KR20020004530A - 세경관형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세경관형 열교환기에 관한 것으로서, 특히 내부에 냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관에 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환 면적을 확보하는 다수의 냉각핀으로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 냉매관은 6㎜이하의 관경을 갖는 세경관으로 이루어지고, 상기 각 냉각핀에는 냉각핀의 폭방향으로 총 4열의 슬릿들이 상기 냉각핀의 기준면에 대하여 일정 간격 이상 이격되도록 돌출 형성되며, 상기 각 슬릿들의 길이방향으로의 양끝단은 슬릿의 고정을 위해 상기 냉각핀에 연결되고, 상기 각 슬릿들의 폭방향으로의 양끝단은 슬릿과 냉각핀의 기준면 사이에 개구부가 형성되어 공기가 통과되도록 상기 냉각핀에서 분리되며, 상기 슬릿들중 제 1열, 제 4열의 슬릿은 각각 두 개의 단위슬릿으로 분할 형성된 세경관형 열교환기를 제공함으로써 상기 냉각핀의 설계가 최적화되어 제조비가 절감되고 소형화가 가능하게 됨은 물론, 공기측 압력손실이 감소되고 열전달 효율이 향상되어 열교환 성능 및 생산성이 극대화되도록 한 것이다.

Description

세경관형 열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 세경관형 열교환기에 관한 것으로서, 특히 냉매관의 세경관화에 적합하도록 냉각핀에 형성된 슬릿의 개수를 줄이는 동시에 상기 슬릿의 형상 및 치수를 변경하여 상기 냉각핀의 설계를 최적화한 세경관형 열교환기에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 열교환기의 구조가 도시된 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용되는 냉각핀의 구조가 도시된 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.

상기한 도 1을 참조하면, 일반적인 열교환기는 내부에 냉매가 흐르는 냉매관(1)과, 상기 냉매관(1)에 확관에 의해 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환면적을 확보하는 다수의 냉각핀(3)으로 구성되어 상기 냉매관(1)을 흐르는 냉매와 주변의 공기를 서로 열교환시키도록 되어 있다.

여기서, 상기 냉매관(1) 및 냉각핀(3)의 조립체는 통상 도 1과 같이, 두 개가 2열 형태로 조립되어 일체로 된 하나의 열교환기처럼 사용되어 진다.

상기와 같은 열교환기의 냉각핀(3)에는 통상적으로 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 냉각핀(3)과 공기 사이의 열전달 효율을 향상시키기 위한 다수의 슬릿(10)들이 형성되어 있다.

여기서, 상기한 슬릿(10)들은 냉각핀(3)의 기준면에 대하여 일정 간격 이상 이격되도록 돌출 형성된 것으로서, 상기 각 슬릿(10)들과 냉각핀(3)의 기준면 사이에는 공기가 통과되도록 개구부(10')가 형성되게 된다.

상기한 슬릿(10)들의 형상에 대해 도 2와 도 3을 참조하여 더 상세하게 설명하면, 상기 슬릿(10)들은 냉각핀(3)중 냉매관(1)들 사이의 영역에 해당되는 부분에 위치되는 동시에 상기 냉각핀(3)의 폭방향으로 총 9열 배치되도록 형성된다.

또한, 상기 슬릿(10)들중 제 1열, 제 2열, 제 4열, 제 6열, 제 8열, 제 9열의 슬릿(11)(12)(14)(16)(18)(19)은 상방으로 돌출 형성되고, 상기 슬릿(10)들중 제 3열, 제 5열, 제 7열의 슬릿(13)(15)(17)은 하방으로 돌출 형성되며, 상기 제 1열과 제 9열의 슬릿(11)(19)은 3개의 단위슬릿(11a, 11b, 11c)(19a, 19b, 19c)으로 분할 형성된다.

이와 같이 상기 냉각핀(3)에 슬릿(10)들이 형성되면 상기 슬릿(10)들에 의해 열경계층의 두께가 감소되어 전체 공기측의 평균열전달계수가 높아지고, 결과적으로 열교환기의 열전달 성능이 향상되게 된다.

그런데, 지금까지 사용되고 있는 종래의 열교환기는 7㎜ 또는 9.52㎜의 관경을 갖는 냉매관(1)을 사용하는 것으로, 최근 가격 저감 및 공기측 압력손실 저감 등과 같은 여러 가지 이점들을 얻기 위해 대두되고 있는 냉매관(1)의 세경관화 추세에 적합하지 않다.

