KR102599087B1

KR102599087B1 - 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기

Info

Publication number: KR102599087B1
Application number: KR1020210174430A
Authority: KR
Inventors: 김진수; 홍성주; 김홍건; 곽이구; 박찬우
Original assignee: 전주대학교 산학협력단; 전북대학교산학협력단
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2023-11-07
Also published as: KR20230086108A

Abstract

본 발명은 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기에 관한 것으로서, 특히 유입되는 냉각공기에서 난류를 발생시켜 핀튜브의 후방 구역까지 효과적으로 냉각시킬 수 있는 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기에 관한 것이다.
본 발명의 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기는, 하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되는 다수개의 핀튜브로 이루어진 열교환기에 있어서, 상기 핀튜브는, 공기의 유입방향과 직교되는 방향으로 길게 배치되는 중공관과; 원판형상으로 이루어져 상기 중공관의 외주면에서 상기 중공관의 길이방향과 직교되는 방향으로 장착되고, 다수개가 상호 이격 배치되는 냉각핀과; 상기 중공관의 외부에서 상호 이격된 다수개의 상기 냉각핀을 연결하는 환봉;을 포함하여 이루어지되, 상기 환봉은 상기 중공관의 길이방향과 같은 방향으로 길게 배치되면서 다수개의 냉각핀에 연결되어 전열면적을 증대시키고, 상기 하우징으로 유입되는 공기는 상기 환봉에 충돌하면서 난류를 발생시켜 핀튜브의 냉각효과를 증대시키는 것을 특징으로 한다.

Description

난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기 { FIN TUBE HEAT EXCHANGER }

본 발명은 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기에 관한 것으로서, 특히 유입되는 냉각공기에서 난류를 발생시켜 핀튜브의 후방 구역까지 효과적으로 냉각시킬 수 있는 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 서로 온도가 다르고 벽에 의해 분리된 두 유체 사이의 열교환 현상은 많은 공업 응용분야에서 찾아 볼 수 있는데, 이러한 열교환을 수행하는 장치를 열교환기라 한다.

이러한 열교환기는 공간 가열, 공기 조화, 동력발생, 폐열회수 화학공정 등에서 응용된다.

특히, 열교환기는 공간 가열과 공기 조화에 보편적으로 응용되는 것으로서, 알루미늄 소재로 제작된 핀튜브의 사용은 예를 들어 에어컨, 냉장고, 냉온정수기, 김치냉장고 등에 적용되어 사용되고 있으며, 동(Cu) 소재로 제작된 핀튜브는 고온의 열교환이 필요한 보일러, 산업용 열교환기, 폐열회수장치 등 산업 전반에 걸쳐 열교환용 소재로 널리 사용되고 있다.

이러한 핀튜브는 일반적으로, 중공형상의 강관과, 상기 강관을 감싸면서 장착되는 다수개의 냉각핀으로 이루어진다.

핀튜브의 냉각효율 등을 증대시키기 위해, 종래에는 원판으로 이루어진 냉각핀에 홈을 형성하거나 굴곡을 형성하였다.

그러나, 이러한 종래의 핀튜브 구조에 의하더라도, 열전달 성능의 개선이 미미하고, 핀튜브의 후방에서의 열교환 효율이 여전히 저하되는 문제가 있었다.

공개특허공보 10-2010-0103777 공개특허공보 10-2005-0116051

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유입되는 냉각공기가 난류를 발생시켜 핀튜브의 후방 구역까지 이동하여 효과적으로 핀튜브를 냉각시키도록 할 수 있는 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기는, 하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되는 다수개의 핀튜브로 이루어진 열교환기에 있어서, 상기 핀튜브는, 공기의 유입방향과 직교되는 방향으로 길게 배치되는 중공관과; 원판형상으로 이루어져 상기 중공관의 외주면에서 상기 중공관의 길이방향과 직교되는 방향으로 장착되고, 다수개가 상호 이격 배치되는 냉각핀과; 상기 중공관의 외부에서 상호 이격된 다수개의 상기 냉각핀을 연결하는 환봉;을 포함하여 이루어지되, 상기 환봉은 상기 중공관의 길이방향과 같은 방향으로 길게 배치되면서 다수개의 냉각핀에 연결되어 전열면적을 증대시키고, 상기 하우징으로 유입되는 공기는 상기 환봉에 충돌하면서 난류를 발생시켜 핀튜브의 냉각효과를 증대시키는 것을 특징으로 한다.

상기 환봉은 다수개로 이루어진다.

다수개의 환봉은 상기 중공관을 중심으로 일정한 각도로 배치된다.

또는, 상기 환봉은 상기 중공관의 중심을 기준으로 공기의 유입방향에 배출방향보다 더 많은 수가 배치된다.

또는, 상기 환봉은 상기 중공관의 중심을 기준으로 공기의 유입방향에 배출방향보다 더 큰 직경을 갖는 환봉이 배치된다.

상기 핀튜브는, 공기의 유입방향에 배치되는 전방핀튜브, 상기 전방핀튜브의 후방에 배치되는 후방핀튜브로 이루어지고, 상기 환봉은 다수개로 이루어지며, 상기 환봉은 상기 후방핀튜브보다 상기 전방핀튜브에 더 많이 장착되어 있다.

