KR20050023759A - 착상 지연용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 착상 지연용 열교환기는, 난방운전을 하는 히트 펌프에 있어서, 특히 난방운전시 실외기의 구성요소인 열교환기의 방열 핀 표면에 생성되는 서리의 착상을 지연토록 하는 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 착상 지연용 열교환기는, 핀과 튜브로 이루어진 히트 펌프용 실외기의 열교환기에 있어서, 상기 핀의 전단부와 후단부는 코러게이트 형상으로 하고, 상기 전/후단부 사이는 다수개의 슬릿 형상을 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 착상 지연용 열교환기는, 핀의 전단부에 구비된 코러게이트부에 의하여 서리의 착상을 지연시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 또 다른 효과로서 핀의 중앙부에 구비된 슬릿부에 의하여 튜브사이의 공기 유동 속도를 빠르게 하므로써 열전달 특성을 높히는 효과가 있을 뿐만 아니라, 슬릿 선단부에 서리가 착상되더라도 슬릿부 사이를 통과하는 공기가 루버핀 형상에서의 흐름 형태를 취하게 되므로 공기의 유동이 지속되므로 서리의 착상에도 불구하고 열전달 특성을 유지하면서 상기 열교환기가 장착된 히트펌프는 난방운전을 계속적으로 할수 있어서 사용자로 하여금 쾌적감을 지속적으로 느끼게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

착상 지연용 열교환기{Heat exchanger}

본 발명은, 난방운전을 하는 히트 펌프에 있어서, 특히 난방운전시 실외기의 구성요소인 열교환기의 방열 핀 표면에 생성되는 서리의 착상을 지연토록 하는 장치에 관한 것으로서, 핀의 전단부에 구비된 코러게이트부에 의하여서는 서리의 착상을 지연시키고, 핀의 중앙부에 구비된 슬릿부에 의하여서는 튜브사이의 공기 유동 속도를 빠르게 하므로써 열전달 특성을 높히는 효과가 있을 뿐만 아니라, 슬릿 선단부에 서리가 착상되더라도 슬릿부 사이를 통과하는 공기가 루버핀 형상에서의 흐름 형태를 취하게 되므로 공기의 유동을 지속시키므로 서리의 착상에도 불구하고 열전달 특성을 유지하면서 상기 열교환기가 장착된 히트펌프가 난방운전을 계속적으로 할 수 있어 사용자로 하여금 쾌적감을 지속적으로 느끼게 할수 있도록 하는 착상 지연용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 열펌프식 냉난방 장치는 실내 온도가 고온일 경우에는 냉방기로 사용하게 되고, 반대로 실내 온도가 저온일 경우에는 난방기로 사용케 되어 난방 운전을 하게 된다. 이때 난방 운전을 하는 경우에는 실외기의 열교환기는 증발기로서 작동하게 된다.

도 1은 열펌프식 냉난방 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 먼저 열펌프식 냉난방 장치가 냉방 운전되는 때에는 압축기(1)에서 토출된 냉매가스가 오일 분리기(2)에서 오일과 분리되며, 이렇게 분리된 냉매 가스는 사방 밸브(3)를 지나 실외 열교환기(4)로 유입된 후, 팽창 밸브(5)를 거치면서 저온 저압의 냉매 상태로 변화되어 실내 열교환기(6)로 유입된다. 그리고, 상기 실내 열교환기(6)에서 증발된 냉매 가스는 실내 공기와 열 교환된 후, 사방 밸브(3)를 통해 어큐뮬레이터(Accumulator)(7)로 유입되며, 이렇게 어큐뮬레이터(Accumulator)로 유입된 냉매 가스는 압축기(1)로 흡입되면서 연속적으로 순환하게 된다.

