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KR20140116625A - 열교환기 - Google Patents

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KR20140116625A
KR20140116625A KR1020130031407A KR20130031407A KR20140116625A KR 20140116625 A KR20140116625 A KR 20140116625A KR 1020130031407 A KR1020130031407 A KR 1020130031407A KR 20130031407 A KR20130031407 A KR 20130031407A KR 20140116625 A KR20140116625 A KR 20140116625A
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KR
South Korea
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tube
tubes
heat
row
center
Prior art date
Application number
KR1020130031407A
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English (en)
Inventor
이상열
김홍성
김주혁
이한춘
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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Priority to US14/222,745 priority patent/US20140284031A1/en
Priority to CN201410113712.4A priority patent/CN104075497B/zh
Priority to EP14161462.8A priority patent/EP2784424B1/en
Priority to ES14161462.8T priority patent/ES2639173T3/es
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Abstract

본 발명은 냉매 유입 배관과 연결되며 하나의 열을 형성하도록 배치되는 다수의 제 1 튜브, 다수의 제 1 튜브와 상이한 열을 형성하도록 배치되며 다수의 제 1 튜브 각각과 연결되는 다수의 제 2 튜브, 다수의 제 1 튜브 및 다수의 제 2 튜브를 수용하는 핀을 포함하며, 핀은 제 1 튜브 및 제 2 튜브 사이의 열 전도를 방지하기 위한 열간 분리부를 포함하는 것을 특징으로 하는열교환기에 관한 것이다.
본 발명을 통해, 튜브 상호 간의 열교환이 방지되므로 튜브 내부를 유동하는 냉매와 튜브 외면을 유동하는 공기 사이의 열교환 효율이 향상된다.

Description

열교환기{A heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 특히 공기조화기의 열교환기에 관한 것이다.
공기조화기의 열교환기는, 냉매가 유동하는 튜브 및 상기 튜브로 공기를 유동시키는 송풍팬을 포함한다. 이와 같은 구조를 통해 열교환기는, 튜브 내부를 유동하는 냉매와 상기 튜브 외면을 유동하는 공기 사이의 열교환을 발생시킨다.
이와 같은 열교환기는, '압축-응축-팽창-증발'의 냉매 사이클 중 응축과 증발을 관여하는 응축기와 증발기로서 기능한다.
한편, 핀형 열교환기(Fin Type Heat Exchanger)는, 열교환효율을 높이기 위해 핀을 포함한다. 핀은 튜브를 수용할 수 있는 중공을 가지며 얇은 판형인 것이 일반적이다. 튜브는 핀의 중공에 삽입된 상태에서 확관 과정을 통해 핀과 결합되며, 이를 통해 튜브의 외주연은 핀과 완전히 접하게 된다. 이와 같은 구조를 통해, 튜브 내부를 유동하는 냉매의 열은 전도 현상에 의해 튜브는 물론 핀까지도 전달된다. 즉, 핀형 열교환기는 핀이 없는 경우와 비교하여 열교환면적이 넓어지는 효과를 갖는 것이다.
또한, 일반적으로 열교환효율을 높이기 위해 하나의 열교환기 내에 튜브를 다수의 열로 배열하여 사용하고 있다. 일례로서, 종래의 3열 핀형 열교환기는 유입된 냉매가 최초로 유동하는 제 1 열에 배치된 튜브, 상기 제 1 열에 배치된 튜브를 유동한 냉매가 유동하는 제 2 열에 배치된 튜브, 상기 제 2 열에 배치된 튜브를 유동한 냉매가 유동하는 제 3 열에 배치된 튜브를 갖는다. 또한, 종래의 3열 핀형 열교환기는 제 1 열의 튜브, 제 2 열의 튜브, 및 제 3 열의 튜브를 수용하도록 형성된 다수의 핀을 갖는다.
상기한 종래의 3열 핀형 열교환기는 다음과 같은 문제점을 갖는다.
종래의 3열 핀형 열교환기가 응축기로 사용되는 경우를 예로 설명하면, 제 1 열의 튜브를 유동하는 냉매는 외기와 열교환을 통해 온도가 낮아진다. 즉, 제 1 열의 튜브를 유동하는 냉매의 온도가 제 2 열의 튜브를 유동하는 냉매의 온도보다 높다. 이와 마찬가지로 제 2 열의 튜브를 유동하는 냉매의 온도가 제 3 열의 튜브를 유동하는 냉매의 온도보다 높다.
