KR102424914B1 - 열교환기 - Google Patents

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KR102424914B1
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 열교환기는 냉매가 유동하는 튜브; 상기 튜브의 양단이 연결되어 냉매가 유동하는 공간을 형성하는 한 쌍의 헤더; 다수회 절곡되어 상기 튜브에 접촉되며, 열을 전도시키는 핀; 상기 튜브 전후단 일부가 함몰되어 응축수가 배수되는 제 1 배수부; 및 상기 튜브의 상하면의 일부가 함몰되어 상기 제 1 배수부로 응축수를 유도하는 제 2 배수부;를 포함하여 응축수의 배수성이 향상되고, 열교환효율이 향상되는 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기 {Heat Exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 압축기, 응축기, 팽창기구 및 증발기로 이루어지는 냉동 사이클 장치에서 응축기나 증발기로 사용될 수 있다. 열교환기는 차량이나 냉장고 또는 공기조화기에 설치될 수 있으며, 냉매를 공기와 열교환시킬 수 있다.
열교환기는 핀 튜브형 열교환기, 마이크로 채널형 열교환기 등으로 구분될 수 있고, 냉매가 통과하는 튜브와 튜브에 연결된 전열부재와 튜브와 연결되어 튜브로 냉매를 분배하는 헤더를 포함할 수 있다.
이러한 열교환기와 관련하여, 본 출원인은 종래에 출원(이하, 선행문헌)을 실시한 바 있다. 선행문헌의 정보는 아래와 같다.
1. 공개번호 (공개일) : 10-2003-0056380 (2003.07.04)
2. 발명의 명칭 : 평행유동형 열교환기
상기 선행문헌에 따른 열교환기는, 핀과 튜브가 선접촉되어 있어 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 핀의 형상변경으로 튜브와의 접촉 면적을 향상시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
하지만, 단순히 핀과 튜브의 접촉면적을 향상시킬 경우, 열교환기가 증발기로 작동될 때 핀 표면에 발생되는 응축수로 인해 열교환 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 응축수 배수성을 향상시켜 열교환 효율이 향상되는 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 튜브와 핀의 접촉면적이 증가되면서 응축수의 배수성이 향상되어, 열교환 효율이 저하되지 않는 열교환기를 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매가 유동하는 튜브; 상기 튜브의 양단이 연결되어 냉매가 유동하는 공간을 형성하는 한 쌍의 헤더; 다수회 절곡되어 상기 튜브에 접촉되며, 열을 전도시키는 핀; 상기 튜브 전후단 일부가 함몰되어 응축수가 배수되는 제 1 배수부; 및 상기 튜브의 상하면의 일부가 함몰되어 상기 제 1 배수부로 응축수를 유도하는 제 2 배수부;를 포함한다.
또한, 상기 제 1 배수부는, 일정간격 이격된 다수개로 형성되고, 상기 튜브의 상하면을 관통하도록 함몰되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 배수부는 상기 튜브의 길이방향으로 연장되고, 상기 제 1 배수부와 일부분이 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 배수부는 함몰된 내측면을 형성하는 함몰면을 포함하고, 상기 제 2 배수부는 상기 함몰면의 상하단에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핀은, 상기 핀의 하면을 형성하고, 상기 튜브의 상면과 접하는 핀 하부; 상기 핀의 상면을 형성하고, 상기 튜브의 하면과 접하는 핀 상부; 및 상기 핀 하부와 상기 핀 상부를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 제 1 배수부는 상기 핀 하부의 수직 하방에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핀 상부는 상기 돌기부의 수직 하방에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핀 하부와 상기 핀 상부에는, 상기 제 1 배수부의 위치에 대응되는 전후단에 형성되어 상기 핀에서 발생하는 응축수의 배수하는 배수홀이 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브는 상기 한 쌍의 헤더에 전후방향으로 경사지도록 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핀 하부와 상기 핀 상부는 상기 연결부와 수직으로 연결되어 상기 튜브와 상기 핀이 면접촉되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브의 외측단은 곡률을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 핀에서 발생되는 응축수가 튜브의 전후단의 일부가 함몰되는 제 1 배수부를 통해 배수될 수 있으므로, 응축수 배수성이 향상되어 열교환기의 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 튜브의 상하면에 길이방향으로 함몰된 제 2 배수부를 통해 제 1 배수부로 응축수를 유도할 수 있으므로, 응축수 배수성이 향상되어 열교환기의 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 핀에 형성된 배수홀을 통해 제 1 배수부를 통과한 응축수 또는 핀 내측에서 발생되는 응축수가 배수될 수 있으므로, 응축수 배수성이 향상되어 열교환기의 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 튜브가 일정한 각도로 기울어져 헤더에 연결되므로, 응축수 배수성이 향상되어 열교환기의 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 핀이 튜브에 면접촉 될 수 있으므로, 열교환기의 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 A-A`를 따라 절단된 일면을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 튜브와 핀을 보여주는 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 튜브의 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에서 응축수가 유도되는 과정을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예를 보여주는 도면.
