KR20150122776A - 미세 채널 기반 열 교환기에 관련되는 핀 해법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 냉동 시스템 또는 히트 펌프 시스템, 특히 그러한 시스템 내의 응축기 또는 증발기와 같은 시스템들에서, 열 교환 또는 열 회수를 위한, 미세-홈 튜브(micro-groove tube) 및 미세 채널 또는 복수 포트 기반 알루미늄 열 교환기에 관한 것이다. 열 교환기는, 미세 채널 또는 복수 포트 압출물들과 더불어, 압출물들(7, 8)에 부착되는 구불구불한 핀들(9) 및 압출물들에 연결되는 유입 및 배출 매니폴드 수집기/분배기(15)를 포함한다. 구불구불한 핀들(9)은 압출물들(7, 8)에 관련하여 횡단 방향으로 제공되며 그리고 그의 측부 에지들(10, 11)이 압출물들(7, 8)에 수직으로 놓인다. 압출물들은, 더 얇은 플랜지들 또는 웹들(14)과 상호연결되는 개별적인 포트들 또는 미세 채널들(13)을 갖는, 웹-MPE(12)로도 지칭되는 웹(web) 유형 압출물 또는 MPE(5)로도 지칭되는 복수 포트 유형 압출물(Multi-Port Extrusion)일 수 있다.

Description

미세 채널 기반 열 교환기에 관련되는 핀 해법{FIN SOLUTION RELATED TO MICRO CHANNEL BASED HEAT EXCHANGER}
본 발명은, 냉동 시스템 또는 히트 펌프 시스템, 특히 그러한 시스템 내의 응축기 또는 증발기와 같은 시스템들에서, 열 교환 또는 열 회수를 위한 미세 채널(복수 포트) 기반 열 교환기에 관한 것이다.
알루미늄의 복수 포트 압출(MPE) 윤곽물들(profiles)에 기초하는 미세 채널 유형 열 교환기는, 또한 알루미늄의 구불구불한 핀들이 압출된 튜브들 또는 채널들의 길이 방향으로 그리고 압출된 튜브들 또는 채널들 사이에 제공되는 것으로, 알려져 있다.
핀들은 통상, (첨부된 도 1에서 확인될 수 있는 바와 같이) 그들의 굴곡부 외측면(elbow outer faces)들에서 윤곽물들에 브레이징된다.
그러한 유형의 열 교환기는 예를 들어, 일본 공개공보 제3-13794호로부터 공지된다.
이러한 공지된 열 교환기의 한계가 열교환기의 외측면들 상에 응축되는 물의 열악한 배수이다.
본 발명에 따라 다음과 같은 개선된 열 교환기 핀 배열 및 설계가 제공된다:
- MPE 생산 기술의 이익을 활용함.
- 하나의 압출물에서의 더 많은 튜브들.
- 열 교환기 내의 더 적은 수의 부품들.
- 열 교환기의 냉매 측과 공기 측 사이의 더 양호한 표면 균형(최적화)허용.
- 연속적인 핀 개념 활용할 수 있음.
- MPE 유형 열 교환기로부터 응축수 배수를 개선함.
- 열 교환기 공기 유입구 및 배출구 상에서 더욱 튼튼한 핀들.
- 더욱 합리적인 열 교환기 조립 프로세스.
- 새로운 웹-MPE 설계(이후의 정의 참조)와 더불어 활용 가능함.
본 발명은 첨부된 독립 청구항 1에 한정되는 바와 같은 특징들에 의해 특징지어진다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항 2 내지 8에서 추가로 한정된다.
