KR20040037684A - 열교환기의 물빠짐 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 물빠짐 장치에 관한 것으로, 본 발명은 냉매를 분산하도록 통체로 형성하여 중력방향에 대해 대체로 수직으로 설치하는 헤더와, 헤더에 연통하는 냉매유로를 구비하여 그 헤더에 중력방향으로 결합하는 플랫튜브와, 플랫튜브의 외표면에 접촉하여 그 플랫튜브의 열교환면적을 확대하도록 상기 플랫튜브의 외표면에서 먼 방향으로 층층이 접하는 적어도 두 개 이상의 냉각핀과, 중력방향으로 물빠짐 통로를 구비하도록 평면투영시 굴곡부를 형성하여 각 냉각핀의 접촉면 사이에 개재하는 물빠짐유도부재를 포함함으로써, 냉각핀 표면에 맺히는 응축수를 물빠짐통로를 통해 빠르게 제거할 수 있고 이를 통해 공기의 유동저항을 줄이는 동시에 재착상을 미연에 방지하여 열교환기의 성능을 높일 수 있다.

Description

열교환기의 물빠짐 장치{DRAINAGE APPARATUS FOR REGENERATOR}

본 발명은 열교환기의 물빠짐 장치에 관한 것으로, 특히 수 개의 작은 냉매유로를 가지는 마이크로 채널 열교환기의 냉각핀 표면에 맺히는 응축수가 용이하게 제거되도록 하는 열교환기의 물빠짐 장치에 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.

평판형 열교환기는 패널 모양의 튜브 안에 소정의 냉매유로를 형성하는 것으로 이는 냉매가 열교환기 몸체의 냉매유로를 순환하면서 외부와 열교환을 수행하는 것이다.

마이크로 채널 타입은 냉매가 들어오는 입구측과 빠져나가는 출구측을 긴 관체로 형성하고 그 양쪽 긴 관체의 사이를 복수 개의 냉매유로(채널)를 내설한 플랫튜브들로 중간중간을 연결하여 입구측 관체로 유입하는 냉매가 상기한 각각의 플랫튜브로 적절하게 배분되어 통과한 후 출구측 관체에서 합쳐 유출되는 것이다.

도 1 및 도 2는 종래 마이크로 채널 타입의 열교환기를 보인 사시도 및 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래 마이크로 채널 열교환기는, 입구를 압축기의 토출구와 연결하거나 또는 팽창기구에 연결하여 냉매를 후술할 각 플랫튜브의 채널로 분산하였다가 모으는 복수 개의 헤더(1)(2)와, 헤더(1)(2) 사이에 직각 방향으로 연결하여 헤더로 유입한 냉매를 분산하면서 외부와 열교환시키는 플랫튜브(3)들과, 플랫튜브(3)들 사이에 접촉 결합하여 공기와의 접촉면적을 확대하는 냉각핀(4)으로 구성하고 있다.

헤더(1)(2)는 입구측 헤더와 출구측 헤더로 구분하고, 각 헤더(1)(2)는 시작단에서 끝단까지 동일한 형상과 동일한 단면적으로 형성하고 있다. 또, 헤더(1)(2)의 외주면 중간중간에는 상기한 플랫튜브(3)의 양단이 삽입하여 용접 고정하는 튜브장착구(1a)(미도시)를 형성하고 있다.

플랫튜브(3)는 그 내부에 냉매유로인 복수 개의 채널(3a)을 일렬로 관통 형성하는 사각 단면 형상으로 형성하고, 그 양단은 헤더(1)(2)의 튜브장착구(1a)(미도시)에 삽입하여 용접으로 고정하고 있다.

냉각핀(4)은 긴 직사각형 모양의 얇은 알루미늄판을 파형 모양으로 다수 회 굽혀 그 변곡점 부위를 상기한 플랫튜브(3)의 양측 대응면에 접합 결합하고 있다.

또, 냉각핀(4)에는 공기와의 접촉면적을 넓히고 응축수의 배출유로를 이루도록 폭방향으로 다수 개의 루버 또는 슬릿(4a)을 형성하고 있다.

상기와 같은 종래 마이크로 채널 열교환기를 증발기로 활용하는 경우는 다음과 같다.

즉, 압축기와 응축기 그리고 팽창기구를 지나면서 기상의 냉매는 액상과 기상이 혼합한 형태로 증발기의 입구측 헤더(1)로 유입하고, 이 혼합 냉매는 입구측 헤더(1)의 시작단에서 끝단까지 압력에 의해 밀려나면서 그 중간중간에 연통한 플랫튜브(3)의 채널을 통해 출구측 헤더(2)로 이동한다.