다음, 열펌프식 냉난방 장치가 난방 운전되는 때에는 상기 압축기(1)에서 토출된 냉매 가스가 오일 분리기(2)를 지나면서 오일과 분리되며, 이 냉매 가스는 사방 밸브(3)를 거쳐 실내 열교환기(6)로 지나면서 응축되어 실내 공기와 열 교환되고, 이후 냉매는 팽창 밸브(5)를지나면서 저온 저압의 냉매 상태로 변화되어 실외 열교환기(4)를 지나면서 증발된다. 이렇게 증발된 냉매 가스는 사방 밸브(3)를 거쳐 어큐뮬레이터(Accumulator)로 유입된 후, 압축기(1)로 흡입되면서 순환하게 된다.

도 2는 종래 기술에 따른 실외기의 주요 구성품을 나타내는 배치도이고, 도 3은 평판 핀 표면에 서리가 착상한 것을 나타내는 도면이다.

이들 도면을 참조하면, 실외 열교환기(4)는 냉매와 외부 공기사이에 열교환을 하는 열교환기(8), 상기 열교환기(8)의 열교환을 원활히 하도록 상기 열교환기 (8)에 외부 공기를 공급해주는 팬(9)등으로 구성된다.

이때 상기의 팬(9)에서 공급되는 외부 공기는 열교환기(8)의 튜브(10)상에 고정된 평판 핀(11)과 평판 핀(11) 사이의 유로를 통과하게 된다. 이때 상기의 실외기가 난방 운전 모드로 작동되는 때에는 상기 열교환기(8)의 튜브(10)에 부착 고정되어 있는 평판 핀(11)의 표면에는 서리가 생성되게 되는데, 이때 상기 평판 핀(11)에 착상되는 서리는 상기 평판 핀(11)의 전단부에서 많이 착상되게 되고 후단부는 적게 착상되게 된다.

도 4는 종래 기술에 따른 코러게이트핀 타잎의 열교환기를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 코러게이트핀 타잎의 열교환기는 W자 형태로 형성된 다수의 코러게이트 핀(12)상에 다수의 튜브(10)가 설치된 구조로 되어 있다.

특히, 상기 코러게이트 핀(12)의 경우, 전체 형상이 "W"자와 같이 산부인 고점부(13)와 골부인 저점부(14)가 연속적으로 형성된 구조로 이루어져 있으면서 상기 코러게이트 핀(12)에는 튜브 삽입구(미도시)를 통해 삽착된 튜브(10)를 지지 고정할 수 있도록 관통된 핀 칼라(16)가 일정높이로 돌출 형성되어 있으며, 상기 핀 칼라 외주면 하단에는 코러게이트 핀(12)의 제작시 상기 핀 칼라가 튜브 삽입구와 동심을 이루면서 일정높이로 돌출될 수 있도록 함과 동시에, 공기가 튜브(10) 주위를 감싸는 형태로 유동될 수 있도록 상기 핀 칼라에 대해 동심원 형태의 시이트(15)가 형성되어 있다.

또한, 상기 시이트(15)와 상기 코러게이트 핀(12)의 저점부(13)가 서로 동일한 높이로 형성되어 있어, 전체적으로 상기 코러게이트 핀(12)의 고점부 높이와 저점부 높이가 상호 동일한 높이로 이루어져 있다.

이와 같이 상기 코러게이트 핀(12)의 고점부 높이와 저점부 높이가 상호 동일한 높이로 구성된 종래 열교환기(8)로 공기가 유입되게 되면, 코러게이트 핀(12) 표면에 생기는 서리의 두께는 코러게이트 핀(12) 표면에서의 열전달에 비례하게 되고, 튜브(10)와 튜브(10) 사이 영역에서는 유동중인 공기의 속도가 증가하는 고속류가 발생하고, 이로 인하여 열전달계수가 증가하게 되면서 코러게이트 핀(12) 표면에 형성되는 서리층이 빠르게 성장하게 된다.

