KR19990035657U - 핀형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공기조화기 및 냉장고 등에 이용되는 열교환기에 관한 것으로서, 본 고안의 목적은 핀형 열교환기를 통과하는 공기의 흐름을 빠르고 균일하게 함과 아울러, 핀과 공기의 접촉 면적을 크게하여 열전달 효율을 향상되게 하는 데 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 고안의 구성은 복수의 오와 열을 이루도록 다수회 반복되게 밴딩된 작동유체가 흐르는 파이프와; 상기 파이프를 지지하도록 그 양측에 결합된 한 쌍의 지지판과; 외부 공기의 유입 방향을 기준으로 상기 파이프가 이루는 각 열마다 독립적이며, 상기 파이프가 이루는 각 오에 대하여 각각 소정의 간격을 갖게 삽입된 다수의 핀을 포함하여 이루어진다.

또한, 본 고안의 다른 구성은 작동유체가 흐르는 파이프에 고정되는 다수의 핀이 상기 파이프에 대하여 소정의 각도로 기울어지게 고정되되, 상기 파이프의 길이방향으로 인접된 핀은 서로 기울어진 방향이 반대되도록 교번되며, 상기 파이프가 이루는 열을 기준으로는 동일한 방향으로 기울어지게 고정된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안의 또 다른 구성은 작동유체가 흐르는 파이프에 고정되는 다수의 핀이 소정의 곡률반경으로 라운딩되며, 상기 파이프의 길이방향으로 인접된 핀은 서로 라운딩된 방향이 동일하고, 상기 파이프가 이루는 열을 기준으로는 라운딩된 방향이 반대되도록 교번되게 고정된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 핀과 외부 공기의 접촉되는 전열 면적이 커지고 통기성이 향상되기 때문에 열교환 효율이 향상된다는 효과가 있다.

Description

핀형 열교환기

본 고안은 공기조화기 및 냉장고 등에 이용되는 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환기를 통과하는 외부 공기의 흐름을 원활하게 하고, 또한 외부 공기와의 접촉 면적을 크게함으로써 열전달 효율이 향상되게 한 핀형 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 온도가 다른 두 유체를 직접 또는 간접으로 접촉시켜 열교환을 시키는 장치로서, 핀형 열교환기는 통상 공기조화기 및 냉장고와 같은 냉동사이클 장치에 많이 사용된다.

도 1은 핀형 열교환기의 사용 예를 설명하기 위한 도면으로, 핀형 열교환기의 일 예인 증발기가 사용되는 냉장고의 측단면도이다.

냉장고는 프레온 또는 메탄 등과 같은 냉매를 압축, 응축, 팽창시키는 과정에서 냉매가 상변화되면서 발생되는 온도차를 이용하여 열교환이 이루어지게 하는 냉동사이클의 원리를 이용한 것으로, 음식물을 신선한 상태로 보관할 수 있게한 장치이다.

이러한 냉장고의 구성은 통상 도 1에 도시한 바와 같이 외형 몸체를 이루는 본체(1) 내부에 앞면이 개방된 저장실로서 냉동실(3)과 냉장실(5)이 구획되어 있으며, 냉동실(3)과 냉장실(5)을 개폐하는 도어(7,9)는 본체(1) 앞면부에 힌지결합되어 있다.

냉동실(3)의 후방에는 냉기를 생성하여 냉동실(3)과 냉장실(5)로 공급하는 별도의 냉각실이 형성되어 있는데, 여기에는 냉기를 생성하는 증발기(11)와 순환팬(13)이 내장되어 있다.

상기 순환팬(13)은 증발기(11)에서 열교환되어 생성되는 냉기를 냉동실(3) 및 냉장실(5)로 강제 송풍시킨다.

도 2는 상기와 같이 냉장고에 사용되는 종래의 증발기를 나타내는 사시도이다.

도시된 바와 같이 핀형 열교환기로서의 증발기(11)는 복수의 오와 열을 이루도록 다수회 반복되게 밴딩된 파이프(15)에 다수개의 핀(17)이 상기 파이프(15)와 직교하게 결합된 구조로 되어 있다.

상기 다수의 핀(17)은 보통 열전도율이 좋은 알루미늄판을 사용하며, 서로 평행하면서 소정의 간격을 갖도록 고정되어 있다.

상기 파이프(15)의 일측 끝단은 팽창밸브(미도시)에 연결되어 냉매가 유입되며, 타측의 끝단은 미도시된 압축기에 연결되어 냉매가 유출된다.

즉, 상기 파이프(15)에는 온도 변화에 따라 상변화되는 작동유체로서의 냉매가 통과되는 바, 이 작동유체와 상기 파이프(15)의 외부를 흐르는 공기가 서로 열교환되는 것이다.

