KR20040017444A - 열교환기의 냉매관 고정구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 냉매관 고정구조에 관한 것으로, 본 발명은 단면 형상이 장축과 단축을 가지는 냉매관을 포함한 열교환기에 있어서, 냉매관은 공기의 유동방향과 평행한 전후측이 중력방향과 일정 각도로 기울어지도록 결합함으로써, 냉매관 표면에 맺히는 응축수의 물빠짐이 원활하게 이루어져 열교환기 성능이 향상된다. 또, 단축을 공기유동방향에 대해 수직한 방향으로 배치하여 공기의 유동저항을 줄임으로써, 후류의 재순환 영역을 줄이고 이를 통해 전열성능을 높여 역시 열교환기 성능을 높일 수 있다.

Description

열교환기의 냉매관 고정구조{STRUCTURE FOR FIXING REFRIGERANT PIPE OF REGENERATOR}

본 발명은 열교환기의 냉매관에 관한 것으로, 특히 타원형과 같이 장축과 단축을 가지는 냉매관의 경우 물빠짐을 용이하게 할 수 있는 열교환기의 냉매관 고정구조에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 압축기와 응축기와 팽창기구 그리고 증발기로 이루어지는 냉동사이클장치에서 응축기와 증발기를 포괄적으로 이르는 것으로, 주위의 온도와 열을 서로 교환하면서 전열매체인 냉매를 액상에서 기상으로 또는 기상에서 액상으로 전환시키고 이 과정에서 생기는 흡수열 또는 방출열을 이용하여 냉방이나 난방 또는 냉장이나 온장으로 활용하도록 하는 것이다.

이러한 열교환기는 그 형상에 따라 구분할 수 있는데, 그 중 가장 널리 알려진 열교환기로는 냉매관에 다수 개의 냉각핀을 삽입하는 이른 바 '핀 앤 튜브' 타입이 있다. 이는 주로 냉장고와 같은 가전제품에서 증발기로 활용하는 것으로 냉매는 냉매관을 순환하면서 그 냉매관의 벽면을 통해 외부와 열교환을 수행하되 냉매관의 외주면에 얇은 다수 개의 냉각핀을 밀착 결합함으로써 공기와의 접촉면적을 넓혀 열교환 효율을 극대화하는 것이다.

도 1은 종래 핀 앤 튜브 타입의 열교환기를 보인 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 종래의 핀 앤 튜브 열교환기는 입구를 압축기의 토출구에 연결(응축기)하거나 또는 팽창기구에 연결(증발기)하여 냉매를 외부와 열교환하면서 상 변화를 유도하는 냉매관(1)과, 냉매관(1)에 삽입하여 공기와의 접촉면적을 확대하도록 얇은 판으로 형성하는 다수 장의 냉각핀(2)으로 구성하고 있다. 도면중 3은 냉매관홀더이다.

냉매관(1)은 목적에 따라 형상을 다양하게 형성할 수 있으나 대개는 도 2에서와 같이 원형 단면 형상으로 형성하는 것이 가장 일반적이다. 이러한 원형 단면 형상의 냉매관(1a)을 적용한 열교환기를 증발기로 활용하는 경우에는 냉매관(1a)의 외표면이 지면과 이루는 각도가 커서 그 외표면에 맺히는 응축수가 쉽게 흘러내려 착상의 성장을 효과적으로 예방할 수 있으나, 한편으로는 공기의 흐름방향에 대한 수직방향으로 직경이 커져 도 2에서와 같이 관(1)의 후류로 인한 공기의 재순환영역이 확대되어 전열성능이 저하하고 공기의 압력손실이 증가하면서 전체적인 열교환기 성능이 떨어지는 단점이 있었다.

이를 감안하여 도 3에서와 같은 타원형 냉매관(1b)을 제시하고 있다. 이는 냉매관(1b)을 장축과 단축을 가지는 타원 단면 형상으로 형성하는 것으로, 공기의 흐름을 원활하게 하기 위하여 공기의 유동방향과 동일한 방향으로 냉매관(1b)의 장축을 위치시키는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 타원관 열교환기에 있어서는, 공기의 유동방향에 수직한 방향에 타원관(1b)의 단축이 위치함에 따라 공기의 유동저항이 감소하고 이로 인해 후류에 의한 재순환영역이 감소하면서 열전달 성능이 향상할 수 있으나, 장축방향이 지면과 평행하게 위치하면서 지면과 이루는 각이 작아져 그만큼 응축수의 물빠짐이 원활하지 못하게 되고 이로 인해 증발기로 활용할 경우 착상의 성장이 증가하여 전체적인 열교환기 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 타원관 열교환기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 공기의 유동저항도 줄여 후류에 의한 재순환영역을 감소시키면서도 냉매관 표면에 맺히는 응축수(W)를 빨리 제거할 수 있는 열교환기의 냉매관 고정구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 열교환기의 일례를 보인 사시도.

도 2 및 도 3은 종래 열교환기에서 냉매관의 형상에 따른 공기흐름을 보인 개략도.

도 4는 본 발명 열교환기의 일례를 보인 사시도.

