KR20140017848A - 열교환기 - Google Patents

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KR20140017848A
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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 열교환기에는, 냉매가 유동하는 냉매튜브; 및 상기 냉매튜브가 삽입되는 적어도 2개 이상의 튜브 관통공을 가지는 핀이 포함되며, 상기 핀에는, 핀 본체; 상기 핀 본체의 표면으로부터 돌출되도록 구비되는 복수의 루버; 상기 복수의 루버 사이에 형성되며, 평탄한 면을 가지는 평면부; 및 상기 평면부의 적어도 일측에 제공되며, 공기의 유동 또는 제상수의 배출을 가이드 하는 가이드부가 포함된다.

Description

열교환기 {A heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것이다.
열교환기는 냉동 사이클을 구성하는 구성요소로서 냉매가 유동할 수 있도록 구성된다. 그리고, 열교환기는 공기와의 열교환을 통하여 공기를 냉각 또는 가열시키는 기능을 수행한다. 상기 열교환기는 공기조화기나 냉장고등의 냉동장치에 사용될 수 있으며, 열교환에 의한 냉매의 응축 또는 증발여부에 따라 응축기 또는 증발기로서 기능할 수 있다.
상세히, 열교환기에는 냉매가 유동되는 튜브와, 상기 튜브와 결합되어 상기 튜브내의 냉매와 공기간 접촉되는 면적, 즉 열교환 면적을 증가시키는 핀이 포함된다. 상기 핀에는, 상기 튜브가 삽입될 수 있도록 다수의 관통공이 구비될 수 있다.
상기 핀은 다수개가 제공되며 다수의 핀은 상기 튜브의 연장방향을 따라 적층되도록 배치될 수 있다. 적층된 핀들 사이에는 소정의 공간이 형성되며, 공기가 상기 소정의 공간으로 유동하면서 튜브의 냉매와 열교환이 이루어질 수 있다.
한편, 상기 핀에는 열교환 면적을 증가시키기 위한 구조, 일례로 루버(louver)가 형성될 수 있다. 상기 루버는 상기 핀의 일부가 절개되어 벤딩됨으로써 형성될 수 있으며, 핀의 표면적 중 상기 관통공을 제외한 많은 영역에 구비된다. 상기 루버에 의하여, 적층된 핀 사이의 간격(적층거리)이 좁아질 수 있다.
이러한 종래의 열교환기에 의하면, 상기 열교환기가 낮은 온도의 외부에서 증발기로 사용될 때 핀의 표면에는 응축수가 얼어서 착상이 발생하게 될 수 있다. 특히, 핀에 루버가 형성되는 경우 좁아진 적층거리에 의하여, 서리가 핀 사이의 공간을 막게 되는 현상이 나타났다. 즉, 공기가 유동할 수 있는 유로가 막히게 됨으로써 열교환 효율이 저하되고, 열교환기의 제상을 위한 시간이 증가하게 되는 문제점이 나타났다.
특히, 열교환기가 공기 조화기에 사용되는 경우, 열교환기의 제상과정 동안 공기 조화기의 난방운전이 제한되므로 공기조화기의 난방성능이 저하되는 문제점이 나타났다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 전열 및 제상성능이 개선된 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 열교환기에는, 냉매가 유동하는 냉매튜브; 및 상기 냉매튜브가 삽입되는 적어도 2개 이상의 튜브 관통공을 가지는 핀이 포함되며, 상기 핀에는, 핀 본체; 상기 핀 본체의 표면으로부터 돌출되도록 구비되는 복수의 루버; 상기 복수의 루버 사이에 형성되며, 평탄한 면을 가지는 평면부; 및 상기 평면부의 적어도 일측에 제공되며, 공기의 유동 또는 제상수의 배출을 가이드 하는 가이드부가 포함된다.
이러한 본 발명에 의하면, 핀에 공기 유동을 가이드 하기 위한 평면부가 제공되므로 핀의 착상이 지연될 수 있고, 공기 흐름이 개선되어 열교환기를 통과하는 풍량이 증가되고 열교환기에 작용하는 압력손실이 저감될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 핀에 응축수의 배출을 가이드 하기 위한 평면부가 제공되어 제상시간이 단축될 수 있고, 이에 따라 열교환기가 공기 조화기에 사용될 경우 공기 조화기의 난방시간 및 그 성능이 향상될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 냉매 튜브 및 핀의 조립체가 2열로 배치되는 경우, 공기가 전열의 핀 평면부를 따라 후열의 냉매튜브에 직접 접촉될 수 있으므로 후열에서의 열전달 성능이 개선될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 핀에 구비되는 각 평면부의 크기가 최적의 범위에서 제안되어, 열교환기의 열교환량이 개선되고, 착상이 발생할 때까지의 열교환기 운전시간이 증가될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 핀의 평면부에 공기의 유동 또는 제상수의 흐름을 가이드 하는 가이드부가 제공되므로, 열교환기의 전열성능 또는 제상성능이 개선될 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 평면부 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉매 튜브와 핀이 결합된 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀이 2열로 배열된 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 제 1 평면부 크기에 따른 열교환기 성능을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 제 2 평면부 크기에 따른 열교환기 성능을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 적층 간격에 따른 열교환기 성능을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기(10)에는, 나란하게 배치되는 제 1 열교환부(20) 및 제 2 열교환부(30)가 포함된다. 상기 제 1 열교환부(20) 및 제 2 열교환부(30)는, 열교환부가 2열로 배치되는 것으로 이해될 수 있다.
