KR20060122375A - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤더의 내부 직경을 축소할 수 있도록 하여 전체적인 중량을 감소하며, 튜브 사이로 방열핀을 삽입하는 과정을 기존 사용하는 장비를 이용하여 간편하게 제작하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 하며,

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열교환기는, 내부에 냉매가 흐르는 냉매 통로가 형성되고, 서로 마주보는 한쌍의 제1 및 제2 헤더 파이프와; 공기가 유동하는 방향으로 적어도 2회 이상 사행(蛇行) 절곡되며, 양단부가 상기 제1 및 제2 헤더 파이프와 연통 가능하게 연결되며, 상기 제1 및 제2 헤더 파이프의 상하 방향으로 다수개가 배치된 사행 튜브와; 상기 사행 튜브들 사이에 배치되는 방열핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 한다.

열교환기, 방열핀, 사행, 절곡

Description

열교환기{A heat exchanger}

도 1은 본 발명에 의한 열교환기의 외관 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 열교환기의 평면도.

도 3은 도 1에 도시된 열교환기의 정면도.

도 4는 도 3의 지시선 "A-A"선의 단면도.

도 5는 본 발명의 튜브를 압착전과 압착후의 상태를 비교하여 도시한 단면도.

도 6은 종래 기술에 의한 열교환기의 사행 튜브와 헤더를 분리 상태로 나타내는 단면 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,200 : 제1 및 제2 헤더 파이프

300 : 사행 튜브

400 : 방열핀

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 헤더의 내부 직경을 축 소할 수 있도록 하여 전체적인 중량을 감소하며, 튜브 사이로 방열핀을 삽입하는 과정을 기존 사용하는 장비를 이용하여 간편하게 제작하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한 열교환기에 관한 것이다.

통상적으로, 열교환기는 온도가 높은 냉매와 온도가 낮은 냉매가 열교환기 벽면을 통하여 높은 온도에서 낮은 온도로 열을 전달함으로써 열교환을 행하는 장치이다.

이러한 열교환기를 구성 요소로 하는 에어컨 시스템의 작동 매체로 지금까지는 HFC 냉매가 사용되어 왔다. 그러나 HFC 냉매는 지구 온난화의 주요 요인중의 하나로 인식되어서 그 사용에 대한 규제가 점차 확산되고 있다.

이러한 상황하에서 HFC 냉매를 대체할 차세대 냉매로서 이산화탄소(CO₂) 냉매에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 차세대 냉매의 대표주자인 이산화탄소는 지구 온난화 지수(GWP)가 대표적인 HFC 냉매인 R134a의 약1/1300에 해당되며, 그 외에도 냉매로서 다음과 같은 장점이 있다. 첫째, 작동 압축비가 낮아서 압축 효율이 우수하며, 둘째, 열전달 성능이 매우 우수하여 2차 유체인 공기의 입구 온도와 냉매의 출구 온도 사이의 온도 차이가 기존의 냉매에 비하여 훨씬 작아질 수 있다는 것이다.

이러한 장점을 이용하여 겨울철 낮은 외기 온도에서도 열을 뽑아 쓸수 있으므로 여름철에는 냉방, 겨울철에는 난방 역할을 수행하는 히트 펌프(heat pump)에도 적용 가능하다.

또한, 이산화탄소는 체적 냉방 능력(증발 잠열×기체밀도)이 기존의 냉매인 R134a의 7내지 8배에 달하기 때문에 압축기의 용량을 크게 줄일 수 있으며, 표면 장력이 작아서 비등열 전달이 우수하고, 정압 비열이 크고 액체 점도가 낮아 열 전달 성능이 뛰어나므로 냉매로서 우수한 열역학적 특성을 가지고 있다.

또한, 냉동 싸이클의 측면에서 살펴보면, 가스 쿨링 압력이 기존에 비하여 6배 내지 8배(약 90내지 130bar)높아서, 열교환기 내부에서의 냉매의 압력 강하로 인한 손실이 기존 냉매에 비하여 상대적으로 작게 되는 바, 압력 강하는 크지만 열전달 성능이 우수한 것으로 알려진 미세 채널의 열교환기 튜브를 사용할 수 있다.

이러한 방식을 적용한 종래 열교환기의 일례로 일본국 특개평10-227582호가 있다.

상기 종래 기술은 도 6에 도시된 바와 같이, 평행 모양의 직관부(32)와, 인접하는 직관부(32)의 단부를 연결하는 곡관부(31)에 의해 사행상으로 형성되는 사행 튜브(3)가 동일 평면내에 복수개 병설되고, 상기 사행 튜브(3)의 단부가 헤더(2)에 연통 가능하게 접속되고, 상기 사행 튜브(3)의 직관부 사이에 핀(4)이 배치되도록 구성되어 있다.

여기서 미설명 부호 A는 틈새부, 11은 평면벽, 12는 곡면벽, 13은 삽입구멍, 21은 절결부, W는 공기가 유동되는 방향을 표시한 것이다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 사행 튜브를 편평한 형상의 튜브를 헤더의 길이 방향으로 절곡하여 곡관부가 형성되도록 구성하였기 때문에 사행 튜브의 단부 역시 편평한 형상이어서 이 단부에 연결되는 헤더의 내부 직경이 커지게 되고, 이로 인해 헤더 내부를 흐르는 냉매의 압력을 견디기 위하여 헤더의 두께를 증가시켜 주어야 함에 따른 생산비의 증가 및 열교환기의 전체 중량이 증가하는 문제점이 있었다.

