KR101326759B1

KR101326759B1 - 이중관식 열교환기

Info

Publication number: KR101326759B1
Application number: KR1020110010522A
Authority: KR
Inventors: 백영기; 조중원
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2013-11-07
Also published as: KR20120090218A

Abstract

본 발명은 이중관식 열교환기에 관한 것으로서, 벤딩 과정 시에 내부관의 변형을 최소화시킬 수 있도록 구성함으로써 내부관의 변형으로 인한 벤딩부의 외부유로 막힘현상을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이중관식 열교환기는, 내부유로가 형성된 내부관과, 내부관이 내부에 삽입 장착되어 내부관과의 사이에 외부유로가 형성된 외부관을 포함하는 이중관식 열교환기에 있어서, 내부관의 외면에 길이방향을 따라 나선홈을 형성하여 외부유로를 나선형상으로 형성하고, 나선홈은, 내부관의 길이방향을 따라 각기 다른 피치(Pitch)를 갖는다. 그리고 이중식 열교환기는, 벤딩부를 더 포함하며, 벤딩부에 대응되는 내부관의 벤딩부 구간이, 직선부 구간에 비해 나선홈의 피치가 조밀하게 구성된다.

Description

이중관식 열교환기{DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 이중관식 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 벤딩 과정 시에 내부관의 변형을 최소화시킬 수 있도록 구성함으로써, 내부관의 변형으로 인한 벤딩부의 외부유로 막힘현상을 방지할 수 있는 이중관식 열교환기에 관한 것이다.

공조장치는, 다수의 열교환기를 구비하고 있으며, 그 일례로서, 이중관식 열교환기가 있다.

이중관식 열교환기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부관(10)과 외부관(20)을 구비한다.

내부관(10)은, 내측의 내부유로(12)를 갖추고 있으며, 이 내부유로(12)에는 제 1유체가 도입되어 흐른다.

외부관(20)은, 내부관(10)의 외면 둘레에 설치된다. 특히, 내부관(10)과의 사이에 외부유로(30)가 형성되도록 설치되며, 이렇게 형성된 외부유로(30)에는 제 2유체가 도입되어 흐른다.

외부유로(30)로 도입된 제 2유체는, 내부유로(12)를 따라 흐르는 제 1유체와 서로 다른 온도를 갖는다. 따라서, 제 1유체와의 접촉할 시에 상기 제 1유체와 상호 열교환작용이 일어난다.

한편, 내부관(10)의 외주면에는 나선홈(14)이 형성되어 있다. 나선홈(14)은 내부관(10)의 표면적을 넓히고, 제 2유체의 흐름 시간을 연장시킨다. 따라서, 외부유로(30)를 따라 유동하는 제 2유체와 내부유로(12)를 따라 유동하는 제 1유체 간의 열교환효율을 높인다.

이러한 나선홈(14)은, 내부관(10)의 외주면을 전조롤러(도시하지 않음)로 가압하여 나선 형태의 홈을 각인(刻印)함에 따라 형성되는 것이 보통이다.

그런데, 이러한 종래의 이중관식 열교환기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 특정부분을 벤딩하는 과정에서, 특정부분의 외부유로(30)가 변형되어 막힐 우려가 있다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 제 2유체의 흐름이 원활하지 못하다는 문제점이 지적되고 있다.

즉, 이중관식 열교환기는, 설치되는 곳에 따라 벤딩이 필요한 경우가 있으며, 이러한 경우, 벤딩이 필요한 특정부분을 벤딩 가공한다. 그런데, 특정부분을 벤딩 가공하는 과정에서 특정부분(이하, "벤딩부(40)"라 칭함)의 안쪽부분에는 압축력이 작용하고 바깥쪽부분에는 인장력이 작용하며, 이러한 압축력과 인장력 때문에 내부관(10)과 외부관(20)이 변형되면서 외부유로(30)를 막히게 한다는 단점이 있다.

특히, 내부관(10)의 경우에는, 외측면의 나선홈(14)이 바깥쪽부분에 작용하는 인장력 때문에 곧게 펴지면서 도 3에 도시된 바와 같이, 외부관(20)의 내주면에 밀착된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 외부관(20)과의 사이에 존재하는 외부유로(30)가 막혀져 없어진다는 문제점이 있다.

