KR20010064688A - 핀 튜브형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로써, 상기 열교환기를 이루는 각 구성부분의 설계치를 최적화하여 공기측 압력 손실은 방지함과 동시에 열교환 성능은 적정 상태로써 유지시키고, 또한, 열교환기의 동작을 위한 유지비용을 절감시킬 수 있도록 함과 함께 전체적인 열교환기의 제조를 위한 제조비용을 절감시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 내부를 따라 유체가 유동하는 전열관(100)과; 일정 간격으로 다수개가 평행하게 적치된 상태로써 그 면상에는 상기 전열관을 공기의 유동방향을 따라 이루어지는 로우피치()가 전열관의 관경()에 대하여 1.8 2.2의 범위 대를 이루도록 관통 결합함과 함께 상기 공기의 유동방향에 대하여 수직한 방향을 따라 이루어지는 스텝피치()가 전열관(100)의 관경()에 대하여 3.3 4.5

Description

핀 튜브형 열교환기{pin-tube type heat exchanger}

본 발명은 핀튜브형 열교환기에 관한 것으로써, 특히 제조비용의 저감을 이룸과 함께 그 효율은 종래 일반적인 열교환기에 비해 상승하고, 또한 압력손실로 인한 모터의 손상을 방지하기 위하여 그 크기를 소형으로 구성한 세경관형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기라 함은 냉ㆍ난방싸이클에 주로 적용되는 기기로써 주로 그 내부를 유동하는 냉매와 그 외부를 유동하는 기체간의 열교환을 위해 사용된다.

즉, 공기 등의 유체 사이에서 열의 수수(授受)를 행하면서 공조기기, 냉장고 등의 냉각 시스템에 주로 적용되고 있다.

이와 같은 열교환기중 핀튜브형 열교환기(Pin-Tube type Heat-Exchanger)는 도시한 도 1 및 도 2와 같이 유체가 흐르는 전열관(10)의 형성방향에 대하여 직교된 상태를 이루도록 판상의 냉각핀(20)을 다수 적치하여 결합된 형태의 열교환기이다.

이 때, 상기 냉각핀의 면상에는 다수의 결합공(21)이 도면상 냉각핀(20)의 중앙을 따라 소정 간격을 이루면서 형성되어 있음에 따라 상기 각 적치된 냉각핀(20)의 각 결합공(21)을 관통하여 전열관(10)이 결합됨으로써 상호간의 결합이 이루어질 수 있음이 가능하다.

또한, 상기 각 단에 형성된 각 결합공(21)과 결합공(21) 사이에는 공기의 유동방향을 따라 개구된 상태로써 각 냉각핀 사이를 통과하는 공기의 유동을 안내하도록 다수의 돌출편(22)이 상기 냉각핀의 전면과 후면으로 교호(交互)된 상태로써 대응하여 돌출 형성되어 있다.

따라서, 냉각싸이클의 동작에 의해 전열관(10)의 냉매유입측으로부터 유입되는 냉매는 상기 전열관을 통과하면서 전열관(10)을 냉각시켜 상기 전열관의 온도를 저하시키게 되고, 이와 동시에 열교환기의 외부로부터 전달되는 열원(공기)이 도시하지 않은 팬의 회전에 의해 각 냉각핀(20)들 사이를 통과하게 된다.

이로 인해 상기 각 냉각핀 사이를 통과하는 공기는 전열관(10), 냉각핀(20), 돌출편(22) 등으로 전달된 냉매의 잠열과 열교환을 수행하게 된다.

또한, 이 때에는 유동하는 공기가 각 냉각핀(20)에 형성된 다수의 돌출편(22)에 의해 개구된 부위를 통과하는 도중 상기 각 돌출편에 부딪혀 기류의 난류화가 이루어지게 되어 열교환 효과가 더욱 촉진될 수 있게 된다.

한편, 종래의 전술한 바와 같은 작용을 행하는 열교환기의 각 설계치는 열전달율의 향상을 최대화 할 수 있도록 이루어지고 있다.

즉, 공기쪽의 전열면적을 확대시킴으로써 전열관 내의 열저항과 그 차이를 감소시키도록 한 것이다.

이로 인해 종래에는 냉각핀(20)에 형성된 각 결합공(21)의 중심과 중심사이의 거리(이하, “스텝피치(Step Pitch);”라 한다)를 전열관(10)의 관경()에 대하여 2.5 3.0의 범위 내로 이루도록 하고, 냉각핀(20)의 폭(혹은, 냉각핀이 두 개의 단을 이루면서 형성되어 있을 경우 각 단에 형성되는 결합공의 중심간 거리)(이하, “로우피치(Row Pitch);”라 한다)을 전열관(10)의 관경()에 대하여 1.2 1.8의 범위 내로 이루도록 형성함으로써 전열 성능의 향상을 이루도록 하였다.