본 발명은 뒤따르는 예들을 통해 그리고 첨부되는 도면들을 참조하여, 추가로 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 구불구불한 핀 조립체를 갖는 통상적으로 공지된 MPE 기반 열 교환기의 일부를 사시도로 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 구불구불한 핀 조립체를 갖는 MPE 기반 열 교환기의 일부를 사시도로 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 연결에 적당하게 사용될 수 있는 압출 윤곽물의 예들을 도시하고,
도 4는 본 발명에 따른 구불구불한 핀 조립체를 갖는 웹-MPE 기반 열 교환기의 일부의 조립체에 대한 확대도를 도시하며,
도 5는, 핀들의 정상부들(crests) 또는 굽힘부들(bends)이 부분적으로 제거된, 본 발명에 따른 압출물 및 핀 설계의 실시예를 도시하고,
도 6은 도 5에 도시된 조립체의 단면 그리고 어떻게 핀들이 압출물에 받아들여지고 압출물에 브레이징되는지를 도시하며,
도 7은, 핀들이 "미늘판(louvre)" 설계를 갖도록 제공되는, 본 발명의 대안적인 실시예를 도시하고,
도 8은 상이한 미늘판 및 공기 유동 설계의 예시이며,
도 9는 대안적인 구불구불한 핀 강화 설계를 도시하고,
도 10은 공기 유동 방향에서 열 전달의 최적화된 감소를 갖는 다른 구불구불한 핀 설계를 도시하며,
도 11은 최적화된 브레이징 플랜지를 갖는 웹-MPE 설계의 실시예를 도시하고,
도 12는, 압출물의 포트들 또는 튜브들 사이의 웹 재료의 일부가 제거되는, 또 다른 대안적인 웹-MPE 설계를 도시하며,
도 13a는 개선된 접합/브레이징 특성을 갖는 수정예를 도시하는 핀 및 튜브 실시예의 일부에 대한 사시도이며 그리고 도 13b는 그 단면도이다.
이상에 진술된 바와 같이, 도 1은 구불구불한 핀 조립체를 갖는 통상적으로 공지된 MPE 기반 열 교환기의 일부를 사시도로 도시한다. 도면으로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 열 교환기의 구불구불한 핀(2)은, 복수 튜브 압출물들(3, 4) 사이에 길이 방향으로 기립한 상태로 제공되며 그리고 브레이징부(6)에 의해 그의 정상부 또는 굽힘부(5) 외측면에서 압출물들에 부착된다. 이러한 유형의 열 교환기는 통상적으로, 열 교환기의 열 교환 능력 및 크기에 의존하여, 핀들(2) 및 (겹쳐지는) 압출물들(3, 4)을 갖는 다수의 압출물(3)로 구성된다.
도 2는, 구불구불한 핀들(9)이 압출물들(7, 8)에 관해 횡단 방향으로 제공되며 그리고 그들의 날카로운 에지들(10, 11)이 압출물들(7, 8)에 수직으로 놓이는, 본 발명에 따른 열 교환기의 일부를 도시한다. 도 1에 도시된 공지의 수평 기립 버전(horizontal, standing version)과 더불어, 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 열 교환기는, 열 교환기의 열 교환 능력 및 크기에 의존하여, 핀들(9)의 "층들"과 나란한, 하나의, 소수의, 또는 다수의 압출물(3, 4)(상응하는 도 1 참조)로 구성될 수 있을 것이다. 도면으로부터 확인될 수 있는 바와 같이(이후의 도면들 또한 참조), 핀들(9)의 굽힘부들은 압출물들(7, 8)의 측부 에지들 너머로 신장될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 연결에 적당하게 사용될 수 있는 압출 윤곽물의 예들을, 즉 이상에 언급되고 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은, MPE(5, 7, 8)로도 지칭되는, 통상적인 복수-포트(또는 채널) 압출물을 그리고 이하에서 웹-MPE로 언급되는 더 얇은 플랜지들 또는 웹들(14)과 상호연결되는 "개별적인" 튜브들 또는 미세 채널들(13)을 갖는 웹 유형 압출물을, 도시한다.