도 8는 도 7의 B-B`를 따라 절단된 일면을 보여주는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A`를 따라 절단된 일면을 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 열교환기(1)는 복수개의 튜브(30)와, 상기 튜브(30)를 연결하여 열을 전도시키는 핀(40)과, 상기 튜브(30)의 양단이 각각 연결되어 냉매가 유동하는 공간을 형성하는 한 쌍의 헤더(10,20)를 포함할 수 있다.
상기 튜브(30)의 일단은 제 1 헤더(10)에 연결되고, 타단은 제 2 헤더(20)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 헤더(10)의 냉매가 상기 튜브(30)를 통해 상기 제 2 헤더(20)로 유동하거나, 상기 제 2 헤더(20)의 냉매가 상기 튜브(30)를 통해 상기 제 1 헤더(10)로 유동할 수 있다.
상기 튜브(30)는 다수개가 구비되어, 상기 한 쌍의 헤더(10,20)와 수직한 방향으로 길게 배치될 수 있다. 따라서, 상기 튜브(30)와 상기 한 쌍의 헤더(10,20)는 서로 수직하게 연결될 수 있다. 일례로, 상기 한 쌍의 헤더(10,20)가 평행하게 배치되고, 상기 튜브(30)는 다수개의 상기 한 쌍의 헤더(10,20) 사이에 수직하게 연결될 수 있다.
상기 핀(40)은 다수회 절곡되어 형성될 수 있다. 상세히, 상기 핀(40)은 다수회 절곡되되 상기 튜브(30)와 접촉되는 부분이 면접촉될 수 있도록 직각으로 다수회 절곡될 수 있다. 따라서, 상기 핀(40)과 상기 튜브(30)의 접촉면적이 증가하여 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 상기 핀(40)은 복수개의 상기 튜브(30) 사이에 각각 배치될 수 있다. 따라서, 상기 튜브(30)와 상기 핀(40)은 교차로 배치되어 상기 튜브(30)를 따라 유동하는 냉매가 상기 핀(40)을 통해 열교환될 수 있다.
상기 한 쌍의 헤더(10,20)는 냉매가 유동하는 냉매공간(11)과 상기 냉매공간(11)을 구획하는 다수개의 베플(12)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 베플(12)은 상기 제 1 헤더(10) 및 상기 제 2 헤더(20)에 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 헤더(10) 또는 상기 제 2 헤더(20)의 일측에서 냉매가 공급되면, 냉매가 상기 제 1 헤더(10)와 상기 제 2 헤더(20)를 교차로 유동하여 다수회 열교환될 수 있다.
상기 제 1 헤더(10) 또는 상기 제 2 헤더(20)는 냉매가 유입 되고 유출되는 냉매 유입부(13)와 냉매 유출부(14)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉매 유입부(13)와 냉매 유출부(14)의 위치는 통상의 기술자에 의해 다양한 위치에 배치될 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 제 1 헤더(10)의 일측에 상기 냉매 유입부(13)를 배치하고, 상기 제 1 헤더(10)의 타측에 상기 냉매 유입부(13)를 배치하고 있다.
