KR20040082215A - 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조에 관한 것으로, 본 발명은 냉매를 안내하는 냉매관과, 냉매관의 외주면에 일체로 연장되는 핀형성부에 루버링 가공으로 연속 형성하여 액냉매를 기화시키는 다수 개의 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 증발기에 있어서, 냉각핀은 공기의 유동방향을 기준으로 도입측은 전후간 일직선상에 배열하는 반면 도출측은 전후간 지그재그 모양으로 교번되게 배열함으로써, 도입측에서는 공기가 빠르게 통과하도록 하여 착상 지연 효과를 높이는 반면 도출측에서는 공기가 냉각핀과 넓게 접촉하도록 하여 냉각성능을 높일 수 있다. 또, 도입측의 냉각핀을 도출측의 냉각핀 보다 더 크게 굽히는 경우에는 도입측에서의 착상 지연 효과와 도출측에서의 냉각성능 향상 효과를 한층 더 높일 수 있다.

Description

핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조{COOLING FIN ARRANGEMENT STRUCTURE FOR FIN AND TUBE SOLID TYPE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 핀-튜브 일체형 열교환기에 관한 것으로, 특히 냉각핀의 배열을 조절하여 공기의 유동을 원활하게 하면서도 열교환 성능을 높일 수 있는 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 압축기와 응축기와 팽창변 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.

열교환기는 그 형상에 따라 구분할 수 있는데, 그 중 가장 널리 알려진 열교환기로는 냉매관에 다수 개의 냉각핀을 삽입하는 이른 바 '핀-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.

하지만 이러한 열교환기는 냉각핀을 별도로 제작하여 냉매관에 후조립하여야 하므로 제작공정이 복잡하고 난해하여 본 출원인은 냉각핀을 냉매관과 함께 일체로 압출하여 제작하는 '핀-튜브 일체형 열교환기'를 2003년 3월 13일자(출원번호:03특15824)로 선출원한 바 있다.

도 1은 선출원한 핀-튜브 일체형 증발기의 일례를 보인 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이 선출원한 핀-튜브 일체형 증발기는, 입구를 팽창변의 출구에 연결하고 출구를 압축기의 입구에 연결하여 냉매를 압축기로 유도하는 냉매관(1)과, 냉매관(1)에 일체로 압출한 후 루버링 가공을 통해 형성하는 냉각핀(2)과, 냉매관(2)의 좌우 양측에 배치하여 상기 냉매관(1)을 삽입 지지하는 냉매관 지지대(3)로 구성하고 있다.

냉매관(1)은 소정의 직경을 가지는 정원형 단면 형상의 원형관으로 형성하여 복열로 압출하는 복수 개의 관부(1a)와, 관부(1a) 사이에 연결하여 상기 관부(1a)와 함께 사각판 단면 모양으로 압출한 후 루버링 가공을 통해 상기한 냉각핀(2)을 길이방향으로 연속 형성하는 핀형성부(1b)로 이루어져 있다.

관부(1a)의 외주면과 내주면은 모두 표면이 매끄러운 평활관 모양으로 형성하고 있다.

또, 냉매관(1)은 냉각핀(2)을 형성한 후 공기의 유동방향에 교차하는 직선부(1c)와, 이 직선부(1c)에 연속으로 굽혀 다음 직선부(1c)와 연결하는 곡선부(1d)로 이루어지도록 지그재그 모양으로 형성하고 있다.

냉각핀(2)은 냉매관(1)의 핀형성부(1b) 중앙에 공기가 냉매관(1)의 하단에서 상단 방향으로 통과할 수 있도록 루버링 가공을 통해 냉매관(1)의 길이방향을 따라 다수 개를 연속하여 형성하고 있다.

또, 냉각핀(2)은 도 2에서와 같이 공기와의 접촉면적을 넓히기 위하여 공기의 유동방향을 기준으로 하단에서 상단으로 지그재그 모양으로 배열하고 있다.

냉매관 지지대(3)는 복수 개의 지지대몸체(3a)를 측면투영시 사각형 모양으로 형성하고, 양쪽 지지대몸체(3a)에는 냉매관(1)의 곡선부(1d)를 끼워 고정하기 위한 여러 개의 냉매관 장착구멍(3b)을 상하 방향으로 관통 형성하고 있다.

