KR100484912B1 - 열교환기 - Google Patents

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장근선
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Abstract

본 발명은 핀튜브형 열교환기의 전열관 내부를 흐르는 유체가 외부공기와 효율적으로 접촉하도록 하여, 압력손실을 줄임과 동시에 전열성능을 향상시키기 위한 열교환기에 관한 것으로, 본 발명은 "U"형 밴드를 통해 각 단부가 상호 연결된 다수의 전열관(20)과, 상기 전열관(20)의 외주면 상에 결합공(30)을 통해 결합되어 전열관(20)의 축선에 대해 수직으로 적층되어 설치되고, 베이스면 상에 돌출 형성된 다수의 슬릿을 구비한 다수의 전열핀(10)을 구비한 열교환기에 있어서, 전열핀(10)의 베이스면의 공기가 유입 및 유출되는 측에 형성된 제 1열 및 제 2열의 슬릿(41,42,43,44)과 제 3열 및 제 4열의 슬릿(45,46,47,48)들이 각각 2개의 단위 슬릿들로 분할되어 결합공(30)들의 중심을 연결한 중심선을 기준으로 서로 대칭적인 형상으로 형성되되, 상기 제 1열 및 제 4열의 단위 슬릿(41,42,47,48)들은 인접한 각 결합공(30)을 향해 소정 각도로 경사져 형성되고, 제 2열 및 제 3열의 단위 슬릿(43,44,45,46)들은 상기 제 1열 및 제 4열의 단위 슬릿(41,42,47,48)의 경사각도보다 적은 소정 각도로 경사져 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기{heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핀튜브형 열교환기의 전열관 내부를 흐르는 유체가 외부공기와 효율적으로 접촉하도록 하여, 압력손실을 줄임과 동시에 전열성능을 향상시키기 위한 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 열교환기라 함은 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 이용되는 기기로서, 전열관 내부를 순환하는 유체와 이러한 전열관의 외부를 유동하는 기체간의 열교환을 이루도록 하기 위한 기기이다. 이러한 열교환기는 주수식, 이중관식, 핀튜브식, 투관형식 등이 있다.
이 중에서, 핀튜브식 열교환기는 각 단부가 "U"밴드에 의해 상호 연결된 전열관과, 이러한 전열관의 길이방향으로 소정 간격 이격되어 적층된 다수의 전열핀으로 이루어지며, 이러한 각 전열핀 사이로 유입되는 외부공기와 전열관의 내부를 순환하는 유체가 상호 열교환을 수행한다.
이러한 종래의 전열핀(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전열관(2)이 끼워져 결합되는 다수의 결합공(3)을 구비하고, 이러한 각 결합공(3) 사이에는 전열핀(1)의 베이스면으로부터 수직으로 돌출 형성된 다수의 슬릿(4)이 일체로 형성된다.
이러한 슬릿(4)은 공기가 유동되는 측면이 개방된 채로 전열핀(1)의 베이스면으로부터 돌출형성된 돌출편(4a)과, 이러한 돌출편(4a)의 양단부측에 소정 각도로 절곡되어 일체로 형성된 레그부(4b)로 이루어진다.
이러한 돌출편(4a)의 개방된 부분으로 유동하는 공기가 전열관(2)의 주위로 원활하게 선회하면서 열교환되도록, 레그부(4b)는 평면에서 보았을 때 전열관(2)의 외주면을 따라 경사진 각도로 형성된다.
한편, 이러한 다수의 슬릿(4)은 각 전열관(2)들의 중심을 연결한 중심선(C-C선)을 기준으로 외부의 공기가 유입되는 측과 외부의 공기가 유출되는 측에 서로 대칭적으로 3열씩 총 6열이 배열된다.
이러한 슬릿(4)들 중에서, 공기가 유입되는 측에 형성된 첫 번째 열의 슬릿과, 공기가 유출되는 측에 형성된 마지막 열의 슬릿은 2개의 단위 슬릿으로 분할되어 형성되고, 그 외의 나머지 열의 슬릿들은 하나의 단위 슬릿으로 형성된다.
이러한 구성에 의해, 전열관(2)의 내부를 순환하는 유체는 이러한 전열관(2)의 길이방향의 외주면 상에 소정 간격으로 이격된 채로 적층되어진 다수의 전열핀(1) 사이를 통과하는 외부공기와 접촉하면서 열교환하게 된다. 이때, 외부공기는 미도시된 팬에 의해 다수의 적층된 전열핀(1)들 사이로 유입된다.
여기서, 외부공기는 전열핀(1)의 슬릿(4)의 개방된 부분으로 유입되는 도중에, 상기 각 슬릿(4)의 돌출편(4a)에 부딪혀 기류의 난류화를 달성함과 동시에, 각 슬릿(4)의 레그부(4b)에 의해 그 유동을 안내받아 전열관(2)의 주위를 따라 선회하면서 열교환의 효과를 보다 촉진시킨다.