즉, 종래에는 전열관(10)이 일반적으로 9.52㎜, 7㎜의 관경()을 가지는 관을 사용함을 고려할 때 그 관경()이 9.52㎜를 이루는 전열관(10)을 사용하여 열교환기를 구성하고자 할 때에는 냉각핀(20)의 스텝피치()를 2.5∼2.7의범위대를 이루도록 배열하고, 로우피치()를 약 1.8정도를 이루도록 배열하게 된다.

또한, 그 관경()이 7㎜를 이루는 전열관(10)을 사용하여 열교환기를 구성하고자 할 때에는 냉각핀(20)의 스텝피치()를 약3의 범위대를 이루도록 배열하고, 로우피치()를 약 1.2정도를 이루도록 배열하게 된다.

하지만, 전술한 범위대로의 열교환기 구성은 각 전열관(10)의 관경()에 비하여 스텝피치() 및 로우피치()의 범위가 작음에 따라 동일 풍량하에서는 열전달 성능의 향상을 이룰 수 있으나, 공기측의 압력 손실이 매우 상승하게 된다.

즉, 열전달 성능을 향상시키기 위해서 공기의 유동을 저하함에 따라 소음의 증가를 유발하게 되었고, 이를 해결하기 위해서는 열전달 성능이 저하를 유발하게 되었다.

또한, 종래와 동일한 풍량을 얻기 위해서는 팬모터(도시는 생략함)의 동력을 증가시켜야 함에 따라 전력 소비가 심하게 이루어질 수 밖에 없었고, 상기 팬모터의 손상을 유발할 수 있게 된 문제점을 발생시켰다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 공기측 압력 손실은 방지함과 동시에 열교환 성능은 적정 상태로써 유지시키고, 또한, 열교환기의 동작을 위한 유지비용을 절감시킬 수 있도록 함과 함께 전체적인 열교환기의 제조를 위한 제조비용을 절감시킬 수 있도록 최적의 설계치를 가지는 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 핀 튜브형 열교환기를 나타낸 요부 단면도

도 2 는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도

도 3 은 본 발명에 따른 핀 튜브형 열교환기를 나타낸 요부 단면도

도 4 는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도

도 5 은 종래 열교환기의 전열 성능 대비 전력소비량 및 소음정도를 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100. 전열관 200. 냉각핀

. 스텝피치. 로우피치

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면 내부를 따라 유체가 유동하는 전열관과; 일정 간격으로 다수개가 평행하게 적치된 상태로써 그 면상에는 상기 전열관을 공기의 유동방향을 따라 이루어지는 로우피치()가 전열관의 관경()에 대하여 1.8 2.2의 범위 대를 이루도록 관통 결합함과 함께 상기 공기의 유동방향에 대하여 수직한 방향을 따라 이루어지는 스텝피치()가 전열관의 관경()에 대하여 3.3 4.5의 범위 대를 이루도록 관통 결합하고, 상기와 같이 결합된 전열관과 전열관 사이에는 기체의 유동방향에 대응하여 개구된 상태로써 돌출편이 돌출 형성되어 이루어지는 판 형상의 냉각핀;을 포함하여서 됨을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기가 제공된다.

이하, 본 발명의 구성에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도시한 도 3 은 본 발명에 따른 핀 튜브형 열교환기를 나타낸 요부 단면도이고, 도 4 는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이며, 도 5 은 종래 열교환기의 전열 성능 대비 전력소비량 및 소음정도를 나타낸 그래프로서, 본 발명은 일반적으로 열교환기의 열전달 성능의 주요 인자(因子)가 냉각핀(200)에 관통 결합되는 전열관(100)간의 간격에 있음을 고려한 것이다.

즉, 전열관(100)과 전열관(100) 사이의 간격이 좁을수록 열전달 성능은 향상되지만 공기의 유동에 따른 압력손실은 점차 커지게 되고, 전열관(100)과 전열관(100) 사이의 간격이 넓을수록 공기의 유동에 따른 압력손실은 저감될 수 있으나 열전달 성능이 저하되는 현상을 유발하게 됨을 감안할 때 본 발명은 상기와 같은 전열관(100)과 전열관(100) 사이의 간격을 적절히 조절함으로써 열전달 성능은 일정하게 유지하되 압력손실은 저감될 수 있도록 한 것이다.

이를 이룰 수 있도록 한 본 발명에 따른 설계는 후술하는 바와 같은 범위대로 한다.

즉, 냉각핀(200)에 각각 관통하여 결합되는 전열관(100)의 관경()에 대하여 냉각핀(200)의 폭 혹은 상기 냉각핀이 공기의 유동방향을 기준으로 하여 두 개 이상의 다수 단으로 이루어졌을 경우 각 단에 결합된 전열관(100)과 전열관(100) 간의 거리 즉, 로우피치()를 1.8 2.2의 범위 내에 이루도록 형성한다.

