KR101315359B1 - 열교환기 - Google Patents

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heat exchanging
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홍익표
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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 본 발명은 열교환튜브를 헤더 파이프의 폭 방향에 대하여 일정각도 경사지게 연결하는 한편 연장리브와 통풍 가이드공이 형성됨으로써 헤더 파이프 내에서 냉매의 이동시 열교환 튜브와의 간섭을 최소화하여 헤더 파이프 내에서의 냉매 이동이 원활하게 이루어질 수 있으며, 열교환 핀의 간격이 일정하도록 간편하게 정렬함과 동시에 열교환 핀 및 튜브와 공기의 접촉면적 및 접촉시간을 늘려 열교환 효율을 증대시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
이를 위해 구성되는 본 발명에 따른 열교환기는 전방으로부터 후방으로 4개로 상호 밀착되는 두 쌍으로 설치되는 한편 최후방에 배치된 헤더 파이프의 일 측에 유입라인이 연결되고 최전방에 배치된 헤더 파이프의 전방 측에 배출라인이 연결되는 헤더 파이프; 'U'자 형으로 벤딩 형성되어 전후방향으로 이웃하는 각 한 쌍의 상기 헤더 파이프에 대하여 각 일면을 관통하여 일단 및 타단이 일정길이 삽입 고정되는 한편, 편평 튜브 타입으로 구비되어 상기 헤더 파이프의 일면에 대하여 수평으로부터 일정각도 경사지게 삽입 고정되는 열교환 튜브; 얇은 판 상으로 구비되어 상기 열교환 튜브에 삽입 고정되는 슬롯이 일정간격을 가지고 관통 형성되고, 상기 슬롯의 테두리에 일정두께를 가지는 연장리브가 돌출 형성되어 상기 열교환 튜브의 길이방향으로 일정간격을 가지도록 정렬 고정되는 열교환 핀; 및 상기 헤더 파이프 측과 상기 열교환 튜브의 'U'자 형의 벤딩부 측에 상기 열교환 핀의 설치를 마감 처리하여 복수 개가 일정간격을 가지고 정렬 고정된 상기 열교환 핀의 양측을 보호하는 보호마감판을 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

열교환기{Heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환튜브를 헤더 파이프의 폭 방향에 대하여 일정각도 경사지게 연결하는 한편 연장리브와 통풍 가이드공이 형성됨으로써 헤더 파이프 내에서 냉매의 이동시 열교환 튜브와의 간섭을 최소화하여 헤더 파이프 내에서의 냉매 이동이 원활하게 이루어질 수 있으며, 열교환 핀의 간격이 일정하도록 간편하게 정렬함과 동시에 열교환 핀 및 튜브와 공기의 접촉면적 및 접촉시간을 늘려 열교환 효율을 증대시킬 수 있도록 한 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 에어 컨디셔너, 냉장고, 자동차 냉방기 등의 장치는 열교환기를 포함하여 구성이 이루어지는데, 일반적인 열교환기는 헤더, 열교환튜브, 열교환 핀 및 배플 등의 구성요소를 포함하여 구성이 이루어진다.
도 1 은 종래의 일반적인 열교환기의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기(10)의 헤더(12)는 상하방향 또는 좌우방향 양측에 소정의 간격을 두고 상호 마주하는 형태로 설치가 되고, 양쪽에 위치된 헤더(12)가 상호 마주하는 측면 상에는 일정 간격을 두고 열교환 튜브(14)의 끝단이 접속된 상태로 접속이 되는 한편 열교환 튜브(14)와 열교환 튜브(14) 사이에는 박판의 금속이 지그재그 형태로 배열이 된 열교환 핀(16)이 설치된다. 전술한 열교환기(10)의 헤더(12), 열교환 튜브(14) 및 열교환 핀(16) 등의 구성요소는 열전도율이 우수하고 내식성이 우수한 알루미늄이나 동 등의 금속으로 이루어지는 것이 일반적이다.
그러나, 종래기술에 따른 열교환기의 경우에는 전술한 바와 같이 열교환 튜브와 열교환 튜브 사이에 열교환 핀이 지그재그 형태로 조밀하게 설치됨에 따라서 열교환 핀의 설치로 인한 제조원가의 상승뿐 아니라 제조공정이 복잡하게 이루어지는 등의 문제점이 있었다.
