KR20040047613A - 열교환기 - Google Patents

Abstract

응축 성능 및 증발 성능의 양쪽을 향상시키는 동시에, 증발기로서 사용한 경우에, 통과 공기와의 열교환에 의해서 핀 표면에 발생하는 응축수의 배수성을 개선할 수 있는 열교환기를 제공한다.

공기의 주류 방향의 상류측에서 파형 핀(corrugated fin)(10)을 보았을 때, 파형 핀(10)의 각각의 루버(louver) 형성면을 대략 산형(山型) 형상(역 V자 형상)으로 형성하였다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은, 공기조화기 등에 사용되는 핀 튜브(finned tube)형 열교환기에 관한 것이고, 특히, 복수의 편평(扁平) 튜브를 연직(鉛直) 방향으로 배치하는 동시에 인접하는 편평 튜브 사이에 파형 핀(corrugated fin)을 설치한 열교환기에 관한 것이다.

도 6 및 도 7은, 종래의 이러한 종류의 열교환기를 나타내고, 길이 방향을 연직 방향으로 하여 소정의 피치(pitch)로 서로 평행으로 배치된 복수의 편평 튜브(2)와, 이들 편평 튜브(2)의 상단을 연통 접속하는 수평 방향의 상측 헤더(header)(4)와, 편평 튜브(2)의 하단을 연통 접속하는 수평 방향의 하측 헤더(6)와, 인접하는 편평 튜브(2)의 사이에 배치된 파형 핀(8)을 구비하고 있다.

파형 핀(8)은, 납땜이나 접착등에 의해서 편평 튜브(2)에 접합 또는 밀착되어서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 절곡부(21)와 중간 벽부(22)를 번갈아서 배치함으로써 복수의 중간 벽부(22)는 상하 일렬로 형성되고, 그 간극(間隙)을 공기가 통과하는 구성이다. 또한, 각각의 파형 핀(8)에 있어서, 인접하는 2개의 중간 벽부(22)가 이루는 각도 θ는 0.5∼3°로 설정되어 있고, 증발기로서 사용했을 때의 물이 없어지는 성질을 향상시킨다(예로서, 특허문헌 1 참조).

(특허문헌 1)

특개평6-241678호 공보(제2∼5페이지, 제1, 3∼4도)

그러나, 상기한 종래의 구성에서는, 파형 핀(8)의 중간 벽부(22)가 수평면을 이루는 각도는 θ/2, 즉 0.25∼1.5°의 작은 각도이고, 중간 벽부(22)가 대략 수평으로 형성되는 통상의 열교환기에 비하면, 배수성은 다소 향상되어 있지만, 큰 효과는 그다지 기대할 수 없다. 또한, 배수성을 더욱 좋게 하기 위해서, 중간 벽부(22)의 경사각을 이것보다 크게 하는 것도 고려할 수 있지만, 중간 벽부(22)의 경사각이 커지면 핀 피치 L이 커져서, 파형 핀(8)의 전열(傳熱) 면적이 감소하므로, 열교환 능력이 저하하는 과제를 가지고 있었다.

본 발명은, 종래 기술이 갖는 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 응축 성능 및 증발 성능의 양쪽을 향상시키는 동시에, 증발기로서 사용한 경우에, 통과 공기와의 열교환에 의해서 핀 표면에 발생하는 응축수의 배수성을 개선할 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 열교환기의 부분 확대 정면도.

도 2는 본 발명의 실시형태 2에 의한 열교환기의 부분 확대 정면도.

도 3은 도 1 또는 도 2의 열교환기의 파형 핀(corrugated fin)의 공기 통과 방향의 부분 확대 단면도.

도 4는 본 발명의 실시형태 3에 의한 열교환기에 설치된 파형 핀의 공기 통과 방향의 부분 확대 단면도.

도 5는 본 발명의 실시형태 4에 의한 열교환기에 설치된 파형 핀의 공기 통과 방향의 부분 확대 단면도.

도 6은 본 발명 또는 종래의 열교환기의 정면도.

도 7은 도 6의 열교환기의 좌측면도.

