KR101443862B1 - 열교환기의 튜브 및 이를 구비한 열교환기용 콘덴서 - Google Patents

Abstract

양단이 냉매를 순환하기 위한 헤더 파이프에 각각 연통되게 연결되는 튜브 몸체, 튜브 몸체의 좌측단에서 우측단으로 연통되도록 형성되며 그 공간 단면형상이 8각 형상을 갖는 복수의 제1유체통로 및, 제1유체통로의 상단 및 하단측에 위치되며 복수의 제1유체통로와 다른 단면형상으로 형성되는 제2유체통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브가 게시된다.

Description

열교환기의 튜브 및 이를 구비한 열교환기용 콘덴서{A CONDENCER OF HEAT EXCHANGER AND PARALLEL FLOW CONDENSER TUBE}

본 발명은 열교환기의 튜브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경량화 및 저비용으로 압력 및 효율이 우수한 열교환기의 튜브 및 이를 적용한 열교환기용 콘덴서에 관한 것이다.

일반적으로, 열교환기는 최적의 실용적인 면적과 방열성능을 발휘할 수 있도록 가장 얇은 코어, 경제적인 열교환기를 유지하는 것이 요구된다.

차량용 공기조화장치의 증발기나 콘덴서 또는 라디에이터 등과 같이 내부 순환 유체와 외부 공기를 열교환 시키는 열교환기에 있어서, 순환 유체 유로를 형성하는 튜브가 헤더 파이프들을 연결하도록 설치되고, 튜브를 통과하는 유체가 외부공기와의 열교환을 통해 열교환이 이루어지게 된다.

이를 위해 상기 튜브에는 헤더 파이프들 사이에서의 유체의 흐름을 안내하고 열교한을 위한 다수의 유체통로가 형성된다. 이러한 유체통로(H)는 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 사각 단면형상을 가지며, 복수 열로 이루어진 것이 일반적이다.

도 1은 공개실용신안 제20-2009-0002707호에 기재된 열교환기의 튜브(1)를 나타내 보인 것이다.

한편, 최근에는 열교환기에 사용되는 유체 즉, 냉매가 기존 R22가스에서 친환경 가스(R410A가스)로 변경되는 추세이다.

그런데 R410A가스를 사용시 R22 가스보다 사용압력이 높아지게 되는데, 이러한 점을 감안하여 튜브의 재질을 A1100 에서 A3102로 변경하여 제작하게 되었다. 그런데 이와 같이 튜브의 재질을 A3102로 변경하게 되면, 튜브의 제조비용이 대략 12% 이상 증가하는 문제점이 발생하였다.

또한, 튜브 재질을 A3103로 할 경우 강도가 높아서 압출이 힘들어 생산성이 떨어지고 생산이 쉽지 않은 문제점이 있습니다.

이를 위해 기존의 저렴한 재질인 A1100을 그대로 사용하면서도 높은 사용압력을 견딜 수 있도록 하는 구조를 가지는 열교환기의 튜브에 대한 개발이 절실한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 높은 압력에 견디면서 효율향상을 도모하고, 원가와 생산성을 향상시킬 수 있도록 개선된 열교환기용 튜브 및 이를 가지는 열교환기용 콘덴서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기의 튜브는, 양단이 냉매를 순환하기 위한 헤더 파이프에 각각 연통되게 연결되는 튜브 몸체; 상기 튜브 몸체의 좌측단에서 우측단으로 연통되도록 형성되며, 그 공간 단면형상이 8각 형상을 갖는 복수의 제1유체통로; 및 상기 제1유체통로의 상단 및 하단측에 위치되며, 상기 복수의 제1유체통로와 다른 단면형상으로 형성되는 제2유체통로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2유체통로의 단면형상은 반달형상으로 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1유체통로는 12개가 일렬로 일정 간격으로 형성되고, 상기 제2유체통로는 한 쌍이 서로 이격되고 그들 사이로 상기 복수의 제1유체통로가 위치하도록 형성되는 것이 좋다.

또한, 상기 제1유체통로는, 서로 마주하는 한 쌍의 수직면과; 서로 마주하는 한 쌍의 수평면과; 상기 수직면과 수평면을 서로 연결하는 2쌍의 경사면을 가지고, 상기 수직면들 간의 간격(b1)은 상기 수평면들 간의 간격(b2)에 비해 작게 형성되고, 상기 간격(b1)은 상기 수평면의 폭(b3)보다 3배 이상 4배 이하의 사이즈를 가지며, 상기 간격(b2)은 상기 폭(b3)에 비해 5배 이상의 사이즈를 가지도록 형성되는 것이 좋다.

또한, 상기 제2유체통로의 원호형의 내면으로부터 내부 공간 쪽으로 돌출되게 산이 형성된 것이 좋다.