상기 제 1 열교환부(20) 및 제 2 열교환부(30)는 각각, 냉매 튜브(50) 및 핀(100)을 포함한다. 상기 냉매 튜브(50)는 냉매의 유동을 가이드 하는 튜브로서 알루미늄 또는 구리등의 금속으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 냉매 튜브(50)는 다수 개가 제공되어 상하 방향으로 적층될 수 있으며, 다수 개의 냉매 튜브(50)는 리턴 밴드(60)에 의하여 연결될 수 있다. 상기 다수 개의 냉매 튜브(50) 중 일 냉매 튜브(50)를 통하여 일방향으로 유동하는 냉매는 상기 리턴 밴드(60)를 거치면서 타 방향으로 유동 전환되어, 타 냉매 튜브(50)를 유동할 수 있다.
상기 핀(100)은 상기 냉매 튜브(50)의 외측에 끼워지도록 배치되어, 상기 냉매 튜브(50)의 냉매와 공기간 열교환 면적이 증대될 수 있도록 기능을 한다. 이하에서는, 도면을 참조하여 핀(100)의 구성에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 평면부 구성을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀(100)에는, 핀 본체(101)와, 상기 핀 본체(101)의 적어도 일부분에 형성되며 상기 냉매 튜브(50)가 삽입되는 다수의 튜브 관통공(110) 및 상기 튜브 관통공(110)에 인접하여 구비되어 공기의 유동을 가이드 하는 복수의 유동 가이드(140,150)가 포함된다.
상기 다수의 튜브 관통공(110)은 서로 이격되어 핀(100)의 세로방향(또는 길이방향)으로 배열된다. 설명의 편의를 위하여, 도 2에서 최상측에 위치한 튜브 관통공(110)의 중심을 C1이라 하고, 그 하측에 위치하는 튜브 관통공(110)들의 중심을 차례로 C2 및 C3라 칭한다.
상기 복수의 유동 가이드(140,150)에는, 상기 튜브 관통공(110)의 중심(C1,C2,C3)의 일측 및 타측에 위치되는 제 1 유동 가이드(140) 및 제 2 유동 가이드(150)가 포함된다. 상기 제 1 유동 가이드(140)와 제 2 유동 가이드(150)는 상기 중심(C1,C2,C3)을 기준으로 서로 반대편에 위치될 수 있다. 일례로, 도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 제 1 유동 가이드(140)는 상기 중심(C1,C2,C3)의 좌측에 위치되고 상기 제 2 유동 가이드(150)는 상기 중심(C1,C2,C3)의 우측에 위치될 수 있다.
상기 제 1 유동 가이드(140)는 상기 핀(100)의 세로 방향으로 이격되어 다수 개가 제공된다. 상기 제 1 유동 가이드(140)는 일 튜브 관통공(110)의 좌측 상방 및 하방에 위치될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 유동 가이드(140)는 상기 중심(C2)을 가지는 튜브 관통공(110)의 좌측 상방 및 하방에 위치될 수 있다.
다시 말하면, 상기 중심(C2)을 원점으로 하고 상기 중심(C2)을 지나는 가상의 수평선 및 수직선을 X축 및 Y축이라 할 때, 상기 제 1 유동 가이드(140)는 제 2 사분면 및 제 4 사분면에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 제 2 사분면에 위치한 제 1 유동 가이드(140)의 하단부와 상기 제 4 사분면에 위치한 제 1 유동 가이드(140)의 상단부는 거리(D)만큼 이격된다.
상기 제 1 유동 가이드(140)는 다각형의 형상을 가질 수 있다. 일례로, 도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 제 1 유동 가이드(140)는 사다리꼴의 형상을 가질 수 있다.
공기 유동(F, 도 3 참조)이 상기 핀(100)의 좌측으로부터 우측으로 향하는 것을 고려할 때, 상기 제 1 유동 가이드(140)의 좌측단에는 제 1 전단부(141)가 형성되고, 우측단에는 제 1 후단부(146)가 형성된다. 상기 제 1 전단부(141)와 상기 핀(100)의 좌측단은 소정 거리만큼 이격될 수 있다.
상기 제 2 유동 가이드(150)는 상기 핀(100)의 세로방향 가상의 중심선을 기준으로 제 1 유동 가이드(140)와 대칭되어 형성된다. 여기서, 상기 핀(100)의 세로방향 가상의 중심선(이하, 세로 중심선)은, 상기 중심(C1,C2,C3)을 연결하는 가상의 선으로 이해될 수 있다.
상기 제 2 유동 가이드(150)의 좌측단에는 제 2 전단부(151)가 형성되고, 우측단에는 제 2 후단부(152)가 형성된다.
상기 제 2 전단부(151)는 상기 세로 중심선을 기준으로 상기 제 1 전단부(141)와 대칭된 위치에 형성되며, 상기 제 2 후단부(152)는 상기 세로 중심선을 기준으로 상기 제 1 후단부(142)와 대칭된 위치에 형성된다. 따라서, 상기 제 2 후단부(152)와 상기 핀(100)의 우측단은 소정 거리만큼 이격된다.
상기 제 1 유동 가이드(140)에는, 상기 핀(100)의 일면 또는 타면으로부터 돌출된 부분을 포함하는 제 1 루버(142)가 포함된다. 여기서, 상기 일면은 도 2에서 보여지는 핀(100)의 상면일 수 있고, 상기 타면은 상기 일면의 반대면(도 2에서 보여지는 면의 반대면)일 수 있다.
