KR20020032815A - 냉장고의 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고에 관한 것으로, 냉매관에 딤플이 성형됨으로서 증발기의 열교환 효율을 높일 수 있는 열교환장치에 관한 것이다.

본 발명의 구성은, 열교환핀(2)이 성형되어 있는 냉매관(22)과 상기 냉매관(22)에 딤플(24)을 성형하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의하면 상기 딤플(24)의 성형으로 인하여 고온 공기와 상기 냉매관(22) 사이의 접촉면적이 넒어질뿐만 아니라 상기 냉매관(22) 주위에 형성되는 고온 공기의 흐름이 상기 냉매관(22)의 표면과 이격되는 것이 방지되어 그 만큼 접촉면적이 증가하게 된다. 따라서, 열교환 장치의 열교환 효율을 증가시키는 효과가 있다.

Description

냉장고의 열교환기{Dimpling heat exchanger}

본 발명은 냉장고의 증발기에 관한 것으로서, 열교환을 위한 면적을 최대화 할 수 있도록 구성된 냉매관의 형상에 관한 것이다.

냉장고는 고내의 온도를 주위 보다 낮게 유지함으로서 저장물이 장기간 보관될 수 있도록 하는 장치이다. 냉장고 내부의 저온 상태 유지는 냉매와 공기와의 열교환에 의해 이루어 진다. 상기 열교환이 일어나도록 하기 위해 상기 냉매는 열전도율이 높은 재질로 이루어진 냉매관을 통해 흐르게 하고, 상기 냉매관의 표면에 열교환핀을 설치한다. 그리고 상기 열교환핀과 냉매관 사이를 냉각시킬 공기가 흐르게 하는 것이다. 따라서 열교환의 성능은 상기 냉매관과 열교환핀의 재질과 형상에 의해 좌우 된다.

이하, 종래 열교환장치의 구성에 대해 도면에 도시된 실시예를 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 열교환기에 있어서 냉매관과 열교환핀을 나타내는 사시도이다. 이에 의하면, 열교환핀(2)은 판면을 여러겹 세워 놓은 형상을 하고 있다. 그리고 상기 열교환핀(2)의 판면에 직각으로 관통하는 냉매관(4)이 설치되어 있다.

도 2는 도 1의 도면상 A-A선단면도를 표시하고 있다. 이에 의하면, 도면상에 원형으로 나타난 부분이 냉매관(4)이다. 그리고, 도면에 도시된 바와 같이 원주의 표면은 굴곡이 없는 원형의 형상을 하고 있다. 또한, 상기 열교환기에 유입되는 공기(F1)는 도면상의 좌측에서 우측방향으로 흐르게 된다. 상기 유입공기(F1)는 냉매관(4) 사이를 통과하며 열교환핀(2)과 접촉을 함으로서 열교환을 행한다. 그리고, 상기 냉매관(4)과의 접촉에 의해서도 상기 열교환은 일어나게 된다.

도 3은 냉매관(4) 주위의 공기 흐름에 대해 도시한 상세도이다. 이에 의하면 상기 열교환기로 유입되는 공기(F1)와 냉매관(4) 사이의 접촉은 도면상 좌측인 "A"부분에서 주로 이루어지고 도면상 우측인 "B"부분에서는 이루어지기 어렵다는 것을 나타내고 있다.

이하 , 상기 종래 열교환 장치에 있어서 열교환이 이루어지는 과정에 대해서 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

종래 열교환 장치에 있어서 열교환은 냉매관(4)을 흐르는 저온의 냉매와 공기 유입부(도시되지 않음)를 통해 유입되는 고온의 공기 사이에 이루어 진다 즉, 상기 저온의 냉매는 냉매관(4)과 열교환핀(2)의 표면 온도를 저온으로 유지시킴으로서 상기 냉매관(4)과 열교환핀(2)을 접촉하며 흐르는 고온의 공기로 부터 열을 흡수하게 되는 것이다. 따라서 상기 고온의 유입공기(F1)는 저온의 공기로 변하게 되고 냉장고의 내부로 유입되게 되는 것이다. 이때, 고온의 공기(F1)와 접촉되는 열교환핀(2)과 냉매관(4) 사이의 면적이 넓으면 넓을수록 상기 열교환의 효율은 커지게 된다.

