KR100300237B1 - 냉각장치및냉동장치의열교환기용의홈이형성된튜브및그열교환기 - Google Patents

Abstract

5°~ 50°의 나사각, 30°~ 60°의 꼭지각( α)을 구비한 나선형 리브(2)에 의해 내부에 홈이 형성된 관(管)(1)으로서, 상기 관은 상기 리브(2)가 0.40 ~ 0.97 범위의 Hb/Hh 비(ratio)로 하나는 높이(Hh)의 높은 리브(2h), 나머지 하나는 높이(Hb)의 작은 리브(2b)인 적어도 상이한 높이의 두 리브를 구비하는 주기적인 형상(periodic profile)을 형성하고, 각각의 높은 리브는 평탄한 바닥의 두 홈(3)에 의해 접하게 된다는 점에서 특징을 이룬다.

Description

[발명의 명칭]

냉각 장치 및 냉동 장치의 열교환기용의 홈이 형성된 튜브 및 그 열교환기

[발명의 분야]

본 발명은 냉각 및 냉동 장치의 열교환기를 제조하거나 그 밖에 다른 가열 혹은 냉동 장치에 사용되는 튜브(tube)에 관한 것으로, 이러한 튜브는 이 튜브 내 부를 순환하는 유체와 상기 열교환기 내부를 순환하는 대기 사이에 열교환을 돕는 다.

본 발명은 통상의 핀(pin: 직선 부분과 굴곡 부분을 포함) 형태의 구리 튜 브, 알루미늄 튜브 또는 강철 튜브의 조립체와, 구리 또는 알루미늄의 베인(vanes)으로 알려진 판(plate)을 구비한 열교환기에 관한 것으로, 이 베인은 튜브와 열 접 촉 상태로 통상 상기 튜브의 직선 부분과 수직하고, 대기와의 교환을 위해 넓은 표 면적을 제공하도록 되어 있다.

[종래기술]

통상적으로 구리 및 구리 합금 튜브인 다양한 종류의 튜브와, 이 튜브 내부를 순환하는 유체와 외부 대기 사이의 열교환을 향상시키기 위한 수단이 공지되어 있다.

이러한 각종 튜브를 설명하기 위해 내부에 홈이 형성된 튜브를 개시하는 미국 특허 제4,480,684호와 유럽 특허 공개 제148 609호를 예로 들 수 있다.

미국 특허 제4,480,684호에 따르면, 튜브내에 형성된 홈의 특징은 아래 구 성의 조합으로 되어 있다.

- 나선형 홈의 튜브의 축에 대한 비틀림각(helix angle)은 16° 내지 35°사이이고,

- 홈의 깊이는 0.1mm 내지 0.6mm 이며,

- 홈의 피치는 0.2mm 내지 0.6mm 이고,

- 홈은 단면이 "V"자 형상이고 그것이 이루는 각도는 50° 내지 100°이다.

상기 미국 특허의 도면 제2도 및 제6도에는, 튜브의 축선에 수직인 단면을 따른 튜브의 프로파일(profile) 일부와 열교환기가 각각 도시되어 있는데, "V"자 형상의 홈은 꼭지각(apex angle: α)으로 칭하는 동일한 각도의 "V"자 형상의 리브(rib)에 의해 분리되어 있다.

유럽 특허 공개 제148 609호의 홈이 형성된 튜브에 따르면, 나선형 홈의 단면은 사다리꼴이고 그 리브의 단면은 삼각형으로 되어 있고, 그 튜브의 특징은 아래 구성의 조합으로 되어 있다.

- 튜브의 내경(Di)에 대한 상기 홈의 깊이(H) [또는, 리브의 높이(H)]비는 0.02 내지 0.03 이고,

- 상기 홈의 비틀림각은 7°내지 30°이며,

- 깊이(H)에 대한 홈의 횡단면적(S)의 비는 0.15mm 내지 0.40mm 이고,

- 리브의 꼭지각은 30°내지 60°이다.

[제기된 문제점]

오래 전부터 당업자는 튜브 내부를 순환하는 유체와 튜브 자체 사이에 열교환을 증가시키기 위해 홈이 형성된 튜브의 중요성을 인식하고 있었다.