또한, 상술한 바와 같이, 공기가 유입되는 첫번째 열과 마지막 열에 형성된 2개의 단위 슬릿에 의해 상술한 기류의 난류화는 보다 촉진된다.
그러나, 이러한 종래의 전열핀을 구비한 열교환기는 단순히 기류의 난류화를 촉진시켜, 핀튜브형 열교환기의 열교환 성능을 향상시키려는 데 주력함으로써, 압력손실의 상승으로 인해 팬모터의 전력낭비가 심하고, 또한 그에 따른 모터의 손상과 소음을 유발하게 되는 단점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공기유동 저항을 감소시켜 유동경계층의 성장을 방지하여 압력손실을 줄임과 동시에 , 전열관 후류측에 발생하는 사공간(dead zone)을 감소시킴으로써, 전열성능을 보다 향상시키는 열교환기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, "U"형 밴드를 통해 각 단부가 상호 연결된 다수의 전열관과, 상기 전열관의 외주면 상에 결합공을 통해 결합되어 상기 전열관의 축선에 대해 수직으로 적층되어 설치되고, 베이스면 상에 돌출 형성된 다수의 슬릿을 구비한 다수의 전열핀을 구비한 열교환기에 있어서,
상기 전열핀의 베이스면의 공기가 유입 및 유출되는 측에 제 1열 및 제 2열의 슬릿과 제 3열 및 제 4열의 슬릿들이 각각 2개의 단위 슬릿들로 분할되어 결합공들의 중심을 연결한 중심선을 기준으로 서로 대칭적인 형상으로 형성되되, 상기 제 1열 및 제 4열의 단위 슬릿들은 인접한 각 결합공을 향해 소정 각도로 경사져 형성되고, 제 2열 및 제 3열의 단위 슬릿들은 상기 제 1열 및 제 4열의 단위 슬릿의 경사각도보다 적은 소정 각도로 경사져 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 각 단위 슬릿들은 비대칭적인 사다리꼴 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 1열 및 제 4열의 단위 슬릿들은 인접한 각 결합공을 향해 10°로 경사져 형성되고, 상기 제 2열 및 제 3열의 단위 슬릿들은 인접한 각 결합공을 향해 6°로 경사져 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 열교환기의 일실시예를 도시한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 열교환기용 전열핀(10)은 그 길이방향으로 다수의 전열관(20)들이 끼워져 결합되는 다수의 결합공(30)이 소정 간격으로 이격되어 형성되고, 이러한 다수의 결합공(30)사이 공간에 표면과 이면을 교대로 돌출 형성되거나 표면과 이면 중에의 어느 한면으로 돌출 형성된 다수의 슬릿(41~48)들이 일체로 형성된다. 여기서, 상기 전열관(20)들은 각 단부가 "U"자형 밴드에 의해 상호 연결된다.
상기 다수의 결합공(30)은 대략 직경 9~10㎜ 정도로 형성되어, 전열관(20)들이 각각 관통 결합된다.
슬릿(41~48)들은 각 결합공(30)사이 공간에 형성되고, 공기가 유입되는 방향으로 개방된 채로 전열핀(10)의 베이스면으로부터 수직으로 돌출 형성된 돌출편(41a~48a)과, 이러한 돌출편(41a~48a)의 양 단부상에 소정각도로 절곡되어 일체로 형성된 레그부(41b~48b, 41c~48c)로 이루어진다.
이러한 일련의 슬릿(41~48)들은 각 결합공(30)들의 중심을 연결한 중심선을 기준으로 서로 대칭적인 형상으로 총 4열로 이루어진다.
먼저, 제 1열 및 제 4열의 슬릿(41,42,47,48)들은 2개의 단위 슬릿으로 분할되어 형성되고, 이러한 각 단위 슬릿(41,42,47,48)의 레그부(41b,41c,42b,42c,47b, 47c,48b,48c)중에서 상호 인접한 부분의 레그부(41b,42b,47b,48b)들은 평면에서 보았을 때 기류(화살표 A)에 평행하게 형성된 평행사변형으로 이루어지고, 결합공(30)에 근접한 레그부(41c,42c,47c,48c)들은 평면에서 보았을 때 결합공(30)의 외주부를 따라 형성된 평행사변형으로 이루어진다. 이러한 형상에 의해 각 단위 슬릿(41,42,47,48)들은 평면에서 보았을 때 결합공(30)의 동심을 향해 기울어진 비대칭적인 사다리꼴 형태로 이루어진다. 한편, 이러한 각 단위 슬릿(41,42,47,48)들은 각 결합공(30)들의 중심을 연결한 중심선으로부터 소정각도(θ)로 경사져 형성된다. 여기서, 소정각도(θ)는 대략 10°이다.
