KR200354093Y1 - 열교환기용 핀의 슬릿구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열교환기용 핀의 슬릿구조에 관한 것으로, 튜브식 열교환기를 구성하는 전열관과 핀에서 전열성능을 향상시키면서 공기의 유동저항은 감소시켜 에너지 효율을 향상시키기 위한 열교환기용 핀의 슬릿구조를 제공한다.

Description

열교환기용 핀의 슬릿구조{structure of slit for heat exchanger pin}

본 고안은 열교환기용 핀의 슬릿구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브식 열교환기를 구성하는 전열관과 핀에서 전열성능을 향상시키면서 공기의 유동저항은 감소시켜 에너지 효율을 향상시키기 위한 열교환기용 핀의 슬릿구조에 관한 것이다.

일반적으로, 열교환기라 함은 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 이용되는 기기로서, 전열관 내부를 순환하는 유체와 이러한 전열관의 외부를 유동하는 기체간의 열교환을 이루도록 하기 위한 기기이다. 이러한 열교환기는 주수식, 이중관식, 핀튜브식, 투관형식 등이 있다.

이 중에서, 핀튜브식 열교환기는 각 단부가 "U"밴드에 의해 상호 연결된 전열관과, 이러한 전열관의 길이방향으로 소정 간격을 두고 적층된 다수의 핀으로 이루어지며, 이러한 핀 사이로 유입되는 외부공기와 전열관의 내부를 순환하는 유체가 상호 열교환을 수행한다.

도 1은 종래 4열의 슬릿을 갖는 4열식 핀을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 전열관이 끼워지는 다수의 결합공(2,2')을 구비하고, 이러한 결합공(2,2') 사이에는 베이스면(4)으로부터 돌출된 다수의 슬릿(11,12,13,14)이 형성된다.

상기 각 슬릿(11을 예로 함)은 공기가 유동되는 하부가 개방된 채로 베이스면(4)으로부터 융기된 돌출편(11a)과, 상기 돌출편(11a)의 양단에 소정 각도로 절곡되어 일체로 형성된 레그부(11b,11c)로 이루어진다.

이러한 슬릿(11,12,13,14)은 공기의 유입방향에 대해 수직으로 형성되며, 그폭 길이변화는 유입부에서 중앙부로 갈수록 좁아지다가 다시 출구부로 갈수록 넓어지게 되어 있다.

즉, 4열식 핀에 있어서, 유동공기와 제일 먼저 만나는 1열 슬릿(11)과 유동공기가 빠져나가는 4열 슬릿(14)은 결합공(2)과 결합공(2') 사이의 면적 폭에 비례하여 2열 및 3열 슬릿(12,13)보다 길게 형성되고, 공기의 유동방향에 평행한 중심선(A-A)을 기준으로 각 열 슬릿 모두가 대칭인 구조를 갖는다.

유동공기가 상기 핀을 지나면서 일으키는 핀 표면과의 전단응력은 경계층이 시작하는 선단에서 가장 크게 되므로 경계층이 새롭게 구성되는 슬릿의 개수가 많을수록 전열성능 증가와 함께 유동저항도 크게 증가한다.

