KR101897385B1 - 만곡형 열교환기 - Google Patents

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Abstract

만곡형 열교환기(10)는 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102); 양단이 각각 제1 헤더 파이프(101) 및 제2 헤더 파이프(102)와 서로 연결되고 이들의 축 방향을 따라 서로 이격되게 설치된 다수의 편평 관(103); 및 인접한 편평 관(103) 사이에 설치되고, 편평 관(103)의 길이 방향을 따라 웨이브 형태로 형성되어 연장된 핀(104)을 포함하되, 핀(104)의 두께가 FT이고, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경 중 더 큰 외경이 OD이며 더 큰 벽 두께는 T이며, 편평 관(103)의 폭은 W이며, 핀(104)의 원호 반경이 FR이며, 핀(104)의 높이가 FH이며, 여기서 0.01≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤9이다.

Description

만곡형 열교환기{BENDED HEAT EXCHANGER }
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 특히 만곡형 평행 흐름 열교환기에 관한 것이다.
열교환기, 예를 들어 평행 흐름(parallel-flow) 열교환기(예를 들어 멀티 채널 열교환기)는 냉방시스템에 널리 사용되고 있다. 일부 응용의 경우 열교환기를 만곡시켜야 하는바, 즉 열교환기의 헤더 파이프를 만곡 시켜야 한다. 그런데, 열교환기를 헤더 파이프의 길이 방향을 따라 만곡 시키는 경우, 만곡이 적절하지 않으면 열교환기의 열교환 기능에 불리한 영향을 가져올 수 있거나 또는 응용 요구에 도달할 수 없게 되므로, 휨형 열교환기에 대한 개선의 요구가 있다.
본 출원은 발명인이 이하 사실과 문제점에 대한 발견을 기반으로 하여 제출한 것이다.
열교환기를 헤더 파이프의 길이 방향을 따라 만곡 시키는 경우, 만곡 반경이 너무 크고 열교환기의 장착 공간이 제한적이면 응용 요구를 만족시킬 수 없다. 만곡 반경이 너무 작으면, 열교환기의 편평 관이 변형되고 핀의 찢어짐을 조성하여 열교환 효율에 영향을 미침으로써 기능이 떨어지고 심지어 편평 관의 누설, 열교환기의 폐기를 초래할 수 있다. 또한, 헤더 파이프의 지나친 누름 변형은 헤더 파이프내 냉매의 압력 손실을 증가시키고, 열교환기의 기능을 떨어뜨린다. 따라서, 발명자는 만곡 파라미터의 제어가 만곡형 열교환기의 기능, 신뢰성 및 설치 응용의 편리성에 영향을 주는 요인임을 알게 되었다.
이를 위하여, 본 발명의 목적은 헤더 파이프, 편평 관 및 핀의 구조 파라미터 설계와, 헤더 파이프의 만곡 반경을 제어하는 것을 통하여 열교환기가 헤더 파이프를 따라 만곡 시 만곡 외측의 핀이 찢어지지 않도록 하며, 만곡 후의 헤더 파이프의 변형도 작으며 충분한 파열 강도를 구비하는 것을 구현할 수 있는 만곡형 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기는 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프, 다수의 편평 관, 및 핀을 포함하며, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프 각각은 적어도 하나의 만곡 구간 및 만곡 구간과 인접하는 직선 구간을 가지며, 상기 제1 헤더 파이프의 만곡 구간과 상기 제2 헤더 파이프의 만곡 구간은 서로 대응된다. 상기 편평 관의 양단은 각각 상기 제1 헤더 파이프 및 제2 헤더 파이프와 서로 연결되고, 다수의 상기 편평 관은 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 축 방향을 따라 서로 이격되게 설치되며, 상기 핀은 인접한 편평 관들 사이에 설치되고, 상기 편평 관의 길이 방향을 따라 웨이브 형태로 연장되며, 상기 핀은 평평하고 똑바른 구간 및 평평하고 똑바른 구간들 사이에 연결된 원호 구간을 포함한다. 상기 핀의 두께는 FT이고, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프는 서로 다른 외경을 가지며, 여기서 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 외경 중 더 큰 외경은 OD이다. 