KR102151632B1 - 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열교환 튜브가 마이크로 채널형으로 이루어져 열교환 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 마이크로 채널형으로 이루어진 열교환 튜브를 코일스프링 형상으로 형성한 열교환기는 종래의 열교환기에 비해 부피를 감소시켜 열교환기의 설치면적을 줄일 수 있으므로 공간의 활용도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 열교환 튜브를 코일스프링 형상으로 형성한 열교환기는 헤더를 구비하지 않음으로 구조의 간소화로 생산성을 증대시킴은 물론 제조원가의 절감으로 경제성을 향상시킬 수 있는 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 마이크로 채널형으로 이루어진 열교환 튜브를 코일스프링 형상으로 형성하여 헤더를 구비하지 않더라도 열교환효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 헤더를 구비하지 않음으로 구조의 간소화로 생산성 증대 및 제조원가의 절감으로 경제성을 향상시킬 수 있는 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고는 기체상태의 냉매를 고온·고압의 액체상태로 압축하여 순환력을 제공하는 압축기(Compressor)와, 외기와 열교환(열방출)을 이루면서 압축된 냉매를 모세관을 통과시키며 저온·저압으로 상변화시키는 개피라리튜브(Capillary tube)와, 저온·저압의 냉매를 통과시키며 열교환(열흡수)을 이루고 기체상태로 상변화시켜 압축기로 송환하는 증발기(Evaporator)가 순환적으로 순환되는 냉동사이클을 구비한다.
상기 냉동사이클을 형성하는 각각의 구성요소들 중 응축기와 증발기는 외부의 공기를 강제로 순환시키면서 열을 흡수하여 외부로 방출시키도록 높은 열교환효율을 요구하는 열교환기가 설치되는데, 상기 열교환기는 설치 목적에 따라 다양한 구조와 형상으로 이루어져 설치되며, 그 중에서도 원활한 열교환을 위한 구조로 마이크로채널형 열교환기와 핀-튜브형 열교환기가 주로 사용되고 있다.
상기 마이크로채널형 열교환기의 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0540811호에 나선형 마이크로채널 튜브로 이루어진 열교환기가 등록된 바 있다.
선 등록된 특허는 냉매가 이동되는 통로가 형성된 헤더와, 내부가 중공인 마이크로 채널을 갖고 나선형으로 감긴 상태에서 헤더에 연결되어 내부로 흐르는 냉매가 방열되도록 하는 튜브와, 상기 튜브에 고정되어 방열면적을 확장시키기 위한 다수의 핀으로 구성된다.
그러나 선 등록된 특허는 튜브의 단부를 한 쌍의 헤더로 고정시키므로 구조가 복잡하여 작업능률이 저하되므로 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 상기 헤더는 원재료가 조관 공정을 거쳐 프레스 고정으로 제조되므로 많은 공정을 거쳐야 하기 때문에 제조원가의 상승으로 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 마이크로 채널형으로 이루어진 열교환 튜브를 코일스프링 형상으로 형성하여 헤더를 구비하지 않더라도 열교환효율을 증대시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 헤더를 구비하지 않음으로 구조의 간소화로 생산성을 증대시킴은 물론 제조원가의 절감으로 경제성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적 있다.
본 발명 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기는,
평면부가 마주보도록 코일스프링 형태로 감겨 형성된 열교환 튜브와;
지그재그 형태로 접어 상기 열교환 튜브의 평면부에 접혀진 부분이 접합된 열교환 핀을 포함하며,
상기 열교환 핀은,
상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 길이 방향의 중앙부를 중심으로 좌·우 양측을 향하도록 지그재그 순차적으로 형성된 복수의 통기공을 포함한다.
상기 열교환 핀의 접혀진 부분을 상기 열교환 튜브의 평면부에 융착고정한다.
상기 열교환 핀의 접는 높이(T)는 상기 열교환 튜브의 평면부 사이 공간에 끼워지는 높이가 바람직하다.
또한, 본 발명 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기의 제조방법은,
평면부가 마주보도록 코일스프링 형태로 감아 열교환 튜브를 형성하는 단계와;.
