KR20030027372A - Fin-tube type evaporator for refrigerating and airconditioning machine - Google Patents

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KR20030027372A
KR20030027372A KR1020010060547A KR20010060547A KR20030027372A KR 20030027372 A KR20030027372 A KR 20030027372A KR 1020010060547 A KR1020010060547 A KR 1020010060547A KR 20010060547 A KR20010060547 A KR 20010060547A KR 20030027372 A KR20030027372 A KR 20030027372A
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고영환
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김철환
신종민
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엘지전자 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A fin-tube type evaporator for a refrigerating and air-conditioning machine is provided to smooth flow of air by making condensed water attached on a surface of a fin. CONSTITUTION: An evaporator(60) comprises a plurality of fins(63) arranged between side plates placed on both sides thereof in a direction parallel to the side plates; and a tube(61) penetrating the side plates and the fins. The fin is porous and made of fine metal powder(63a) so that gaps(63b) are placed between particles of the metal powder. The size of the gaps is so large that condensed water formed on a surface of the fin infiltrates into the gaps.

Description

냉동공조용 핀-튜브형 증발기{fin-tube type evaporator for refrigerating and airconditioning machine}Fin-tube type evaporator for refrigerating and airconditioning machine

본 발명은 냉공공조용 핀-튜브형 증발기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 핀을 미세한 금속분말로 만들어 냉동사이클의 운용 중 증발기에 발생하는 응축수의 접촉각을 줄일 수 있는 냉동공조용 핀-튜브형 증발기에 관한 것이다.The present invention relates to a fin-tube evaporator for cold air conditioning, and more particularly, to a fin-tube evaporator for refrigeration and air conditioning, which can reduce the contact angle of condensate generated in the evaporator during operation of the refrigeration cycle by making the fin into fine metal powder. will be.

일반적으로 냉동공조기기라 함은 냉동사이클을 순환하는 냉매를 이용하여 실내의 공기 또는 고내의 공기를 열교환하여 실내 또는 고내를 설정온도로 유지하는 기기이다. 이러한 냉동공조기기로는 고내를 저온화시켜 음식물을 일정시간 동안 신선하게 유지하는 냉장고와, 실내의 온도를 저온화시켜 실내 환경을 쾌적하게 유지하는 공기조화기 등이 있다.In general, a refrigeration air conditioner is a device that maintains a room or interior at a set temperature by heat-exchanging indoor air or interior air using a refrigerant circulating in a refrigeration cycle. Such refrigeration and air conditioning equipment includes a refrigerator that lowers the inside of the refrigerator to keep food fresh for a predetermined time, and an air conditioner that keeps the indoor environment comfortable by lowering the temperature of the room.

이하, 전술한 냉동공조기기의 근간을 이루는 냉동사이클의 주요 구성부분을 첨부된 도면을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings the main components of the refrigeration cycle forming the basis of the above-mentioned refrigeration air conditioning equipment briefly described as follows.

도 1에 도시된 바에 따르면, 냉동사이클은 저온/저압의 냉매가스를 고온/고압의 냉매가스로 승온/승압하는 압축기(10)와, 상기 압축기로부터 유입된 냉매를 외기에 의해 응축시키는 응축기(20)와, 다른 부분의 직경에 비해 협소한 직경으로 이루어져 상기 응축기로부터 유입된 냉매를 감압시키는 팽창밸브(30)와, 상기 팽창밸브를 통과한 냉매가 저압상태에서 증발됨에 따라 고내의 열을 흡수하는 증발기(40)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the refrigeration cycle includes a compressor 10 for raising / highing a low temperature / low pressure refrigerant gas to a high temperature / high pressure refrigerant gas, and a condenser 20 for condensing the refrigerant introduced from the compressor by outside air. ) And an expansion valve (30) for reducing the refrigerant introduced from the condenser, having a diameter smaller than that of other parts, and absorbing heat in the refrigerator as the refrigerant passing through the expansion valve is evaporated in a low pressure state. It consists of an evaporator 40.

