KR20050105335A

KR20050105335A - 열교환기

Info

Publication number: KR20050105335A
Application number: KR1020040029720A
Authority: KR
Inventors: 최용화; 구형모; 이석호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-04
Also published as: US7287577B2; CN1690640A; US20050241813A1; JP2005315557A

Abstract

본 발명은 슬릿을 통해 열교환효율을 향상시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

본 바렴에 따른 열교환기는 냉매가 흐르는 냉매관과, 냉매관이 관통하도록 설치되어 통과하는 공기와 열교환하는 핀과, 핀의 일부가 개방되어 마련되는 슬릿과, 핀의 상기 슬릿 인접부로부터 연장되어 핀과 소정거리 이격된 공간을 통과하는 공기가 난류유동하게 하는 슬릿핀을 구비한 것으로, 슬릿의 폭은 냉매관 직경의 1/3보다 크게 형성되어, 공기유동방향의 하류측에 위치한 슬릿의 일단이 열교환기를 통과하는 공기에 난류유동을 유발하므로 열교환기의 열교환효율이 향상되게 되는 작용효과가 있다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환율을 향상시키기 위하여 슬릿핀이 형성되어 있는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 냉동시스템에 적용되어 냉매와 공기가 열교환하도록 하는 것으로, 내부에 냉매가 흐르는 냉매관과 냉매관이 관통하도록 설치되어 공기와의 열교환 면적을 증대시키는 다수의 핀을 포함하여, 냉매관 내부를 흐르는 냉매가 핀을 통해 공기와 효율적으로 열교환 할 수 있도록 되어 있다.

또한, 이러한 열교환기의 핀에는 열교환 효율이 향상을 위하여 핀의 주변에 난류(turbulent flow)가 발생하도록 하기 위해 핀의 일부가 소정길이를 갖도록 개방되어 다수의 슬릿이 형성되며 각 슬릿에는 핀의 슬릿 인접부로부터 일체로 연장되며 그 일부가 핀과 소정거리 이격된 상태로 배치되어 핀과 소정거리 이격된 상태로 유동하는 공기에 난류가 발생하게 하는 슬릿핀이 마련되어 있다.

그런데 이러한 열교환기에 있어서 슬릿은 슬릿핀이 핀에 형성되는 과정에서 부수적으로 형성되는 것으로, 통상적으로 폭이 적어 열교환기를 통과하는 공기에 미치는 영향이 미미하고 그에 따라 열교환기의 열교환 효율에는 거의 영향을 미치지 않는다.

본 발명의 목적은 슬릿을 통해 보다 효율적으로 열교환이 이루어질 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열교환기는, 냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관이 관통하도록 설치되어 통과하는 공기와 열교환하는 핀과, 상기 핀의 일부가 개방되어 마련되는 슬릿과, 상기 핀의 상기 슬릿 인접부로부터 연장되어 상기 핀과 소정거리 이격된 공간을 통과하는 공기가 난류유동하게 하는 슬릿핀을 구비하되, 상기 슬릿의 폭은 상기 냉매관 직경의 1/3보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬릿과 상기 슬릿핀은 공기유동방향에 대하여 실질적으로 직각방향으로 길게 형성되며, 상기 슬릿핀은 그 일부가 상기 핀과 소정거리 이격된 상태로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬릿핀의 폭은 상기 슬릿의 폭과 실질적으로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 핀은 상하로 길게 형성되며 다수개가 측방으로 서로 소정거리 이격된 상태로 적층되며, 상기 냉매관은 적층되어 다수의 핀을 측방으로 관통하되 밴딩되어 상기 각 핀을 다수번 상하로 관통하며, 상기 슬릿 및 상기 슬릿핀은 상하로 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬릿핀은 상기 핀과 실질적으로 평행하게 배치되는 평판부와, 일단은 상기 평판부의 양단에 각각 연결되고 타단은 상기 핀의 상기 슬릿 양단에 각각 연결되어 상기 평판부가 상기 핀과 소정거리 이격된 상태로 배치되게 하는 한 쌍의 다리부를 구비하되, 상기 다리부와 상기 핀이 이루는 각도는 실질적으로 30도인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬릿 및 상기 슬릿핀은 공기가 통과하는 과정에서 반복적으로 난류유동이 유발될 수 있도록 공기유동방향으로 진행하며 다수개가 각각 나란하게 마련되어 있으며, 상기 다수의 슬릿 중 공기유동방향의 최하류측에 위치한 슬릿의 폭이 상기 냉매관 직경의 1/3 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는 냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관이 관통하도록 설치되며 상하로 길게 다수개가 마련되어 사이를 통과하는 공기와 열교환하는 핀과, 상기 핀의 일부가 상하로 길게 개방되어 마련되는 슬릿과, 상기 핀의 상기 슬릿 양단으로부터 일체로 연장되며 그 일부가 상기 핀과 소정거리 이격된 상태로 실질적으로 평행하게 배치되어 상기 핀과 소정거리 이격된 공간을 통과하는 공기가 난류유동하게 하는 슬릿핀을 구비하되, 상기 슬릿 및 상기 슬릿핀의 폭은 상기 냉매관 직경의 1/3보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기(100)는 내부에 냉매가 흐르는 냉매관(10)과, 열전도율이 높은 금속재질의 박판으로 형성되며 냉매관(10)이 관통하도록 설치되어 공기와 냉매관(10)의 열교환 면적을 증대시키는 핀(20)을 구비한다.