그리고, 제 2열 및 제 3열의 슬릿(43,44,45,46)들은 단일의 단위 슬릿으로 형성되고, 이러한 각 단위 슬릿(43,44,45,46)의 레그부(43b,43c,44b,44c,45b,45c, 46b,46c)중에서 상호 인접한 부분의 레그부(43b,44b,45b,46b)들은 평면에서 보았을 때 기류(화살표 A)에 평행하게 형성된 평행사변형으로 이루어지고, 결합공(30)에 근접한 레그부(43c,44c,45c,46c)들은 평면에서 보았을 때 결합공(30)의 외주부를 따라 형성된 평행사변형으로 이루어진다. 이러한 형상에 의해 각 단위 슬릿(43, 44,45,46)들은 비대칭적인 사다리꼴 형태로 이루어진다. 한편, 이러한 각 단위 슬릿(43,44,45,46)들은 상술한 제 1열 및 제 4열의 단위 슬릿(41,42,47,48)의 경사각도보다 적은 각도(δ)로 경사져 형성된다. 여기서 상기 각도(δ)는 대략 6°이다.
이하, 이상과 같이 구성된 본 발명의 열교환기의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.
먼저, 전열관(20)의 축선에 대해 수직으로 적층된 다수의 전열핀(10)의 베이스면 상으로 화살표 A를 따라 유입되는 외부공기는 제 1열 및 제 2열의 슬릿(41,42 ,43,44)의 돌출편의 측면에 형성된 개구부를 통과하면서 양분되고, 다시 제 3열 및 제 4열의 슬릿(45,46,47,48)을 통과하면서 양분되어 외부로 토출된다. 이때, 전열관(20)내를 흐르는 유체는 외부공기와 접촉하면서 열교환한다.
한편, 제 1열 및 제 2열의 슬릿(41,42,43,44)을 통과하는 공기는 각 슬릿(41,42,43,44)들의 상호 인접한 레그부(41b,42b,43b,44b)에서는 공기 유출측으로 직진하고, 각 슬릿(41,42,43,44)들의 결합공(30)측에 근접한 레그부(41c,42c,43c ,44c)에서는 각 레그부(41c,42c,43c,44c)를 통해 결합공(30)의 외주부를 따라 선회하면서 전열관(20)과 접촉하면서 열교환을 수행한다.
다음, 제 1열 및 제 2열의 슬릿(41,42,43,44)을 통과하면서 양분된 공기는 제 3열 및 제 4열의 슬릿(45,46,47,48)을 통과하면서 상술한 제 1열 및 제 2열의 슬릿(41,42,43,44)과 동일하게 흐름 작용을 수행하여 외부로 토출된다.
여기서, 슬릿이 많을수록 공기유동에 저항을 주는 표면거칠기가 상대적으로 증가하여 유동저항이 증가하게 되나 본 발명은 4열의 슬릿만을 형성함으로써 공기유동 저항을 감소시켜 유동경계층이 성장하는 것을 방지하는 특징이 있다.
또한, 본 발명은 각 단위 슬릿(41~48)들이 결합공(30)의 동심을 향해 소정 각도로 경사져 형성됨에 따라, 결합공(30)에 설치된 전열관(20)의 외주부를 따라 형성되는 공기의 선회 작용을 보다 촉진시킴으로써, 전열관(20)의 후방측에 발생하는 사공간을 감소시켜 전열성능을 보다 향상시킨 특징이 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기에 의하면, 공기유동 저항을 감소시켜 유동경계층의 성장을 방지하여 압력손실을 줄임과 동시에, 전열관 후류측에 발생하는 사공간(dead zone)을 감소시킴으로써, 전열성능을 보다 향상시키는 매우 뛰어난 효과가 있다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 열교환기를 도시한 평면도,
도 2는 본 발명의 열교환기용 전열핀을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 열교환기를 도시한 평면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 열교환기용 전열핀 20 : 전열관
30 : 결합공
41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 : 슬릿

Claims (3)

  1. 전열관의 외주면 상에 결합공을 통해 결합되어 상기 전열관의 축선에 대해 수직으로 적층되어 설치되고, 베이스면 상에 연속되게 돌출 형성된 제 1열 내지 제 4열 슬릿 중 제 1열 및 제 4열 슬릿들을 각각 2개의 단위 슬릿들로 분할되어 결합공들의 중심을 연결한 중심선을 기준으로 서로 대칭적인 형상으로 형성되며 각 결합공을 향해 소정 각도 경사지게 구비된 열교환기에 있어서,
    상기 제 1열 내지 제 4열 슬릿 중 제 2열 및 제 3열 슬릿은 각각 2개의 단위 슬릿들로 분할되어 상기 결합공들의 중심을 연결한 중심선을 기준으로 서로 대칭적인 형상으로 형성되고;
    상기 제 2열 및 제 3열 각각의 단위 슬릿들은 상기 제 1열 및 제 4열의 단위 슬릿의 경사각도보다 적은 소정 각도로 경사지게 형성되며, 비대칭적인 사다리꼴 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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