KR100517925B1 - 핀-튜브 일체형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핀-튜브 일체형 열교환기에 관한 것으로, 본 발명은 냉매를 안내하도록 소정의 직경으로 압출하고 수회 굽혀 형성하는 냉매관과, 이 냉매관의 외주면에 일체로 연장 형성되는 핀형성부에 연속으로 루버링 가공 형성하는 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 열교환기에 있어서, 냉매관의 관부 내주면에 그루브를 형성하되 이 그루브는 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 길거나 좁거나 얕게 형성함으로써, 냉매관의 굽힘시 굽힘응력에 대한 저항력을 발생하도록 하여 냉매관의 유로단면적을 유지하도록 하고 이를 통해 냉매관을 지나는 냉매의 압력강하를 막아 증발기 성능을 높일 수 있다.

Description

핀-튜브 일체형 열교환기{FIN AND TUBE SOLID TYPE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉매관에 관한 것으로, 특히 냉매관의 내주면에 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 그루브를 얕거나 좁게 형성하여 굽힘부위에서도 냉매관이 원형을 유지하도록 하는 핀-튜브 일체형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 압축기와 응축기와 팽창변 그리고 증발기로 이루어지는 냉동사이클장치에서 응축기와 증발기를 포괄적으로 이르는 것으로, 주위의 온도와 열을 서로 교환하면서 전열매체인 냉매를 액상에서 기상으로 또는 기상에서 액상으로 전환시키고 이 과정에서 생기는 흡수열 또는 방출열을 이용하여 냉방이나 난방 또는 냉장이나 온장으로 활용하도록 하는 것이다.

열교환기는 그 형상에 따라 구분할 수 있는데, 그 중 가장 널리 알려진 열교환기로는 냉매관에 다수 개의 냉각핀을 삽입하는 이른 바 '핀-튜브' 타입이 있다. 이는 주로 냉장고와 같은 가전제품에서 증발기로 활용하는 것으로 냉매는 냉매관을 순환하면서 그 냉매관의 벽면을 통해 외부와 열교환을 수행하되 냉매관의 외주면에 얇은 다수 개의 냉각핀을 밀착 결합함으로써 공기와의 접촉면적을 넓혀 열교환 효율을 극대화하는 것이다.

하지만 이러한 열교환기는 냉각핀을 별도로 제작하여 냉매관에 후조립하여야 하므로 제작공정이 복잡하고 난해하여 본 출원인은 냉각핀을 냉매관과 함께 일체로 압출하여 제작하는 '핀-튜브 일체형 열교환기'를 2003년 3월 13일자(출원번호:03특15824)로 선출원한 바 있다.

도 1은 선출원한 핀-튜브 일체형 증발기의 일례를 보인 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이 선출원한 핀-튜브 일체형 증발기는, 입구를 팽창변의 출구에 연결하고 출구를 압축기의 입구에 연결하여 냉매를 압축기로 유도하는 냉매관(1)과, 냉매관(1)에 일체로 압출한 후 루버링 가공을 통해 형성하는 냉각핀(2)과, 냉매관(1)의 좌우 양측에 배치하여 상기 냉매관(1)을 삽입 지지하는 냉매관 지지대(3)로 구성하고 있다.

냉매관(1)은 소정의 직경을 가지는 정원형 단면 형상의 원형관으로 형성하여 복열로 압출하는 복수 개의 관부(1a)와, 관부(1a) 사이에 연결하여 상기 관부(1a)와 함께 사각판 단면 모양으로 압출한 후 루버링 가공을 통해 상기한 냉각핀(2)을 길이방향으로 연속 형성하는 핀형성부(1b)로 이루어져 있다.

관부(1a)의 외주면과 내주면은 모두 표면이 매끄러운 평활관 모양으로 형성하고 있다.

또, 냉매관(1)은 냉각핀(2)을 형성한 후 공기의 유동방향에 교차하는 직선부(!c)와, 이 직선부(1c)에 연속으로 굽혀 다음 직선부(1c)와 연결하는 곡선부(1d)로 이루어지도록 지그재그 모양으로 형성하고 있다.

냉각핀(2)은 냉매관(1)의 핀형성부(1b) 중앙에 공기가 냉매관(1)의 하단에서 상단 방향으로 통과할 수 있도록 루버링 가공을 통해 냉매관(1)의 길이방향을 따라 다수 개를 연속하여 형성하고 있다.

