KR20050026640A - 열교환기 - Google Patents

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    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 이는 고점부와 저점부가 연속적으로 이루어진 핀(Corrugate Fin)의 단면 중 중앙측엔 상기 저점부와 동일각도를 이루는 최고점부를 형성하고, 상기 최고점부 양단엔 공기의 유동을 교란(변화)시켜 열전달을 촉진시키기 위한 새로운 고점부를 형성시키므로서, 공기의 유동방향을 기준으로 공기의 입/출구측인 종래 핀의 전방 고점부 상측 선단과 후방 고점부 하측 선단에서의 미약한 열전달 상태를 개선하여 상기 새로운 고점부를 통해 공기와의 열교환이 원활히 이루어지면서 전체적인 열교환 효율이 향상되게 되는 탁월한 효과가 있다.

Description

열교환기{Heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기의 유동방향을 기준으로 공기의 입/출구측인 종래 핀의 전방 고점부 상측 선단과 후방 고점부 하측 선단에서의 미약한 열전달 상태를 개선하여 공기와의 열교환이 원활히 이루어지면서 전체적인 열교환 효율이 향상될 수 있도록 고점부와 저점부가 연속적으로 이루어진 핀의 단면 중 중앙측엔 상기 저점부와 동일각도를 이루는 최고점부를 형성하고, 상기 최고점부 양단엔 공기의 유동을 교란(변화)시켜 열전달을 촉진시키기 위한 새로운 고점부를 형성하여 구성한 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 공기조화기 등에 설치되어 냉매와 공기의 열교환이 이루어지도록 하는 장치로서, 핀-튜브 형태의 열교환기가 주류를 이루고 있으며, 특히 냉매가 유동하는 튜브에 설치되는 핀으로는 핀 표면에 잘라 올려진 면을 갖는 슬릿핀(Slit Fin)과, 핀의 일부를 잘라 경사지게 한 루버핀(Louver Fin), 그리고 핀의 형상이 "W"자로 형성된 코러게이트 핀(Corrugate Fin) 등이 있다.
상기와 같은 핀들 중 코러게이트 핀(이하, 핀이라 함)이 설치된 열교환기(1)에 대하여 설명하면, 이는 도 1 에 도시한 바와 같이, W자 형태로 형성된 다수의 핀(10)상에 다수의 튜브(30)가 설치된 구조로 되어 있다.
특히, 상기 핀(10)의 경우, 전체 형상이 "W"자와 같이 산부인 고점부(12)와 골부인 저점부(14)가 연속적으로 형성된 구조로 이루어져 있으면서 상기 핀(10)에는 튜브 삽입구(16a)를 통해 삽착된 튜브(30)를 지지 고정할 수 있도록 관통된 핀 칼라(16)가 일정높이로 돌출 형성되어 있으며, 상기 핀 칼라(16) 외주면 하단에는 핀(10)의 제작시 상기 핀 칼라(16)가 튜브 삽입구(16a)와 동심을 이루면서 일정높이로 돌출될 수 있도록 함과 동시에, 공기가 튜브(30) 주위를 감싸는 형태로 유동될 수 있도록 상기 핀 칼라(16)에 대해 동심원 형태의 시이트(18)가 형성되어 있다.
상기 시이트(18) 둘레에는 튜브(30) 주위를 감싸면서 유동중인 공기가 상기 튜브(30) 주위를 벗어나지 못하도록 고점부 경사면(20)이 형성되어 있는데, 이 때 상기 고점부 경사면(20)은 상기 시이트(18)에서 핀(10)의 산부인 각 고점부(12)로 소정각도 경사져 있다.
또한, 상기 시이트(18)와 상기 핀(10)의 저점부(14)가 서로 동일한 높이로 형성되어 있어, 전체적으로 상기 핀(10)의 고점부(12) 높이(H1)와 저점부(14) 높이(H2)가 상호 동일한 높이로 이루어져 있다.
이와 같이 상기 핀(10)의 고점부(12) 높이(H1)와 저점부(14) 높이(H2)가 상호 동일한 높이로 구성된 종래 열교환기(1)로 공기가 유입되게 되면, 핀(10) 표면에 생기는 서리의 두께는 핀(10) 표면에서의 열전달에 비례하게 되고, 튜브(30)와 튜브(30) 사이 영역에서는 공기의 통과면적이 작아져 공기의 유동속도가 빨라지는 고속류가 발생하게 되면서 이로 인한 열전달계수가 증가하게 되어 핀(10) 표면에 형성되는 서리층이 빠르게 성장하게 된다.