상기와 같은 선출원한 핀-튜브 일체형 증발기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 압축기와 응축기와 그리고 팽창변을 거치면서 기체상태에서 액체상태로변한 냉매가 증발기로 유입하면, 이 냉매는 냉매관(1)을 통과하는 중에 냉매관(1)과 냉각핀(2)을 통해 주변과 열교환하면서 열을 흡수하여 기화한 후 상기 냉매관(1)을 따라 직선부(1c)와 곡선부(1d)를 거치면서 압축기로 흡입되는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 공기는 도 2에서와 같이 증발기의 하단에서 상단으로 이동하게 되는데, 냉각핀(2)이 하단에서 상단 방향으로 가면서 지그재그 모양으로 형성됨에 따라 공기 역시 냉각핀(2)의 배열 상태를 따라 지그재그 모양으로 이동하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 선출원한 핀-튜브형 증발기에 있어서는, 도입측의 열교환 성능이 도출측의 열교환 성능에 비해 상대적으로 우수할 뿐만 아니라 이 도입측과 접촉하는 공기에는 많은 양의 습기를 함유함에도 불구하고 냉각핀(2)을 전체적으로 지그재그 모양으로 배열 형성함에 따라 증발기의 도입측에서 심한 착상 현상이 유발되고 이로 인해 증발기의 공기유로가 막혀 열교환 성능이 저하되는 것은 물론 이를 냉장고에 장착하는 경우 착상을 제거하기 위해 자주 제상운전을 실시하여야 하므로 냉장고의 냉각성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 선출원한 증발기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 공기의 유동을 원활하게 하면서도 높은 열전달 성능은 유지할 수 있는 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 선출원한 핀-튜브형의 증발기를 보인 사시도,

도 2는 선출원한 증발기에서 냉각핀의 배열 상태를 보인 정면도,

도 3은 본 발명 증발기에서 냉각핀의 배열 상태를 보인 정면도,

도 4는 도 3의 "A"부를 보인 확대도,

도 5는 본 발명 증발기에서 냉각핀의 변형예를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

11 : 냉매관 11a : 관부

11b : 핀형성부 12 : 냉각핀

13 : 냉매관 지지대

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉매를 안내하는 냉매관과, 냉매관의 외주면에 일체로 연장되는 핀형성부에 루버링 가공으로 연속 형성하여 액냉매를 기화시키는 다수 개의 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 증발기에 있어서, 냉각핀은 공기의 유동방향을 기준으로 도입측은 전후간 일직선상에 배열하는 반면 도출측은 전후간 지그재그 모양으로 교번되게 배열하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 증발기에서 냉각핀의 배열 상태를 보인 정면도이고, 도 4는 도 3의 "A"부를 보인 확대도이며, 도 6은 본 발명 증발기에서 냉각핀의 변형예를 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 증발기(10)는, 응축기(미도시) 또는 팽창변(미도시)의 출구에 입구를 연결하는 동시에 압축기(미도시)의 입구에 출구를 연결하는 냉매관(11)과, 냉매관(11)에 일체로 연장한 핀형성부(11b)에 루버링 가공하여 형성하는 다수 개의 냉각핀(12)과, 냉매관(11)의 좌우 양측에 배치하여 상기 냉매관(11)을 삽입 지지하는 냉매관 지지대(13)로 구성한다.

냉매관(11)은 소정의 직경을 가지는 정원형 단면 형상의 원형관으로 형성하여 복열로 압출한 후 지그재그 모양으로 굽혀 형성하는 것으로, 냉매를 안내하도록 원형관 단면 형상으로 형성하는 복수 개의 관부(11a)와, 관부(11a) 사이에 일체로 연장하여 연결하도록 사각판 단면 형상으로 형성하는 핀형성부(11b)로 이루어진다.

냉각핀(12)은 냉매관(11)의 핀형성부(11b) 중앙에 공기가 냉매관(11)의 하단에서 상단 방향으로 통과할 수 있도록 루버링 가공을 통해 상기 냉매관(11)의 길이방향을 따라 다수 개를 연속하여 형성한다.

또, 냉각핀(12)은 도 3 및 도 4에서와 같이 공기의 유동방향을 기준으로 할 때 도입측에 해당하는 증발기의 하반부는 공기의 원활한 유동을 위하여 전후간 일직선상에 배열되는 반면, 도출측에 해당하는 증발기의 상반부는 공기와의 폭넓은 접촉을 위하여 전후간 지그재그로 배열되도록 형성한다.

또, 냉각핀(12)은 굽힘 장치나 굽힘 방법에 따라 상이할 수는 있으나 공기의 유동저항과 접촉면적을 고려하여 정면투영시 대략 75°~ 90°정도로 굽혀 형성한다.