이때, 상기 유동저항을 줄이고자 공기 유동방향에 평행한 중심선을 기준으로 대칭인 형태에서 2열과 3열 슬릿의 길이를 짧게 구성하게 되나, 이 경우 결합공(2, 2')에 끼워진 전열관의 외면을 따라 흐르는 층류 형태의 공기가 1열 슬릿(11)을 지나 2열 및 3열 슬릿(12,13)에서 분산되어 와류를 일으키면서 전열성능이 감소하고 통기저항은 오히려 증가하게 되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 2열 슬릿(12)의 좌우 양단 레그부(12b,12c)가 상기 1열 슬릿(11)의 좌우 양단 레그부(11b,11c) 사이에 위치하여 1열 슬릿(11)의 개방된 부분을 통과하는 공기의 유동저항을 더욱 크게 하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 2열 및 3열 슬릿(12,13)의 길이가 너무 짧게 되면 공기의 유로가 되는 슬릿의 돌출편 하측 개방부가 좁아져 표면장력이 증가된 응축수가 낙수되지 못하고 슬릿의 모서리부에 잔존하게 되어 통기저항을 증가시키고 전열량을 감소시키는 워터 브릿지(water bridge) 현상을 일으키는 문제점이 있었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 핀튜브식 열교환기를 구성하는 전열관과 핀에서 전열성능을 향상시키면서 공기의 유동저항은 감소시켜 에너지 효율을 향상시키고, 공기가 핀을 통과하면서 일으키는 유동소음과 이상음을 최소화하며, 응축수가 발생하는 습코일 운전에서 응축수의 배출이 용이한 열교환기용 핀의 슬릿구조를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 4열의 슬릿을 갖는 열교환기용 핀을 도시한 평면도,

도 2는 본 고안의 1실시예에 따른 열교환기용 핀을 도시한 평면도,

도 3은 본 고안의 2실시예에 따른 열교환기용 핀을 도시한 평면도,

도 4는 본 고안의 3실시예에 따른 열교환기용 핀을 도시한 평면도,

도 5는 본 고안의 4실시예에 따른 열교환기용 핀을 도시한 평면도,

도 6은 본 고안에 따른 슬릿의 레그부 형성구조를 설명하기 위한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

4 : 베이스면 20 : 결합공

30 : 1열 슬릿 40 : 2열 슬릿

50 : 3열 슬릿 60 : 4열 슬릿

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 유입되는 공기가 통과되도록 하부가 개방된 채로 베이스면으로부터 융기된 돌출편과, 상기 돌출편의 양단에 절곡 형성된 레그부로 이루어진 슬릿이 전열관이 끼워지는 결합공과 결합공 사이에 4열로 배열 형성된 열교환기용 핀에 있어서, 상기 핀의 공기 유입측과 유출측에 각각 위치된 1열 슬릿과 4열 슬릿 사이에 위치하는 2열 슬릿과 3열 슬릿은 상기 1열 및 4열 슬릿에 비해 짧은 길이를 가지면서 상기 각 결합공 사이의 중심점에 대해 180도 회전 대칭인 형태가 되도록 서로 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀의 슬릿구조를 제공한다.

그리고, 상기 1열 및 4열 슬릿이 서로 동일한 길이이며, 상기 2열 및 3열 슬릿이 서로 동일한 길이로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 2열 및 3열 슬릿의 길이는 상기 1열 슬릿 길이의 0.75배 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 각 결합공에 인접하는 2열 및 3열 슬릿의 일단 레그부는 그 중심이 각 결합공 중심에서 원호를 그렸을 때 상기 1열 및 4열 슬릿의 레그부 중심이 지나는 원호에 접하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 1열 및 4열 슬릿의 양단 레그부는 상기 전열관이 끼워지는 결합공 주위의 공기 흐름방향에 대하여 경사지게 이루어지고, 상기 각 결합공에 인접하는 2열 및 3열 슬릿의 일단 레그부는 각 결합공 중심에서 원호를 그렸을 때 상기 1열 및 4열 슬릿의 레그부가 접하는 원호에 접선을 이루도록 경사지게 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 1열 및 4열 슬릿은 각각 2개의 단위 슬릿으로 분할되어 형성되되, 분할된 각 단위 슬릿의 길이는 원래 슬릿 길이의 0.35배 이상, 0.5배 미만 인 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 각 슬릿의 레그부는 핀의 베이스면과 40도의 각을 이루면서 융기되는 것과, 상기 각 슬릿이 핀의 베이스면을 기준으로 어느 일측 방향으로 모두 볼록하게 융기된 단방향 슬릿구조이거나, 또는 각 열 슬릿이 순차적으로 융기방향이 서로 엇갈리게 구성된 양방향 슬릿구조 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 고안의 1실시예에 따른 열교환기용 핀을 도시한 평면도이고, 도 3은 본 고안의 2실시예에 따른 열교환기용 핀을 도시한 평면도이며, 도 4는 본 고안의 3실시예에 따른 열교환기용 핀을 도시한 평면도이고, 도 5는 본 고안의 4실시예에 따른 열교환기용 핀을 도시한 평면도이며, 도 6은 본 고안에 따른 슬릿의 레그부 형성구조를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 본 고안은 핀튜브식 열교환기에 사용되는 핀에 있어서, 전열관이 끼워지는 결합공(20)과 결합공(20') 사이에 4열의 슬릿이 형성된 구조이다.