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프는 서로 다른 벽 두께를 가지며, 여기서 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 벽 두께 중 더 큰 벽 두께는 T이다. 상기 편평 관의 폭은 W이고, 상기 핀의 원호 반경은 FR이며, 상기 핀의 높이는 FH이며, 여기서 0.01≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤9이다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 만곡형 열교환기는 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프, 다수의 편평 관, 및 핀을 포함하며, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프 각각은 적어도 하나의 만곡 구간 및 만곡 구간과 인접하는 직선 구간을 가지며, 상기 제1 헤더 파이프의 만곡 구간과 상기 제2 헤더 파이프의 만곡 구간은 서로 대응된다. 상기 편평 관의 양단은 각각 상기 제1 헤더 파이프 및 제2 헤더 파이프와 서로 연결되고, 다수의 상기 편평 관은 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 축 방향을 따라 서로 이격되게 설치된다. 상기 핀은 인접한 편평 관들 사이에 설치되고, 상기 핀은 상기 편평 관의 길이 방향을 따라 웨이브 형태로 연장되며, 상기 핀은 평평하고 똑바른 구간 및 평평하고 똑바른 구간들 사이에 연결된 원호 구간을 포함하는 핀을 포함한다. 상기 핀의 두께는 FT이고, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프는 서로 같은 외경을 가지며, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 외경은 OD이다. 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프는 서로 같은 벽 두께를 가지며, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 벽 두께는 T이다. 상기 편평 관의 폭은 W이고, 상기 핀의 원호 반경은 FR이며, 상기 핀의 높이는 FH이며, 여기서 0.01≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤9이다.
핀의 두께 FT, 핀 꼭대기의 원호각 FR 및 핀의 높이 FH는 만곡 시의 핀의 인장에 대해 뚜렷한 인장 응력을 발생시킨다. 상기 인장 응력을 Sfin으로 설정하고, Sfin이 핀과 편평 관의 용접 부위의 항복강도 σs를 초과하면, 핀은 쉽게 편평 관과 분리되며, 심지어 핀이 파열된다. 한편, 헤더 파이프의 벽 두께 T 및 외경 OD는 만곡 시 현저한 만곡 응력을 발생시킨다. 만곡 응력을 Shd로 설정하고, Shd가 헤더 파이프의 항장력 σs를 초과하면, 헤더 파이프는 실효되며 일정한 압력 조건하에서 실효된다.
서로 다른 만곡 반경 조건하에서의 실험을 통하여, 서로 다른 만곡 반경 R의 응용 조건하에서, 핀 상의 상대적 응력 Sfin/σs와 헤더 파이프 상의 상대적 인장 응력 Shd/σb는 핀과 헤더 파이프의 복합 파라미터 (100×FT×FR×T)/(FH×OD)와 일정한 변화 관계가 있음을 발견하였다. 여기서, 핀 상의 상대적 응력 Sfin/σs는 상기 복합 파라미터가 증가함에 따라 감소하고, 0에 가깝도록 감소한 상황에서 신속히 상승하며, 만곡 반경 R이 증가함에 따라 보편적으로 감소한다. 헤더 파이프 상의 상대적 인장 응력 Shd/σb는 상기 복합 파라미터가 증가함에 따라 먼저 감소하고(헤더 파이프의 상대적 벽 두께가 비교적 얇으면 강도가 충분하지 않음), 그 다음 점차적으로 상승한다(헤더 파이프의 상대적 벽 두께가 비교적 두꺼우면 만곡의 변형 응력이 증가한다).
실제 만곡 과정에서, 에어컨의 전통적인 구리파이프 핀형 열교환기는 통상적으로 만곡 반경 R이 50mm 이상이다. 만곡 강도가 실효되는 것을 야기하지 않도록 상대적 응력 Sfin/σs와 상대적 인장 응력 Shd/σb가 1 보다 작아야 하는 경우하에, 복합 파라미터 (100×FT×FR×T)/(FH×OD)의 하한값을 0.01로, 상한값을 9로 각각 확정한다. 상기 범위의 확정을 통하여, 미세채널 열교환기는 헤더 파이프 만곡 시 뚜렷한 핀의 찢어짐, 헤더 파이프의 변형 실효 또는 파열 실효(burst failure)가 발생하지 않는다.
