확장 표면 열교환기(Extended surface heat exchangers)가스 또는 액체를 사용하는 열교환기에서 유체측의 열전달 계수는 매우 낮다. 따라서, 전열을 향상시키기 위해서는 전열 면적의 증대가 요구되어, 유체측의 전열면 밀도를 증가시키기 위해서 부속물 또는 휜 등이 사용되고 있다. 이와 같은 열교환기를 확장 표면 열교환기라 한다. 확장 표면에서의 열전달 계수는 휜이 없는 경우에 비해 높아질 수도 있고 낮아질 수도 있다. 확장 표면 열교환기는 일반적으로 플레이트 휜형과 튜브형으로 나눌 수 있다. Show
(1) 플레이트-핀 열교환기(Plate-fin heat exchangers) 열교환 유체가 가스-가스의 경우에는 열전달률이 열교환벽의 양측에서 거의 같게 된다. 또한, 기체의 열전달률이 작기 때문에 열교환기의 전열 면적을 가능한 크게 하기 위해서는 아래 그림과 같은 플레이트-핀이 서로 중첩하는 구조의 열교환기를 사용한다. 이 열교환기에서 일반적으로 사용되는 핀으로서는 평판 핀(plain fin), 파상 핀(wave fin), 단속면 핀(interrupted fin) 등이 있다. 평판 핀에서는 온도 경계층이 흐름방향으로 발달하기 때문에 열전달률은 크지 않고, 압력 손실도 그다지 크지 않다. 파상 핀에서는 유체의 흐름이 파상면에 따라 방향이 변화되므로 경계층이 얇아지기도 하고, 끊어지기도 하여 열전달률 및 압력 강하가 높게 된다. 단속면 핀에는 루버(louver), 오프셋(offset), 구멍(perforate) 등이 있지만, 어떠한 것도 경계층은 보다 격렬하게 절단되므로 열전달률 및 압력 손실은 파상 핀의 경우보다 크게 된다. 플레이트-핀형은 열교환기 코어의 단위 체적당의 전열 면적을 크게 하는 것이 비교적 쉽기 때문에 콤팩트 열교환기의 주요 형식으로 되어 있다. 플레이트형 열교환기는 발전소에서 널리 사용되며, 추진 동력 플랜트, 공기 조화, 폐열 회수 시스템 등에 사용된다.  (2) 튜브-핀 열교환기(Tube-fin heat exchangers) 핀-튜브형 또는 핀 부착 관형이라고도 하며, 기본적으로는 관과 그 외측에 설치된 핀으로 구성되어 있다. 핀과 관과의 접합 방법으로서는 핀에 가공된 구멍에 미리 삽입한 전열관을 확관시키거나, 관에 핀을 나선상으로 부착시키는 방법 등이 널리 이용되고 있다. 핀은 일반적으로 관외측에 설치되며, 널리 사용되는 핀의 종류는 아래 그림에 나타내고 있다. 핀 부착 열교환기 내에서의 유체의 흐름은 유로 형상이 단순한 경우를 제외하고는 일반적으로 흐름의 박리, 재부착 또는 와류 발생 등을 동반하여 극히 복잡한 형상을 이루게 된다. 따라서, 열전달률 및 압력 손실의 정량적인 관계는 전열면 형상 마다의 실험 결과에 크게 의존하여야 한다. (3) 히트 파이프 열교환기(Heat pipe heat exchangers) 이것은 개체별 휜 튜브 열교환기나 플래트 핀 튜브 열교환기와 비슷한 형태라고 할 수 있지만, 튜브가 히트 파이프라는 특징을 가진다. 히트 파이프식 열교환기는 히트 파이프를 전열소자로 사용하고, 그 관군 배열을 정렬 또는 엇갈리게 하여 설치되어 있다. 그 중간에는 관 판이 설치되어 한쪽에 고온 유체, 다른 한쪽에는 저온 유체가 일반적으로는 대향류로 흐르면서 유체간의 열교환을 하게 된다. 양 유체는 히트 파이프와 접촉하는 구조로 되어 있어 양측에 확대 전열면을 이용할 수 있으며, 기체-기체의 열교환에 사용되는 경우가 많다. 용도로서는
산업용 노의 폐열을 회수하여 노의 연소용 공기나 도입 외기의 예열 또는 다른 장치의 예열이나 난방용으로 사용된다. 또한, 부식성 가스나 습기 등을 포함한 환경에 설치된 밀폐 전자 제어반의 냉각에 이용된다. 본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 물결파형의 핀과; 상기 물결 파형의 곡면과 결합되고, 구불 구불하게 형성된 튜브를; 포함하여 구성되어, 튜브와 핀 사이의 접촉 면적을 극대화함으로써, 핀을 통한 열전달을 크게 향상시킨 열교환기를 제공한다. 