KR19980034977A - 핀형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핀형 열교환기에 관한 것으로, 그 목적은 열교환 핀의 일부가 기류와 맞부딪히도록 형성하여 열교환핀과 직접 열교환을 하도록 하는 열전달효율을 향상시키며 공기를 분산기켜 공기가 정체되지 않도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 핀형 열교환기는, 열교환핀(10)상에 절편(30)을 설치하고 이 절편(30)을 기류와 맞부딪히도록 적절하게 벤딩한다. 따라서 핀(10)의 일부인 절편(30)과 공기가 직접 맞부딪혀서 직접 열교환을 행하도록 함으로써 열전달효과를 높인다. 그리고 절편(30)에 의한 구멍을 통하여 공기가 핀(10)의 양측을 자유롭게 유동하도록 함으로써 핀(10) 양측 기류의 양을 동일하게 한다. 이로써 기류의 유동 소음을 저감하고 난류화된 기류의 정체현상을 없애 기류의 유동이 원활하도록 한다.

Description

핀형 열교환기

본 발명은 핀형열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 핀에 다수개의 절편을 형성하고 배열을 효과적으로 함으로써 열교환효율을 향상시키는 핀형열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 핀형 열교환기는 공기조화기 등에 설치되어 이를 통과하는 외부 공기와 관속을 지나는 유체사이에 열교환을 수행하는 기능을 한다.

도1은 이러한 핀형 열교환기를 보인 도면이다. 이에 도시한 바와 같이, 양단에 수회 0bU0c벤딩되어 연결된 파이프(20)에 다수개의 핀(10)이 평행하게 병렬로 결합되어 구성된다. 이때 핀(10)은 약은 박판상으로 마련되어 파이프(20)의 표면에 붙여짐으로써 공기와의 접촉면적을 넓혀 전열면적을 크게하여 열교환량을 증대시키는 역활을 한다. 이러한 역활을 하는 핀(10)의 구조를 도2와 도3 그리고 도4를 참조하여 설명하겠다. 핀(10)에는 파이프(20)가 삽입결합되는 다수개의 결합공(11)이 천공되고, 이 결합공(11)들사이에는 다수개의 절편(1)이 반복되어 마련된다. 즉, 결합공(11)들의 중심을 연결하는 중심선을 기준으로 그 전방에 두개의 절편(1)이 마련되고, 이와 대칭되게 후방에 두개의 절편(1)이 형성된다.

전후측 가장자리에 형성되는 절편(1)을 내측 절편(1)보다 길게 형성되는데, 둘로 분리되어 이루어지며, 각 절편은 결합공(11)들의 중심을 연결한 중심선과 평행하고 핀(10)면으로 부터 소정 높이 돌출된 교판(1a)과 교판(1a)의 양단을 핀(10)면에 연결시키는 교각(1b)을 포함한다. 이러한 각 절편(1)의 교판(1a)과 교각(1b)과의 연결선 및 교각(1b)과 핀(10)과의 연결선은 중심선과 직각을 이루게 한다.

이와 같은 종래의 핀형 열교환기는 절편이 한쪽방향으로만 돌출되어 있거나, 서로 반대방향으로 돌출되어 있어도 각 절편이 이격됨으로써 절편의 수가 적어 전열면적이 좁다. 이로써 열전달 효율이 떨어지는 문제와 핀의 양측으로 유동하는 기류의 양이 동일하지 않아 이상소음이 발생하는 문제 및 각 절편의 교판과 교각의 연결선 및 교각과 핀과의 연결선이 결합공을 연결하는 선과 직각으로 형성되어 기류의 방향과 동일하게 됨으로써 기류를 난류화 시키지 못하는 문제가 있었다. 또한 핀면, 특히 파이프이 후방에 기류가 정체되는 사영역이 발생되어 열전달 효율이 떨어지는 문제는 더욱 더 심화되었다.

그리고 절편이 동일높이로 형성되므로 상기한 열교환기가 증발기로 사용될 경우에 핀표면과 절편사이의 공간에 물방울이 맺혀 열전달이 감소하는 문제점도 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 전열면적을 확대시키고 공기의 균일한 흐름을 깨뜨리고 핀표면에 맺히는 물방울을 즉시 흘러내리도록 하여 열전달을 촉진시킬 수 있는 핀형 열교환기를 제공하는 것이다.

도1은 일반적인 열교환기를 보인 사시도이다.