그런데, 다수의 핀 각각은 제 1 열의 튜브, 제 2 열의 튜브, 및 제 3 열의 튜브를 함께 수용하고 있어 인접하게 위치하는 제 1 열의 튜브와 제 2 열의 튜브 사이 및 제 2 열의 튜브와 제 3 열의 튜브 사이에는 핀을 통한 전도에 의한 열전달이 발생한다. 그 결과, 제 2 열의 튜브와 제 3 열의 튜브를 유동하는 냉매의 온도가 상승하게 되어 냉매 응축 효율이 떨어지게 된다. 이와 같은 냉매 응축 효율 저하는 전체 냉매사이클의 난방 효율 또는 냉방 효율 저하를 의미하므로 문제된다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 각각의 열의 튜브를 수용하는 핀을 독립적으로 만드는 경우에는 다음과 같은 문제점이 발생한다.
예를 들어, 제 1 열의 튜브를 고정하는 제 1 열의 핀과 제 2 열의 튜브를 고정하는 제 2 열의 핀을 완전히 분리하여 제조하는 경우, 튜브의 확관 공정에서 제 1 열의 핀과 제 2 열의 핀의 위치가 변화하는 양이 달라져 핀이 서로 엇갈리게 위치하게 된다. 이는, 일반적으로 튜브가 확관 공정을 거치면서 약 4% 정도의 길이 축소 현상을 보이는데, 경우에 따라 3% 내지 5% 정도의 길이 축소 현상이 발생할 수도 있기 때문이다.
이와 같이 제 1 열의 핀과 제 2 열의 핀이 서로 엇갈리게 위치하면, 공기의 유동을 방해하는 요인이 되므로 냉매와 외기 사이의 열교환 효율을 떨어뜨리는 결과가 되므로 문제된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 인접하게 위치하는 각각의 열에 배치된 튜브 사이의 전도에 의한 열교환을 차단하는 열교환기를 제공하고자 한다.
본 발명은, 냉매 유입 배관과 연결되며 하나의 열을 형성하도록 배치되는 다수의 제 1 튜브; 상기 다수의 제 1 튜브와 상이한 열을 형성하도록 배치되며 상기 다수의 제 1 튜브 각각과 연결되는 다수의 제 2 튜브; 상기 다수의 제 1 튜브 및 다수의 제 2 튜브를 수용하는 핀을 포함하며, 상기 핀은 상기 제 1 튜브 및 제 2 튜브 사이의 열 전도를 방지하기 위한 열간 분리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.
또한, 상기 열간 분리부는 상기 핀에 다수의 절개부가 서로 이격 배치되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 다수의 제 1 튜브는 제 1 전방 튜브를 포함하며, 상기 다수의 제 2 튜브는 상기 다수의 제 2 튜브 중 상기 제 1 전방 튜브와 가장 가깝게 위치하는 제 2 상부 튜브 및 제 2 하부 튜브를 포함하며, 상기 제 1 전방 튜브의 중심으로부터 수평방향으로 후방으로 연장한 가상의 연장선, 및 상기 제 1 전방 튜브의 중심 및 상기 제 2 상부 튜브의 중심을 연결하는 가상의 연장선이 이루는 각도가 45°미만일 수 있다.
또한, 상기 제 1 전방 튜브의 중심으로부터 수평방향으로 후방으로 연장한 가상의 연장선은, 상기 제 2 상부 튜브 및 상기 제 2 하부 튜브의 중심을 연결하는 가상의 중심선을 등간격으로 이등분할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전방 튜브 및 상기 제 2 상부 튜브 사이의 절개부는, 상기 제 1 전방 튜브 및 상기 제 2 상부 튜브에 대한 가상의 공통 외접선 2개 모두와 만날 수 있다.
또한, 상기 제 1 전방 튜브 및 제 2 상부 튜브 사이의 절개부의 길이는, 상기 제 1 전방 튜브 및 제 2 상부 튜브 사이의 절개부가 상기 가상의 공통 외접선 2개와 만나는 2개의 점을 연결한 길이와, 상기 제 1 전방 튜브와 가장 가깝게 위치하는 제 1 튜브와의 중심 거리를 2로 나눈 길이의 합일 수 있다.
