KR100701346B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

열교환기의 방열효율을 향상시키기 위하여, 본 발명은 턴핀튜브를 감아서 이루어진 열교환기에 있어서, 상기 열교환기는 상기 턴핀튜브가 원통형 코일 형상으로 감겨진 코일부와, 상기 코일부와 연결되되 콘 형상으로 감겨진 콘부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

응축기, 열교환기, 콘, 송풍팬

Description

열교환기{heat exchanger}

도 1은 턴 타입 핀이 부착된 턴핀튜브의 개략도.

도 2는 종래기술에 따른 콘 형상의 열교환기 단면도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 측면도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 측단면도.

도 5는 종래 및 본 발명에 따른 열교환기의 열교환 효율을 비교한 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

101 : 열교환기 110 : 콘부

120 : 코일부 112 : 송풍팬

113 : 모터 117 : 송풍팬 프레임

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환 효율이 개선된 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 냉동시스템은 압축기, 응축기, 팬창밸브 및 증발기를 따라서 흐르는 냉매가 열역학적 사이클에 따라서 순환되면서 실내의 열을 흡수하여 외부로 방출시키는 장치이다. 또한, 이러한 응축기 및 증발기와 같은 열교환기는 관의 내부에 냉매가 흐르고 이러한 냉매가 관의 외부공기 등과 열교환되도록 하는 장치이다. 이와 같은 냉동시스템에 적용되는 열교환기는 가정용 냉장고나 식품냉동용 냉동창고, 공기조화장치 등에 적용되고 있다.

이때, 상기 응축기에 사용되는 열교환기의 경우, 냉매가 흐르는 외면에 턴핀이 나선상으로 밀착된 튜브를 코일형으로 밴딩시킴으로써 점유공간을 감소시킴과 동시에 튜브와 주위 환경과의 접촉면적을 증대시켜 열교환 효율을 향상시킬 필요가 있다.

도 1은 종래의 턴핀(turn fin)이 부착된 턴핀튜브를 나타낸 도면이고, 도 2는 턴핀튜브를 사용한 열교환기를 나타낸 측면도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 튜브(5)의 외면에 턴핀(6)이 나선형으로 부착되어 턴핀튜브(10)를 이룬다. 이러한 턴핀튜브(10)를 코일형 또는 콘형으로 감아서 열교환기를 형성할 수 있다.

도 2에서 보는 바와 같이, 상기 턴핀튜브(10)를 콘형으로 감아서 열교환기(1)를 형성한다. 이렇게 감아진 상태의 턴핀튜브(10)를 고정시키기 위하여 턴핀튜브(10)의 외측과 내측에는 외측 플랜지(14)와 내측 플랜지(15)가 구비되고 이러한 플랜지들은 체결핀(18)에 의해 상호 체결된다. 또한, 상기 열교환기에는 팬 고정 플랜지(17)에 의해 튜브동체 내측에 고정되는 송풍팬(12) 및 이 송풍팬을 구동시키는 모터(13)가 구비된다.

한편, 이와 같이 이루어진 콘 형상의 열교환기의 성능은 제품 길이당 방열 량(Kcal/m)으로 표시되며, 이러한 방열량이 보다 향상된 열교환기의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 종래의 열교환기보다 방열량 및 열교환 효율이 개선된 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 턴핀튜브를 감아서 이루어진 열교환기에 있어서, 상기 열교환기는 상기 턴핀튜브가 원통형 코일 형상으로 감겨진 코일부와, 상기 코일부와 연결되되 콘 형상으로 감겨진 콘부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

여기서, 상기 코일부 내측에 종방향 중심점이 배치된 송풍팬이 구비됨이 바람직하다. 상세히, 상기 송풍팬의 종방향 중심점은 상기 코일부의 단부로부터 5~20mm 내측에 배치됨이 바람직하다.

또한, 상기 턴핀튜브는 내식성 도금층을 갖는 튜브의 외면에 알루미늄 재질의 턴핀이 나선형으로 밀착되어 이루어짐이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부분적인 콘 형상의 응축기를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 측면도이고 도 4는 본 발명의 일시시예에 따른 열교환기의 측단면도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 상기 열교환기(100)는 턴핀튜브(110)를 감아서 이 루어지며, 상기 턴핀튜브(110)는 내부에 냉매가 흐르는 튜브의 외면에 턴핀이 나선형으로 밀착되어 이루어진다.