이 과정에서 냉매는 플랫튜브(3)의 벽면과 열교환하는 동시에 플랫튜브(3)의 벽면은 공기와 접촉하는 냉각핀(4)을 통해 공기에서 열을 흡수하면서 기화하여 대부분이 가스로 전환되어 압축기의 흡입구로 재공급되는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 냉각핀의 표면에는 핀 표면과 공기와의 온도차에 의해 물방울 또는 착상에 따른 제상운전시 녹아 생기는 제상수가 맺혔다가 핀 표면의 경사면을 따라 흘러내리거나 루버나 슬릿(4a)을 통해 지면으로 떨어져 제거되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 열교환기에 있어서는, 경사진 핀 표면을 따라 흐르는 응축수가 플랫튜브(3)와 냉각핀(4)이 접하는 접점에서는 플랫튜브(3)의 폭방향(핀의 길이방향)으로 틀어 흘러 내려야 하나, 플랫튜브(3)의 폭이 넓어 응축수의 물빠짐이 지연되고 이로 인해 증발기의 재기동시 다시 핀 표면에 착상하여 큰 덩어리를 형성하면서 열교환기 효율을 저하할 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 열교환기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 핀 표면을 흐르는 응축수를 빨리 제거할 수 있는 열교환기의 물빠짐 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1 및 도 2는 종래 마이크로 채널 타입의 열교환기를 보인 사시도 및 요부 사시도.

도 3 및 도 4는 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기를 보인 정면도 및 요부 사시도.

도 5는 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기에 대한 다른 실시예의 요부를 보인 사시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

11,12 : 헤더 13 : 플랫튜브

14 : 냉각핀 14a : 루버 또는 슬릿

15 : 물빠짐유도부재 15a : 굴곡부

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉매를 분산하도록 통체로 형성하여 중력방향에 대해 대체로 수직으로 설치하는 헤더와, 헤더에 연통하는 냉매유로를 구비하여 그 헤더에 중력방향으로 결합하는 플랫튜브와, 플랫튜브의 외표면에 접촉하여 그 플랫튜브의 열교환면적을 확대하도록 상기 플랫튜브의 외표면에서 먼 방향으로 층층이 접하는 적어도 두 개 이상의 냉각핀과, 중력방향으로 물빠짐 통로를 구비하도록 평면투영시 굴곡부를 형성하여 각 냉각핀의 접촉면 사이에 개재하는 물빠짐유도부재를 포함한 열교환기의 물빠짐 장치를 제공한다.

또, 냉매를 분산하도록 통체로 형성하여 중력방향에 대해 대체로 수직으로 설치하는 헤더와, 헤더에 연통하는 냉매유로를 구비하여 그 헤더에 중력방향으로 결합하는 플랫튜브와, 플랫튜브의 외표면에 접촉하여 그 플랫튜브의 열교환면적을 확대하는 냉각핀과, 중력방향으로 물빠짐 통로를 구비하도록 평면투영시 굴곡부를 형성하여 플랫튜브와 냉각핀의 접촉면 사이에 개재하는 물빠짐유도부재를 포함한 열교환기의 물빠짐 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 열교환기의 물빠짐 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기를 보인 정면도 및 요부 사시도이고, 도 5는 본 발명 마이크로 채널 타입의 열교환기에 대한 다른 실시예의 요부를 보인 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 마이크로 채널 열교환기는, 입구를 압축기의 토출구와 연결하거나 또는 팽창기구에 연결하여 냉매를 각 플랫튜브의 채널로 분산하였다가 모으는 복수 개의 헤더(11)(12)와, 헤더(11)(12) 사이에 직각 방향으로 연결하여 상기 헤더(11)(12)로 유입한 냉매를 분산하면서 외부와 열교환시키는 플랫튜브(13)들과, 플랫튜브(13)들 사이에 접촉 결합하여 공기와의 접촉면적을 확대하는 복수 개의 냉각핀(14)과, 냉각핀(14)의 접촉면 사이에 개재하여 물빠짐 통로를 형성하는 물빠짐유도부재(15)로 구성한다.

헤더(11)(12)는 원통형으로 된 입구측 헤더와 출구측 헤더로 구분하고, 양쪽 헤더(11)(12)의 중간중간에는 상기한 플랫튜브(13)의 양단이 삽입하여 용접 고정할 수 있도록 튜브장착구(미도시)를 형성한다.

플랫튜브(13)는 그 내부에 냉매유로인 복수 개의 채널(13a)을 일렬로 관통 형성하는 사각 단면 형상으로 형성하고, 그 양단은 헤더(11)(12)의 튜브장착구에 삽입하여 용접으로 고정한다.

냉각핀(14)은 긴 직사각형 모양의 얇은 알루미늄판을 파형 모양으로 다수 회 굽혀 그 변곡점 부위를 상기한 각 플랫튜브(13)의 양측 대응면에 접합 결합한다. 이 냉각핀(14)들은 각각의 맞은편 변곡점 부위(플랫튜브와 접하지 않는 부위)가 이웃하는 다른 냉각핀의 변곡점 부위와 접하도록 배치하고 그 사이에 상기한 물빠짐유도부재(15)를 개재한다.

물빠짐유도부재(15)는 각 냉각핀(14)의 폭과 동일한 폭을 가지도록 형성하고, 중력방향으로 소정의 물빠짐 통로(F)를 구비하도록 평면 투영시 파형 또는 요철형 또는 쐐기 모양 등의 굴곡부(15a)를 형성한다.