또한, 상기 다수의 제 1 튜브에 의해 형성된 제 1 열 및 상기 다수의 제 2 튜브에 의해 형성된 제 2 열은 평행하게 배치되며, 상기 다수의 절개부는 상기 제 1 열 및 제 2 열 사이 중간에 상기 제 1 열 및 제 2 열과 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 1 튜브 및 제 2 튜브로 공기를 유동시키는 송풍팬을 더 포함하며, 상기 다수의 제 1 튜브 및 다수의 제 2 튜브는 상기 송풍팬에 의해 공기 유입구로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 상하로 지그재그로 배치될 수 있다.
본 발명을 통해, 튜브 상호 간의 열교환이 방지되므로 튜브 내부를 유동하는 냉매와 튜브 외면을 유동하는 공기 사이의 열교환 효율이 향상된다.
이를 통해, 공기조화기의 유지비 절감, 즉 전기세 절감의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 열교환기를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 열교환부를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 열교환부를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열교환기 및 종래의 열교환기 각각의 과냉도에 따른 응축열교환량을 도시한 꺽은선 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 발명의 일례에 따른 열교환기의 구성을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 열교환기를 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일례에 따른 열교환기(1000)는 케이싱(10), 공기 유입구(20), 공기 유출구(30), 열교환부(100), 및 송풍팬(200)을 포함할 수 있다.
케이싱(10)은, 열교환기(1000)의 외관을 형성하며, 내부에 열교환부(100), 및 송풍팬(200)을 포함할 수 있다.
공기 유입구(20)는, 송풍팬(200)에 의해 유도되는 외부 공기(외기)가 케이싱(10) 내부로 유입되는 통로이다. 공기 유입구(20)는, 일례로서 케이싱(10)의 측면 중 3개의 면에 개구된 형태로 구비될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 외기가 유입될 수 있는 어떠한 형태도 가능하다.
공기 유출구(30)는, 송풍팬(200)에 의해 유도되어 케이싱(10) 내부로 유입된 공기가 다시 외부로 유출되는 통로이다. 공기 유출구(30)는, 일례로서 케이싱(10)의 상면에 그릴의 형태로 구비될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 케이싱(10) 내부로 유입된 공기가 다시 외부로 유출될 수 있는 어떠한 형태도 가능하다.
열교환부(100)는, 케이싱(10)의 내부에 구비되며 공기 유입구(20)를 통해 유입된 외기와 열교환될 수 있도록 공기 유입구(20)의 부근에 위치한다. 열교환부(100)의 자세한 구성은 도 2와 함께 후술한다.
송풍팬(200)은, 케이싱(10) 외부의 공기를 공기 유입구(20)를 통해 케이싱(10)의 내부로 유입시키고, 다시 공기 유출구(30)를 통해 케이싱(10) 내부의 공기를 외부로 유출시키는 역할을 한다.
송풍팬(200)에 의해 공기 유입구(20)를 통해 유입된 외기는 공기 유입구(20) 근방에 위치하는 열교환부(100)와 열교환 한 후, 송풍팬(200)을 거쳐 공기 유출구(30)로 유출된다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일례에 따른 열교환기의 내부에 위치하는 열교환부의 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일례에 따른 열교환부의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일례에 따른 열교환부(100)는 냉매 유입 배관(101), 냉매 유출 배관(102), U자관(103), 제 1 튜브(110), 제 2 튜브(120), 핀(130), 및 열간 분리부(140)를 포함할 수 있다.
냉매 유입 배관(101)은 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)로 냉매를 유입시키는 냉매 배관이며, 냉매 유출 배관(102)은 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)를 유동한 냉매가 유출되는 냉매 배관이다.
공기조화기의 특성상 공기조화기가 냉방 운전하는 경우와 난방 운전하는 경우, 냉매 유입 배관(101) 및 냉매 유출 배관(102)의 역할은 서로 바뀔 수 있다.
