WO2021154028A1 - 열교환기 - Google Patents

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WO2021154028A1
WO2021154028A1 PCT/KR2021/001211 KR2021001211W WO2021154028A1 WO 2021154028 A1 WO2021154028 A1 WO 2021154028A1 KR 2021001211 W KR2021001211 W KR 2021001211W WO 2021154028 A1 WO2021154028 A1 WO 2021154028A1
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WO
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header
heat exchanger
fin
bent
tubes
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/001211
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English (en)
French (fr)
Inventor
박태균
정승모
이한춘
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/04—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by preventing the formation of continuous films of condensate on heat-exchange surfaces, e.g. by promoting droplet formation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
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    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
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    • F28F1/325—Fins with openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/08—Fins with openings, e.g. louvers

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger having a form capable of effectively discharging condensed water to effectively exchange heat with air passing through the heat exchanger.
  • a heat exchanger may be used in a place requiring rapid heat exchange, such as a heat pump cycle, and may be used as a condenser or an evaporator. Air can be heated or cooled by passing air through a condenser or evaporator using a fan, and heat exchange in the process. The air heated or cooled by the heat exchanger may be used for cooling or heating, and this may be referred to as an air conditioner.
  • the present invention has been proposed to solve this problem, and a hole through which condensed water can be discharged can be formed on the surface of the fin of the heat exchanger.
  • various types of condensate drain holes are formed in the fins of the heat exchanger to provide a structure capable of smoothing the flow of air passing through the heat exchanger.
  • the heat exchanger has an internal space, is arranged in a horizontal direction, a first header into which a refrigerant is introduced, an internal space is formed, is arranged in a horizontal direction, and a refrigerant is discharged, and the first
  • a second header spaced apart from the header and disposed to face each other, a tube communicating the first header and the second header, and a plurality of tubes spaced apart from each other by a predetermined interval, disposed between the adjacent tubes
  • a plurality of bent portions may include a pin formed to alternately contact the adjacent tubes, and a drain hole formed adjacent to a bent portion of the pin and formed by bending a cutout obtained by cutting a portion of the pin.
  • the cutout portion may have a triangular shape, and one side may be formed adjacent to the bent portion of the pin, and the other two sides may be cut and formed.
  • the cutout may have a rectangular shape, one side being formed adjacent to the bent portion of the pin, and the other three sides being cut and formed.
  • the cutout may have a semi-elliptical shape, and a straight portion may be formed adjacent to the bent portion of the pin, and the curved portion may be cut and formed.
  • the cutout may be bent so as to be in close contact with the surface of the tube.
  • the cutout may be bent to form an acute angle with respect to the pin.
  • a louver may be formed between the bent portion of the pin and the bent portion.
  • the heat exchanger can simply process a hole through which condensed water can be discharged by cutting and bending a portion of a fin.
  • the cut-out portion of the fin of the heat exchanger may induce a flow of condensed water to enable smooth discharge.
  • the heat exchanger according to various embodiments of the present invention may prevent the flow of air from being blocked by naturally discharging condensed water that may be formed on the surface of the fins by gravity.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an external shape of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a pin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view illustrating a portion of a pin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of a pin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a pin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a pin according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view of a pin according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of a pin according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of a heat exchanger 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a fin 140 according to an embodiment of the present invention.
  • a direction may be defined and used for better understanding.
  • the forward direction is a direction in which air flows into the heat exchanger 100 , and may mean a lower left side based on the illustrated state of FIG. 1 .
  • the rear is a direction in which the air introduced into the heat exchanger 100 flows out, and may mean a direction opposite to the front.
  • the left direction is a direction parallel to the width direction of the pin 140 and may mean an upper left direction based on the illustrated state of FIG. 1 .
  • the right direction may mean a direction opposite to the left direction.
  • the upper direction is a longitudinal direction of the tubes 130a and 130b, and may mean an upward direction based on the illustrated state of FIG. 1 .
  • Downward may mean a direction opposite to the upward direction.
  • the heat exchanger 100 may include a first header 110 , a second header 120 , tubes 130a and 130b , and a fin 140 .