또한, 열교환 튜브가 헤더의 길이방향에 대하여 직교하여 헤더 내측으로 일정길이 삽입되도록 용접고정됨에 따라 헤더 내부에서 냉매가 열교환 튜브와 간섭되는 현상이 발생하며, 이에 따라 헤더 내에서 냉매의 이동이 원활하지 못하다는 문제가 있었다.
아울러, 열교환 튜브가 헤더의 길이방향에 대하여 직교하여 헤더 내측으로 일정길이 삽입되도록 용접고정됨에 따라 열교환 튜브와 공기의 접촉면적이 작으며 이로 인하여 열교환 튜브에 의한 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 열교환튜브를 헤더 파이프의 폭 방향에 대하여 일정각도 경사지게 연결함으로써 헤더 파이프 내에서 냉매의 이동시 열교환 튜브와의 간섭을 최소화하여 헤더 파이프 내에서의 냉매 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 열교환 핀의 슬롯 테두리에 연장리브를 형성함으로써 열교환 핀에 대하여 이웃하는 간격이 일정하도록 정렬함과 동시에 간편하게 설치할 수 있으며, 이에 따라 제조원가를 낮춤과 동시에 제조공정을 단순화할 수 있도록 함에 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 열교환 핀의 슬롯 사이에 통풍 가이드공이 형성됨으로써 열교환 핀 및 열교환 튜브와 공기의 접촉면적 및 접촉시간을 늘릴 수 있으며, 이에 따라 열교환 핀 및 열교환 튜브에 대한 열교환 효율을 현저히 증대시킬 수 있도록 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 열교환기는 전방으로부터 후방으로 4개로 상호 밀착되는 두 쌍의 헤더 파이프로 설치되는 한편 최후방에 배치된 헤더 파이프의 일 측에 유입라인이 연결되고 최전방에 배치된 헤더 파이프의 전방 측에 배출라인이 연결되는 헤더; 'U'자 형으로 벤딩 형성되어 전후방향으로 각 한 쌍의 이웃하는 상기 헤더 파이프에 대하여 각 일면을 관통하여 삽입고정되되 'U'자 형으로 벤딩되어 일단 및 타단이 일정길이 삽입 고정되는 한편, 편평 튜브 타입으로 구비되어 상기 헤더 파이프의 일면에 대하여 수평으로부터 일정각도 경사지게 삽입 고정되는 열교환 튜브; 얇은 판 상으로 구비되어 상기 열교환 튜브에 삽입 고정되는 슬롯이 일정간격을 가지고 관통 형성되고, 상기 슬롯의 테두리에 일정두께를 가지는 연장리브가 돌출 형성되어 상기 열교환 튜브의 길이방향으로 일정간격을 가지도록 정렬 고정되는 열교환 핀; 및 상기 헤더 측과 상기 열교환 튜브의 'U'자 형의 벤딩부 측에 상기 열교환 핀의 설치를 마감 처리하여 복수 개가 일정간격을 가지고 정렬 고정된 상기 열교환 핀의 양측을 보호하는 보호마감판을 포함하는 구성으로 이루어진다.
여기서, 상기 열교환 튜브는 상기 헤더 파이프의 일면에 대하여 수평으로부터 일정각도 경사지게 삽입 고정되되, 수평으로부터 일 방향으로 30도~60도 범위에서 선택적인 경사각을 가지고 경사지게 삽입 고정됨이 바람직하다.
또한, 상기 열교환 핀은 상하방향으로 이웃하는 상기 슬롯과 슬롯 사이에 통풍 가이드 공이 형성됨이 양호하다.
이때, 상기 통풍 가이드 공은 상기 슬롯의 길이방향과 대응되어 복수 개로 형성되는 한편, 상기 열교환 핀의 일 측면으로부터 수직으로 일정길이에 대하여 'ㄷ'자 형상으로 슬리팅되어 타 측면 방향으로 일정각도 절곡된 통풍 가이드 편에 의해 형성됨이 바람직하다.