그리고 이러한 문제점 때문에 제 2유체의 흐름이 원활하지 못하다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 제 2유체와 제 1유체와의 열교환효율이 떨어지고, 공조장치가 손상되는 결점이 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 벤딩 과정 시에 내부관의 변형을 최소화시킬 수 있도록 구성함으로써, 내부관의 변형으로 인한 벤딩부의 외부유로 막힘현상을 원천적으로 방지할 수 있는 이중관식 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 벤딩부의 외부유로 막힘현상을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 제 2유체의 흐름을 원활하게 유지시킬 수 있는 이중관식 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제 2유체의 흐름을 원활하게 유지시킬 수 있도록 구성함으로써, 제 1유체와 제 2유체간의 열효환효율을 증진시킬 수 있고, 공조장치의 손상을 방지할 수 있는 이중관식 열교환기를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 이중관식 열교환기는, 내부유로가 형성된 내부관과, 상기 내부관이 내부에 삽입 장착되어 상기 내부관과의 사이에 외부유로가 형성된 외부관을 포함하는 이중관식 열교환기에 있어서, 상기 내부관의 외면에 길이방향을 따라 나선홈을 형성하여 상기 외부유로를 나선형상으로 형성하고, 상기 나선홈은, 상기 내부관의 길이방향을 따라 각기 다른 피치(Pitch)를 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 벤딩부를 더 포함하며, 상기 벤딩부에 대응되는 상기 내부관의 벤딩부 구간이, 직선부 구간에 비해 나선홈의 피치가 조밀하게 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이중관식 열교환기에 의하면, 벤딩부에 대응되는 내부관의 나선홈 피치를 다른 부분에 비해 조밀하게 형성하는 구조이므로, 벤딩 시에 벤딩부에 대응되는 내부관의 변형을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 벤딩 시에 내부관의 변형을 최소화시키는 구조이므로, 벤딩 후에 내부관의 벤딩부에 형성된 나선홈이 본래의 형태를 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 내부관의 벤딩부에 형성된 나선홈이 일정한 형태를 유지할 수 있는 구조이므로, 종래와 같이 벤딩 가공시에 나선홈의 변형으로 인한 외부유로 막힘현상을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 나선홈의 변형으로 인한 외부유로 막힘현상을 원천적으로 방지할 수 있으므로, 제 2유체의 흐름을 원활하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 제 1유체와 제 2유체간의 열효환효율을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 벤딩부에 대응되는 내부관의 나선홈 피치를 다른 부분에 비해 조밀하게 형성하는 구조이므로, 내부관의 벤딩 가공 시에, 적은 힘으로도 내부관을 벤딩할 수 있다. 따라서, 내부관의 벤딩작업이 매우 쉽고 편리하여 내부관의 제조성과 생산성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 이중관식 열교환기를 나타내는 단면도,
도 2는 벤딩부를 갖는 종래의 이중관식 열교환기를 나타내는 단면도,
도 3은 종래의 이중관식 열교환기의 벤딩부를 나타내는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 이중관식 열교환기를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 이중관식 열교환기를 구성하는 내부관을 나타내는 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 이중관식 열교환기가 벤딩되었을 경우를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 이중관식 열교환기의 내부관에 나선홈을 가공하는 롤링가공장치를 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 이중관식 열교환기의 내부관에 나선홈을 가공하는 롤링가공장치를 나타내는 평면도이다.

이하, 본 발명에 따른 이중관식 열교환기의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).

먼저, 본 발명에 따른 이중관식 열교환기의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 4와 도 6을 참조하여 이중관식 열교환기에 대해 간략하게 살펴본다.

도 4를 참조하면, 이중관식 열교환기는, 내부관(10)과 외부관(20)을 구비한다.

내부관(10)은, 내부유로(12)를 갖추고 있으며, 이 내부유로(12)에는 제 1유체가 도입되어 흐른다.

그리고 내부관(10)의 외주면에는 나선홈(14)이 형성되어 있다. 나선홈(14)은 내부관(10)의 외주면을 따라 나선형으로 형성된다. 이러한 나선홈(14)은, 내부관(10)의 외주면을 전조롤러(도시하지 않음)로 가압하여 나선 형태의 홈을 각인함에 따라 형성된다.