  • the first header 110 may form an internal space to receive a refrigerant supply from the outside, and the supplied refrigerant may flow through the internal space of the first header 110 .
  • the second header 120 may be disposed to be spaced apart from the first header 110 by a predetermined interval, and may form an internal space to allow the refrigerant to flow.
  • the tubes 130a and 130b may connect the first header 110 and the second header 120 and allow the refrigerant to circulate through the first header 110 and the second header 120 .
  • the tubes 130a and 130b may be arranged to form a plurality of rows and columns with respect to a direction in which air passes through the heat exchanger 100 . More specifically, the heat exchanger 100 may include a front tube set 130a including two tube rows and a rear tube set 130b including two tube rows as shown in FIG. 1 .
  • the front tube set 130a including two tube rows and the rear tube set 130b including the two tube rows 130a, 130b are described as an example in order to facilitate understanding of the present invention, but limited to this doesn't happen
  • the number of rows and columns of the tubes 130a and 130b may be freely changed in response to the size of the first header 110 and the second header 120 or the conditions for designing the heat exchanger 100 .
  • the lower end of the front tube set (130a) and the lower end of the rear tube set (130b) may be respectively communicated with a separate first header 110 as shown in FIG. 1, and one first header ( 110) can also be connected.
  • the upper end of the front tube set 130a and the upper end of the rear tube set 130b may be respectively communicated with a separate second header 120 as shown in FIG. 1, and one second header ( 120) can also be connected.
  • the fin 140 may be disposed between the plurality of tubes 130a and 130b.
  • the pin 140 may have a repetitive bent portion 141 formed in a zigzag shape or a concave-convex shape, and the bent portion 141 may be disposed to contact the tubes 130a and 130b.
  • the fin 140 may receive heat from the refrigerant circulating inside the tubes 130a and 130b from the bent portion 141 in contact with the tubes 130a and 130b. Air may exchange heat with the fins 140 while passing between the fins 140 formed in a zigzag or concave-convex shape. For example, air may exchange heat with the fins 140 while passing from the front to the rear of the heat exchanger 100 .
  • the fin 140 may be integrally formed with the front tube set 130a and the rear tube set 130b as shown in FIG. 1 . Alternatively, the front tube set 130a and the rear tube set 130b may be formed separately.
  • the heat exchanger 100 may exchange heat with air passing through the heat exchanger 100 from front to rear or from rear to front.
  • the air passing through the heat exchanger 100 may be heated or cooled according to the temperature of the refrigerant flowing inside the tubes 130a and 130b.
  • a case in which the temperature of the refrigerant is low to cool the air may be described as an example.
  • the fin 140 may receive heat from the refrigerant flowing inside the tubes 130a and 130b and increase an area capable of exchanging heat with air passing therethrough.
  • Fin 140 is a plurality of tubes (130a, 130b) and tubes (130a, 130b) by connecting the temperature imbalance between the refrigerant flowing inside the tubes (130a, 130b) or the direction of the air flowing into the heat exchanger (100) It is possible to adjust the temperature imbalance that may occur due to various causes such as
  • the first header 110 and the second header 120 may include a distribution chamber (not shown) corresponding to the plurality of heat exchange units. Each distribution chamber may communicate with the tubes 130a and 130b of the heat exchange unit. By distributing the incoming refrigerant corresponding to the number of the plurality of heat exchange units, heat exchange efficiency between the refrigerant and air may be increased.
  • the heat exchanger 100 may receive refrigerant through one end of the first header 110 , pass through the tubes 130a and 130b , and discharge the refrigerant through the second header 120 .
  • FIG. 1 in order to help the understanding of the heat exchanger 100 according to an embodiment of the present invention, the case where it flows in through the first header 110 and flows out through the second header 120 has been described as an example, but the second It may be configured to flow in through the header 120 and to flow out through the first header 110 .
  • Figure 3 is a perspective view showing a part of the pin 140 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a plan view of the pin 140 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is an embodiment of the present invention It is a cross-sectional view according to
  • FIG. 3 may show a portion of a section corresponding to the most basic unit among the repetitive shapes appearing on the pin 140 separately.