더욱이, 상기 열교환 핀의 전후방향으로 이웃하는 상기 슬롯에서 전방 측 슬롯과 후방 측 슬롯의 각 상측 또는 하측에 형성되는 각 복수 개의 통풍 가이드 공은 상기 통풍 가이드 편을 상기 열교환 핀의 전후방향으로 대칭이 되도록 절곡하여 상호 대향되도록 형성됨이 양호하다.
본 발명에 따른 열교환기의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 열교환튜브를 헤더 파이프의 폭 방향에 대하여 일정각도 경사지게 연결함으로써 헤더 파이프 내에서 냉매의 이동시 열교환 튜브와의 간섭을 최소화하여 헤더 파이프 내에서의 냉매 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.
둘째, 열교환 핀의 슬롯 테두리에 연장리브를 형성함으로써 열교환 핀에 대하여 이웃하는 간격이 일정하도록 정렬함과 동시에 간편하게 설치할 수 있으며, 이에 따라 제조원가를 낮춤과 동시에 제조공정을 단순화할 수 있다.
셋째, 열교환 핀의 슬롯 사이에 통풍 가이드공이 형성됨으로써 열교환 핀 및 열교환 튜브와 공기의 접촉면적 및 접촉시간을 늘릴 수 있으며, 이에 따라 열교환 핀 및 열교환 튜브에 대한 열교환 효율을 현저히 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 열교환기를 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기를 나타낸 사시구성도.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기에서 냉매의 유로를 나타낸 평면구성도.
도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 열교환 핀을 나타낸 사시구성도.
도 5는 본 발명에 따른 열교환기의 열교환 핀에 대한 정렬구조를 나타낸 평단면구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열교환기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기를 나타낸 사시구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 열교환기에서 냉매의 유로를 나타낸 평면구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 열교환 핀을 나타낸 사시구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 열교환기의 열교환 핀에 대한 정렬구조를 나타낸 평단면구성도이다.
도 2 내지 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기(100)는 헤더(110), 열교환 튜브(130), 열교환 핀(150) 및 보호마감판(170)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 헤더(110)는 전방으로부터 후방으로 4개로 상호 밀착되는 두 쌍의 헤더 파이프(111, 112, 113, 114)로 설치되는 한편 최후방에 배치된 헤더 파이프(114)의 일 측에 유입라인(121)이 연결되고 최전방에 배치된 헤더 파이프(111)의 전방 측에 배출라인(125)이 연결되는 구성으로 이루어진다.
즉, 상기 헤더(110)는 전방으로부터 후방으로 4개의 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114)가 상호 밀착 구비되며, 특히 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114) 중 중앙부분의 헤더 파이프(112, 113)는 상호 밀착되는 면이 연통공(미부호)을 통하여 내부공간이 상호 연통되도록 밀착 구성됨이 바람직하다.
한편, 상기 열교환 튜브(130)는 상기 유입라인(114)을 통하여 유입되는 냉매가 최후방 측 헤더 파이프(114)로부터 순차적으로 최전방 측 헤더 파이프(111) 측으로 이동되도록 상기 각 헤더 파이프(111, 112, 113, 114)를 후방 측 한 쌍의 헤더 파이프(114와 113) 및 전방 측 한 쌍의 헤더 파이프(112와 111)에 대하여 연통되도록 각 일단 및 타단이 연결된다.
다시 말하면, 상기 열교환 튜브(130)는 'U'자 형으로 벤딩 형성되어 전후방향으로 각 한 쌍의 이웃하는 상기 헤더 파이프(111과 112, 113과 114)에 대하여 각 일면을 관통하여 삽입고정되되 'U'자 형으로 벤딩되어 일단 및 타단이 일정길이 삽입 고정되는 것이다.
이러한 상기 열교환 튜브(130)는 편평 튜브 타입으로 구비되되, 즉 냉매가 이동하는 유로가 분할 형성되도록 납작하게 형성된 폭 방향으로 복수 개의 격벽을 가지는 편평 튜브 타입으로 구비됨이 바람직하다.
더욱이, 상기와 같은 편평 튜브 타입으로 구비되는 상기 열교환 튜브(130)는 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114)의 일면에 대하여 수평으로부터 일정각도 경사지게 삽입 고정되되, 수평으로부터 일 방향으로 30도~60도 범위에서 선택적인 경사각(α)을 가지고 경사지게 삽입 고정됨이 바람직하다.