도 4는 매니폴드(15)를 포함하는 본 발명에 따른 구불구불한 핀(16) 조립체를 갖는 웹-MPE(12) 기반 열 교환기의 일부의 조립체에 대한 확대도를 도시한다. 이러한 유형의 열 교환기는 통상적으로, 2개의 매니폴드, 즉 유입 매니폴드 및 배출 매니폴드를 갖도록 제공되며, 그리고 따라서 단지 하나의 매니폴드(15)를 도시하는 것은 단지 예시이다. 도 4는 또한, 웹-MPE 미세 포트들 또는 튜브들(17) 내에서 유동하는 냉매의 방향, 개별적으로 웹-MPE(12)의 횡단 방향이지만 구불구불한 핀들(16)과 나란하게 열 교환기의 외측에서 유동하는 공기의 방향을, 화살표로 도시한다.
도 5는, 핀들의 정상부들 또는 굽힘부들이 도면 부호 19 및 20의 위치에서 각각 절단되고 부분적으로 제거된, 본 발명에 따른 압출물(12) 및 핀(18) 설계의 실시예를 도시한다. 이것은 핀들을 통한 공기 유동을 향상시키고 개선하기 위해 실행된다.
도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 유사한 조립체의 단면을 더 추가하여 도시한다. 본 도면에서 확인될 수 있는 바와 같이, 핀들(18)의 재료의 부분이 제거되며 그리고 그로 인해, 핀들(18)이 브레이징부(21)에 의해 기본적으로 전체 외측면[튜브(17)를 포함하는 웹(14)]을 따라 압출 윤곽물에 연결될 수 있도록, 압출 윤곽물의 플랜지 또는 웹 섹션(14)에 맞춰진다. 이것은 핀들과 압출물들 사이의 연결을 개선할 것이며 그리고 압출 윤곽물과 핀 사이에서 열 전달을 향상시킨다. 그러나, 대안적인 실시예가, 도 5에 지시되는 바와 같이 핀들을 단지 튜브들에만 연결하도록 할 수도 있다.
도 7은, 구불구불한 핀들(22)이 (용도에 따라) 핀들로부터 공기로 또는 역으로 열의 대류를 강화시키기 위해 "미늘판(louvre)" 설계를 갖도록 제공되는, 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한다. 핀들(22)은 수직의 슬릿들을 갖도록 제공되며, 여기서 슬릿들을 따르는 금속은, 공기를 뽑아내도록 설계되어 핀 내에서 생성된 개구들을 통해 공기를 유도하도록 하는, 횡단 미늘판들(23)을 생성하도록 내향 또는 외향으로 압착된다. 이것은 추가로, 상이한 미늘판 및 공기 유동 설계를 보여주는 도 8에 예시된다. 구불구불한 핀들의 정상부들 또는 굽힘부들은, 도면에 도시되는 바와 같이 개방되거나 폐쇄될 수 있다.
본 발명에 따라, 다른 핀 설계들이 또한, 핀들이 길이방향(25) 또는 횡단방향(24) 파동형 설계로 제공되는 도 9에 도시된 바와 같이 가능할 수 있을 것이다. 헤링본 패턴(herringbone pattern)과 같은 다른 설계들이 또한 가능할 수 있다.
도 10은 하나 이상의 열 전달 분리 구역들(31)이 핀 내에 펀칭될 수 있는, 설계를 도시한다. 유사한 설계가, 공기 유동 방향에서 열 전달을 억제하기 위한 더 깊은 F&T 열 교환기 설계(deeper F&T heat exchanger design)에서 사용된다.
도 11은, 압출물들(26)의 포트들 또는 튜브들이, 핀들과 압출물들 사이의 브레이징 연결을 개선할 뿐만 아니라 핀들과 압출물들 사이의 열 전달을 돕는, 외향으로 돌출하는 플랜지들(27)을 갖도록 제공되는, 대안적인 웹-MPE 설계를 도시한다.