또한, 상기 냉매 유입부(13)는 상기 열교환기(1)가 응축기 일 때 냉매가 유입되고, 상기 열교환기(1)가 증발기 일 때 냉매가 유출될 수 있다. 상기 냉매 유출부(14)의 경우 반대일 것이다.
냉매가 상기 열교환기(1)에 유입되어 열교환 되는 과정을 일례로 정리하면,
상기 냉매 유입부(13)를 통해 상기 제 1 헤더(10)에 냉매가 유입될 수 있다. 상기 제 1 헤더(10)에 유입된 냉매는 상기 베플(12)에 의해 복수개의 상기 튜브(30) 중 일부 상기 튜브(30)를 통해 상기 제 2 헤더(20)로 유동될 수 있다. 이때, 상기 튜브(30)에서 냉매가 열교환 될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 헤더(20)로 유동된 냉매는 상기 베플(12)에 의해 일부의 상기 튜브(30)를 통해 다시 상기 제 1 헤더(10) 측으로 유동될 수 있다. 이러한 과정을 다수회 반복하여 열교환이 이루어진 냉매는 상기 냉매 유출부(14)를 통해 유출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 튜브와 핀을 보여주는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 튜브의 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 핀(40)은, 상기 핀(40)의 하면을 형성하고 상기 튜브(30)의 상면에 접하는 핀 하부(41), 상기 핀(40)의 상면을 형성하고 상기 튜브(30)의 하면에 접하는 핀 상부(43) 및 상기 핀 하부(41)와 상기 핀 상부(43)를 연결하는 연결부(42)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에서 설명한 것과 같이, 상기 핀(40)은 직각으로 다수회 절곡될 수 있다. 따라서, 상기 핀 하부(41)와 상기 핀 상부(43)는 상기 연결부(42)와 수직으로 연결되어 상기 튜브(30)와 일면이 접촉된 상태일 수 있다.
상기 튜브(30)는 냉매가 유동하는 냉매유로(31), 상기 튜브(30)의 일부가 함몰되는 제 1 배수부(32), 상기 제 1 배수부(32)의 함몰된 내측 상하단을 따라 형성되는 제 2 배수부(33) 및 상기 제 1 배수부(32)의 일측에서 돌출되는 돌기부(34)를 포함할 수 있다.
상기 냉매유로(31)는 상기 튜브(30)에 다수개가 나란하게 관통되어 형성될 수 있다. 따라서, 냉매가 상기 냉매유로(31)를 따라 유동할 수 있다. 다만, 상기 냉매유로(31)는 단일의 관으로 형성될 수도 있으며 통상의 기술자에 의해 다양한 튜브가 사용될 수 있을 것이다.
상기 제 1 배수부(32)는 상기 튜브(30) 전후단의 일부분이 함몰되어 형성될 수 있다. 상기 제 1 배수부(32)의 함몰되는 깊이는 상기 냉매유로(31)가 외부로 노출되지 않을 정도일 것이다. 그리고, 상기 제 1 배수부(32)는 상기 튜브(30)의 상하면을 관통하도록 함몰될 수 있다.
한편, 상기 제 1 배수부(32)는 함몰된 내측면을 형성하는 함몰면(321)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 배수부(32)는 일정간격으로 이격된 다수개로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 배수부(32)와 상기 돌기부(34)가 교차로 배치되어 상기 튜브(30)의 전후단이 요철형상일 수 있다.
또한, 상기 제 1 배수부(32)의 개수는 상기 핀 하부(41) 개수와 동일하게 구비되고, 상기 제 1 배수부(32)는 상기 핀 하부(41)의 수직 하방에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 배수부(32)는 상기 열교환기(1)가 증발기로 작동될 때 발생하는 응축수가 상기 튜브(30)의 상단에 고이지 않고 배수되도록 하여 응축수로 인하여 열교환 효율이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
상기 제 1 배수부(33)의 응축수 배수과정에 대해서는 도 5에서 상세히 설명하도록 하겠다.