예컨대, 상기 열교환 튜브(130)는 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114)의 각 일면에 대하여 경사각(α)이 수평으로부터 일 방향으로 45도가 되도록 경사지게 삽입 고정될 수 있다.
이러한 경우, 종래의 헤더 파이프 길이방향과 직교하여 삽입 고정되어 열교환 튜브의 단부가 냉매의 흐름을 방해하던 것과 달리, 상기 열교환 튜브(130)가 경사각(α)을 가지고 45도 경사지게 삽입 고정됨으로써 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114) 내에 유동하는 냉매의 흐름이 더욱 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
한편, 상기 열교환 핀(150)은 얇은 판 상으로 구비되어 상기 열교환 튜브(130)에 삽입 고정되는 슬롯(151)이 상하 및 좌우 방향으로 일정간격을 가지고 관통 형성되고, 상기 슬롯(151)의 테두리에 일정두께를 가지는 연장리브(151a)가 돌출 형성되어 상기 열교환 튜브(130)의 길이방향으로 일정간격을 가지도록 정렬 고정된다.
즉, 상기 열교환 핀(150)의 상기 슬롯(151)은 상기 열교환 튜브(130)가 상기 헤더파이프(111, 112, 113, 114)의 각 일면에 삽입 고정되는 경사각(α)과 대응되어 일정각도 경사를 가지고 관통 형성되는 것이다.
이때, 상기 연장리브(151a)를 통하여 상기 열교환 핀(150)은 상기 열교환 튜브(130)의 길이방향으로 일정간격을 가지도록 고정 설치될 수 있으며, 이러한 고정설치는 브레이징에 의해 이루어짐이 바람직하다.
상기와 같은 상기 열교환 튜브(130)의 길이방향으로 일정간격을 가지도록 고정설치되는 상기 열교환 핀(150)은 상기 보호마감판(170)에 의해 최외측 열교환 핀(150)에 대한 고정 설치가 마감처리된다.
다시 말하면, 상기 보호마감판(170)은 상기 헤더(110) 측과 상기 열교환 튜브(130)의 'U'자 형의 벤딩부 측에 상기 열교환 핀(150)의 설치를 마감 처리하여 복수 개가 일정간격을 가지고 정렬 고정된 상기 열교환 핀(150)의 양측을 보호하도록 상기 열교환 튜브(130)의 길이방향 양단부에 고정 설치되는 것이다.
한편, 상술한 바와 같은 열교환 핀(150)은 상하방향으로 이웃하는 상기 슬롯(151)과 슬롯(151) 사이에 통풍 가이드 공(155)이 더 형성된다.
이때, 상기 통풍 가이드 공(155)은 상기 슬롯(151)의 길이방향과 대응되어 복수 개로 형성되는 한편, 상기 열교환 핀(150)의 일 측면으로부터 수직으로 일정길이에 대하여 'ㄷ'자 형상으로 슬리팅되어 타 측면 방향으로 일정각도 절곡된 통풍 가이드 편(156)에 의해 형성됨이 바람직하다.
더욱이, 상기 열교환 핀(150)의 전후방향으로 이웃하는 상기 슬롯(151)에서 전방 측 슬롯(151)과 후방 측 슬롯(151)의 각 상측 또는 하측에 형성되는 각 복수 개의 통풍 가이드 공(155)은 상기 통풍 가이드 편(156)을 상기 열교환 핀(150)의 전후방향으로 대칭이 되도록 절곡하여 상호 대향되도록 형성됨이 바람직하다.
이와 같이, 상기 각 복수 개의 통풍 가이드 공(155)이 상기 통풍 가이드 편(156)을 상기 열교환 핀(150)의 전후방향으로 대칭이 되도록 절곡하여 상호 대향되도록 형성됨으로써 상기 열교환 핀(130)이 일정간격을 가지고 정렬된 방향에 직교하는 방향으로 유입되는 공기가 와류 현상에 의해 상기 열교환 핀(130) 및 열교환 튜브(150)의 표면에 접촉되는 면적 및 접촉되는 시간을 증대시켜 열교환 효율을 현저히 증대시킬 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 열교환기는 상기 열교환 튜브(130)를 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114)의 폭 방향에 대하여 일정각도 경사지게 고정 설치함으로써 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114) 내에서 냉매의 이동시 열교환 튜브(130)의 삽입 고정된 단부와의 간섭을 최소화하여 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114) 내에서의 냉매 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 열교환 핀(150)의 슬롯(151) 테두리에 상기 연장리브(151a)를 형성함으로써 상기 열교환 핀(150)에 대하여 이웃하는 간격이 일정하도록 정렬함과 동시에 간편하게 설치할 수 있으며, 이에 따라 제조원가를 낮춤과 동시에 제조공정을 단순화할 수 있다.
