KR930000661B1 - 열 교환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

열 교환기

제1도는 본 발명의 전열핀의 한 실시예를 나타낸 평면도.

제2도는 제1도의 A－A 또는 C－C방향에 연하는 확대단면도.

제3도는 제1도의 B－B방향에 연하는 확대단면도.

제4도는 제1도에 나타낸 전열핀에 있어서의 산형세편의 길이방향의 한부분을 나타낸 사시도.

제5도는 본 발명에 의한 전열핀의 공기흐름 유동모양을 나타낸 모식도.

제6도는 본 발명에 의한 전열핀의 특성을 설명하는 선도.

제7도는 본 발명의 전열핀에서 양측부의 세편의 공기흐름 유동모양을 나타낸 모식도.

제8도는 상기 세편의 형상에서 전열성능과 산의 각도의 영향을 나타낸 특성곡선도.

제9도는 내지 제11도는 기타 실시예이며, 단일산형 세편의 길이방향의 일부를 나타낸 제4도에 상당하는 사시도.

제12도 내지 제25도는 각각 기타 실시예이고 제1도의 A－A, C－C 및 B－B방향에서 본 확대단면도.

제26도는 본 발명의 열교환기의 적용예를 나타낸 사시도.

제27도는 본 발명의 전열핀을 적용한 공냉흡수식 냉온수기의 한예를 나타낸 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 편기판 2 : 전열관접촉부

3 : 세편 3A : 중앙부세편

3B : 양측부세편 5 : 전열관

11 : 고속흐름부영역 12 : 저속흐름부영역

20 : 凸부전반 21 : 凸부후반

22 : 凹부전반 23 : 凹부후반

140, 150, 160, 170, 190, 200, 210 : 선형세편

110 : 빗살모양세편 180 : 분할세편

220, 230 : 평판세편 240, 250 : 골형상세편

Ua : 유속 Tf : 핀온도

Ta : 유체온도 h : 열전달율

△P : 압력손실

본 발명의 공냉식 열교환기에 관한 것이며, 특히 통풍저항이 작고 전열성능이 우수한 핀을 실현할 수 있는데 적합한 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기, 냉동기등에 사용되는 예를들어 공냉식 크로스핀 튜브식의 열교환기는 알루미늄판등으로 형성되는 다수의 핀을 병설하고 이 병설핀에 복수개의 전열관을 관통시키고 확경판 등의 수단에 의하여 전열관과 핀을 밀착시켜 전열관끝을 U자형의 벤트로 접속하여 전열관로를 구성한다. 그리고 이 전열관내에는 냉수, 온수 또는 냉매 등의 열교환유체를 유통시키고 관외에는 공기로 대표되는 다른 열교환유체를 적합한 유속으로 유통시켜 관벽 및 핀을 통하여 열교환을 행한다.

이와 같은 열교환기에 사용되는 전열핀에 대해서는 종래 일본국 특개소 62-252896호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 전열관 사이의 핀중앙부 부근에 유체통과 저항을 크게하고 그 양측부의 핀부의 유체통과 저항은 작게하여 전열성능을 향상시키고자 한 것이 있다.

한편 근년에는 더욱 전열성능의 향상이 요구되고 있으나 상기 종래 기술의 전열핀은 단일세편으로 구성되어 있으므로 강성에 있어서 핀의 미세화에 한계가 있게되고 전열성능을 더욱 향상시킬 수가 없었다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어지는 것이며, 핀 사이를 유통하는 유체의 온도(공기온도)와 핀 속도와의 온도차가 큰 부분의 유체속도(풍속)를 신속하게 제어하여 전열효율의 향상을 도모함과 동시에 핀 전체의 강도저하 없이 세편을 미소화하여 전열성능을 향상시킬 수 있는 전열핀을 구비한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전열핀에 있어서는 유체의 흐름방향과 교차하는 각 세편을 당해 세편의 유체의 흐름방향과 교차하는 방향의 중앙부에 배치한 중앙부의 세편과, 그 중앙부의 세편의 양측부에 설치되고 또한 상기 중앙부의 세편에 대하여 복수의 세편에 의하여 구성되고 상기 중앙부의 세편이 상기 양측부의 세편에 있어서의 동일 유로폭당의 유체통과 방향의 투영면적 보다 크게 할 수 있는 형상으로 한 것이다.

상기와 같이 구성함으로써 유체와 핀의 온도차가 큰 전열관 주변부는 중앙부 부근과 비교하여 유체통과 저항이 작아진다. 이로써 전열관 주변부의 유속이 커지고 전열성능이 향상된다. 그리고 중앙부의 세편의 양측에 위치하는 양측부 세편을 중앙부의 세편에 대하여 더욱 작게 분할함으로서 핀의 강도를 저하시키는 일이 없이 핀의 미세화가 가능해지고, 총합전열성능 및 핀 강성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

제1도 내지 제4도는 본 발명의 전열핀의 한 실시예를 나타낸 평면도이다.