당업자는 외경이 9.52mm 인 보통의 동(銅) 튜브인 경우, 충분한 수(45 내지 65)의 나선형 리브/홈(10°내지 30°사이의 비틀림각으로 된)이 마련되는 것이 바람직하다는 것을 알고 있다.

그러나, 이러한 특징은 당업자가 리브와 홈의 실제 형상과 관련된 다른 특징에 있어서 종래 기술을 분석한 결과에 의한 것이라는 사실에도 불구하고, 종래 기술은 고성능의 교환기용의 튜브를 얻기 위해 어떠한 일관성 있는 방안을 제시하지 못하였다.

또한, 튜브와 베인 사이의 열 접촉을 향상시키기 위한 콤팩트한 장치를 계속연구하던 중에, 본 출원인은 종래의 홈이 형성된 튜브를 벤딩 가공하기 위한 공지 기술 자체와, 튜브의 내부를 통과하는 크림핑 가공용 맨드릴(crimping mandrel)을 이용하여 베인의 단부의 엣지에 대해 튜브를 약간 확장시켜 튜브를 베인과 함께 크림핑 가공(crimping)시키기 위한 공지의 기술 자체를 사용함으로써, 많은 비용이 드는 납땜 또는 브레이징법을 사용하지 않고도 우수한 열접촉을 실현할 수 있다는 사실을 발견하였다.

크림핑 가공된 튜브(60개의 "V"자 형상 리브를 구비한 표준형 튜브)의 단면을 조사함으로써, 본 출원인은 리브가 찌그러진 사실을 관찰하게 되었는데, 이는 홈 단면적(S)고 그 단면의 깊이(H)에 뚜렷한 감소가 있었다는 것을 의미했다.

튜브 내부를 순환하는 유체와 튜브 자체 사이에서 이루어지는 열교환에 있어 서는, 크림핑 가공 전후에 튜브의 일부분에 대한 비교 측정을 해보면, 크림핑 가공 이후에 단면적(S)이 60% 감소로 인해 성능이 저하되었다는 것을 알 수 있었다.

따라서, 본 출원인은 튜브와 베인의 조립 중에 발생할 수 있는 리브/홈의 변 형도 함께 고려한다면 튜브를 취급하고 성능을 최적화시키는데 유용할 것이라는 결 론에 도달했다.

따라서, 본 출원인은, 튜브와 베인 사이의 열교환에 유익하고 경제적인 조립 방법을 부여할 수 있는 것은 물론이고 나아가 크림핑 가공을 더 중요하게 고려하여 크림핑 가공에 미치는 나쁜 영향을 억제할 수 있는 최적의 홈/리브 프로파일을 찾아내었다.

[발명의 설명]

본 발명의 제1 목적은 베인과의 크림핑 가공에 의해 열교환기의 제조에 사용되는 튜브를 제공하는 데 있으며, 이 튜브는 5°내지 50°의 비틀림각과, 30°내지 60°의 꼭지각(α)을 갖는 n(여기서 n은 35 내지 90)개의 헬리컬 리브에 의해 내 부에 홈이 형성되어 있고, 튜브의 외경(De)은 3mm 내지 30mm 이며, 상기 리브는 높이가 다른 2개 이상의 리브로 이루어지는 주기적인 프로파일로 형성되며, "높은" 리브의 높이를 Hh 로 하고 "낮은" 리브의 높이를 Hb 로 하였을 때 Hb/Hh 의 비는 0.40 내지 0.97이며, "높은" 리브 각각은 2개의 바닥이 편평한 홈 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 주기적인 프로파일이란 각각의 퍼치(P)에서 동일하게 재현되는 리브와 베인의 연속성을 의미한다.

본 출원인에 의한 실험에 따르면, Hb/Hh 의 비가 단지 1 보다 약간 작을 경우에도 큰 영향을 미치기에 충분하다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 만약 Hb/Hh 의 비가 0.6 내지 0.95 라면, 베인이 크림핑 가공된 후에 튜브의 열교환 용량은 상기 범위를 벗어나거나, 심지어 0.40 내지 0.97 사이의 범위를 벗어날 정도로 감소하는 것이 좋다.