상기 제 1 루버(142)는 상기 핀(100)의 적어도 일부가 절개되어 상기 핀(100)의 일방향 및 타방향으로 벤딩되도록 형성됨으로써 공기와 핀(100)간의 접촉면적을 증가시키는 기능을 한다. 여기서, 상기 일방향은 상기 핀(100)의 전방, 상기 타방향은 상기 핀(100)의 후방일 수 있다. 이러한 제 1 루버(142)는 다수 개가 서로 이격되어 핀(100)의 세로 방향으로 배치될 수 있다.
공기는 상기 핀(100)의 일측을 지나는 과정에서, 상기 제 1 루버(142)를 따라 유동될 수 있다. 일례로, 공기는 상기 제 1 루버(142)를 따라 상기 핀(100)의 일면으로부터 타면으로, 타면으로부터 일면으로 유동될 수 있다.
상기 제 2 유동 가이드(150)에는, 제 2 루버(152)가 포함된다. 상기 제 2 루버(152)의 형상은, 상기 제 1 루버(142)의 형상과 유사하며 핀(100)의 세로 방향으로 다수 개가 이격되어 형성된다. 그리고, 상기 제 2 루버(152)는 상기 핀(100)의 세로 중심선을 기준으로 상기 제 1 루버(142)와 대칭되도록 형성된다.
상기 핀(100)에는, 상기 핀(100)의 가로방향(또는 폭 방향)으로 연장되며 평탄한 면을 형성하는 제 1 평면부(121) 및 상기 핀(100)의 세로방향(또는 길이방향)으로 연장되며 평탄한 면을 형성하는 제 2 평면부(131)가 포함된다. 상기 제 1,2 평면부(121,131)는 매끄러운 면을 형성하는 점에서, 상기 제 1 루버(142) 또는 제 2 루버(153)와 구분될 수 있다.
상기 제 1 평면부(121)는 상기 복수의 튜브 관통공(110) 사이에 위치한다. 달리 말하면, 상기 제 1 평면부(121)는 일 튜브 관통공(110)의 중심(C1)과 타 튜브 관통공(110)의 중심(C2)의 사이에 위치될 수 있다.
상기 제 1 평면부(121)는 상기 핀(100)의 좌측 단부로부터 우측 단부까지 연장될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 평면부(121)가 연장되는 방향은 다수의 핀(100) 사이를 지나는 공기의 유동방향에 대응하도록 형성된다 (도 3의 F1 참조).
상기 제 1 평면부(121)는 복수의 제 1 루버(142) 사이와, 복수의 제 2 루버(152) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 상기 핀(100)의 전체 면적에 대하여 제 1 루버(142) 및 제 2 루버(152)가 형성되지 않으며, 복수의 제 1 루버(142)들과 복수의 제 2 루버(152)들은 상기 제 1 평면부(121)에 의하여 각각 구획되도록 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1 루버(142)의 세로방향 폭(L1)은. 세로방향으로 배치된 복수의 제 1 루버(142)간의 이격거리 또는 세로방향으로 배치된 복수의 제 2 루버(152)간의 이격거리에 대응된다. 상기 세로방향 폭(L1)의 크기에 따라, 핀(100)에서의 열교환량과 제상운전 이전까지의 열교환기 작동시간이 달라질 수 있다(도 6 참조). 여기서, 상기 세로방향 폭(L1)은 일 튜브 관통공(110)의 중심(C1)으로부터 타 튜브 관통공(110)의 중심(C2)까지의 거리(S)보다 작은 하나의 값으로 결정될 수 있다.
상기 제 1 평면부(121)가 상기 핀(100)의 표면에 형성됨으로써, 적층되어 있는 핀(100)간의 거리가 증대될 수 있고, 이러한 증대된 공간을 통하여 충분한 공기가 유동될 수 있으므로 착상을 지연시킬 수 있다는 효과가 나타난다.
상기 제 2 평면부(131)는 상기 복수의 튜브 관통공(110) 사이에 위치한다. 달리 말하면, 상기 제 2 평면부(131)는 일 튜브 관통공(110)의 중심(C1)과 타 튜브 관통공(110)의 중심(C2)의 사이에 위치될 수 있다.
상기 제 2 평면부(131)는 상기 일 튜브 관통공(110)의 외주면으로부터 상기 타 튜브 관통공(110)의 외주면까지 연장될 수 있다. 여기서, 상기 제 2 평면부(131)가 연장되는 방향은 중력이 작용하여 제상시 제상수가 배출되는 방향에 대응될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 평면부(131)는 상기 일 튜브 관통공(110)과 타 튜브 관통공(110)을 연결하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 제 2 평면부(131)는 제 1 루버(142)와 제 2 루버(152) 사이의 공간을 따라 세로 방향으로 연장되며, 이에 따라 제 1 루버(142)와 제 2 루버(152)는 상기 제 1 평면부(121)에 의하여 구획되도록 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제 2 루버(152)의 가로방향 폭(L2)은 가로방향으로 이격되어 배치된 제 1 루버(142)와 제 2 루버(152)간의 이격거리에 대응된다. 상기 가로방향 폭(L2)의 크기에 따라, 핀(100)에서의 열교환량과 제상운전 이전까지의 열교환기 작동시간이 달라질 수 있다(도 7 참조). 여기서, 상기 가로방향 폭(L1)은 핀(100)의 일측 단부(일례로, 도 3의 좌측 단부)로부터 타측 단부(일례로, 도 3의 우측 단부)까지의 거리(R)보다 작은 하나의 값으로 결정될 수 있다.
