KR20000066523A - 병렬식 열교환기 - Google Patents

Abstract

병렬식 열교환기는, 유입관(11), 유출관(12), 다수의 편평관(13), 다수의 냉각핀(15)을 포함한다. 유입관(11)과 유출관(12)은 서로 평행하게 배치되고, 일체로 형성된다. 다수의 편평관(13)은 유입관(11)과 유출관(12)의 하측에 그 길이 방향을 따라 소정 간격으로 배치되며, 유입관(11)의 냉매를 유출관(12)으로 안내하는 냉매 통로(17a)(14)(17b)를 가진다. 냉매 통로(17a)(14)(17b)는 편평관(13)의 상단에서 하단까지 균일하고 높은 효율의 열교환이 이루어질 수 있도록 'U'형상을 가진다. 'U'형상의 냉매 통로(17a)(14)(17b)의 하단은 다수의 편평관(14) 하측에 유입관(11) 및 유출관(12)과 평행하게 설치된 연결관(14)으로 이루어진다. 또, 'U'형상의 냉매 통로(17a)(14)(17b)는 그의 유출관(12)과 연결된 부분이 열교환을 위한 공기가 유입되는 쪽을 향하도록 배치된다. 이에 따르면, 냉매 통로(17a)(14)(17b)가 'U'형상으로 이루어져 있기 때문에 열교환기를 지나는 공기는 2번의 열교환이 이루어진다. 또한, 서로 평행한 제 1 및 제 2 냉매 통로(17a)(17b)의 냉매 온도 분포가 서로 반대이기 때문에 편평관(14) 전체에 걸쳐서 열교환 효율이 균일하게 된다. 따라서, 열교환기 전체에 걸쳐 높은 효율로 균일한 열교환이 이루어질 수 있다.

Description

병렬식 열교환기{Parallel flow type Heat-exchanger}

본 발명은 냉매 통로의 전 부분에 걸쳐 균일한 열교환이 이루어질 수 있도록 된 냉매 통로를 가지는 병렬식 열교환기에 관한 것이다.

병렬식 열교환기는 납작한 편평관에 냉각핀이 부착된 형태를 가지고 있으며, 통상 알루미늄 재질로 이루어져 있다. 따라서, 이러한 병렬식 열교환기는 무게가 가볍고 재활용이 용이하며, 무엇보다 단위 체적당 열교환 능력이 통상의 핀-관 형식의 열교환기에 비하여 탁월한 것으로 알려져 있다.

이러한 병렬식 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매가 유입되는 유입관(1)과, 냉매가 유출되는 유출관(2), 유입관(1)과 유출관(2)의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 설치되고, 유입관(1)으로 유입된 냉매를 유출관(2)으로 안내하는 냉매 통로를 가지는 다수의 편평관(3), 그리고, 다수의 편평관(3) 사이에 설치된 다수의 물결 모양의 냉각핀(4)을 포함하고 있다.

이와 같은 구성을 가지는 병렬식 열교환기에서는, 유입관(1)으로 유입된 냉매는 도 2a에 도시된 바와 같이 다수의 편평관(3)에 의해 다수로 나누어진 냉매 통로5를 따라 유출관(2)으로 안내된다. 냉매가 냉매 통로(5)를 따라 흐르는 동안, 도 3에 도시된 바와 같이 유입관(1)(또는 유출관(2))과 직교하는 방향으로 지나가는 공기와 냉매 사이에 열교환이 이루어진다. 이때, 편평관(3) 사이에 설치된 다수의 냉각핀(4)에 의해 열교환 면적이 증대되어 열교환 효율이 향상된다. 편평관(3)의 냉매 통로(5)를 통과한 냉매는 유출관(2)에서 합쳐져 외부로 유출된다. 또는, 도 2b에 도시된 바와 같이 유입관(1)과 유출관(2)의 내부에 격막(6)을 설치한 경우에는 냉매가 유입관(1)으로부터 냉매 통로(5a) -＞ 유출관(2) -＞ 냉매통로(5b) -＞ 유입관(1) -＞ 냉매통로(5c) -＞ 유출관(2)의 순서로 흐르면서 열교환된다.

한편, 냉매 통로(5)를 흐르는 냉매와 열교환되는 공기는 도 1의 A 방향, 즉 도 3에 도시된 바와 같이 유입관(1)(또는 유출관(2)) 및 편평관(3)에 수직한 방향으로 지나간다.

그러나, 상기와 같은 종래의 병렬식 열교환기는 다음과 같은 단점이 있었다.