Al 3xxx 계열의 박판 양면에 Al 4xxx 계열의 박판을 각각 접합시켜 열교환 박판을 형성하는 단계와;
상기 열교환 박판을 일정길이로 재단하고, 상기 열교환 튜브와 접합되지 않는 면에는 길이 방향의 중앙부를 중심으로 복수의 공기통기공이 좌·우 양측을 향하도록 지그재그 순차적으로 형성되는 열교환 띠를 형성하는 단계와;
상기 열교환 띠의 길이 방향을 따라 연이어지게 접어 열교환 핀을 형성하는 단계와;
상기 열교환 핀을 상기 열교환 튜브의 평면부 사이 공간에 끼워 열교환 핀의 접혀진 부분이 열교환 튜브의 평면부에 접지되도록 한 후, 이를 가열하여 Al 4xxx 계열의 박판을 용융시켜 열교환 핀의 접혀진 부분이 열교환 튜브의 평면부에 융착고정되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 열교환 띠는 상기 열교환 튜브의 폭과 같거나 또는 상기 열교환 튜브의 폭보다 크도록 형성된다.
상기 열교환 핀의 접는 높이(T)는 상기 열교환 튜브의 평면부 사이 공간에 끼워지는 높이가 바람직하다.
또한, 본 발명은 평면부가 마주보도록 코일스프링 형태로 감겨 형성된 열교환 튜브와; 지그재그 형태로 접어 상기 열교환 튜브의 평면부에 접혀진 부분이 접합된 열교환 핀을 포함하며, 상기 열교환 핀은, 상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제1 가이드부; 및 상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제2 가이드부;를 포함하고, 상기 한 쌍의 제1 가이드와 상기 한 쌍의 제2 가이드부는 열교환 핀의 길이방향을 따라 서로 교대로 순차 구비되며, 상기 제1 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제1 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제1 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제1 가이드판과, 상기 제1 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제1 통기공을 포함하고, 상기 제2 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제2 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제2 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제2 가이드판과, 상기 제2 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제2 통기공;을 포함하고, 상기 제1 가이드부의 일측 및 타측 제1 가이드판과, 상기 제2 가이드부의 일측 및 타측 제2 가이드판은 종방향 기준 대칭으로 배치되면서 횡방향을 기준으로 비대칭하게 배치되어, 상기 열교환 핀을 지그재그 형태로 접으면 각각이 동일 방향으로 경사 배치되어 공기가 한 방향으로만 유입되게 하고, 상기 일측 제1, 2 가이드판 또는 상기 타측 제1, 2 가이드판에서 한 방향으로 유입된 공기가 상기 타측 제1, 2 가이드판 또는 상기 일측 제1, 2 가이드판을 통해 흐름 방향이 전체적으로 바뀌면서 한 방향으로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명은, 평면부가 마주보도록 코일스프링 형태로 감겨 형성된 열교환 튜브와; 지그재그 형태로 접어 상기 열교환 튜브의 평면부에 접혀진 부분이 접합된 열교환 핀을 포함하며, 상기 열교환 핀은, 상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제1 가이드부; 및 상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제2 가이드부;를 포함하고, 상기 한 쌍의 제1 가이드와 상기 한 쌍의 제2 가이드부는 열교환 핀의 길이방향을 따라 서로 교대로 순차 구비되며, 상기 제1 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제1 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제1 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제1 가이드판과, 상기 제1 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제1 통기공을 포함하고, 상기 제2 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제2 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제2 