상기 제 2 평면부(131)가 상기 핀(100)의 표면에 형성됨으로써, 제상시 발생하는 제상수가 하방으로 신속하게 배출될 수 있으므로 제상 시간이 감소될 수 있고, 이에 따라 열교환기의 운전효율 및 상기 열교환기가 구비되는 공기 조화기의 난방 운전효율이 개선될 수 있다.
한편, 상기 제 1 평면부(121) 및 제 2 평면부(131)는 각각 상기 핀 본체(101)의 일면 중 적어도 일부분을 형성한다. 그리고, 상기 제 1 평면부(121)와 제 2 평면부(131)는 소정의 면적을 공유하도록 서로 교차하여 배치된다. 상세히, 도 3에 도시되는 바와 같이, 상기 제 1 평면부(121)와 제 2 평면부(131)는 상기 핀 본체(101)의 전체 영역 중 "A"에 해당하는 소정의 면적을 공유하도록 교차하여 연장된다.
그리고, 상기 제 1 평면부(121)와 제 2 평면부(131)는 서로 소정의 각도를 가지고 교차하도록 형성될 수 있다. 상기 소정의 각도는, 0도보다는 크고 90도 이하의 각도 중 어느 하나의 각도로 결정될 수 있다.
일례로, 상기 제 1 평면부(121)와 제 2 평면부(131)는 서로 수직하게 교차할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 평면부(121)와 제 2 평면부(131)의 각 중심부가 교차하여, 평면부(121,131)는 "＋" 형상을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉매 튜브와 핀이 결합된 모습을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 다수의 핀(100)은 서로 이격되어 차폐로 적층될 수 있다. 도 4는 냉매 튜브(50)와 다수의 핀(100)이 결합된 열교환기(10)를 상방에서 내려다 본 도면으로서 이해될 수 있다.
상기 핀(100)에는, 제 2 평면부(131)에 의하여 구획되는 제 1 루버(142) 및 제 2 루버(152)가 포함된다. 공기는 상기 핀(100)의 일측 단부로부터 유입되어, 상기 제 1 루버(142), 제 2 평면부(131) 및 제 2 루버(152)를 지날 수 있다(F1). 그리고, 상기한 바와 같이, 적어도 일부의 공기는 상기 제 1 평면부(121)를 따라, 상기 핀(100)의 일측 단부로부터 타측 단부를 향하여 유동될 수 있다.
상기 제 1 루버(142) 및 제 2 루버(152)는 상기 핀 본체(101)의 일면으로부터 타면까지 돌출되도록 배치되며, 상기 핀 본체(101)에 대하여 설정각도(θ)로 경사지게 연장된다. 상기 설정각도(θ)를 "루버 각도"라 이름한다. 상기한 바와 같이, 상기 제 1 루버(142)와 제 2 루버(152)는 동일한 형상을 가질 수 있다.
그리고, 상기 제 1 루버(142) 또는 제 2 루버(152)의 일측 단부로부터 타측 단부까지의 수평거리(도 4에서는 세로방향 거리)를 피치(P)라 하며, 하나의 핀(100)과 이에 인접한 타 핀(100) 사이의 거리를 핀 간격(h)라 한다. 여기서, 상기 핀 간격(h)은 어느 하나의 핀(100)에 형성된 루버(142,152)의 단부와 이에 인접한 핀(100)에 형성된 루버(142,152)의 단부간의 간격으로서 이해될 수 있다.
한편, 열교환기(10)에서 착상이 지연될 수 있도록 하기 위하여, 상기 핀 간격(h)은 소정 값 이상으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 상기 핀 간격(h)이 너무 커지게 되면 핀(100)을 통한 열전달 성능이 저하될 수 있는 바, 적절한 범위에서 핀 간격(h)이 형성되어야 한다. 이와 관련한 핀 간격(h)에 대한 적절한 값의 선택은, 도 8에서 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀이 2열로 배열된 모습을 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 5를 함께 참조하면, 제 1 열교환부(20)와 제 2 열교환부(30)는 나란하게 배치되며, 이에 따라 열교환기(10)는 냉매 튜브(50) 및 핀(100)이 2열로 배치되는 것으로 이해될 수 있다. 도 5는 2열로 배치되는 핀(100)의 모습을 도시한다.
열교환기(10)를 구성하는 핀(100)에는, 제 1 핀(100a) 및 상기 제 1 핀(100a)의 일측에 제공되는 제 2 핀(100b)가 포함된다. 상기 제 1 핀(100a) 및 제 2 핀(100b)은 서로 접하도록 배치될 수 있다. 상기 제 1 핀(100a) 및 제 2 핀(100b)의 각각의 구성은 도 2 및 도 3에서 설명한 핀의 구성을 원용한다.
다만, 상기 제 1 핀(100a)과 제 2 핀(100b)은 도 5에 도시되는 바와 같이, 튜브 관통공(110)의 위치가 각각 서로 다른 높이에 형성되도록 배치된다.
상세히, 상기 제 1 핀(100a)에는 냉매 튜브(50)가 관통하는 다수의 튜브 관통공(110a) 및 상기 다수의 튜브 관통공(110a) 사이에 형성되는 제 1 루버(142) 및 제 2 루버(152)가 포함된다. 그리고, 상기 복수의 제 1 루버(142)들 사이, 그리고 복수의 제 2 루버(152)들 사이를 구획하는 제 1 평면부(121)가 가로 방향으로 연장된다.