즉, 공기가 유입되는 측으로부터 순차적으로 1열(30), 2열(40), 3열(50), 4열 슬릿(60)이 형성되며, 각 슬릿은 베이스면(4)으로부터 융기된 돌출편(31)과 이러한 돌출편(31)의 양단에 형성되는 레그부(32,33)로 이루어진다.

여기서, 본 고안은 중간에 위치하는 상기 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 길이가 1열 및 4열 슬릿(30,60)에 비해 짧게 이루어지되, 상기 2열 및 3열 슬릿(40,50)이 서로 대칭을 이루면서 엇갈리게 형성되는 것을 요지로 한다.

본 고안의 1실시예에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 동일한 길이를 갖는 1열 및 4열 슬릿(30,60) 사이에 이들보다 짧은 길이를 갖는 2열 및 3열 슬릿(40,50)이 각 결합공(20,20') 사이의 중심점(C)에 대해 180도 회전 대칭인 형태가 되도록 서로 엇갈리게 형성된다.

즉, 상기 2열 슬릿(40)은 도면을 기준으로 우측 결합공(20')에 근접하고, 상기 3열 슬릿(50)은 좌측 결합공(20)에 근접하여 형성된다.

이때, 상기 각 결합공(20,20')에 인접하는 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 일단 레그부(43,52)는 그 중심이 상기 각 결합공(20,20') 중심에서 원호를 그렸을 때 1열 및 4열 슬릿(30,60)의 레그부(32,33,62,63) 중심이 지나는 원호에 접하도록 이루어진다.

그러므로, 상기 2열 슬릿(40)의 우측 레그부(43) 중심은 우측 결합공(20') 중심에서 그려진 원호에 접하고, 상기 3열 슬릿(50)의 좌측 레그부(52) 중심은 좌측 결합공(20) 중심에서 그려진 원호에 접하게 된다.

그리고, 상기 모든 슬릿의 양단 레그부는 공기의 유입방향에 대해 평행을 이루도록 구성된다.

상기와 같은 구성에 의해, 공기의 유입시 각 결합공(20,20')에 끼워지는 전열관의 외면을 따라 흐르는 층류 형태의 공기가 상기 1열 슬릿(30)을 지났을 때 적어도 2열 및 3열 슬릿(40,50) 중 어느 한 슬릿의 일측 레그부가 유동가이드 역할을 하여 층류가 분산되어 와류가 되는 것을 방지함으로써 전열성능을 상승시키게 된다.

또한, 상기 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 적어도 한쪽 레그부가 상기 1열 슬릿(30)의 유선에 일치함으로써 공기저항을 최소화하여 공기가 핀을 통과할 때 발생시키는 유동소음 및 이상음 발생을 줄이게 된다.

이때, 상기 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 길이가 지나치게 짧게 되면 슬릿의 양단 레그부 사이의 공기유로가 좁아져 표면장력이 증가된 응축수가 낙수되지 못하고 슬릿의 모서리 부위에 잔존하게 되어 통기저항을 증가시키고 전열량을 감소시키는 워터 브릿지 현상이 발생하게 되므로 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 길이는 1열 슬릿(30) 길이의 0.75배 이상인 것이 바람직하며 1열 슬릿(30) 길이보다는 짧게 이루어진다.