열교환부, 물결 형상의 핀, 응축기, 증발기, 열전달 효율 핀-튜브 열교환기 {FIN-TUBE HEAT EXCHANGER} 도1은 냉장고 캐비넷의 일반적인 형상을 도시한 사시도 도2는 도1의 직냉식 냉장고의 구성을 도시한 측면도 도3은 도2의 직냉식 냉장고의 냉동 사이클의 구성을 도시한 개략도 도4는 도1의 직냉식 냉장고의 응축기의 구성을 도시한 사시도 도5는 도4의 측면도 도6 내지 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 구성에 관한 것으로, 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 구성의 사시도 도7은 도6의 절단선 Ⅶ-Ⅶ에 따른 단면도 도8은 도6의 정면도 *** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *** 9: 냉장고 캐비넷 2: 도어 10: 냉장실 20: 냉동실 30: 압축기 40: 응축기 41: 응축기 튜브 42: 핀 50: 제1증발기 60: 제2증발기 70: 어큐뮬레이터 80: 밸브 81: 제1튜브 82: 제2튜브 88: 냉매 유동 방향 99: 냉매 배관 100: 열교환기 101: 유체 튜브 102: 상측핀 103: 하측핀 본 발명은 핀-튜브 열교환기에 관한 것으로, 구체적으로는, 주위 공기와의 열교환 효율을 향상시킨, 직냉식 냉장고의 응축기나 증발기 등에 적용되는 핀-튜브 열교환기에 관한 것이다. 일반적으로 직냉식 냉장고는 증발기가 냉장실 또는 냉동실에 밀착 형성되거나 냉장실 또는 냉동실의 거치판 자체를 증발기로 형성함으로써, 냉장실 또는 냉동실을 직접 냉각하는 방식을 말한다. 최근에는 냉기를 냉장실과 냉동실에 주입하는 간접 냉방식 냉장고가 널리 사용되고 있으나, 직냉식 냉장고는 냉기를 별도로 다량으로 생성하는 대신에, 증발기 주변의 냉각된 공기의 자연 대류 현상에 의하여 증발기의 냉기를 직접 냉장실이나 냉동실로 공급하는 원리에 의하여 작동된다. 이와 같은 직냉식 냉장고(9)는, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 2개의 증발기(50,60)가 직렬로 연결된 냉동 사이클을 구비한다. 즉, 직냉식 냉장고(9)는 냉장실(10)과 냉동실(20)이 형성된 냉장고 캐비넷(1)과, 냉동 사이클의 냉매를 압축하 고 캐비넷(1)의 저부에 형성된 압축기(30)와, 냉매 유로(99)를 따라 도면 부호 88의 방향으로 압축된 냉매를 공급받아 주변에 열을 발산하면서 냉매를 응축하는 응축기(40)와, 응축기(40)로부터의 냉매를 공급받아 주변의 열을 빼앗으면서 냉장실(10)을 냉각하도록 냉장실(10)의 뒷면에 밀착 형성된 제1증발기(50)와, 냉동실(20)의 뒷면에 밀착 형성되고 제1증발기로부터(50)의 냉매를 증발시켜 냉동실(20)을 냉각시키기 위하여 제1증발기(50)와 직렬로 연결된 제2증발기(60)와, 응축기(40)와 제1증발기(50)를 연결하는 제1튜브(81)나 응축기(40)와 제2증발기(60)를 연결하는 제2튜브(82) 중 어느 하나를 선택적으로 개방시키는 밸브(80)를 포함하여 구성된다. 이 때, 응축기(40)는 냉매의 응축에 따라 발생된 열을 주위의 공기와 열교환하며, 증발기(50,60)는 냉매의 증발에 따라 주변으로부터 열을 효과적으로 흡수할 필요가 있다. 이를 위하여, 도4 및 도5에 응축기(40)를 예를 들어 도시된 바와 같이, 응축기(40)는 냉매가 흐르는 튜브(41) 주위에 열교환을 보조하는 다수의 핀(42)이 튜브(41) 주위에 접합된다. 그러나, 열교환을 보조하기 위한 다수의 핀(42)은 튜브(41)와 점접촉(42a)된 상태로 블레이징 결합되므로, 열이 튜브(41)로부터 핀(42)에 전달되어, 핀(42)이 주위의 공기와 열교환되는 데 한계를 가지고 있었다. 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서,주위 공기와의 열교환 성능이 향상된 열교환기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적은 이와 같은 열교환기를 직냉식 냉장고의 응축기나 증발기에 적용함으로써, 직냉식 냉장고의 냉동 및 소음 성능을 향상시키는 것이다. 