KR0184101B1 - 열교환기의 핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 핀(fin)에 관한 것으로 특히 슬릿 형상 및 배열을 개선하여 온도 경계층 선단효과 및 난류 믹싱효과를 극대화하고 공기의 흐름을 유연하게 하여 전열효과를 높일 수 있도록 한 것으로서, 핀베이스에 형성되는 슬릿군이 관의 중심을 잇는 중심원을 기준으로 상류측과 하류측이 비대칭으로 구성하고, 상기 상류측 슬릿의 측벽은 관에 근접하는 세번째 슬릿 측벽이 관의 동심원보다 크게 그린 원의 접선과 같게 하며, 상기 하류측 슬릿의 측벽은 관에 근접하는 두번째 슬릿측벽이 임의로 그린 동심원의 접선과 같게 하고, 상기 하류측 첫번째 슬릿이 상류측 슬릿보다 적게 되도록 구비한것이다.

Description

열교환기의 핀

제1도는 종래 열교환기의 사시도.

제2도는 종래 열교환기의 핀으로써, (a)는 평면도. (b)는정면도.

제3도는 제2도의 a부 확대도로써, (a)는 정면도. (b)는 평면도.

제4도는 제2도의 b부 확대도로써, (a)는 정면도. (b)는 평면도.

제5도는 본 발명 열교환기의 핀으로써, (a)는 평면도. (b)는 측면도.

제6도는 본 발명 열교환기의 핀에서 공기흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 관 102 : 핀

102' : 핀베이스 103 : 슬릿

103' : 측벽 104 : 중심선

105, 106 : 접선

본 발명은 열교환기의 핀(fin)에 관한 것으로 특히 슬릿 형상 및 배열을개선하여온도 경계층 선단효과 및 난류믹싱효과를 극대화하고 공기의 흐름을 유연하게 하여 전열효율을 높일수 있도록 한 것이다.

종래의 열교환기는 제1도와 같이 냉매가 흐르는 관(1)과 상기 관(1)에 결합되어 공기와 열교환하는 핀(2)과 상기 핀(2)은 핀베이스(3)에 열전달을 촉진하고 경계층 선단효과와 난류혼합효과를 극대화하기 위하여 슬릿(4)이 구성되었다.

상기 슬릿(4)은 제2도와 같이 공기유동방향(5)으로 진행함에 따라 상하로 교차되게 설치되며, 바람방향에 따라 서서히 좁아지게 구성되었다.

그리고, 상기 슬릿군은 관(1)의 중심을 잇는 중심선(6)을 축으로 하여 선대칭으로 형성되고, 관(1)에 가장 근접위치된 입상부는 상기 관(1)의 외극 접선과 평행선상에 위치되며, 바람이 불어가는 쪽의 입구측, 중간, 중앙측에 슬릿군을 연결하는 직선이 관(1)을 잇는중심선(6)을 연결하는 선에서 서로 직선으로 교차되게 구성되었다.

그리고, 제2도와 같이 핀베이스(3)에 형성된 슬릿(4)이 형성된 제1열은제4도와 같이 입구부와 출구부의 슬릿(4)은 평행사변형상의 돌기 2개로 구성되어 2분할체를 이루며, 제2열은 제3도와 같이 입구부와 출구부의 슬릿(4)은 출구속도의 균일성을 높이기 위하여 3개로 분할하여 3분할체를 이루도록 양쪽에 평행사변형상의 돌기와 가운데 돌기는 마름모꼴을 갖도록 구성되었다.

이와 같이 제2열의 슬릿군은 바람이 입구부에서 출구부로 불어 감에 따라 슬릿(4)수가 줄어들면, 입구부 다음 슬릿과 출구분 앞슬릿은 제1열의 입구부와 출구부에 구성된 것과 같이 동일하게 평행사변형상으로 구성되었다.

이와 같이 이루어진 슬릿군은 전체적인 형상이 X자 형상을 유지하고 관(1)이 중심된 후류의 경사각은 후류에서 발생할 수 있는 와류를 없애주는 역할을 하여 전달돌기군이 경계층 자장자리 효과를 갖는다.