즉, 냉매 통로(5)를 따라 유입관(1)으로부터 유출관(2)으로 안내되는 냉매는 계속적인 열교환에 의해 유입관(1)측에서 유출관(2)측으로 갈수록 그 온도가 낮아진다. 그런데, 종래에는 냉매 통로(5)가 수직 방향의 단일 통로로 형성되어 있기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같이, 열교환기로 유입되는 입구측의 공기 온도는 균일한데 비하여 냉매 통로(5)를 따라 흐르는 냉매의 온도가 상측에서 하측, 즉 유입관(1)측에서 유출관(2)측으로 갈수록 낮아지게 되므로, 냉매 통로(5)의 상측에서 하측으로 갈수록 냉매와 공기와의 온도 차이가 적어지게 된다. 따라서, 냉매 통로(5)의 상측에서 하측으로 갈수록 열교환 효율이 낮아지고, 열교환기를 통과한 출구측 공기의 온도도 상측이 높고 하측이 낮은 분포를 보인다. 이와 같이 종래의 병렬식 열교환기는 냉매 통로(5)의 위치에 따라 열교환 효율이 달라지므로 열교환기 전체의 열교환 성능이 낮다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 열교환기의 냉매 통로를 변경하여 열교환 효율을 극대화하고 또 균일화할 수 있는 병렬식 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 병렬식 열교환기의 사시도.

도 2a 및 도 2b는 각각 도 1에 도시된 병렬식 열교환기의 냉매 흐름을 보인 단면도.

도 3은 도 1의 횡단면도.

도 4는 도 3에 도시된 냉매 통로 및 이를 지나는 공기의 온도 분포를 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬식 열교환기를 보인 사시도.

도 6은 도 5의 횡단면도.

도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 냉매 통로 및 이를 지나는 공기의 온도 분포를 도시한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 ; 유입관 12 ; 유출관

13 ; 편평관 14 ; 연결관

15 ; 냉각핀 17a ; 제 1 냉매 통로

17b ; 제 2 냉매 통로

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 병렬식 열교환기는, 유입관, 유출관, 다수의 편평관, 다수의 냉각핀을 포함하여 이루어진다.

유입관으로는 외부로부터 냉매가 유입되고, 유출관으로부터는 냉매가 외부로 유출된다. 이 유입관과 유출관은 서로 평행하게 배치되고, 일체로 형성된다.

다수의 편평관은 유입관과 유출관의 하측에 그 길이 방향을 따라 소정 간격으로 배치되며, 유입관의 냉매를 유출관으로 안내하는 냉매 통로를 가진다. 냉매 통로는 편평관의 상단에서 하단까지 균일하고 높은 효율의 열교환이 이루어질 수 있도록 'U'형상을 가진다.

냉각핀은 다수의 편평관 사이에 설치되어 열교환 면적을 증대시킨다.

'U'형상의 냉매 통로의 하단은 다수의 편평관 하측에 유입관 및 유출관과 평행하게 설치된 연결관으로 이루어진다. 또, 'U'형상의 냉매 통로는 그의 유출관과 연결된 부분이 열교환을 위한 공기가 유입되는 쪽을 향하도록 배치된다.

이에 따르면, 냉매 통로가 'U'형상으로 이루어져 있기 때문에 열교환기를 지나는 공기는 2 번의 열교환이 이루어진다. 또한, 서로 평행한 전측 및 후측 냉매 통로의 냉매 온도 분포가 서로 반대이기 때문에 편평관 전체에 걸쳐서 열교환 효율이 균일하게 된다. 따라서, 열교환기 전체에 걸쳐 높은 효율로 균일한 열교환이 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 병렬식 열교환기가 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬식 열교환기는 유입관(11), 유출관(12), 다수의 편평관(13), 연결관(14), 및 다수의 냉각핀(15)을 포함하고 있다. 유입관(11)과 유출관(12)은 서로 평행하게 설치되어 있다. 바람직하게는 하나의 관을 격막(16)에 의해 그 길이 방향으로 구획함으로써 일체로 형성된다. 또한, 다수의 편평관(13)은 일체화된 유입관(11) 및 유출관(12)의 하측에 그 길이 방향을 따라 소정 간격으로 설치되어 있다. 이들 편평관(13)은 도 6에 도시된 바와 같이, 그 내부에 서로 평행한 한 쌍의 냉매 통로(17a)(17b)를 가진다. 제 1 냉매 통로(17a)의 상단은 유출관(12)과 연결되어 있고, 제 2 냉매 통로(17b)의 상단은 유입관(11)과 연결되어 있다.

