KR20020004526A - 세경관형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세경관형 열교환기에 관한 것으로서, 특히 내부에 냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관에 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환 면적을 확보하는 다수의 냉각핀으로 구성되고, 상기 냉매관은 5㎜이하의 관경을 갖는 세경관과 내주면에 다수의 핀이 나선형으로 돌출 형성된 그루브관이 복합된 형태로 이루어진 세경관형 열교환기를 제공함으로써 가격 저감, 소형화, 공기측 압력손실 감소와 같은 세경관의 장점을 모두 살리면서 상기 냉매관에 의한 열전달 효율을 향상시켜 열교환 성능이 극대화되도록 한 것이다.

Description

세경관형 열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 세경관형 열교환기에 관한 것으로서, 특히 냉매관을 세경관과 내주면에 다수의 핀이 나선형으로 돌출 형성된 그루브관이 복합된 형태로 구성하는 세경관형 열교환기에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 열교환기의 구조가 도시된 구성도로서, 이를 참조하면 상기한 열교환기는 내부에 냉매가 흐르는 냉매관(1)과, 상기 냉매관(1)에 확관에 의해 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환 면적을 확보하는 다수의 냉각핀(3)으로 구성되어 상기 냉매관(1)을 흐르는 냉매와 주변의 공기를 서로 열교환시키도록 되어 있다.

여기서, 상기 냉매관(1) 및 냉각핀(3)의 조립체는 통상 도 1과 같이, 두 개가 2열 형태로 조립되어 일체로 된 하나의 열교환기처럼 사용되고 있다.

특히, 종래의 열교환기에 사용되는 냉매관(1)은 7㎜ 또는 9㎜의 관경을 갖고 그 내주면에 다수의 핀이 형성된 그루브관으로 이루어져 있다.

이때, 상기와 같이 냉매관(1)에 그루브관을 이용하는 것은 상기 핀에 의해 냉매관(1) 내부의 열전달 면적이 증가되는 동시에 온도경계층이 교란되어 냉매관(1)과 공기 사이의 열전달 성능이 향상되기 때문이다.

상세하게는, 증발 열전달의 경우에는 상기 핀에 의해 액상의 냉매와 관벽면 사이의 접촉 면적이 증가되고, 낮은 냉매 유속에서도 모세관 효과와 전단력을 통해 관내에 액막이 형성되며, 난류의 강도도 증가된다.

또한, 응축 열전달의 경우에도 상기 핀의 형상에 의해 증기상의 냉매와 관벽면 사이의 접촉 면적 및 액막의 난류화 정도, 액막 두께, 응축액의 드레인 등이 달리 나타나게 된다.

따라서, 상기 냉매관(1)에 그루브관을 사용하는 열교환기를 증발용 또는 응축용으로 제조할 경우에는 상기 핀의 형상이 각각의 용도에 맞게 최적화되도록 핀의 개수, 높이, 핀각도, 스파이럴각도 등과 같은 가공변수들을 선정해야 한다.

이때, 상기한 핀의 형상을 설계하는 방식에는 아직 정형화된 설계 방식이 존재하지 않으며 실험을 통해 최적의 조합을 찾아내는 방식으로 이루어지고 있다.

즉, 상기 핀은 각 가공변수들을 변경하면서 진행하는 실험에 의하여 냉매량, 냉매의 종류, 외부환경 등과 같은 열교환기의 사용 조건에서 최적의 조합을 찾아내는 방식으로 설계되고 있다.

상기와 같은 방식으로 설계된 종래의 열교환기에 사용되는 냉매관(1)은 7㎜ 또는 9㎜의 관경과 0.27㎜의 관두께를 갖도록 형성된 것으로서, 그 내주면에 0.15㎜의 높이, 56도의 핀각도, 18도의 스파이럴각도를 갖도록 형성된 핀이 60개 구비되어 있다.

그런데, 상기와 같이 7㎜ 또는 9㎜의 관경을 갖는 냉매관(1)을 사용하는 종래의 열교환기는, 최근 가격 저감 및 공기측 압력손실 저감 등과 같은 여러 가지 이점들을 얻기 위해 대두되고 있는 냉매관(1)의 세경관화 추세에는 적합하지 않으므로 상기 냉매관(1)의 관경을 축소할 필요가 있다.

그러나, 상기 냉매관(1)의 관경을 축소하여 세경관으로 변경시킨 후 이 관의 내주면에 종래의 냉매관(1)에 형성시켰던 핀의 형상을 그대로 적용시키면 오히려 상기 냉매관(1)의 압력손실이 증가할 뿐만 아니라 가공 가능한 치수를 벗어나게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 종래의 열교환기에 사용되는 냉매관(1)은 냉매를 대체냉매로 변경할 경우를 고려하지 않고 설계된 것이기 때문에 상기한 냉매를 변경하면 냉매의 압력손실 및 열전달계수가 변화되어 제성능을 발휘할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 냉매관(1)에 형성된 핀의 형상을 관경과 냉매의 종류에 따라 최적화하여 냉매관(1)에 세경관을 사용하면서도 상기 냉매관(1)의 압력손실 및 열전달계수와 같은 열전달 성능은 그대로 유지될 수 있는 냉매관을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉매관을 세경관과 그루브관이 복합된 형태로 형성함으로써 가격 저감, 소형화, 공기측 압력손실 감소와 같은 세경관의 장점을 모두 살리면서 상기 냉매관에 의한 열전달 효율을 향상시켜 열교환 성능이 극대화되도록 하는 세경관형 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 열교환기의 구조가 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 세경관형 열교환기의 냉매관 구조가 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 의한 냉매관의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 냉매관 53 : 핀