U자관(103)은, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 튜브(110)의 말단 및 제 2 튜브(120)의 말단을 연결하여 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)를 연통시키는 역할을 한다. 다만, U자관(103)은, U자관(103)의 위치에 냉매 유출 배관(102)이 위치하는 경우에는 삭제될 수 있는 구성이다.
제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)는, 내부에 냉매가 유동하는 냉매 배관이다. 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)는 동일한 형상 및 동일한 크기로 제작될 수 있으나, 다른 형상 및 크기로 제작될 수도 있다. 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)는, 일례로서 원형의 배관일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제 1 튜브(110)는, 전열에 위치하는 다수의 튜브 각각을 의미한다. 전열이란, 도 2에 도시된 바와 같이 공기 유입구(도 1의 20 참조)와 상대적으로 가깝게 위치하는 열을 의미한다. 반대로, 후열이란, 전열 보다 공기 유입구(20)와 상대적으로 멀게 위치하는 열을 의미한다.
제 1 튜브(110)는 가로 방향으로 배열되며, 다수의 제 1 튜브(110)가 상하 방향으로 이격되어 배열된다. 일례로서 도 2에 도시된 바와 같이 총 10개의 제 1 튜브(110)가 상하 방향으로 이격되어 배열되어 하나의 열(전열)을 형성할 수 있으나, 제 1 튜브(110)의 숫자가 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 제 1 튜브(110)의 배열방향도 가로 방향이 아닌 세로 방향으로 배열될 수 있으며, 이때 다수의 제 1 튜브(110)는 좌우 방향으로 이격되어 배열되어 하나의 열(전열)을 형성할 수 있다. 즉, 제 1 튜브(110)의 배열방향에는 제한이 없다.
제 2 튜브(120)는, 후열에 위치하는 다수의 튜브 각각을 의미한다.
제 2 튜브(120) 역시 가로 방향으로 배열되며, 다수의 제 2 튜브(120)가 상하 방향으로 이격되어 배열된다. 일례로서 도 2에 도시된 바와 같이 총 10개의 제 2 튜브(120)가 상하 방향으로 이격되어 배열되어 하나의 열(후열)을 형성할 수 있다. 그러나, 제 2 튜브(120)의 숫자가 이에 제한되지 않는 것은 제 1 튜브(110)의 경우와 마찬가지이다.
또한, 제 2 튜브(120)의 배열방향도 제 1 튜브(110)와 마찬가지로 가로방향으로 제한되는 것은 아니다.
핀(130)은, 다수의 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)를 수용할 수 있다. 핀(130)은, 다수의 중공을 포함하며 각각의 중공에 다수의 제 1 튜브(110) 또는 제 2 튜브(120) 각각을 수용할 수 있다. 예를 들어, 총 10개의 제 1 튜브(110)로 형성된 전열 및 총 10개의 제 2 튜브(120)로 형성된 후열을 수용하기 위해, 핀(130)은 일렬로 배치된 10개의 중공 및 상기 10개의 중공의 전방 또는 후방에 위치하는 일렬로 배치된 10개의 중공을 포함할 수 있다. 즉, 핀(130)은 10개의 중공을 하나의 열로 하는 2개의 열을 포함할 수 있다. 다만, 이와 같은 기재는 설명의 편의를 위한 것이지 핀(130)이 포함하는 중공의 갯수를 제한하는 것은 아니다.
핀(130)은, 일례로서 얇은 판형일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)를 유동하는 냉매의 열을 쉽게 전달하여 외기와 열교환할 수 있는 형태도 가능하다. 즉, 핀(130)은 열교환 면적의 확대할 수 있는 어떠한 형태도 가능하다.
핀(130)은 하기의 확관 공정을 통해 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)를 수용한다.
먼저, 핀(130)의 중공에 상기 중공 보다 외경이 조금 작게 제작된 제 1 튜브(110) 또는 제 2 튜브(120)를 삽입한다. 이후, 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)의 내부에 볼을 통과시켜 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)의 외경을 확장시킨다. 이 과정에서, 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)의 외경은 핀(130)의 중공과 같아지게 되어 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)는 핀(130)의 중공에 고정된다. 다만, 이와 같은 확관 과정을 통해 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)의 길이는 축소되며 이러한 이유로 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)를 별개의 독립된 핀으로 고정하는 것은 문제가 발생될 수 있음을 앞선 종래기술에서 살핀 바이다.