상기 제 2 핀(100b)에는 냉매 튜브(50)가 관통하는 다수의 튜브 관통공(110b) 및 상기 다수의 튜브 관통공(110b) 사이에 형성되는 제 1 루버(142) 및 제 2 루버(152)가 포함된다. 그리고, 상기 복수의 제 1 루버(142)들 사이, 그리고 복수의 제 2 루버(152)들 사이를 구획하는 제 1 평면부(121)가 가로 방향으로 연장된다.
상기 제 1 핀(100a)의 튜브 관통공(110a)과 제 2 핀(100b)의 튜브 관통공(110b)은 서로 다른 높이에 형성된다. 다시 말하면, 상기 튜브 관통공(110a)의 중심(C4)과 상기 튜브 관통공(110b)의 중심(C5)은 서로 다른 높이에 형성되어, 이들 중심(C4,C5)간에는 소정의 이격높이(K)를 형성한다.
그리고, 제 1 핀(100a)의 제 1 평면부(121)의 측방에는, 제 2 핀(100a)에 제공되는 복수의 제 1 루버(142)들 사이의 이격된 부분이 위치하게 된다. 여기서, 상기 이격된 부분은 도 5에서 이격 거리(D)에 해당하는 부분으로서 핀 본체(101)의 일부분일 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 제 1 핀(100a)의 일측에서 유입되는 공기(F1)가 제 1 핀(100a)의 제 1 평면부(121)를 지난 후 상기 이격된 부분을 거쳐 상기 제 2 핀(100b)의 튜브 관통공(110b)로 유동하게 된다. 즉, 제 1 열에 위치한 제 1 핀(100a)의 제 1 평면부(121)를 따라 유동하는 고속의 공기가 제 2 열의 냉매 튜브(50)에 직접 작용할 수 있으므로 2열에 제공되는 냉매 튜브(50)의 열교환량을 증대할 수 있다는 효과가 나타난다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 제 1 평면부 크기에 따른 열교환기 성능을 보여주는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 제 2 평면부 크기에 따른 열교환기 성능을 보여주는 그래프이고, 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀의 적층 간격에 따른 열교환기 성능을 보여주는 그래프이다.
먼저 도 6을 참조하면, 그래프의 X축값은 일 튜브 관통공(110)의 중심(C1)과 이에 인접한 타 튜브 관통공(110)의 중심(C2)간의 거리에 대한 제 1 평면부(121)의 세로방향 폭의 크기 비율(L1/S)을 표시한다. 그리고, 그래프의 Y축값은 X축값 변화에 따른 열교환기(20)의 열교환량 및 제상이 필요할 때까지 열교환기(20)의 연속적인 운전시간에 관한 값을 표시한다. 여기서, 연속적인 운전시간이라 함은, 중간에 제상이 수행되지 않고 열교환기가 작동하는 시간, 즉 일 제상시점과 타 제상시점 사이의 운전시간을 의미한다.
상기한 바와 같이, 상기 L1/S의 값이 커질수록 제 1 평면부(121)의 면적이 증대되므로 열교환량은 다소 작아질 수 있다. 도 6에서는 상기 L1이 0일 때, 즉 상기 제 1 평면부(121)의 면적이 0일 때의 열교환기(10) 열교환량 100%로 볼 때 L1/S의 값이 증가함에 따라 열교환량이 줄어드는 모습을 확인할 수 있다.
반면에, L1/S의 값이 커질수록 적층된 핀간의 공기 유동량은 증대되므로 핀(100)의 착상량은 상대적으로 줄어들 수 있다. 따라서, 제상이 필요한 시점까지 열교환기(20)의 연속적인 운전시간은 증대될 수 있다. 도 6에서는 상기 L1이 0일 때의 운전시간을 100시간으로 볼 때 L1/S의 값이 증가함에 따라 운전시간이 증가하는 모습을 확인할 수 있다.
즉, L1/S의 증가함에 따라 열교환량 및 운전시간은 서로 다른 분포를 보이게 되는 바, 이러한 2가지의 성능을 적절하게 확보할 수 있는 L1/S의 범위를 제안한다. 도 6에서 보여지는 바와 같이, 0.1 < L1/S < 0.28를 만족할 때, 상기 열교환량 및 운전시간이 양호한 성능을 얻어낼 수 있는 것으로 확인된다.
다음으로 도 7을 참조하면, 그래프의 X축값은 핀(100)의 일측 단부(일례로, 좌측 단부)로부터 타측단부(일례로, 우측 단부)까지의 거리, 즉 핀(100)의 폭(R)에 대한 제 2 평면부(131)의 가로방향 폭의 크기 비율(L2/R)을 표시한다. 그리고, 그래프의 Y축값은 X축값 변화에 따른 열교환기(20)의 제상시간에 관한 값을 표시한다.
상기한 바와 같이, 상기 L2/R의 값이 커질수록 제 2 평면부(131)의 면적이 증대되므로 제상이 신속하게 이루어질 수 있다. 도 7에서는 상기 L2이 0일 때, 즉 상기 제 2 평면부(131)의 면적이 0일 때의 제상시간을 100%로 볼 때 L2/R의 값이 증가함에 따라 제상시간이 감소하는 모습을 확인할 수 있다.
다만, L2/R의 값이 커질수록 상대적으로 제 1 루버(142) 또는 제 2 루버(152)의 면적이 줄어들 수 있으므로, 핀(100)의 열교환량이 상대적으로 줄어들 수 있다. 따라서, 신속한 제상이 수행될 수 있는 범위 내에서 상기 L2/R의 값을 소정값 이하가 되도록 제한할 수 있다.