상기 응축기(20) 측에는 외기를 강제 흡입하여 냉매의 방열작용을 돕는 방열팬(51)이 구비되고, 상기 증발기(40) 측에는 고내의 공기 또는 실내의 공기를 강제 흡입하여 냉매의 증발작용에 의해 열교환시키는 냉기순환팬(53)이 구비된다.The condenser 20 side is provided with a heat radiating fan 51 for forced suction of the outside air to help the heat dissipation action of the refrigerant, and the evaporator 40 side is forced to suck the air in the interior or air in the room to exchange heat by evaporation of the refrigerant A cold air circulation fan 53 is provided.

이와 같이 구성된 냉동사이클은 상기 증발기(40)가 냉장고의 냉기덕트 상에 또는 공기조화기의 실내기 측에 구비되며, 압축기(10) 및 냉기순환팬(53)이 운전되면서 고내의 냉기 또는 실내의 냉기가 증발기를 지나는 냉매의 증발작용에 의해 저온화되어 토출된다.In the refrigeration cycle configured as described above, the evaporator 40 is provided on the cold air duct of the refrigerator or on the indoor unit side of the air conditioner, while the compressor 10 and the cold air circulation fan 53 are operated, and the cold air in the room or the cold air in the room. Is lowered and discharged by the evaporation of the refrigerant passing through the evaporator.

이러한 증발기(40)는 팽창방식, 냉매용량, 구조에 따라 여러 종류가 있으며, 일례로 냉동공조용으로 널리 쓰이는 핀-튜브형 증발기(fin-tube type evaporator)의 구조를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.The evaporator 40 has various types according to the expansion method, the refrigerant capacity, and the structure. For example, the structure of a fin-tube type evaporator widely used for refrigeration and air conditioning will be described below.

도 2에 도시된 바에 따르면, 상기 핀-튜브형 증발기(40)는 냉매가 지나는 튜브(41)와 냉기가 지나면서 상기 냉매와 열교환하는 핀(43)으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the fin-tube evaporator 40 includes a tube 41 through which a refrigerant passes and a fin 43 that exchanges heat with the refrigerant as cold air passes.

상기 핀-튜브형 증발기(40)는 양 측부에 구비된 측판 사이에 다수의 핀(43)이 상기 측판과 나란한 방향으로 정렬되며, 튜브(41)가 상기 측판과 핀을 가로지르면서 관통한다. 이 때, 상기 튜브(41)는 그 일단이 팽창밸브와 연결되고 타단이 압축기와 연결되어 있어 팽창밸브를 지난 저온 저압의 냉매액을 공급받는다.The fin-tube evaporator 40 has a plurality of fins 43 arranged in a direction parallel to the side plate between the side plates provided on both sides, the tube 41 passes through the side plate and the fins. At this time, one end of the tube 41 is connected to the expansion valve and the other end is connected to the compressor to receive the low temperature low pressure refrigerant liquid passing through the expansion valve.

이와 같이 구성된 증발기(40)는 냉매가 상기 튜브(41)를 지날 때 냉기순환팬의 작용에 의해 공기가 도면상 하단에서 상단으로 지나게 되고, 이 때 공기가 상기 핀(43)과 핀 사이를 지나면서 냉매와의 사이에 열교환이 이루어진다.In the evaporator 40 configured as described above, air passes from the bottom to the top of the drawing by the action of the cold air circulation fan when the refrigerant passes the tube 41, and the air passes between the fin 43 and the fin. While the heat exchange is made between the refrigerant.

이러한 열교환 과정 중에, 공기의 온도가 이슬점 이하로 떨어지면서 공기 중의 습기가 응축되며, 이렇게 생성된 응축수는 상기 핀(43) 또는 튜브(41) 사이에 착상되어 서리가 된다.During this heat exchange process, moisture in the air condenses as the temperature of the air falls below the dew point, and the condensed water thus formed is frosted between the fins 43 or the tubes 41.