0.01≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤9의 관계를 만족 할 때, 상기 만곡형 열교환기를 상기 제1 헤더 파이프와 상기 제2 헤더 파이프의 길이 방향을 따라 만곡 시킨 후, 상기 핀에 찢어지지 않고 상기 편평 관이 변형되지 않도록 확보할 수 있으며, 코어가 충분한 파열 강도를 갖도록 확보할 수 있다. 또한, 상기 만곡형 열교환기의 열교환 기능의 변화를 (만곡형 열교환기의 만곡 전에 비해)4% 이내로 제한할 수 있으며, 뚜렷한 차징 불균형이 발생하지 않으며, 상기 만곡형 열교환기의 냉각수 배수 기능도 최적화할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기는 구조가 합리하고, 구조가 안정적이며, 열교환 효율이 높으며, 열교환 기능이 좋으며, 신뢰성이 높으며, 장착 응용이 편리하며, 배수 기능이 좋은 등 장점이 있다.
이 외에, 본 발명의 상기 실시예에 따른 만곡형 열교환기는 아래와 같은 추가적인 기술적 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 0.0004≤(FT×FR)/(FH×OD)≤0.59이다. 이로써 상기 핀이 찢어지지 않고 상기 편평 관이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 만곡형 열교환기의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 0.02≤(FT×FR)/FH≤6이다. 이로써 상기 핀이 찢어지지 않고 상기 편평 관이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 만곡형 열교환기의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 0.002≤FT/FH≤0.04이다. 이로써 상기 핀이 찢어지지 않고 상기 편평 관이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 만곡형 열교환기의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 0.0061≤FR/FH≤0.6이다. 이로써 상기 핀이 찢어지지 않고 상기 편평 관이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 만곡형 열교환기의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 0.04≤T/OD≤0.25이다. 이로써 상기 핀이 찢어지지 않고 상기 편평 관이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 만곡형 열교환기의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 0.0005≤FT/OD≤0.015이다. 이로써 상기 핀이 찢어지지 않고 상기 편평 관이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 만곡형 열교환기의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 0.0016≤FR/OD≤0.4이다. 이로써 상기 핀이 찢어지지 않고 상기 편평 관이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 만곡형 열교환기의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 0.05≤FH/OD≤2이다. 이로써 상기 핀이 찢어지지 않고 상기 편평 관이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 만곡형 열교환기의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 만곡형 열교환기는 C형 또는 L형이다.
본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기는 구조가 합리하고, 구조가 안정적이며, 열교환 효율이 높으며, 열교환 기능이 좋으며, 신뢰성이 높으며, 장착 응용이 편리하며, 배수 기능이 좋은 등 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기의 만곡 전의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기의 만곡 후 헤더 파이프(header pipe)의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기의 헤더 파이프와 편평 관의 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기의 핀의 개략도이다.
도 6은 서로 다른 만곡 반경하에서, 핀 상의 상대적 응력 및 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프 상의 상대적 인장 응력과 복합 파라미터의 관계 곡선이다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면을 참고하여 설명한 실시예는 예시적인 것으로 그 목적은 본 발명을 해석하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것으로 이해해서는 안된다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기(10)를 설명한다. 도 1 내지 도 5에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기(10)는 제1 헤더 파이프(101), 제2 헤더 파이프(102), 핀(104)과 다수의 편평 관(103)을 포함한다.