상기 열교환핀(2)은 판형상으로 설치되어 있다. 그리고 고온의 공기(F1)는 판면을 따라 흐르며 상기 열교환핀(2)을 매개로 냉매와 열교환을 하게 된다 즉, 상기 고온의 공기(F1)는 냉매관(4)의 곡면을 따라 흐르며 냉매관(4)을 매개로 상기 냉매와 열교환을 하게 되는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 고온의 공기(F1)는 냉매관(4) 사이에 형성된 (가)부분과 냉매관이 없어서 상대적으로 공간이 넓게 형성되는 (나)부분을 거치며 흘러간다. 그러나 도면상에 도시된 바와 같이 상기 공기 흐름 폭은 상기 (가)부분과 (나)부분에 있어서 그 크기가 상호 비슷하게 형성된다. 이는 상기 공기 흐름이 도면상 냉매관 표면의 좌우측 반원과는 접촉할 기회가 줄어든다는 것을 의미한다.

그리고 상기 (가)부분과 (나)부분에 있어서 공기흐름폭이 비슷하게 형성되는 이유는 도 3에 도시된 바와 같이 냉매관 주위에 형성되는 고온 공기 흐름의 형상에 기인한다. 이하, 도 4를 참고하여 도 3에 도시된 고온 공기 흐름의 형상에 대해 간단히 살펴본다.

도 4는 구면에 형성되는 유체의 흐름을 도시한 실험적 자료이다. 이에 의하면 구 표면에 접촉되는 유체(f1)는 도 4 도면상의 좌측에서 우측으로 진행한다 즉, 점 (b₁)을 향하여 진행하는 상기 유체(f1)는 상기 구 표면에 접촉되는 순간부터 상기 구 표면의 원주를 타고 점 (b₂)를 향하여 진행하게 되는 것이다. 그리고, 점 (b₂)에 유체 흐름이 도달되면 그때부터는 상기 유체 흐름(f2)에 원주면과 이격되어 외기로 떨어져 나갈려는 힘이 강하게 생기고, 따라서 점 (b₂)를 지나 우측반원으로 갈수록 상기 유체 흐름은 구표면의 원주면과 점점 더 이격되게 되는 것이다. 그리고 점 (b₃)에 상기 유체 흐름이 도달되면 상기 유체와 구 표면과의 이격된 공간으로 상기 유체의 역류(f3)가 이루어지고 상기 역류된 유체(f3)는 이격된 유체와 구면의뒷 부분이 접촉되는 것을 방해하게 된다.

그리고, 도 4 도면상에 도시된 실험적 자료의 결과는 도 3에 도시된 냉매관 (4)주위에 형성되는 고온 공기 흐름에도 역시 동일하게 적용될 것이다. 왜냐하면 실험적 자료에 있어서 구표면에 형성되는 유체 흐름(f1,f2,f3,f4)은 도 4에 도시된 바와 같이 그 종단면도로 표시될 수 있고 상기 종단면도는 상기 냉매관(4)의 주위에 형성되는 공기의 흐름을 표시한 도 3과 동일한 것이 되기 때문이다.

따라서, 상기 실험적 자료의 결과에 근거하면, 상기 냉매관의 원주상 일정지점에 상기 공기의 흐름이 도달되면 그때부터 상기 공기는 냉매관의 표면과 이격되게 되고, 또한 역류가 발생하여 상기 고온 공기의 흐름이 더 이상 냉매관의 원주면을 따라 흐르지 못하도록 방해하게 되는 것이다. 더욱이 상기 역류 공기가 냉매관과 더운 공기사이를 흐르며 상기 더운공기와 냉매관 사이의 열교환을 방해하게 되는 것이다.

결국, 표면에 굴곡이 없는 원형의 냉매관(4) 형태를 가진 종래 열교환 장치의 문제점은, 열교환 장치로 유입되는 고온의 공기(F1)와 냉매관(4) 사이에 접촉되는 면적이 냉매관(4)의 원주면 일부에 한정된다는 점이다. 이는 도 2 도면상에 나타난 (가)부분과 (나)부분을 거쳐 흐르는 공기 흐름을 통해서도 충분히 알 수 있다. 따라서 상기 공기와 냉매관의 표면사이 접촉면적이 작아지는 결과가 되는 것이다.

또한, 상기 역류되는 공기 흐름에 의해 열교환기의 열교환효율에 한계가 생긴다는 점이다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 종래 원형의 형상을 하고 있는 냉매관의 표면을 개선하여 공기와 냉매관의 접촉면적을 크게 함으로서 열교환기의 열교환효율을 향상시키려는 것이다.