외부관(20)은, 내부관(10)의 외면 둘레에 조립되며, 내부관(10)의 외주면과 협동하여 외부유로(30)를 형성한다. 특히, 내부관(10)의 나선홈(14)과 협동하여 나선형 외부유로(30)를 형성한다.

이렇게 형성된 나선형 외부유로(30)에는, 제 2유체가 도입되어 흐르는데, 이때, 나선형 외부유로(30)로 도입된 제 2유체는, 내부유로(12)를 따라 흐르는 제 1유체와 서로 다른 온도를 갖는다. 따라서, 제 1유체와의 접촉할 경우에 상기 제 1유체와 상호 열교환작용이 일어난다.

한편, 이중관식 열교환기는, 도 6에 도시된 바와 같이, 벤딩부(40)를 구비하기도 한다. 이러한 벤딩부(40)는, 서로 조립된 내부관(10)과 외부관(20)을 벤딩 가공함에 따라 형성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 이중관식 열교환기의 특징부를 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 이중관식 열교환기는, 내부관(10)의 구비하되, 상기 내부관(10)의 나선홈(14)은, 그 피치(Pitch)(P)가 부분별로 각기 다르도록 구성된다.

특히, 내부관(10)의 특정구간 중에, 벤딩이 요구되는 벤딩부 구간(ℓ)의 나선홈(14) 피치(P1)와, 직선부 구간(L)의 나선홈(14) 피치(P2)가 서로 다르도록 구성된다.

더욱 상세하게는, 벤딩이 요구되는 벤딩부 구간(ℓ)의 나선홈(14) 피치(P1)가, 직선부 구간(L)의 나선홈(14) 피치(P2)에 비해 상대적으로 작도록 구성된다. 따라서, 벤딩부 구간(ℓ)의 단위 길이당 나선홈(14) 개수가 상기 직선부 구간(L)의 단위 길이당 나선홈(14) 개수보다 많도록 구성한다.

이렇게 구성한 이유는, 벤딩부 구간(ℓ)의 나선홈(14) 피치(P1)를 작게 구성함으로써, 벤딩부 구간(ℓ)의 나선홈(14) 사이에 형성된 돌출부(16) 폭(W2)을, 직선부 구간(L)의 나선홈(14) 사이에 형성된 돌출부(16) 폭(W1)보다 작게 형성하기 위함이고, 이는, 벤딩부 구간(ℓ)의 돌출부(16)를 조밀하게 형성하기 위함이며, 이로써, 벤딩부 구간(ℓ)을 벤딩할 시에, 벤딩부 구간(ℓ)에 안쪽부분과 바깥쪽부분에 작용하는 압축력과 인장력에 효율좋게 대응할 수 있게 하기 위함이다.

특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 벤딩부 구간(ℓ)을 벤딩할 시에, 벤딩부 구간(ℓ)의 돌출부(16)가 외부관(20)의 내측면에 의해 평평하게 변형되는 것을 방지한다. 따라서, 내부관(10)이 벤딩되더라도 벤딩부(40)의 외측면에 형성된 나선홈(14)이 본래의 형태를 일정하게 유지할 수 있게 한다.

이로써, 내부관(10)이 벤딩되더라도 벤딩부(40)의 외부유로(30)가 나선 형상을 유지할 수 있게 한다. 그 결과, 종래의 기술과 같이, 벤딩 가공시에 나선홈(14)의 변형으로 인해 발생하는 벤딩부(40)의 외부유로(30) 막힘현상을 원천적으로 방지할 수 있다.

따라서, 벤딩부(40)에 대한 제 2유체의 흐름을 원활하게 유지시킬 수 있다. 이로써, 제 1유체와 제 2유체간의 열효환효율을 증진시킬 수 있고, 공조장치의 손상을 방지할 수 있게 된다.

이 밖에도, 벤딩부 구간(ℓ)의 나선홈(14) 피치(P1)가 작게 구성되면, 내부관(10)을 벤딩 가공할 시에, 적은 힘으로도 내부관(10)을 벤딩할 수 있다. 따라서, 내부관(10)의 벤딩작업이 매우 쉽고 편리하다. 이로써, 내부관(10)의 제조성이 향상되고, 내부관(10)의 생산성이 좋아진다.