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제2 가이드판과, 상기 제2 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제2 통기공;을 포함하고, 상기 제1 가이드부의 일측 및 타측 제1 가이드판과, 상기 제2 가이드부의 일측 및 타측 제2 가이드판은 종방향 기준 대칭으로 배치되면서 횡방향을 기준으로 비대칭하게 배치되어, 상기 열교환 핀을 지그재그 형태로 접으면 각각이 동일 방향으로 경사 배치되어 공기가 한 방향으로만 유입되게 하고, 상기 일측 제1, 2 가이드판 또는 상기 타측 제1, 2 가이드판에서 한 방향으로 유입된 공기가 상기 타측 제1, 2 가이드판 또는 상기 일측 제1, 2 가이드판을 통해 흐름 방향이 전체적으로 바뀌면서 한 방향으로 배출되고,상기 제1 가이드부의 일측 제1 가이드판들 중 가장 안쪽에 위치된 일측 제1 가이드판과, 타측 제1 가이드판 중 가장 안쪽에 위치된 타측 제1 가이드판은 통기공 없이 서로 연결되고, 그리고 상기 제2 가이드부의 일측 제2 가이드판들 중 가장 안쪽에 위치된 일측 제2 가이드판과, 타측 제2 가이드판 중 가장 안쪽에 위치된 타측 제2 가이드판은 각각 상기 제2 통기공이 형성된 상태로 연결되어, 상기 일측 및 타측 제2 가이드판 중 가장 안쪽에 위치된 일측 및 타측 제2 가이드판 사이에 형성되는 각각의 제2 통기공을 통해 공기가 각 제1 가이드부의 중심 방향으로 통과하고, 상기 제2 가이드부의 하부와 상기 제1 가이드부의 하부가 연결되어 상부의 간격이 넓도록 구비하면서 상기 제1 가이드부의 상부와 상기 상기 제2 가이드부의 상부가 연결되어 하부의 간격이 넓도록 반복 배치된 상태에서, 상측의 간격이 넓은 위치의 제1 가이드부에 형성된 일측 및 타측 제1 가이드판을 통과한 공기와, 상측의 간격이 좁은 위치의 제2 가이드부에 형성된 일측 및 타측 제2 가이드판을 통과한 공기가 합쳐지고, 합쳐진 공기가 그 다음 상측의 간격이 넓은 위치의 제1 가이드부에 형성된 일측 및 타측 제1 가이드판으로 전달되면서 상기 일측 및 타측 제1 가이드판에 충돌하여 공기 유입 반대 방향으로 이동하고, 상기 열교환 핀은 상기 제1 가이드부의 일측 및 타측 제1 가이드판과, 상기 제2 가이드부의 일측 및 타측 제2 가이드판을 한 방향으로 절곡 형성한 상태에서 지그재그 형태로 이루는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 평면부가 마주보도록 코일스프링 형태로 감겨 형성된 열교환 튜브와; 지그재그 형태로 접어 상기 열교환 튜브의 평면부에 접혀진 부분이 접합된 열교환 핀을 포함하며, 상기 열교환 핀은, 상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제1 가이드부; 및 상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제2 가이드부;를 포함하고, 상기 한 쌍의 제1 가이드와 상기 한 쌍의 제2 가이드부는 열교환 핀의 길이방향을 따라 서로 교대로 순차 구비되며, 상기 제1 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제1 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제1 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제1 가이드판과, 상기 제1 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제1 통기공을 포함하고, 상기 제2 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제2 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제2 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제2 가이드판과, 상기 제2 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제2 통기공;을 포함하고, 상기 제1 가이드부의 일측 및 타측 제1 가이드판과, 상기 제2 가이드부의 일측 및 타측 제2 가이드판은 종방향 기준 대칭으로 배치되면서 횡방향을 기준으로 비대칭하게 배치되어, 상기 열교환 핀을 지그재그 형태로 접으면 각각이 동일 방향으로 경사 배치되어 공기가 한 방향으로만 유입되게 하고, 상기 일측 제1, 2 가이드판 또는 상기 타측 제1, 2 가이드판에서 한 방향으로 유입된 공기가 상기 타측 제1, 2 가이드판 또는 상기 일측 제1, 2 가이드판을 통해 흐름 방향이 전체적으로 바뀌면서 한 방향으로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명은, 