따라서, 도 7에서는, 신속한 제상이 이루어짐과 동시에 일정면적 이상의 루버(142,152)가 형성될 수 있도록, 0.2 < L2/R < 0.35를 제안한다.
도 8을 참조하면, 그래프의 X축값은 적층된 다수의 핀 중, 일 핀과 이에 인접한 타 핀간의 간격(h, 도 4 참조)을 표시한다. 그리고, 그래프의 Y축값은 X축값 변화에 따른 열교환기(20)의 열교환량 및 제상이 필요할 때까지 열교환기(20)의 연속적인 운전시간에 관한 값을 표시한다.
상기한 바와 같이, 상기 h의 값이 커질수록 핀간의 간격이 증대되므로 열교환량은 다소 작아질 수 있다. 도 8에서는 상기 h가 약 0.5mm일 때의 열교환기(10) 열교환량 100%로 볼 때 h의 값이 증가함에 따라 열교환량이 줄어드는 모습을 확인할 수 있다.
반면에, h의 값이 커질수록 적층된 핀간의 공기 유동량은 증대되므로 핀(100)의 착상량은 상대적으로 줄어들 수 있다. 따라서, 제상이 필요한 시점까지 열교환기(20)의 연속적인 운전시간은 증대될 수 있다. 도 8에서는 상기 h가 0.8mm일 때의 운전시간을 100시간으로 볼 때 h의 값이 증가함에 따라 운전시간이 증가하는 모습을 확인할 수 있다.
즉, h의 증가함에 따라 열교환량 및 운전시간은 서로 다른 분포를 보이게 되는 바, 이러한 2가지의 성능을 적절하게 확보할 수 있는 h의 범위를 제안한다. 도 8에서 보여지는 바와 같이, 0.8mm < h < 1.6mm를 만족할 때, 상기 열교환량 및 운전시간이 양호한 성능을 얻어낼 수 있는 것으로 확인된다.
그리고, 상기 핀 간격(h)이 위와 같은 범위를 가질 때, FPI, 피치(P) 및 루버 각도(θ)는 아래와 같은 범위값을 가질 수 있다. 여기서, FPI(Fin per inch)는 1인치 당 열교환기 핀의 개수(적층개수)로 이해될 수 있다.
12≤FPI≤15, 0.8≤P≤1.2mm, 27°≤θ≤45°일 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 핀(100)에는, 핀(100)의 세로 중심선을 기준으로 양측에 제공되는 제 1 유동 가이드(140) 및 제 2 유동 가이드(150)가 포함된다.
상기 제 1 유동 가이드(140)에는, 상기 핀(100)의 일측 단부에 인접한 제 1 전단부(141) 및 상기 세로 중심선에 인접한 제 1 후단부(146)가 포함된다. 그리고, 상기 제 2 유동 가이드(150)에는, 상기 핀(100)의 타측 단부에 인접한 제 2 후단부(156) 및 상기 세로 중심선에 인접한 제 2 전단부(151)가 포함된다.
복수의 제 1 유동 가이드(140)의 사이에는, 제 1 유동 가이드(140)를 구획하는 제 1 평면부(121)가 제공된다. 상기 제 1 평면부(121)의 폭은 일정하지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 평면부(121)의 일 지점에서의 폭(a1)은 다른 지점에서의 폭(a2)보다 크거나 작게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 폭(a1)은 어느 하나의 제 1 유동 가이드(140)의 제 1 전단부(141)와 다른 제 1 유동 가이드(140)의 제 1 전단부(141) 사이의 거리에 대응되며, 상기 폭(a2)는 어느 하나의 제 1 유동 가이드(140)의 제 1 후단부(146)와 다른 제 1 유동 가이드(140)의 제 1 후단부(146) 사이의 거리에 대응될 수 있다.
이와 같이, 상기 제 1 평면부(121)의 폭이 서로 다른 값을 가지게 될 경우, 일례로, a1>a2일 경우에는 공기의 유동속도가 증가되어 공기의 풍량을 증대할 수 있게 되고, a1<a2일 경우에는 공기와 제 1 평면부(121)의 열교환 면적이 증대되어 열교환량이 증가될 수 있다는 효과가 나타난다.
한편, 제 1 유동 가이드(140)와 제 2 유동 가이드(150)의 사이에는, 제 2 평면부(131)가 제공된다. 상기 제 2 평면부(131)의 폭은 일정하지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 평면부(131)의 일 지점에서의 폭(b1)은 다른 지점에서의 폭(b2)보다 크거나 작게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 폭(b1)은 제 1 유동 가이드(140)의 제 1 후단부(146)의 상부와 제 2 유동 가이드(150)의 제 2 전단부(151)의 상부 사이의 거리에 대응되며, 상기 폭(b2)은 제 1 유동 가이드(140)의 제 1 후단부(146)의 하부와 제 2 유동 가이드(150)의 제 2 전단부(146)의 하부 사이의 거리에 대응될 수 있다.
이와 같이, 상기 제 2 평면부(131)의 폭이 서로 다른 값을 가지게 될 경우, 일례로, b1>b2일 경우에는 제상수가 낙하하면서 모여지게 되어 제상수의 배출속도가 증가될 수 있다는 효과가 나타나고, b1<b2일 경우에는 제상수의 유동면적이 증대될 수 있다는 효과가 나타난다.