상기 제 2 배수부(33)는 상기 튜브(30)의 상하면의 일부가 함몰되어 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 배수부(33)는 상기 튜브(30)의 길이방향으로 연장될 수 있다.
또한, 상기 제 2 배수부(33)는 상기 튜브(43)의 전후측에 형성되어 상기 제 1 배수부(32)와 일부분이 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 배수부(33)는 상기 튜브(3 상기 제 2 배수부(33)를 따라 유동하는 응축수가 상기 제 1 배수부(32)와 연결되는 부분에서 배수될 수 있을 것이다.
상기 제 2 배수부(33)의 함몰되는 형상은 라운드 형상일 수 있으나 이에 한정되지는 않으며, 다양한 형상으로 설계 변경될 수 있을 것이다.
상기 제 2 배수부(33)를 통한 응축수 배수과정 또한 도 5에서 상세히 설명하도록 하겠다.
상기 돌기부(34)는 상기 튜브(30)의 전후단에서 상기 제 1 배수부(32)가 형성되지 않는 부분으로, 상기 제 1 배수부(32)와 비교하여 상대적으로 돌출된다.
또한, 상기 돌기부(34)는 다수개의 상기 제 1 배수부(32)에 의해 일정간격 이격된 다수개로 형성될 수 있을 것이다.
상기 돌기부(34)는 응축수가 용이하게 배수될 수 있도록 외측단이 곡률을 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 돌기부(34)는 측면을 형성하는 돌기측면부(341)를 포함할 수 있다. 상기 돌기측면부(341)는 상기 제 1 배수부(32)가 함몰되면서 형성되는 구성이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 응축수가 배수되는 과정을 보여주는 도면이다.
상기 열교환기(1)가 증발기로 작용될 때, 상기 튜브(30)를 유동하는 냉매가 열을 흡수하면서 상기 핀(40)이 냉각된다. 따라서, 냉각된 상기 핀(40)의 표면에서 응축수가 발생될 수 있다.
이때, 상기 핀(40)의 모든 영역에서 응축수가 발생될 수 있으나, 상기 연결부(42)에서 발생되는 응축수의 배수 과정을 중심으로 설명하도록 하겠다.
상기 연결부(42)의 표면에서 발생된 응축수는 상기 연결부(42)의 표면을 따라 하방으로 유동될 수 있다.
그리고, 하방으로 유동하던 응축수가 상기 핀 하부(41)에 이르면 일부의 응측수는 상기 핀 하부(41)의 하면을 따라 유동될 수 있다. 상기 핀 하부(41)의 하단면 유동된 응축수는 일정량이 모이면 중력에 의해 하방으로 낙하될 수 있을 것이다. 이때 응축수는 상기 제 1 배수부(32)의 함몰된 공간을 통과할 수 있을 것이다.
한편, 상기 연결부(42)의 표면을 따라 하방으로 유동하던 일부 응축수는 상기 핀 하부(41)로 유동되지 않고, 상기 돌기부(34)의 표면, 즉, 상기 돌기측면부(341) 표면을 따라 상기 제 1 배수부(32)를 통과할 수 있을 것이다.
따라서, 상기 제 1 배수부(32)를 통해 상기 핀(40)에서 발생되는 응축수가 원활하게 배수되어 상기 핀(40)의 표면에 응축수가 고이지 있지 않으므로, 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.
상기 연결부(42)를 따라 하방으로 유동하는 응축수 중 일부는 상기 제 2 배수부(33)로 유동될 수 있다. 상기 제 2 배수부(33)로 응축수가 유동되는 과정은 앞서 설명한 상기 제 1 배수부(32)로 응축가 유동되는 과정과 동일할 것이다. 그리고 상기 제 2 배수부(33)의 응축수는 상기 제 2 배수부(33)를 따라 유동하다가 상기 상기 제 1 배수부(32)와 연결된 부분에서 배수될 수 있다.