평면부가 마주보도록 코일스프링 형태로 감겨 형성된 열교환 튜브와; 지그재그 형태로 접어 상기 열교환 튜브의 평면부에 접혀진 부분이 접합된 열교환 핀을 포함하며, 상기 열교환 핀은, 상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제1 가이드부; 및 상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제2 가이드부;를 포함하고, 상기 한 쌍의 제1 가이드와 상기 한 쌍의 제2 가이드부는 열교환 핀의 길이방향을 따라 서로 교대로 순차 구비되며, 상기 제1 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제1 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제1 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제1 가이드판과, 상기 제1 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제1 통기공을 포함하고, 상기 제2 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제2 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제2 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제2 가이드판과, 상기 제2 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제2 통기공;을 포함하고, 상기 제1 가이드부의 일측 및 타측 제1 가이드판과, 상기 제2 가이드부의 일측 및 타측 제2 가이드판은 종방향 기준 대칭으로 배치되면서 횡방향을 기준으로 비대칭하게 배치되어, 상기 열교환 핀을 지그재그 형태로 접으면 각각이 동일 방향으로 경사 배치되어 공기가 한 방향으로만 유입되게 하고, 상기 일측 제1, 2 가이드판 또는 상기 타측 제1, 2 가이드판에서 한 방향으로 유입된 공기가 상기 타측 제1, 2 가이드판 또는 상기 일측 제1, 2 가이드판을 통해 흐름 방향이 전체적으로 바뀌면서 한 방향으로 배출되고,상기 제1 가이드부의 일측 제1 가이드판들 중 가장 안쪽에 위치된 일측 제1 가이드판과, 타측 제1 가이드판 중 가장 안쪽에 위치된 타측 제1 가이드판은 통기공 없이 서로 연결되고, 그리고 상기 제2 가이드부의 일측 제2 가이드판들 중 가장 안쪽에 위치된 일측 제2 가이드판과, 타측 제2 가이드판 중 가장 안쪽에 위치된 타측 제2 가이드판은 각각 상기 제2 통기공이 형성된 상태로 연결되어, 상기 일측 및 타측 제2 가이드판 중 가장 안쪽에 위치된 일측 및 타측 제2 가이드판 사이에 형성되는 각각의 제2 통기공을 통해 공기가 각 제1 가이드부의 중심 방향으로 통과하고, 상기 제2 가이드부의 하부와 상기 제1 가이드부의 하부가 연결되어 상부의 간격이 넓도록 구비하면서 상기 제1 가이드부의 상부와 상기 상기 제2 가이드부의 상부가 연결되어 하부의 간격이 넓도록 반복 배치된 상태에서, 상측의 간격이 넓은 위치의 제1 가이드부에 형성된 일측 및 타측 제1 가이드판을 통과한 공기와, 상측의 간격이 좁은 위치의 제2 가이드부에 형성된 일측 및 타측 제2 가이드판을 통과한 공기가 합쳐지고, 합쳐진 공기가 그 다음 상측의 간격이 넓은 위치의 제1 가이드부에 형성된 일측 및 타측 제1 가이드판으로 전달되면서 상기 일측 및 타측 제1 가이드판에 충돌하여 공기 유입 반대 방향으로 이동하고, 상기 열교환 핀은 상기 제1 가이드부의 일측 및 타측 제1 가이드판과, 상기 제2 가이드부의 일측 및 타측 제2 가이드판을 한 방향으로 절곡 형성한 상태에서 지그재그 형태로 이루는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 열교환 튜브가 마이크로 채널형으로 이루어져 열교환 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 마이크로 채널형으로 이루어진 열교환 튜브를 코일스프링 형상으로 형성한 열교환기는 종래의 열교환기에 비해 부피를 감소시켜 열교환기의 설치면적을 줄일 수 있으므로 공간의 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 열교환 튜브를 코일스프링 형상으로 형성한 열교환기는 헤더를 구비하지 않음으로 구조의 간소화로 생산성을 증대시킴은 물론 제조원가의 절감으로 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기의 제조공정도
도 2는 본 발명에 따른 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기를 나타낸 사시도
