 슬릿(9)이 형성되는 것으로서, 이때 동일 열에서 튜브 삽입공(10) 중심선 사이의 거리를 스텝 피치(Step Pich)라 하고, 1열과 2열 사이의 튜브 삽입공(10) 중심선의 거리를 핀 폭(Row Pich)이라 한다.

통상적으로 7파이 관경을 갖는 열교환기에 적용되는 냉각핀은 도 3에 도시된 바와같이 동일 열에서 튜브 삽입공(10) 사이의 면상에, 상기 튜브 삽입공(10)의 수평 중심선에 대하여 일자형 슬릿(9a) 및 좌.우측 분할슬릿(9b)(9c)이 상.하로 서로 대칭을 이룬다.

그리고, 상기 일자형 슬릿(9a)과 좌.우측 분할슬릿(9b)(9c)의 양단부는 튜브 삽입공(10)과 동심을 이루는 원에 접하거나 만나지 않은 상태에서, 기본적으로 스텝 피치는 21mm로 형성되고, 핀 폭은 12.7mm로 형성되며, 튜브 삽입공(10)은 7mm 관경을 갖는 튜브가 삽입 및 조립될 수 있는 직경으로 형성된다.

상기 슬릿은 열전달 촉진을 극대화하기 위한 구조로서, 용도에 따라 일측방향으로만 슬릿이 형성된 편 슬릿과 양측방향으로 슬릿이 형성된 양 슬릿 구조를 선택적으로 적용한다.

상기 양 슬릿 구조는 증발기 적용시, 냉각핀의 표면에 응축되는 물의 배출이 용이하지 않으나, 편 슬릿 구조는 상기한 바와같은 슬릿의 일부를 가공하지 않은 구조로 된 것이므로 물의 배출이 비교적 용이하여 에어컨의 실내기 등에 많이 사용된다.

한편, 열교환기의 성능을 향상시키기 위해서는 열전달의 증가와 함께 공기의 유로 저항을 감소시키는데 있는 것으로서, 상기 공기저항 감소는 크게 핀 표면에 형성된 열전달 촉진구조와 튜브의 직경에 의해서 결정된다.

따라서, 상기한 바와같은 조건을 만족시킬 수 있는 열교환기의 설계가 요구된다.

이에 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 실내기 및 실외기에 적용되는 7파이 열교환기의 열전달 능력 향상 및 공기 저항을 감소시켜 열교환기의 성능 향상을 기할 수 있도록 하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 튜브 삽입공 사이의 면상에 다수의 슬릿을 포함하는 튜브와 냉각핀으로 구성되는 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 열교환기에 있어서, 상기 슬릿을 좌.우측 분할슬릿 및 일자형 슬릿으로 구성하여 튜브 삽입공의 수평방향 중심선에 대하여 상.하로 대칭을 이루도록 형성하고; 상기 일자형 슬릿 및 좌.우측 슬릿의 양단부는 튜브 삽입공과 동심을 이루는 원에 접하거나 만나는 위치까지 형성되도록 구성하며; 상기 튜브 삽입공이 상.하로 교호되는 1열과 2열의 사이에 확장거리를 갖는 평탄부가 형성되고; 상기 튜브 삽입공의 내경을 5.2mm 내.외로 형성하여 튜브 삽입공에 5mm의 외경을 갖는 튜브를 삽입 및 조립한 것을 특징으로 한 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 열교환기가 제공된다.

또한, 상기 냉각핀의 스텝 피치를 21mm로 하고, 핀 폭을 12.7로 하며, 슬릿 폭을 1.0~1.3mm로 하고, 동일한 열에서 슬릿 사이의 간격을 1.4~1.8mm로 하며, 상기 평탄부의 거리를 2.9~3.3mm로 형성한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기는 저온저압의 기상 냉매를 압축하여 고온 고압의 기체상태로 변화시키는 압축기(1)와; 실내에 위치하며, 냉방운전 모드에서는 저온저압의 액상 냉매를 기체상태로 증발시키고, 난방운전 모드에서는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온고압의 액체상태로 응축시키는 실내기(5)와; 실외에 위치하며, 냉방운전시 고온고압 기체상태의 냉매를 상온고압의 액체상태로 응축시키고, 난방운전 모드에서는 저온저압의 액상 냉매를 기체상태로 증발시키는 실외기(3)와; 실내기(5)와 실외기(3)의 사이에 연결되어 어느 일측에서 이송되어 오는 상온고압의 액상 냉매를 저온저압의 액체상태로 감압하는 모세관(capillary)으로써 기능을 갖는 팽창기구(4)로 구성된다.

그리고, 상기 실내기(5) 및 실외기(3)는 통상적으로 사형(巳型)의 동파이프 재질로 형성된 튜브를, 알루미늄 재질로 형성된 다수의 냉각핀에 의해서 일정간격으로 고정 및 지지하도록 구성된 핀-관형 열교환기가 사용된다.

이러한 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기에 있어, 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시된 바와같은 냉각핀의 구조가 제공된 것을 특징으로 한 것으로서, 도 3은 본 발명의 열교환기에 적용되는 냉각핀의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 정면도이다.

이에 도시된 바와같이 본 발명의 냉각핀은 기존의 7파이 관경을 갖는 열교환기에 적용되는 냉각핀과 같이 좌.우측 분할슬릿(9b)(9c)과 일자형 슬릿(9a)으로 슬릿(9)이 구성되고, 상기 좌.우측 분할슬릿(9b)(9c) 및 일자형 슬릿(9a)은 튜브 삽입공(10)의 수평방향 중심선에 대하여 상.하로 대칭을 이루는 구조로 형성된다.