도 8은 종래의 열교환기의 부분 확대 정면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2: 편평 튜브 4, 6: 헤더

10, 10A, 10B: 파형 핀 10a, 10b: 사면(斜面)

12, 12A, 12B 루버(louver) 12a: 능선(稜線)

12b: 곡선(谷線)

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명 중에서 청구항 1에 기재된 발명은, 길이 방향을 연직 방향으로 해서 소정의 피치로 서로 평행하게 배치된 복수의 편평 튜브와, 인접하는 편평 튜브 사이에 배치된 복수의 루버 형성면을 갖는 파형 핀을 구비한 열교환기에 있어서, 공기의 주류 방향에 있어서의 상류측으로부터 상기 파형 핀을 보았을 때, 상기 파형 핀의 각각의 루버 형성면이 대략 산형 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 상기 각각의 루버 형성면의 정상의 양측에형성된 2개의 사면(斜面)의 수평면에 대한 경사각을 대략 동일하게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명은, 상기 각각의 루버 형성면의 정상의 양측에 형성된 2개의 사면의 수평면에 대한 경사각이 상이하고, 각각의 루버 형성면의 정상의 한쪽에 형성된 사면의 수평면에 대한 경사각을 상기 각각의 루버 형성면과 인접하는 루버 형성면의 반대측에 형성된 사면의 수평면에 대한 경사각과 동일하게 설정한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 4에 기재된 발명은, 상기 각각의 루버 형성면의 정상의 양측에 형성된 2개의 사면의 수평면에 대한 경사각을 약 5°∼약 45°로 설정한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 5에 기재된 발명은, 상기 각각의 루버 형성면의 정상의 양측에 형성된 2개의 사면의 각각에, 공기의 주류 방향으로 개구하는 복수의 루버를 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 6에 기재된 발명은, 상기 복수의 루버가 핀 기판을 랜싱(lancing)하여 형성되고, 그 루버의 폭을 상기 핀 기판의 폭에 대하여 1:2∼3의 비율로 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 7에 기재된 발명은, 상기 복수의 루버가 공기의 주류 방향과 직교하는 방향으로 연장되는 동시에 공기의 주류 방향으로 번갈아서 형성된 능선과 곡선을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 8에 기재된 발명은, 상기 능선과 곡선에는 슬릿(slit)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명의 열교환기의 기본 구성은, 종래의 기술에서 설명한 도 6 및 도 7에 나타내는 일반적인 열교환기와 대략 동일하므로 그 설명은 생략하고, 본 발명의 특징인 파형 핀의 형상에 대하여 상세하게 설명한다.

(실시형태 1)

도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 의한 열교환기의 부분 확대 정면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 상하에 대략 수평하게 배치된 1쌍의 헤더(4, 6) (도 6 및 도 7 참조)에 양단(상 하단)이 접속된 복수의 편평 튜브(2)의 사이에, 대략 산형(山型) 형상(역 V자 형상)으로 성형된 파형 핀(10)이 설치되어 있다. 또한, 대략 산형 형상으로 성형된 파형 핀(10)의 좌측(공기의 주류 방향의 상류측에서 보아서)의 사면(10a) 및 우측(공기의 주류 방향의 상류측에서 보아서)의 사면(10b)은, 수평면에 대한 경사각가 각각 약 5°∼약 45°가 되도록 형성되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 파형 핀(10)의 2개의 사면(10a, 10b)의 각각에는, 공기의 주류 방향에 대하여 직교하는 방향으로 소정의 폭으로 랜싱하여, 이 랜싱에 의해서 형성된 대상부(帶狀部)를 소정 각도 비틀어서 형성된 공기의 주류 방향으로 개구하는 복수의 루버(12)가 설치되어 있다. 또한, 공기의 주류 방향에 있어서의 상류측의 일련의 루버(12)와 하류측의 일련의 루버(12)는 경사각은 동일하지만, 역방향으로 경사져 있다.

상기의 구성에 있어서, 파형 핀(10)의 대략 산형 형상의 각각의 루버 형성면의 좌우의 사면(10a, 10b)의 수평면에 대한 경사각를 크게 설정하고 있으므로, 증발기로서 사용한 경우, 파형 핀(10)의 표면에 발생하는 응축수는 좌우의 사면(10a, 1Ob)의 표면을 따라서 원활하게 흘러내리는 동시에, 루버(12)의 개구부를 빠져 나가서, 순차적으로 낙하한다. 또한, 핀 피치 Pf를 크게 하지 않고, 대략 산형 형상의 파형 핀(10)의 좌우의 사면(10a, 10b)의 경사각를 크게 할 수 있는 동시에, 파형 핀(10)의 전열 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 온도 경계층 전연(前緣) 효과와 공기류의 교반 효과를 구비하고, 전열 성능이 우수한 루버(12)를 대략 산형 형상의 파형 핀(10)에 설치하도록 했으므로, 본 발명의 열교환기를 응축기, 증발기의 어느 하나에서 사용한 경우에도, 그 열교환 능력을 대폭으로 증대시킬 수 있다.