다수개의 환봉은 상기 중공관을 중심으로 일정한 각도로 배치되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에서는 상기 환봉을 설치함으로서, 냉각공기가 이동하면서 환봉과 충돌하여 난류를 발생시키게 되고, 이러한 난류는 중공관의 후방 및 냉각핀의 후방 구역으로 이동하면서 핀튜브의 후방 구역도 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 사시도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 핀튜브의 측단면구조도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 핀튜브의 측단면구조도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 핀튜브의 측단면구조도,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 핀튜브의 측단면구조도.

제1실시예

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 핀튜브의 측단면구조도이다.

본 발명의 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기는, 하우징(10)과, 핀튜브(20)를 포함하여 이루어진다.

상기 하우징(10)은 내부에 상기 핀튜브(20)가 배치되는 빈공간이 형성되어 있고, 내부로 공기가 유입되기 위한 유입구와, 내부로 유입된 공기가 외부로 유출되기 위한 배출구가 형성되어 있다.

상기 핀튜브(20)는 다수개로 이루어지고 상기 하우징(10)의 내부에 장착된다.

이러한 상기 핀튜브(20)는 상기 하우징(10)의 유입구를 통해 유입되는 공기와 열교환을 하고, 열교환된 공기는 상기 하우징(10)에 형성된 배출구를 통해 외부로 배출된다.

상기 핀튜브(20)는 중공관(21)과 냉각핀(22)과 환봉(23)으로 이루어진다.

상기 중공관(21)은 내부로 유체가 이동하는 관으로서, 상기 하우징(10)의 유입구를 통해 유입되는 공기의 유입방향과 직교되는 방향으로 길게 배치된다.

상기 냉각핀(22)은 원판형상으로 이루어져 상기 중공관(21)의 외주면에서 상기 중공관(21)의 길이방향과 직교되는 방향으로 장착되어 있다.

이러한 상기 냉각핀(22)은 다수개가 상호 이격 배치된다.

위와 같은 구조까지는 종래의 일반적인 열교환기와 동일한 바, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 상기 핀튜브(20)에 상기 환봉(23)이 장착되어 있다는 점에서 종래기술과 차이가 있다.

상기 환봉(23)은 상기 중공관(21)의 외부에서 상호 이격된 다수개의 상기 냉각핀(22)을 연결한다.

상기 환봉(23)은 다수개로 이루어지고, 상기 중공관(21)을 중심으로 상기 중공관(21)의 외곽에서 다수개의 상기 냉각핀(22)을 서로 연결한다.

본 실시예에서 다수개의 상기 환봉(23)은 상기 중공관(21)을 중심으로 일정한 각도로 배치되어 있다.

상기 환봉(23)은 상기 중공관(21)의 길이방향과 같은 방향으로 길게 배치되면서 다수개의 냉각핀(22)에 연결되어 전열면적을 증대키기는 기능을 한다.

이때 상기 환봉(23)은 열 전달 성능이 좋은 구리 등의 금속재질로 이루어지도록 한다.

또한 상기 환봉(23)은 상기 하우징(10)으로 유입되는 공기가 상기 환봉(23)과 충돌되도록 하여 난류를 발생시킴으로서, 핀튜브(20)의 냉각효과를 증대시키는 기능을 한다.

상기 환봉(23)이 없는 종래의 핀튜브(20)에서는, 유입되는 냉각공기와 마주보는 중공관(21)의 전방 및 냉각핀(22)의 전방은 냉각공기와 접하여 냉각이 잘 이루어지지만, 냉각공기의 유입방향과 반대방향에 배치되는 중공관(21)의 후방 및 냉각핀(22)의 후방 구역은 유입되는 냉각공기와 거의 접하지 않거나 거의 머무르지 않고 빠르기 지나가기 때문에 열교환이 잘 이루어지지 않는다.

그러나 본 발명에서는 상기 환봉(23)을 설치함으로서, 냉각공기가 이동하면서 환봉(23)과 충돌하여 난류를 발생시키게 되고, 이러한 난류는 중공관(21)의 후방 및 냉각핀(22)의 후방 구역으로 이동하면서 핀튜브(20)의 후방 구역도 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

이로 인해 본 발명은 핀튜브(20)의 냉각성능을 증대시킬 수 있고, 전도에 의한 열전달 성능을 향상시킬 수 있다.

제2실시예

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 핀튜브의 측단면구조도이다.

제2실시예는 제1실시예와 비교하여 상기 환봉(23)의 배치 개수에 차이가 있는바, 이를 중심으로 설명한다.

본 실시예에서 상기 환봉(23)은 상기 중공관(21)의 중심을 기준으로 공기의 유입방향에 배출방향보다 더 많은 수가 배치된다.

이로 인해 냉각공기가 유입될 때, 상기 핀튜브(20)의 전방에서는 보다 많은 상기 환봉(23)과 충돌하여 많은 난류를 발생시키게 하고, 이렇게 발생된 난류가 상기 핀튜브(20)의 후방으로 이동하였을 때에는 충돌보다는 핀튜브(20)에 보다 많이 접촉하면서 이동하여 냉각효과를 높일 수 있도록 할 수 있다.