제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102) 각각은 적어도 하나의 만곡 구간(1011) 및 만곡 구간(1011)과 인접하는 직선 구간(1012)을 구비한다. 제1 헤더 파이프(101)의 만곡 구간(1011)과 제2 헤더 파이프(102)의 만곡 구간(1011)은 서로 대응된다. 편평 관(103)의 양단은 각각 제1 헤더 파이프(101) 및 제2 헤더 파이프(102)와 연결되며, 다수의 편평 관(103)은 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 축 방향을 따라 서로 이격되게 설치된다. 핀(104)은 서로 인접한 편평 관(103)들 사이에 설치되고, 핀(104)은 편평 관(103)의 길이 방향을 따라 웨이브 형태로 형성되어 연장되며, 핀(104)은 평평하고 똑바른 구간(1041) 및 평평하고 똑바른 구간(1041)들 사이에 연결된 원호 구간(1042)을 포함한다.
여기서, 핀(104)의 두께는 FT이고, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)는 서로 다른 외경을 가지고, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경 중 더 큰 외경은 OD일 수 있다. 선택적으로, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)는 동일한 외경을 가지고 양자의 외경은 모두 OD일 수 있다.
제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)는 서로 다른 벽 두께를 가지고 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 벽 두께 중 더 큰 벽 두께는 T일 수 있다. 선택적으로, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)는 동일한 벽 두께를 가지고 양자의 벽 두께는 모두 T일 수 있다. 편평 관(103)의 폭은 W이고, 핀(104)의 원호 반경은 FR이며, 핀(104)의 높이는 FH이며, 여기서 0.01≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤9이다.
이해할 수 있는 바로는, 상기와 같이 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)는 동일한 외경 OD를 가질 수 있으며, 서로 다른 외경을 가질 수도 있다. 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)가 서로 다른 외경을 가지는 경우, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경 중 더 큰 외경은 OD이다. 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)는 동일한 벽 두께 T를 가지며, 서로 다른 벽 두께를 가질 수도 있다. 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)가 서로 다른 벽 두께를 가지는 경우, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 벽 두께 중 더 큰 벽 두께는 T이다. 본 출원 발명자의 발견에 따르면, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)가 서로 다른 외경과 벽 두께를 가지는 경우, 외경이 비교적 크고 및/또는 벽 두께가 더 큰 헤더 파이프는 상대적으로 만곡이 어려우며, 만곡의 영향을 뚜렷하게 받는다. 물론 본 발명의 실시예에서, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)는 동일한 외경과 벽 두께를 가질 수 있으며, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)가 동일한 외경 및/또는 벽 두께를 가지는 경우, 외경 OD는 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102) 중 어느 하나의 헤더 파이프의 외경일 수 있으며, 벽 두께 T는 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102) 중 어느 하나의 벽 두께일 수 있다.
발명자의 심도깊은 연구와 창의적인 노동을 거쳐 아래 사실을 발견했다.
코어의 두께(편평 관(103)의 폭 W)를 확정한 후, 만곡 반경 R를 감소시키면 전체 코어의 파열 강도가 떨어진다. 따라서 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 벽 두께를 증가시키거나(제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경은 변하지 않음) 또는 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경을 감소시켜야만(제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 벽 두께는 변하지 않음) 강도 요구를 만족시킬 수 있다. 그러나, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 벽 두께를 증가시키면 비용이 증가할 뿐만 아니라, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 내부 용적이 감소하는 것을 초래한다. 그리고, 실외측에서 만곡형 열교환기(10)를 사용하는 열펌프 시스템에는 실내기 내부 용적과의 뚜렷한 차이가 있으며, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 내부 용적이 감소하면 설비 세트는 냉방과 난방 작업 상황에서 차징(charging) 기능의 불균형이 발생할 수 있다.
한편, 핀(104)의 설계에 있어서, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)가 만곡된 후, 핀(104)의 꼭대기의 원호는 만곡 후 인장이 발생할 수 있으므로, 핀(104)의 꼭대기의 원호 반경이 클수록 더 많은 인장이 발생할 수 있으며, 이에 따라 더 큰 만곡 응력에 견뎌 내어 핀(104)의 과도한 인장으로 인해 용접 위치에 찢어짐이 발생하는 것을 피할 수 있다. 그러나, 지나치게 큰 원호 반경은 냉각수가 표면장력의 작용으로 인해 원호 위치에 쌓여, 핀(104) 밖으로 유동하여 배출것이 쉽지 않다. 그리고 핀(104)의 꼭대기의 원호 반경이 증가하면, 핀(104)을 용접한 후 내려앉는 위험성도 증가한다.