또한, 냉각핀(200)의 폭 혹은 상기 공기의 유동방향에 대하여 수직한 방향을 따라 이루어지는 전열관(100)과 전열관(100)과의 거리 즉, 스텝피치()는 상기 전열관의 관경()에 대하여 3.3 4.5의 범위 대를 이루도록 형성한다.

이 때, 상기 전열관과 전열관 사이인 냉각핀(200)의 면상에는 공기의 유동방향에 대하여 개구된 상태로써 돌출편(220)이 돌출 형성된다.

전술한 바와 같은 상호간의 관계를 가지면서 형성되는 냉각핀(200)을 이용하여 핀 튜브형 열교환기를 구성함에 따라 이루어지는 작용 효과는 도시한 도 4의 그래프와 같다.

즉, 동일한 열교환 성능(대략 2000)를 기준으로 하였을 때 종래 구성에 의하면 팬을 구동하기 위해 대략 24의 전력을 소모하는 반면, 본 발명에 따른 구성에 의하면 팬을 구동하기 위해 대략 20의 전력을 소모하게 된다.

이와 같은 현상은 열전달 성능을 상승시키면 상승시킬 수록 점차 상호간의 전력소비 차이가 커지게 됨을 그래프를 통해 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 구성으로 인해 전력소비의 절감을 이룰 수 있게 됨은 이해 가능하다.

또한, 동일한 열교환 성능(대략 2000)를 기준으로 하였을 때 종래 구성에 의하면 각 냉각핀(200) 사이로 공기가 유동함에 따라 발생하는 소음치는 대략 21인 반면, 본 발명에 따른 구성에 의하면 각 냉각핀(200) 사이로 공기가 유동함에 따라 발생하는 소음치는 대략 24.5를 이루게 된다.

이와 같은 현상 역시 열전달 성능을 상승시키면 상승시킬 수록 점차 상호간의 소음정도 차이가 커지게 됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 구성으로 인해 소음치 역시 저감시킬 수 있게 됨은 이해 가능하다.

결국, 이로 인해 알 수 있듯이 본 발명이 이루는 냉각핀(200)의 폭 혹은 전열관(100)의 단(段)간거리 즉, 로우피치()가 전열관(100)의 관경()에 대하여 1.8 2.2의 범위 대를 이루도록 관통 결합함과 함께 전열관(100)의 열(列)간거리 즉, 상기 공기의 유동방향에 대하여 수직한 방향을 따라 스텝피치()가 전열관(100)의 관경()에 대하여 3.3 4.5의 범위대를 이룰 경우 열교환기는 최적의 성능을 발휘할 수 있게 된다.

이 때, 상기한 범위대에 비해 낮은 상태로써 전열관(100)의 로우피치() 및 스텝피치()가 정해질 경우에는 기 전술한 종래 일반적인 형태의 열교환기와 같이 본 발명의 구성에 비해 그 성능이 떨어지고, 또한 상기한 범위대에 비해 높은 상태로써 전열관(100)의 로우피치() 및 스텝피치()가 정해질 경우에는 열교환 성능 대비 전력소모량 및 소음발생이 보다 높아짐에 따라 본 발명의 구성을 이루는 범위대로 설계 함이 가장 이상적이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 각 전열관의 열(列)간 거리 및 단(段)간 거리를 최적의 상태에 이르도록 그 설계치를 조절함으로써 압력손실은 줄이되 열교환 성능은 종래와 거의 비슷하거나 혹은, 그 이상으로 상승된 효과가 있다.

이는, 동일 열전달 성능에 대하여 보다 낮은 전력을 소비하더라도 이를 이룰 수 있게 되어 소비전력의 저감을 이룰 수 있게 된다.

또한, 열교환기의 동작에 의해 발생되는 소음 역시 줄어들게 되어 사용자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 전술한 본 발명에 의해 열교환기를 제조하기 위한 전열관의 사용량을 줄일 수 있게 됨으로써 그 제조에 따른 제조비용의 절감을 이룰 수 있게 될 뿐만 아니라 열교환기의 소형화를 이룰 수 있게 된 효과 역시 있다.

Claims (1)

1. 내부를 따라 유체가 유동하는 전열관과;

   일정 간격으로 다수개가 평행하게 적치된 상태로써 그 면상에는 상기 전열관을 공기의 유동방향을 따라 이루어지는 로우피치()가 전열관의 관경()에 대하여 1.8 2.2의 범위 대를 이루도록 관통 결합함과 함께 상기 공기의 유동방향에 대하여 수직한 방향을 따라 이루어지는 스텝피치()가 전열관의 관경()에 대하여 3.3 4.5의 범위 대를 이루도록 관통 결합하고, 상기와 같이 결합된 전열관과 전열관 사이에는 기체의 유동방향에 대응하여 개구된 상태로써 돌출편이 돌출 형성되어 이루어지는 판 형상의 냉각핀;을 포함하여서 됨을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.