즉, 본 실시예에서는 상기 핀튜브(20)의 후방에 전방보다 적은 수의 환봉(23)이 배치되어 있기 때문에, 핀튜브(20)의 후방에서는 난류가 환봉(23)에 충돌될 가능성이 낮아지면서 냉각공기가 환봉(23)과의 충돌에 따른 유속 감소 현상을 줄일 수 있고, 이를 통해 상기 핀튜브(20) 후방에서 난류가 비교적 빠르게 이동하면서 냉각을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

그 외 다른 사항은 제1실시예와 동일 유사하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

제3실시예

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 핀튜브의 측단면구조도이다.

제3실시예는 제1실시예와 비교하여 상기 환봉(23)의 직경에 차이가 있는바, 이를 중심으로 설명한다.

본 실시예에서 상기 환봉(23)은 상기 중공관(21)의 중심을 기준으로 공기의 유입방향에 배출방향보다 더 큰 직경을 갖는 환봉(23)이 배치되도록 한다.

이로 인해 냉각공기가 유입될 때, 상기 핀튜브(20)의 전방에서는 보다 큰 직경을 갖는 상기 환봉(23)과 충돌하여 많은 난류를 발생시키게 하고, 이렇게 발생된 난류가 상기 핀튜브(20)의 후방으로 이동하였을 때에는 직경이 작은 환봉(23)과 충돌하도록 하면서 후방에서 난류 발생을 줄이면서 이동속도를 유지하여 냉각효과를 높일 수 있도록 할 수 있다.

즉, 본 실시예에서는 상기 핀튜브(20)의 전방에 직경이 큰 환봉(23)이 배치되어 있기 때문에, 핀튜브(20)의 후방에서는 난류가 환봉(23)에 충돌될 가능성이 낮아지면서 냉각공기가 환봉(23)과의 충돌에 따른 유속 감소 현상을 줄일 수 있고, 이를 통해 상기 핀튜브(20) 후방에서 난류가 비교적 빠르게 이동하면서 냉각을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

제4실시예

도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 핀튜브 열교환기의 핀튜브의 측단면구조도이다.

제4실시예에서 상기 핀튜브(20)는, 공기의 유입방향에 배치되는 전방핀튜브(20a), 상기 전방핀튜브(20a)의 후방에 배치되는 후방핀튜브(20b)로 이루어진다.

상기 환봉(23)은 상기 후방핀튜브(20b)보다 상기 전방핀튜브(20a)에 더 많이 장착되어 있다.

이로 인해, 냉각공기가 상기 전방핀튜브(20a)와 충돌하여 난류를 발생한 후 상기 후방핀튜브(20b)에 충돌하였을 때 냉각공기의 이동속도가 현저히 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이때 상기 환봉(23)의 배치 개수, 직경 등은 도 5(a) 내지 (c)에 도시된 제1실시예 내지 제3실시예의 구조를 이용할 수 있다.

그 외 다른 사항은 제1실시예 내지 제3실시예와 동일 유사하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

본 발명인 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

10 : 하우징,
20 : 핀튜브, 20a : 전방핀튜브, 20b : 후방핀튜브,
21 : 중공관, 22 : 냉각핀, 23 : 환봉

Claims

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하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되는 다수개의 핀튜브로 이루어진 열교환기에 있어서,
상기 핀튜브는,
공기의 유입방향과 직교되는 방향으로 길게 배치되는 중공관과;
원판형상으로 이루어져 상기 중공관의 외주면에서 상기 중공관의 길이방향과 직교되는 방향으로 장착되고, 다수개가 상호 이격 배치되는 냉각핀과;
상기 중공관의 외부에서 상호 이격된 다수개의 상기 냉각핀을 연결하는 환봉;을 포함하여 이루어지되,
상기 환봉은 상기 중공관의 길이방향과 같은 방향으로 길게 배치되면서 다수개의 냉각핀에 연결되어 전열면적을 증대시키고,
상기 하우징으로 유입되는 공기는 상기 환봉에 충돌하면서 난류를 발생시켜 핀튜브의 냉각효과를 증대시키며,
상기 핀튜브는,
공기의 유입방향에 배치되는 전방핀튜브, 상기 전방핀튜브의 후방에 배치되는 후방핀튜브로 이루어지고,
상기 환봉은 다수개로 이루어지며,
상기 환봉은 상기 후방핀튜브보다 상기 전방핀튜브에 더 많이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기.
청구항6에 있어서,
다수개의 환봉은 상기 중공관을 중심으로 일정한 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기.
청구항6에 있어서
상기 환봉은 상기 중공관의 중심을 기준으로 공기의 유입방향에 배출방향보다 더 많은 수가 배치되는 것을 특징으로 하는 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기.
청구항6에 있어서,
상기 환봉은 상기 중공관의 중심을 기준으로 공기의 유입방향에 배출방향보다 더 큰 직경을 갖는 환봉이 배치되는 것을 특징으로 하는 난류발생을 이용한 핀튜브 열교환기.