핀(104)의 강도와 핀(104)의 두께가 정비례하는 것에 있어서, 비교적 두꺼운 핀(104)은 더 큰 만곡 응력에 저항하기에, 만곡된 편평 관(103)은 쉽게 웨이브형 변형이 발생하지 않는다. 그러나 핀(104) 두께의 증가는 만곡형 열교환기(10)의 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 통풍 저항력이 증가하여 설비세트 기능이 감퇴될 수 있다.
핀(104)의 높이도 마찬가지로 만곡 기능에 영향을 주며, 핀(104)의 높이가 지나치게 높고, 편평 관(103)의 간격이 클수록, 단위 길이에서 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)에 대한 지지력은 더욱 작으며, 만곡된 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)가 더욱 쉽게 변형된다. 핀(104)의 높이가 낮을수록 통풍 저항력은 더욱 커진다.
핀(104)의 두께 FT, 핀(104)의 꼭대기의 원호각 FR 및 핀(104)의 높이 FH는 만곡 시 핀(104)의 인장에 대해 뚜렷한 인장 응력을 발생시킨다. 상기 인장 응력을 Sfin으로 설정하고, Sfin이 핀(104)과 편평 관(103)의 용접 부위의 항복강도 σs를 초과할 때, 핀(104)은 편평 관(103)과 쉽게 분리되며, 심지어 핀(104)이 파열된다. 한편, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 벽 두께 T 및 외경 OD는 만곡 시 현저한 만곡 응력을 발생시킨다. 만곡 응력을 Shd로 설정하고, Shd가 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 항장력 σb를 초과할 때, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)는 실효되며 일정한 압력조건하에서 실효된다.
서로 다른 만곡 반경 R의 조건하에서의 실험을 통하여, 서로 다른 만곡 반경 R의 응용 조건하에서, 핀(104) 상의 상대적 응력 Sfin/σs 및 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102) 상의 상대적 인장 응력 Shd/σb는 핀(104), 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 복합 파라미터 (100×FT×FR×T)/(FH×OD)와 일정한 변화 관계가 있음을 발견하였다. 도 6에서 도시하는 바와 같이, 핀(104) 상의 상대적 응력 Sfin/σs는 상기 복합 파라미터가 증가함에 따라 감소하고, 0에 가깝도록 감소한 상황에서 신속히 상승하며, 만곡 반경 R이 증가함에 따라 보편적으로 감소한다. 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102) 상의 상대적 인장 응력 Shd/σb는 상기 복합 파라미터가 증가함에 따라 먼저 감소하고(제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 상대적 벽 두께가 비교적 얇으면 강도가 충분하지 않음), 그 다음 점차적으로 상승한다(제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 상대적 벽 두께가 비교적 두꺼우면 만곡의 변형 응력이 증가함).
실제 만곡 과정에서, 에어컨의 전통적인 구리파이프 핀형 열교환기는 통상적으로 만곡 반경 R이 50mm 이상이다. 만곡 강도가 실효되는 것을 야기하지 않도록 상대적 응력 Sfin/σs와 상대적 인장 응력 Shd/σb가 1 보다 작아야 하는 경우하에, 복합 파라미터 (100×FT×FR×T)/(FH×OD)의 하한값을 0.01로, 상한값을 9로 각각 확정한다. 상기 범위의 확정을 통하여, 만곡형 열교환기(10)는 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 만곡 시 뚜렷한 핀의 찢어짐, 헤더 파이프의 변형 실효 또는 파열 실효가 발생하지 않는다.