해결책은 일반적으로 2가지의 기본 특징을 갖는데, 즉 주기적인 프로파일은 높이가 다른(Hh 및 Hb) 2개 이상의 리브로 이루어진다는 점과, "높은" 리브 각각 은 소정의 단면적(S)을 갖는 2개의 바닥이 편평한 홈 사이에 배치된다는 점이다.

이러한 2가지 특징은, 튜브를 홈 및 베인과 함께 크림핑 가공시킨 후, 단면 적을 S'<S 로 하였지만 그 단면적이 열교환에 충분한 크기로 되는 바닥이 편평한 홈을 구비한 튜브를 제조하기 위해 필수적인 것이다.

본 출원인은, 본 발명에 따른 주기적인 프로파일이 튜브(직선 부분과 굴곡 부분 포함)와 베인을 크림핑 가공에 의해 조립시킨 후의 열교환 용량에 있어 유리 하다는 사실을 발견하였다.

실제로, 리브의 높이를 차등화시켜 크림핑 가공 중에 리브가 상이한 기능("높은" 리브는 "보호적인" 즉, "희생적인" 기능, "낮은" 리브는 "보호받는" 기능)을 발휘하도록 하는 방법은 본 발명으로부터 얻은 결과를 예측할 수 없다.

따라서, 본 출원인은 튜브의 열교환 특성(증발 또는 응축)에 관하여 그 자체로 고려되었던 튜브의 내부 형상을 최적화시킨 것에 만족하지 않았다. 본 출원인은 튜브 그 자체의 제조와, 크림핑 가공용 맨드릴(crimping mandrel)을 사용한 튜브 와 베인의 조립에 의한 상응하는 교환기의 제조 모두를 고려하였다. 이는 전술한 문제점을 효과적으로 해결하는 본 발명의 과제에 포함되는 것이다.

[도면의 간단한 설명]

제1a도와 제1b도는 종래 기술에 따른 홈이 형성된 튜브(1)의 일부 횡단면도로서, 그 단면은 튜브 축선에 수직이고, 도면에서 검은 바탕 위에 밝은 부분이 튜브에 해당한다.

제1a도에서, 튜브(1)는 단면이 삼각형이고 꼭지각은 거의 90°인 리브(2)를구비하며, 이 리브들 사이에는 단면이 거의 삼각형인 홈이 형성되어 있다.

제1b도에서, 단면이 거의 삼각형이고 꼭지각이 거의 50°인 리브(2)는 그들사이에 단면이 사다리꼴인 홈을 형성한다.

제2도는 제1b도에 도시된 튜브에 해당하는 종래의 튜브를 도시한 것으로, 맨드릴을 삽입하여 베인과 튜브를 크림핑 가공한 후, 편평하게 변형된 리브(20)가 도시되어 있고, 도면에서 검은 바탕 위에 밝은 부분이 튜브에 해당한다.

제3a도는 본 발명에 따른 홈이 형성된 튜브(1)의 횡단면 일부를 도시한 것 으로, 그 단면은 튜브의 축선에 수직하고, 검은 바탕 위에 밝은 부분이 튜브에 해당한다. 이 튜브에는 "높은" 리브(2h)와 "낮은" 리브(2b)가 하나씩 번갈아 형성되어있다.

제3b도는 높이가 각각 Hh 및 Hb 인 2가지 형태의 리브(2h, 2b)를 도시하는 제3a도에 대응하는 도면으로서, 홈(3)의 단면적은 S로, 외경은 De로, 그리고 튜브의 두께(홈의 바닥에서의 두께)는 Ep로 도시하였다. "높은" 리브(2h)/바닥이 편평한 홈(3)/"낮은" 리브(2b)/바닥이 편평한 홈(3)/…등으로 연속하여 이루어진 주기적 프로파일 피치는 p로 도시하였다. 상기 프로파일은 "h/b"로 대변될 수 있으며, 리브의 경우 h는 "높은" 리브를 b는 "낮은" 리브를 나타낸다.

제4a도 및 제4b도는 튜브와 베인을 크림핑 가공한 후를 도시한 것으로, 각각 제3a도 및 제3b도에 해당한다. 리브(2h)(크림핑 가공 이전)는 크림핑 가공 후에 사다리꼴 리브(20h)로 되고, 그 높이(H'h)는 H'h<Hh 이며, 마찬가지로 리브(20b)는 초기 리브(2b)에 해당하며, 그 리브의 높이는 H'b=Hb 로 거의 변하지 않는다. 제4b도는 단면적(S')이 S'<S 로 되는 새로운 홈(30)을 도시한다.