다수의 편평관(13)의 하측에는 연결관(14)이 설치되어 있다. 이 연결관(14)을 통해 편평관(13) 내부의 제 1 냉매 통로(17a)의 하단과 제 2 냉매 통로(17b)의 하단이 서로 소통된다. 또한 이 연결관(14)을 통해 다수의 편평관(13)의 냉매 통로(17a)(17b)들의 하단이 서로 연통된다. 그리고, 다수의 편평관(13)들 사이에 물결 모양의 냉각핀(15)이 설치되어 있다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬식 열교환기에서, 유입관(11)으로 유입된 냉매는 편평관(13)의 제 2 냉매 통로(17b)를 통해 연결관(14)으로 이동되고 연결관(14)에서 다시 제 1 냉매 통로(17a)를 통해 유출관(12)으로 이동된 다음, 외부로 유출된다. 즉, 유입관(11)으로 유입된 냉매는 제 2 냉매 통로(17b)와 연결관(14)과 제 1 냉매 통로(17a)로 이루어지는 대략 'U'형상의 냉매 통로를 따라 유출관(12)으로 안내되는 것이다. 여기서, 바람직하게는 제 1 냉매 통로(17a)가 열교환을 위한 공기가 불어오는 쪽에 위치된다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 냉매 및 공기의 위치에 따른 온도 분포를 살펴보면 도 7에 도시된 바와 같다. 즉, 냉매의 온도는 유입관(11)에서 가장 높으며, 제 2 냉매 통로(17b), 연결통로(14), 및 제 1 냉매 통로(17a)를 따라 흐를수록 열교환에 의해 계속 그 온도가 낮아져 유출관(12)에서 가장 낮다. 여기서, 유입관(11)으로부터 유출관(12)까지의 냉매 통로가 대략 'U' 형상을 가지고 있기 때문에 열교환기를 지나는 공기는 제 2 냉매 통로(17b)와 제 1 냉매 통로(17a)를 지나면서 2번의 열교환을 하게 된다. 따라서, 열교환 효율이 극대화될 수 있다. 또한, 제 1 냉매 통로(17a)에서 냉매의 온도는 하측에서 상측으로 갈수록 낮아지므로 제 1 냉매 통로(17a)에서는 하측의 열교환 효율이 높고 상측으로 갈수록 열교환 효율이 낮다. 그러나, 제 2 냉매 통로(17b)에서는 반대로 상측의 온도가 높고 하측의 온도가 낮기 때문에 상측에서 높은 효율의 열교환이 이루어지고 하측의 열교환 효율은 낮다. 이에 따라 제 1 냉매 통로(17a) 및 제 2 냉매 통로(17b)를 통과한 공기는 상측과 하측이 대략 비슷한 온도를 가지게 된다. 즉, 열교환기의 높이에 따른 위치에 상관없이 균일한 열교환이 이루어지는 것이다.

상기된 바와 같은 본 발명에 따르면 냉매를 유입관(11)으로부터 유출관(12)으로 안내하는 냉매 통로(17a)(14)(17b)가 'U'형상으로 이루어져 있으므로, 열교환기를 지나는 공기는 2번의 열교환이 이루어지고 동시에 제 1 냉매 통로(17a)와 제 2 냉매 통로(17b)의 온도 분포가 서로 반대이므로 편평관(13) 전체에 걸쳐 균일한 열교환이 이루어진다. 따라서, 본 발명에 따른 병렬식 열교환기는 열교환기 전체에 걸쳐 균일하게 높은 효율의 열교환이 이루어지기 때문에 열교환기의 열교환 성능이 극대화되는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 하나의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기의 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 냉매가 유입되는 유입관;

   냉매가 유출되는 것으로, 상기 유입관과 평행하게 상기 유입관과 일체로 형성된 유출관;

   상기 유입관 및 유출관의 하측에 그 길이 방향을 따라 소정 간격으로 설치되고, 상기 유입관의 냉매를 상기 유출관으로 안내하며 상단에서 하단까지 균일하고 높은 효율의 열교환이 이루어지도록 'U'형상으로 된 냉매 통로를 가지는 다수의 편평관; 및

   상기 다수의 편평관 사이에 설치되어 열교환 면적을 증대시키는 다수의 냉각핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬식 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 'U'형상의 냉매 통로의 하단은 상기 다수의 편평관 하측에 상기 유입관 및 유출관과 평행하게 설치된 연결관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 병렬식 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 'U'형상의 냉매 통로는 그의 유출관과 연결된 부분이 열교환을 위한 공기가 유입되는 쪽을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 병렬식 열교환기.