각 요인을 종합하면, 0.01≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤9의 관계를 만족 할 때, 상기 만곡형 열교환기(10)를 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 길이 방향을 따라 만곡 시킨 후, 상기 핀(104)이 찢어지지 않고 상기 편평 관(103)이 변형하지 않도록 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 코어가 충분한 파열 강도를 갖도록 확보할 수 있다. 또한, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 기능의 변화를 (만곡형 열교환기(10)의 만곡 전에 비해)4% 이내로 제한할 수 있으며, 뚜렷한 차징 불균형이 발생하지 않으며, 만곡형 열교환기(10)의 냉각수 배수 기능도 최적화할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 만곡형 열교환기(10)는 구조가 합리하고, 구조가 안정적이며, 열교환 효율이 높으며, 열교환 기능이 좋으며, 신뢰성이 높으며, 장착 응용이 편리하며, 배수 기능이 좋은 등 장점이 있다.
구체적으로, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 축 방향은 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 길이 방향일 수 있다.
핀(104)의 두께 FT, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경 중 더 큰 외경 OD, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 벽 두께 중 더 큰 벽 두께 T, 편평 관(103)의 폭 W, 핀(104)의 원호 반경 FR과 핀(104)의 높이 FH에서 각각의 길이 단위가 모두 mm일 때, 0.01mm≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤9mm이며, 이하에서도 동일하다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예에서 만곡형 열교환기(10)는 C형일 수 있다. 바꾸어 말하자면, 만곡형 열교환기(10)는 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 길이 방향을 따라 3번 만곡된다. 다시 말하자면, 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102) 각각은 모두 3개의 만곡 구간(1011)과 4개의 직선 구간(1012)을 포함하고, 매 하나의 만곡 구간(1011)은 인접한 2개의 직선 구간(1012) 사이에 위치한다.
또한, 만곡형 열교환기(10)는 L형일 수도 있다.
바람직하게는 0.1≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤7이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
더욱 바람직하게는 0.5≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤5이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
가장 바람직하게는 1≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤3이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
유리하게는, 핀(104)의 두께 FT, 핀(104)의 원호 반경 FR, 핀(104)의 높이 FH 및 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경 중 더 큰 외경 OD는 관계식 0.0004≤(FT×FR)/(FH×OD)≤0.59를 만족시킬 수 있다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
더욱 유리하게는 0.004≤(FT×FR)/(FH×OD)≤0.3이다. 가장 유리하게는 0.04≤(FT×FR)/(FH×OD)≤0.1이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
핀(104)의 두께 FT, 핀(104)의 원호 반경 FR과 핀(104)의 높이 FH는 관계식 0.02≤(FT×FR)/FH≤6을 만족시킬 수 있다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
바람직하게는 0.05≤(FT×FR)/FH≤3이다. 더욱 바람직하게는 0.1≤(FT×FR)/FH≤2이다. 가장 바람직하게는 0.5≤(FT×FR)/FH≤1이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
핀(104)의 두께 FT와 핀(104)의 높이 FH는 관계식 0.002≤FT/FH≤0.04를 만족시킬 수 있다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
유리하게는 0.005≤FT/FH≤0.01이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
핀(104)의 원호 반경 FR과 핀(104)의 높이 FH는 관계식 0.0061≤FR/FH≤0.6을 만족시킬 수 있다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
바람직하게는 0.01≤FR/FH≤0.3이다. 더욱 바람직하게는 0.05≤FR/FH≤0.1이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 벽 두께 중 더 큰 벽 두께 T와 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경 중 더 큰 외경 OD는 관계식 0.04≤T/OD≤0.25를 만족시킬 수 있다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