제5a도 내지 제5c도는 본 발명의 또 다른 특징을 도시하기 위한 제4b도와 유사한 도면이다. 상기 도면은 중간 높이에 해당하는 폭을 Lh 및 Lb 로 할 경우, 크림핑 가공 이전(두꺼운 실선)의 리브(2h, 2b)의 프로파일과 크림핑 가공 후(얇은 실선)의 리브의 프로파일을 각각 도시한 것인데, 크림핑 가공 전후의 홈(3, 30)의 단면적은 각각 S 과 S' 이다.

제5a도에서, 리브(2h)는 사다리꼴이고, 크림핑 가공 후의 높이는 H'h>H'b 이고, H'b=Hb 이다.

제5b도에서, 리브(2h)는 삼각형(꼭지각 50°)이고, 리브(2b)도 삼각형(꼭지각 30°)이다. 크림핑 가공 후의 높이(H'h)는 H'b 에 가까우며, H'b=Hb 이다.

제5c도에서, 리브(2h, 2b)는 삼각형이다. 크림핑 가공 후의 높이(H'h)는 H'b 에 가까우며, H'b<Hb 이다.

제6a도 및 제6b도는 맨드릴(5)에 의해 베인(4)을 크림핑 가공 개시 전의 상 태와 크림핑 가공중의 상태를 각각 도시한 홈이 형성된 튜브(1)의 축선을 따른 단면도이다.

제7a도 및 제7b도는 본 발명에 따른 또 다른 프로파일을 도시한 도면으로, 제3b도에 도시한 구조를 갖는 h/b/b형의 프로파일을 구비하며, 제7a도의 경우에는 2개의 "낮은" 리브(2b) 사이에 배치된 바닥이 편평한 사다리꼴의 홈이 마련되고, 제7b도인 경우에는 삼각형의 홈이 마련되어 있다. 상기 두 경우, 각각의 "높은" 리브(2h)는 2개의 바닥이 편평한 홈(3) 사이에 배치된다.

[발명의 상세한 설명]

상기 주기적인 프로파일은 제3a도 및 제3b도에 도시된 바와 같이 "높은" 리 브(2h) 와 "낮은" 리브(2b)가 하나 걸러 하나씩 교대하는 형태("h/b"로 표시함)이거나, 또는 제7a도 및 제7b도에 도시된 바와 같이 1개의 "높은" 리브와 2개의 "낮은" 리브가 연속하는 형태("h/b/b"로 표시함)로 이루어지는 것이 바람직하다.

"h/b" 와 "h/b/b" 중에서, "높은" 리브(2h) 와 "낮은" 리브(2b)가 하나 걸러 하나씩 교대하여 그 사이에 바닥이 편평한 홈(3)을 형성하는 "h/b" 가 바람직하다.

본 발명은 3mm 내지 30mm 사이에서 크게 변화될 수 있는 외경(De)을 갖는 튜브를 사용한다. "높은" 리브의 높이(Hh)는 외경(De)에 따라 변할 것이지만, 반드시 비례하는 것은 아니다.

일반적으로 말해서, 크림핑 가공 후 홈이 형성된 튜브를 최적의 효율로 유지하기 위해서는 Hh/De 의 비가 0.003 내지 0.05, 양호하게는 0.015 내지 0.04 이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 "높은" 리브(2h)는 단면이 실질적으로 삼각형이고 높이는 Hh 이다. 제3a도 및 제3b도에 도시된 바와 같이, "단면이 실질적으로 삼각형" 이라는 용어는 사진으로 제시된(아래의 예에 기재됨) 실제 튜브의 횡단면도인 제3a도에 특히 잘 도시된 바와 같이 꼭지각이 상대적으로 둥글게 되어 있는 단면을 의미한다.

또 다른 특징에 따르면, 상기 "높은" 리브(2h)는 제5a도에 도시된 바와 같이 단면이 실질적으로 사다리꼴이고 높이는 Hh 이다.