도 5는 본 발명 열교환기에서 냉매관을 지나는 공기흐름을 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

11 : 냉매관 12 : 냉각핀

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 단면 형상이 장축과 단축을 가지는 냉매관을 포함한 열교환기에 있어서, 냉매관은 공기의 유동방향과 평행한 전후측이 중력방향과 일정 각도로 기울어지도록 결합하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매관 고정구조를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 열교환기의 냉매관 고정구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 열교환기의 일례를 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 열교환기에서 냉매관을 지나는 공기흐름을 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 핀 앤 튜브 열교환기는, 입구를 압축기의 토출구에 연결(응축기)하거나 또는 팽창기구에 연결(증발기)하여 냉매를 외부와 열교환하면서 상 변화를 유도하는 냉매관(11)과, 냉매관에 삽입하여 공기와의 접촉면적을 확대하도록 얇은 판으로 형성하는 다수 장의 냉각핀(12)으로 구성한다.

냉매관(11)은 단면 투영시 장축과 단축을 가지는 타원 단면 형상으로 형성하되 장축을 공기의 유동방향과 비슷한 방향으로, 단축을 공기의 유동방향에 대해 수직한방향으로 배치하는 것이 바람직하다.

또, 냉매관(11)의 기울림각(α)은 장축이 중력방향에 대해 약 5 ∼ 18°정도로 비스듬히 기울어지도록 형성하되 물빠짐을 고려하여 공기의 유동방향에 상응하도록 후반부가 중력방향인 지면을 향하도록 결합하는 것이 바람직하다.

냉각핀(12)은 얇은 판을 중력방향인 상하방향으로 길게 직사각형 모양으로 형성하고 그 중간중간에 상기한 냉매관(11)을 삽입할 수 있는 냉매관 장착구(미부호)를 적당개소에 형성한다. 냉매관 장착구는 상기한 냉매관을 통상적인 확관방식에 의해 고정할 수 있도록 냉매관의 외경 보다는 다소 크지만 거의 유사하게 형성하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명의 냉매관을 가지는 열교환기를 증발기로 사용하는 경우 그 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 압축기와 응축기 그리고 팽창기구를 지나면서 기상의 냉매는 액상과 기상이 혼합한 형태로 증발기의 입구측 냉매관으로 유입하고, 이 혼합 냉매는 입구측 냉매관에서 출구측 냉매관까지 압력에 의해 밀려나면서 냉각핀(12)을 통해 외부의 공기와 열교환하며, 이 과정에서 액냉매는 기화하여 대부분이 가스로 전환된 후 압축기의 흡입구로 흡입한다.

이때, 공기는 냉각핀(12) 사이를 통과하면서 냉매관(11)을 거치게 되어 상대적으로 더운 공기와 찬 냉매관(11)이 접촉하거나 또는 제상운전시 냉매관(11)에 맺혔던 성에가 녹으면서 냉매관(11)의 외주면에 응축수가 발생하나, 이 응축수는 냉매관(11)이 타원 단면 형상임에도 불구하고 전후측이 기울어지도록 형성됨에 따라 지면과의 경사각이 커지고 이로 인해 응축수가 냉매관(11)의 표면을 따라 빠르게 흘러내리게 된다. 더욱이 냉매관(11)의 후반부가 지면을 향하도록 형성됨에 따라 공기의 흐름에 순응하여 응축수의 물빠짐이 더욱 효과적으로 진행된다.

또, 앞서 언급한 바와 같이 냉매관(11)이 타원 단면 형상인데다 단축이 공기의 흐름에 대해 수직한 방향으로 배치됨에 따라 공기의 유동저항을 최소로 줄일 수 있고 이를 통해 냉매관(11) 후측에서의 후류와 이로 인한 공기의 재순환 영역이 줄어 전열성능이 향상된다.

한편, 냉매관(11)은 타원 단면 형상 뿐 아니라 장축과 단축을 가지는 단면 형상이면 족하고 이 중 장축이 공기의 유동방향과 거의 유사한 방향으로 배치하되 약간 기울어지게 배치하면 족하다.

본 발명에 의한 열교환기의 냉매관 고정구조는, 장축과 단축을 가지는 단면 형상으로 형성하고 공기의 유동방향과 평행한 전후측이 중력방향과 일정 각도로 기울어지도록 배치함으로써, 냉매관 표면에 맺히는 응축수의 물빠짐이 원활하게 이루어져 열교환기 성능이 향상된다.

또, 단축을 공기유동방향에 대해 수직한 방향으로 배치하여 공기의 유동저항을 줄임으로써, 후류의 재순환 영역을 줄이고 이를 통해 전열성능을 높여 역시 열교환기 성능을 높일 수 있다.

Claims (5)

1. 단면 형상이 장축과 단축을 가지는 냉매관을 포함한 열교환기에 있어서,

   냉매관은 공기의 유동방향과 평행한 전후측이 중력방향과 일정 각도로 기울어지도록 결합하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매관 고정구조.
2. 제1항에 있어서,

   냉매관은 공기의 유동방향을 기준으로 후반부가 중력방향으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매관 고정구조.
3. 제2항에 있어서,

   냉매관은 장축이 공기유동방향과 45°이내에 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매관 고정구조.
4. 제1항에 있어서,

   냉매관의 기울어짐각은 5 ∼ 18°인 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매관 고정구조.
5. 제1항 내지 제4항에 있어서,

   냉매관은 타원 단면 형상인 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매관 고정구조.