도 3에 도시된 본 고안의 2실시예는 앞서 설명한 1실시예와 비교하여 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 대칭위치가 서로 바뀐 것으로, 상기 2열 슬릿(40)이 좌측 결합공(20)에 인접하여 형성되고 상기 3열 슬릿(50)이 우측 결합공(20')에 인접하여 형성된다.

그 이외의 구조 및 작용 등에 있어서는 상기한 1실시예와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4에 도시된 본 고안의 3실시예에 의하면, 상기한 2실시예와 비교하여 1열 및 4열 슬릿(30,60)의 양단 레그부(32,33,62,63)가 경사지게 이루어진다.

이는 각 결합공(20,20')에 끼워지는 전열관 주위를 흐르는 유동공기의 층류도를 향상시키고자 1열 및 4열 슬릿(30,60)의 양단 레그부(32,33,62,63)를 공기 흐름방향에 대하여 경사지게 구성한 것이다.

그러므로, 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 레그부도 공기 흐름방향에 대하여 경사지게 이루어짐이 바람직하며, 이 경우 각 결합공에 인접하는 일단 레그부(42,53)만 경사지게 이루어지면 된다.

이때, 상기 각 결합공(20,20')에 인접하는 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 일단 레그부(42,53)는 각 결합공(20,20') 중심에서 원호를 그렸을 때 1열 및 4열 슬릿(30,60)의 레그부(32,33,62,63)가 접하는 원호에 접선을 이루도록 경사지게 구성된다.

이와 같이 상기 1열 및 4열 슬릿(30,60)의 레그부(32,33,62,63) 경사에 맞춰상기 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 일단 레그부(42,53)도 경사를 이루게 되면 통기저항은 다소 증가하나 상기 각 결합공(20,20')에 끼워지는 전열관 외면을 따라 흐르는 유동공기의 층류도가 향상됨으로써 전열성능이 상승하게 된다.

도 5에 도시된 본 고안의 4실시예에 의하면, 1열 및 4열 슬릿의 길이가 너무 길어 강성을 유지할 수 없는 경우에 이를 2개의 단위 슬릿(30a,30b,60a,60b)으로 분할하여 형성할 수 있다.

이때, 상기 2개의 단위 슬릿(30a,30b,60a,60b)은 그 길이가 서로 동일하도록 이등분되며, 열교환기의 취부방향에 따른 응축수의 배출을 용이하게 하고자 분할된 측 레그부(36,37,66,67)는 공기유입방향과 수평이 되도록 한다.

또한, 상기 분할된 각 단위 슬릿(30a,30b,60a,60b)의 길이가 너무 짧게 되면 2개의 단위 슬릿 사이가 멀어지면서 그 중앙부위에 표면장력이 증가된 응축수가 낙수되지 못하고 잔존하게 되므로, 이를 방지하기 위해 각 단위 슬릿의 길이는 분할되기 전 원래 슬릿 길이의 0.35배 이상 되도록 한다.

즉, 각 단위 슬릿(30a,30b,60a,60b)의 길이는 분할되기 전 원래 슬릿 길이의 0.35배 이상, 0.5배 미만이게 된다.

이상 다양한 실시예에서 살펴본 바와 같이 본 고안은 열교환기용 핀의 전열관이 끼워지는 결합공(20)과 결합공(20') 사이의 베이스(4) 표면에 4열의 슬릿이 형성되는 구조에 있어서, 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 길이를 1열 및 4열 슬릿(30 ,60)에 비해 짧게 줄이는 방법에 있어서 2열 및 3열 슬릿(40,50)을 서로 엇갈리게 형성한다.

상기 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 길이를 짧게 함으로써 공기의 유동저항은 줄이면서도 2열 및 3열 슬릿(40,50)의 일측 레그부가 결합공(20,20')에 끼워진 전열관의 외면을 따라 흐르는 공기의 유동가이드 역할을 수행하여 층류도를 향상시킴으로써 전열성능을 상승시키게 되는 것이다.