이러한 절개돌기군은 기류의 혼합효과와 난류효과를 촉진하여 열전달을 향상시키는 역할을 하도록 구성되었다.

이상과 같이 슬릿군이 X자 형상으로 구성된 제1열(2분할체 2개로 구성)과 제2열(3분할체 및 2분할체로 구성)의 기류 상류측의 슬릿(4)이 관(1)의 근접위치로 매우 가깝게 접근되어 있어서 관(1)에서 1차로 발생하는 대류 열전달효과를 방해하는 구조로 구성되어 있고, 슬릿(4)의 측변이 또는 형상으로 구성되어 다수의 핀(2)과 관(1)을 결합할 때 하나의유로가 형성 되었다.

이와 같이 형성된 유로는 핀(2)으로 흐르는 공기와 관(1)부위를 흐르는 공기가 서로 분리됨으로써 핀(2)에서는 기류혼합과 난류혼합효과로 핀 전도 현상만 유발함으로써 유체흐름시 그 효과가 큰 관의 대류열전달효과를 크게 감소시키는 문제점이 발생되었다.

그리고, 압력강하 또는 기류입구 방향 슬릿(4)이 관(1)쪽으로 지나치게 접근되어 있어서 기류흐름을 방지하기 때문에 대단히 커지며, 생산기술측면을 강조함으로써 열교환기에 있어서중요한 열전달과 압력강하 특성을 배제한 것이 큰 문제점이 있다.

그리고, 제2열의 다수 슬릿가공은 열전달을 크게 할 수는 있으나 압력강하현상은 더욱 커지게 하는 등의 문제점이 발생하였다.

본 발명의 이러한 점을 감안하여 핀베이스에 형성되는 슬릿군이 관의 중심선을 기준으로 상류측과 하류층의 비대칭으로 구성하고, 상기 상류측 슬릿의 측벽을 관에 근접하는 세번째 슬릿 측벽이 관의 동심원보다 크게 그린 원의 접선과 같게 하며, 상기 하류측 슬릿의 측벽은 관에 근접하는 두번째 슬릿 측벽이 임의로 그린 동심원의 접선과 같게 하고, 상기 하류측 첫번째 슬릿이 상류측 슬릿보다 적게 되도록 구비함으로서 전열효율을 높일 수 있도록 하는데 목적이 있다.

본 발명 열교환기의 핀을 제5도에 의하여 설명한다.

관(101)에 결합되어 공기와 열교환하는 핀(102)과 상기 핀(102)은 핀베이스(102)에 슬릿(103)를 다수개 구비한 것에 있어서, 핀베이스(102')에 형성되는 슬릿군이 관(101)의 중심을 잇는 중심선(104)을 기준으로 상류측과 하류측이 비대칭 구성되었다.

그리고, 상기 상류측 슬릿(103)의 측벽(103')은 관(101)에 근접하는 세번째 슬릿 측벽이 관(101)의 동심원 보다 크게 그린 원의 접선(105)과 같게 하며, 상기 하류측 슬릿(103)의 측벽(103')은 관(101)에 근접하는 두번째 슬릿 측벽이 임의로 동심원의 접선(105)과 같게하며, 상기 하류측 슬릿(103)의 측벽(103')은 관(101)에 근접하는 두번째 슬릿 측벽이 임의로 동심원의 접선(106)과 같게 하였다.

그리고, 하류측 첫번째 슬릿(103)이 상류측 슬릿(103)보다 작게 구비하였다.