이와 같이 코러게이트 핀(12) 표면에 서리층이 성장하게 되면, 코러게이트 핀(12)과 소정간격으로 이격된 코러게이트 핀(12) 사이 거리인 공기 통과 면적이 감소하게 되고, 상기와 같이 감소된 공기 통과 면적에 의해 공기의 유속이 더욱 증가되는 현상이 발생하게 되면서 이에 대한 공기의 압력손실은 시간에 따라 증가함과 아울러, 열교환기의 전열량 역시 크게 감소하게 되는 커다란 문제점이 있었다.

이와같이 종래의 기술에 따른 평판 핀 또는 코러게이트 핀이 구비된 열교환기에 있어서는 열전달 능력이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 슬릿 핀 타잎의 열교환기가 제안되었다.

도 5는 종래 기술에 따른 슬릿 핀 타잎 열교환기의 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 5에 따르면, 슬릿 핀 타잎의 열교환기는 튜브와 결합되어 열전달을 하는 핀의 형상이 튜브와 튜브사이에 다수개의 슬릿을 구비한 것이 특징인바, 이와같이 슬릿을 구비한 열교환기에 있어서는 흡입공기가 슬릿핀의 전단부에 흡입되어 후단부로 토출됨에 있어서 슬릿핀과 흡입공기간의 열전달이 원활하게 이루어지게 되는 반면, 이에 따라서 전단부로부터 첫번째 슬릿에서 두번째 슬릿의 선단에 이르기까지 서리의 착상이 심하게 이루어지게 되고, 따라서 착상되고 성장한 서리에 의하여 슬릿과 슬릿 사이에서의 흡입공기의 흐름이 저항을 받게되어 급기야 열전달 능력이 급격하게 저하되는 문제점이 있엇다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 서리의 착상을 지연시키고 튜브와 튜브사이의 공기 유동 속도를 빠르게 하므로써 열전달 특성을 높힐 뿐만 아니라, 슬릿 선단부에 서리가 착상되더라도 슬릿부 사이를 통과하는 공기의 유동을 지속시키므로써 열전달 특성을 유지할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착상 지연용 열교환기는, 핀과 튜브로 이루어진 히트 펌프용 실외기의 열교환기에 있어서, 상기 핀의 전단부와 후단부는 코러게이트형상으로 하고, 상기 전/후단부 사이는 다수개의 슬릿 형상을 한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 착상 지연용 열교환기의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 핀의 형상을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 서리 착상상태에서의 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.

이들 도면을 참조하면, 핀과 튜브로 이루어진 히트 펌프용 실외기의 열교환기에 있어서, 코러게이트핀과 슬릿 핀이 복합형으로 결합되어 형성된 것으로, 본 발명에 따른 열교환기의 핀의 전단부와 후단부는 각각 코러게이트 형상으로 하고, 상기 코러게이트형상의 전/후단부 사이인 중앙부는 다수개의 슬릿 형상을 하도록 복합형으로 구성한 것이 특징이다.

즉, 본 발명에 따른 열교환기의 핀에 따르면, 복합형 핀(19)의 열교환기(8)로 공기가 유입되게 되면, 코러게이트부(21) 표면에 생기는 서리의 두께는 코러게이트부(21) 표면에서의 열전달에 비례하게 되고, 튜브(10)와 튜브(10) 사이 영역에서는 유동중인 공기의 속도가 증가하는 고속류가 발생하고, 이로 인하여 열전달계수가 증가하게 되면서 코러게이트부(21) 표면에 서리층이 다소 성장하게 되나, 상기 코러게이트 형상의 전/후단부 사이인 중앙부에 형성된 다수개의 슬릿 형상의 슬릿부(20)에서는 유입된 흡입공기가 슬릿핀의 전단부에 흡입되어 후단부로 토출됨에 있어서 슬릿핀과 흡입공기간의 열전달이 원활하게 이루어지게 되며, 전단부로부터 첫번째 슬릿에서 두번째 슬릿의 선단에 이르기까지 서리의 착상이 다소 많이 이루어지게 되지만 성장한 서리에 의하여 슬릿과 슬릿 사이에서의 흡입공기의 흐름이 저항을 받게 되더라도 슬릿부 사이를 통과하는 공기가 루버핀 형상에서의 흐름 형태를 취하게 되어 공기의 유동이 지속되게 되므로, 서리의 착상에도 불구하고 상기 열교환기가 장착된 히트펌프는 난방운전을 계속적으로 할수 있게 된다.