이와 같이 핀(10) 표면에 서리층이 성장하게 되면, 핀(10)과 소정간격으로 이격된 핀(10) 사이 거리인 공기통과면적이 감소하게 되고, 상기와 같이 감소된 공기통과면적에 의해 공기의 유속이 더욱 증가되는 현상이 발생하게 되면서 이에 대한 공기의 압력손실은 시간에 따라 포물선 형태로 증가함과 아울러, 열교환기(1)의 전열량 역시 크게 감소하게 되는 등의 단점이 있기는 하지만, 상기와 같은 단점은 핀(10)의 고점부(12) 또는 저점부(14)의 높이(H1)(H2)를 조절하여 상기 고점부(12)와 저점부(14)의 높이(H1)(H2)차를 통해 극복할 수가 있다.
그러나, 공기의 유동방향을 기준으로 공기의 입/출구측인 핀(10)의 전방 고점부(12a) 상측 선단(13a)과 후방 고점부(12b) 하측 선단(13b)의 경우, 냉매가 유동하는 튜브(30)와 가장 멀리 떨어져 있어 냉매열이 많이 전달되는 튜브(30) 및 상기 튜브(30)와 바로 인접된 부분의 열전달 상태에 비해 상기 전방 고점부(12a) 및 후방 고점부(12b)의 상/하측 선단(13a)(13b)에서 공기로의 열전달이 매우 취약해 전체적인 열교환기(1)의 열교환 효율이 저하되게 되는 커다란 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 고점부와 저점부가 연속적으로 이루어진 핀의 단면 중 중앙측엔 상기 저점부와 동일각도를 이루는 최고점부를 형성하고, 상기 최고점부 양단엔 공기의 유동을 교란(변화)시켜 열전달을 촉진시키기 위한 새로운 고점부를 형성시키므로서, 공기의 유동방향을 기준으로 공기의 입/출구측인 종래 핀의 전방 고점부 상측 선단과 후방 고점부 하측 선단에서의 미약한 열전달 상태를 개선하여 상기 새로운 고점부를 통해 공기와의 열교환이 원활히 이루어지면서 전체적인 열교환 효율이 향상되도록 하는데 그 목적이 있다.
이러한 본 발명의 목적은, 고점부와 저점부가 연속적으로 이루어진 핀의 단면 중 중앙측엔 상기 저점부와 동일각도를 이루는 최고점부를 형성하고, 상기 최고점부 양단엔 공기의 유동을 교란(변화)시켜 열전달을 촉진시키기 위한 새로운 고점부를 형성시킨 본 발명의 열교환기에 의해 해결될 수 있는 바, 이하 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명한다.
도 5 는 본 발명에 따른 핀의 사시도를 나타낸 것이고, 도 6 은 본 발명에 따른 핀의 A-A' 단면도를 나타낸 것이며, 도 7 은 본 발명에 따른 핀의 정면도 및 배면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 열교환기는, 고점부와 저점부(114)를 동일높이로 하여 상기 고점부와 저점부(114)가 연속적으로 형성된 다수의 핀(110)과, 상기 핀(110) 상에 다수 설치되는 튜브(30)로 이루어진 열교환기에 있어서;
상기 저점부(114)와 동일각도를 이뤄 핀(110)의 단면 중 중앙측에 최고점인 제 2 고점부(112a)를 형성하고, 상기 제 2 고점부(112a) 양단에 공기의 유동을 교란(변화)시켜 열전달을 촉진시키기 위한 제 1 고점부(112b)와 제 3 고점부(112c)를 각각 형성시킨 구성이다.
이하, 본 발명의 열교환기에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 열교환기는, 공기의 유동방향을 기준으로 공기의 입/출구측인 종래 핀(10)의 전방 고점부(12a) 상측 선단(13a)과 후방 고점부(12b) 하측 선단(13b)에서의 미약한 열전달 상태를 개선하여 전체적인 열교환 효율이 향상될 수 있도록 하기 위하여, 종래 열전달이 미약했던 핀(10)의 전방 고점부(12a) 상측 선단(13a)과 후방 고점부(12b) 하측 선단(13b)에 공기의 유동을 교란시켜 열전달을 촉진시키기 위한 새로운 고점부(제 1, 3 고점부)(112b)(112c)를 각각 형성하고, 상기 각 고점부(112b)(112c) 사이에 종래 저점부(14)와 동일각도를 이루는 최고점부(112a)를 형성시킨 것으로서, 이에 대한 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명과 전술한 종래와의 동일 구성에 대해서는 동일부호를 적용하기로 한다.