  • 5 may correspond to a cross-sectional view of a state in which the shape of the pin 140 shown in FIG. 3 is repeated twice in order to help the understanding of the shape of the pin 140 according to an embodiment.
  • the pin 140 may include a bent portion 141 , a louver 145 , and a drain hole 143 .
  • the pin 140 may be formed by repeatedly bending a plate-shaped thin metal plate.
  • the bent portion of the fin 140 may be referred to as a bent portion 141, and the bent portion 141 contacts the tubes 130a and 130b to transfer heat from the refrigerant circulating inside the tubes 130a and 130b. can receive
  • the pin 140 may be formed in various ways, such as a zigzag shape in which the bent part 141 is sharply formed, and a concave-convex shape in which the bent part 141 has a constant area.
  • the pin 140 having a concave-convex shape as shown in FIGS. 3 to 5 may be mainly described.
  • a contact area with the tubes 130a and 130b may be secured to receive heat transfer more quickly.
  • the pin 140 may include a louver 145 .
  • the louver 145 may be formed on the surface between the bent portion 141 and the bent portion 141 of the pin 140 , and may be formed by processing a portion of the surface of the pin 140 .
  • the louver 145 may serve to communicate between the bent pin 140 and the pin 140 .
  • the air introduced into the second region 147 may flow into the first region 146 or the third region 148 by the louver 145 .
  • air is mixed while crossing the first region 146 to the third region 148 , whereby effective heat exchange between the fins 140 and the air may occur.
  • the louver 145 may be formed by cutting and bending a portion of the surface of the pin 140 .
  • the shape of the louver 145 may be formed by cutting the remaining three sides except for one long side among the four sides and bending the non-cut long side around the center.
  • the louver 145 may be bent to form an acute angle with respect to the surface of the fin 140 , and the introduced air may cross flow into the first region 146 to the third region 148 .
  • the bending direction may be determined corresponding to a direction in which the cross flow of air is to be induced. For example, as shown in FIGS. 3 to 5, the louver 145 of the fin 140 disposed between the front tube sets 130a is bent upward, and the fin disposed between the rear tube sets 130b.
  • the louver 145 of 140 may be bent downward.
  • the pin 140 may include a drain hole 143 .
  • the drain hole 143 may be formed on the surface of the pin 140 , and may be formed by cutting and bending a portion 143a of the pin 140 .
  • the drain hole 143 may discharge condensed water condensed between the fins 140 and the fins 140 .
  • moisture contained in the air passing through the heat exchanger 100 may be condensed on the surface of the fin 140 whose temperature is lowered.
  • the drain hole 143 is formed in a portion adjacent to the tubes 130a and 130b to induce the discharge of condensed water.
  • the condensed water exerts a downward force due to gravity, so the surface of the pin 140 is Natural discharge may be achieved through the formed drain hole 143 .
  • the condensed water condensed between the bent portions 141 and the bent portions 141 of the fins 140 may be discharged through the holes formed by the louvers 145 .
  • the condensed water formed adjacent to the bent portion 141 may be difficult to discharge because the area affected by the surface tension increases. Therefore, by disposing the drain hole 143 adjacent to the bent portion 141, it is possible to induce effective discharge of the condensed water.
  • the drain hole 143 may be formed in a similar manner to the above-described louver 145 .
  • the remaining sides except for one side adjacent to the bent part 141 are cut out of three sides, and formed by bending the non-cut side around the center. can do.
  • 5 to 6 may show cross-sectional views of the pins 140 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the cut-out portion 143a of the drain hole 143 may be bent at 90° so as to contact the surfaces of the tubes 130a and 130b, and in the case of FIG. 6 , the drain hole 143a A case in which the cut portion of the hole 143 is bent to form an acute angle may be illustrated.
  • the cut-out portion 143a of the drain hole 143 When the cut-out portion 143a of the drain hole 143 is formed to be in contact with the surfaces of the tubes 130a and 130b, heat may be transferred more rapidly from the tubes 130a and 130b.
  • the cut-out portion of the drain hole 143 forms an acute angle, the condensed water is guided in the direction of the louver 145 so that the condensed water can be easily discharged.