본 실시예에서 핀(20)은 상하로 길게 형성되어 다수개가 일측방으로 서로 소정거리 이격된 상태로 적층되어 공기가 핀(20)의 폭(W) 방향으로 열교환기(100)를 관통하여 흐르도록 되어 있으며, 냉매관(10)은 다수의 핀(20)을 측방으로 관통하도록 설치되되 다수 번 밴딩되어 각 핀(20)을 상하로 다수 번 관통하도록 되어 있다.

또한, 핀(20)에는 도 2, 3에 도시되어 있는 바와 같이 열교환기(100)를 관통하여 흐르는 공기에 난류유동(turbulent flow)이 유발될 수 있도록 하기 위해 핀(20)의 일부가 개방되어 소정 폭(W)을 갖는 슬릿(21)이 마련되며, 각 슬릿(21)에는 핀(20)의 각 슬릿(21) 인접부로부터 연장형성되며 그 일부가 핀(20)과 소정거리 이격된 상태로 평행하게 배치되는 슬릿핀(22)이 구비되어 있다. 본 실시예에서 슬릿(21)은 핀(20)의 일부가 절개되어 슬릿핀(22)이 형성되는 과정에서 형성되어 슬릿핀(22)과 실질적으로 동일한 폭(W)을 갖게 된다.

슬릿핀(22)은 핀(20)의 슬릿(21) 인접부로부터 일체로 연장형성되는 것으로, 그 일부가 핀(20)과 소정거리 이격된 상태로 평행하게 배치되어 핀(20)과 소정거리 이격되어 있는 공간을 통과하는 공기에 난류유동이 유발되도록 하여 열교환효율을 증대시키는 것으로, 핀(20)과 소정거리 이격된 상태로 배치되는 평판부(22a)와, 일단은 평판부(22a)의 양단으로부터 각각 일체로 연결되며 타단은 핀(20)의 슬릿(21) 양단 인접부에 일체로 연결되는 다리부(22b)로 이루어져 있다.

이러한 슬릿(21) 및 슬릿핀(22)은 이웃한 두 냉매관(10) 사이에 공기유동방향과 직각방향을 이루도록 상하로 길게 형성되어 있으며, 통과하는 공기에 반복적으로 난류유동이 유발될 수 있도록 공기유동방향으로 세 개의 슬릿(21) 및 슬릿핀(22)이 차례로 마련되어 있다.