상기 튜브의 재질은 구리, 알루미늄, 또는 강으로 이루어지며, 표면에 내식성 도금층(예를들면, 아연,아연-알루미늄 합금,크로메이트 도금층)이 구비됨이 바람직하다. 또안, 상기 턴핀은 열전도성이 우수한 알루미늄 또는 구리 등과 같은 금속 재질로 이루어짐이 바람직하며, 표면에 내식성 도금층(예를들면, 아연,아연-알루미늄 합금,크로메이트 도금층)이 구비됨이 바람직하다. 더욱이, 본 발명에 적용되는 턴핀튜브는 튜브와 턴핀의 조립을 통하여 이루어질 수도 있으나, 이에 국한되지 않고 강관의 표면에 전조방식으로 일체형 턴핀을 형성하여 사용될 수도 있다.

한편, 상기 열교환기(100)는 상기 턴핀튜브(110)를 감아서 이루어진 코일부(102)와 콘부(101)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 코일부(102)는 턴핀튜브(110)가 원통형 코일 형상으로 감겨진 부분이며, 상기 콘부(101)는 상기 코일부(102)와 열결되되 콘 형상으로 감겨진 부분이다. 즉, 상기 열교환기(100)의 일부는 원통형으로 이루어지고, 나머지 부분은 콘 형상으로 이루어진다. 물론, 상기 코일부(102)의 형상은 실질적으로 원통형이지만, 도시된 바와 다르게 상기 코일부(102)의 단부는 스커드 형상으로 직경이 확장되도록 구비될 수도 있다.

도 4에서 보는 바와 같이, 상기 원통형 및 콘 형으로 감겨서 이루어진 열교환기(100)는 형상을 유지하기 위하여 상기 턴핀튜브(110)가 지지수단에 의하여 지지되도록 함이 바람직하다. 이러한 지지수단은 상기 턴핀튜브(110)의 외측면에 설치되는 외측프레임(114)과, 내측면에 설치되는 내측프레임(115)을 포함하여 이루어 짐이 바람직하다. 여기서, 상기 콘부(101)의 경사각은 중심축에 대하여 16~21 도이며, 바람직하게는 20 도로 형성된다.

또한, 상기 지지수단의 일측에는 송풍팬 프레임(117)이 연결되며, 상기 송풍팬 프레임(117)에는 송풍팬(112) 및 모터(113)가 연결된다. 여기서, 상기 송풍팬(112)의 종방향 중심점은 상기 원통형으로 이루어진 코일부(102)의 내측에 구비됨이 바람직하다.

이를 위하여, 상기 송풍팬(112)이 코일부(102)의 내측에 위치되도록 상기 송풍팬(112)의 회전축은 소정길이 연장되도록 하거나, 상기 송풍팬 프레임(117)이 상기 코일부(102)의 내측으로 볼록한 형상으로 구비되도록 할 수도 있다.

상기 송풍팬(112)에 의하여 송풍되는 공기의 일부는 상기 열교환기(100)의 내부를 따라서 흐르며, 나머지는 상기 감겨진 턴핀튜브(110)의 사이를 통하여 외부로 배출될 수 있다.

상세히, 상기 송풍팬(112)에 의하여 송풍되는 공기는 원통형 코일부(102)의 내측을 관통한 후에 상기 콘부(101)의 내측으로 유입되므로, 상기 열교환기(100)의 내측공간은 송풍된 공기가 부분적으로 이동되는 유로로 기능한다. 이때, 상기 열교환기(100)의 내측을 따라서 흐르는 공기의 흐름은 상기 콘부(101)에 도달되면서 유로의 단면적이 감소되므로 속도가 빨라지고 상기 턴핀튜브들(110)의 사이를 통하여 외부로 배출되는 양이 급격히 증가되면서 열교환 효율이 향상된다.

한편, 상기 송풍팬(112)이 설치된 위치가 상기 콘부(101)인 경우에는, 송풍된 공기가 흐르는 유로의 단면적이 급격히 감소되므로 상기 송풍팬(112)의 전방측 압력이 급격히 상승되어 공기의 일부가 송풍팬(112)의 후방으로 역류될 수 있다. 또한, 상기 송풍팬(112)이 설치된 위치가 상기 열교환기(100)의 외측인 경우에는, 상기 송풍팬(112)에 의하여 송풍된 공기의 일부가 열교환기(100)의 외측으로 누설되어 열교환을 위하여 사용되지 않을 수 있다.