냉매관 지지대(3)는 복수 개의 지지대몸체(3a)를 측면투영시 사각형 모양으로 형성하고, 양쪽 지지대몸체(3a)에는 냉매관(1)의 곡선부(1d)를 끼워 고정하기 위한 여러 개의 냉매관 장착구멍(3b)을 상하 방향으로 관통 형성하고 있다.

상기와 같은 선출원한 핀-튜브 일체형 증발기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 압축기와 응축기와 그리고 팽창변을 거치면서 기체상태에서 액체상태로 변한 냉매가 증발기로 유입하면, 이 냉매는 냉매관(1)을 통과하는 중에 냉매관(1)과 냉각핀(2)을 통해 주변과 열교환하면서 열을 흡수하여 기화한 후 상기 냉매관(1)을 따라 직선부(1c)와 곡선부(1d)를 거치면서 압축기로 흡입되는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 선출원한 핀-튜브 일체형 증발기에 있어서는, 도 2에서와 같이 냉매관(1)의 관부(1a)를 정원형 단면 형상의 원형관으로 압출 형성한 후 이를 수차례 굽히는데, 이 냉매관(1)의 굽힘과정에서 특히 곡선부(1d)가 도 3에서와 같이 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 심하게 찌그러져 유로의 단면적이 급격하게 좁아지고, 이로 인해 냉매의 압력강하가 크게 높아져 냉동사이클장치의 냉매순환량이 부족하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 핀-튜브 일체형 열교환기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 냉매관의 곡선부가 찌그러지는 것을 방지하여 냉매의 압력강하를 막을 수 있는 핀-튜브 일체형 열교환기의 냉매관 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉매를 안내하도록 소정의 직경으로 압출하고 수회 굽혀 형성하는 냉매관과, 이 냉매관의 외주면에 일체로 연장 형성되는 핀형성부에 연속으로 루버링 가공 형성하는 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 열교환기에 있어서, 냉매관은 그 내주면에 원주방향을 따라 동일한 간격으로 소정의 폭과 깊이를 가지는 그루브를 길이 방향으로 형성하되 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 그루브 사이의 돌출부를 상대적으로 길게 형성하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기를 제공한다.

또, 냉매를 안내하도록 소정의 직경으로 압출하고 수회 굽혀 형성하는 냉매관과, 이 냉매관의 외주면에 일체로 연장 형성되는 핀형성부에 연속으로 루버링 가공 형성하는 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 열교환기에 있어서, 냉매관은 그 내주면에 원주방향을 따라 동일한 간격으로 소정의 폭과 깊이를 가지는 그루브를 길이 방향으로 형성하되 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 그루브의 홈부를 상대적으로 얕게 형성하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기를 제공한다.

또, 냉매를 안내하도록 소정의 직경으로 압출하고 수회 굽혀 형성하는 냉매관과, 이 냉매관의 외주면에 일체로 연장 형성되는 핀형성부에 연속으로 루버링 가공 형성하는 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 열교환기에 있어서, 냉매관은 그 내주면에 원주방향을 따라 동일한 간격으로 소정의 폭과 깊이를 가지는 그루브를 길이 방향으로 형성하되 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 그루브의 홈부를 상대적으로 좁게 형성하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 핀-튜브 일체형 열교환기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 핀-튜브 일체형 증발기의 일례를 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 증발기에서 냉매관의 굽힘부위를 보인 개략도이며, 도 6은 도 5의 "Ⅱ-Ⅱ"선단면도이고, 도 7은 본 발명 증발기에서 냉매관의 변형예를 보인 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 핀-튜브 일체형 증발기는, 관부(110)의 내주면에 길이방향으로 그루브(111)를 형성하여 입구를 팽창변의 출구에 연결하고 출구를 압축기의 입구에 연결하는 냉매관(100)과, 냉매관(100)에 일체로 형성한 핀형성부(120)에 루버링 가공으로 형성하여 상기 냉매관(100)의 열전달 면적을 넓히는 냉각핀(200)과, 냉매관(100)의 좌우 양측에 배치하여 상기 냉매관(100)을 삽입 지지하는 냉매관 지지대(300)로 구성한다.

냉매관(100)은 도 4에서와 같이 정원형 단면 형상으로 압출 형성하는 관부(110)와, 이 관부(110)의 외주면에 일체로 연장 형성하여 루버링 가공을 통해 상기한 냉각핀(200)을 길이방향으로 연속 형성하는 핀형성부(120)로 이루어진다.