이 때, 본 실시예에서 슬릿(21)들 중 공기유동방향의 최하류측에 위치한 슬릿(21)은 슬릿핀(22)과 마찬가지로 공기의 난류유동을 유발할 수 있도록 소정 이상의 폭(W)을 갖도록 형성되는데, 슬릿(21)의 폭(W)을 증대시키면 열교환기(100)를 통과하는 공기가 공기유동방향의 하류측에 위치한 슬릿(21)의 일단에 부딪치며 슬릿(21)에 의한 난류유동이 유발되므로 열교환기(100)의 열교환 효율이 향상되게 하는 작용효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

본 실시예에서는 냉매관(10)의 직경(D)은 7.3mm으로 고정하고, 슬릿(21)의 길이(L)를 6.51mm로 고정한 후, 슬릿(21)의 폭(D)을 변경시키며 실험한 결과 도 4에 도시되어 있는 바와 같은 결과를 얻을 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이 열전달율은 슬릿(21)의 폭(W)이 2.63mm 일 경우에 최대가 되며, 압력손실은 슬릿(21)의 폭(W)이 2.63mm를 초과하면서 급격하게 증가하므로, 슬릿(21)의 폭(W)이 2.63mm 일 경우, 즉, 슬릿(21)의 폭(W)이 냉매관(10) 직경(D)의 1/3 보다 큰 경우 열교환효율이 최적화된다.

본 실시예에서는 일례로써 하나의 실험결과를 제시하였으나, 냉매관(10)의 직경(D) 및 슬릿(21)의 길이를(L)을 변경하며 실험을 반복하여, 냉매관의 직경(D)과 슬릿의 폭(W)의 관계를 도출하면, 다음과 같은 식은 식을 만족할 경우 열교환기(100)의 열교환효율이 최적화 되는 것을 알 수 있다.

슬릿의 폭(W) ≥ 냉매관 직경(D) * 1/3

즉, 슬릿(21)의 폭(W)이 냉매관(10) 직경(D)의 1/3 보다 크게 형성될 경우 공기유동방향의 하류측에 위치한 슬릿(21)의 일단이 슬릿핀(22)과 마찬가지로 난류를 유발시키는 역할을 수행하게 되고 그에 따라 열교환기(100)의 열교환효율은 향상된다.

또한, 이러한 열교환기(100)가 통과하는 공기와 열교환하며 공기를 냉각시키는 증발기로 사용될 경우, 열교환기(100)를 통과하는 공기가 냉각되는 과정에서 공기 중에 포함되어 있던 습기가 응축되어 핀(20) 및 슬릿핀(22)의 표면을 덮게 되는데, 이와 같이 응축수가 핀(20) 및 슬릿핀(22) 표면을 덮을 경우 열교환기(100)의 열교환 효율이 급격히 저하된다.

따라서, 슬릿핀(22)의 다리부(22b)는 응축수가 중력에 의해 하방으로 용이하게 이동할 수 있도록 핀(20)과 소정 각도를 이루도록 경사지게 형성된다. 그런데, 이와 같이 슬릿핀(22)의 다리부(22b)가 핀(20)과 소정각도를 이루도록 경사지게 형성될 경우, 슬릿핀(22)의 다리부(22b)가 열교환기(100)를 통과하는 공기의 유동을 방해하는 저항으로 작용하여 압력손실이 발생하게 될 소지가 있다.

그러므로, 최적의 슬릿핀(22)의 다리부(22b)와 핀(20) 사이의 각도(θ)를 구하기 위해 열교환기(100)의 냉매관(10) 직경(D)을 7.3mm로 고정하고 슬릿(21)의 길이(L)를 6.51mm로 고정한 후, 슬릿핀(22)의 다리부(22b)와 핀(20)이 이루는 각도(θ)를 변경시키며 실험하면 도 5에 도시되어 있는 것과 같은 결과를 얻을 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 슬릿핀(22)의 다리부(22b)와 핀(20)이 이루는 각도(θ)가 30도 각도를 이룰 경우에 열교환효율이 최대가 되며, 다리부(22b)와 핀(20)이 이루는 각도(θ)가 30도를 초과하면 압력손실이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 열교환기(100)는 슬릿핀(22) 다리부(22b)와 핀(20)이 이루는 각도(θ)가 실질적으로 30도 각도를 이루도록 형성된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기는 슬릿의 폭이 냉매관 직경의 1/3 보다 크도록 형성되어 공기유동방향의 하류측에 위치한 슬릿의 일단이 열교환기를 통과하는 공기에 난류유동을 유발하므로 열교환기의 열교환효율이 향상되게 되는 작용효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는 슬릿핀의 다리부와 핀이 이루는 각도가 30도를 이루도록 형성되어 있으므로, 응축수의 배출이 용이하게 이루어지면서도 압력손실은 낮은 상태로 유지할 수 있게 되는 작용효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환기가 도시된 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환기 핀의 정면 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 열교환기 핀의 측면 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 열교환기 슬릿의 폭에 따른 열전도율 및 압력손실 을 표시한 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 열교환기의 슬릿의 다리부와 핀이 이루는 각도에 따른 열전도율 및 압력손실을 표시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 열교환기 10: 냉매관