열간 분리부(140)는, 핀(130)에 구비되며 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120) 사이의 열 전도를 막는 역할을 한다.
열간 분리부(140)는, 일례로서 핀(130)에 다수의 절개부(141)가 서로 이격 배치되어 형성된 것일 수 있다.
다수의 절개부(141)는, 일례로서 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120) 사이의 중간에 서로 이격되어 일렬로 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120) 사이의 열 전도를 막을 수 있는 어떠한 구조도 가능하다.
절개부(141)는, 핀(130)을 통해 전도에 의한 열교환을 막기 위한 구성으로 핀(130)의 연속성을 깨는 어떠한 형태도 가능하다.
도 3을 참조하면, 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)는 상하방향으로 지그재그로 위치한다. 다시 말해, 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)는 송풍팬(도 1의 200 참조)에 의해 공기 유입구(도 1의 20 참조)로 유입되는 공기의 방향을 기준으로 상하로 지그재그로 배치된다.
이하에서, 설명의 편의를 위해 전열에 위치하는 제 1 튜브(110) 중 어느 하나를 제 1 전방 튜브(111)로 칭하고, 후열에 위치하는 다수의 제 2 튜브(120) 중 제 1 전방 튜브(111)와 가장 인접하게 위치하는 2 개의 제 2 튜브(120)를 제 2 상부 튜브(121), 및 제 2 하부 튜브(122)(제 2 상부 튜브(121)는 상대적으로 제 2 하부 튜브(122) 보다 상부에 위치한다)로 칭한다.
일례로서, 제 1 전방 튜브(111)의 후방으로 연장된 가상의 연장선인 제 1 연장선(l), 및 제 2 상부 튜브(121)의 중심과 제 1 전방 튜브(111)의 중심을 연결하는 가상의 연장선인 제 2 연장선(l´)이 이루는 각도(θ1)는 45°미만일 수 있다.
또한, 상기 제 1 연장선(l), 및 제 2 하부 튜브(122)의 중심과 제 1 전방 튜브(111)의 중심을 연결하는 연장선인 제 3 연장선(l˝)이 이루는 각도(θ2)가 45°미만일 수 있다.
이와 같이, 제 1 연장선(l) 및 제 2 연장선(l´)이 이루는 각도(θ1) 또는 제 1 연장선(l) 및 제 3 연장선(l˝)이 이루는 각도(θ2)가 45°미만인 경우에는, 만약 본원발명의 열간 분리부(140)가 없다면 제 1 전방 튜브(111)와 제 2 상부 튜브(121) 또는 제 1 전방 튜브(111)와 제 2 하부 튜브(122) 간의 열전도가 극히 증가되어 문제가 심각하다.
일례로서, 제 1 튜브(110) 및 제 2 튜브(120)는 각각 등간격으로 배치되며, 상기 제 1 연장선(l)이 제 2 상부 튜브(121)의 중심 및 제 2 하부 튜브(122)의 중심을 연결하는 가상의 중심선(c)을 정확히 이등분하도록 위치한다.
이 경우, 제 1 연장선(l) 및 제 2 연장선(l´)이 이루는 각도(θ1) 및 제 1 연장선(l) 및 제 3 연장선(l˝)이 이루는 각도(θ2)는 같아지게 된다.
위와 같은 조건을 전제로 절개부(141)의 최적 길이를 산정하면, 하기의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
여기서, C는 절개부(141)의 최적길이, SP는 동일한 열에 인접하게 위치한 2 개의 튜브 간의 중심 거리, r은 튜브의 반경, 및 θ는 제 1 연장선(l) 및 제 2 연장선(l´)이 이루는 각도(θ1) 및 제 1 연장선(l) 및 제 3 연장선(l˝)이 이루는 각도(θ2)(이때, θ1=θ2=θ이다)이다.
위와 같은 수식을 다시 정리하면 아래와 같다.
제 1 전방 튜브(111) 및 제 2 상부 튜브(121)를 연결하는 공통외접선(t,t´)과 절개부(141)가 만나는 두 개의 점(a,b)이 있을 때, 상기 두 개의 점 a 및 b(도 3 참조)를 연결한 길이는 상기한 수학식의 L의 2배와 같게 된다.