도 3은 도 2의 분해사시도
도 4는 본 발명이 적용된 열교환 박판의 사시도
도 5는 본 발명이 적용된 열교환 띠의 사시도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 냉매파이프가 열교환 튜브의 양단부에 설치된 상태를 나타낸 사시도
도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 양측 개구부에 회전팬 및 밀폐부재가 설치된 상태도
도 8은 본 발명에 따른 열교환기에 회전팬 및 밀폐부재가 설치된 상태에서 외부 공기가 열교환 핀을 거쳐 열교환기의 중앙부로 이동되어 열교환되는 상태를 나타낸 개략도
도 9는 본 발명에 따른 열교환기에 회전팬 및 밀폐부재가 설치된 상태에서 열교환기의 중앙부로 공급된 공기가 열교환 핀을 거쳐 열교환기 외부로 이동되어 열교환되는 상태를 나타낸 개략도
도 10은 본 발명에 따른 열교환 튜브의 EBSD 시험결과를 나타낸 사진
도 11은 본 발명에 따른 열교환기 본체의 EBSD 시험결과를 나타낸 사진
도 12는 본 발명에 따른 실험군의 SWAAT 시험 결과를 나타낸 사진
도 13은 본 발명에 따른 대조군의 SWAAT 시험 결과를 나타낸 사진
도 2는 본 발명에 따른 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기를 나타낸 사시도
도 3은 도 2의 분해사시도
도 4는 본 발명이 적용된 열교환 박판의 사시도
도 5는 본 발명이 적용된 열교환 띠의 사시도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 냉매파이프가 열교환 튜브의 양단부에 설치된 상태를 나타낸 사시도
도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 양측 개구부에 회전팬 및 밀폐부재가 설치된 상태도
도 8은 본 발명에 따른 열교환기에 회전팬 및 밀폐부재가 설치된 상태에서 외부 공기가 열교환 핀을 거쳐 열교환기의 중앙부로 이동되어 열교환되는 상태를 나타낸 개략도
도 9는 본 발명에 따른 열교환기에 회전팬 및 밀폐부재가 설치된 상태에서 열교환기의 중앙부로 공급된 공기가 열교환 핀을 거쳐 열교환기 외부로 이동되어 열교환되는 상태를 나타낸 개략도
도 10은 본 발명에 따른 열교환 튜브의 EBSD 시험결과를 나타낸 사진
도 11은 본 발명에 따른 열교환기 본체의 EBSD 시험결과를 나타낸 사진
도 12는 본 발명에 따른 실험군의 SWAAT 시험 결과를 나타낸 사진
도 13은 본 발명에 따른 대조군의 SWAAT 시험 결과를 나타낸 사진
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기의 제조공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명이 적용된 열교환 박판의 사시도이며, 도 5는 본 발명이 적용된 열교환 띠의 사시도이다.
본 발명 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기(100)는, 열교환 튜브(110), 열교환 박판(120), 열교환 띠(130), 열교환 핀(140)을 포함한다.
상기 열교환 튜브(110)는 내부에 열교환 매체가 이동할 수 있는 마이크로채널(112)이 형성된 편상의 몸체(111)를 코일스프링 형상으로 감아 평면부(113)가 상호 마주보는 형상으로 형성한다.
상기 열교환 박판(120)은 Al 3xxx 계열의 박판(121)과 Al 4xxx 계열의 박판(122)을 물리적으로 접합시켜 형성한다.
상기 Al 3xxx 계열의 박판(121)의 용융점은 650-655℃ 이고, 상기 Al 4xxx 계열의 박판(122)의 용융점은 570-630℃ 가 바람직하다.
상기 열교환 띠(130)는 상기 열교환 박판(120)을 일정길이로 재단하는데, 상기 열교환 박판(120)의 재단되는 길이는 상기 열교환 튜브(110)의 평면부(113) 폭(W)과 준하는 폭 또는 상기 평면부(113) 폭(W)보다 큰 폭을 갖도록 재단한다.
또한, 재단된 열교환 띠(130)에 복수의 공기통기공(131)을 형성하는데, 상기 공기통기공(131)은 상기 열교환 띠(130)의 폭(W1) 방향 중앙부를 중심으로 일측 또는 양측에 복수로 형성한다.
상기 열교환 핀(140)은 상기 열교환 튜브(110)의 시작점에서 끝나는 점에 이르기까지 열교환 튜브(110)의 평면부(113) 사이에 연이어지게 고정 설치되고 파형 또는 지그재그 형태를 이루는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열교환 튜브(110)의 양단부에 도 6과 같이 열교환기(100)에 열교환 매체의 공급 및 배출을 위한 냉매파이프(150)가 각각 설치 고정된다.