제1도에 있어서, 1은 핀기판이고, 2는 전열관과 접촉하는 전열관 접촉부이다. 전열관 접촉부(2)사이의 핀기판(1)에는 복수의 세편(3)이 유체의 흐름방향(L)과 교차하는 방향으로 분할되어 있다. 이들의 각 세편(3)은 유체의 흐름방향(L)과 교차하는 방향의 중앙부에 형성한 중앙부의 세편(3A)과 이 중앙부의 세편(3A)의 양측부에 설치되고 또한 상기 중앙부의 세편(3A)에 대하여 더욱 작은 복수의 양측부의 세편(3B)을 구비한다. 상기 양측부의 세편(3B)은 제2도에 나타낸 바와 같이 절제부를 각도“θ”를 갖고 절곡하여 유체의 흐름방향의 단면형상을 산형으로 형성하였다.

그리고 중앙부의 세편(3A)의 유체의 흐름방향의 단면형상은 제3도의 표시와 같이 산형으로 형성된다. 상기 각 중앙부의 세편(3A)은 인접하는 중앙부의 세편(3A)에 대하여 유체의 흐름방향(L)과 교차하는 방향으로 엇갈림을 갖는다. 상술한 각 세편의 사시도를 제4도에 나타낸다. 이 실시예에 의한 전열핀은 상기와 같이 중앙부의 세편 (3A)의 유체의 흐름방향의 단면형상이 산형으로, 그리고 양측부에는 세편(3B)의 단면형상이 산형으로 형성되어 있으나, 중앙부의 세편(3A)은 양측부의 세편(3B)의 유체통과 저항보다도 크게 할 수 있는 형상으로 되어 있다. 즉 중앙부의 세편(3A)은 양측부의 세편(3B)의 유체통과 저항보다도 크게 구성한다.

다음에 본 발명의 한실시예의 동작에 대하여 설명한다.

본 발명의 중앙부의 세편(3A)의 유체의 흐름통풍 저항이 크고, 양측부의 세편(3B)의 유체의 흐름저항이 작게 된다. 이로서 제5도의 표시와 같은 공기흐름의 유동모양으로 된다. 즉 중앙부의 세편(3A)부분에는 저속흐름부의 영역(12)이 형성되고, 양측부의 세편(3B)부분에는 고속흐름부의 영역(11)이 형성된다. 제6도는 제5도의 D－D단면부에서의 유속(Ua)과 온도를 나타내는 선도이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이 유속(Ua)은 영역(12)에서는 소로 되고 영역(11)에서는 대로 된다. 그리고 핀온도 (Tf)와 유체의 온도(Ta)의 경향은 본질적으로 불변이다. 이 결과로 핀온도(Tf)와 유체온도(Ta)의 차 △T=(Tf－Ta)가 큰 부분에서 유속(Ua)을 크게 할 수가 있고 열교환량(Q)이 비약적으로 증가한다. 한편 저속영역(12)은 △T 및 Ua가 공히 소로 되나 원래 절대치적으로 작은 것이므로 전체에 주어지는 영향은 작다.

다음에 양측부의 복수의 세편(3A)의 동작을 제2도를 사용하여 설명한다.

유입유체의 일부분이 양측부의 세편(3B)의 凸부전반(20)의 영역에 있는 산형세편 사이로 부터 양측부 세편(3B)의 凹부전반(22)의 영역으로 흘러 들어가고 산형 요부에 발생되는 고여있는 성분을 억제한다. 그리고 양측부의 세편(3B)의 凹부 후반(23)에서 혼류(소용돌이를 수반하는 정체성분과 층류선분)를 형성하는 유체흐름이 양측부의 세편(3B)의 凹부 후반(23)의 영역으로 부터 산형 세편 사이를 통해서 양측부의 세편(3B)의 凸부 후반(21)의 영역 또는 하류방향으로 흐른다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면 세편의 길이방향의 유속제어에 의하여 전열효율을 향상시키고 선형 凹부의 정체부분을 억제하기 때문에 전열성능을 더욱 향상시킨다. 따라서 총합전열성능도 한층 향상된다. 더우기 기저로 되는 상형 세편의 일부에 더욱 작은 세편이 형성되는 양측부의 세편(3B)의 구조에 의하여 핀 전체의 강성저하가 없고 세편의 미세화에 의한 전연의 통풍효과를 더욱 크게 할 수가 있다.