이때, 앞서 설명한 실시예에서 상기 각 슬릿(30,40,50,60)의 레그부는 도 6에 도시된 바와 같이 핀의 베이스면(4)과 약 40도 각을 이루면서 융기되도록 하여 유입되는 공기가 원활히 가이드될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 고안은 상기 각 슬릿(30,40,50,60)이 핀의 베이스면(4)을 기준으로 어느 일측 방향으로 모두 볼록하게 융기된 단방향 슬릿구조로 이루어지거나, 또는 각 열 슬릿(30,40,50,60)이 베이스면(4)을 기준으로 한 열은 위로 볼록, 다음 열은 아래로 볼록한 형태로 순차적으로 융기방향이 서로 엇갈리게 구성된 양방향 슬릿구조로 이루어질 수 있다.

상기한 바와 같이 본 고안에 따른 열교환기용 핀의 슬릿구조에 의하면, 핀튜브식 열교환기를 구성하는 전열관과 핀에서 전열성능을 향상시키면서 공기의 유동저항은 감소시켜 에너지 효율을 향상시키고, 공기가 핀을 통과하면서 일으키는 유동소음과 이상음을 최소화하며, 응축수가 발생하는 습코일 운전에서 응축수의 배출이 용이하게 이루어지는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 유입되는 공기가 통과되도록 하부가 개방된 채로 베이스면으로부터 융기된 돌출편과, 상기 돌출편의 양단에 절곡 형성된 레그부로 이루어진 슬릿이 전열관이 끼워지는 결합공과 결합공 사이에 4열로 배열 형성된 열교환기용 핀에 있어서,

   상기 핀의 공기 유입측과 유출측에 각각 위치된 1열 슬릿과 4열 슬릿 사이에 위치하는 2열 슬릿과 3열 슬릿은 상기 1열 및 4열 슬릿에 비해 짧은 길이를 가지면서 상기 각 결합공 사이의 중심점에 대해 180도 회전 대칭인 형태가 되도록 서로 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀의 슬릿구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 1열 및 4열 슬릿이 서로 동일한 길이이며, 상기 2열 및 3열 슬릿이 서로 동일한 길이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀의 슬릿구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 2열 및 3열 슬릿의 길이는 상기 1열 슬릿 길이의 0.75배 이상인 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀의 슬릿구조.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 각 결합공에 인접하는 2열 및 3열 슬릿의 일단 레그부는 그 중심이 각결합공 중심에서 원호를 그렸을 때 상기 1열 및 4열 슬릿의 레그부 중심이 지나는 원호에 접하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀의 슬릿구조.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 1열 및 4열 슬릿의 양단 레그부는 상기 전열관이 끼워지는 결합공 주위의 공기 흐름방향에 대하여 경사지게 이루어지고, 상기 각 결합공에 인접하는 2열 및 3열 슬릿의 일단 레그부는 각 결합공 중심에서 원호를 그렸을 때 상기 1열 및 4열 슬릿의 레그부가 접하는 원호에 접선을 이루도록 경사지게 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀의 슬릿구조.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 1열 및 4열 슬릿은 각각 2개의 단위 슬릿으로 분할되어 형성되되, 분할된 각 단위 슬릿의 길이는 원래 슬릿 길이의 0.35배 이상, 0.5배 미만 인 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀의 슬릿구조.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각 슬릿의 레그부는 핀의 베이스면과 40도의 각을 이루면서 융기되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀의 슬릿구조.
8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각 슬릿은 핀의 베이스면을 기준으로 어느 일측 방향으로 모두 볼록하게 융기된 단방향 슬릿구조이거나, 또는 각 열 슬릿이 베이스면을 기준으로 한 열은 위로 볼록, 다음 열은 아래로 볼록한 형태로 순차적으로 융기방향이 서로 엇갈리게 구성된 양방향 슬릿구조 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀의 슬릿구조.