KR20230139445A - 열교환기 - Google Patents

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KR20230139445A
KR20230139445A KR1020220037760A KR20220037760A KR20230139445A KR 20230139445 A KR20230139445 A KR 20230139445A KR 1020220037760 A KR1020220037760 A KR 1020220037760A KR 20220037760 A KR20220037760 A KR 20220037760A KR 20230139445 A KR20230139445 A KR 20230139445A
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KR1020220037760A
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이요한
박태균
최지원
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엘지전자 주식회사
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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 것으로써, 일측으로 이격 배열되는 복수의 핀; 길게 연장되어 상기 복수의 핀을 관통하는 중공의 파이프; 상기 파이프의 중공에 삽입되며, 상기 파이프를 따라 길게 연장되고, 상기 파이프의 내주면과의 사이에 냉매가 유동 가능한 유로를 형성하는 로드를 포함할 수 있다.

Description

열교환기 {HEAT EXCHANGER}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열교환기의 열교환효율을 증대시키고, 유동 냉매의 유속이 개선된 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는, 압축기, 응축기, 팽창기구 및 증발기로 이루어지는 냉동 사이클 장치에서 응축기나 증발기로 사용될 수 있다. 열교환기는 차량이나 냉장고 또는 공기조화기 등에 설치될 수 있으며, 냉매를 공기와 열교환 시킬 수 있다.
열교환기는 핀튜브형 열교환기, 마이크로 채널형 열교환기 등으로 구분될 수 있다. 열교환기는 냉매가 통과하는 튜브와, 튜브에 연결되어 튜브로 냉매를 분배하는 헤더를 포함할 수 있다.
핀튜브형 열교환기의 경우, 열교환용 핀과 냉매가 통과하는 튜브가 결합될 있다. 그리고, 상기 핀과 튜브의 사이에 공기가 통과하는 유동공간이 구비될 수 있다. 공기는 핀과 튜브 사이를 통과하면서, 튜브를 유동하는 냉매와 열교환할 수 있다. 냉매가 튜브의 내부를 유동하면, 냉매의 열은 핀으로 전달되고, 공기는 핀과 접촉되어 열을 흡수할 수 있다.
한편 종래기술의 경우, 튜브를 유동하는 냉매는, 튜브의 둘레 부근에서 가장 열교환율이 높으며, 튜브의 둘레로부터 중심으로 향할수록 열교환율이 저감되는 문제가 있다. 또한, 튜브를 유동하는 냉매의 유속이 느린 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2006-0106478호(공개일자 2006년10월12일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열교환 효율이 개선되는 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 냉매가 유동하는 유로의 체적 대비 냉매의 유속과 열교환량을 개선하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기는, 일측으로 이격 배열되는 복수의 핀; 길게 연장되어 상기 복수의 핀을 관통하는 중공의 파이프; 상기 파이프의 중공에 삽입되며, 상기 파이프를 따라 길게 연장되고, 상기 파이프의 내주면과의 사이에 냉매가 유동 가능한 유로를 형성하는 로드를 포함할 수있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 유로는, 상기 로드의 외주면을 둘러쌀 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 유로의 폭은, 상기 로드의 둘레방향을 따라 균일하게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 파이프의 내주면과 상기 로드의 외주면은, 원통 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 로드와 상기 파이프의 사이를 지지하는 서포터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 서포터는, 복수로 구비되어 상기 로드를 상기 파이프의 중심에 배치시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 서포터는, 상기 로드를 중심으로 대향되는 한 쌍을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 서포터는, 상기 로드의 둘레방향을 따라 복수로 배열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 서포터는, 복수로 구비되어 상기 로드의 길이방향을 따라 소정의 간격으로 이격배열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 서포터는, 상기 로드의 길이방향을 따라 길게 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 서포터는, 상기 파이프의 내주면에 용접될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 서포터는, 상기 로드의 길이방향을 따라 나선형으로 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 서포터는, 상기 로드의 외주면으로부터 돌출될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 열교환기에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　열교환 효율이 개선된 열교환기가 제공될 수 있다.
둘째,　냉매가 유동하는 유로의 체적 대비 냉매의 유속과 열교환량이 개선될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기에 대한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프의 투과 사시도이다.
도 4는 도 3의 파이프의 평면도이다.
도 5는 도 3의 파이프에 대한 절개 사시도이다.
도 6은 도 3 내부의 일부 구성에 대한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 일부 구성의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 파이프의 투과 사시도이다.
도 9는 도 8 내부의 일부 구성에 대한 사시도이다.
도 10은 도 8의 파이프에 대한 절개 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 파이프의 사시도이다.
도 12는 도 12의 파이프에 대한 절개 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "~부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 첨부도면은 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다름과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 열교환기(1)는 핀(2)을 포함할 수 있다. 핀(2)은 복수로 형성될 수 있다. 핀(2)은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 복수의 핀(2)은 서로 마주하며, 나란하게 두께방향으로 배열될 수 있다. 핀(2)은 열전도율이 높은 금속으로 형성될 수 있다.