이하에서는, 본 발명의 제 3 실시예 내지 제 6 실시예를 설명한다. 이들 실시예들은 제 1 실시예에 따른 핀의 구성에 있어서 전열성능 또는 제상성능을 개선하기 위한 "가이드부"가 제공되는 점에 차이점이 있는 바, 이들 차이점을 위주로 설명하고 제 1 실시예와 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면부호를 원용한다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 핀(200)에는, 제 1 실시예에서 설명한 제 1 평면부(121) 및 제 2 평면부(131)가 서로 교차하도록 구비되며, 평면부(121,131)에는 제상수의 배출을 가이드 하기 위한 가이드부(250)가 제공된다.
상기 가이드부(250)는 상기 제 2 평면부(131)로부터 돌출되며, 일 튜브 관통공(110)로부터 타 튜브 관통공(110)을 향하여 세로 방향으로 연장된다.
상세히, 상기 가이드부(250)에는, 상기 핀 본체(101)로부터 일 방향으로 경사지게 돌출되는 제 1 경사면(251)과, 상기 핀 본체(101)로부터 타 방향으로 경사지게 돌출되는 제 2 경사면(252) 및 상기 제 1 경사면(251)과 제 2 경사면(252)을 연결하는 첨단부(253)가 포함된다. 여기서, 상기 제 1 경사면(251)과, 제 2 경사면(252)은 상기 일 튜브 관통공(110)로부터 타 튜브 관통공(110)을 향하여 세로 방향으로 연장된다.
상기 첨단부(253)는 상기 핀 본체(101)의 일면으로부터 가장 높은 위치까지 돌출되며, 상기 제 1 경사면(251)과 제 2 경사면(252)은 상기 핀 본체(101)의 일면으로부터 상기 첨단부(253)를 향하여 경사지게 연장된다. 그리고, 상기 첨단부(253)가 상기 핀 본체(101)의 일면으로부터 돌출된 높이는, 제 1 루버(142) 또는 제 2 루버(152)가 상기 핀 본체(101)의 일면으로부터 돌출된 높이보다 높을 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 열교환기(10)의 제상 과정에서 발생하는 제상수는 상기 제 1 경사면(251) 및 제 2 경사면(252)을 따라 용이하게 하방으로 배출될 수 있으므로, 제상시간이 단축되고 이에 따라 열교환기(10)의 작동시간이 증가될 수 있다는 효과가 나타난다.
그리고, 상기 가이드부(250)에 의하여 공기와 핀(100)간의 열교환 면적이 증대되므로, 열교환기(10)의 전열성능이 다소 개선될 수 있다는 효과가 나타난다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 핀(300)에는, 평면부(121,131)에 제공되어 공기의 유동을 가이드 하는 가이드부(350)가 제공된다. 상기 가이드부(350)는 제 2 평면부(131)를 따라 세로 방향으로 연장될 수 있다.
상기 가이드부(350)에는, 상기 제 1 평면부(121)와 동일한 면을 형성하는 중앙부(350a)와, 상기 핀 본체(101)의 적어도 일부분이 절개되는 복수의 절개부(352,353)가 포함된다. 상기 중앙부(350a)는 상기 제 1 평면부(121)의 적어도 일부분으로서 이해될 수 있다.
상기 복수의 절개부(352,353)에는, 상기 중앙부(350a)의 상부 및 하부에 각각 형성되는 제 1 절개부(352) 및 제 2 절개부(353)가 포함된다.
상기 가이드부(350)에는, 상기 가이드부(350)의 상단부를 형성하는 제 1 단부(351a) 및 상기 제 1 단부(351a)로부터 상기 제 1 절개부(352)를 향하여 경사지게 연장되는 제 1 경사면(355)이 포함된다. 그리고, 상기 가이드부(350)에는, 상기 가이드부(350)의 하단부를 형성하는 제 2 단부(351b) 및 상기 제 2 단부(351b)로부터 상기 제 2 절개부(353)를 향하여 경사지게 연장되는 제 2 경사면(356)이 포함된다.
상세히, 상기 제 1 경사면(355)은 상기 제 1 단부(351a)로부터 일방향(도 11에서 후방)으로 경사지게 연장되며, 상기 제 2 경사면(356)은 상기 제 2 단부(351b)로부터 상기 일방향으로 경사지게 연장될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 단부(351a)로부터 상기 제 1 경사면(355)이 연장하는 방향(도 11에서 하방)은, 상기 제 2 단부(351b)로부터 상기 제 2 경사면(356)이 연장하는 방향(도 11에서 상방)은, 서로 반대 방향을 형성할 수 있다.
정리하면, 상기 가이드부(350)는 상기 평면부(121,131)의 적어도 일부분이 절개되어 일방향으로 경사지게 연장되는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 절개부 및 경사면의 구성에 의하여, 상기 핀(300)에는 하나 이상의 슬릿이 형성되는 것으로 이해될 수 있다. 본 실시예에 따른 핀의 구성에 의하면, 공기가 핀(100)을 따라 유동하는 과정에서, 열교환 면적이 증대되어 열교환 효율이 증대될 수 있게 된다.
한편, 도면에서는 상기 가이드부(350)가 상기 제 2 평면부(131)상에서 세로 방향으로 연장되는 것으로 도시되나, 이와는 달리 상기 가이드부(350)의 구성은 상기 제 1 평면부(121)상에서 가로 방향으로 연장되도록 배치될 수 있을 것이다.
도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 핀(400)에는, 공기의 유동을 가이드 하는 가이드부(450)가 포함된다.