본 발명의 열교환기용 튜브 및 이를 가지는 열교환기용 콘덴서에 따르면, 유체통로의 구조를 8각 도형의 단면구조로 형성함으로써, 1000 계열의 알루미늄 재질을 이용해서도 150kg/cm의 파열 강도를 가지는 튜브를 제공할 수 있다. 따라서, 저렴한 비용으로 파열 강도를 만족하는 열교환기의 튜브를 생산할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 열교환기를 나타내 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 나타내보인 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 열교환기의 튜브의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이다.
도 4는 도 3의 요부를 발췌하여 보인 도면이다.
도 5는 종래 튜브의 능력을 측정한 실험데이터이이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 튜브의 능력을 측정한 실험데이터이다.
도 7은 종래 3000 계열 알루미늄 튜브의 파괴압력을 측정한 실험데이터이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 1100 계열 알루미늄 튜브의 파괴압력 실험데이터를 나타낸 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 열교환기용 콘덴서를 자세히 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 튜브(10)가 적용된 열교환기(100)는 열교환기의 튜브(10)와, 열교환기의 튜브(10)에 연결되는 헤더 파이프(50,60)를 구비한다.

상기 열교환기의 튜브(10)는 튜브 몸체(20)와, 튜브 몸체(20)의 양단을 서로 관통하도록 형성되는 다수의 제1유체통로(30) 및 제2유체통로(40)를 구비한다.

여기서 튜브 몸체(20)는 대략 사각 프레임 형태를 가지며, 상단(21)과 하단(22)은 라운드진 형상을 가진다. 그리고 튜브 몸체(20)의 좌측단 및 우측 단부는 헤더 파이프(50,60)에 연결되어 냉매를 순환하도록 한다.

상기 튜브 몸체(20)의 좌측단 및 우측단부 각각으로 관통하도록 상기 제1 및 제2유체통로(30,40)가 복수 일정 간격으로 형성된다.

여기서 상기 제1유체통로(30)는 12개가 일정한 간격(a1)으로 형성되며, 서로 이격되어 최외측에 위치한 한 쌍의 제2유체통로(40) 사이에 직렬로 배치된다. 이러한 제1유체통로(30)는 공간의 단면형상이 8각형 구조를 가진다. 그리고 제1유체통로(30)와 제2유체통로(40) 사이의 간격(a2)은 상기 간격(a1)보다 넓게 형성된다.

제1유체통로(30)는 구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 마주하는 한 쌍이 수직면(31)과, 서로 마주하는 한 쌍의 수평면(32)과, 수직면(31)과 수평면(32)을 서로 연결하는 2쌍의 경사면(33,34)을 가진다.

여기서 수직면들(31) 간의 간격(b1)이 수평면들(32) 간의 간격(b2)에 비해 작게 형성된다. 그리고 상기 간격(b1)은 수평면(32)의 폭(b3)보다 3배 이상 4배 이하의 사이즈를 가지며, 상기 간격(b2)은 상기 폭(b3)에 비해 5배 이상의 사이즈를 가지도록 형성된다.

그리고 상기 경사면들(33,34) 각각의 상단과 하단 간의 높이(b4)는 상기 폭(b3)과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 제1유체통로(30) 간의 간격(a1)은 상기 폭(b3)보다 크고, 상기 간격(b1)보다는 작게 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 제1유체통로(30)를 12개를 일정한 간격(a1)으로 형성하되, 그 경로의 단면구조가 8각 형상을 갖도록 형성함으로써, 제1유체통로(30)를 통과하는 냉매의 사용압력을 견디고 파열되는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 종래에는 사각 단면형상을 가지는 유체통로의 모서리부분에서 냉매의 압력을 이기지 못하고 모서리부분부터 파열이 발생하였으나, 본 발명과 같이 8각 구조 즉, 다이아몬드 단면구조를 가지도록 제1유체통로(30)를 형성함으로써, 기존 1000 계열 알루미늄 합금을 이용하여 튜브를 제작하더라도 고강도 성능을 유지하여 압력을 견지고 파열을 방지할 수 있게 된다.

또한, 제2유체통로(40)는 그 단면구조가 소위 반달형상을 가지도록 형성됨으로써, 냉매압력에 의한 파열 가능성을 낮추고, 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제2유체통로(40)의 원호형의 내면(42)으로부터 내부 공간 쪽으로 돌출되게 산(41)을 형성시킴으로써, 원호형 내면(42)에 집중될 수 있는 압력을 분산시켜서 압력에 대한 강도를 향상시키고 파열을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 원호형 내면(42)은 튜브 몸체(20)의 상단(21)과 하단(22)의 원호형상과 동심원을 이루되, 그 반경만 다르도록 형성됨으로써, 상단(21) 및 하단(22) 측으로의 압력분포가 균일하게 분산되도록 하여 파열을 방지할 수 있다.

또한, 제2유체통로(40)의 폭(c1)은 제1유체통로(30)의 간격(b1)보다 크게 형성되고, 높이(c2)는 상기 간격(b2)과 동일하게 형성된다. 상기 산(41)의 높이(c3)는 상기 폭(b3)과 동일하게 형성되는 것이 좋다.

한편, 아래의 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 튜브(10)를 A1100 계열 재질로 제작하여 파괴압력을 실험한 실험예와, 종래의 사각 단면구조를 가지는 종래의 튜브를 A1100 계열 재질 및 A3102계열 재질로 각각 제작하여 파괴압력 및 능력(Capacity) 비교예1 및 2를 서로 비교해 보인 실험측정값을 나타내 보인 것이다.