열교환기(1)는 파이프(3)를 포함할 수 있다. 파이프(3)는 중공으로 형성될 수 있다. 복수의 핀(2)을 관통할 수 있다. 파이프(3)는 복수의 핀(2)이 배열된 방향으로 길게 연장될 수 있다. 파이프(3)는 단일의 핀(2)을 복수회 관통하도록 복수의 행과 열로 배열될 수 있다. 복수의 핀(3)을 관통한 어느 파이프(3)는, 복수의 핀(2)의 외측에서 연결파이프(31)에 의해 다른 파이프(3)와 연결될 수 있다. 연결파이프(31)는 벤딩될 수 있다. 연결파이프(31)는 파이프(3)에 용접될 수 있다.
파이프(3)는 열전도율이 높은 금속으로 형성될 수 있다. 파이프(3)의 내부에는 열 교환용 냉매가 유동하고, 복수의 핀(2)에 열을 전달할 수 있다. 공기는 복수의 핀(2) 사이를 통과하며 복수의 핀(2)과 열교환할 수 있다.
도 3을 참조하면, 파이프(3)는 중공으로 형성될 수 있다. 로드(5)는 파이프(3)를 따라 길게 연장될 수 있다. 로드(5)는 파이프(3)의 내부에 삽입될 수 있다.
로드(5)의 외주면은 파이프(3)의 내주면과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 로드(5)의 외주면과 파이프(3)의 내주면은 원통 형상을 가질 수 있다. 파이프(3)의 외주면은 원통 형상을 가질 수 있다. 그러나, 로드(5)와 파이프(3)의 형상은 이에 제한되지 않는다. 로드(5)의 내부는 막힐 수 있다.
로드(5)의 직경은 파이프(3) 내주면의 직경보다 작을 수 있다. 로드(5)는 파이프(3)의 중심에 배치될 수 있다. 로드(5)와 파이프(3)의 내주면의 사이에는 유로(4)가 형성될 수 있다. 로드(5)는 파이프(3)의 내주면으로부터 반경 내측방향으로 이격될 수 있다. 냉매는 유로(4)를 통과할 수 있다. 로드(5)의 열전도율은 파이프(3)의 열전도율보다 작을 수 있다. 냉매와 로드(5) 사이의 열교환율은, 냉매와 파이프(3) 사이의 열교환율보다 적을 수 있다. 따라서, 냉매가 유로(4)를 유동하면서, 로드(5)에 의한 열손실을 줄일 수 있다. 로드(5)는, 내부가 비어있는 에어갭이 형성될 수도 있다.
유로(4)는 로드(5)의 외주면을 둘러쌀 수 있다. 유로(4)는 로드(5)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 유로(4)는 파이프(3)의 내주면을 따라 둘레방향으로 연장될 수 있다. 유로(4)의 단면은 링 형상을 포함할 수 있다. 로드(5)의 둘레방향을 기준으로, 로드(5)는 파이프(3)의 내주면으로부터 균일하게 이격될 수 있다. 유로(4)의 폭은 로드(5)의 둘레를 따라 일정할 수 있다.
종래 기술과 같이, 로드(5)가 부재하는 파이프(3)의 내부에 냉매가 유동하는 경우, 파이프(3)의 외주면으로부터 내측으로 향할수록 열교환 효율이 줄어드는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이 로드(5)가 파이프(3)의 내부에 삽입되어, 파이프(3)의 내주면과 로드(5)의 사이에 유로(4)를 형성하는 경우, 냉매는 파이프(3)의 둘레에 인접하여 유동하여, 유동하는 냉매의 총량 대비 열교환 효율이 개선될 수 있다. 또한, 유로의 체적에 대비하여 상대적으로 냉매의 유속이 빨라지고, 냉매의 열교환량이 증대될 수 있다. 이에 따라, 열교환기의 열교환 효율이 개선될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 서포터(61)는 로드(5)와 파이프(3)의 사이에 배치될 수 있다. 서포터(61)는 로드(5)와 파이프(3) 사이를 지지할 수 있다. 서포터(61)는 파이프(3)의 내주면으로부터 로드(5)를 이격시킬 수 있다. 서포터(61)는 복수로 구비될 수 있다. 복수의 서포터(61)는 로드(5)를 파이프(3)의 중심에 배치시킬 수 있다.
서포터(61)는 로드(5)를 중심으로 대향되는 한 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로드(5)의 단면을 기준으로, 한 쌍의 서포터(61) 중 어느 하나는 상측에 배치되고, 한 쌍의 서포터(61) 중 다른 하나는 하측에 배치될 수 있다. 다른 예로, 로드(5)의 단면을 기준으로, 한 쌍의 서포터(61) 중 어느 하나는 좌측에 배치되고, 한 쌍의 서포터(61) 중 다른 하나는 우측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 한 쌍의 서포터(61)는 로드(5)를 파이프(3)의 중심에 배치시킬 수 있다.
서포터(61)는 로드(5)의 둘레방향을 따라 복수로 배열될 수 있다. 로드(5)의 둘레 방향을 따라 서포터(61)는 서로 균일한 간격으로 이격될 수 있다. 서포터(61)의 개수는 제한되지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 서포터(61)는 한 단면을 기준으로 4개가 배치될 수도 있고, 3개나 5개가 서로 균일한 간격으로 배치될 수도 있다. 이에 따라, 복수의 서포터(61)는 로드(5)를 파이프(3)의 중심에 배치시킬 수 있다.
서포터(61)는 로드(5)로부터 외측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 이때, 서포터(61)는 로드(5)와 일체로 형성될 수 있다. 또는, 서포터(61)는 파이프(3)가 내측으로 함몰되어 형성될 수도 있다. 또는, 서포터(61)는 로드(5)의 끝단을 로드(5)의 길이방향으로 압력을 가함으로써, 변형시켜 형성될 수도 있다.
서포터(61)는, 로드(5)의 길이방향에 대하여 소정의 간격으로 이격배열될 수 있다. 예를 들어, 서포터(61)는 길게 연장된 로드(5)의 길이방향에 대한 일단과 타단에 배치될 수 있다. 서포터(61)는 로드(5)의 일단과 타단의 사이에 배치될 수도 있다. 다른 예로, 서포터(62)는 로드(5)의 길이방향을 따라 길게 연장될 수 있다(도 7 참조).
이에 따라, 파이프(3)의 사방에서 균일하게 열교환이 이루어질 수 있다.
로드(5)는 파이프(3)의 외부로부터 내부에 삽입된 뒤, 서포터(61, 62) 부위에서 용접을 통해 로드(5)와 파이프(3)가 결합될 수 있다. 이후, 복수의 파이프(3) 각각이 복수의 핀(2)을 관통하고, 연결파이프(31, 도 1 참조)를 통해 복수의 파이프(3)를 연결하여 열교환기(1, 도 1 참조)를 제작할 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 서포터(63)는 로드(5)의 둘레방향으로 권선되며, 로드(5)의 길이방향을 향하여 연장되는 나선형으로 형성될 수 있다. 서포터(63)는 로드(5)의 외주면으로부터 외측으로 돌출될 수 있다. 서포터(63)는 로드(5)와 파이프(3)의 내주면 사이에 배치되어 로드(5)와 파이프(3)를 지지할 수 있다. 유로(4)는 로드(5)와 파이프(3)의 내주면 사이에서, 서포터(63)를 따라 나선형으로 형성될 수 있다. 냉매는 나선형의 유로(4)를 따라 유동할 수 있다.
이 경우, 도 3 내지 도 7의 실시예보다 냉매의 유속을 의도적으로 낮춰서 열교환 시간을 확보하되, 냉매가 파이프(3)의 외주면에 인접하게 유동하게 함으로써, 열교환 효율이 개선될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1: 열교환기
2: 핀
3: 파이프
4: 유로
5: 로드