도2는 종래 열교환기의 표면을 보인 도면이다.

도3은 도2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.

도4는 도2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.

도5는 본 발명에 따른 핀을 보인 도면이다.

도6은 발명의 요부 상세도이다.

도7은 도5의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도이다.

도8은 도5에 대향하는 도면으로서, 제2실시예를 보인 도면이다.

도9는 본 발명 제2실시예의 요부 상세도이다.

도10은 도8의 Ⅹ-Ⅹ선 단면도이다.

도11은 도10에 대향하는 도면으로서, 본 발명의 제3실시예를 보인 도면이다.

도12는 본 발명의 제4실시예를 보인 도면이다.

도13은 도12의 ⅩⅢ-ⅩⅢ선 단면도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명 *

10 : 핀 20 : 파이프 30 : 절편 31 : 제1절편부 32 : 제2절편부 33 : 제3절편부 34 : 제4절편부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핀형 열교환기는, 이웃하는 것과의 사이로 기류가 통과하도록 병렬로 배치된 다수의 핀, 상기 핀들을 수회 관통하되 작동유체가 일측으로 유입되어 타측으로 토출되도록 이웃하는 것끼리 연결된 파이프를 구비하는 핀형 열교환기에 있어서, 상기 핀에는 유입되는 기류가 대면하여 열교환하며 분산되도록 둘 이상의 형상으로 마련된 다수의 절편을 포함하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하겠다.

도1은 본 발명이 적용되는 일반적인 핀형 열교환기를 보인 사시도로서, 이에 대한 설명은 전술하였기 때문에 생략하고, 동일구성요소에 대해서는 동일부호를 부여하겠다.

도5는 본 발명의 일실시예를 보인 도면이다. 이에 도시한 바와 같이, 파이프(20)가 삽입결합되도록 마련된 다수의 파이프(20)사이 핀(10)에는 다수의 열교환효율을 향상시키기 위한 다수의 절편(30)이 파이프(20)을 기준으로 반복되어 마련된다. 도6은 그 중 일부를 확대도시한 것이다. 이에 도시한 바와 같이, 절편(30)들은 파이프(20)의 중심과 이웃하는 중심을 연결하는 선, 즉 파이프(20)의 중심과 중심을 연결하는 중심선(F)을 기준으로 대칭되게 마련된다. 절편(30)부는 중심선(F)을 기준으로 열을 이루도록 배치된 복수개의 절편(30)부로 이루어진다. 즉, 중심선(F)의 외측으로부터 제1절편부(31), 제2절편부(32) 그리고 제3절편부(33)가 순차적으로 배치되고, 중심선(F)에는 단면이 0bV0c 형상을 이루는 제4절편부(34)가 마련되어 응축수가 용이하게 배출되도록 한다.

도6과 도7를 참조하여 절편을 설명하겠다. 먼저 핀(10)면의 가장자리에 형성된 제1절편부(31)를 설명하겠다. 제1절편부(31)는 다수의 편으로 마련되는데, 편은 두변이 핀(10)에서 절개된 삼각형상으로 마련되는데, 절개되지 않은 변은 중심선(F)과 평행하게 마련된다. 이와 같이 마련된 편은 자유단부가 상측으로 경사지게 벤딩되는데, 중심선(F)의 외측으로 벤딩된 한개의 군(31a)과 내측으로 벤딩된 다른 군(31b)을 포함한다.

그리고 제2절편부(32)는 제1절편부(31)에 대향하도록 두 개 마련되는데, 이들은 서로 동일하게 형성된다. 제2절편부(32)는 중심선(F)과 평행하게 설치된 교판(32a)과 교판(32a)의 양단을 핀(10)면에 연결하는 교각(32b)을 포함한다. 이때 교판(32a)은 중심선(F)과 평행한 양단이 핀(10)의 양측에 위치하도록 경사지게 배치되며, 교각(32b)은 유동하는 기류가 부딪히도록 중심선(F)과 경사지게 접하도록 설치된다.

한편 제2절편부(32)와 중심선(F)사이에는 삼각형상과 사각형상으로 이루어진 제3절편부(33)가 마련된다. 즉, 사다리꼴으로 형성된 편이 중심에 배치되고, 그 양측에 삼각형상의 핀(10)이 배치된다. 이들 편들은 중심선(F)과 핀(10)면을 기준으로 외상향 경사지게 설치된다.