즉, 기존에 7파이 열교환기와 같이 일자형 슬릿을 중심으로 좌.우측 분할슬릿이 상.하로 대칭을 이루는 것이 아니고, 튜브 삽입공(10)의 수평방향 중심선에 대하여 일자형 슬릿(9a)을 포함하여 좌.우측 분할슬릿(9b)(9c)이 상.하로 대칭을 이루도록 구성한 것이다.

그리고 상기 튜브 삽입공(10)은 5mm의 외경을 갖는 튜브가 삽입되는 것으로서, 그 내경은 5.2mm 내.외로 천공되고, 상기 5mm 튜브가 삽입 및 조립된 후, 확관에 의해서 결합된다.

또한, 상기 일자형 슬릿(9a) 및 좌.우측 분할슬릿(9b)(9c)의 양단부는 튜브 삽입공(10)과 동심을 이루는 원에 접하거나 만나는 위치까지 형성되는 것으로서, 특히 상기 좌.우측 분할슬릿(9b)(9c)의 사이는 좌측 분할슬릿(9b)과 우측 분할슬릿(9c) 사이의 전열면적 확보를 위하여 동심원에 만나는 위치까지만 형성되고 그 이상의 진행되지 않으며, 상.하로 교호되는 튜브 삽입공(10)을 갖는 1열과 2열의 사이는 확장거리를 갖는 평탄부(11)가 형성된다.

상기 1열과 2열 사이의 위치는 전열을 통해 슬릿을 통과하는 공기가 2열의 튜브로 인하여 공기의 유동방향에 크게 영향을 주고 튜브로부터 비교적 먼 위치이므로 열전달 촉진량에 비해서 압력강하가 크게 일어나는 지역이 때문에 상기한 바와같이 1열과 2열 사이의 평탄부(11)를 비교적 넓게 형성하는 경우에 공기저항을 크게 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

이와함께 상기 대칭 구조, 즉 수평방향의 튜브 삽입공(10) 중심선을 기준으로 일자형 슬릿(9a)과 좌.우측 분할슬릿(9b)(9c)을 대칭으로 형성한 구조는, 경우 에 따라 설치방향을 달리할 수 있는 열교환기의 설치시 공기방향에 대해서 공통적인 대응이 가능하고, 특히 양산성면에서 유리한 장점을 지닌다.

여기서, 본 발명의 냉각핀(8)은 1열과 2열에 위치한 튜브 삽입공(10)의 중심선 간의 거리인 스텝 피치(step pich)를 21mm로 하고, 동일 열에서 튜브 삽입공(10)의 중신선 간의 거리인 핀 폭(row pich)을 12.7mm로 하며, 슬릿 자체의 폭은 1.0~1.3mm로 한다. 또한, 동일한 열에서 슬릿 사이의 간격은 1.4~1.8mm로 하며, 1열과 2열 사이의 평탄부 거리는 2.9~3.3mm로 형성한다.

이와같이 구성된 본 발명은 도 5 및 도 6에 도시된 바와같은 공기속도가 동일한 경우, 기존의 7파이 열교환기와 본 발명의 5파이 열교환기를 상호 대비하였을 때, 본 발명의 열교환기는 열교환 능력면에서 7파이 열교환기와 큰 차이가 없으나, 공기저항은 상기 7파이 열교환기보다 현저하게 감소하는 것을 알 수 있었다.

또한, 동일한 공기저항의 경우에도 본 발명의 열교환기가 7파이 열교환기보다 열교환 능력면이나 공기속도에서도 높게 나타나는 것을 알 수 있었다.

상술한 바와같이 본 발명은 7파이 열교환기에 적용된 냉각핀의 구조에 5파이 관경을 갖는 튜브를 조립하여 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 실내기 및 실외기의 열교화기로 사용함으로써 기존의 7파이 열교환기보다 열전달 능력의 향상 및 공기저항이 감소되어 열교환기의 성능 향상을 기할 수 있을 뿐만 아니라 튜브의 외경이 5파이로 직경이 감소됨에 따른 열교환기 생산 단가의 절감효과를 가져오는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 튜브 삽입공 사이의 면상에 다수의 슬릿을 포함하는 튜브와 냉각핀으로 구성되고, 상기 슬릿을 좌.우측 분할슬릿 및 일자형 슬릿으로 구성하여 튜브 삽입공의 수평방향 중심선에 대하여 상.하로 대칭을 이루도록 형성하며, 상기 일자형 슬릿 및 좌.우측 분할슬릿의 양단부는 튜브 삽입공과 동심을 이루는 원에 접하거나 만나는 위치까지 형성되도록 구성하고, 상기 튜브 삽입공이 상.하로 교호되는 1열과 2열의 사이에 확장거리를 갖는 평탄부가 형성되며, 상기 튜브 삽입공의 내경을 5.2mm 내.외로 형성하여 튜브 삽입공에 5mm의 외경을 갖는 튜브를 삽입 및 조립함에 있어서,

   상기 냉각핀의 스텝 피치를 21mm로 하고, 핀 폭을 12.7mm로 하며, 슬릿 폭을 1.0~1.3mm로 하고, 동일한 열에서 슬릿 사이의 간격을 1.4~1.8mm로 하며, 상기 평탄부의 거리를 2.9~3.3mm로 형성한 것을 특징으로 한 냉.난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 열교환기.

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