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 물결파형의 핀과; 상기 물결 파형의 곡면과 결합되고, 구불 구불하게 형성된 튜브를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다. 이는, 주위의 공기와 튜브를 통과하는 유체 사이의 열교환을 보조하는 핀이 물결 파형으로 형성되고, 튜브가 물결 파형의 곡면과 결합되어 점접촉이 아닌 선접촉 내지는 면접촉됨으로써, 핀과 튜브 사이의 열전달 면적이 증대되므로 열전도 특성을 향상되고, 따라서, 상기 튜브와 주위의 공기 사이의 열교환 성능이 크게 향상된다. 이 때, 상기 튜브는 상기 핀의 물결 파형의 고점 영역(102c) 및/또는 저점 영역(103c)에 결합된다. 이를 통해, 핀과 튜브 사이의 접촉 면적을 극대화할 수 있게 된다. 상기 물결 파형의 핀은 상기 튜브의 상면과 하면에 각각 그 곡면이 결합되어, 상기 튜브의 유체의 열은 상하면에 각각 결합된 물결 모양의 핀을 통해 주위의 공기와 교환된다. 이 때, 상기 튜브의 상면에 그 곡면이 결합된 핀과, 상기 튜브의 하면에 그 곡면이 결합된 핀은 동일하지 아니한 평면상에 위치한다. 이를 통해, 열교환기 주변 공기는 보다 넓은 단면적의 핀과 열교환할 수 있게 된다. 예컨대, 상기 열교환기가 응축기로 작용하여 튜브 내에 뜨거운 냉매가 유동 하고, 주위의 공기가 상기 열교환기의 온도에 비하여 낮은 경우에는, 상기 핀이 튜브에 대하여 서로 동일하지 않은 평면에 엇갈리게 배열됨으로써, 각각의 핀은 인접한 핀에 의해 데워지지 않은 차가운 공기와 접촉할 가능성이 커진다. 즉, 상기 열교환기가 수평으로 놓여지고 주위 공기의 유동이 없는 상태에서는, 각각의 핀과 열교환되어 데워진 공기는 인접한 핀과 열교환되지 않고 상방으로 자연대류된다. 따라서, 서로 엇갈리게 배열된 각각의 핀은 주위의 차가운 공기와 접촉함으로써 냉각 효과를 극대화할 수 있게 된다. 상기 튜브의 상면에 그 곡면이 결합된 핀과, 상기 튜브의 하면에 그 곡면이 결합된 핀은 그 사이의 간격이 일정하게 배열되어, 제조 측면에서 양산 적용성이 향상된다. 상기 물결 파형의 핀의 내측 곡률은 상기 튜브의 외측 곡률과 동일하게 형성된다. 따라서, 상기 핀은 상기 튜브를 감싸듯이 형성될 수 있게 되므로, 튜브와 핀 사이에 보다 넓은 접촉 면적을 확보할 수 있게 된다. 그리고, 상기 핀의 양끝단은 상기 튜브를 감싸듯이 상기 튜브와 결합된다. 이를 통해, 양 끝단의 튜브와 핀 사이의 열전달 효율이 향상될 뿐만 아니라, 핀과 튜브 사이의 결합 강도도 아울러 보강된다. 한편, 본 발명은 상기 열교환기를 응축기 또는 증발기에 적용한 것을 특징으로 하는 직냉식 냉장고를 제공한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것으로 인정되어서는 아니되며, 당업자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능할 것이다. 도6 내지 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 구성에 관한 것으로, 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 구성의 사시도, 도7은 도6의 절단선 Ⅶ-Ⅶ에 따른 단면도, 도8은 도6의 정면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직냉식 냉장고의 응축기 또는 증발기 등에 적용 가능한 열교환기(100)는 구불구불하게 형성되어 내부에 유체가 흐르는 튜브(101)와, 물결 파형으로 형성되어 상기 튜브의 상하면의 정점부(102c,103c)에 감싸듯이 결합된 핀(102,103)으로 구성된다. 여기서, 상기 핀(102,103)의 내면의 곡률(R1)은 튜브ㅌx(101) 사이의 접촉면적(102a,103a)은 극대화된다. 그리고, 튜브(101)의 상측에 결합된 상측핀(102)과, 튜브(101)의 하측에 결합된 하측핀(103)은, 도8에 도시된 바와 같이, 일정한 간격(d)을 두고 동일하지 않은 평면에 엇갈리게 배열된다. 