관부(110)는 복열로 압출한 후 공기방향과 교차하는 직선부(130)와, 이 직선부(130)를 연결하는 곡선부(140)를 가지도록 지그재그 모양으로 형성하되, 그 관부(110)의 내주면에 소정의 폭과 깊이를 가지도록 그루브(111)를 형성한다.

그루브(111)는 소정의 깊이와 폭으로 음형지게 형성하는 홈부(111a)와, 이 홈부(111a) 사이에 양형지게 돌출 형성하는 돌출부(111b)로 이루어진다.

또, 그루브(111)는 관부(110)의 원주방향을 따라 동일한 간격으로 형성하되, 도 6에서와 같이 홈부(111a)를 잇는 가상선과 상기 관부(110)의 외주면 사이의 두께(t)는 동일하게 형성하는 반면 홈부(111a)를 잇는 가상선과 돌출부(111b)의 선단을 잇는 가상선까지의 길이(l)는 굽힘방향 중심에서 굽힘선 양단으로 갈수록 길게 형성하여 상기 돌출부(111b)의 선단을 잇는 가상선이 타원을 이루도록 대칭되게 형성한다. 즉, 홈부(111a)의 폭은 동일하게 형성하더라도 그 깊이는 굽힘선 양단으로 갈수록 깊어지게 형성하고, 돌출부(111b)의 폭은 동일하게 형성한다.

냉각핀(200)은 냉매관(100)의 핀형성부(120) 중앙에 공기가 냉매관(100)의 하단에서 상단 방향으로 통과할 수 있도록 루버링 가공을 통해 냉매관(100)의 길이방향을 따라 다수 개를 연속하여 형성한다.

냉매관 지지대(300)는 복수 개의 지지대몸체(310)를 측면투영시 사각형 모양으로 형성하고, 양쪽 지지대몸체(310)에는 냉매관(100)의 곡선부(140)를 끼워 고정하기 위한 여러 개의 냉매관 장착구멍(311)을 상하 방향으로 관통 형성한다.

상기와 같은 본 발명 핀-튜브 일체형 증발기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 압축기에서 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하면 이 냉매는 응축기를 거치면서 고온고압의 냉매를 열교환하여 고온고압의 액체상태로 변환하고, 이 냉매는 팽창변을 거치면서 저온저압의 액체상태로 변환하며, 이 냉매는 증발기를 거치면서 다시 저온저압의 기체냉매로 전환하여 압축기로 복귀하는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 증발기의 냉매관(100) 입구를 통해 유입한 냉매는 냉매관(100)의 직선부(130)와 곡선부(140)를 번갈아 통과하면서 출구까지 이동하게 되는데, 이 과정에서 냉매관(100)의 관부(110) 내경이 가급적이면 고르게 형성되어야 냉매의 압력이 일정하게 유지되어 증발기 성능을 높일 수 있다.

하지만, 냉매관(100)을 지그재그 모양으로 굽히는 과정에서 그 관부(110)의 굽힘부위에서 심하게 찌그러짐 현상이 발생하여 냉매의 유동을 방해할 수 있으나, 본 발명과 같이 냉매관(100)의 관부(110)를 압출할 때 그 냉매관(100)의 관부(110) 내주면에 그루브(111)를 형성하되 돌출부(111b)의 길이(l)를 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 길게 형성하면 냉매관(100)을 굽힐 때 상기한 그루브(111)의 돌출부(111b)가 서로 밀착하여 지지대 역할을 한다.

이로 인해 냉매관(100)을 굽힐 때 그루브(111)의 돌출부(111c)가 굽힘응력에 대해 저항력을 발생하여 냉매관(100)의 찌그러짐을 방지할 수 있고 이를 통해 냉매관(100)의 유체 저항을 낮춰 증발기를 통과하는 냉매의 압력강하와 누적압력강하를 줄일 수 있다.

본 발명에 대한 핀-튜브 일체형 증발기의 제2 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일실시예에서는 냉매관(100)의 관부(110)에 그루브(111)를 형성함에 있어서 돌출부(111b)의 길이를 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 길게 형성하는 것이었으나, 본 실시예는 도 7에서와 같이 홈부(111a)의 폭(w)은 동일하게 형성하되 그 깊이(d)를 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 얕게 형성할 수도 있다. 이는 굽힘시 굽힘선 주변에 위치하는 홈부(111a)가 얕아지는 만큼 홈부(111a)를 잇는 가상선에서 외주면까지의 두께(t)가 두꺼워지면서 굽힘응력에 대해 큰 저항력을 발생하여 냉매관(100)의 찌그러짐을 방지할 수 있다.

