KR20000051632A - 트라이 튜브 열교환기 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 3개의 전열관과 그 사이에 핀이 위치하는 트라이 튜브 열교환기에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 냉매가 유동하는 다수의 전열관 사이에 위치하는 핀을 적어도 각 전열관의 배열 방향에서 소정의 피치로 요철되게 구성한 것을 특징으로 하며,

이에 따라, 핀의 표면적이 넓어져 공기와 냉매의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

트라이 튜브 열교환기{Tri tube type heat exchanger}

본 발명은 3개의 전열관과 그 사이에 핀이 위치하는 트라이 튜브 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 핀의 공기측 전열면적을 넓혀 열교환 효율을 향상시키도록 한 트라이 튜브 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 트라이 튜브 열교환기는 열교환기 중에서도 작은 부피를 가지면서 큰 전열성능을 나타내는 특징이 있으며, 주로 설치 공간이 제한되는 냉장고 등에 사용되어 왔다.

이러한 트라이 튜브 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이 3개의 전열관(1)과, 각 전열관(1)의 사이에 형성된 핀(2)으로 이루어진다.

이때, 3개의 전열관(1) 중 외곽측의 관들은 냉매가 유동하는 냉매관(1a)으로 구성되며, 중앙부의 나머지 관은 제상시 일정량의 열을 발산하기 위한 히터관(1b)으로 구성된다.

또한, 냉매관(1a)과 히터관(1b)을 연결하는 핀(2)은 표면으로부터 일부를 일정 각도로 절곡하여 루버형상으로 구성하게 된다.

이와 같이 이루어진 종래 기술에 따른 트라이 튜브 열교환기는 냉매관(1a) 내부를 유동하는 냉매와, 루버형상의 핀(2)에 의해 유도된 공기 사이의 상호 열교환을 수행하게 되며, 이러한 열교환 과정에서 냉매는 공기로부터 열을 얻거나 빼앗기게 되고, 반대로 공기는 냉매에 열을 주거나 빼앗는 관계가 된다.

이때, 냉매관(1a) 및 제상관(1b)으로는 통상 원형관을 사용하게 되며, 냉장고 등의 제한된 공간내에 장착하기 위해 구불구불하게 절곡·구성하게 되는데, 그 절곡부의 곡률은 통상 관 직경의 3배 이상이 된다.

또한, 핀(2)은 각 전열관(1)의 배열각과 수평을 이루는 표면으로부터 다수의 부분을 일정각 절곡하여 루버형상으로 구성함에 따라 도 2와 같이 그 표면을 지나는 공기의 유동방향을 루버 방향으로 유도하게 되어 공기의 열교환기 통과거리가 보다 길게 되며, 따라서 공기와 냉매 사이의 전열 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

이는 루버가 성형된 핀(2)에 의해 불연속적으로 이어진 각각의 핀(2)에서 새로운 경계층이 발달, 성장, 소멸하게 되어 연속적인 표면의 경우보다 경계층 두께가 평균적으로 얇아지게 되고 전열면에서의 열저항이 감소하기 때문이며, 연속적인 표면위 유동인 경우에는 선단(Leading edge)의 열전달계수가 크지만 하류로 갈수록 경계층이 두꺼워져 열전달계수가 감소하기 때문에 동일크기의 전열면적을 갖더라도 루버형상의 핀(2)의 경우는 전열면을 분할하여 높은 열전달계수를 유지할 수 있으며, 비록 마찰항력이 커지더라도 전열성능의 향상이 가져다주는 장점이 이러한 단점을 상쇄시킬 수 있는 것이다.

그러나 이러한 종래 기술에 따른 트라이 튜브 열교환기는 각 전열관이 전체 길이에서 일정한 곡률로 절곡되어 냉장고 등의 제한된 영역내에 장착되므로 그 크기가 제한되며, 이에 따라 공기와 냉매가 열교환할 수 있는 면적이 제한되어 보다 큰 열교환을 요하는 기기에는 적용이 불가한 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 작은 부피를 가지면서도 열교환 면적을 넓게 하여 전열량을 크게 한 트라이 튜브 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 트라이 튜브 열교환기의 구성도로서,

도 1a는 정면도이고,

도 1b는 부분 단면도이고,

도 2는 루버형상 핀의 열전달 원리를 설명한 도면이고,

도 3은 본 발명에 따른 트라이 튜브 열교환기의 부분 단면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

11 : 전열관, 11a : 냉매관, 11b: 히터관, 12 : 핀

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트라이 튜브 열교환기는, 냉매가 유동하는 다수의 전열관, 상기 각 전열관의 사이에 설치되며 공기를 안내하여 냉매와 열교환시키는 핀을 포함한 트라이 튜브 열교환기에 있어서:

상기 핀을,

적어도 상기 각 전열관의 배열 방향에서 소정의 피치로 요철되게 구성한 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 핀을 사인파 형상의 완만한 파형(波形)으로 구성한 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 핀은 알루미늄(Al)재질로 구성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 핀의 공기측 열교환 면적을 보다 크게 확보할 수 있게 되며, 그 결과 공기와 냉매 사이의 전열량이 증가하여 열교환 효율이 향상되는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 트라이 튜브 열교환기의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 도 1 및 도 2와 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 트라이 튜브 열교환기의 부분 단면도이다.