그리고, 상기 상류측 슬릿(103)의 측벽(103')을 이루는 접선(105) 관(101)을 잇는 중심선(104)과 이루는 각도(α)가 70∼85°로 구성되었다. 이 더욱 심해지게되는 등의 문제점이 발생하였다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 핀 베이스에 형성되는 슬릿군이 관의 중심을 잇는 중심선을 기준으로 상류측과 하류측이 비대칭으로 구성되고, 상기 상류측 슬릿의 측벽은 관에 근접하는 세 번째 슬릿측벽과, 상기 하류측 슬릿의 측벽은 관에 근접하는 두 번째 슬릿측벽이 임의로 그린 동심원의 접선과 같게 하고, 상기 하류측 첫 번째 슬릿의 측벽을 이루는 접선이 관을 잇는 중심선과 이루는 각도보다 작게 되도록 구비함으로써 전열효율을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 열교환기의 핀을 제5도에 의하여 설명한다.

먼저, 본 발명에 사용되는 각도는 측벽을 이루는 접선이 관을 잇는 중심선과 이루는 각도를 뜻한다.

본 발명의 관(101)에 결합되어 공기와 열교환하는 핀(102)과, 상기 핀(102)은 피베이스(102')에 슬릿(103)을 다수개 구비한 것에 있어서, 핀베이스(102')에 형성되는 슬릿군이 관(101)의 중심을 잇는 중심선(104)을 기준으로 상류츠과 하류측이 비대칭으로 구성되었다.

그리고, 상기 상류측 슬릿(103)의 측벽(103')은 관(101)에 근접하는 세 번째 슬릿측벽과, 상기 하류측 슬릿(103)의 측벽(103')은 관(101)에 근접하는 두 번째 슬릿측벽이 임의로 동심원의 접선(106)과 같게 하였다.

그리고 하류측 첫 번째 슬릿의 측벽을 이루는 접선이 관을 잇는 중심선과 이루는 각도가 상류측 슬릿의 측벽을 이루는 접선이 관을 잇는 중심선과 이루는 각도보다 작게 되도록 구비하였다.

그리고, 상기 상류측 슬릿(103)의 측벽(103')을 이루는 접선(105)은 관(101)을 잇는 중심선(104)과 이루는 각도(α)가 70°∼85°로 구성되었다.

그리고, 상기 하류측 슬릿(103)의 측벽(103')을 이루는 접선(106)은 관(101)을 잇는 중심선(104)과 이루는 각도(β)가 40°∼50°로 구성되었다.

그리고 상기 상류측 슬릿(103)은 첫 번째 2분할체 슬릿을 제외하고 1개로 구성하며, 하류측 슬릿은 기류방향으로 감에 따라 분할체수가 하나씩 늘어가도록 구성되었다.

그리고, 상기 슬릿(103)은 관(101)측의 측벽(103')은 각으로 구성되고 중앙부 위는 유입되는 공기유동을 매끄럽게하여 압력손실을 줄이도록 기류방향으로 구성하였다.

그리고, 슬릿(103)은 관(101)측의 측벽(103')의 각도를 38°∼45°로 구성하고 중앙부는 측벽(103')의 각도를 30°∼35°로 구성하였다.

이와 같이 구성된 본 발명은 제6도와 같이 공기흐름에서 보듯이 핀(102)으로 흐르는 공기기류(a)와 관(101)부위로 흐르는 공기기류(C) 이외에 관(101)를 잇는 중심선(104)을 기준으로하여 하류의 첫번째 슬릿측벽을 하류부 중앙슬릿측벽을 기준으로 관 주위의 외곽에 그린 원의 접선을 연장시켜 슬릿측벽을 구성함으로서 핀부기류(a)가 하류부로 흘러감에 따라 기류(C)와 만날 수 있도록 하는 기류(b)를 생성하도록 하였다.

따라서, 핀(102)에서의 기류 믹싱효과로 인한 열전달을 핀면을 통한 전도와 하류측벽의 설치를 상기와 같이 함으로써 핀(102)에서 발생한 열을 관(101)쪽으로 이동시킴으로써 믹싱효과를 배가 시켰다.