상기 냉매파이프(150)는 상기 열교환 튜브(110)의 일측 단부에 설치되어 열교환 매체가 열교환 튜브(110)로 공급되도록 하는 냉매인입파이프(151), 상기 열교환 튜브(110)의 타측 단부에 설치되어 열교환 매체가 열교환 튜브(110)로부터 배출되도록 하는 냉매인출파이프(152)를 포함한다.
상기 냉매인입파이프(151)는 압축기로부터 공급되는 고온·고압의 열교환 매체를 열교환 튜브(110)로 공급을 안내하고, 상기 냉매인출파이프(152)는 열교환 튜브(110) 내부를 이동하는 동안 저온·저압으로 변환된 열교환 매체가 팽창밸브 측으로 배출되도록 안내한다.
상기와 같이 냉매파이프(150)를 통해 열교환 매체의 인입 및 인출이 원활하게 이루어지도록 할 수 있음은 물론 압축기와 팽창밸브 사이에 용이하고 견고하게 설치되어 열교환 매체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
다음은 상기와 같이 구성된 본 발명 열교환기의 제조과정을 설명한다.
먼저, 열교환 매체가 이동할 수 있도록 내부에 마이크로채널(112)이 형성된 편상의 몸체(111)를 통상의 권취장치로 일단부에서 타단부에 이르기까지 평면부(113)가 상호 마주보는 형태를 유지하도록 코일스프링 형상으로 열교환 튜브(110)를 형성한다(ST1).
여기서, 상기 코일스프링 형상으로 형성되는 열교환 튜브(110)는 균일한 곡률을 이루어야 함은 물론이다.
또한, Al 3xxx 계열의 박판(121)과 Al 4xxx 계열의 박판(122)을 물리적으로 접합시켜 열교환 박판(120)을 형성한다(ST2).
상기 열교환 박판(120)을 상기 열교환 튜브(110)의 평면부(113) 폭(W)과 준하는 폭 또는 상기 평면부(113) 폭(W)보다 큰 폭을 갖도록 재단하여 열교환 띠(130)를 형성한다(ST3).
상기 열교환 띠(130)에 복수의 공기통기공을 형성하고, 상기 공기통기공은 상기 열교환 박판의 폭(W1) 방향 중앙부를 기준으로 일측 또는 양측에 형성된다.
그리고, 상기 열교환 띠(130)의 길이 방향을 따라 연이어지게 파형 또는 지그재로 형태로 접어 열교환 핀(140)을 형성하는데(ST4), 상기 열교환 핀(140)의 접는 높이(T)는 상기 열교환 튜브(110)의 평면부(113) 사이 공간에 끼워지는 높이로 형성하여 열교환 튜브(110)의 시작점에서 끝나는 점에 이르기까지 열교환 튜브(110)의 평면부(113) 사이에 결합한다.
상기 열교환 핀(140)이 평면부(113) 사이에 결합된 열교환 튜브(110)를 570-630℃ 로 가열하여 열교환 박판(120)의 Al 4xxx 계열의 박판(122)을 용융시켜 열교환 튜브(110)의 평면부(113) 표면에 융착고정되도록 한다(ST5).
여기서, 상기 열교환 박판(120)을 이루는 Al 3xxx 계열의 양면에 더 낮은 용융점을 갖는 Al 4xxx 계열의 박판(122)을 물리적으로 접합하는 이유는 열교환 튜브(110)의 평면부(113) 사이에 열교환 핀(140)을 설치한 상태에서 Al 3xxx 계열의 박판(121)은 용융되지 않으면서 Al 4xxx 계열의 박판(122)이 용융될 수 있는 온도로 브레이징(Brazing) 시켰을 때, Al 4xxx 계열의 박판(122)이 클래드(Clad) 역할을 함으로써 열교환 튜브(110)와 열교환 핀(140)이 견고하고 균일하게 접합될 수 있도록 하기 위함이며, 이러한 Al 3xxx 계열의 박판(121)으로는 Al 3003 계가 사용되고, Al 4xxx 계열의 박판(122)은 Al 4343 계가 사용될 수 있다.