  • FIG 7 to 8 are plan views of fins 140 according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7 has a rectangular shape and FIG. 8 has a semi-elliptical shape compared to the case where the drain hole 143 has a triangular shape.
  • the shape of the drain hole 143 is triangular, it is easy to concentrate stress due to the nature of cutting the pin 140 to process the drain hole 143 , so that the cutting of the pin 140 can be made easier.
  • the size of the drain hole 143 may be small.
  • the size of the drain hole 143 may be increased by forming the drain hole 143 in a rectangular shape as shown in FIG. 7 .
  • the vertex is formed like the triangular or square drain hole 143, the surface tension of water is concentrated, so it may not be easy to discharge the condensed water.
  • a portion in which the surface tension of water may be concentrated may be removed by forming the drain hole 143 having a semi-elliptical shape. Through this, it is possible to induce smooth discharge of condensate.

Abstract

내부공간이 형성되고, 수평방향으로 배치되며, 냉매가 유입되는 제1헤더, 내부공간이 형성되고, 수평방향으로 배치되며, 냉매가 유출되고, 상기 제1헤더와 일정간격 이격되어 마주보도록 배치되는 제2헤더, 상기 제1헤더와 상기 제2헤더를 연통시키고, 복수개가 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 튜브, 서로 인접하는 상기 튜브의 사이마다 배치되고, 복수개의 절곡부가 서로 인접하는 상기 튜브를 교번하여 접촉하도록 형성된 핀 및 상기 핀의 절곡부에 인접하여 형성되고, 상기 핀의 일부를 절개한 절개부를 절곡하여 형성하는 배수홀을 포함하는 열교환기가 소개된다.

Description

열교환기
본 발명은 열교환기를 통과하는 공기와 효과적으로 열을 교환할 수 있도록 응축수를 효과적으로 배출할 수 있는 형태를 갖는 열교환기에 대한 것이다.
일반적으로 열교환기란, 히트펌프 사이클과 같이 빠른 열교환이 필요한 곳에서 활용될 수 있으며, 응축기 또는 증발기 등으로 활용될 수 있다. 응축기 또는 증발기에는 팬을 활용하여 공기를 통과시키고, 그 과정에서 열교환이 되도록 함으로써 공기를 가열하거나 냉각시킬 수 있다. 열교환기에 의해 가열되거나 냉각된 공기는 냉방 또는 난방에 활용될 수 있으며, 이를 공기조화기라 칭할 수 있다.
최근에는 성능과 소비하는 에너지의 비율에 따라 등급을 나누어 표시하는 에너지소비효율 등급표시제가 시행되고 있으며, 보다 좋은 에너지소비등급을 갖는 전자기기를 개발하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중 한가지로 열교환기의 열교환 효율을 높여 에너지소비효율을 향상시키기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
열교환기의 열교환 효율을 높이는 방법으로, 열교환기를 통과하는 공기의 흐름을 원활하게 하는 방법이 있을 수 있다. 또한, 핀의 표면에 맺히는 응축수의 적절한 배출은 열교환기를 통과하는 공기의 흐름에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 열교환기의 핀의 표면에 응축수가 배출될 수 있는 홀을 형성할 수 있다.
또한, 열교환기의 핀에 다양한 형태의 응축수 배수홀을 형성하여 열교환기를 통과하는 공기의 흐름을 원활하게 할 수 있는 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열교환기는 내부공간이 형성되고, 수평방향으로 배치되며, 냉매가 유입되는 제1헤더, 내부공간이 형성되고, 수평방향으로 배치되며, 냉매가 유출되고, 상기 제1헤더와 일정간격 이격되어 마주보도록 배치되는 제2헤더, 상기 제1헤더와 상기 제2헤더를 연통시키고, 복수개가 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 튜브, 서로 인접하는 상기 튜브의 사이마다 배치되고, 복수개의 절곡부가 서로 인접하는 상기 튜브를 교번하여 접촉하도록 형성된 핀 및 상기 핀의 절곡부에 인접하여 형성되고, 상기 핀의 일부를 절개한 절개부를 절곡하여 형성하는 배수홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절개부는 삼각형 형상으로써, 한변은 상기 핀의 절곡부에 인접하도록 형성되고, 나머지 두 변은 절개되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 절개부는 사각형 형상으로써, 한변은 상기 핀의 절곡부에 인접하도록 형성되고, 나머지 세 변은 절개되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 절개부는 반 타원 형상으로서 직선부분이 상기 핀의 절곡부에 인접하여 형성되고, 곡선부분은 절개되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 절개부는 상기 튜브의 표면에 밀착되도록 절곡될 수 있다.