양호하게는, 상기 "낮은" 리브(2b)는 제3a도 및 제3b도에 도시된 바와 같이, 단면이 실질적으로 삼각형이고 높이는 Hb 이며, "실질적으로 삼각형"이라는 표현의 의미는 여기서도 동일하게 적용된다.

본 발명에 따르면, 바닥이 편평하면서 사다리꼴이 아니며(Hh>Hb 이므로), 외경(De)이 적어도 7.93mm인 튜브인 경우 단면적은 0.020㎟ 내지 0.15㎟, 양호하게는 0,060㎟ 내지 0.15㎟ 이고, 외경(De)이 7.93mm 미만인 튜브의 경우 단면적은 0,020㎟ 내지 0,070㎟ 인 홈(3)을 선택하는 것이 좋다. 상기 수치는 일반적으로 다음과 같은 조건에서 얻어진 것이다.

* 높이(Hb)는 0.10mm 내지 0.20mm 사이

* 높이(Hh)는 0.20mm 내지 0.30mm 사이

* 편평한 바닥(튜브의 굴곡을 고려하지 않은 거의 편평함)의 길이는 0.10mm 내지 0.20mm 이고, 피치(피치 : 편평한 바닥의 길이에 "높은" 리브 바닥의 반을 더하고, "낮은" 리브 바닥의 반을 더한 값)는 내경(홈의 바닥에서)이 8.8mm 정도인 표준 튜브에 대해서 통상 0.40mm 내지 0.50mm 이다.

더 작은 직경(예컨대 7mm)을 갖는 튜브의 경우에, 높이 Hb 와, 특히 높이 Hh 는 감소한다(예 5와 예 6 참조).

단면적(S)에 있어서, 그 하한치는 튜브 내부를 순환하는 유체와 외부 대기 사이의 열교환이 충분하게 이루어지도록 하는 조건에 따라 결정된다. 한편, 단면적 (S)의 상한치는 무엇보다도 일반적인 튜브의 크기와 리브(2h, 2b)의 개수(n)를 감 안한 기하학적인 조건에 따라 결정된다.

본 발명의 제2 목적은, 홈이 형성된 튜브를 베인에 크림핑 가공하여 형성한열교환기를 제공하는 데 있으며, 크림핑 가공용 맨드릴의 작용에 의해 튜브를 확장 시켜 베인과 튜브를 조립하도록 이 맨드릴을 튜브의 내측으로 통과시키면 리브는 높이가 다른 2개 이상의 리브로 이루어지는 주기적인 프로파일로 형성되며, 단면이 사다리꼴인 "넓은" 리브(20h)의 중간 높이의 넓은 폭을 Lh 로 하고 단면이 삼각형 또는 사다리꼴인 "좁은" 리브(20b)의 중간 높이의 좁은 폭을 Lb 로 하였을 때 (Lh-Lb)/De 의 비는 적어도 0.003과 동일하고, Lh-Lb 의 값은 외경이 9.52mm 인 튜브에 대해 통상 적어도 0.03mm과 동일한 것을 특징으로 한다.

제5a도 내지 제5c도는 크림핑 가공 전후의 리브와 홈의 프로파일을 도시한 것이다. 즉, 크림핑 가공 전의 "높은" 리브(2h)는 크림핑 가공 후에는 높이가 낮아진 리브(20h)로 되고, "낮은" 리브(2b)는 크림핑 가공 후 그에 대응하는 리브(20b)로 되지만, "낮은" 리브는 크림핑 가공에 의해 크게 변화되지 않는다("낮은" 리브는 제5c도에서는 약간 편평하게 되지만 제5a도 및 제5b도에서는 변화가 없다).

어떤 경우에는 상기 "낮은" 홈(2b)이 비교적 높거나, 기본적으로 동일한 결과이지만, Hb-Hb 가 작을 경우에는 크림핑 가공 후에 상기 "넓은" 리브와 "좁은" 리브는 실질적으로 동일한 높이(H'h=H'b)이고, 바닥이 편평한 홈(30)의 단면(S')은 사다리꼴이다.