그리고 칼라부(12))의 양외측에는 파이프(20)와 칼라부(12)에 부딪힌 기류가 정체되는 것을 방지하기 위한 사다리꼴의 (35)편이 마련된다.

이렇게 형성되는 절편(30)들의 배치를 다시 한번 설명하면 중심선(F)에는 제4절편부(34)의 중심부가 위치하며, 이 제4절편부(34)의 양측으로 한쌍의 제3절편부(33)가 배치되고, 각 제3절편부(33)의 양외측으로 제2절편부(32)가 마련되되 파이프(20)의 외주를 따라 양변이 테이퍼진다. 마지막으로 제1절편부(31)가 핀(10)의 가장자리에 한쌍 마련된다.

이와 같이 마련된 절편을 가진 핀형 열교환기의 작동을 설명하면 다음과 같다.

벤딩된 파이프(20)내를 유체가 흐르게 되면 공기가 핀(10)사이를 통과하면서 열교환을 하게 된다. 이때, 핀(10)사이를 통과하는 공기는 제일 먼저 제1절편부(31)를 만나 부딪히며서 열교환을 행하고, 부딪힌 공기는 제1절편부(31) 사이로 빠져나가면서 난류를 형성하며 제1절편부(31)에 의하여 형성된 구멍을 통해 인접한 핀(10)으로 흐르거나 제2절편부(32)로 흘러가게 된다. 상기 과정을 통해서 제1절편부(31)를 통과하면서 열교환한 공기는 제2절편부(32)에서도 맞부딪혀 열교환을 행하면서 제2절편부(32)에 의하여 형성된 구멍을 통과하여 핀(10)의 반대측으로 이동하거나 제2절편부(32)를 돌아흘러 간다. 돌아흘러 제3절편부(33)로 이동한 공기는 제1절편부(31)와 비슷한 흐름으로 열교환을 행하고 난류를 행하면서 이동한다. 중심선(F)을 지난 공기는 상기한 흐름을 반대로 행하여 열교환을 수행하면서 열교환기를 빠져나간다.

한편 이러한 열교환기의 열교환 과정중에 핀(10)면에 생성된 물방울은 그 단면형상이 0bV0c 자인 제4절편부(34)를 따라 용이하게 흘러내려 간다.

한편 절편의 돌출높이가 높으면 전열면적은 화대될 수 있으나 기류의 양이 적어지는 문제가 있기 때문에 절편(30)의 돌출높이는 이웃하는 핀(10)과의 간격 및 파이프(20)의 결합을 위한 칼라부(12) 높이 등을 고려하여 최적으로 설계되는 것이 바람직하다.

계속해서 본 발명의 제2실시예를 도8, 도9 및 도10를 참조하여 설명하겠다.

제2실시예는 제1실시예에서 제1절편부(31)를 변경한 것으로, 동일부호를 사용하여 설명하겠다. 제2실시예에서는 2개의 군으로 이루어진 제1절편부(31)를 동일방향으로 경사지게 배치함으로써 제1실시예와 유사한 효과를 발휘하도록 한다. 즉, 제1절편부(31)를 구성하는 모든 핀(10)들을 중심선(F)과 핀(10)면을 기준으로 외상향 경사지게 설치하는 것으로, 이때 경사는 예각으로 형성됨으로써 부딪힌 공기가 핀(10)의 반대면으로 원활하게 이동하도록 한다. 그리고 제3절편부(33)는 삼각형상으로 마련된 편(33b)과 사각형상으로 마련된 편(33a)으로 이루어진다. 즉, 사다리꼴으로 형성된 편(33a)이 가운데 배치되고, 그 양측에 삼각형상의 편(33b)이 배치된다. 이들 편(33a)(33b)들은 중심선(F)과 핀(10)면을 기준으로 외상향 경사지게 설치된다.

이와 같이 본 발명의 제2실시예에 의하여 구성된 핀형 열교환기는 제1실시예에서 설명한 열교환 방법을 유사하게 열교환을 행하기 때문에 그에 대한 설명은 생략하겠다.

그리고 도11은 본 발명의 제3실시예를 도시한 도면이다. 이에 도시한 바와 같이, 핀(10)면에서 돌출되어 이동하는 기류와 부딪히는 제1절편부(31)와 제2절편부(32) 및 제3절편부(33)의 면을 라운딩함으로써 난류화된 기류의 흐름이 원활한다. 이로써 마찰소음 및 손실을 줄일 수 있을 것이다.