한편, 상기 응축수와 핀(43)의 표면이 이루는 각(이하, 접촉각)은 핀의 재질에 따라 다르며, 이러한 성질은 금속의 고유한 성질이다. 일반적으로 상기 핀(43)과 튜브(41)에 널리 적용되는 금속은 알루미늄이며, 알루미늄 핀과 응축수의 접촉각(α)은 도 3에 도시된 바와 같이 대략 95°정도이다.On the other hand, the angle (hereinafter, contact angle) formed between the condensate and the surface of the fin 43 depends on the material of the fin, this property is a unique property of the metal. In general, the metal widely applied to the fin 43 and the tube 41 is aluminum, and the contact angle α between the aluminum fin and the condensate is about 95 ° as shown in FIG. 3.

상기 응축수는 핀(43)의 표면에 방울 방울 맺혀있게 되며, 접촉각(α)이 크면 클수록 인접한 핀과의 사이에 브릿지를 형성하게 된다. 이러한 응축수는 상기 핀(43)과 핀 사이의 거리가 아주 좁게 형성됨을 고려할 때, 공기의 유동에 커다란 장애가 되며 결국 공기의 압력손실로 이어져 냉동효율을 급격히 저하시키는 주요한 원인이 되었다.The condensate is droplets are formed on the surface of the fin 43, the larger the contact angle (α) is to form a bridge between the adjacent fins. Considering that the distance between the fin 43 and the fin is very narrow, the condensate is a major obstacle to the flow of air, which leads to a pressure loss of the air, which is a major cause of a drastic reduction in the refrigeration efficiency.

이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 상기 알루미늄 핀(43)의 표면에 친수성 코팅을 함으로써, 응축수와 핀의 접촉각(α)을 줄이려고 하였다. 그러나, 친수성 코팅을 할 경우 재료비가 대략 30% 정도 상승함에 따라 제조원가가 상승하게 되는 문제점이 야기되었다. 뿐만 아니라, 전술한 바와 같은 친수성 코팅은 시간이 경과함에 따라 기존의 성능을 발휘하지 못하여, 다시 응축수와 핀의 접촉각이 커지는 경향을 보이게 되었다.In order to solve this problem, conventionally, by applying a hydrophilic coating on the surface of the aluminum fin 43, it was trying to reduce the contact angle (α) of the condensed water and the fin. However, the hydrophilic coating caused a problem that the manufacturing cost increases as the material cost increases by approximately 30%. In addition, the hydrophilic coating as described above does not exhibit the existing performance over time, so that the contact angle between the condensate and the fin is increased.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉동사이클의 운용 중 발생하는 응축수가 핀의 표면에 밀착되게 함으로써 공기의 유동을 원활히 할 수 있는 냉동공조용 핀-튜브형 증발기를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to ensure that the condensed water generated during the operation of the refrigeration cycle is in close contact with the surface of the fin fin-tube type evaporator for smooth air flow To provide.

도 1은 일반적인 냉동사이클의 구성을 도시한 구성도1 is a block diagram showing the configuration of a typical refrigeration cycle

도 2는 종래 냉동공조용 핀-튜브형 증발기의 구조를 도시한 평면도Figure 2 is a plan view showing the structure of a conventional fin-tube evaporator for refrigeration air conditioning

도 3은 도 2에 따른 증발기의 응축수 접촉각을 도시한 확대도3 shows an enlarged view of the contact angle of the condensate of the evaporator according to FIG. 2;

도 4는 본 발명에 따른 냉동공조용 핀-튜브형 증발기의 구조를 도시한 평면도 및 부분 확대도4 is a plan view and a partially enlarged view showing the structure of a fin-tube evaporator for refrigeration and air conditioning according to the present invention.