또한, 상기 절개부는 상기 핀에 대하여 예각을 형성하도록 절곡될 수 있다.
또한, 상기 핀의 절곡부와 절곡부 사이에는 루버(louver)가 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열교환기는 핀의 일부를 절개하여 절곡하는 방식으로 응축수가 배출될 수 있는 홀을 간단하게 가공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열교환기의 핀의 절개된 부분은 응축수의 흐름을 유도하여 원활한 배출이 되도록 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열교환기는 핀의 표면에 형성될 수 있는 응축수를 중력에 의해 자연스럽게 배출시킴으로써, 공기의 흐름이 차단되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 외형을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀을 중심으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핀의 일부분을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핀의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핀의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핀의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 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. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(100)의 외형을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀(140)을 중심으로 나타낸 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(100)를 설명함에 있어 이해를 돕기 위하여 방향을 정의하여 사용할 수 있다. 예를 들어 전방이란, 열교환기(100)에 공기가 유입되는 방향으로서, 도 1의 도시 상태를 기준으로 좌측하방을 의미할 수 있다. 후방은 열교환기(100)에 유입된 공기가 유출되는 방향으로서, 전방의 반대 방향을 의미할 수 있다. 좌측 방향이란, 핀(140)의 폭방향과 평행한 방향으로서 도 1의 도시 상태를 기준으로 좌측상방을 의미할 수 있다. 우측 방향은 좌측 방향의 반대 방향을 의미할 수 있다. 상방이란 튜브(130a, 130b)의 길이 방향으로서 도 1의 도시 상태를 기준으로 상측 방향을 의미할 수 있다. 하방은 상방의 반대 방향을 의미할 수 있다.
위와 같은 방향 정의는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 절대적인 것은 아니며, 어느 하나의 방향 기준이 변경되면 이에 대응하여 나머지 방향 기준도 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(100)는 제1헤더(110), 제2헤더(120), 튜브(130a, 130b) 및 핀(140)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 제1헤더(110)는 내부 공간을 형성하여 외부로부터 냉매를 공급받을 수 있으며, 공급받은 냉매는 제1헤더(110)의 내부공간을 유동할 수 있다. 일 실시예에 따른 제2헤더(120)는 제1헤더(110)와 일정 간격 이격되어 배치되고, 내부 공간을 형성하여 냉매를 유동시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 튜브(130a, 130b)는 제1헤더(110)와 제2헤더(120)를 연결하고, 냉매가 제1헤더(110) 및 제2헤더(120)를 순환하도록 할 수 있다. 일 실시예에 따른 튜브(130a, 130b)는 공기가 열교환기(100)를 통과하는 방향에 대하여 복수개의 행(row)과 열(column)을 형성하도록 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 열교환기(100)는 도 1과 같이 2개의 튜브 열을 포함하는 전방 튜브 세트(130a)와 2개의 튜브 열을 포함하는 후방 튜브 세트(130b)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 2개의 튜브 열을 포함하는 전방 튜브 세트(130a)와 2개의 튜브(130a, 130b) 열을 포함하는 후방 튜브 세트(130b)를 예를 들어 설명하였으나 이에 국한되지 않는다. 제1헤더(110) 및 제2헤더(120)의 크기나 열교환기(100)를 설계하는 조건에 대응하여 튜브(130a, 130b)의 행과 열의 개수는 자유롭게 변경될 수 있다.