55 : 그루브

t : 냉매관의 관두께

Hf : 핀의 높이

α: 핀의 스파이럴각도

β: 핀의 핀각도

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세경관형 열교환기는, 내부에 냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관에 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환 면적을 확보하는 다수의 냉각핀으로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 냉매관은 5㎜이하의 관경을 갖는 세경관과 내주면에 다수의 핀이 나선형으로 돌출 형성된 그루브관이 복합된 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 세경관형 열교환기의 냉매관 구조가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 냉매관의 단면도이다.

상기한 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 세경관형 열교환기는 내부에 냉매가 흐르는 냉매관(51)과, 상기 냉매관(51)에 확관에 의해 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환 면적을 확보하는 다수의 냉각핀(미도시)으로 구성된 것으로서, 상기 냉매관(51)은 5㎜이하의 관경을 갖는 세경관과 내주면에 다수의 핀(53)이 나선형으로 돌출 형성된 그루브관이 복합된 형태로 이루어진다.

여기서, 상기 냉매관(51)은 0.16 내지 0.2㎜의 관두께(t)를 갖도록 형성되고, 상기 각 핀(53)은 냉매관(51)의 내주면에 40 내지 50개 형성되는 동시에 그 스파이럴각도(α)는 6 내지 10도, 그 높이(Hf)는 0.15 내지 0.18㎜, 그 핀각도(β)는 38 내지 42도가 되도록 형성된다.

또한, 다른 실시 예에 의하면, 상기 냉매관(51)은 0.16 내지 0.2㎜의 관두께(t)를 갖도록 형성되고, 상기 각 핀(53)은 냉매관(51)의 내주면에 40 내지 50개 형성되는 동시에 그 스파이럴각도(α)는 16 내지 20도, 그 높이(Hf)는 0.15 내지 0.18㎜, 그 핀각도(β)는 38 내지 42도가 되도록 형성된다.

상기와 같은 본 발명에 의한 열교환기에서는 냉매관(51)의 관경이 5㎜로 축소되어 7㎜ 또는 9㎜의 관경을 갖는 냉매관을 사용한 열교환기에 비해 동일 냉매유량에서의 냉매측 압력손실이 증가하는 동시에 관두께(t)는 줄어들게 되므로 이러한 냉매측 압력손실 및 관두께(t)의 감소를 고려하여 상기 핀(53)의 형상이 설계된다.

즉, 상기 냉매관(51)의 냉매측 압력손실이 감소되고 냉매관(51)의 제조시 그 공차관리가 가능하도록 상기 핀(53)의 각 가공변수들이 선정된다.

또한, 상기 냉매관(51)의 구조가 동일한 상태에서 냉매를 대체냉매로 변경하여도 그 압력손실 및 열전달계수가 변화되게 되므로 대체냉매의 사용도 함께 고려하여 상기 핀(53)의 형상이 설계된다.

상기에서, 미설명된 참조번호 55는 각 핀(53)들 사이에 형성된 그루브를 나타낸다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 세경관형 열교환기는, 냉매관을 세경관과 그루브관이 복합된 형태로 형성함으로써 가격 저감, 소형화, 공기측 압력손실 감소와 같은 세경관의 장점을 모두 살리면서 상기 냉매관에 의한 열전달 효율을 향상시켜 열교환 성능이 극대화되는 이점이 있다.

특히, 본 발명은 냉매관이 세경관임을 고려하여 세경관에 적합한 형태로 핀의 형상을 설계함으로써 상기 핀으로 인한 냉매측 압력손실이 최소화되는 동시에 냉매관의 공차관리가 용이한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 세경관형 열교환기는 대체냉매의 사용을 고려하여 상기 핀의 각 가공변수들을 선정함으로써 냉매를 대체냉매로 변경하더라도 이에 대한 대응이 가능한 이점이 있다.

Claims (3)

1. 내부에 냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관에 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환 면적을 확보하는 다수의 냉각핀으로 구성된 열교환기에 있어서,

   상기 냉매관은 5㎜이하의 관경을 갖는 세경관과 내주면에 다수의 핀이 나선형으로 돌출 형성된 그루브관이 복합된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉매관은 0.16 내지 0.2㎜의 관두께를 갖도록 형성되고,

   상기 각 핀은 냉매관의 내주면에 40 내지 50개 형성되는 동시에 그 높이는 0.15 내지 0.18㎜, 그 핀각도는 38 내지 42도, 그 스파이럴각도는 6 내지 10도가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉매관은 0.16 내지 0.2㎜의 관두께를 갖도록 형성되고,

   상기 각 핀은 냉매관의 내주면에 40 내지 50개 형성되는 동시에 그 높이는 0.15 내지 0.18㎜, 그 핀각도는 38 내지 42도, 그 스파이럴각도는 16 내지 20도가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.