도 12는, 튜브들 사이의 배수를 가능하게 하기 위해 그리고 필요할 때 튜브들의 횡단 방향으로의 열 전달을 감소시키기 위해, 웹들(29)의 재료의 일부가 제거되는, 압출물 웹 설계를 도시한다. 웹 재료가 더 제거되면, 열 전달이 상응하게 또한 감소하게 된다. 이러한 설계는 열 전달을 최적화하기 위해 사용될 수 있을 것이다.
도 13a는 개선된 접합/브레이징 특성을 갖는 수정예를 도시하는 핀 및 튜브 실시예의 일부에 대한 사시도이며 그리고 도 13b는 그 단면도이다.
나아가, 도 13a는 핀들의 아래쪽 부분(32)이 튜브들에 대한 핀의 접합 또는 브레이징(부착)을 개선하기 위해 외향으로 구부려지는, 핀(30) 및 튜브(31) 실시예의 일부에 대한 사시도를 도시하며, 그리고 도 13b는 그의 단면도이다.
청구범위에 한정되는 바와 같은 본 발명은, 이상에서 설명되고 도면들에 도시된 예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 따라서, 열 교환기는, 냉동 시스템 내의 응축기 또는 증발기로서 뿐만 아니라, 열이 교환되고 회수되는 임의의 시스템에서 또한, 사용될 수 있다. 나아가, 청구범위에서 한정되는 바와 같은 복수 튜브와 같은 표현은, 알루미늄으로 이루어진 단일 또는 복수 튜브 압출 윤곽물을 포함할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 미세 채널 또는 복수 포트 압출물들과 더불어, 압출물들(7, 8)에 부착되는 구불구불한 핀들(9) 그리고 압출물들에 부착되는 유입 및 배출 매니폴드 수집기/분배기들(15)을 포함하는, 냉동 시스템 또는 히트 펌프 시스템, 특히 그러한 시스템 내의 응축기 또는 증발기와 같은 시스템들에서, 열 교환 또는 열 회수를 위한, 미세 채널 또는 복수 포트 기반 알루미늄 열 교환기로서,
    상기 구불구불한 핀들(9)은 상기 압출물들(7, 8)에 관련하여 횡단 방향으로 제공되며 그리고 상기 구불구불한 핀들의 측부 에지들(10, 11)은 상기 압출물들(7, 8)에 대해 수직으로 놓이는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압출물들은, MPE(5)로도 지칭되는 복수 포트 유형 압출물 또는, 더 얇은 플랜지들 또는 웹들(14)과 상호연결되는 개별적인 포트들 또는 미세 채널들(13)을 갖는, 웹-MPE(12)로도 지칭되는 웹(web) 유형 압출물일 수 있는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 구불구불한 핀들(18)의 정상부들 또는 굽힘부들은, 상기 핀들을 통한 공기 유동을 강화하기 위해 (도면 부호 19 및 20의 위치에서 각각) 절단되고 부분적으로 제거되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구불구불한 핀들(22)은 용도에 따라 상기 핀들로부터 공기로 또는 그 역으로 열의 대류를 강화시키기 위해 "미늘판(louvre)" 설계를 갖도록 제공되며, 이를 위해 상기 핀들(22)은 수직의 슬릿들을 갖도록 제공되고, 여기서 상기 슬릿들을 따라 금속은, 공기를 뽑아내도록 설계되어 핀 내에서 생성된 개구들을 통해 공기를 유도하도록 하는 횡단 미늘판들(23)을 생성하도록 내향 또는 외향으로 압착되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀들은 길이방향(25) 또는 횡단방향(24) 파동형 설계로 제공되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압출물(30)은 웹-MPE 설계의 것이며,
    상기 미세 포트들 또는 튜브들 사이의 상기 플랜지들 또는 웹들(39)의 재료의 일부가, 응축수의 배수를 강화시키기 위해 그리고 미세 포트들 또는 튜브들의 횡단 방향 열 전달을 제어하고 감소시키기 위해, 제거되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀들은 브레이징에 의해 상기 압출물들에 부착되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀들은 접합에 의해 상기 압출물들에 부착되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
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