Claims (14)

  1. 일측으로 이격 배열되는 복수의 핀;
    길게 연장되어 상기 복수의 핀을 관통하는 중공의 파이프;
    상기 파이프의 중공에 삽입되며, 상기 파이프를 따라 길게 연장되고, 상기 파이프의 내주면과의 사이에 냉매가 유동 가능한 유로를 형성하는 로드를 포함하는 열교환기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유로는,
    상기 로드의 외주면을 둘러싸는 열교환기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 유로의 폭은,
    상기 로드의 둘레방향을 따라 균일하게 형성되는 열교환기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 파이프의 내주면과 상기 로드의 외주면은, 원통 형상을 가지는 열교환기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 로드와 상기 파이프의 사이를 지지하는 서포터를 포함하는 열교환기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 서포터는,
    복수로 구비되어 상기 로드를 상기 파이프의 중심에 배치시키는 열교환기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 서포터는,
    상기 로드를 중심으로 대향되는 한 쌍을 포함하는 열교환기.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 서포터는,
    상기 로드의 둘레방향을 따라 복수로 배열되는 열교환기.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 서포터는,
    복수로 구비되어 상기 로드의 길이방향을 따라 소정의 간격으로 이격배열되는 열교환기.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 서포터는,
    상기 로드의 길이방향을 따라 길게 연장되는 열교환기.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 서포터는,
    상기 파이프의 내주면에 용접되는 열교환기.
  12. 제5 항에 있어서,
    상기 서포터는,
    상기 로드의 길이방향을 따라 나선형으로 연장되는 열교환기.
  13. 제5 항에 있어서,
    상기 서포터는,
    상기 로드의 외주면으로부터 돌출된 열교환기.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 로드의 열전도율은, 상기 파이프의 열전도율보다 낮은 열교환기.
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