한편, 상기 파이프(15)에 결합된 다수개의 핀(17)은 상기 파이프(15)를 통과하는 냉매가 기화되는데 필요한 열을 외부의 공기로부터 전달하는 기능을 하는 것으로서, 외부 공기와 접촉되는 전열 면적을 크게하여 열교환량을 증대시키기 위한 것이다.

통상의 핀형 열교환기에는 냉장고의 구조를 예로 들어 전술한 바와 같이 열교환기를 통과하는 기류를 형성하기 위해 열교환기의 일측에 팬을 설치하는 것이 보통이다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 증발기는 열전도율을 향상시키기 위해 설치된 핀이 파이프에 직교되면서 서로 평행하게 고정되어 있기 때문에, 열교환기를 통과하는 공기와의 접촉 면적이 작아 열전달 효율이 작다는 문제점이 있었다.

환언하면, 핀형 열교환기는 파이프 안에서 흐르는 작동유체와 외부의 공기가 서로 열교환되어 양자 간에 열적평형 상태를 이루게 하는 것에 궁극적인 목적이 있는 바, 열교환 효율을 향상시키기 위해서는 파이프에 고정된 핀과 외부의 공기가 접촉되는 전열 면적이 커야 하고, 이와 더불어 외부의 공기가 원활하게 통과되어야 한다.

여기서, 핀형 열교환기가 요구하는 상기한 두 가지의 설계 인자는 서로 상반되는 개념으로 인식될 수 있다.

다시 말하면, 다수의 핀과 그 사이를 통과하는 공기가 서로 접촉되는 면적을 크게하면 이에 따른 공기의 저항으로 통기성이 저하된다는 우려가 있다.

따라서, 종래의 핀형 열교환기는 작동유체가 흐르는 파이프에 다수의 핀들을 직교되면서 서로 평행하게 고정된 것이다.

물론, 이와 같이 직교되면서 평행하게 고정된 핀으로 구성된 종래의 열교환기는 냉장고에 사용되는 증발기를 예로 들어 전술한 바와 같이 공기와 핀의 접촉면적이 작기 때문에 열교환 효율이 작다.

이에 따라, 열교환기가 대형화되고, 보다 큰 기류를 형성하기 위해 팬의 용량이 커지게 된다는 문제점이 발생되는 것이다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 핀형 열교환기를 통과하는 공기의 흐름을 빠르고 균일하게 함과 아울러, 핀과 공기의 접촉 면적을 크게하여 열전달 효율을 향상되게 하는 데 있다.

도 1은 일반적인 냉장고의 냉각 구조를 나타내기 위한 측단면도이고,

도 2는 종래의 핀형 열교환기를 나타내는 사시도이고,

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 핀형 열교환기를 나타내는 사시도이고,

도 4는 본 고안의 다른 실시예에 의한 핀형 열교환기의 정면도에 상당하는 개념도이고,

도 5는 도 4의 A부를 확대하여 도시한 상세도이고,

도 6은 본 고안의 또 다른 실시예에 의한 핀형 열교환기의 정면도에 상당하는 개념도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 본체 3 : 냉동실

5 : 냉장실 7,9 : 도어

30,40,50 : 증발기 32,42,52 : 파이프

34,44,54 : 지지판 36,46,56 : 핀

상기 목적을 실현하기 위한 본 고안은 복수의 오와 열을 이루도록 다수회 반복되게 밴딩된 작동유체가 흐르는 파이프와; 상기 파이프를 지지하도록 그 양측에 결합된 한 쌍의 지지판과; 외부 공기의 유입 방향을 기준으로 상기 파이프가 이루는 각 열마다 독립적이며, 상기 파이프가 이루는 각 오에 대하여 각각 소정의 간격을 갖게 삽입된 다수의 핀을 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 상기 파이프가 이루는 각각의 열 사이사이가 핀에 의해 막히지 않고 개방된 구조이므로, 파이프가 밴딩되어 형성된 오와 열 사이사이로 공기가 순환될 수 있어 공기와 핀의 접촉면적이 커지게 된다.

또한, 본 고안의 다른 구성은 작동유체가 흐르는 파이프에 고정되는 다수의 핀이 상기 파이프에 대하여 소정의 각도로 기울어지게 고정되되, 상기 파이프의 길이방향으로 인접된 핀은 서로 기울어진 방향이 반대되도록 교번되며, 상기 파이프가 이루는 열을 기준으로는 동일한 방향으로 기울어지게 고정된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 다수의 핀에는 상기 핀과 소정의 예각을 이루도록 연장된 플랜지부가 형성되게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 파이프에 고정된 다수의 핀이 소정의 각도로 기울어져 있기 때문에 두 핀이 한 쌍이 되어 노즐 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 핀과 공기의 접촉면적이 커지게되며, 열교환기를 통과하는 공기의 통기성이 향상되어 열전달 효율이 더욱 향상된다.