홈(3)의 단면적(S)도 역시 감소되는데, 단면적(S)은 크림핑 후에 S'<S로 된다. 그러나, 이러한 감소는 본 발명에 의해 제한된다. 통상 상기 바닥이 편평한 홈(30)의 단면적(S')은 외경이 9.52mm 인 튜브에 대해서 0.015㎟ 내지 0.060㎟ 이고, 양호하게는 0.35㎟내지 0.60㎟ 인 것이 바람직하다.

[예]

본 예들에 기술된 모든 튜브는 외측 홈(맨드릴의 외측면상의 홈 및 리브는 튜브의 내측면에서 얻어지는 리브 및 홈과 일치함)을 구비한 부동 맨드릴(floating mandrel)을 사용하는 공지의 방법에 의해 제조되었으며, 상기 방법은 미국 특허 제4,373,366호에 개시된 것이다.

예 1, 3, 5, 6, 8, 9는 제3a도 및 제3b도에 도시한 것은 튜브 프로파일을 갖는 본 발명에 따른 실시예이다. 예 2, 4, 7은 종래의 것과 비교를 위해 제시된 비교예이다.

상기 모든 예들에 있어서, 튜브는 표준 NFA 51123(미국 재료 시험 협회 (ASTM) B68 및 280)에 따른 구리(Cub1-DHP)로 제조되었다.

[예 1, 예2]

외경(De)이 9.52mm이며, 홈의 바닥에서의 두께(Ep)가 0.30mm인, 내부에 홈이 형성된 튜브를 제조하였다.

그 다음, 이러한 형태의 튜브를 제6a도 및 제6b도에 도시된 맨드릴을 사용한 크림핑 가공에 의해 베인에 결합시켰다.

내측 리브와 홈의 기하학적인 특징을 조사하기 위해 크림핑 가공된 튜브의 샘플을 선택하였다.

끝으로, 160 kg/㎡·s 의 질량 속도(mass rate)에서 표준 클로로플루오르 카보나이트 냉각 액체[프레온 R22 (R)]의 응축(증기 함유량=50%, 포화 온도=30℃)과 증발(증기 함유량=30%, 포화 온도=lO℃)에 대해 평균 교환 계수(W/㎡.K)를 측정함으로써 예 1의 튜브와 예 2의 튜브의 성능을 비교 평가했다.

이하의 값이 얻어졌다.

이러한 값들을 비교해 보면, 비록 본 발명에 따른 튜브가 비교된 종래의 튜브보다(응축과 증발 각각에 있어서) 약간 우수할 뿐이지만, 크림핑 가공 이후에는 응축과 증발 모두에 대해 종래의 튜브 보다 월등히 우수하다는 것을 알 수 있으며, 이는 본 발명의 중요성을 입증하는 것이다.

[예 3, 예 4]

외경(De)이 7mm이며, 홈 바닥에서의 두께(EP)가 0.25mm 인, 내부에 홈

이 형성된 튜브를 제조하였다.

그 다음, 이러한 형태의 튜브를 제6a도 및 제6b도에 도시한 맨드릴을 이용 한 크림핑 가공에 의해 베인에 결합시켰다.

튜브에 베인을 크림핑 가공 전후에 튜브를 시험했고, 예 1의 튜브와 예 2의튜브 사이에서 관찰된 것과 동일한 성능 변화는 다음과 같다.

- 크림핑 가공 전 : 예 3 및 예 4 에 따른 튜브의 성능이 유사함.

- 크림핑 가공 후 : 예 4(종래 기술)에 따른 튜브에 의한 성능보다 예 3(본 발명)에 따른 튜브의 성능이 더 좋음.

예 1 및 예 2에서와 마찬가지로 예 3 및 예 4에서도 튜브에 베인을 크림핑 가공함으로써 초래되는 성능 저하가 본 발명에 따른 튜브에서는 감소된다는 사실을 알 수 있다.

[예 5, 예 6, 예 7]

예 5 및 예 7의 경우, 외경(De)이 9.52mm 이며, 홈의 바닥에서의 두께(Ep)가 0.30mm 인, 내부에 홈이 형성된 튜브를 제조하였다. 예 6의 겅우, 내부에 홈이 형성된 튜브는 홈 바닥에서의 두께(Ep)를 0.25mm 로, 외경(De)을 7.93mm 로 하였다.