한편, 내부관(10)의 나선홈(14)은, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 롤링가공장치(50)의 전조롤러(52) 각인에 의해 형성되므로, 내부관(10)에 대한 전조롤러(52)의 전조각도 또는 내부관(10)에 대한 전조롤러(52)의 회전속도를 조절하면 나선홈(14)의 피치(P1. P2)를 다양하게 조절할 수 있다.

참고로, 롤링가공장치(50)는, 다수의 전조롤러(52)를 구비하는 것으로, 상기 전조롤러(52)들이 내부관(10)의 둘레를 따라 원주방향으로 회전운동하면서 내부관(10)의 외주면을 가압한다. 따라서, 전조롤러(52)에 대응되는 나선홈(14)을 내부관(10)의 외주면에 각인시킨다.

한편, 도 6을 참조하면, 내부관(10)과 외부관(20)을 벤딩 가공할 시에, 내부관(10)의 벤딩부 구간(ℓ2)은, 외부관(20)의 벤딩부 구간(ℓ1)의 길이보다 작게 형성되는 것이 좋다.

더욱 바람직하게는, 내부관(10)의 벤딩부 구간(ℓ2)의 길이가, 외부관(20)의 벤딩부 구간(ℓ1)의 길이보다는 작고, 외부관(20)의 벤딩부 구간(ℓ1)의 절반길이보다는 크도록 형성되는 것이 좋다.{(0.5×ℓ1) < ℓ2 < ℓ1}.

이렇게 구성한 이유는, 내부관(10)의 벤딩부 구간(ℓ2) 길이가, 외부관(20)의 벤딩부 구간(ℓ1)보다는 작고, 외부관(20)의 벤딩부 구간(ℓ1)의 절반보다는 크게 형성될 경우에, 내부관(10)의 벤딩부 구간(ℓ2)이 변형되지 않고 본래의 형태를 일정하게 유지되면서 효율좋게 벤딩될 수 있기 때문이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10: 내부관 12: 내부유로
14: 나선홈 16: 돌출부
20: 외부관 30: 외부유로
40: 벤딩부
P1: 벤딩부 구간의 나선홈 피치(Pitch)
P2: 직선부 구간의 나선홈 피치(Pitch)
ℓ: 벤딩부 구간 L: 직선부 구간
ℓ1: 외부관의 벤딩부 구간 ℓ2: 내부관의 벤딩부 구간
W1: 직선부 구간의 돌출부 폭 W2: 벤딩부 구간의 돌출부 폭

Claims

내부유로(12)가 형성된 내부관(10)과, 상기 내부관(10)이 내부에 삽입 장착되어 상기 내부관(10)과의 사이에 외부유로(30)가 형성된 외부관(20)을 포함하는 이중관식 열교환기에 있어서,
상기 내부관(10)의 외면에 길이방향을 따라 나선홈(14)을 형성하여 상기 외부유로(30)를 나선형상으로 형성하고, 상기 나선홈(14)은, 상기 내부관(10)의 길이방향을 따라 각기 다른 피치(Pitch)(P1, P2)를 가지며,
상기 외부관(20) 및 내부관(10)은, 직선부(L)와 벤딩부(40)를 구비하고, 상기 벤딩부(40)에 대응되는 상기 내부관(10)의 벤딩부 구간(ℓ)의 나선홈(14) 피치가, 상기 직선부 구간(L)의 나선홈(14) 피치보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 나선홈(14) 사이에 돌출부(16)가 형성되고,
상기 벤딩부 구간(ℓ)의 돌출부(16) 폭(W2)은, 상기 직선부 구간(L)의 돌출부(16) 폭(W1)보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기.
제 1항에 있어서,
상기 내부관(10)의 벤딩부 구간(ℓ2)은, 상기 외부관(20)의 벤딩부 구간(ℓ1)의 길이보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기.
제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벤딩부 구간(ℓ)의 단위 길이당 나선홈(14) 개수가 상기 직선부 구간(L)의 단위 길이당 나선홈(14) 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기.