따라서, 상기 냉매관(1)의 관경을 축소할 필요가 있는데 이렇게 냉매관(1)을 세경관으로 바꿀 경우, 상기 냉각핀(3)의 폭 및 이 냉각핀(3)에 형성된 각 슬릿(10)들의 배치와 형상이 모두 7㎜ 또는 9.52㎜의 관경을 갖는 냉매관(1)에 알맞게 설정되어 있기 때문에 상기 냉각핀(3) 및 각 슬릿(10)들의 배치와 형상을 세경관에 알맞은 형태로 최적화해야 한다.

만약, 상기 냉매관(1)은 세경관으로 바꾸고 각 슬릿(10)들의 배치 및 형상은 기존의 9열 형태로 그대로 유지하려고 하면 냉매관(1)의 관경 축소로 인해 냉각핀(3)의 폭이 줄어든 상태이기 때문에 각 슬릿(10)들의 폭이 극소화되어 상기 냉각핀(3)의 제조가 현실적으로 불가능해지는 문제점이 발생된다.

뿐만 아니라, 상기 냉매관(1)을 세경관화하는 경우에는 냉각핀(3)의 효율 저하를 방지하기 위해 상기 냉각핀(3)의 폭 감소로 인한 열교환 면적의 감소를 단위 냉매관 길이당 냉각핀의 개수를 늘리는 방식으로 해소하게 되는데, 이때 상기 냉각핀(3)에 기존과 동일한 형태의 슬릿(10)을 형성하면 공기측 압력손실이 크게 증가하여 상기 냉매관(1)에 세경관을 사용하는 장점이 없어지게 된다.

즉, 상기 냉매관(1)의 세경관화에 따라 냉각핀(3)간의 피치가 줄어든 상태에서 기존과 같이 총 9열의 슬릿(10)이 양방향으로 돌출 형성된 냉각핀(3)을 그대로 사용하면 냉매관(1)에 세경관을 사용하더라도 열교환기에 대한 송풍저항이 증가하여 팬동력이 증가하는 문제점이 발생된다.

따라서, 상기 냉매관(1)에 세경관을 적용한 세경관형 열교환기를 사용하기 위해서는 세경관화된 냉매관(1)에 알맞은 배치와 형상으로 슬릿(10)들이 형성된 냉각핀(3)을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉매관의 세경관화에 적합하도록 냉각핀에 형성된 슬릿의 개수를 줄이는 동시에 상기 루버의 형상 및 치수를 변경함으로써 상기 냉각핀의 설계가 최적화되어 공기측 압력손실은 최소화되고 열전달 효율은 극대화되도록 하는 세경관형 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 열교환기의 구조가 도시된 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 열교환기에 사용되는 냉각핀의 구조가 도시된 평면도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 세경관형 열교환기에 사용되는 냉각핀의 구조가 도시된 평면도,

도 5는 도 4의 B-B선 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 냉각핀의 세부 구조를 자세하게 설명하기 위한 평면도,

도 7은 본 발명에 의한 냉매관 및 냉각핀 조립체가 2열 형태로 조립된 구조가 도시된 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 냉매관 53 : 냉각핀

60 : 슬릿 60' : 개구부

60a, 60b : 입상부 60c : 돌출부

61, 62, 63, 64 : 제 1, 2, 3, 4슬릿

61a, 61b, 64a, 64b : 단위슬릿

C : 각 슬릿들의 길이방향 끝단을 연결한 선의 궤적이 이루는 가상원

CL1 : 슬릿들의 폭방향 중심선

CL2 : 냉각핀의 길이방향 중심선

Lt: 냉각핀의 핀선단길이

Ls : 슬릿간격

Ws : 슬릿폭

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세경관형 열교환기는, 내부에 냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관에 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환 면적을 확보하는 다수의 냉각핀으로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 냉매관은 6㎜이하의 관경을 갖는 세경관으로 이루어지고, 상기 각 냉각핀에는 냉각핀의 폭방향으로 총 4열의 슬릿들이 상기 냉각핀의 기준면에 대하여 일정 간격 이상 이격되도록 돌출 형성되며, 상기 각 슬릿들의 길이방향으로의 양끝단은 슬릿의 고정을 위해 상기 냉각핀에 연결되고, 상기 각 슬릿들의 폭방향으로의 양끝단은 슬릿과 냉각핀의 기준면 사이에 개구부가 형성되어 공기가 통과되도록 상기 냉각핀에서 분리되며, 상기 슬릿들중 제 1열, 제 4열의 슬릿은 각각 두 개의 단위슬릿으로 분할 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 세경관형 열교환기에 사용되는 냉각핀의 구조가 도시된 평면도이고, 도 5는 도 4의 B-B선 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 냉각핀의 세부 구조를 자세하게 설명하기 위한 평면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 냉매관 및 냉각핀 조립체가 2열 형태로 조립된 구조가 도시된 평면도이다.