(실시형태 2)

도 2는, 본 발명의 실시형태 2에 의한 열교환기의 부분 확대 정면도이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 대략 산형 형상으로 성형된 파형 핀(10)의 좌측의 일련의 사면(10a)은, 수평면에 대한 경사각이 번갈아서 상이한 각도, β가 되도록 형성되어 있고,및 β는 각각 약 5°∼약45°의 범위에서,<β가 되도록 설정되어 있다. 마찬가지로, 파형 핀(10)의 우측의 일련의 사면(10b)도, 수평면에 대한 경사각이 번갈아서 상이한 각도, β가 되도록 형성되어 있고,및 β는 각각 약 5°∼약 45°의 범위에서,<β가 되도록 설정되어 있다.

또한, 정상이 동일한 좌측의 사면(10a)과 우측의 사면(10b)을 보았을 경우,수평면에 대한 경사각은 상이하게 되어 있어서, 한 쪽의 경사각이이고, 다른 쪽의 경사각이 β로 되어 있다.

따라서, 하측으로부터(또는 상측으로부터) 순서대로 파형 핀(10)을 따라서 좌우의 사면의 경사각을 보았을 경우, 경사각와 경사각 β가 번갈아서 반복되어 있고, 각각의 루버 형성면의 정상의 한쪽에 형성된 사면의 수평면에 대한 경사각은, 인접하는 루버 형성면의 반대측에 형성된 사면의 수평면에 대한 경사각과 동일하게 설정되어 있다.

또한, 본 실시형태 2에 의한 열교환기에 있어서, 파형 핀(10)에 형성된 루버(12)는, 실시형태 1에 의한 열교환기의 파형 핀(10)에 형성된 도 3에 나타내는 루버(12)와 동일 형상이다.

본 실시형태에 의하면, 대략 산형 형상의 파형 핀(10)의 좌우의 사면(10a, 10b)의 경사각및 β를 크게 설정하고 있으므로, 증발기로서 사용한 경우, 파형 핀(10)의 표면에 발생하는 응축수는 좌우의 사면(10a, 10b)의 표면을 따라서 원활하게 흘러내리는 동시에, 편평 튜브(2)와 파형 핀(10)의 접합부에 생기는 작은 각도(β-)의 영역에 표면장력에 의해서 메니스커스(meniscus) 형상으로 모아진다. 또한, 모아진 응축수는 루버(12)의 개구부를 빠져 나가서, 순차적으로 낙하한다. 또한, 핀 피치 Pf를 크게 하지 않고, 대략 산형 형상의 파형 핀(10)의 좌우의 사면(10a, 10b)의 경사각및 β를 크게 할 수 있는 동시에, 파형 핀(10)의 전열 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 온도 경계층 전연 효과와 공기류의 교반 효과를구비하고, 전열 성능이 우수한 루버(12)를 대략 산형 형상의 파형 핀(10)에 설치하도록 했으므로, 본 발명의 열교환기를 응축기, 증발기의 어느 하나에서 사용한 경우에도, 그 열교환 능력을 대폭으로 증대시킬 수 있다.

(실시형태 3)

도 4는, 본 발명의 실시형태 3에 의한 열교환기에 설치된 파형 핀(10A)의 공기의 주류 방향의 단면도를 나타낸다.

본 실시형태에 있어서는, 파형 핀(10A)의 2개의 사면(10a, 10b)의 각각에는, 공기의 주류 방향에 대하여 직교하는 방향으로 소정의 폭으로 랜싱하여, 이 랜싱에 의해서 형성된 대상부(帶狀部)를 소정의 높이까지 들어 올려서 형성한 공기의 주류 방향으로 개구하는 복수의 루버(12A)가 설치되어 있고, 그 폭을 파형 핀(10A)의 기판의 폭에 대하여 1:2∼3의 비율로 설정하고 있다. 또한, 공기의 주류 방향에 있어서의 상류측의 일련의 루버(12A)와 하류측의 일련의 루버(12A)는 기판으로부터의 높이는 동일하지만, 역방향으로 랜싱되어 있다.