또, 물빠짐유도부재(15)는 열전달 성능을 높이기 위하여 전열재로 형성할 수도 있으나, 각 물빠짐유도부재(15)가 각각의 플랫튜브(13)와 접촉하는 점을 감안하면 비전열재로 형성할 수도 있다.

도면중 미설명 부호인 14a는 루버 또는 슬릿이다.

상기와 같은 종래 마이크로 채널 열교환기를 증발기로 사용하는 경우그 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 압축기와 응축기 그리고 팽창기구를 지나면서 기상의 냉매는 액상과 기상이 혼합한 형태로 증발기의 입구측 헤더(11)로 유입하고, 이 혼합 냉매는 입구측 헤더(11)의 시작단에서 끝단까지 압력에 의해 밀려나면서 그 중간중간에 연통한 플랫튜브(13)의 채널을 통과하며, 이 과정에서 냉매는 냉각핀(14)을 통해 공기와 열교환하면서 기화하여 대부분이 가스로 전환되어 출구측 헤더(12)로 이동한 후 압축기의 흡입구로 흡입한다.

이때, 각 냉각핀(14)의 표면에는 핀표면 온도와 공기온도 사이의 온도차에 의해 물방울이 형성되거나 또는 제상운전시 생긴 제상수가 맺히게 되고, 이 물방울이나 제상수는 경사진 핀표면을 따라 아래로 흐르다가 변곡점 부위에 접촉한 물빠짐유도부재(15)의 굴곡부(15a)를 통해 지면쪽으로 빠르게 흘러 내리게 된다.

이렇게 하여 편평한 냉각핀 표면에 맺힌 응축수가 빠르게 제거되어 공기의 유동저항을 줄이는 것은 물론 응축수의 재착상을 줄이면서 열교환기의 효율이 높아지는 것이다.

한편, 본 발명에 의한 열교환기의 물빠짐 장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일실시예에서는 물빠짐유도부재를 각 냉각핀 사이에 개재하는 것이나, 도 5에서와 같이 상기한 물빠짐유도부재(15)를 플랫튜브(13)와 냉각핀(14)의 접촉면 사이에 개재할 수도 있다.

이 경우는 각 냉각핀(14)에서 맺힌 응축수가 경사진 표면을 따라 플랫튜브(13)쪽으로 흘러내리다가 상기한 물빠짐유도부재(15)의 굴곡부(15a)를 따라 빠르게 제거되므로 플랫튜브(13) 사이에 한 개의 냉각핀(14)을 설치할 때 유용하다.

또, 이 경우에는 상기한 물빠짐유도부재(15)를 반드시 전열재로 형성하는 것이 열전달 효율을 높이는데 바람직하다.

본 발명에 의한 열교환기의 물빠짐 장치는, 냉각핀을 복수 개 구비하여 플랫튜브를 기준으로 층층이 설치할 때 그 냉각핀의 접촉면 사이에 물빠짐통로를 구비한 물빠짐유도부재를 개재하거나 냉각핀을 단수 개 구비할 때 그 냉각핀과 플랫튜브의 접촉면 사이에 상기한 물빠짐유도부재를 개재함으로써, 냉각핀 표면에 맺히는 응축수를 물빠짐통로를 통해 빠르게 제거할 수 있고 이를 통해 공기의 유동저항을 줄이는 동시에 재착상을 미연에 방지하여 열교환기의 성능을 높일 수 있다.

Claims (5)

1. 냉매를 분산하도록 통체로 형성하여 중력방향에 대해 대체로 수직으로 설치하는 헤더와,

   헤더에 연통하는 냉매유로를 구비하여 그 헤더에 중력방향으로 결합하는 플랫튜브와,

   플랫튜브의 외표면에 접촉하여 그 플랫튜브의 열교환면적을 확대하도록 상기 플랫튜브의 외표면에서 먼 방향으로 층층이 접하는 적어도 두 개 이상의 냉각핀과,

   중력방향으로 물빠짐 통로를 구비하도록 평면투영시 굴곡부를 형성하여 각 냉각핀의 접촉면 사이에 개재하는 물빠짐유도부재를 포함한 열교환기의 물빠짐 장치.
2. 제1항에 있어서,

   물빠짐유도부재는 플랫튜브와 냉각핀 사이의 접촉면에도 개재하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 물빠짐 장치.
3. 냉매를 분산하도록 통체로 형성하여 중력방향에 대해 대체로 수직으로 설치하는 헤더와,

   헤더에 연통하는 냉매유로를 구비하여 그 헤더에 중력방향으로 결합하는 플랫튜브와,

   플랫튜브의 외표면에 접촉하여 그 플랫튜브의 열교환면적을 확대하는 냉각핀과,

   중력방향으로 물빠짐 통로를 구비하도록 평면투영시 굴곡부를 형성하여 플랫튜브와 냉각핀의 접촉면 사이에 개재하는 물빠짐유도부재를 포함한 열교환기의 물빠짐 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   물빠짐유도부재는 전열재인 것을 특징으로 하는 열교환기의 물빠짐 장치.
5. 제1항에 있어서,

   물빠짐유도부재는 비전열재인 것을 특징으로 하는 열교환기의 물빠짐 장치.