KR100825710B1 - 열교환기 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열교환기 튜브는, 내부에 소정 공간이 형성된 본체와, 본체의 내부 공간에 열교환매체가 흐르는 다수의 통로부를 제공하기 위한 격벽, 및 통로부에는 인접한 내측벽면들이 교차하는 교차부들에 적어도 하나 이상의 마이크로 핀을 구비함으로써, 열교환매체를 난류 상태로 흐르게 하여 외부공기와 보다 활발한 열교환이 이루어지고, 열교환매체가 액상으로 상변화된 후에도 튜브의 통로부를 원활하게 흐르게 하는 효과가 있다.

Description

열교환기 튜브{Tube for heat exchanger}

도 1은 패러렐 플로우 타입의 열교환기의 일예를 도시한 사시도.

도 2는 종래의 열교환기 튜브에 대한 측단면도.

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기 튜브에 대한 측단면도.

도 3b는 도 3a에 있어서, 통로부를 확대 도시한 부분 측단면도.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기 튜브에 있어서, 통로부를 확대 도시한 부분 측단면도.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기 튜브에 있어서, 통로부를 확대 도시한 부분 측단면도.

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 열교환기 튜브에 있어서, 통로부를 확대 도시한 부분 측단면도.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

21,31..본체 22,32..격벽

23,33..통로부 24,34,41,51,61..마이크로 휜

35..요부 36..돌출부

52,62..보조 마이크로 휜

본 발명은 열교환기 튜브에 관한 것으로, 더 상세하게는 튜브 내의 통로부에 설치되는 마이크로 휜의 구조가 개선된 열교환기 튜브에 관한 것이다.

통상적으로 자동차의 공기조화 시스템에서 열교환기는 필수적으로 사용되고 있다. 열교환기는 온도가 다른 두 개의 유체를 직접 또는 간접으로 접촉시켜 열을 교환하는 장치로서, 그 내부에 열교환매체가 유동할 수 있는 통로부를 구비하여, 열교환매체가 통로부를 흐르는 동안 외부의 공기와 열교환을 행할 수 있도록 디자인된 장치이다.

이러한 열교환기는 그 용도와 유형에 따라 다양하다. 용도별로 나누어보면 증발기, 응축기, 압축기, 및 라디에이터 등이 있고, 유형별로 나누어보면 휜-튜브타입, 서펜틴 타입, 드론-컵 타입, 및 패러럴-플로우 타입 등이 있다.

상기의 열교환기 중에서, 패러렐-플로우 타입의 열교환기의 일예가 도 1에 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 열교환기(10)에 있어서, 상호 소정 간격으로 이격되어 각각 설치된 한 쌍의 헤더파이프(11a, 11b)와 그 사이에 복수개의 납작한 튜브(12)가 연통 가능하게 설치된다.

상기 튜브(12)들 사이에는 방열의 표면적을 극대화시키기 위한 방열용 휜(Fin, 13)이 형성되어 있고, 상기 헤더파이프(11a, 11b)의 단부는 캡(14)으로 밀폐되어 있다. 상기 복수개의 튜브(12)들 중 상하의 최외측에는 배열된 튜브(12)의 외측에 배치된 휜(13)을 지지하기 위하여 서포터(15)가 결합된다. 열교환매체는 헤더파이프(11a, 11b)에 연결된 공급관(11c)을 통하여 공급되어 헤더파이프(11a, 11b)와 튜브(12)내를 유동하게 되고, 배출관(11d)을 통해 배출된다.

상기와 같이 구성된 열교환기(10)는 응축기로서, 상기 공급관(11c)을 통해 공급되는 열교환매체는 상기 공급관(11c)과 연결된 헤더파이프(11a)로 유입되어 튜브(12)내를 유동하며, 상기 튜브(12)내의 열교환매체는 다른 일측의 헤더파이프(11b)로 유동한다. 상기 헤더파이프(11b)의 열교환매체는 다시 상기 튜브(12)의 바로 아래쪽의 튜브(12)로 전달되어 유동한다. 상기 헤더파이프(11a, 11b) 각각에는 미도시된 배플이 설치되어 있기 때문에, 상기 튜브(12)와 헤더파이프(11a, 11b)의 열교환매체의 유동 경로는 지속적으로 변경된다. 그리고, 상기 헤더파이프(11a, 11b)의 단부가 각각 캡(14)으로써 밀폐되어 이 열교환매체는 최종적으로 상기 배출관(11d)으로부터 배출된다.