또한, 전방 튜브 세트(130a)의 하측 단부와 후방 튜브 세트(130b)의 하측 단부를 도 1에 도시된 바와 같이 별개의 제1헤더(110)로 각각 연통시킬 수도 있고, 하나의 제1헤더(110)로 연통시킬 수도 있다. 마찬가지로, 전방 튜브 세트(130a)의 상측 단부와 후방 튜브 세트(130b)의 상측 단부를 도 1에 도시된 바와같이 별개의 제2헤더(120)로 각각 연통시킬 수도 있고, 하나의 제2헤더(120)로 연통시킬 수도 있다.
일 실시예에 따른 핀(140)은 복수개의 튜브(130a, 130b) 사이에 배치될 수 있다. 핀(140)은 지그재그 형상 또는 요철(凹凸)형상으로 반복적인 절곡부(141)가 형성되고, 절곡부(141)가 튜브(130a, 130b)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 핀(140)은 튜브(130a, 130b)와 접촉된 절곡부(141)로부터 튜브(130a, 130b) 내부를 순환하는 냉매의 열을 전달받을 수 있다. 공기는 지그재그 또는 요철 형상으로 형성된 핀(140)의 사이를 통과하면서 핀(140)과 열을 교환할 수 있다. 예를 들어 공기는 열교환기(100)의 전방에서 후방으로 통과하면서 핀(140)과의 열교환을 할 수 있다. 핀(140)은 도 1에 도시된 바와같이 전방 튜브 세트(130a)와 후방 튜브 세트(130b)에 일체형으로 형성될 수 있다. 또는, 전방 튜브 세트(130a)와 후방 튜브 세트(130b)에 개별적으로 형성될 수도 있다.
일 실시예에 따른 열교환기(100)는 전방에서 후방, 또는 후방에서 전방으로 열교환기(100)를 통과는 공기와 열교환을 할 수 있다. 열교환기(100)를 통과하는 공기는 튜브(130a, 130b) 내부를 유동하는 냉매의 온도에 따라 공기는 가열될 수도 있고, 냉각될 수 있다. 다만, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 냉매의 온도가 낮아 공기를 냉각하는 경우를 예를 들어 설명할 수 있다.
일 실시예에 따른 핀(140)은 튜브(130a, 130b)의 내부를 유동하는 냉매의 열을 전달받아 통과하는 공기와 열을 교환할 수 있는 면적을 늘릴 수 있다. 핀(140)은 복수개의 튜브(130a, 130b)와 튜브(130a, 130b)를 연결함으로써 튜브(130a, 130b) 내부를 유동하는 냉매 사이의 온도 불균형 또는 열교환기(100)로 유입되는 공기의 방향 등 다양한 원인으로 발생할 수 있는 온도 불균형을 조정할 수 있다.
일 실시예에 따른 제1헤더(110) 및 제2헤더(120)의 내부에는 복수개의 열교환부에 대응하여 분배챔버(미도시)를 포함할 수 있다. 각 분배챔버는 열교환부의 튜브(130a, 130b)와 연통될 수 있다. 유입되는 냉매를 복수개의 열교환부의 개수에 대응하여 분배함으로써 냉매와 공기의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 열교환기(100)는 제1헤더(110)의 일측 단부를 통해 냉매를 공급받아 튜브(130a, 130b)를 통과하여 제2헤더(120)를 통해 냉매를 배출할 수 있다. 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(100)의 이해를 돕기위해 제1헤더(110)를 통해 유입되고 제2헤더(120)를 통해 유출되는 경우를 예로들어 설명하였으나, 제2헤더(120)를 통해 유입되고 제1헤더(110)를 통해 유출되도록 구성할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핀(140)의 일부를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀(140)의 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단면도이다.
