KR970010516B1 - 유체의 유동 방향을 변경시킬 수 있는 핀 튜브형 열교환기 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

유체의 유동 방향을 변경시킬 수 있는 핀 튜브형 열교환기

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 핀 튜브형 열교환기를 구비한 쇼케이스 유닛의 수직 단면도.

제2도는 제1도에 도시한 쇼케이스 유닛의 일부를 확대 도시한 수직 단면.

제3도는 제2도에 도시한 열교환기의 부분 측면도.

제4도는 제2도에 도시한 열교환기의 박판의 사시도.

제5a, 제5b, 제5c도는 제4도의 선 A-A, 선 B-B, 선 C-C를 따라 취한 박판의 돌출부의 확대 단면도.

제6a, 제6b, 제6c도는 제4도의 선 A-A, 선 B-B, 선 C-C와 유사한 선을 따라 절취하여 제1도에 도시한 실시예를 변형한 본 발명의 제2실시예에 따른 핀 튜브형 열교환기의 돌출부의 단면도.

제7도는 본 발명의 제3실시예에 따른 핀 튜브형 열교환기의 박판의 사시도.

제8도는 본 발명의 제4실시예에 따른 핀 튜브형 열교환기를 구비한 쇼케이스 유닛의 일부를 도시한 수직 단면도.

제9도는 제8도에 도시한 열교환기의 박판의 사시도.

제10도는 제9도에 도시한 박판의 돌출부의 확대 단면도.

제11도는 제8도에 도시한 실시예를 변형한 본 발명의 제5실시예에 따른 핀 튜브형 열교환기의 돌출부의 단면도.

제12도는 종래의 쇼케이스 유닛의 수직 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 쇼케이스 유닛 2 : 상부 쇼케이스실

3 : 하부실 4 : 바닥판

5 : 천정판 6 : 전면 유리

7 : 슬라이딩 도어 8 : 측판

9 : 내부 공간 10 : 선반

11 : 응축기 12 : 열교환기

13 : 팬 14 : 판

15, 22, 34, 42, 52 : 박판 16 : 튜브

17, 21, 31, 32, 33, 41, 51 : 돌출부

본 발명은 다수의 박판과, 이 박판을 관통하며 열전달 매체를 운반하는 다수의 튜브를 갖는 핀 튜브(fin-tube) 열교환기에 관한 것이다.

핀 튜브형 열교환기는 일반적으로 냉각형 또는 가열형 쇼케이스 유닛(showcas e unit)이나 대규모의 상업용 냉각기에서 사용된다. 이 핀 튜브형 열교환기는 일반적으로 서로 평행하게 이격 배치되어 열을 교환하기 위한 핀의 기능을 갖는 다수의 판박고, 이 박판에 형성된 구멍을 관통하는 다수의 튜브를 구비한다. 열전달 매체는 튜브를 통하여 순환되도록 펌프에 의해 압송된다. 열교환될 유체 즉, 공기는 튜브의 사이로 강제 주입되며, 순환되는 열전달 매체와 공기 사이의 열교환은 박판과 튜브의 표면을 통하여 이루어진다. 이러한 열교환이 이루어진 후, 열교환기를 통과한 공기의 유동 방향을 변환시킬 필요가 있다.