본 발명의 열교환기는, 도 5 내지 도 7 에 도시한 바와 같이, 고점부와 저점부(114)를 동일높이로 하여 상기 고점부와 저점부(114)가 연속적으로 형성된 다수의 핀(110)과, 상기 핀(110) 상에 다수 설치되는 튜브(30)로 이루어진 열교환기에 있어서;
상기 저점부(114)와 동일각도를 이뤄 핀(110)의 단면 중 중앙측에 최고점인 제 2 고점부(112a)를 형성하고, 상기 제 2 고점부(112a) 양단에 공기의 유동을 교란(변화)시켜 열전달을 촉진시키기 위한 제 1 고점부(112b)와 제 3 고점부(112c)를 각각 형성시킨 구성이다.
이 때, 상기 제 2 고점부(112a) 양단 즉, 공기가 유입되는 방향을 기준으로 핀(110)의 전단부와 후단부에 각각 형성된 제 1 고점부(112b)와 제 3 고점부(112c)는 상호 동일높이로 형성되어 있다.
또한, 상기 제 1 고점부(112b) 및 제 3 고점부(112c)는 최고점인 제 2 고점부(112a)의 30∼60% 높이로 형성되어 있다.
그리고, 상기 핀(110)의 제 2 고점부(112a)에는 튜브 삽입구(116a)를 통해 상기 핀(110) 상에 삽착된 튜브(30)를 지지 고정할 수 있도록 관통된 핀 칼라(116)가 일정높이로 돌출되어 일정간격으로 형성되어 있다.
또한, 상기 핀 칼라(116) 외주면 하단에는 핀(110)의 제작시 상기 핀 칼라(116)가 튜브 삽입구(116a)와 동심을 이루면서 일정높이로 돌출될 수 있도록 함과 동시에, 공기가 튜브(30) 주위를 감싸는 형태로 유동될 수 있도록 상기 핀 칼라(116)에 대해 동심원 형태의 시이트(118)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 시이트(118)와 핀(110)의 제 2 고점부(112a) 및 제 1 고점부(112b), 제 3 고점부(112c) 사이에는 상기 튜브(30) 주위를 감싸면서 유동중인 공기가 상기 튜브(30) 주위를 벗어나지 못하도록 고점부 경사면(120)이 형성되어 있는데, 이 때 상기 고점부 경사면(120)은 상기 시이트(118)에서 핀(110)의 최고점인 제 2 고점부(112a) 및 제 1 고점부(112b), 제 3 고점부(112c)로 소정각도 경사져 있다.
또한, 상기 시이트(118)와 상기 핀(110)의 저점부(114)가 서로 동일한 높이로 형성되어 있어, 전체적으로 상기 핀(110)의 최고점인 제 2 고점부(112a) 높이(H1a)와 저점부(114) 높이(H2a)가 상호 동일한 높이로 이루어져 있다.
도 8 은 본 발명이 적용된 열교환기를 통과하는 공기의 유동상태도를 나타낸 것이다.
본 발명의 열교환기를 통과하는 공기의 유동상태를 설명하면 다음과 같다.
도 8 에 도시한 바와 같이, 본 발명의 열교환기로 공기가 유입될 경우, 종래와 같이 핀(10)의 전방 고점부(12a) 중 공기의 유입측인 상측 선단(13a)면을 따라 상기 전방 고점부(12a)로 바로 공기의 유동이 이루어지는 것이 아니라, 최고점인 제 2 고점부(112a)를 기준으로 공기의 유입측인 제 1 고점부(112b)를 통해 공기의 유동이 교란(변화)되면서 공기로의 열전달이 촉진되게 되어 종래 미약했던 전방 고점부(12a)의 상측 선단(13a)에 비해 열전달 효율이 향상되게 된다.
상기와 같이 공기가 제 1 고점부(112b)를 거쳐 제 2 고점부(112a)로 유동될 때, 상기 제 2 고점부(112a)에 설치된 튜브(30)와 튜브(30) 즉, 좁은 간격의 튜브(30)와 튜브(30) 사이를 통과하게 되면서 그 속도가 빨라지게 되는데, 이 때 속도가 빨라진 공기 중 일부는 제 2 고점부(112a)를 거쳐 바로 공기의 유출측인 제 3 고점부(112c)로 유동되게 되고, 일부는 튜브(30) 주위를 유동하면서 튜브(30)로부터 전달된 냉매열과 열교환을 하게 된다.