그리고 제8도는 전열성능에 대한 산의 각도의 영향을 나타낸 곡선이다.

이 도면에서 종축은 열전달율(h)과 압력손실(△P)의 비, 횡측은 기저로 되는 산의 각도를 나타낸다. 이 도면에서 명백한 바와 같이 양측부의 세편의 최적의 산형각도는 20~40도 부근임을 알수가 있다. 산형각도가 이보다 작아지면 각 세편 사이에 공기흐름이 유입하기 어렵게 되고 산형각도가 반대로 이보다 크게되면 유체흐름의 압력손실이 증가하므로 어느 경우에도 전열특성상 좋지 않다.

제9도 내지 제11도의 각각은 본 발명을 구성하는 제1실시예의 제1도 내지 제4도중에서 제4도에 상당하는 도면이다. 즉 핀 전체에 대한 평면도인 제1도에 표시된 하나의 세편요소를 발취하여나타낸 것이다.

여기서 제9도에 나타낸 실시예는 중앙부의 세편(3A)이 상기 제4도와 동형으로 되어 있으며, 양측부의 세편(3B)이 평면형상인 점이 제4도와 상이하다. 이실시예의 것도 앞의 제1실시예와 같은 효과가 기대된다.

제10도의 실시예는 중앙부의 세편(3A)이 제4도와 같은 산형이 아니며 평면형상이고, 동시에 양측부의세편(3B)도 평면형상인 점이다. 이 제10도의 실시예에 있어서도 상기 제1실시예와 같은 효과가 기대된다.

다음 제11도에 나타낸 실시예에 있어서는 세편의 모체가 잔형이고, 중앙부의 세편(3A)은 제4도에 나타낸 것과 같이 유체의 흐름방향의 단면형상이 산형으로 되어 있고, 양측부의 세편(3B)은 상기 중앙부의 산형을 기저로 하여 산형의 하단부를 빗살모양으로 절결을 넣어서 절곡시킨 구성에 특징을 가진 빗살모양세편(110)을 형성한 것이다. 이 실시예에서도 앞의 실시예와 동일한 효과가 기대된다.

다음에 본 발명의 다른 실시예를 제12도 및 제13도를 사용하여 설명하면 이 실시예는 상기 제1실시예를 나타낸 제2도 및 제3도에 상당하는 도면이며, 전열관 접촉부와 그 인접접촉부의 사이의 중앙부의 세편(3A)의 산형각도(θ₂)보다도 그 양측부의 세편(3B)의 산형각도(θ₁)가 θ₂〉θ₁으로 되어 있는 점이 상기 제1실시예와 상이하다. 이 실시예에 의하면 제4도의 실시예와 비교하여 양호한 유속제어를 행할 수 있고 더욱 좋은 저압손실화를 바랄 수 있게 된다. 그리고 본 발명의 기타 실시예로서 제14도와 제15도는 상기와 동일하게 제1실시예를 나타낸 제2도 및 제3도에 상당하는 도면이며, 각 세편이 그 중심부(산형의 절곡부)에 대하여 그 경사각도가 좌우대칭이 아닌 점이다. 이들은 복수의 경사진 산형 세편(140)으로 형성되고 중앙부의 세편(3A)도 경사진 산형 세편(150)으로 형성한 것이다. 제16도 및 제17도에 나타낸 실시예도 상기 제2도 및 제3도에 상당하는 도면이며, 양측부의 세편(3B)을 제16도에 나타낸 바와 같이 비대칭의 산형 세편(160)으로 형성하고 중앙부의 세편(3A)을 제17도에 나타낸 바와 같이 비대칭 산형세편(170)으로 형성하여도 된다.

제18 및 제19도에 나타낸 실시예에서도 이들 도면은 상기 제2도 및 제3도에 상당하는 도면이며 이 경우 분할세편(180)은 평면형상이고 경사각(θ₁)을 가지며, 중앙부세편(3A)은 산형의 절곡각도(－₂)를 가진 산형세편(190)이 특징인 것이다.

그리고 제20도 및 제21도에 나타낸 실시예에서 이들 도면도 상기 제2도 및 제3도에 상당하는 본 발명의 또다른 실시예이고, 이 경우 제20도는 제2도와 완전히 동일한 형상이나, 제21도에 나타낸 중앙부의 세편(3A)은 각각이 분단되어 있지않고 연속으로 구성되어 있다. 즉 제1도에 있어서의 B－B단면이 본 실시예의 경우에는 연속체로 되어 있는 산형세편(21)이 특징이다. 이 실시예에 의하면 제4도의 실시예와 비교하여 강성이 더욱 향상되는 것으로 기대된다.