도 5는 도 4에 따른 증발기의 응축수 접촉각을 도시한 확대도5 shows an enlarged view of the contact angle of the condensate of the evaporator according to FIG. 4.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

61 : 튜브63 : 핀61: tube 63: pin

63a : 알루미늄 분말63b : 공극63a: aluminum powder 63b: voids

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 냉동공조용 핀-튜브형 증발기는 냉매가 지나는 튜브와, 상기 튜브의 외주면에 구비되며 일정 크기의 공극이 생기도록 미세한 금속분말로 만들어지는 다공성 핀(porous fin)을 포함한다.In order to achieve the above object, the fin-tube evaporator for refrigerating and air conditioning according to the present invention is provided with a tube through which a refrigerant passes, and a porous fin provided on the outer circumferential surface of the tube and made of fine metal powder so as to generate a predetermined size of pores. ).

따라서, 본 발명에 따른 냉동공조용 핀-튜브형 증발기는 상기 공극에서 작용하는 모세관 인력에 의해 응축수가 핀 내부로 스며들어 응축수와 핀의 접촉각이 작아지게 된다.Therefore, the fin-tube evaporator for refrigerating and air conditioning according to the present invention causes condensate to penetrate into the fin by capillary attraction acting in the voids, thereby reducing the contact angle between the condensate and the fin.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉동공조용 핀-튜브형 증발기를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a fin-tube evaporator for refrigeration and air conditioning according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail as follows.

먼저, 도 4는 본 발명에 따른 냉동공조용 핀-튜브형 증발기의 구조를 도시한 평면도 및 부분 확대도이고, 도 5는 도 4에 따른 증발기의 응축수 접촉각을 도시한 확대도이다.First, Figure 4 is a plan view and a partially enlarged view showing the structure of the fin-tube evaporator for refrigeration and air conditioning according to the present invention, Figure 5 is an enlarged view showing the contact angle of the condensate of the evaporator according to FIG.

도 4에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 냉동공조용 핀-튜브형 증발기(60)는 양 측부에 구비된 측판 사이에 상기 측판과 나란한 방향으로 정렬된 다수의 핀(63)과, 상기 측판과 핀을 가로지르면서 관통하는 튜브(61)로 구성된다.As shown in FIG. 4, the fin-tube evaporator 60 for refrigeration and air conditioning according to the present invention includes a plurality of fins 63 arranged in parallel with the side plates between side plates provided at both sides, and the side plates. It consists of a tube 61 passing through the fins.

상기 튜브(61)의 일단은 팽창밸브와 연결되고 타단은 압축기와 연결되며, 상기 튜브를 통해 팽창밸브를 지난 저온 저압의 냉매액이 지나게 된다.One end of the tube 61 is connected to the expansion valve and the other end is connected to the compressor, and the low temperature low pressure refrigerant liquid passing through the expansion valve passes through the tube.

이 때, 상기 핀(63)은 길이가 다른 다수개가 구비됨이 바람직하다. 왜냐하면 공기가 열교환되는 초기에 응축수가 많이 생성되는데, 공기의 진행 방향상 전방에, 즉 도면상 증발기(60)의 하단에 핀(63)의 밀도가 낮도록 길이가 다른 핀을 서로 인접하게 배열함으로써, 응축수에 의한 공기의 유동 장애를 최대한 방지할 수 있기 때문이다.At this time, the pin 63 is preferably provided with a plurality of different lengths. This is because a large amount of condensate is generated in the early stage when the air is heat-exchanged. This is because it is possible to prevent the flow of air caused by condensate as much as possible.

상기 핀(63)은 확대된 도면을 통해 알 수 있듯이, 사이사이에 일정 크기의 공극(63b)이 존재하도록 미세한 금속분말(63a)로 만들어지는 다공성 핀이다. 이 때, 상기 공극(63b)은 핀의 표면에 생성된 응축수가 스며들 수 있을 정도의 크기를 갖추어야 한다.The fin 63 is a porous fin made of a fine metal powder 63a so that a gap 63b of a predetermined size exists between the fin 63 as shown in an enlarged view. At this time, the void 63b should have a size sufficient to allow the condensed water generated on the surface of the fin to penetrate.