이는 전단부로부터 첫번째 슬릿에서 두번째 슬릿의 선단에 이르기까지 서리의 착상이 많이 이루어지게 되어 공기가 흐르도록 하는 유로가 막히게 되는 구간(도 7의 C)이 발생한다 하더라도, 또 다른 공간(도 7의 B)에서는 슬릿부 사이를 통과하는 공기가 루버핀 형상에서의 흐름 형태를 취하게 되어 공기의 유로가 그대로 유지 되고, 흡입공기가 상기 공간(도 7의 B)을 잘 통과하게 된다.

따라서 본 발명에 따른 복합형 핀이 적용된 열교환기에 있어서는 흡입공기가 그 공기유로를 잘 유지하므로서 공기의 유동이 지속되게 되어 열전달 특성이 매우 뛰어나게 된다.

본 발명에 따른 착상 지연용 열교환기는, 핀의 전단부에 구비된 코러게이트부에 의하여 서리의 착상을 지연시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 또 다른 효과로서 핀의 중앙부에 구비된 슬릿부에 의하여 튜브사이의 공기 유동 속도를 빠르게 하므로써 열전달 특성을 높히는 효과가 있을 뿐만 아니라, 슬릿 선단부에 서리가 착상되더라도 슬릿부 사이를 통과하는 공기가 루버핀 형태에서의 흐름 형태를 취하게 되므로 공기의 유동이 지속되므로 서리의 착상에도 불구하고 열전달 특성을 유지하면서 상기 열교환기가 장착된 히트펌프는 난방운전을 계속적으로 할 수 있어서 사용자로 하여금 쾌적감을 지속적으로 느끼게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 히트 펌프식 냉난방 장치를 개략적으로 나타낸 구성도.

도 2는 종래 기술에 따른 실외기의 주요 구성품을 나타내는 배치도.

도 3은 평판 핀 표면에 서리가 착상한 것을 나타내는 도면.

도 4는 종래 기술에 따른 코러게이트 핀 타잎의 열교환기를 나타낸 도면.

도 5는 종래 기술에 따른 슬릿 핀 타잎 열교환기의 공기의 흐름을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 핀의 형상을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 서리 착상상태에서의 공기의 흐름을 나타낸 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 압축기 2 : 오일분리기 3 : 사방밸브

4 : 실외열교환기 5 : 팽창밸브 6 : 실내 열교환기

7 : 어큐뮬레이터 8 : 열교환기 9 : 팬

10 : 튜브 11 : 평판 핀 12 : 코러게이트 핀

13 : 고점부 14 : 저점부 15 : 시이트

16 : 핀 칼라 17 : 슬릿 핀 18 : 슬릿

19 : 복합형 핀 20 : 슬릿부 21 : 코러게이트부

Claims (3)

1. 핀과 튜브로 이루어진 히트 펌프용 실외기의 열교환기에 있어서,

   상기 핀의 전단부와 후단부는 코러게이트형상으로 하고, 상기 코러게이트형상의 전/후단부 사이는 다수개의 슬릿 형상을 한 것을 특징으로 하는 착상 지연용 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 슬릿 형상을 한 부위는 튜브와 튜브 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 착상 지연용 열교환기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 슬릿의 높이는 핀 표면에서 상/하로 핀과 핀사이의 핏치의 1/3정도로 하는 것을 특징으로 하는 착상 지연용 열교환기.