더욱이, 상기 열교환 핀(150)의 슬롯(151) 사이에 통풍 가이드공(155)이 형성됨으로써 상기 열교환 핀(150) 및 열교환 튜브(130)와 공기의 접촉면적 및 접촉시간을 늘릴 수 있으며, 이에 따라 열교환 핀(150) 및 열교환 튜브(130)에 대한 열교환 효율을 현저히 증대시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 열교환기
110: 헤더 111, 112, 113, 114: 헤더 파이프
121: 유입라인 125: 배출라인
130: 열교환 튜브 150: 열교환 핀
151: 슬롯 151a: 연장리브
155: 통풍 가이드 공 156: 통풍 가이드 편
170: 보호마감판 α: 경사각

Claims (5)

  1. 전방으로부터 후방으로 4개로 상호 밀착되는 두 쌍의 헤더 파이프(111, 112, 113, 114)로 설치되는 한편 최후방에 배치된 헤더 파이프(114)의 일 측에 유입라인(121)이 연결되고 최전방에 배치된 헤더 파이프(111)의 전방 측에 배출라인(125)이 연결되는 헤더(110);
    'U'자 형으로 벤딩 형성되어 전후방향으로 각 한 쌍의 이웃하는 상기 헤더 파이프(111과 112, 113과 114)에 대하여 각 일면을 관통하여 삽입고정되되 'U'자 형으로 벤딩되어 일단 및 타단이 일정길이 삽입 고정되는 한편, 편평 튜브 타입으로 구비되어 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114)의 일면에 대하여 수평으로부터 일정각도 경사지게 삽입 고정되는 열교환 튜브(130);
    얇은 판 상으로 구비되어 상기 열교환 튜브(130)에 삽입 고정되는 슬롯(151)이 일정간격을 가지고 관통 형성되고, 상기 슬롯(151)의 테두리에 일정두께를 가지는 연장리브(151a)가 돌출 형성되어 상기 열교환 튜브(130)의 길이방향으로 일정간격을 가지도록 정렬 고정되는 열교환 핀(150); 및
    상기 헤더(110) 측과 상기 열교환 튜브(130)의 'U'자 형의 벤딩부 측에 상기 열교환 핀(150)의 설치를 마감 처리하여 복수 개가 일정간격을 가지고 정렬 고정된 상기 열교환 핀(150)의 양측을 보호하는 보호마감판(170)을 포함하여 이루어진 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환 튜브(130)는 상기 헤더 파이프(111, 112, 113, 114)의 일면에 대하여 수평으로부터 일정각도 경사지게 삽입 고정되되, 수평으로부터 일 방향으로 30도~60도 범위에서 선택적인 경사각(α)을 가지고 경사지게 삽입 고정됨을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열교환 핀(150)은 상하방향으로 이웃하는 상기 슬롯(151)과 슬롯(151) 사이에 통풍 가이드 공(155)이 형성됨을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 통풍 가이드 공(155)은 상기 슬롯(151)의 길이방향과 대응되어 복수 개로 형성되는 한편, 상기 열교환 핀(150)의 일 측면으로부터 수직으로 일정길이에 대하여 'ㄷ'자 형상으로 슬리팅되어 타 측면 방향으로 일정각도 절곡된 통풍 가이드 편(156)에 의해 형성됨을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환 핀(150)의 전후방향으로 이웃하는 상기 슬롯(151)에서 전방 측 슬롯(151)과 후방 측 슬롯(151)의 각 상측 또는 하측에 형성되는 각 복수 개의 통풍 가이드 공(155)은 상기 통풍 가이드 편(156)을 상기 열교환 핀(150)의 전후방향으로 대칭이 되도록 절곡하여 상호 대향되도록 형성됨을 특징으로 하는 열교환기.
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