본 발명에 따른 세경관형 열교환기는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 내부에 냉매가 흐르는 냉매관(51)과, 상기 냉매관(51)에 확관에 의해 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환 면적을 확보하는 다수의 냉각핀(53)으로 구성된 것으로서, 상기 냉매관(51)은 6㎜이하의 관경을 갖는 세경관으로 이루어지고, 상기 각 냉각핀(53)에는 냉각핀(53)의 폭방향으로 총 4열의 슬릿(60)들이 상기 냉각핀(53)의 기준면에 대하여 일정 간격 이상 이격되도록 돌출 형성되며, 상기 슬릿(60)들은 냉각핀(53)중 상기 각 냉매관(51)들 사이의 영역에 해당되는 부분에 각각 배치된다.

여기서, 상기 각 슬릿(60)들의 길이방향으로의 양끝단은 슬릿(60)의 고정을위해 상기 냉각핀(53)에 연결되고, 상기 각 슬릿(60)들의 폭방향으로의 양끝단은 슬릿(60)과 냉각핀(53)의 기준면 사이에 개구부(60')가 형성되어 공기가 통과되도록 상기 냉각핀(53)에서 분리되며, 상기 슬릿(60)들중 제 1열, 제 4열의 슬릿(61)(64)은 각각 두 개의 단위슬릿(61a, 61b)(64a, 64b)으로 분할 형성된다.

또한, 상기 각 슬릿(60)들은 모두 동일한 방향으로 돌출 형성된다. 이와 같이 상기 냉각핀(53)에 슬릿(60)들을 동일한 방향으로 돌출시키는 것은 냉매관(51)의 세경관화에 따라 냉각핀(53)간의 피치가 줄어들게 되어 상기 냉각핀(53) 사이의 공간에 상기 슬릿(60)들을 양방향으로 돌출시킬 수 있을 만큼의 여유가 없기 때문이다.

또한, 상기 제 1열, 제 4열의 슬릿(61)(64)을 이루는 각 단위슬릿(61a, 61b)(64a, 64b)들은 슬릿(60)들의 폭방향 중심선(CL1)을 기준으로 더 바깥쪽에 위치된 쪽의 끝단이 상기 냉각핀(53)의 길이방향 중심선(CL2) 측으로 갈수록 상기 슬릿(60)들의 폭방향 중심선(CL1)을 향하여 기울어진 형태로 형성된다.

이때, 상기 각 단위슬릿(61a, 61b)(64a, 64b)들은 도면과 같이 한쪽 끝단만 경사지게 형성된 사다리꼴로 형성될 수도 있고, 도면에 도시되어 있지는 않지만 양쪽 끝단이 모두 경사지게 형성된 평행사변형 모양으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 제 2열, 제 3열의 슬릿(62)(63)은 그 개구부(60')가 상기 냉각핀(53)의 길이방향 중심선(CL2) 측으로 갈수록 축소되는 등각사다리꼴 모양으로 형성되며, 상기 각 슬릿(60)들은 냉각핀(53)의 길이방향 중심선(CL2)을 기준으로 서로 대칭되도록 배치된다.

또한, 상기 각 슬릿(60)들은 그 길이방향 끝단을 연결한 선의 궤적이 상기 냉매관(51) 주위에 냉매관(51)과 동일한 중심을 갖고 그 직경은 상기 냉매관(51) 관경의 2배 이하가 되는 가상원(C)을 이루도록 형성된다.

이와 같이 상기 각 슬릿(60)들의 길이방향 끝단을 연결한 선이 가상원(C)을 이루도록 형성하면 냉각핀(53)들 사이로 유입된 공기가 냉매관(51)들 주위로 흐르게 되어 상기 냉매관(51)으로부터 공기로의 열전달이 촉진되게 된다.

이때, 상기한 가상원(C)의 직경을 냉매관(51) 관경의 2배 이하로 제한하는 것은 상기 냉매관(51)과 슬릿(60)들 끝단 사이의 거리를 적절히 유지하면서 상기 슬릿(60)들의 길이도 최대한 확보할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 각 슬릿(60)들은 냉각핀(53)에 연결되는 양끝단의 입상부(60a, 60b)와, 상기 입상부(60a, 60b)들을 서로 연결하여 상기 냉각핀(53) 기준면과의 사이에 개구부(60')를 형성하는 돌출부(60c)로 구성되고, 상기 각 입상부(60a, 60b)는 공기의 원활한 흐름을 위해 상기 냉각핀(53)에 경사지게 접하도록 냉각핀(53)의 기준면에 대해 소정 각도로 기울어지게 형성된다.