이와 같이, 열교환매체가 상기 튜브(12)의 내부공간을 흐르면서 외부공기와 열교환을 수행하게 되는데, 이러한 흐름과정에서 기상에서 액상으로 상변화됨으로써, 매우 복잡한 유동 형태를 가지게 된다.

그런데, 열교환매체가 기상에서 액상으로 상변화가 이루어지게 되면, 열교환매체는 통로부의 내측벽으로부터 응축되므로 액상의 열교환매체가 통로부의 내측벽을 감싸게 된다. 이처럼 통로부의 내측벽을 감싸는 액상의 열교환매체로 인하여 기상의 열교환매체는 통로부의 내측벽과 직접 접촉하지 못하게 되어, 열교환기의 열교환 성능이 저하되는 결과를 낳는다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 통로부의 내측벽을 감싸는 액상의 열교환매체에 있어서, 그 액막을 깨뜨려 기상의 열교환매체가 통로부의 내측벽과 직접적으로 접촉되게 하고, 열교환매체가 튜브 내를 난류 형태로 흐르게 함으로써, 외부공기와의 열교환이 더욱 활발하게 이루어지게 할 필요가 있다.

이와 관련된 기술로서, 대한민국 공개특허 제2000-032399호에 개시된 열교환기 튜브가 도 2에 도시되어 있다.

개시된 열교환기 튜브(20)는 본체(21)의 내부 공간에 복수개의 격벽(22)이 형성되어 있으며, 상기 격벽(22)에 의하여 열교환매체가 유동될 수 있는 복수개의 통로부(23)가 마련되어 있다. 그리고, 상기 통로부(23)의 양내측벽(23a)에는 복수개의 마이크로 휜(micro-fin,24)이 형성되어 있다.

이에 따라, 열교환매체가 통로부(23)를 통과하면서 마이크로 휜(24)과 부딪치게 되며, 활발한 난류 상태로 흐르면서 외부공기와 열교환을 하게된다. 상기와 같이 난류흐름이 계속되면서 점차 열교환매체는 액체 상태로 상변화하게 된다.

그러나, 상기의 구성을 가지는 열교환기 튜브에 있어서, 마이크로 휜은 액상의 열교환매체가 부딪칠 때, 그의 액막을 깨뜨려 열교환매체의 난류화를 촉진시켜 열교환 효율을 높일 수는 있으나, 복수개의 마이크로 휜이 양내측벽에 형성되어 있음으로 해서, 액상으로 상변화된 열교환매체가 통로부를 통과할 때, 열교환매체의 흐름이 방해받을 수 있다. 따라서, 열교환매체의 압력 손실이 유발되어 배출압력이 현저하게 저하될 수 있다.

이를 방지하기 위하여 마이크로 휜의 수를 줄이거나, 마이크로 휜의 돌출높 이를 작게 하는 경우에는, 열교환매체의 난류화가 충분히 이루어지지 않을 수 있으며, 마이크로 휜의 돌출높이를 작게 하는 경우에는 제조상 난점이 있어 제조비용이 상승될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 튜브의 통로부의 교차부에 마이크로 휜을 형성함으로써, 열교환매체의 난류화를 촉진하며, 열교환매체의 흐름을 원활하게 하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기 튜브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열교환기 튜브는, 내부에 소정 공간이 형성된 본체와, 상기 본체의 내부 공간에 열교환매체가 흐르는 다수의 통로부를 제공하기 위한 격벽, 및 상기 통로부에는 인접한 내측벽면들이 교차하는 교차부들에 적어도 하나 이상의 마이크로 핀을 구비하며, 상기 마이크로 휜에 있어서, 자유단은 상기 통로부의 대각선상에 놓이도록 형성된다.

삭제

상기 마이크로 휜에 있어서, 자유단은 상기 통로부의 대각선을 벗어나서 놓이도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 마이크로 휜에 있어서, 고정단은 인접한 내측벽면들에 걸쳐 형성되어 상기 고정단의 양측으로 각각 요부가 형성되며, 자유단은 적어도 하나의 돌출부가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 마이크로 휜이 형성되지 않은 통로부의 교차부에는, 상기 마이크로 휜보다 돌출된 높이가 작은 보조 마이크로 휜을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 보조 마이크로 휜은, 상기 통로부의 교차부에 인접한 내측벽의 평면상에 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면에 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기 튜브를 도시한 측단면도이고, 도 3b는 도 3a에 있어서의 통로부를 확대 도시한 부분 측단면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 열교환기 튜브(30)는 그 내부에 열교환매체가 유동할 수 있도록 소정 공간을 가지는 본체(31)와, 상기 본체(31)의 내부 공간을 복수개의 통로부(33)로 구획하는 격벽(32)을 포함하여 구성된다.