이러한 요구 조건을 충족시키기 위해 핀 튜브형 열교환기를 갖는 종래의 유닛에서는 열교환기의 유체 출구 하류측에 부착되어 있는 풍향 조절판 또는 루버(louver)를 구비한다. 예를 들어, 제12도에는 핀 튜브형 열교환기(102)를 갖는 전형적인 종래의 냉각 쇼케이스 유닛(101)이 도시되어 있다. 냉각 쇼케이스 유닛(101)은 쇼케이스 유닛(101)의 상부에 상품을 진열하기 위한 도어(104)를 갖는 쇼케이스(103)와 응축기(106)를 갖는 하부실(105)을 구비한다. 핀 튜브형 열교환기(102)는 박판(107)과 튜브(108)로 구성되며 쇼케이스(103) 사이의 상부위치에 배치된다. 응축기(106)는 공지된 형태로 압축기, 응축기 및 냉각회로의 다른 부품으로 구성되며, 매체를 순환시키기 위하여 튜브(108)에 연결된다.팬(109)은 열교환기(102)의 상부에 위치하여 쇼케이스(103)속의 공기를 순환시키므로 이 공기는 열교환되며 열교환기(102)를 통과하므로 냉각된다. 굴곡된 풍향 조절판(110)은 열교환기(103)의 하측 단부 근처에 설치되며, 열교환기(102)로부터 냉각된 공기의 유동방향은 하측방향으로 변하여 제12도에서 화살표로 도시한 것처럼 쇼케이스(103)의 내부를 효과적으로 냉각시킨다.

그러나, 이러한 구조에서는 풍향 조절판(110)이 열교환기(102)로부터 분리되어 있기 때문에, 이들 부품을 포함하는 기구는 복잡해진다. 또한, 풍향 조절판(110)에필요한 부가적인 공간이 필요하기 때문에 쇼케이스(103)의 전체 크기가 커진다. 또한, 쇼케이스의 내부공간이 비교적 적다면 풍향 조절판이나 루버를 설치하는 것이 불가능해질 수도 있다.

본 발명의 목적은 유체의 유동 방향을 변경시키도록 일체로 형성된 구조를 구비하면서 열이 교환되도록 구성된 핀 튜브형 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 핀 튜브형 열교환기는 서로 평행하게 이격된 다수의 박판과, 이 다수의 박판에 형성된 구멍을 관통하며 열전달 매체는 운반하는 다수의 튜브로 구성된다. 열교환될 유체 즉, 공기는 박판 사이로 강제 주입되며, 열전달 매체는 튜브를 통하여 순환된다. 박판의 표면으로부터 연장하는 하나 이상의 돌출부는 유체의 유동에 저항한다. 각각의 돌출부는 그 연장 방향을 따라 단면 모양이 변하게 된다. 특히, 박판으로부터 측정된 돌출부의 폭과 박판의 표면에 평행하게 측정된 두께가 변한다.

이 핀 튜브형 열교환기에서, 박판 사이를 통과하는 유체는 돌출부의 연장 방향으로 이동하면서 돌출부의 단면 형태가 변하기 때문에, 각 돌출부의 다른 위치에서 서로 다른 유동저항을 받게 된다. 비교적 큰 체적의 유체는 작은 저항 위치로 유동하며, 비교적 적은 체적의 유체는 큰 저항 위치로 유동한다. 따라서, 돌출부에서 유체의 유동은 돌출부의 연장 방향을 따라 큰 저항 위치로부터 작은 저항 위치로 향하므로, 돌출부의 연장 방향에서 작은 저항 위치 쪽으로 이동하여 유체는 열교환기 밖으로 빠져나가게 된다. 열효관기 자체가 유체의 유동 방향을 변화시키도록 구성되기 때문에, 별개의 풍향 조절판 또는 루버가 필요없게 된다. 그러므로, 열교환기를 포함한 쇼케이스의 전체 구조가 간단해지며, 풍향 조절판 또는 루버를 설치하기 위한 내부 공간이 불필요해지므로 쇼케이스 유닛의 전체 크기가 감소된다.

본 발명의 다른 목적, 특징들은 첨부된 도면을 참조로 한 본 발명의 양호한 실시예의 상세한 설명으로부터 이해될 것이다.

제1도 내지 제4도, 제5a도, 제5b도, 제5c도에서 본 발명의 제1실시예에 따른 핀 튜브형 열교환기를 구비한 냉각 쇼케이스 유닛이 도시되어 있다. 이 쇼케이스 유닛은 냉각용 쇼케이스로서 설명되지만, 이 설명은 이러한 실시예만을 위한 것이며, 이 열교환기는 냉각 유닛의 사용에만 제한되는 것은 아니다. 이 열교환기는 또한 쇼케이스의 선반 위에 있는 상품을 가열하기 위한 가열 유닛으로서도 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 실내용 공기 조절장치의 냉각을 위한 핀 튜브형 열교환기에서도 사용될 수 있다.