특히, 상기 튜브(30) 주위를 유동하는 공기는 시이트(118)에서 핀(110)의 최고점인 제 2 고점부(112a)로 형성된 고점부 경사면(120)에 의해 튜브(30) 주위를 벗어나지 않고 튜브(30) 후위로까지 원활히 유동하면서 상기 튜브(30) 내의 냉매와 열교환을 이루게 된다.
그리고, 상기 튜브(30) 후위로 유동된 공기는 공기 유출측인 제 3 고점부(112c)를 유동하여 다음 이어지는 핀(110)이나 또는 열교환기 외부로 유출되게 되는데, 상기 제 3 고점부(112c)를 유동하는 공기 역시 전술한 제 1 고점부(112b)를 유동할 때와 동일한 작용인 공기의 유동이 교란(변화)되면서 공기로의 열전달이 촉진되게 되어 미약했던 종래 후방 고점부(12b)의 하측 선단(13b)에 비해 열전달 효율이 향상되게 된다.
그리고, 상기 제 2 고점부(112a)를 거쳐 바로 공기 유출측인 제 3 고점부(112c)로 유동된 공기 역시 제 3 고점부(112c)를 유동할 때, 전술한 튜브(30) 후위로부터 제 3 고점부(112c)를 거쳐 열교환기 외부로 유출되는 공기의 유동과정과 동일한 과정으로 유동되면서 열전달 효율 역시 향상되게 되고, 이와 같이 제 1 고점부(112b)와 제 3 고점부(112c)에 의한 열전달 효율 향상에 따른 전체적인 열교환기의 열교환 효율이 향상되게 된다.
본 발명의 열교환기는, 고점부와 저점부가 연속적으로 이루어진 핀의 단면 중 중앙측엔 상기 저점부와 동일각도를 이루는 최고점부를 형성하고, 상기 최고점부 양단엔 공기의 유동을 교란(변화)시켜 열전달을 촉진시키기 위한 새로운 고점부를 형성시키므로서, 공기의 유동방향을 기준으로 공기의 입/출구측인 종래 핀의 전방 고점부 상측 선단과 후방 고점부 하측 선단에서의 미약한 열전달 상태를 개선하여 상기 새로운 고점부를 통해 공기와의 열교환이 원활히 이루어지면서 전체적인 열교환 효율이 향상되게 되는 탁월한 효과가 있다.
도 1 은 종래 열교환기의 개략적 사시도.
도 2 는 종래 핀의 사시도 및 상세도.
도 3 은 종래 핀의 A-A 단면도.
도 4 은 종래 핀의 정면도 및 배면도.
도 5 는 본 발명에 따른 핀의 사시도.
도 6 은 본 발명에 따른 핀의 A-A' 단면도.
도 7 은 본 발명에 따른 핀의 정면도 및 배면도.
도 8 은 본 발명이 적용된 열교환기를 통과하는 공기의 유동상태도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1. 열교환기 10, 110. 핀
12. 고점부 12a. 전방 고점부
12b. 후방 고점부 13a. 상측 선단
13b. 하측 선단 14, 114. 저점부
112a. 제 2 고점부(최고점부) 112b. 제 1 고점부
112c. 제 3 고점부 16, 116. 핀 칼라
16a, 116a. 튜브 삽입구 18, 118. 시이트
20, 120. 고점부 경사면 30. 튜브
H1. 고점부 높이 H1a. 제 2 고점부 높이
H1b. 제 1 고점부 및 제 3 고점부 높이
H2, H2a. 저점부 높이

Claims (3)

  1. 고점부와 저점부를 동일높이로 하여 상기 고점부와 저점부가 연속적으로 형성된 다수의 핀과, 상기 핀 상에 다수 설치되는 튜브로 이루어진 열교환기에 있어서;
    상기 저점부와 동일각도를 이뤄 핀의 단면 중 중앙측에 최고점인 제 2 고점부를 형성하고, 상기 제 2 고점부 양단에 공기의 유동을 교란(변화)시켜 열전달을 촉진시키기 위한 제 1 고점부와 제 3 고점부를 각각 형성시킨 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 고점부 양단에 형성된 제 1 고점부와 제 3 고점부는 상호 동일높이로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 고점부 및 제 3 고점부는 최고점인 제 2 고점부의 30∼60% 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
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