상기 다공성 핀(63)은 분말 야금법 또는 자동차용 유리를 제조하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 분말 야금법에 의하면 상기 다공성 핀은 재료가 되는 금속을 아주 미세한 분말로 만든 후, 일정 형태의 다이에 넣고 고압으로 압축하여 성형한 다음 소정 온도로 열처리하여 소결함으로써 제조될 수 있다. 또한, 상기 다공성 핀은 재료가 되는 금속분말에 탄산염 등의 발포제를 첨가하여 일정 형태로 성형한 후, 발포제가 분해되어 공극이 형성되도록 열처리함으로써 제조될 수 있다.The porous fin 63 may be manufactured by a powder metallurgy method or a method for manufacturing automotive glass. That is, according to the powder metallurgy method, the porous fin may be manufactured by forming a metal as a material into a very fine powder, placing it in a die of a certain shape, compressing it by high pressure, forming it, and then heat treating it to a predetermined temperature and sintering it. In addition, the porous fin may be manufactured by adding a foaming agent such as carbonate to a metal powder as a material to form a predetermined shape, and then heat-treating the foaming agent to form pores.

전술한 바와 같은 방법은 본 발명에 따른 다공성 핀(63)을 제조하는 일례를 제시한 것에 불과하며, 핀-튜브형 증발기의 핀이 다공성 구조를 갖는 한 어떠한 방법으로 제조되어도 무관하다.The method as described above is merely an example of manufacturing the porous fin 63 according to the present invention, and may be produced by any method as long as the fin of the fin-tube evaporator has a porous structure.

한편, 상기 다공성 핀(63)은 열전달 효율이 높은 알루미늄 또는 구리 분말을 이용하여 제조될 수 있으며, 일례로 알루미늄 분말로 제조된 것을 제시한다.On the other hand, the porous fin 63 may be manufactured using aluminum or copper powder with high heat transfer efficiency, for example, present that is made of aluminum powder.

이와 같이 구성된 핀-튜브형 증발기의 작용을 상술하면 다음과 같다.The action of the fin-tube evaporator configured as described above is as follows.

먼저, 냉기순환팬이 작동되면서 고내 또는 실내의 공기가 증발기(60)의 하단으로 유입되어 핀(63)과 핀 사이를 지나면서 상단으로 향하게 된다. 이 때, 상기 증발기의 튜브(61)에 팽창밸브를 지난 저온 저압의 냉매액이 지나면서 핀(63)과 핀 사이를 지나는 공기와 열을 교환하게 된다. 이 과정을 상술하면, 상기 냉매액은 공기의 열을 빼앗아 냉매가스가 되고, 공기는 냉매의 흡열작용에 의해 저온화된다.First, while the cold air circulation fan is operated, air in the interior or in the room flows into the lower end of the evaporator 60 and passes upward between the fins 63 and the fins. At this time, the low-temperature low-pressure refrigerant liquid passing through the expansion valve to the tube 61 of the evaporator exchanges heat and air passing through the fin 63 and the fin. In detail, this process takes the heat of the air into the refrigerant gas, and the air is lowered by the endothermic action of the refrigerant.

이 때, 공기 중에 포함된 습기가 응축되면서 핀(63)의 표면에 응축수가 생성된다. 이렇게 생성된 응축수는 공기의 압력손실로 이어질 수 있으나, 본 발명에 따른 핀의 다공성 구조 때문에 전술한 문제를 최대한 방지할 수 있다.At this time, condensed water is generated on the surface of the fin 63 while the moisture contained in the air condenses. The condensate thus generated may lead to pressure loss of air, but may prevent the above-described problems as much as possible due to the porous structure of the fin according to the present invention.

도 5에 도시된 바에 따르면, 상기 핀(63)이 일정 크기의 공극(63b)을 갖는 다공성 구조를 갖기 때문에, 상기 핀의 표면에 생성된 응축수는 공극에 스며들게 된다. 이것은 공극(63b)에서 작용하는 모세관 인력(capillary force)에 기인한 현상이다.As shown in FIG. 5, since the fin 63 has a porous structure having a predetermined size of pores 63b, condensed water generated on the surface of the fins is permeated into the pores. This is a phenomenon due to capillary force acting in the void 63b.