또한, 본 고안의 또 다른 구성은 작동유체가 흐르는 파이프에 고정되는 다수의 핀이 소정의 곡률반경으로 라운딩되며, 상기 파이프의 길이방향으로 인접된 핀은 서로 라운딩된 방향이 동일하고, 상기 파이프가 이루는 열을 기준으로는 라운딩된 방향이 반대되도록 교번되게 고정된 것을 특징으로 한다.

여기서, 외부 공기가 유입되는 쪽에 고정된 최외측의 핀과, 열교환된 공기가 유출되는 쪽에 고정된 최외측의 핀은 공기의 유입 각도와 유출 각도를 동일하게 하도록 선단 일측이 각각 상기 파이프와 직교되는 방향으로 절곡되게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 예컨대 토오크 컨버터와 같은 구조이므로, 열교환기를 통과하는 외부공기의 유속이 저하되지 않으면서 전열 면적이 커지게 되어 열교환 효과가 향상된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한 이하 실시예에서는 종래예를 들어 설명한 증발기를 예로하여 개량된 구조를 알기 쉽게 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 증발기(30)는 작동유체인 냉매가 흐르는 파이프(32)와, 상기 파이프(32)를 지지 및 고정하는 한 쌍의 지지판(34)과, 상기 파이프(32)에 고정된 다수의 핀(36)으로 구성된다.

상기 지지판(34)에는 2오 5열로 배열된 다수의 구멍이 형성되어 있는 바, 상기 구멍에 삽입되어 고정되도록 상기 파이프(32)는 다수회 반복되게 밴딩된 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 파이프(32)에는 2오를 한 쌍으로 고정하는 다수의 핀(36)이 삽입되어 일정 간격으로 배열되어 있는 바, 상기 다수의 핀(36)은 5열을 이루는 파이프(32)의 각 단에 각각 삽입되어 5열을 구성하고 있다.

상세히 설명하면, 상기 다수의 핀(36)은 열전도성이 좋은 알루미늄판으로 구성된 것으로서, 상기 파이프(32)에 직교하면서 서로 평행하게 고정되어 있다.

물론, 상기 파이프(32)가 이루는 각 열마다 삽입된 다수의 핀(36)은 각각 동일한 숫자를 가지며 각각 세로 방향으로 일직선을 이루게 배치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 증발기(30)는 파이프(32)에 고정된 핀(36)의 배열이 각 열마다 독립적으로 구성되어 있기 때문에 가로방향으로의 막힘이 없어 통기성이 향상된다.

한편, 도 4는 상기 실시예를 바탕으로 더욱 개량한 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 증발기(40)의 정면도에 상당하는 개념도이다.

도시된 바와 같이 양측이 지지판(44)으로 고정되어 다수의 오와 열을 구성하는 파이프(42)에는 다수의 핀(46)이 고정되어 있는 바, 상기 다수의 핀(46)은 파이프(42)가 이루는 각각의 열마다 동일한 간격과 동일한 모양으로 고정되어 있다.

최상단의 열에 배열된 다수의 핀(46)의 모양을 설명하면, 상기 다수의 핀(46)은 두 개의 핀(46)이 한 쌍을 이루어 노즐 효과를 얻을 수 있도록 서로 마주보는 상태로 각각 소정의 예각으로 기울어지게 고정되어 있다.

즉, 상기 다수의 핀(46)은 상기 파이프(42)의 길이방향에 대하여 소정의 각도로 기울어지게 고정되되, 상기 각 핀(46)의 양측에 인접된 핀(46)은 그 기울어진 각도가 반대로 되어 있다.

다시 설명하면, 좌측으로 기울어진 핀(46)과 우측으로 기울어진 핀(46)이 각각 교번되게 배열되어 소정의 간격을 유지하고 있는 모양이다.

물론, 그 아래측에 위치되는 열에도 이와 동일한 모양과 간격을 갖도록 핀(46)이 배열되어 있다.

한편, 도 4의 A부를 확대하여 상세하게 도시한 도 5에서와 같이, 상기 다수의 핀(46)에는 핀구멍 주변에 소정의 각도로 기울어지게 돌출된 플랜지부(47)가 형성되어 있다. 상기 플랜지부(47)는 상기 다수의 핀(46)을 경사지게 고정하여 흔들리지 않게 한다.

또한, 상기 다수의 핀(46)은 각각 엠보싱 처리되어 있기 때문에 이에 접촉되는 공기의 유속을 빠르게 하고 접촉 면적을 더욱 크게한다.

상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 증발기는 노즐 형상으로 배열된 한 쌍의 핀(46)이 다수개 고정된 모양이기 때문에, 이에 통과되는 외부공기와 핀(46)의 접촉 면적이 커지게되며, 유속이 빨라져 통기성이 향상되어 열교환 효율이 향상된다.