상세히, 상기 가이드부(450)는 제 1 실시예에서 설명한 제 1 루버(142) 또는 제 2 루버(152)와 유사한 구성을 가지는 제 3 루버(452)가 포함된다. 상기 제 3 루버(452)는 상기 제 1 평면부(121)의 적어도 일부분이 절개되어 상기 핀(100)의 일방향(일례로, 전방) 및 타방향(일례로, 타방)으로 벤딩되어 형성된다.
상기 제 3 루버(452)가 상기 제 1 평면부(121)에 형성됨으로써, 공기와 핀(100)의 열교환 면적이 증대될 수 있다.
한편, 도 12에서는 상기 제 3 루버(452)가 상기 제 1 평면부(121)에 구비되는 것으로 도시되나, 이와는 달리 상기 제 3 루버(452)는 상기 제 2 평면부(131)상에 구비되거나, 제 1 평면부(121) 및 제 2 평면부(131)에 동시에 구비될 수도 있을 것이다.
도 13은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 핀의 구성을 보여주는 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 핀(500)에는, 공기의 유동을 가이드 하기 위한 가이드부(550)가 제공된다.
상기 가이드부(550)에는, 상기 핀(500)의 일면으로부터 일방향으로 돌출되는 제 1 경사면(551)과, 상기 핀(500)의 일면으로부터 타방향으로 돌출되는 제 2 경사면(552) 및 상기 제 1 경사면(551)과 제 2 경사면(552)을 연결하는 첨단부(553)가 포함된다.
상기 가이드부(550)는 상기 제 1 평면부(121)를 따라 가로 방향으로 연장될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 가이드부(550)는 도 10에서 설명한 가이드부(250)가 상기 제 1 평면부(121)에 배치되며, 이에 따라 상기 제 2 평면부(131)에 교차하는 방향을 따라 연장되는 것으로 이해될 수 있다.
이와 같은 가이드부(550)의 구성에 의하여, 제상수의 배출이 용이해질 수 있고 공기와 핀간의 접촉면적, 즉 열교환 면적이 증대될 수 있는 효과가 나타난다.
다른 실시예를 제안한다. 도 10의 가이드부(250)와 도 13의 가이드부(550)가 핀에 동시에 형성될 수도 있을 것이다.
10 : 열교환기 20 : 제 1 열교환부
30 : 제 2 열교환부 50 : 냉매튜브
100 : 핀 101 : 핀 본체
110 : 튜브 관통공 121 : 제 1 평면부
131 : 제 2 평면부 140 : 제 1 유동가이드
142 : 제 1 루버 150 : 제 2 유동가이드
152 : 제 2 루버 250,350,450,550 : 가이드부
251 : 제 1 경사면 252 : 제 2 경사면
253 : 첨단부 351a : 제 1 단부
351b : 제 2 단부 352 : 제 1 절개부
353 : 제 2 절개부 355 : 제 1 경사면
356 : 제 2 경사면 452 : 제 3 루버

Claims (10)

  1. 냉매가 유동하는 냉매튜브; 및
    상기 냉매튜브가 삽입되는 적어도 2개 이상의 튜브 관통공을 가지는 핀이 포함되며, 상기 핀에는,
    핀 본체;
    상기 핀 본체의 표면으로부터 돌출되도록 구비되는 복수의 루버;
    상기 복수의 루버 사이에 형성되며, 평탄한 면을 가지는 평면부; 및
    상기 평면부의 적어도 일측에 제공되며, 공기의 유동 또는 제상수의 배출을 가이드 하는 가이드부가 포함되는 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평면부에는,
    공기의 유동방향에 대응하는 방향으로 연장되는 제 1 평면부; 및
    상기 제 1 평면부에 교차하도록 연장되는 제 2 평면부가 포함되는 열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    상기 제 1 평면부 및 제 2 평면부 중 적어도 하나의 평면부에 돌출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가이드부에는,
    상기 핀 본체의 일면으로부터 일방향으로 돌출되는 제 1 경사면;
    상기 핀 본체의 일면으로부터 타방향으로 돌출되는 제 2 경사면; 및
    상기 제 1 경사면과 제 2 경사면을 연결하는 첨단부가 포함되는 열교환기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 경사면 또는 제 2 경사면은,
    상기 제 2 평면부를 따라 핀 본체의 세로 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 가이드부에는,
    상기 핀 본체의 적어도 일부분이 절개되는 절개부; 및
    상기 핀 본체의 일 지점으로부터 상기 절개부를 향하여 경사지게 연장하는 경사면이 포함되는 열교환기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 절개부에는, 상기 가이드부의 상부 및 하부에 각각 형성되는 제 1 절개부 및 제 2 절개부가 포함되며,
    상기 경사면에는, 상기 제 1 절개부를 향하여 경사지게 연장되는 제 1 경사면 및 상기 제 2 절개부를 향하여 경사지게 연장되는 제 2 경사면이 포함되는 열교환기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 경사면이 연장하는 방향과, 제 2 경사면이 연장하는 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 가이드부는, 상기 핀 본체의 적어도 일부분이 절개되어 형성되는 슬릿인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 루버에는, 상기 튜브 관통공의 중심에 대하여 일측에 구비되는 제 1 루버 및 상기 튜브 관통공의 중심에 대하여 타측에 구비되는 제 2 루버가 포함되고,
    상기 가이드부는 상기 제 1 평면부 또는 제 2 평면부에 구비되는 제 3 루버인 것을 특징으로 하는 열교환기.
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