보다 구체적으로 도 3은 핀(140)에 나타나는 반복적 형상 중에서 가장 기본 단위에 해당하는 일부 구간을 별도로 분리하여 나타낸 것일 수 있다. 도 5는 일 실시예에 따른 핀(140)의 형상에 대한 이해를 돕기 위하여 도 3에 도시된 핀(140)의 형상을 2회 반복 시킨 상태의 단면도에 해당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핀(140)은 절곡부(141), 루버(louver, 145) 및 배수홀(143)을 포함할 수 있다. 핀(140)은 판상의 금속 박판을 반복적으로 절곡하여 형성할 수 있다. 핀(140)의 절곡된 부분을 절곡부(141)라 할 수 있으며, 절곡부(141)가 튜브(130a, 130b)와 접촉하여 튜브(130a, 130b)의 내부를 순환하는 냉매로부터 열을 전달 받을 수 있다. 핀(140)은 절곡부(141)가 뾰족하게 형성되는 지그재그 형상, 절곡부(141)가 일정한 면적을 갖도록 형성하는 요철 형상 등 다양하게 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 요철 형상을 갖는 핀(140)을 중심으로 설명할 수 있다. 일 실시예에 따른 핀(140)이 요철 형상으로 형성되는 경우 튜브(130a, 130b)와의 접촉면적을 확보하여 보다 빠르게 열전달을 받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핀(140)은 루버(145)를 포함할 수 있다. 루버(145)는 핀(140)의 절곡부(141)와 절곡부(141) 사이의 표면에 형성될 수 있으며, 핀(140)의 표면의 일부를 가공하여 형성할 수 있다. 루버(145)는 절곡된 핀(140)과 핀(140) 사이를 연통시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어 도 5를 참조하여 살펴보면, 제2영역(147)으로 유입된 공기는 루버(145)에 의해 제1영역(146) 또는 제3영역(148)으로 흐를 수 있다. 이와 같이 공기가 제1영역(146) 내지 제3영역(148)을 교차하며 혼합됨으로써, 핀(140)과 공기의 효과적인 열교환이 일어날 수 있다.
일 실시예에 따른 루버(145)는 핀(140)의 표면의 일부를 절개 후 절곡하여 형성할 수 있다. 예를 들어 루버(145)의 형상을 직사각형이라 가정할 경우 4개의 변 중에서, 긴 변 하나를 제외한 나머지 3개의 변을 절개하고 절개되지 않은 긴 변을 중심으로 절곡하여 형성될 수 있다. 루버(145)는 핀(140)의 표면에 대하여 예각을 형성하도록 절곡될 수 있으며, 유입된 공기를 제1영역(146) 내지 제3영역(148)으로 교차 유동시킬 수 있다. 절곡되는 방향을 공기의 교차 흐름을 유도하고자 하는 방향에 대응하여 결정할 수 있다. 예를 들어 도 3내지 도 5에 도시된 바와 같이 전방 튜브 세트(130a) 사이에 배치되는 핀(140)의 루버(145)는 상방을 향하여 절곡시키고, 후방 튜브 세트(130b) 사이에 배치되는 핀(140)의 루버(145)는 하방을 향하여 절곡시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 핀(140)은 배수홀(143)을 포함할 수 있다. 배수홀(143)은 핀(140)의 표면에 형성될 수 있으며, 핀(140)의 일부(143a)를 절개하여 절곡함으로써 형성할 수 있다. 배수홀(143)은 핀(140)과 핀(140) 사이에 응축되는 응축수를 배출 시킬 수 있다. 예를 들어 열교환기(100)가 공기를 냉각시키는 용도로 활용되는 경우, 열교환기(100)를 통과하는 공기에 내포된 습기가 온도가 낮아진 핀(140)의 표면에 응축될 수 있다. 응축수의 양이 증가하면 핀(140)과 핀(140) 사이의 공간을 차단하게 되고, 해당 공간은 공기가 흐르지 않아 열교환 효율이 낮아질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(100)는 튜브(130a, 130b)와 인접한 부분에 배수홀(143)을 형성하여 응축수의 배출을 유도할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 제1헤더(110) 및 제2헤더(120)를 상하방향으로 배치하는 경우 응축수는 중력에 의하여 하방으로 힘이 작용하므로, 핀(140)의 표면에 형성된 배수홀(143)을 통해 자연스러운 배출이 이루어질 수 있다.
핀(140)과 핀(140) 사이의 영역중에서도 핀(140)의 절곡부(141)와 절곡부(141) 사이에 응축된 응축수는 루버(145)에 의해 형성된 홀을 통해서도 배출이 될 수 있다. 그러나, 절곡부(141)에 인접하여 형성된 응축수는 표면장력의 영향을 받는 면적이 증가하여 배출이 어려울 수 있다. 따라서, 배수홀(143)을 절곡부(141)에 인접하여 배치시킴으로써, 응축수의 효과적인 배출을 유도할 수 있다.