제1도에 도시한 것처럼, 쇼케이스 유닛(1)은 상부 쇼케이스실(2)과 하부실(3)로 구성된다. 쇼케이스(2)는 바닥판(4), 천정판(5), 전면유리(6), 슬라이딩 도어(7) 및 한 쌍의 측판(8)으로 구성되어 쇼케이스의 내부공간(9)을 형성한다. 슬라이딩 도어(7)에 의하여 공간(9)의 내부로 접근할 수 있다. 냉각될 음식과 같은 상품(도시되지 않음)은 쇼케이스(2)의 측판(8) 사이에 지지된 선반(10)과 바닥판(4) 위에 놓여진다. 압축기, 응축 수단 및 냉각 계통의 다른 부품들로 구성된 응축기(11)는 하부실(3)에 배치된다.

핀 튜브형 열교환기(12)는 쇼케이스(2) 내에서 내부 공간(9)의 상부 위치에 배치된다. 팬(13)은 열교환기(12)의 상류 측에 제공되며, 팬(13)은 제1도에서 화살표로 도시한 방향으로 열교환기(12)를 통하여 쇼케이스(2)의 내부로 공기를 순환시킨다. 판(14)은 열교환기(12)의 아래에 배치되며, 순환 공기의 유동 통로를 이루는 칸막이와 열교환기(12)에서 응축되는 먼지와 수분이 쇼케이스의 진열부속으로 떨어지는 것을 막기 위한 쟁반과 같은 기능과 같은 기능을 갖는다.

핀 튜브형 열교환기(12)는 다수의 평행하게 이격된 박판(15)과, 각 박판의 표면에 수직방향으로 연장하면서 이 박판의 구멍을 관통하는 다수의 매체 운반 튜브로 구성된다. 열전달 매체와 같은 냉각 매체는 응축기(11)에 의하여 튜브(16)를 통해 순환되므로 이 응축기(11)와 열교환기(12)는 냉각 계통을 형성한다. 열교환될 쇼케이스(2)의 내부 공기는 박판(15) 사이와 튜브(16) 위를 통과하며, 이 박판(15)은 순환하는 내부 공기로부터 열을 흡수하는 흡열핀의 기능을 한다.

각각의 박판(15)은 열교환기(12)의 하류측 단부 근처의 위치에서 박판의 표면에 일체로 형성된 돌출부(17)를 구비한다. 이 돌출부(17)은 박판(15)의 표면을 따라 아크형을 이루면서 연장하며, 박판(12)을 인발가공시킴으로써 형성될 수 있다. 각각의 돌출부(17)는 각 박판(15)의 한 쪽 측면으로부터 돌출하면서 원형과 유선형을 이루며, 박판(15)들 사이를 통과하는 공기의 유동을 방해한다. 각각의 돌출부의 단면형은 제4도와 제5a도 내지 제5c도에 도시된 것처럼 박판(15)의 표면을 따라 연장하는 방향으로 변한다. 돌출부(17)의 높이 즉, 인발되지 않은 부분에서의 박판(15)의 표면으로부터 돌출부(17)의 외부 표면까지의 수직 거리는 돌출부(17)가 박판(15)을 가로질러 단면위치 A-A에서 단면위치 C-C로 갈수록 직접 감소된다. 마찬가지로, 박판(15)의 표면에 평행방향으로의 단면 폭도 위치 A-A에서 위치 C-C로 갈수록 점점 감소된다.