이와 같이 설정함으로써, 온도 경계층 전연 효과를 발휘하고, 전열 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 증발기로서 사용한 경우, 응축수는 루버(랜싱된 조각)(12A)의 개구부를 빠져 나가서, 순차적으로 낙하하므로, 실시형태 1 또는 2의 루버(12)와 동일한 효과를 나타낸다.

(실시형태 4)

도 5는, 본 발명의 실시형태 4에 의한 열교환기에 설치된 파형 핀(10B)의 공기의 주류 방향의 단면도를 나타낸다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 파형 핀(10B)의 2개의 사면(10a, 10b)의 각각에는, 공기의 주류 방향에 대하여 직교하는 방향으로 소정의 폭으로 랜싱하여, 이 랜싱에 의해서 형성된 대상부를 소정 각도 비틀어서 형성된 공기의 주류 방향으로 개구하는 복수의 루버(12B)가 설치되어 있다. 또한, 인접하는 대상부는 역방향으로 비틀려 있으므로, 복수의 루버(12B) 전체에는 공기의 주류 방향과 직교하는 방향으로 연장되는 능선(12a)과 곡선(12b)이 공기의 주류 방향으로 번갈아서 형성되어 있고, 능선(12a)와 곡선(12b)에는 랜싱에 의한 슬릿이 형성되어 있다.

이러한 구성은 온도 경계층의 박리와 재부착을 반복하므로, 전열 성능을 향상시키는 효과를 발휘하고, 또한, 증발기로서 사용한 경우, 응축수는 능선(12a)과 곡선(12b)의 각각의 슬릿을 빠져 나가서, 순차적으로 낙하하므로, 실시형태 1 또는 2의 루버(12)와 동일한 효과를 나타낸다.

본 발명은, 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 이하에 기재되는 바와 같은 효과를 나타낸다.

본 발명에 의한 열교환기에 있어서는, 공기의 주류 방향에 있어서의 상류측에서 파형 핀을 보았을 때, 파형 핀의 각각의 루버 형성면이 대략 산형 형상으로 형성되어 있으므로, 대략 산형 형상의 파형 핀의 좌우의 사면의 경사각을 크게 할 수 있고, 증발기로서 사용한 경우, 통과 공기와의 열교환에 의해서 핀 표면에 발생하는 응축수의 배수성이 대폭 향상된다. 동시에, 밀도가 높은 핀 피치를 유지할 수도 있으므로, 핀의 전열 면적을 증가시킬 수 있고, 열교환기를 응축기 및 증발기의어느 하나에서 사용한 경우에도 열교환 능력을 대폭으로 증대시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 길이 방향을 연직 방향으로 해서 소정의 피치로 서로 평행하게 배치된 복수의 편평 튜브와, 인접하는 편평 튜브 사이에 배치된 복수의 루버 형성면을 갖는 파형 핀을 구비한 열교환기에 있어서,

   공기의 주류 방향에 있어서의 상류측으로부터 상기 파형 핀을 보았을 때, 상기 파형 핀의 각각의 루버 형성면이 대략 산형 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 루버 형성면의 정상의 양측에 형성된 2개의 사면(斜面)의 수평면에 대한 경사각을 대략 동일하게 한 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 각각의 루버 형성면의 정상의 양측에 형성된 2개의 사면의 수평면에 대한 경사각이 상이하고, 각각의 루버 형성면의 정상의 한쪽에 형성된 사면의 수평면에 대한 경사각을 상기 각각의 루버 형성면과 인접하는 루버 형성면의 반대측에 형성된 사면의 수평면에 대한 경사각과 동일하게 설정한 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 루버 형성면의 정상의 양측에 형성된 2개의 사면의 수평면에 대한 경사각을 약 5°∼약 45°로 설정한 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 루버 형성면의 정상의 양측에 형성된 2개의 사면의 각각에, 공기의 주류 방향으로 개구하는 복수의 루버를 설치한 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 루버가 핀 기판을 랜싱(lancing)하여 형성되고, 그 루버의 폭을 상기 핀 기판의 폭에 대하여 1:2∼3의 비율로 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제5항에 있어서, 상기 복수의 루버가 공기의 주류 방향과 직교하는 방향으로 연장되는 동시에 공기의 주류 방향으로 번갈아서 형성된 능선과 곡선을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제7항에 있어서, 상기 능선과 곡선에는 슬릿(slit)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.