따라서, 열교환기(100)가 수평으로 놓여지고 주위 공기의 유동이 없는 경우에는, 열교환기(100)의 핀(102,103)과 열교환되어 승온된 공기는 인접한 핀(102,103)과 열교환하지 않고 도면 부호 199로 표시된 방향으로 상승하므로, 열교환기(100)의 핀(102,103)은 각각 주변의 차가운 공기와 열교환할 기회를 더 많이 갖게 된다. 그리고, 상기 핀(102,103)의 양끝단(102b,103b)은 튜브(101)를 감싸듯이 결합되어, 핀(102,103)과 튜브(101)사이의 열전달을 증대시킬 뿐만 아니라, 핀 (102,103)과 튜브(101)사이의 접합력도 증대된다. 상기와 같이 구성된 열교환기(100)는 다양한 용도로 활용될 수 있으나, 직냉식 냉장고의 응축기에 적용되는 경우에 특히 유리하다. 이는, 직냉식 냉장고는 냉장고 캐비넷의 단열부에 매설되므로 별도의 송풍팬이 부착되지 않으므로, 응축기 주변과 열교환 효율이 향상되지 않는다면, 응축기(40)에서 발생한 열을 방출시키기 위하여 충분히 긴 길이의 냉매 배관을 확보해야 하기 때문이다. 직냉식 냉장고의 응축기(40)의 튜브가 길어지면, 응축기(40)의 냉매 배관을 채우기 위한 냉매 충진량이 불필요하게 많아질 뿐만 아니라, 운전 중인 압축기의 작동을 정지시키면 내부 압력차에 의하여 증발기로 유입되는 고온의 냉매의 양이 증가하여 증발기 출구에서의 소음이 증가되는 문제점을 야기하며, 압축기의 기동 시에 응축기(40)의 압력을 응축에 필요로 하는 정도로 상승시키는 시간이 길어지게 되므로 냉동 사이클의 효율이 저하되는 문제점을 야기하는 문제점을 야기한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(100)를 직냉식 냉장고의 응축기(30)에 적용함으로써, 방열 효율이 향상된 만큼 응축기의 배관 길이를 줄일 수 있게 되므로, 냉동 사이클에 필요한 냉매 충진양을 줄일 수 있게 되고, 압축기의 운전 정지 중에 증발기로 유입되는 고온의 냉매로부터 발생되는 소음 발생량도 줄일 수 있으며, 응축기의 응축 작용에 필요한 응축 압력에 이르는 시간을 줄여 정숙한 신속한 작동을 구현할 수 있는 효과를 갖게 된다. 아울러, 상기 열교환기(100)를 증발기에 적용하여도 증발기의 열전달 효율이 향상되어 냉장실이나 냉동실을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다. 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절히 변경 가능한 것이다. 이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 물결파형의 핀과; 상기 물결 파형의 곡면과 결합되고, 구불 구불하게 형성된 튜브를; 포함하여 구성되어, 튜브와 핀 사이의 접촉 면적을 극대화함으로써, 종래에 비하여 핀과 튜브 사이의 열전달 면적이 크게 증대됨으로써 열전달 효율이 크게 향상된 열교환기를 제공한다. 그리고, 본 발명은, 상기 물결 파형의 핀은 상기 튜브의 상면과 하면에 각각 그 곡면이 결합될 뿐만 아니라, 상기 튜브의 상면에 그 곡면이 결합된 핀과 상기 튜브의 하면에 그 곡면이 결합된 핀은 동일하지 아니한 평면상에 배열시킴으로써, 주변의 핀에 의해 열전달 성능이 악화되는 것을 최소화할 수 있게 되는 열교환기를 제공한다. 그리고, 본 발명은, 상기 핀의 양끝단이 상기 튜브를 감싸듯이 상기 튜브와 결합됨으로써, 양 끝단의 튜브와 핀 사이의 열전달 성능이 향상될 뿐만 아니라, 핀과 튜브 사이의 결합 강도도 높아지는 열교환기를 제공한다. 또한, 본 발명은 열교환 효율이 향상된 열교환기를 직냉식 냉장고의 응축기 또는 증발기에 적용함으로써, 방열 효율이 향상된 만큼 응축기 또는 증발기의 배관 길이를 줄일 수 있게 되므로 냉동 사이클에 필요한 냉매 충진양을 줄일 수 있게 되고, 압축기의 운전 정지 중에 증발기로 유입되는 고온의 냉매로부터 발생되는 소음 발생량도 줄일 수 있으며, 응축기의 응축 작용에 필요한 응축 압력에 이르는 시간을 줄여 정숙한 신속한 작동을 구현할 수 있게 된다. 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