따라서, 절개부(141)의 최적길이 C는, 점 a 및 점 b를 연결한 길이, 및 제 2 상부 튜브(121) 및 제 2 하부 튜브(122) 사이의 중심 거리의 절반의 길이를 더한 것과 같게 된다.
이때, 전열에 위치한 제 1 튜브(110) 간의 거리와 후열에 위치한 제 2 튜브(120)간의 거리가 같다면, 제 2 상부 튜브(121) 및 제 2 하부 튜브(122) 사이의 중심 거리의 절반의 길이는, 제 1 전방 튜브(110)와 가장 가깝게 위치하는 제 1 튜브(110) 및 제 1 전방 튜브(110) 사이의 중심 거리의 절반의 길이와 같게 된다.
위와 같이, 절개부(141)가 제 1 전방 튜브(111) 및 제 2 상부 튜브(121)의 공통외접선(t,t´) 모두와 만나며, 만나는 점 a 및 점 b를 연결하는 가상의 선을 포함하게 위치한다면 제 1 전방 튜브(111) 및 제 2 상부 튜브(121) 간의 전도에 의한 열전달은 대부분 차단될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일례에 따른 열교환기의 작용을 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일례에 따른 열교환기는 냉매사이클에서 응축기 또는 증발기로 역할할 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명의 일례에 따른 열교환기가 응축기로 사용되는 예만을 설명하나 이하의 설명을 통해 본 기술분야의 통상의 기술자는 증발기로 사용되는 경우도 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
공기조화기의 압축기(미도시)를 통해 토출된 고온고압의 냉매는 본 발명의 일례에 따른 열교환기(1000)로 유입된다. 열교환기(1000)로 유입된 냉매는 냉매 유입 배관(101)을 통해 순차적으로 제 1 튜브(110)로 유입된다. 제 1 튜브(110)로 유입된 냉매는 고온의 냉매이므로 제 1 튜브(110)는 물론이며 제 1 튜브(110)와 접하고 있는 핀(130)에도 열을 전달한다. 제 1 튜브(110) 및 핀(130)에 전달된 열은 송풍기(200)에 의해 공기 유입구(20)로 유입된 상대적으로 저온인 외기와 열교환을 한다. 이와 같은 열교환을 통해 온도가 낮아진 냉매는 U자관(103)을 통해 제 2 튜브(120)로 유입된다.
제 2 튜브(120)로 유입된 냉매는 제 1 튜브(110)를 유동하는 냉매의 온도보다는 낮지만 공기 유입구(20)로 유입되는 외기보다는 상대적으로 높으므로 제 2 튜브(120) 및 핀(130)에 열을 전도하여 외기와 열교환한다. 제 2 튜브(120)를 유동하는 냉매는 이와 같이 외기와의 열교환을 통해 응축된다.
이렇게 응축된 냉매는 팽창부(미도시)에서 팽창되고 증발기(미도시)에서 증발된 후 다시 압축기로 유입되어, "압축-응축-팽창-증발"의 냉매사이클을 순환한다.
다만, 전열에 위치하는 제 1 튜브(110) 및 후열에 위치하는 제 2 튜브(120)의 간격이 좁은 경우, 특히, 제 1 연장선(l) 및 제 2 연장선(l´)이 이루는 각도(θ1) 또는 제 1 연장선(l) 및 제 3 연장선(l˝)이 이루는 각도(θ2)가 45°미만인 경우에는, 제 1 전방 튜브(111) 및 제 2 상부 튜브(121) 또는 제 1 전방 튜브(111) 및 제 2 하부 튜브(122) 간에 열전도가 발생할 수 있으나, 열간 분리부(140)의 다수의 절개부(141)에 의해 위와 같은 열전도 현상이 방지된다.
이에 따라, 냉매와 외기 사이의 열교환 효율이 높아지며, 이는 곧 전체 냉매사이클의 냉방 효율 또는 난방 효율 향상을 의미한다.
실험예
이하에서는, 본 발명의 일례에 따른 열교환기 및 종래의 열교환기를 비교한 실험예에 대하여 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
<실험구>
본 발명의 일례에 따른 다수의 열간 분리부(140)를 포함하는 3열 핀형 열교환기로 실험을 진행하였다.