상기 통로부(33)는 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있는데, 원형으로 형성될 경우 내구성은 향상되나, 열교환매체와 접촉되는 면적이 작아 사각형으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

한편, 상기 통로부(33)에는 마이크로 휜(34)이 튜브(30)의 길이방향을 따라 소정 간격으로 이격되게 설치될 수 있다.

그리고, 상기 마이크로 휜(34)은, 통로부(33)에 있어서, 인접한 내측벽면들이 교차하여 이루는 교차부들 중 적어도 하나에 형성된다. 상기 통로부(33)의 내측벽면들이 각각 평면일 경우에는 교차부가 모서리를 형성하게 된다.

상기 마이크로 휜(34)은 도면에 도시된 바와 같이, 쌍을 이루며, 동일한 형 상을 가지고, 상호 대각선 방향으로 대향하는 교차부에 각각 하나씩 형성되는 것이 바람직하다.

상기 마이크로 휜(34)은, 고정단(34b)은 통로부의 교차부 즉, 인접한 내측벽면들에 걸쳐 형성되며, 그 단면적이 점점 작아져 자유단(34a)은 도면에 도시된 바와 같이 그 끝이 뾰족한 형상을 가지거나, 둥글게 된 형상을 가질 수 있다.

따라서, 상기 마이크로 휜(34)의 고정단(34b)의 좌우측으로 두 개의 요부(凹部, 35)가 형성된다. 한편, 상기 마이크로 휜(34)의 자유단(34a)은 적어도 하나의 돌출부(36)가 형성된다. 상기 돌출부(36)가 도면에서 우측 하단의 마이크로 휜(34)과 같이, 두 개일 경우 돌출부(36)들 사이에는 요부(35)가 형성되게 된다. 즉, 상기 요부(35)는 통로부(33)의 교차부 측에 적어도 두 개 이상 형성될 수 있다.

상기 마이크로 휜(34)의 자유단(34a)은 통로부(33)의 대각선상에 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 마이크로 휜(34)을 통상적으로 사공간인 통로부(33)의 교차부에 형성하게 되면, 사공간을 활용할 수 있게 되며, 상기 마이크로 휜(34)의 높이를 충분히 크게 할 수 있다. 또한, 상기 교차부로부터 마이크로 휜(34)이 돌기됨으로써 통로부(33)를 흐르는 열교환매체의 액막을 용이하게 깨뜨릴 수 있게 된다.

게다가, 통로부(33)의 내측벽의 평면상에 마이크로 휜(34)을 형성시키지 않음으로써, 액상으로 변화된 열교환매체가 보다 원활하게 통로부(33)의 내측벽을 따라 유동가능하게 된다.

본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기 튜브에 있어서, 통로부를 확대 도시한 부분 측단면도가 도 4에 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 마이크로 휜(41)은 전술한 제1실시예에 따른 마이크로 휜(34)을 제외하고는 그 구성이 상호 동일하므로, 다른 점에 대해서만 설명하고 나머지 구성요소에 관해서는 설명을 생략한다.

즉, 본 실시예에 따른 마이크로 휜(41)에 있어서, 자유단(41a)의 위치가 전술한 제1실시예와 상이한데, 통로부(33)의 대각선으로부터 간격 g만큼 벗어난 위치에 놓여 있다.

그리고, 상기 마이크로 휜(41)은, 도면에 도시된 바와 같이, 쌍을 이루며, 동일한 형상을 가지고, 상호 대각선 방향으로 대향하는 교차부에 각각 하나씩 상기와 같이 자유단(41a)이 통로부(33)의 대각선으로부터 벗어나게 형성된다. 또한, 상기 마이크로 휜(41)에 있어서, 고정단(41b)은 전술한 실시예와 마찬가지로 통로부(33)의 인접한 내측벽면들에 걸쳐 형성된다.

도 5에는 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기 튜브에 대한 부분 측단면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 통로부(33)의 각 교차부에는 형상과 크기가 다른 두 종류의 마이크로 휜들(51,52)이 형성되어 있다.