따라서, 응축수가 핀(63)의 표면과 이루는 접촉각(α)이 현저하게 작아지게 되며, 대략 희망 접촉각인 10°내외의 값을 유지하게 된다.Therefore, the contact angle (a) which the condensed water makes with the surface of the fin 63 becomes remarkably small, and maintains the value of about 10 degrees which is a substantially desired contact angle.

전술한 바와 같이, 상기 접촉각(α)이 작을 경우 응축수가 핀(63)의 표면에 밀착되어 이를 지나는 공기의 유동장애를 방지할 수 있으며, 그리고 응축수가 인접한 핀의 응축수와 결합하여 브릿지를 형성하는 것을 방지할 수 있다.As described above, when the contact angle α is small, the condensed water may be in close contact with the surface of the fin 63 to prevent a disturbance of air passing through the condensed water. Can be prevented.

본 발명에 따른 냉동공조용 핀-튜브형 증발기(60)는 핀(63)의 표면에 고가의 친수성 코팅을 하지 않더라도, 다공성 핀을 제공함으로써 친수성을 높임과 동시에 시간의 경과에 관계없이 일정 수준 이상의 친수성을 유지할 수 있다.Refrigeration and air conditioning fin-tube evaporator 60 according to the present invention, even if an expensive hydrophilic coating on the surface of the fin 63, by providing a porous fin to increase the hydrophilicity and at least a certain level of hydrophilicity regardless of the passage of time Can be maintained.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 변형된 형태의 실시예를 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위에 있는 변형된 형태는 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof, and one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may implement the modified embodiment within the essential technical scope of the present invention. Here, the essential technical scope of the present invention is shown in the claims, and the modified forms within the equivalent range will be construed as being included in the present invention.

본 발명에 따른 냉동공조용 증발기의 핀-튜브형 증발기는 다음과 같은 효과를 제공한다.Fin-tube evaporator of the refrigeration air conditioning evaporator according to the present invention provides the following effects.

첫째, 본 발명에 의하면 일정 크기의 공극을 갖는 다공성 핀을 제공함으로써, 냉동사이클의 운전 중 발생하는 응축수가 모세관 인력에 의해 공극에 스며들게 된다. 따라서, 응축수가 핀의 표면과 이루는 접촉각을 현저하게 줄여, 상기 핀과 핀 사이를 지나는 공기의 유동을 원활하게 함으로써, 공기의 압력손실을 최대한 방지할 수 있다.First, according to the present invention, by providing a porous fin having a predetermined size of pores, condensate generated during operation of the refrigeration cycle is permeated into the pores by capillary attraction. Accordingly, the contact angle between the condensed water and the surface of the fin is significantly reduced, and the pressure loss of the air can be prevented to the maximum by smoothing the flow of air passing between the fin and the fin.

둘째, 본 발명에 의하면 상기 다공성 핀은 친수성 코팅과 같이 시간이 경과함에 따라 성능이 저하되는 것은 아니며, 항상 일정 수준의 친수성을 유지함으로써 신뢰성을 확보할 수 있다.Second, according to the present invention, the performance of the porous fin does not decrease with time as the hydrophilic coating, and it is possible to secure reliability by maintaining a certain level of hydrophilicity at all times.

Claims (2)

냉매가 지나는 튜브와;A tube through which the refrigerant passes; 상기 튜브의 외주면에 구비되며 일정 크기의 공극이 생기도록 미세한 금속분말로 만들어지는 다공성 핀을 포함하여, 상기 공극에서 작용하는 모세관 인력에 의해 응축수의 접촉각이 작아지는 냉동공조용 핀-튜브형 증발기.A pin-tube evaporator for refrigeration and air conditioning in which the contact angle of condensed water is reduced by capillary attraction acting on the pores, including a porous pin provided on the outer circumferential surface of the tube and having a predetermined size of pores. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속분말은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 냉동공조용 핀-튜브형 증발기.The fin-tube evaporator for refrigeration air conditioning, characterized in that the metal powder is aluminum.
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