바람직하게는 0.1≤T/OD≤0.2이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
핀(104)의 두께 FT 및 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경 중 더 큰 외경 OD는 관계식 0.0005≤FT/OD≤0.015를 만족시킬 수 있다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
바람직하게는 0.001≤FT/OD≤0.01이다. 더욱 바람직하게는 0.003≤FT/OD≤0.007이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
핀(104)의 원호 반경 FR 및 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경 중 더 큰 외경 OD는 관계식 0.0016≤FR/OD≤0.4를 만족시킬 수 있다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
바람직하게는 0.016≤FR/OD≤0.1이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
핀(104)의 높이 FH 및 제1 헤더 파이프(101)와 제2 헤더 파이프(102)의 외경 중 더 큰 외경 OD는 관계식 0.05≤FH/OD≤2를 만족시킬 수 있다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
바람직하게는 0.1≤FH/OD≤1이다. 더욱 바람직하게는 0.3≤FH/OD≤0.7이다. 이로써 핀(104)이 찢어지지 않고 편평 관(103)이 변형되지 않으며 코어가 충분한 파열 강도를 구비하도록 더 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 만곡형 열교환기(10)의 열교환 효율과 배수 기능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명에 대한 설명에서, 이해해야 하는 바로는, 용어 '중심', '종방향', '횡방향, '길이', '폭', '두께', '위', '아래', '앞', '뒤', ' 좌', '우', '수직', '수평', '상부', '하부', '내', '외', '시계 방향', '반시계 방향' 등으로 지시되는 방위 또는 위치 관계는 도면을 기반으로 하여 나타낸 방위 또는 위치 관계이며, 본 발명을 설명하고 설명을 단순화하기 위한 것일 뿐, 지시 또는 암시되는 장치 또는 소자가 반드시 특정 방위를 가지거나 또는 특정 방위로 구성되고 동작함을 가리키거나 또는 암시하지 않으므로, 본 발명에 대한 한정으로 이해해서는 안된다.
또한, 용어 '제1', '제2'는 단지 설명의 목적으로만 이용되며, 상대적인 중요성을 지시 또는 암시하거나, 또는 지시되는 기술적 특징의 수량을 암묵적으로 가리키는 것으로 이해해서는 안된다. 따라서 '제1', '제2'로 한정된 특징을 하나 또는 그 이상의 당해 특징을 명시 또는 암묵적으로 포함할 수 있다. 본 발명에 대한 설명에서 특별한 설명이 없는 한 '다수'의 의미는 적어도 2개, 예를 들어 2개 또는 3개 등을 가리킨다.
본 발명에 대한 설명에서, 별도로 명확하게 규정하고 한정하지 않은 한, 용어 '장착', '서로 연결', '연결', '고정'은 넓은 의미에서 이해해야 한다. 예를 들어 고정 연결일 수 있고, 분리 가능한 연결일 수도 있으며 또는 일체로 연결된 것일 수도 있다. 또한, 기계적 연결일 수 있고, 전기적 연결일 수도 있다. 또한, 직접적인 연결일 수 있고, 중간 매체를 통해 간접적으로 연결된 것일 수도 있으며, 두 소자 내부의 연통 또는 두 소자의 상호 작용 관계일 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는, 구체적인 상황에 따라 상기 용어가 본 발명에서 가지는 구체적인 의미를 이해할 수 있다.
본 발명에서, 별도로 명확히 규정하고 한정하지 않은 한, 제1 구성이 제2 구성의 '위' 또는 '아래'에 있다고 함은 제1 및 제2 구성이 직접적으로 접촉하는 경우를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 구성이 직접적으로 접촉하지 않고 이들 사이의 다른 구성을 통해 접촉하는 경우를 포함할 수도 있다. 또한, 제1 구성이 제2 구성의 '위', '상부', 및 '상면'에 있다고 함은 제1 구성이 제2 구성의 바로 상측과 경사 상측에 있는 경우를 포함하거나, 또는 제1 구성의 수평 높이가 제2 구성보다 높은 경우만을 표시한다. 제1 구성이 제2 구성의 '하부', '하측' 및 '하면'에 있다고 함은 제1 구성이 제2 구성의 바로 하측과 경사 하측에 있는 경우를 포함하거나, 또는 제1 구성의 수평 높이가 제2 구성보다 낮은 경우만을 표시한다.
본 명세서의 설명에서, 참고 용어 '일 실시예', '일부 실시예', '예시', '구체적인 예시', 또는 '일부 예시' 등 설명은 당해 실시예 또는 예시와 함께 설명된 구체적인 특징, 구조, 재료 또는 특점이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함됨을 의미한다. 본 명세서에서 상기 용어에 대한 예시적 표현은 동일한 실시예 또는 예시를 반드시 가리키는 것은 아니다. 또한, 설명된 구체적인 특징, 구성, 재료 또는 특점은 임의의 하나 또는 다수의 실시예 또는 예시에서 적절한 형태로 결합될 수 있다. 또한, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에서 설명된 다양한 실시예 또는 예시를 결합 또는 조합할 수 있다.