여기서, 냉각핀(12)은 도입측과 도출측의 굽힘 각도를 달리 형성할 수도 있는데, 예컨대 도 5에서와 같이 도입측은 공기가 원활하게 유동할 수 있도록 굽힘 각도(약 90°)를 크게 형성하는 반면 도출측은 공기와의 접촉면적을 넓힐 수 있도록 굽힘 각도(약 75°)를 상대적으로 작게 형성할 수도 있다.

냉매관 지지대(13)는 복수 개의 지지대몸체(13a)를 측면투영시 사각형 모양으로 형성하고, 양쪽 지지대몸체(13a)에는 냉매관(11)의 곡선부(11d)를 끼워 고정하기 위한 여러 개의 냉매관 장착구멍(13b)을 상하 방향으로 관통 형성한다.

상기와 같은 본 발명 핀-튜브형 증발기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 압축기(미도시)에서 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하면 이 냉매는 응축기(미도시)를 거치면서 고온고압의 냉매를 열교환하여 고온고압의 액체상태로 변환하고, 이 냉매는 팽창변(미도시)을 거치면서 저온저압의 액체상태로 변환하며, 이 냉매는 증발기(10)를 거치면서 다시 저온저압의 기체냉매로 전환하여 압축기로 복귀하는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 공기는 증발기(10)의 하단에서 상단으로 이동하면서 냉매관(11) 및 냉각핀(12)과 접촉하여 열교환을 하게 되는데, 도 4에서와 같이 증발기(10)의 냉각핀(12)이 도입측에서는 전후간 일직선상에 배열되는 반면 도출측에서는 공기의 유동방향과 교차하도록 전후간 지그재그 모양으로 배열함에 따라 공기는 도입측에서는 빠르게 유동하는 반면 도출측에서는 냉각핀(12)에 막혀 상대적으로 느리게 유동하게 된다.

이때, 도입측에서는 공기가 많은 습기를 함유하고 있어 냉매관(11)이나 냉각핀(12)에 쉽게 착상할 수 있으나 냉각핀(12)을 상하간 일직선상에 배열함에 따라 공기가 빠르게 통과하여 도입측에서의 착상을 지연시키는 반면, 도출측에서는 공기가 상대적으로 적은 습기를 함유하고 있어 냉각핀(12)을 상하간 지그재그 모양으로 배열하여 공기가 느리게 유동하더라도 심하게 착상되지는 않고 오히려 냉각핀(12)과의 접촉면적이 늘어나 증발기의 냉각성능을 높일 수 있다.

또, 증발기(10)의 도입측에 배치하는 냉각핀(12)의 굽힘 각도를 도출측에 배치하는 냉각핀(12)의 굽힘 각도 보다 크게 형성하는 경우에는 상기한 도입측에서의 착상 지연 효과와 도출측에서의 냉각성능 향상 효과를 한층 더 높일 수 있다.

본 발명에 의한 핀-튜브 일체형 증발기의 냉각핀 배열 구조는, 공기의 유동방향을 기준으로 도입측의 냉각핀은 전후간 일직선상에 배열하는 반면 도출측의 냉각핀은 전후간 지그재그 모양으로 교번되게 배열함으로써, 도입측에서는 공기가 빠르게 통과하도록 하여 착상 지연 효과를 높이는 반면 도출측에서는 공기가 냉각핀과 넓게 접촉하도록 하여 냉각성능을 높일 수 있다.

또, 도입측의 냉각핀을 도출측의 냉각핀 보다 더 크게 굽히는 경우에는 도입측에서의 착상 지연 효과와 도출측에서의 냉각성능 향상 효과를 한층 더 높일 수 있다.

Claims (3)

1. 냉매를 안내하는 냉매관과, 냉매관의 외주면에 일체로 연장되는 핀형성부에 루버링 가공으로 연속 형성하여 액냉매를 기화시키는 다수 개의 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 증발기에 있어서,

   냉각핀은 공기의 유동방향을 기준으로 도입측은 전후간 일직선상에 배열하는 반면 도출측은 전후간 지그재그 모양으로 교번되게 배열하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조.
2. 제1항에 있어서,

   냉각핀은 도출측 굽힘 각도보다 도입측 굽힘 각도를 더 크게 형성하여 배열하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조.
3. 제2항에 있어서,

   냉각핀은 공기의 유동저항과 접촉면적을 고려하여 정면투영시 대략 75°~ 90°정도로 형성하여 배열하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉각핀 배열 구조.