한편, 도 6은 본 고안의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 증발기(50)의 정면도에 상당하는 개념도이다.

본 실시예에 따른 증발기(50)는 도시된 바와 같이 양측이 지지판(54)으로 고정되어 다수의 오와 열을 구성하는 파이프(52)에는 다수의 핀(56)이 고정되어 있는 바, 상기 다수의 핀(56)은 소정의 곡률반경으로 라운딩되어 있다.

상기 다수의 핀(56)이 배열된 구조를 상세히 설명하면, 상기 핀(56)은 파이프(52)가 이루는 하나의 열에는 각각 동일한 방향으로 라운딩되고, 이와 인접된 위아래측의 파이프(52)에는 다른 방향으로 라운딩된 다수의 핀(56)이 일정 간격으로 배열된 구조로 되어 있다.

예컨대, 최상단의 파이프(52)에 고정된 다수의 핀(56)이 우측으로 개방되었다고 하면, 그 아래측의 파이프(52)에 고정된 다수의 핀(56)은 좌측으로 개방되며, 다시 그 아래측의 파이프(52)에 고정된 다수의 핀(56)은 우측으로 개방되도록 교번되게 고정된 구조로 되어 있는 것이다.

여기서, 외부 공기가 유입되는 쪽에 고정된 최하단의 파이프(52)에 고정된 다수의 핀(56)은 그 끝단이 각각 상기 지지판(54)과 평행하도록 절곡되어 있으며, 열교환된 공기가 유출되는 쪽에 고정된 최상단의 파이프(52)에 고정된 다수의 핀(56)도 상기 지지판(54)과 평행하도록 소정 구간이 절곡되어 있다.

이는 외부공기가 유입되는 각도와 열교환된 냉기가 유출되는 각도가 일치하게 한다.

여기서, 상기 다수의 핀(56)이 이루는 곡률반경과 각 핀(56) 사이의 간격은 유속과 소음에 큰 설계인자로 작용된다.

상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 증발기는 다수의 핀(56)이 소정의 곡률반경으로 라운딩되어 공기를 가이드하기 때문에 공기의 유속이 저하되지 않으며, 공기의 흐름에 따른 소음이 발생되지 않는다.

또한 공기와 핀(56)이 접촉되는 전열 면적이 커지기 때문에 열교환 효율이 향상된다.

이상 설명한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 핀형 열교환기는 핀과 외부 공기의 접촉되는 전열 면적이 커지고 통기성이 향상되기 때문에 열교환 효율이 향상된다는 효과가 있다.

또한, 공기의 흐름을 완만하게 가이드하여 공기의 흐름에 따른 소음이 발생되지 않아 정숙한 운전을 가능하게 한다는 이점이 있다.

상기 설명한 실시예는 단지 예시에 불과한 것이어서 본 고안은 이에 한정되지 않는다.

또한, 본 고안이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 상기 설명한 실시예를 변형하여 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러나, 첨부한 청구범위를 정확히 이해한다면 약간의 변형을 가감한 실시 행위는 본 고안의 범주에 포함된다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 복수의 오와 열을 이루도록 다수회 반복되게 밴딩된 작동유체가 흐르는 파이프와;

   상기 파이프를 지지하도록 그 양측에 결합된 한 쌍의 지지판과;

   외부 공기의 유입 방향을 기준으로 상기 파이프가 이루는 각 열마다 독립적이며, 상기 파이프가 이루는 각 오에 대하여 각각 소정의 간격을 갖게 삽입된 다수의 핀을 포함하는 핀형 열교환기
2. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 핀은

   상기 파이프에 대하여 소정의 각도로 기울어지게 고정되되,

   상기 파이프의 길이방향으로 인접된 핀은 서로 기울어진 방향이 반대되도록 교번되며,

   상기 파이프가 이루는 열을 기준으로는 동일한 방향으로 기울어지게 고정된 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기
3. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 핀에는

   상기 핀과 소정의 예각을 이루도록 연장된 플랜지부가 형성된 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기
4. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 핀은

   소정의 곡률반경으로 라운딩된 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기
5. 제 4항에 있어서, 상기 다수의 핀은

   상기 파이프의 길이방향으로 인접된 핀은 서로 라운딩된 방향이 동일하며,

   상기 파이프가 이루는 열을 기준으로는 라운딩된 방향이 반대되도록 교번되게 고정된 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기
6. 제 5항에 있어서, 외부 공기가 유입되는 쪽에 고정된 최외측의 핀과 열교환된 공기가 유출되는 쪽에 고정된 최외측의 핀은

   공기의 유입 각도와 유출 각도를 동일하게 하도록 선단 일측이 각각 상기 파이프와 직교되는 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기
7. 제 1항 또는 제 2항, 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 다수의 핀은

   엠보싱된 것을 특징으로 하는 핀형 열교환기