배수홀(143)은 전술한 루버(145)와 유사한 방식으로 형성될 수 있다. 예를들어 도 4와 같이 삼각형 형상의 배수홀(143)의 경우, 3개의 변 중에서 절곡부(141)와 인접한 하나의 변을 제외한 나머지 변을 절개하고, 절개되지 않은 변을 중심으로 절곡하여 형성할 수 있다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 핀(140)의 단면도를 나타낼 수 있다.
예를들어 도 5의 경우는 배수홀(143)의 절개된 부분(143a)이 튜브(130a, 130b)의 표면에 맞닿도록 90°로 절곡된 경우를 도시할 수 있고, 도 6의 경우는 배수홀(143)의 절개된 부분이 예각을 형성하도록 절곡된 경우를 도시할 수 있다.
배수홀(143)의 절개된 부분(143a)이 튜브(130a, 130b)의 표면에 맞닿도록 형성되는 경우, 튜브(130a, 130b)로부터 보다 빠르게 열을 전달받을 수 있다. 배수홀(143)의 절개된 부분이 예각을 형성하는 경우 응축수를 루버(145) 방향으로 유도하여, 응축수 배출이 용이하도록 할 수 있다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 핀(140)의 평면도이다.
도 4의 경우 배수홀(143)의 형상이 삼각형 형상인 경우에 비하여 도 7은 사각형 형태이고, 도 8은 반타원 형태인 점에서 차이가 있다.
배수홀(143)의 형상을 삼각형으로 하는 경우 핀(140)을 절개하여 배수홀(143)을 가공하는 특성상 응력의 집중이 쉬워 핀(140)의 절개 가공이 쉬워질 수 있다. 다만, 배수홀(143)의 크기가 작을 수 있다.
따라서, 도 7과 같이 사각 형상의 배수홀(143)을 형성하여 배수홀(143)의 크기를 증가시킬 수도 있다. 다만, 삼각 또는 사각 배수홀(143)과 같이 꼭지점이 형성되는 경우 물의 표면장력이 집중되어 응축수의 배출이 용이하지 않을 수 있다.
따라서, 도 8과 같이 반타원 형상의 배수홀(143)을 형성하여 물의 표면 장력이 집중될 수 있는 부분을 제거할 수 있다. 이를 통해 응축수의 원활한 배출을 유도할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 내부공간이 형성되고, 수평방향으로 배치되며, 냉매가 유입되는 제1헤더;
    내부공간이 형성되고, 수평방향으로 배치되며, 냉매가 유출되고, 상기 제1헤더와 일정간격 이격되어 마주보도록 배치되는 제2헤더;
    상기 제1헤더와 상기 제2헤더를 연통시키고, 복수개가 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 튜브;
    서로 인접하는 상기 튜브의 사이마다 배치되고, 복수개의 절곡부가 서로 인접하는 상기 튜브를 교번하여 접촉하도록 형성된 핀; 및
    상기 핀의 절곡부에 인접하여 형성되고, 상기 핀의 일부를 절개한 절개부를 절곡하여 형성하는 배수홀;을 포함하는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절개부는 삼각형 형상으로써, 한변은 상기 핀의 절곡부에 인접하도록 형성되고, 나머지 두 변은 절개되어 형성되는 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절개부는 사각형 형상으로써, 한변은 상기 핀의 절곡부에 인접하도록 형성되고, 나머지 세 변은 절개되어 형성되는 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절개부는 반 타원 형상으로서 직선부분이 상기 핀의 절곡부에 인접하여 형성되고, 곡선부분은 절개되어 형성되는 열교환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절개부는 상기 튜브의 표면에 밀착되도록 절곡되는 열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절개부는 상기 핀에 대하여 예각을 형성하도록 절곡되는 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 핀의 절곡부와 절곡부 사이에는 루버(louver)가 형성된 열교환기.
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