압력 손실(또는 투입량 손실)은 크림핑 가공 전후 110kg/㎡·s 유속의 프레온과 10질량% 내지 60질량% 사이의 함량을 갖는 증기에 대해 측정하였다.

본 발명에 따른 예 5 및 예 6의 튜브에 대해 투입량 손실은 크림핑 가공 전에는 예 7의 튜브가 갖는 손실보다 적은 15% 이고, 크림핑 가공한 후에는 예 7의 튜브에 비해 적은 13% 였다.

[예 8, 예 9, 예 10]

외경(De)이 12.70mm 이며, 홈 바닥에서의 두께(Ep)가 0.36mm 인, 내부

에 홈이 형성된 튜브를 제조하였다.

열교환 계수(W/㎡·K)를 크림핑 가공 후에 튜브의 비틀림각(β: 예 8의 튜브에 대해서는 18°, 예 9의 튜브에 대해서는 30°, 그리고 예 10의 튜브에 대해서는 0°)의 함수로 계산하였다.

다양한 프레온 R22의 유속 값에 대한 응축을 고려하여 측정을 행하였다.

결과 = 열교환 계수 값(단위 W/㎡·K)

30°이상의 비틀림각으로 행한 전술한 또는 기타의 시험은, 비록 본 발명이 열교환 계수에 관련한 이점이 있는 것으로 밝혀졌지만, 적어도 30°의 비틀림각을 선택하는 것이 좋고, 30°내지 50°사이의 비틀림각을 선택하는 것이 바람직하며, 제조 속도는 비틀림각의 크기가 증가함에 따라 감소하는 경향이 있다는 것이 밝혀 졌다.

그러나, 본 발명이 제조 속도 관점에서도 유리하게 되려면, 5°내지 30°사 이의 비틀림각을 선택하는 것이 바람직하였다.

[발명의 장점]

따라서, 본 발명의 주된 장점은, 열교환기를 제조하기 위해서 크림핑 가공에 의해 튜브와 베인을 조립하였을 때, 성능(특히, 열교환 계수)의 저하를 제한하는 데 있다.

본 발명에 따라, 그리고 적어도 2개 이상의 리브의 높이를 다르게 한, 즉 하 나의 리브를 "낮은" 리브의 "보호" 을 위해 크림핑 작업 중 "희생되게" 한 리브의 주기적인 프로파일의 개념에 따라, 튜브 자체의 높은 열교환 성능을 유지하면서 경제적이고 효과적인 조립 공정을 사용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 튜브를 생산하는 데에는 홈이 형성된 표준형 튜브 제 작용의 통상적인 수단 이외의 다른 수단을 필요로 하지 않기 때문에, 본 발명에 따 른 튜브는 종래 튜브의 제작 보다 비용이 적게 든다.

본 발명에 따른 홈이 형성된 튜브는 예를 들어, 납땜 또는 브래이징된 베인을 구비한 열교환기에서 초기 튜브의 홈을 변경하지 않거나 단지 약간만 변경함으 로써, 종래의 홈이 형성된 튜브에 비해 그 열전달 효율의 저하 없는 크림핑 가공된 베인을 구비한 열교환기를 제조하는 데 특히 적합하다.

특히, 예 5, 예 6 및 예 7에 의해 예시된 바와 같이, 본 발명은 투입량의 손 실과 관련하여 긍정적인 영향을 미치는데 주목하여야 한다.

튜브(외경이 9.52mm인 예 5의 튜브와, 외경이 7.93mm 인 예 6의 튜브)의 직경에 대한 뚜렷한 감소는 종래 기술에 따른 튜브에서 발생했던 것과는 대조적으로, 투입량의 손실의 심한 증가를 유발하지 않았다.

또한, 종래 기술에 따른 튜브에 비해 본 발명에 따른 튜브에서 관찰되는 투입량 손실의 감소는 냉각 회로에서 사용되는 압축기의 중량 및 부피 그리고 비용을 감소시킨다는 실질적인 측면에서 매우 중요하다.