팬(13)에 의하여 순환된 공기는 박판(15) 사이를 통과하며, 이 동안 박판(15) 및 튜브(16)의 표면과 공기 사이에 열이 교환되어 공기를 냉각시킨다. 냉각된 공기가 열교환기(12)로부터 빠져 나가려할 때, 이 공기는 돌출부(17) 때문에 저항을 받게 된다. 단면 형상 즉, 각각의 돌출부(17)의 높이와 폭은 돌출부 방향으로 접근함에 따라 변하게 되며 또한, 이 공기가 박판 사이를 통과하면서 생기는 저항력도 같은 방향으로 변하게 된다. 비교적 큰 체적의 공기는 작은 저항 위치 즉, 제4도의 위치 C-C로 유동하며, 비교적 작은 체적의 공기는 큰 저항 위치 즉, 제4도의 위치 A-A로 유동한다. 따라서, 전체 공기의 유동은 돌출부(17)에서 큰 저항 위치로부터 작은 저항 위로 향한다. 각각의 돌출부(17)는 유선형이고 원하는 유동 방향과 거의 같은 방향으로 정확하게 연장하기 때문에 이 공기는 돌출부(17)에 의해 안내되어 돌출부(17)의 연장 방향으로 유동한다. 그 결과, 냉각된 공기의 유동 방향은 화살표(18)로 나타낸 수평 유동으로부터 제2도의 화살표(19)로 나타낸 하부 방향으로서 곡선 유동으로 변하게 되며, 냉각된 공기는 열교환기(12) 이외에 다른 어떤 추가의 안내 수단을 필요로 하지 않고 쇼케이스(2)의 내부 공간(9) 사이에서 충분히 순환된다.

돌출부의 형상과 개수는 특별이 제한되지는 않다. 본 발명의 제2실시예에서, 박판(22)에 형성된 돌출부(21)의 단면 형상은 제6a도 내지 제9c도에 도시한 바와 같이 형성될 수도 있다. 돌출부(21)는 전술한 실시예에 따른 돌출부(17)와 같은 형상이지만 박판(22) 표면의 양쪽으로부터 돌출한다. 상기 제2실시예에서 열교환될 공기의 유동 방향은, 실질적으로 2개의 돌출부가 2개의 박판 사이에 형성되기 때문에 원하는 방향으로 정확히 향해지도록 할 수 있다. 제3실시예에서는, 다수의 돌출부(31), (32), (33)들이 제7도에 도시한 것처럼 하나의 박판(34)에 형성될 수도 있다. 이 실시예에서 열교환될 공기의 유동 방향은 제1실시예에서 단일 돌출부를 사용함으로써 얻을 수 있는 제어 기능보다 더욱 정확히 희망하는 방향으로 제어될 수 있다.

또한, 돌출부는 성형하는 방법도 특별히 제한되지 않는다. 제8도 내지 제10도에 도시한 제4실시예에 있어서, 돌출부(41)는 박판(42)의 표면을 횡단하여 연장하는 선에서 박판(42)의 하류층 단부를 구부려 만들 수 있으므로, 박판의 표면으로부터 돌출부 높이는 박판의 표면과 평행한 방향으로 갈수록 점차 변하여 경사진 마루를 형성한다. 열교환될 공기의 유동 방향은 제8도의 화살표로 나타낸 것처럼 효과적으로 제어된다. 제11도에 도시한 제5실시예에 있어서, 박판의 단부를 양쪽 방향으로 구부림으로써 돌출부(51)가 박판(52)의 양쪽 측면으로부터 돌출하도록 형성될 수도 있다. 한쪽 표면에서 돌출부(51)의 형상은 전술한 제4실시예의 돌출부(41)의 형상과 유사하다.