<대조구>
종래의 3열 핀형 열교환기로 실험을 진행하였다.
<실험방법>
실험구 및 대조구 각각의 응축 열교환량을 과냉도를 변화시키면서 측정하였다. 과냉도는 실험구 및 대조구를 유동하는 냉매의 유량을 변화시킴으로써 조절하였다. 과냉도를 높이기 위해서는 냉매의 유량을 감소시켰으며, 과냉도를 낮추기 위해서는 냉매의 유량을 증가시켰다.
도 4를 참조하면, 과냉도가 3℃ 내지 9℃인 경우에는 실험구 및 대조구의 응축 열교환량이 크게 차이 나지 않지만, 과냉도가 9℃를 초과하는 경우에는 실험구의 응축 열교환량이 대조구의 응축 열교환량 보다 훨씬 큼을 알 수 있다(S1<S2<S3<S4<S5).
이를 통해, 본 발명의 일례에 따른 다수의 열간 분리부(140)가 각 열간의 열전도를 차단하고 있음을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 열교환부
110 : 제 1 튜브
120 : 제 2 튜브
130 : 핀
140 : 열간 분리부
200 : 송풍팬
1000 : 열교환기

Claims (8)

  1. 냉매 유입 배관과 연결되며 하나의 열을 형성하도록 배치되는 다수의 제 1 튜브;
    상기 다수의 제 1 튜브와 상이한 열을 형성하도록 배치되며 상기 다수의 제 1 튜브 각각과 연결되는 다수의 제 2 튜브;
    상기 다수의 제 1 튜브 및 다수의 제 2 튜브를 수용하는 핀을 포함하며,
    상기 핀은 상기 제 1 튜브 및 제 2 튜브 사이의 열 전도를 방지하기 위한 열간 분리부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열간 분리부는 상기 핀에 다수의 절개부가 서로 이격 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는,
    열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 튜브는 제 1 전방 튜브를 포함하며,
    상기 다수의 제 2 튜브는 상기 다수의 제 2 튜브 중 상기 제 1 전방 튜브와 가장 가깝게 위치하는 제 2 상부 튜브 및 제 2 하부 튜브를 포함하며,
    상기 제 1 전방 튜브의 중심으로부터 수평방향으로 후방으로 연장한 가상의 연장선, 및 상기 제 1 전방 튜브의 중심 및 상기 제 2 상부 튜브의 중심을 연결하는 가상의 연장선이 이루는 각도가 45°미만인 것을 특징으로 하는,
    열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 튜브의 중심으로부터 수평방향으로 후방으로 연장한 가상의 연장선은, 상기 제 2 상부 튜브 및 상기 제 2 하부 튜브의 중심을 연결하는 가상의 중심선을 등간격으로 이등분하는 것을 특징으로 하는,
    열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 튜브 및 상기 제 2 상부 튜브 사이의 절개부는,
    상기 제 1 전방 튜브 및 상기 제 2 상부 튜브에 대한 가상의 공통 외접선 2개 모두와 만나는 것을 특징으로 하는,
    열교환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 튜브 및 제 2 상부 튜브 사이의 절개부의 길이는,
    상기 제 1 전방 튜브 및 제 2 상부 튜브 사이의 절개부가 상기 가상의 공통 외접선 2개와 만나는 2개의 점을 연결한 길이와, 상기 제 1 전방 튜브와 가장 가깝게 위치하는 제 1 튜브와의 중심 거리를 2로 나눈 길이의 합인 것을 특징으로 하는,
    열교환기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 튜브에 의해 형성된 제 1 열 및 상기 다수의 제 2 튜브에 의해 형성된 제 2 열은 평행하게 배치되며,
    상기 다수의 절개부는 상기 제 1 열 및 제 2 열 사이 중간에 상기 제 1 열 및 제 2 열과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는,
    열교환기.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 튜브 및 제 2 튜브로 공기를 유동시키는 송풍팬을 더 포함하며,
    상기 다수의 제 1 튜브 및 다수의 제 2 튜브는 상기 송풍팬에 의해 공기 유입구로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 상하로 지그재그로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    열교환기.
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