Claims (13)

1. 베인(4)과의 크림핑 가공에 의해 열교환기의 제조에 사용되는 튜브(1)로서, 5°내지 50°의 비틀림각과, 30°내지 60°의 꼭지각(α)을 갖는 n(여기서 n은 35 내지 90)개의 헬리컬 리브(2)에 의해 내부에 홈이 형성되어 있고, 외경(De)이 3mm 내지 30mm 인 튜브에 있어서, 상기 리브(2)는 높이가 다른 2개 이상의 리브로 이루어지는 주기적인 프로 파일로 형성되며, "높은" 리브(2h)의 높이를 Hh 로 하고 "낮은" 리브(2b)의 높이를 Hb 로 하였을 때 Hb/Hh 의 비는 0.40 내지 0.97이며, "높은" 리브(2h) 각각은 2개의 바닥이 편평한 홈(3) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 튜브.
2. 제1항에 있어서, 상기 Hb/Hh 비는 0,6 내지 0,95 사이인 것을 특징으로 하는 튜브.
3. 제2항에 있어서, 상기 "높은" 리브(2h)는 Hh/De 이 0.003 내지 0.05 가 되는 높이 Hh 를 갖는 것을 특징으로 하는 튜브.
4. 제3항에 있어서, 상기 주기적인 프로파일은 "높은" 리브(2h)와 "낮은" 리브 (2b)가 하나 걸러 하나씩 교대하는 "h/b" 형태이거나, 또는 1개의 "높은" 리브와 2개의 "낮은" 리브가 연속하는 "h/b/b" 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 튜브.
5. 제4항에 있어서, 상기 주기적인 프로파일은 "높은" 리브(2h)와 "낮은" 리브 (2b)가 하나씩 교대하고 그 사이에 바닥이 편평한 홈(3)이 형성되어 있는 "h/b" 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 튜브.
6. 제5항에 있어서, 상기 바닥이 편평한 홈(3)의 단면은 사다리꼴이 아니고, 튜브의 외경(De)이 적어도 7.93mm 인 경우의 단면적(S)은 0.020㎟ 내지 0.15㎟ 인 것을 특징으로 하는 튜브.
7. 제4항에 있어서, 상기 "높은" 리브(2h)는 단면이 실질적으로 삼각형이고, 높이가 Hh 인 것을 특징으로 하는 튜브.
8. 제4항에 있어서, 상기 "높은" 리브(2h)는 단면이 실질적으로 사다리꼴이고, 높이가 Hh 인 것을 특징으로 하는 튜브.
9. 제4항에 있어서, 상기 "낮은" 리브(2b)는 단면이 실질적으로 삼각형이고, 높이는 Hb 인 것을 특징으로 하는 튜브.
10. 5°내지 50°의 비틀림각과, 30°내지 60°의 꼭지각(α)을 갖는 복수개의 헬리컬 리브에 의해 내부에 홈이 형성되어 있고, 외경(De)이 3mm 내지 30mm 인 튜브에 베인을 크림핑 가공시킴으로써 제조된 열교환기에 있어서, 상기 베인과 튜브를 조립하도록 크림핑 가공용 맨드릴을 상기 튜브의 내측으로 통과시키면, 상기 리브는 높이가 다른 2개 이상의 리브로 이루어지는 주기적인 프로파일로 형성되며, 단면이 사다리꼴인 "넓은" 리브(20h)의 중간 높이의 넓은 폭을 Lh 로 하고 단면이 삼각형 또는 사다리꼴인 "낮은" 리브(20b)의 중간 높이의 좁은 폭을 Lb 로 하였을 때 (Lh-Lb)/De 의 비는 적어도 0.003 과 동일한 것을 특징으로 하는 열교환기.
11. 제10항에 있어서, 상기 주기적인 프로파일은 "넓은" 리브(20h)와 "좁은" 리브(20b)가 하나 걸러 하나씩 교대하는 "l/e" 형태이거나, 또는 1개의 "넓은" 리브와 2개의 "좁은" 리브가 연속하는 "l/e/e" 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
12. 제11항에 있어서, 상기 "넓은" 리브(20h)와 상기 "좁은" 리브(20b)는 높이가 실질적으로 동일하고(H'h=H'b), 상기 바닥이 편평한 홈(30)은 단면적(S')이 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 열교환기.
13. 제10항에 있어서, 상기 바닥이 편평한 홈(30)의 단면적(S')은 0.015㎟ 내지 0.060㎟ 인 것을 특징으로 하는 열교환기.