이상에서는, 본 발명의 몇 가지 양호한 실시예가 상세히 설명되었지만 당업자라면 다양한 변형과 수정이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 이런 모든 변형와 수정은 첨부된 특허청구의 범위에 정의된 본 발명의 범위 내의 포함된다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (17)

1. 풍향 변경 기능을 갖는 핀 튜브형 열교환기로서, 서로 평행하게 이격되고 열교환될 유체가 통과하게 될 다수의 박판(15,22,34,42,52)과, 상기 다수의 박판(15,22,34,42,52)의 표면을 통과하며, 열전달 매체가 순환하게 될 다수의 튜브(16)와, 그리고 상기 유체의 유동을 방해하기 위하여 상기 박판(15,22,34,42,52)의 표면에 형성되고, 단면의 형상이 상기 박판의 표면을 따라 연장하는 방향으로 변하는 돌출부(17,21,31,32,33,41,51)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 박판(15,22,42,52)은 단일의 돌출부(17,21,45,51)를 구비하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 각각의 박판(34)은 다수의 상기 돌출부(32,32,33)를 구비하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
4. 제3항에 있어서, 상기 돌출부(32,32,33)는 상기 박판(34)과 일체로 형성되어 그 박판으로부터 연장하는 돌출부인 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
5. 제4항에 있어서, 상기 돌출부(31,32,33)는 아크형이며, 상기 유체의 유동 방향에 대하여 상기 박판(34)의 하류측 부분을 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
6. 제5항에 있어서, 상기 박판(34)의 편평한 표면부로부터 상기 돌출부(31,32,33)의 최외측 표면까지 측정된 상기 돌출부(31,32,33)의 높이는, 돌출부(31,32,33)의 최상류측 단부로부터 상기 돌출부(31,32,33)의 최하류측 단부까지 상기 돌출부(31,32,33)의 연장 방향을 따라 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
7. 제6항에 있어서, 상기 박판(34)의 표면에 평행하게 측정된 상기 돌출부(31,32,33)의 폭은, 상기 돌출부(31,32,33)의 최상류측 단부로부터 상기 돌출부(31,32,33)의 최하류측 단부까지 상기 돌출부(31,32,33)의 연장 방향을 따라 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
8. 제1항에 있어서, 상기 돌출부(17,21,31,32,33,41,51)는 상기 박판(15,22,34,42,52)과 일체로 형성되어 그 박판으로부터 연장되는 돌출부인 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
9. 제8항에 있어서, 상기 각각의 돌출부(17,31,32,33,41)는 상기 각각의 박판(15,34,42)의 한 쪽 측면으로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
10. 제8항에 있어서, 상기 각각의 돌출부(21,51)는 상기 각각의 박판(22,52)의 표면 양쪽으로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
11. 제8항에 있어서, 상기 각각의 돌출부(17,21,31,32,33,41,51)는 유선형으로 연장하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
12. 제8항에 있어서, 상기 돌출부(17,21,31,32,33)는 아크 형상이며, 상기 유체의 유동 방향에 대하여 상기 박판(15,22,34)의 하류측 부분을 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
13. 제12항에 있어서, 상기 박판(15,22,34)의 편평한 표면 부분으로부터 상기 돌출부(17,21,31,32,33)의 최외측 표면까지의 측정된 상기 돌출부(17,21,31,32,33)의 높이는, 상기 돌출부(17,21,31,32,33)의 최상류측 단부로부터 상기 돌출부(17,21,31,32,33)의 최하류측 단부까지의 상기 돌출부(17,21,31,32,33)의 연장 방향으로 따라 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
14. 제13항에 있어서, 상기 박판(15,22,24)의 표면에 평행하게 측정된 상기 돌출부(17,21,31,32,33)의 폭은, 상기 돌출부(17,21,31,32,33)의 최상류측 단부로부터 상기 돌출부(17,21,31,32,33)의 최하류측 단부까지 상기 돌출부(17,21,31,32,33)의 연장 방향을 따라 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
15. 제1항에 있어서, 상기 돌출부(41,51)는 상기 박판(42,52)을 횡단하는 연장선을 따라 상기 박판(42,52)의 하류측 단부를 구부림으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
16. 제15항에 있어서, 상기 각각의 하류측 단부는 상기 각각의 박판(42)의 표면 한쪽으로부터 연장하도록 굴곡되는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.
17. 제15항에 있어서, 상기 각각의 하류측 단부는 상기 각각의 박판(52)의 표면 양쪽으로부터 연장하도록 굴곡되는 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기.

Images