따라서, 상기 송풍팬(112)의 종방향 중심점을 열교환기(100)의 내측에 위치시키되 상기 코일부(102)의 단부로부터 5~20 mm 내측에 배치됨이 바람직하다. 이와 같은 열교환기(100) 형상의 개선과 송풍팬(112)의 위치를 통하여 열교환 효율이 현저히 개선된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 열교환 효율을 종래기술과 비교한 그래프이다. 본 그래프는 종래의 콘 형상으로만 이루어진 열교환기와 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 동일한 조건에서의 열교환량을 나타낸 그래프이다.

도 5을 참조하면, 동일한 조건에서 종래기술에 따른 콘 형상의 열교환기의 열교환량(a)보다 본 발명의 일실시예에 따른 열교환량이 현저히 증가됨을 보여준다.

상세히, 동일한 냉매유량(0.018 kg/hr)과 동일한 입구온도(61.5 ℃)에서 동일한 송풍팬을 사용한 경우에, 동일한 길이의 턴핀튜브를 종래와 같이 콘형만으로 형성한 열교환기와 본 발명의 일실시예에 따른 콘형 하부에 코일형이 형성된 열교환기의 열교환량을 비교하였다. 종래의 콘 형상만으로 이루어진 열교환기의 열교환량(a)이 225 kcal/hr인 반면에 본 발명에 따른 열교환기의 열교환량(b)은 267 kcal/hr로 현저히 증대되었다. 즉, 본 발명은 종래에 없던 원통형 코일부를 형성하 고 이러한 원통형 코일부에 송풍팬을 배치시킴으로써 열교환 효율을 향상시킨다.

한편, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기에서 송풍팬의 종방향 중심점의 위치에 따른 열교환량의 차이를 나타낸 그래프이다. 여기서, 상기 열교환량은 본 발명의 일실시예에 대한 열교환기에 대하여 동일한 냉매유량(0.018 kg/hr)과 동일한 입구온도(61.5 ℃)에서 동일한 송풍팬을 사용한 경우에 측정된 실험치이며, 송풍팬의 위치를 달리하여 측정된 열교환량을 A~E로 나뉘어 표시하였다.

도 6에 도시된 바와 같이, A는 코일부 단부에서 50 mm 외측으로 이격된 경우의 열교환량이고, B는 코일부 단부에서 15 mm 외측으로 이격된 경우의 열교환량이며, C는 코일부 단부에서 10 mm 외측으로 이격된 경우의 열교환량이며, D는 코일부 내측으로 10 mm 삽입된 경우의 열교환량이며, E는 코일부 내측으로 15 mm 삽입된 경우의 열교환량을 나타낸다.

도 6에서 보는 바와 같이, 상기 열교환량은 송풍팬이 상기 코일부 내측으로 삽입될수록 증가됨을 볼 수 있다. 특히, 상기 송풍팬의 종방향 중심점 위치가 코일부 내측으로 15 mm 삽입된 경우 열교환량이 260 kcal/hr로 최대임을 볼 수 있다. 추가적인 실험 결과 상기 송풍팬의 종방향 중심점이 20 mm를 초과하여 삽입된 경우에는 열교환량의 차이가 크지 않다가 콘부에 가까워지면 오히려 저하되는 것으로 나타났다. 또한, 상기 코일부가 나선형으로 감기기 때문에 바닥면이 평평하지 않으며, 이에 따라 공차를 고려하여 상기 송풍팬의 종방향 중심점이 상기 코일부의 하단으로부터 5 mm 이상 내측으로 배치됨이 바람직하다.

따라서, 상기 송풍팬의 종방향 중심점의 위치를 상기 열교환기의 코일부 내 측으로 5~20 mm 삽입되도록 설치함이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 각 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구성한 것으로서 단순히 전술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 전술한 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형을 포함한다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기의 구조 및 송풍팬의 위치를 통하여 동일한 조건에서의 열교환기의 열교환량을 현저히 증대시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 턴핀튜브를 감아서 이루어진 열교환기에 있어서, 상기 열교환기는

   상기 턴핀튜브가 원통형 코일 형상으로 감겨진 코일부; 그리고

   상기 코일부와 연결되되 콘 형상으로 감겨진 콘부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 코일부의 내측에 종방향 중심점이 배치된 송풍팬이 구비됨을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 송풍팬의 종방향 중심점은 상기 코일부의 단부로부터 5~20 mm 내측에 배치됨을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 턴핀튜브는 내식성 도금층을 갖는 튜브의 외면에 알루미늄 재질의 턴핀이 나선형으로 밀착되어 이루어짐을 특징으로 하는 열교환기.

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