둘째, 사행 튜브를 공기의 유동 방향에 직각인 방향으로 절곡하여 구성하였기 때문에 사행 튜브의 직관부 사이에 핀을 삽입하는 과정이 수작업으로 실시해야 하는 등 생산성이 감소되는 문제점도 있었다.

셋째, 종래 열교환기는 공기의 유동 방향에 대해 직각으로 절곡한 사행 튜브를 절곡하였기 때문에, 열교환기에 다수의 튜브를 배치하는데 한계가 있어 공기와의 열교환 효율을 증대시키지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 헤더의 내부 직경을 축소할 수 있도록 하여 전체적인 중량을 감소하며, 튜브 사이로 방열핀을 삽입하는 과정을 기존 사용하는 장비를 이용하여 간편하게 제작하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열교환기는, 내부에 냉매가 흐르는 냉매 통로가 형성되고, 서로 마주보는 한쌍의 제1 및 제2 헤더 파이프와; 공기가 유동하는 방향으로 적어도 2회 이상 사행(蛇行) 절곡되며, 양단부가 상기 제1 및 제2 헤더 파이프와 연통 가능하게 연결되며, 상기 제1 및 제2 헤더 파이 프의 상하 방향으로 다수개가 배치된 사행 튜브와; 상기 사행 튜브들 사이에 배치되는 방열핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 한다.

이하, 본 발명에 의한 열교환기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 열교환기의 외관 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 열교환기의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 열교환기의 정면도이며, 도 4는 도 3의 지시선 "A-A"선의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 튜브를 압착전과 압착후의 상태를 비교하여 도시한 단면도이다.

본 발명에 의한 열교환기는 제1 및 제2 헤더 파이프(100)(200)와, 사행 튜브(300)와, 방열핀(400)을 포함하여 이루어진다.

상기 제1 및 제2 헤더 파이프(100)(200)는 내부에 냉매가 흐르는 냉매 통로(101)(201)가 형성되고, 상하로 세워진 상태에서 소정 거리 이격된 상태에서 서로 마주보도록 배치된다.

상기 사행 튜브(300)는 공기가 유동하는 방향으로 적어도 2회 이상 사행(蛇行) 절곡되며, 양단부가 상기 제1 및 제2 헤더 파이프(100)(200)와 연통 가능하게 연결되며, 상기 제1 및 제2 헤더 파이프(100)(200)의 상하 방향으로 다수개가 배치된다.

여기서, 상기 사행 튜브(300)의 양단부(301)(302)는 원형 단면을 가지는 형상으로 형성된다.

상기 사행 튜브(300)의 양단부가 원형의 단면을 가지고 있기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같이, 이 양단부(301)(302)가 결합되는 제1 및 제2 헤더 파이프(100)(200)측에도 원형의 결합공(102)(202)이 형성된다.

상기와 같이, 사행 튜브(300)의 양단부(301)(302)를 원형 단면이 되도록 하는 이유는 종래의 편평튜브에 비해 헤더 파이프의 내부 직경을 증가시키지 않고 냉매의 압력을 견딜 수 있는 범위내에서 내경을 축소할 수 있기 때문이다.

이로인해, 본 발명의 헤더 파이프(100)(200)의 내경을 축소할 수 있음으로 인해 그 두께를 증가시키지 않아도 되기 때문에 재료 절감 효과를 기대할 수 있으며, 더 나아가서는 생산비의 줄일 수 있으며, 열교환기의 전체 중량을 줄일 수 있게 된다.

한편, 상기 사행 튜브(300)의 양단부(301)(302)를 제외한 나머지 부분은 별도의 압착 공정에 의해 평탄하게 형성되도록 한다.

그 이유는 사행 튜브(300)를 압착 공정을 실시하여 평탄하게 하면, 공기와의 열교환 열교환 면적을 증대시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 사행 튜브(300)를 압착하여 평탄하게 하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 동일 평면상에 있는 다른 튜브(300)들과 직접적으로 접촉되는 구조가 되기 때문에 열전달 성능 및 열교환 성능이 향상된다.

상기 방열핀(400)은 상기 사행 튜브(300)들 사이에 배치된다.

상기 방열핀(400)은 사행 튜브(300)들 사이에 교대로 적층하여 배치되는 것인데, 이 과정은 기존에 사용하고 있는 자동 조립장치를 이용하여 간편하게 적층할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 사행 튜브(300)와 방열핀(400)을 교대로 적층한 후, 사행 튜브(300)와 제1 및 제2 헤더파이프(100)(200)를 서로 가조립하여 용접을 실시하여 본 발명의 열교환기를 완성할 수 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기에 의하면, 헤더의 내부 직경을 축소할 수 있도록 하여 전체적인 중량을 감소하며, 튜브 사이로 방열핀을 삽입하는 과정을 기존 사용하는 장비를 이용하여 간편하게 제작하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 열교환 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 내부에 냉매가 흐르는 냉매 통로(101)(201)가 형성되고, 서로 마주보는 한쌍의 제1 및 제2 헤더 파이프(100)(200)와;

   공기가 유동하는 방향으로 적어도 2회 이상 사행(蛇行) 절곡되며, 양단부가 상기 제1 및 제2 헤더 파이프(100)(200)와 연통 가능하게 연결되며, 상기 제1 및 제2 헤더 파이프(100)(200)의 상하 방향으로 다수개가 배치된 사행 튜브(300)와;

   상기 사행 튜브(300)들 사이에 배치되는 방열핀(400)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 사행 튜브(300)의 양단부는 원형 단면을 가지는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 사행 튜브(300)의 양단부를 제외한 나머지 부분은 압착 공정에 의해 평탄하게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.

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