또한 제5도에 도시한 바와같이 관(101)을 중심으로 상류측은 관(101)대류효과를 극대화할 목적으로 측벽과 관 중심선(104)과의 각도(θ)를 크게하여 관(101)으로의 기류를 증대화시키며 하류측 슬릿측벽과 중심선(10)과의 각도(θ)는 작게하여 관후류에서 발생할 수 있는 와류를 억제하여 기류 정체영역을 제거하였다.

상기 슬릿측벽은 관(101)외곽에 관의 반경보다 약간은 큰 반경으로 그린 동심원을 두고 중심선(104)을 기준으로 상류측 세 번째 슬릿과 하류측 두 번째 슬릿 측벽을 상기 동심원의 접선(105)(106)과 동일하게 하며 이 접선을 연장하여 그 이외의 슬릿(103)을 구성한다.

상기 접선(105)(106)이 관중심선(104)과 이루는 각도는 상류접선(105)이 70°∼85°로 하며 하류 접선(106)이 40°∼50°로 구성되어 있으며, 상류측 슬릿(103)은 압력강하를 줄이기 위하여 하류측에 비해 다소적은 슬릿수를 채용한 것이 특징이다.

즉, 상류측의 첫째 슬릿이 2분할체로 구성되며 그 이외의 슬릿은 1개씩으로 구성된다.

또한, 하류측 슬릿은 바람이 진행방향에 따라 슬릿분할수를 1-2-3분할체로 구성함으로서 후류속도를 균일화하도록 구성하였다.

관(10)주위의 슬릿측벽을 이루는 접선이 관을 잇는 중심선과 이루는 각도를 일정하게 유지하는 것과 달리 중앙부 측벽은 기류방향과 일직선으로 구성하여 경사지게 구성되었을 때의 압력손실을 감소시키도록 하였다.

그리고, 하류측 슬릿구성을 상기와 같이 분할함으로써 소음저감효과를 극대화하고 중앙부 슬릿측벽을 기류방향으로 함으로써 압력손실을 더욱 줄여 열교환기의 저소음화에 기여하도록 하였다.

그리고 직선형 슬릿측벽 핀면이 이루는 각도(β)는 38°∼45°로 하여 제조가 용이하도록 하고(알루미늄판의 연신산율 한계를 고려) 직선 슬릿측벽의 각도를 줄임으로써 핀에서 발생할 수 있는 응축수의 매끄러운 낙하를 가능하게 하였다.

이상과 같이 본발명은 종래기술에 비하여 기류의 믹싱효과를 높이고 대류열전달효과를 배가 시킬 수 있으며 기류속도 불일치에서 오는 소음증대효과를 줄여 유동소음효과를 기대할 수 있고 응축수 배출을 원활히 하고 압력손실을 줄여 저소음화에 기여할 수 있는 발명이다.

Claims (4)

1. 핀베이스에 형성되는 슬릿군이 관의 중심을 잇는 중심선을 기준으로 상류측과 하류측이 비대칭으로 구성하고, 상기 상류측 슬릿의 측벽은 관에 근접하는 세 번째 슬릿측벽과, 상기 하류측 슬릿의 측벽은 관에 근접하는 두 번째 슬릿측벽이 임의로 그린 동심원의 접선과 같게 하고, 상기 하류측 첫 번째 슬릿의 측벽을 이루는 접선이 관을 잇는 중심선과 이루는 각도보다 작게 되도록 구비한 것을 특징으로 하는 열교환기의 핀.
2. 제1항에 있어서, 상류측 슬릿의 측벽을 이루는 접선은 관을 잇는 중심선과 이루는 각도가 70°∼85°임을 특징으로 하는 열교환기의 핀.
3. 제1항에 있어서, 하류측 슬릿의 측벽을 이루는 접선은 관을 잇는 중심선과 이루는 각도가 40°∼50°임을 특징으로 하는 열교환기의핀.
4. 제1항에 있어서, 상류측의 슬릿은 첫 번째의 2분할체 슬릿을 제외하고 1개로 구성하며, 하류측 슬릿은 기류방향으로 감에 따라 분할체수가 하나씩 늘어가도록 구성한 것을 특징으로 하는 열교환기의 핀.