또한, 상기 제 1열 및 제 4열의 슬릿(61)(64)에서 상기 냉각핀(53)의 폭방향 끝단까지의 길이, 즉 상기 냉각핀(53)의 핀선단길이(Lt)는 슬릿(60)의 정확한 형성 및 가공시 사용되는 프레스의 내구성 확보를 위해 각각 0.5㎜이상이 되도록 형성된다.

또한, 상기 냉각핀(53)의 폭방향 길이중 상기 핀선단길이(Lt)를 제외한 나머지 부분에는 동일한 슬릿폭(Ws)을 갖도록 형성된 슬릿(60)들이 동일한 간격으로 배치된다.

즉, 상기 슬릿(60)들은 모두 동일한 슬릿폭(Ws)과 슬릿간격(Ls)을 갖도록 배열 형성된다.

마지막으로, 상기 냉매관(51) 및 냉각핀(53)의 조립체는 통상 도 7에 도시된 바와 같이, 두 개가 2열 형태로 조립되어 일체로 된 하나의 열교환기처럼 사용되어 진다.

이때, 상기와 같이 두 개의 냉매관(51) 및 냉각핀(53) 조립체가 2열 형태로 조립되어 형성된 열교환기는 각각의 냉각핀(53)에 결합된 냉매관(51)들이 도 7과 같이, 서로 지그재그 모양으로 엇갈려 배치되도록 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 세경관형 열교환기는, 냉매관의 세경관화에 적합하도록 냉각핀에 형성된 슬릿의 개수를 줄이는 동시에 상기 슬릿의 형상 및 치수를 변경하여 상기 냉각핀의 설계를 최적함으로써 제조비가 절감되고 소형화가 가능하게 됨은 물론, 공기측 압력손실이 감소되고 열전달 효율이 향상되어 열교환 성능 및 생산성이 극대화되는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 내부에 냉매가 흐르는 냉매관과, 상기 냉매관에 결합되어 냉매와 공기 사이의 열교환 면적을 확보하는 다수의 냉각핀으로 구성된 열교환기에 있어서,

   상기 냉매관은 6㎜이하의 관경을 갖는 세경관으로 이루어지고,

   상기 각 냉각핀에는 냉각핀의 폭방향으로 총 4열의 슬릿들이 상기 냉각핀의 기준면에 대하여 일정 간격 이상 이격되도록 돌출 형성되며,

   상기 각 슬릿들의 길이방향으로의 양끝단은 슬릿의 고정을 위해 상기 냉각핀에 연결되고,

   상기 각 슬릿들의 폭방향으로의 양끝단은 슬릿과 냉각핀의 기준면 사이에 개구부가 형성되어 공기가 통과되도록 상기 냉각핀에서 분리되며,

   상기 슬릿들중 제 1열, 제 4열의 슬릿은 각각 두 개의 단위슬릿으로 분할 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각 슬릿들은 모두 동일한 방향으로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1열, 제 4열의 슬릿을 이루는 각 단위슬릿들은 슬릿들의 폭방향 중심선을 기준으로 더 바깥쪽에 위치된 쪽의 끝단이 상기 냉각핀의 길이방향 중심선 측으로 갈수록 상기 슬릿들의 폭방향 중심선을 향하여 기울어진 형태로 형성되고,

   상기 제 2열, 제 3열의 슬릿은 그 개구부가 상기 냉각핀의 길이방향 중심선 측으로 갈수록 축소되는 사다리꼴 모양으로 형성되며,

   상기 각 슬릿들은 냉각핀의 길이방향 중심선을 기준으로 서로 대칭되도록 배치된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 각 슬릿들은 그 길이방향 끝단을 연결한 선의 궤적이 상기 냉매관 주위에 냉매관과 동일한 중심을 갖고 그 직경은 상기 냉매관 관경의 2배 이하가 되는 가상원을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 각 슬릿들은 냉각핀에 연결되는 양끝단의 입상부와, 상기 입상부들을 서로 연결하여 상기 냉각핀 기준면과의 사이에 개구부를 형성하는 돌출부로 구성되고,

   상기 각 입상부는 공기의 원활한 흐름을 위해 상기 냉각핀에 경사지게 접하도록 냉각핀의 기준면에 대해 소정 각도로 기울어지게 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1열 및 제 4열의 슬릿에서 상기 냉각핀의 폭방향 끝단까지의 길이, 즉 상기 냉각핀의 핀선단길이는 각각 0.5㎜이상이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 세경관형 열교환기.