따라서, 상기 제 2 배수부(33)는 응축수를 상기 제 1 배수부(32)로 유도함으로써, 응축수의 배수를 원활하게 하는 효과가 있다.
또한, 상기 제 2 배수부(33)는 상기 핀(40)이 상기 튜브(30)에 정확히 안착되지 않았을 때, 즉, 상기 핀 하부(41)의 수직 하방에 상기 제 1 배수부(32)가 위치되지 못할 경우에도 응축수가 상기 제 1 배수부(32)로 원활히 배수될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 보여주는 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 상기 핀(40)에는 배수홀(44)이 형성될 수 있다.
상세히, 상기 배수홀(44)은 상기 핀 하부(41)에 형성된 하단 배수홀(441)과 상기 핀 상부(43)에 형성된 상단 배수홀(442)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 배수홀(44)은 상기 제 1 배수부(32)의 연장선상, 즉, 전후단에 형성될 수 있다.
상기 배수홀(44)은 상기 제 1 배수부(32)를 통과하여 낙하한 응축수 또는, 상기 핀(40)의 내측에서 발생된 응축수가 배수될 수 있도록 유도할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예를 보여주는 도면이다. 도 8은 도 7의 B-B`를 따라 절단된 일면을 보여주는 도면이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 상기 튜브(30)는 상기 한 쌍의 헤더(10, 20)에 전후방향으로 경사지도록 연결될 수 있다. 상기 튜브(30)가 경사지는 각도는 응축수가 중력에 의해 하방으로 자연스럽게 유동할 수 있을 정도이면 충분할 것이다.
따라서, 상기 핀(40)의 전후단에서 발생하는 응축수뿐만 아니라 내측에서 발생되는 응축수의 배수를 용이하게 하는 효과가 있다.
1: 열교환기 10: 제 1 헤더
20: 제 2 헤더 30: 튜브
31: 냉매유로 32: 제 1 배수부
33: 제 2 배수부 40: 핀

Claims (10)

  1. 냉매가 유동하는 튜브;
    상기 튜브의 양단이 연결되어 냉매가 유동하는 공간을 형성하는 한 쌍의 헤더;
    다수회 절곡되어 상기 튜브에 접촉되며, 열을 전도시키는 핀;
    상기 튜브 전후단 일부가 함몰되어 응축수가 배수되는 제 1 배수부; 및
    상기 튜브의 상하면의 일부가 함몰되어 상기 제 1 배수부로 응축수를 유도하는 제 2 배수부;및
    상기 제 1 배수부의 일측에서 돌출되는 돌기부;를 포함하며,
    상기 핀은,
    상기 핀의 하면을 형성하고, 상기 튜브의 상면과 접하는 핀 하부;
    상기 핀의 상면을 형성하고, 상기 튜브의 하면과 접하는 핀 상부;및
    상기 핀 하부와 상기 핀 상부를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 핀 상부는 상기 돌기부의 수직 하방에 배치되고,
    상기 제 1 배수부는 상기 핀 하부의 수직 하방에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배수부는,
    일정간격 이격된 다수개로 형성되고, 상기 돌기부와 교차로 배치되며, 상기 튜브의 상하면을 관통하도록 함몰되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 배수부는 상기 튜브의 길이방향으로 연장되고, 상기 제 1 배수부와 일부분이 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 배수부는 함몰된 내측면을 형성하는 함몰면을 포함하고,
    상기 제 2 배수부는 상기 함몰면의 상하단에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 핀 하부와 상기 핀 상부에는,
    상기 제 1 배수부의 위치에 대응되는 전후단에 형성되어 상기 핀에서 발생하는 응축수의 배수하는 배수홀이 포함되는 열교환기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브는 상기 한 쌍의 헤더에 전후방향으로 경사지도록 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 핀 하부와 상기 핀 상부는 상기 연결부와 수직으로 연결되어 상기 튜브와 상기 핀이 면접촉되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌기부의 외측단은 곡률을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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