본 실시 예에 따른 트라이 튜브 열교환기는 종래 구조와 마찬가지로 냉매관(11a) 및 히터관(11b)으로 이루어진 3개의 전열관(11)과, 각 전열관(11)의 사이를 연결하는 루버형상의 핀(12)으로 구성되는데, 핀(12)의 형상에 따른 공기측 열교환 면적의 확보를 위해 핀(12)을 수평하게 형성하지 않고 굴곡지게 형성한 것이 특징이다.

이러한 핀(12)은 직선형 또는 곡선형 등으로 요철되게 구성할 수 있으며, 열교환 효율성을 고려하여 그 피치를 적절히 설정해야 한다.

또한, 핀(12)의 요철 진행 방향은 각 전열관(11)의 배열방향으로 해야 하며, 이와 같이 하면 핀(12)은 각 전열관(11)의 사이에서 최대의 표면적을 갖게 된다.

이때, 핀(12)으로는 전열성능이 뛰어난 반면 가격이 비교적 저가(低價)인 알루미늄(Al) 재질로 구성함이 바람직하며, 응축수 등의 물빠짐성을 양호하게 구현하기 위하여 핀(12)의 형상을 사인(sine)파 형상의 완만한 파형(波形)으로 구성함이 바람직하다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 트라이 튜브 열교환기의 동작을 이하에 더욱 구체적으로 설명한다.

먼저, 공기는 핀(12)의 루버형상에 따라 루버방향으로 유도되어 각 냉매관(11a) 내부를 유동하는 냉매와 각 냉매관(11a)의 표면 및 핀(12)의 표면에서 열교환하게 된다.

이때, 공기와 냉매의 열교환 면적, 즉 각 냉매관(11a)의 표면적 및 핀(12)의 표면적이 크면 클수록 각 유체 사이의 열교환 효율이 향상되는 것은 자명한 일이다.

따라서, 본 발명은 핀(12)이 각 전열관(11)의 사이에서 최대의 표면적을 갖도록 일정한 피치로 요철되게 구성한 것으로, 수평하게 형성된 핀(2)과 비교할 때 그 표면적이 50∼100% 넓어지는 효과를 볼 수 있다.

이와 같이, 핀(12)의 표면적이 넓어지면 공기와 냉매 사이의 전열량이 증가하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 냉매가 흐르는 냉매관(11a)의 표면적을 크게 하여 공기와 냉매의 열교환 효율을 향상시키기 위해 냉매관(11a)으로는 종래와 마찬가지로 내압특성이 강하며, 동일체적에서 그 표면적이 가장 큰 원형관을 사용함이 바람직하다.

한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 냉장고 등의 제한된 영역내에 장착되기 위해 트라이 튜브 열교환기의 크기가 제한됨에 따라 공기와 냉매가 열교환할 수 있는 면적이 제한되는 것과 달리, 본 발명은 트라이 튜브 열교환기를 구성함에 있어 핀을 소정의 피치로 요철되게 구성하여 최대의 열교환 면적이 확보된 것을 알 수 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 종래의 수평형 핀과 동일한 부피를 가지면서도 그 표면적이 넓어져 공기와 냉매 사이의 전열면적이 현저히 증가되므로 열교환 효율이 핀의 표면적 증가분에 상응하는 만큼 향상되는 이점이 있으며, 다양한 기기에 적용 가능해지는 이점이 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명은 작은 부피와 큰 열교환면적이 확보된 트라이 튜브 열교환기를 제조할 수 있으며, 이를 다양한 기기에 적용할 수 있는 효과가 있다는 것이다.

Claims (3)

1. 냉매가 유동하는 다수의 전열관, 상기 각 전열관의 사이에 설치되며 공기를 안내하여 냉매와 열교환시키는 핀을 포함한 트라이 튜브 열교환기에 있어서:

   상기 핀을,

   적어도 상기 각 전열관의 배열 방향에서 소정의 피치로 요철되게 구성한 것을 특징으로 하는 트라이 튜브 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 핀은 사인(sine)파 형상의 완만한 파형(波形)으로 구성된 것을 특징으로 하는 트라이 튜브 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 핀은 알루미늄(Al)재질로 구성된 것을 특징으로 하는 트라이 튜브 열교환기.