비록 본 발명의 실시예를 나타내고 설명하였으나, 상기 실시예는 예시적인 것이며, 본 발명에 대한 한정으로 이해해서는 안된다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위에서 상기 실시예를 변경, 수식, 교체 및 변형할 수 있다.
10 : 만곡형 열교환기 101 : 제1 헤더 파이프
102 : 제2 헤더 파이프 103 : 편평 관
104 : 판 1011 : 만곡 구간
1012 : 직선 구간 1041 : 똑바른 구간

Claims (11)

  1. 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프, 다수의 편평 관, 및 핀을 포함하며,
    상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프 각각은 적어도 하나의 만곡 구간 및 만곡 구간과 인접하는 직선 구간을 가지며, 상기 제1 헤더 파이프의 만곡 구간과 상기 제2 헤더 파이프의 만곡 구간은 서로 대응되며,
    상기 편평 관의 양단은 각각 상기 제1 헤더 파이프 및 제2 헤더 파이프와 서로 연결되고, 다수의 상기 편평 관은 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 축 방향을 따라 서로 이격되게 설치되며,
    상기 핀은 인접한 편평 관들 사이에 설치되고, 상기 편평 관의 길이 방향을 따라 웨이브 형태로 연장되며, 상기 핀은 평평하고 똑바른 구간 및 평평하고 똑바른 구간들 사이에 연결된 원호 구간을 포함하며,
    상기 핀의 두께는 FT이고, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프는 서로 다른 외경을 가지며, 여기서 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 외경 중 더 큰 외경은 OD이며, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프는 서로 다른 벽 두께를 가지며, 여기서 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 벽 두께 중 더 큰 벽 두께는 T이며, 상기 핀의 원호 반경은 FR이며, 상기 핀의 높이는 FH이며, 여기서 0.01≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤9인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  2. 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프, 다수의 편평 관, 및 핀을 포함하며,
    상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프 각각은 적어도 하나의 만곡 구간 및 만곡 구간과 인접하는 직선 구간을 가지며, 상기 제1 헤더 파이프의 만곡 구간과 상기 제2 헤더 파이프의 만곡 구간은 서로 대응되며,
    상기 편평 관의 양단은 각각 상기 제1 헤더 파이프 및 제2 헤더 파이프와 서로 연결되고, 다수의 상기 편평 관은 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 축 방향을 따라 서로 이격되게 설치되며,
    상기 핀은 인접한 편평 관들 사이에 설치되고, 상기 핀은 상기 편평 관의 길이 방향을 따라 웨이브 형태로 연장되며, 상기 핀은 평평하고 똑바른 구간 및 평평하고 똑바른 구간들 사이에 연결된 원호 구간을 포함하며,
    상기 핀의 두께는 FT이고, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프는 서로 같은 외경을 가지며, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 외경은 OD이며, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프는 서로 같은 벽 두께를 가지며, 상기 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프의 벽 두께는 T이며, 상기 핀의 원호 반경은 FR이며, 상기 핀의 높이는 FH이며, 여기서 0.01≤(100×FT×FR×T)/(FH×OD)≤9인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    0.0004≤(FT×FR)/(FH×OD)≤0.59인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    0.02≤(FT×FR)/FH≤6인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    0.002≤FT/FH≤0.04인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    0.0061≤FR/FH≤0.6인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    0.04≤T/OD≤0.25인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  8. 제 3 항에 있어서,
    0.0005≤FT/OD≤0.015인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  9. 제 3 항에 있어서,
    0.0016≤FR/OD≤0.4인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  10. 제 3 항에 있어서,
    0.05≤FH/OD≤2인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 만곡형 열교환기는 C형 또는 L형인 것을 특징으로 하는 만곡형 열교환기.
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