도 1은 종래 열교환 장치에 있어서 냉매관과 열교환핀 부분을 나타내는 부분확대도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 종래 열교환 장치에 있어서 냉매관 주위의 공기의 흐름을 나타내는 부분 확대 종단면도.

도 4는 구 표면의 유체 흐름에 대해 나타내는 실험적 결과에 의한 구 표면의 유체 흐름도.

도 5는 본 발명에 의한 냉매관의 주위에 형성되는 공기 흐름도.

도 6은 본 발명에 의한 냉매관을 포함하는 열교환기에 있어서 공기의 흐름을 보여주는 열교환기의 종단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

22.......냉매관 24.......딤플

26.......원주면 28.......축소부

30.......확대부

따라서 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 구성은, 내부에 냉매가 흐르고 표면에 열교환핀이 구비되어 있는 냉매관의 표면에 딤플이 성형되는 것을 특징으로 한다.

이하 , 본 발명에 의한 구성과 작용에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참고하여 상세하게 설명한다. 이하, 종래의 기술과 동일한 것은 동일한 부호를 사용한다.

도 5는 냉매가 흐르는 방향에 수직으로 자른 냉매관(22)의 종단면을 나타내는 것이다. 이에 의하면, 냉매관(22)의 외측표면은 원주의 구심방향으로 딤플(24)이 성형되어 있다. 그리고, 상기 딤플(24)은 원주면의 전체에 성형되어 있다.

이하, 원주면에 딤플(24)이 성형되어 있는 상기 냉매관(22)에 있어서, 열교환기로 유입되는 고온의 공기가 상기 냉매관(22)과 접촉되는 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 4가 원주면에 굴곡이 없는 경우에 대한 유체의 흐름을 나타내고 있음은 상기한 바와 같다. 이에 의하면 공기의 흐름은 점 b₂에서 부터 원주면과 이격되게된다. 그러나 상기 냉매관(22)의 원주면에 딤플(24)을 성형하면 상기 딤플(24)이 성형된 지점에서 공기는 와류(Fb)를 형성하게 된다. 그리고, 상기 와류(Fb)는 냉매관(22)의 원주면(26)으로 부터 이격되려 하는 공기의 흐름을 이격되지 못하게 하는 작용을 한다. 이러한 현상은 골프공의 표면을 딤플 처리함으로서 공을 멀리 날려보낼 수 있는 것과 동일한 현상이다. 결국 상기 와류(fb)의 형성에 의해 의해 상기 냉매관(22)과 공기 흐름사이의 이격 현상은 원주면(26)이 전체적으로 매끄러울 때에 비해 훨씬 뒤쪽에서 이루어지고 따라서 상대적으로 넒은 면적에 걸쳐 냉매관(22)과 공기와의 사이에 열교환이 가능하게 되는 것이다.

또한, 냉매관(22)의 표면에 딤플(24)을 성형함으로서 상대적으로 표면의 면적이 증가하게 된다. 이는 공기의 흐름이 냉매관과 접촉되는 면적을 크게 할 수 있는 것이다.

결국, 본 발명에 의한 열교환 장치를 흐르는 고온 공기의 흐름은 도 6에 도시된 바와 같이 냉매관(22)과 이격됨이 최소화되면서 상기 냉매관(22)의 표면을 타고 흘러가게 된다 즉, 도면상 (가)부분과 (나)부분에서의 공기 흐름 폭 크기가 크게 차이가 생긴다는 것이다. 이는 도면상 냉매관의 좌우측 표면에 상기 공기흐름이 충분히 접촉하게 된다는 것을 의미한다.

이와 같은 본 발명의 기술적 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

따라서, 표면에 딤플이 성형된 냉매관을 포함하는 본 발명에 의한 열교환 장치에 의하면 다음과 같은 효과가 있다. 우선, 냉매관 표면 전체에 딤플을 성형함으로서 냉매관 주위 고온공기 흐름의 박리를 지연시킬 수 있게 된다. 따라서 상기 고온 공기 흐름을 상기 냉매관의 표면을 따라 오래도록 흐르게 함으로서 상기 고온의 공기와 냉매관사이의 열교환이 촉진되는 효과가 있다.

또한 , 냉매관의 표면전체에 딤플을 성형함으로서 상기 냉매관의 표면적이 상대적으로 넒게 된다. 따라서 상기 냉매관과 고온 공기 사이의 열교환이 촉진되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 내부에 냉매가 흐르고 표면에 열교환핀이 구비된 냉매관의 표면에 딤플이 성형되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 열교환장치.