도12와 도13은 본 발명의 제4실시예를 보인 도면이다. 이에 도시한 바와 같이, 제4실시예는 제1실시예 대비 제1절편부(31)와 제2절편부(32) 및 제3절편부(33)를 변경하였다. 즉, 제1실시예에서 다수의 삼각형상의 편으로 구성되어던 제1절편부(31)와 제3절편부(33)를 사각형상으로 구성하였다. 그리고 제2절편부(32)를 핀(10)면과 평행한 교판(32a)과 교판(32a)의 양단을 핀(10)면에 연결하는 교각(32b)을 구성하였다. 이를 좀 더 상세하게 설면하면, 제1절편부(31)는 사다리꼴 형상으로 네변중 세변을 절개하여 돌출형성하였다. 이때 절개되지 않은 변인 중심선(F)과 평행하게 배치되며, 이 변의 반대측 변은 이 변보다 작게 형성된다. 제2절편부(32)는 하나로 구성되는데 교각은 그 연장선이 중심선(F)과 둔각(또는 예각), 다시 말해서 칼라부(12)를 따라 테이퍼짐으로써 칼라부(12)에 부딪힌 기류의 흐름이 원활하도록 한다. 그리고 제3절편부(33)를 사다리꼴을 중심에 배치하고 이의 양측에 평행사변형 편을 배치하였다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 핀형 열교환기는, 열교환용 핀의 일부인 절편과 공기가 직접 맞부딪혀서 직접 열교환을 행하기 때문에 열전달효율이 높을 뿐만 아니라 공기가 핀의 양측으로 자유롭게 이동할 수 있어 핀 양측을 흐르는 공기의 양이 동일하여 유동소음이 저감되며, 공기가 사방으로 흩어지도록 절편이 형성되어 있어서 기류의 정체현상이 없다. 또한 열교환용 핀의 표면에 생긴 물이 맺히지 않고 핀의 외부로 유출됨으로써 열전달효과가 더욱 향상된다.

Claims (10)

1. 이웃하는 것과의 사이로 기류가 통과하도록 병렬로 배치된 다수의 핀(10), 상기 핀(10)들을 수회 관통하되 작동유체가 일측으로 유입되어 타측으로 토출되도록 이웃하는 것끼리 연결된 파이프(20)를 구비하는 핀형 열교환기에 있어서,

   상기 핀(10)에는 유입되는 기류가 대면하여 열교환하며 분산되도록 둘 이상의 형상으로 마련된 다수의 절편(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 절편(30)은 삼각형상으로 마련되어 두개의 변이 상기 핀(10)에서 절개된 된 제1절편부(31)와 상기 파이프(20)의 중심과 중심을 연결하는 중심선(F)과 평행하게 마련된 교판 및 상기 교판의 양단을 상기 핀(10)면에 연결하는 교각을 갖는 제2절편부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1절편부(31)는 상기 파이프(20)의 중심과 중심을 연결하는 중심선(F)의 외측으로 상향 경사지되 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1절편부(31)는 상기 중심선(F)의 외측으로 만곡되어 마련된 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기.
5. 제2항에 있어서,

   상기 제1절편부(31)는 상기 중심선(F)의 외측을 경사지게 마련된 것과 내측으로 경사지게 마련된 것을 갖는 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기.
6. 제2항에 있어서,

   상기 제2절편부(32)의 교판면은 상기 핀(10)면과 평행하게 마련된 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기.
7. 제2항에 있어서,

   상기 제2절편부(32)의 교판면은 상기 양측이 상기 핀(10)의 양측으로 돌출되도록 상기 핀(10)면과 교차하도록 마련된 것을 특징으로 하는 핀(10)형 열교환기.
8. 제2항에 있어서,

   상기 제1절편부(31)와 상기 제2절편부(32) 각각은 상기 파이프(20)의 중심과 중심을 연결하는 중심선(F)을 기준으로 열을 이루도록 배치되되, 상기 제1절편부(31)가 상기 중심선(F)에서 먼쪽에 배치되며, 상기 제2중심부의 내측에는 제3절편부(33)가 마련된 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제3절편부(33)는 삼각형상으로 절개된 다수가 인접되게 마련되어 이루어진 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기.
10. 제8항에 있어서,

    상기 제3절편부(33)는 사각형상으로 마련되어 세변이 절제된 것과 두변이 절제된 삼각형상 마련되어 상기 사각형상으로 마련된 것의 양측에 배치된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기.