제22도 및 제23도의 실시예는 세편 구성이 기본적으로는 제20도 및 제21도의 예와 동일하나, 중앙부의 세편(3A)와 양측부의 세편(3B)이 평면형상으로 되어 있는 평판세편(220,230)을 가진 것이 특징이다.

제24도 및 제25도의 실시예의 세편 구성도 기본적으로 제20도 및 제21도의 예와 실질적으로 동일한 것이며, 상이한 점은 양측부의 세편(3B)이 골형상 세편이고, 중앙부의 세편(3A)도 역시 골형부로 되는 연속체라는 골형상 세편(240)으로 되어 있으며 또한 제25도의 표시와 같이 연속하는 골형상 세편(250)으로 조합하여 형성한 것이다. 그리고 제26도 및 제27도에 나타낸 것은 본원 발명의 적용예를 나타낸 것이며, 도면에 표시한 바와 같이 상기 핀기판(1)을 유체의 흐름방향과 교차하는 방향으로 적층하여 여기에 전열관(5)을 접촉시키므로서 열교환기를 구성할 수가 있다.

그리고 본 발명의 전열핀은 공냉흡수식 냉온수기의 흡수기 또는 증발기에 적용가능하다. 즉 제26도, 제27도는 공냉흡수식 냉온수기를 나나탠 것이며 이 도면에서 A은 고온재생기, B는 저온재생기, C은 응축기, D는 증발기, E는 흡수기, F는 고온열교환기, G는 저온열교환기, H는 순환펌프, I는 냉매분사펌프이다. 흡수기(E)는 수직관(J)의 관외에 상기 본 발명의 전열핀(K)을 적층배설한 복수열의 공냉열교환기로 구성되고, 냉각공기 입구측의 열의 일부분이 상하에 헤더(L), (N)를 가지며, 응축기(C)를 가지고 구성된다. 이와 같이 구성되므로서 흡수액을 그 상방에 위치하는 수직관(J)에 살포하고 이로서 흡수과정의 요액순환량을 재생기로 부터 흡수기(E)로 유입되는 흡수액의 유량보다도 많게할 수 있으므로 흡수과정에 있어서의 흡수액순환량을 수직관(J)을 통과하는 냉각공기에 의한 냉각능력에 따르는 유량으로 할 수가 있으며, 그 결과 높은 전열성능을 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면 유체 온도와 핀온도의 차가 큰 부분의 속도를 빠르게 한다는 유속제어를 할수 있으므로 전열성능을 더욱 향상시킬 수가 있다.

그리고 핀 전체의 강도저하가 없으며 세편의 미세화를 할 수 있으로 전연의 통풍효과의 증대에 수반하는 전열 성능의 향상과 핀의 강도상의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 세편군을 배열한 핀기판을 유체의 흐름방향과 교차하는 방향으로 적층하고 이것에 전열관을 접촉시킨 열교환기에 있어서, 상기 핀기판상의 유체의 흐름방향과 교차하는 각 세편이 그 세편의 유체의 흐름방향과 교차하는 방향의 중앙부에 배치된 중앙부의 세편과 상기 중앙부의 세편의 양측부에 설치되고 동시에 상기 중앙부의 세편에 대하여 복수의 세편을 가진 양측부의 세편을 구비하고, 상기 중앙부의 세편이 상기 양측부의 세편에서의 동일 유로폭당의 유체 흐름 방향의 투영면적 보다도 크게 할 수 있는 형상으로 구성한 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 세편군을 배열한 핀기판을 유체의 흐름방향과 교차하는 방향으로 적층하고 여기에 전열관을 접촉시킨 열교환기에 있어서, 상기 핀기판상의 유체의 흐름방향과 교차하는 방향의 중앙부에 배치한 중앙부의 세편과 ; 상기 중앙부의 세편의 양측부에 설치하고 또 상기 중앙부의 세편에 대하여 복수의 세편을 갖는 양측부의 세편을 구비하고, 상기 중앙부의 세편이 상기 양측부의 세편의 유체흐름 저항보다도 크게 할 수 있는 형상으로 구성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 중앙부의 세편이 유체의 흐름방향에 연하여 복수로 분할된 구성으로 한 열교환기.
4. 제1항에 있어서, 상기 중앙부의 세편이 유체의 흐름방향에 연하여 연속된 연속세편으로 구성되는 열교환기.
5. 제2항에 있어서, 상기 중앙부의 세편이 유체의 흐름방향에 연하여 복수로 분할된 구성으로 한 열교환기.
6. 제2항에 있어서, 상기 중앙부의 세편이 유체의 흐름방향에 연하여 연속된 연속세편으로 구성되는 열교환기.

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