또, 본 발명에 대한 제3 실시예가 있는 경우는 도 8에 도시한 바와 같이, 홈부(111a)의 깊이(d)는 동일하게 형성하되 굽힘선 중심으로 갈수록 폭(w)을 좁게 형성할 수도 있다. 이 경우에는 굽힘시 굽힘선 주변에 위치하는 홈부(111a)의 폭(w)이 좁아 돌출부(111b)가 굽힘방향의 돌출부 보다 먼저 접촉하여 일종의 지지대 역할을 하므로 역시 굽힘응력에 대해 큰 저항력을 발생하여 냉매관(100)의 찌그러짐을 방지할 수 있다.

이렇게 하여, 냉매관의 굽힘시 그루브가 굽힘응력에 대해 저항력을 발생하면서 상기 냉매관이 정원형 단면 형상을 유지하도록 할 수 있고, 이를 통해 냉매관을 지나는 냉매의 압력강하를 막아 증발기 성능을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 핀-튜브 일체형 열교환기는, 냉매관의 관부 내주면에 그루브를 형성하되 이 그루브는 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 길거나 좁거나 얕게 형성함으로써, 냉매관의 굽힘시 굽힘응력에 대한 저항력을 발생하도록 하여 냉매관의 유로단면적을 유지하도록 하고 이를 통해 냉매관을 지나는 냉매의 압력강하를 막아 증발기 성능을 높일 수 있다.

도 1은 선출원한 핀-튜브 일체형 증발기의 일례를 보인 사시도,

도 2는 선출원한 증발기에서 냉매관의 굽힘부위를 보인 개략도,

도 3은 도 2의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도,

도 4는 본 발명 핀-튜브 일체형 증발기의 일례를 보인 사시도,

도 5는 본 발명 증발기에서 냉매관의 굽힘부위를 보인 개략도,

도 6은 도 5의 "Ⅱ-Ⅱ"선단면도,

도 7 및 도 8은 본 발명 증발기에서 냉매관의 변형예를 보인 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 냉매관 110 : 관부

111 : 그루브 111a : 홈부

111b : 돌출부 120 : 핀형성부

200 : 냉각핀 300 : 냉매관 지지대

Claims (5)

1. 냉매를 안내하도록 소정의 직경으로 압출하고 수회 굽혀 형성하는 냉매관과, 이 냉매관의 외주면에 일체로 연장 형성되는 핀형성부에 연속으로 루버링 가공 형성하는 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 열교환기에 있어서,

   냉매관은 그 내주면에 원주방향을 따라 동일한 간격으로 소정의 폭과 깊이를 가지는 그루브를 길이 방향으로 형성하되 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 그루브 사이의 돌출부를 상대적으로 길게 형성하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기.
2. 냉매를 안내하도록 소정의 직경으로 압출하고 수회 굽혀 형성하는 냉매관과, 이 냉매관의 외주면에 일체로 연장 형성되는 핀형성부에 연속으로 루버링 가공 형성하는 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 열교환기에 있어서,

   냉매관은 그 내주면에 원주방향을 따라 동일한 간격으로 소정의 폭과 깊이를 가지는 그루브를 길이 방향으로 형성하되 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 그루브의 홈부를 상대적으로 얕게 형성하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기.
3. 냉매를 안내하도록 소정의 직경으로 압출하고 수회 굽혀 형성하는 냉매관과, 이 냉매관의 외주면에 일체로 연장 형성되는 핀형성부에 연속으로 루버링 가공 형성하는 냉각핀을 포함한 핀-튜브 일체형 열교환기에 있어서,

   냉매관은 그 내주면에 원주방향을 따라 동일한 간격으로 소정의 폭과 깊이를 가지는 그루브를 길이 방향으로 형성하되 굽힘방향에 직교하는 방향으로 갈수록 그루브의 홈부를 상대적으로 좁게 형성하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기.
4. 제1항에 있어서,

   냉매관은 그 외주면은 정원형 단면 형상으로 형성하는 반면 그루브의 돌출부를 잇는 내주면은 굽힘방향이 장축을 이루는 타원형 단면 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 핀-튜브 일체형 열교환기.
5. 삭제