구분	재질	요구압력(㎏/㎠)	시험압력(㎏/㎠)	능력(Capacity)
비교예1	A1100	120 이상	120∼150
비교예2	A3102	170이상	150∼170	6,860.08
실험예	A1100	120 이상	186.8	6,962.56

파괴압력에 요구되는 압력은 R22 냉매의 경우 120㎏/㎠ 이상, R410 냉매의 경우 150㎏/㎠ 이상 요구되는데, 상기 실험예에서도 알 수 있듯이. 종래의 1100 계열 알루미늄의 튜브는 120∼150㎏/㎠의 압력이 측정되었으며, 3000 계열의 알루미늄의 튜브는 150∼170㎏/㎠ 정도의 압력이 측정되었으며, 1100 계열의 알루미늄으로 제작된 실험예의 튜브는 186.8㎏/㎠로 3000 계열에서도 나올 수 없는 압력값이 나온 것을 확인할 수 있습니다.

또한, 능력측정 결과를 보더라도, 종래의 3000 계열 알루미늄 튜브는 평균능력(Average Capacity)은 6,860.08인데 반하여, 1100 계열 알루미늄 재질의 실험예에 따른 튜브는 펴균능력이 6,962.5571로 서응이 1.5% 향상되었음을 알 수 있습니다.

즉, 본 발명의 구조를 가지는 튜브를 1100 계열 알루니늄으로 제작하더라도, 3000 계열 알루미늄으로 제작된 종래의 튜브보다 능력 및 파괴압력이 모두 향상되었음을 알 수 있습니다.

한편, 상기 열교환기의 콘덴서 튜브의 파괴압력 실험과 능력실험을 실시할 수 있는 기관은 현재 국내에서는 인천대학교와 부산대한교 2곳이 있으며, 상기 실험은 인천대학교에 의뢰하여 실험한 결과데이터로서 그 구체적인 실험정보는 도 5 내지 도 8에 각각 나타나 있다. 즉, 도 5는 종래 튜브의 능력을 측정한 실험데이터이고, 도 6은 상기 비교예에 대한 실험데이터를 나타낸다. 그리고 도 7은 종래 3000 계열 알루미늄 튜브의 파괴압력을 측정한 것이고, 도 8은 1100 계열 알루미늄 튜브(실험예)의 파괴압력 실험데이터를 나타낸 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 튜브(10)는 제1유체통로(30)의 단면구조를 8각 형상 즉, 대략 다이아몬드 구조로 형성하고, 제2유체통로(40)를 반달형상의 단면구조로 형성하되, 총 14개의 홀 구조로 형성함으로써, 친환경 냉매(R410A가스)를 이용하더라도 기존의 1000 계열 알루미늄을 이용하여 제작하더라도 열교환 효율을 높이면서도 냉매의 사용압력을 충분히 견뎌서 파열을 방지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 부품 단가적인 측면에서 냉매(R22, R410A)에 따라 튜브(tube)를 달리하여 조립시 혼입조립의 가능성이 있었으나, 단가적인 측면이 동일함으로 냉매에 상관없이 튜브를 통일할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10..열교환기의 튜브 20..튜브 몸체
30,40..제1, 제2유체통로 50,60..헤더 파이프
100..열교환기용 콘덴서

Claims (6)

1. 양단이 냉매를 순환하기 위한 헤더 파이프에 각각 연통되게 연결되는 튜브 몸체;
   상기 튜브 몸체의 좌측단에서 우측단으로 연통되도록 형성되며, 그 공간 단면형상이 8각 형상을 갖는 복수의 제1유체통로; 및
   상기 제1유체통로의 상단 및 하단측에 위치되며, 상기 복수의 제1유체통로와 다른 단면형상으로 형성되는 제2유체통로;를 포함하며,
   상기 제2유체통로의 단면형상은 반달형상으로 형성되고,
   상기 제1유체통로는 12개가 일렬로 일정 간격으로 형성되고, 상기 제2유체통로는 한 쌍이 서로 이격되고 그들 사이로 상기 복수의 제1유체통로가 위치하도록 형성되며,
   상기 제1유체통로는,
   서로 마주하는 한 쌍의 수직면과;
   서로 마주하는 한 쌍의 수평면과;
   상기 수직면과 수평면을 서로 연결하는 2쌍의 경사면을 가지고,
   상기 수직면들 간의 간격(b1)은 상기 수평면들 간의 간격(b2)에 비해 작게 형성되고, 상기 간격(b1)은 상기 수평면의 폭(b3)보다 3배 이상 4배 이하의 사이즈를 가지며, 상기 간격(b2)은 상기 폭(b3)에 비해 5배 이상의 사이즈를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2유체통로의 원호형의 내면으로부터 내부 공간 쪽으로 돌출되게 산이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기의 튜브.
6. 제1항 또는 제5항의 열교환기의 튜브; 및
   상기 열교환기의 튜브의 좌측단 및 우측단 각각이 연통되게 연결되는 한 쌍의 헤더 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교관기용 콘덴서.

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