20: 핀 21: 슬릿

22: 슬릿핀 22a: 평판부

22b: 다리부

Claims

냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관이 관통하도록 설치되어 통과하는 공기와 열교환하는 핀과, 상기 핀의 일부가 개방되어 마련되는 슬릿과, 상기 핀의 상기 슬릿 인접부로부터 연장되어 상기 핀과 소정거리 이격된 공간을 통과하는 공기가 난류유동하게 하는 슬릿핀을 구비하되, 상기 슬릿의 폭은 상기 냉매관 직경의 1/3보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서,

상기 슬릿과 상기 슬릿핀은 공기유동방향에 대하여 실질적으로 직각방향으로 길게 형성되며, 상기 슬릿핀은 그 일부가 상기 핀과 소정거리 이격된 상태로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서,

상기 슬릿핀의 폭은 상기 슬릿의 폭과 실질적으로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항에 있어서,

상기 핀은 상하로 길게 형성되며 다수개가 측방으로 서로 소정거리 이격된 상태로 적층되며, 상기 냉매관은 적층되어 다수의 핀을 측방으로 관통하되 밴딩되어 상기 각 핀을 다수번 상하로 관통하며, 상기 슬릿 및 상기 슬릿핀은 상하로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항에 있어서,

상기 슬릿핀은 상기 핀과 실질적으로 평행하게 배치되는 평판부와, 일단은 상기 평판부의 양단에 각각 연결되고 타단은 상기 핀의 상기 슬릿 양단에 각각 연결되어 상기 평판부가 상기 핀과 소정거리 이격된 상태로 배치되게 하는 한 쌍의 다리부를 구비하되, 상기 다리부와 상기 핀이 이루는 각도는 실질적으로 30도인 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서,

상기 슬릿 및 상기 슬릿핀은 공기가 통과하는 과정에서 반복적으로 난류유동이 유발될 수 있도록 공기유동방향으로 진행하며 다수개가 각각 나란하게 마련되어 있으며, 상기 다수의 슬릿 중 공기유동방향의 최하류측에 위치한 슬릿의 폭이 상기 냉매관 직경의 1/3 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관이 관통하도록 설치되며 상하로 길게 다수개가 마련되어 사이를 통과하는 공기와 열교환하는 핀과, 상기 핀의 일부가 상하로 길게 개방되어 마련되는 슬릿과, 상기 핀의 상기 슬릿 양단으로부터 일체로 연장되며 그 일부가 상기 핀과 소정거리 이격된 상태로 실질적으로 평행하게 배치되어 상기 핀과 소정거리 이격된 공간을 통과하는 공기가 난류유동하게 하는 슬릿핀을 구비하되, 상기 슬릿 및 상기 슬릿핀의 폭은 상기 냉매관 직경의 1/3보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 7항에 있어서,

상기 슬릿핀은 상기 핀과 실질적으로 평행하게 배치되는 평판부와, 일단은 상기 평판부의 양단에 각각 연결되고 타단은 상기 핀의 상기 슬릿 양단에 각각 연결되어 상기 평판부가 상기 핀과 소정거리 이격된 상태로 배치되게 하는 한 쌍의 다리부를 구비하되, 상기 다리부와 상기 핀이 이루는 각도는 실질적으로 30도인 것을 특징으로 하는 열교환기.