즉, 전술한 제1실시예에 따른 마이크로 휜(34) 또는 제2실시예에 따른 마이크로 휜(41)과 같은 마이크로 휜(51)이 교차부에 형성되고, 상기 마이크로 휜(51)이 형성되지 않은 교차부에는 한 쌍의 보조 마이크로 휜(52)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 통로부(33)에 형성된 마이크로 휜(51) 및 보조 마이크로 휜(52)은, 통로부(33)의 대각선에 대하여 대칭을 이루는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보조 마이크로 휜(52)들에 있어서, 고정단(52b)은 전술한 실시예들과 마찬가지로 통로부(33)의 인접한 내측벽면들에 걸쳐 형성된다.

게다가, 상기 마이크로 휜(51)의 Y방향의 돌출높이를 y1, 보조 마이크로 휜(52)의 Y방향의 돌출높이를 y2라고 할 때, 상기 y1＞y2이고, 상기 마이크로 휜(51)의 X방향의 돌출높이를 x1, 보조 마이크로 휜(52)의 X방향의 돌출높이를 x2라고 할 때, 상기 x1＞x2인 것이 바람직하다.

한편, 상기 마이크로 휜(51) 및 보조 마이크로 휜(52)의 위치는 도면에 도시된 것에 한정되지 않으며, 상기 보조 마이크로 휜(52)의 자유단(52a)은 통로부(33)의 대각선상에 있거나, 상기 대각선으로부터 벗어난 소정의 위치에 놓일 수 있다.

도 6에는 본 발명의 제4실시예에 따른 열교환기 튜브에 대한 부분 측단면도가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 보조 마이크로 휜(62)의 형상 및 위치는 전술한 제3실시예에 따른 보조 마이크로 휜(52)의 형상 및 위치와 상이하다.

즉, 한 쌍의 마이크로 휜(61)은 전술한 제3실시예에 따른 마이크로 휜(51)과 마찬가지로, 상호 대각선 방향으로 대향하는 교차부에 하나씩 형성되며, 한 쌍의 보조 마이크로 휜(62)은 나머지 교차부에 인접하게 형성되어 있다.

그리고, 상기 통로부(33)에 형성된 마이크로 휜(61) 및 보조 마이크로 휜(62)은, 통로부(33)의 대각선에 대하여 대칭을 이루는 것이 바람직하다.

상기 보조 마이크로 휜(62)에 있어서, 고정단(62b)은 통로부(33)의 내측벽의 평면상에 형성된다.

전술한 바와 같이, 각 실시예들에 따른 마이크로 휜(34,41,51,61) 및 보조 마이크로 휜(52,62)은 사공간을 활용하여 튜브 내의 통로부(33)의 교차부 또는 교차부에 인접한 내측벽의 평면상에 형성된다.

따라서, 열교환매체가 통로부(33)를 상기와 같이 형성된 마이크로 휜(34,41,51,61) 및 보조 마이크로 휜(52,62)들에 부딪쳐 난류상태로 흐르면서 외부공기와 열교환이 이루어지게 되며, 액상으로 변화된 열교환매체는 통로부(33)의 내측벽을 따라 원활하게 흐를 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기 튜브는, 열교환매체가 난류 상태로 흐르면서 외부공기와 보다 활발한 열교환하게 됨에 따라 열교환 성능을 높이게 되고, 이와 함께 튜브의 통로부에서 열교환매체가 흐르면서 액상으로 상변화된 후에도 그 흐름이 원활하게 될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 내부에 소정 공간이 형성된 본체와,

   상기 본체의 내부 공간에 열교환매체가 흐르는 다수의 통로부를 제공하기 위한 격벽, 및

   상기 통로부에는 인접한 내측벽면들이 교차하는 교차부들에 적어도 하나 이상의 마이크로 휜을 구비하며,

   상기 마이크로 휜에 있어서,

   자유단은 상기 통로부의 대각선상에 놓이도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로 휜에 있어서, 고정단은 인접한 내측벽면들에 걸쳐 형성되어 상기 고정단의 양측으로 각각 요부가 형성되며, 자유단은 적어도 하나의 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 통로부에 있어서,

   상기 마이크로 휜이 형성되지 않은 통로부의 교차부에는, 상기 마이크로 휜보다 돌출된 높이가 작은 보조 마이크로 휜을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 보조 마이크로 휜에 있어서, 고정단은 인접한 내측벽면들에 걸쳐 형성되어 상기 고정단의 양측으로 각각 요부가 형성되며, 자유단은 적어도 하나의 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 보조 마이크로 휜은,

   상기 통로부의 교차부에 인접한 내측벽의 평면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.

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