또한, 상기 열교환 핀(140)이 융착고정된 열교환 튜브(110)의 양단에 냉매파이프(150)의 냉매인입·출파이프(151)(152)를 각각 설치하면서(ST6) 본 발명 열교환기(100)의 제조가 완료된다.
상기의 과정을 통하여 열교환기(100)의 열교환 튜브(110)와 열교환 핀(140)을 신속하고 균일하게 제조함은 물론 열교환 튜브(110)와 열교환 핀(140)이 견고하게 접합된 상태를 이룸으로써 제품의 대량생산 및 생산 효율성 향상에 따른 제조원가를 절감시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기 열교환 튜브(110)가 마이크로채널 타입으로 코일스프링 형태로 감져진 원통 형상을 이루면서 상·하면에 파형 또는 지그재그 형상으로 설치되는 열교환 핀(140)을 형성시킴으로써, 종래의 열교환기에 비해 부피를 감소시켜 열교환기(100)의 설치면적을 줄여 공간의 활용도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 열교환 튜브(110) 내부를 이동하는 열교환 매체의 열교환이 신속하고 균일하게 이루어질 수 있으므로 열교환 효율을 향상시킴은 물론 열교환 튜브(110)의 내구성을 증대시켜 열교환기(10)의 변형 및 열교환 매체의 누설을 방지할 수 있는 것이다.
상기의 과정으로 제조된 열교환기(100)를 냉각장치에 설치할 경우, 도 7과 같이, 열교환기(100)의 양측 개방부 중 일측 개방부에는 회전팬(160)이 설치되고, 타측 개방부에는 밀폐부재(170)를 설치하여 열교환 핀(140)이 설치된 공간을 제외한 나머지 공간으로 공기가 유입되지 않도록 한다.
여기서, 상기 밀폐부재(170)는 판상으로 형성되어 열교환기(100)의 부피 증가를 방지할 수 있으며, 상기 밀폐부재(170)와 열교환기(100) 사이에 발생하는 이격 공간은 별도의 실링부재(171)를 장착하여 공간을 차단할 수 있다.
상기 실링부재(171)는 우레탄이나 스펀지 등이 사용될 수 있고, 이 외에 80℃ 이하의 온도에서 변형되지 않은 재질의 것이면 모두 사용이 가능한다.
상기 밀폐부재(170)를 열교환기(100)의 타측 개방부에 설치하기 위한 수단으로는 접착제를 이용한 접착, 용접, 리벳팅, 피스를 이용한 고정, 브라켓을 이용한 고정 중 어느 하나의 방법이 적용될 수 있으며, 이러한 설치 방법은 밀폐부재(170)와 실링부재(171)의 재질에 따라 적절하게 사용할 수 있다.
그리고 상기의 과정으로 제조된 열교환기(100)를 설치 위치에 위치시킨 상태에서 냉매파이프(150)의 냉매인입·출파이프(151)(152)와 압축기 및 팽창밸브를 열교환 매체가 이동할 수 있는 연결튜브로 연결하면, 압축기로부터 고온·고압 상태로 공급된 열교환 매체가 열교환 튜브(110) 내부로 원활하게 공급될 수 있고, 열교환 튜브(110) 내부를 이동하면서 열교환된 열교환 매체가 팽창밸브 측으로 원활하게 배출될 수 있어 신속한 열교환이 이루어지도록 할 수 있음과 동시에 열교환기(100)를 압축기와 팽창밸브를 각각 연결하는 연결튜브 사이에 용이하고 견고하게 설치할 수 있다.
상기 냉매인입·출파이프(151)(152)로 열교환매체가 이동하면서 열교환기(100)에서 발생되는 열은 도 8과 같이, 회전팬(160)의 작동에 의해 발생된 흡입력에 의해 코일스프링 형상으로 형성된 열교환 튜브(110)의 중앙부로 흡입된다.
이때, 상기 열교환기(100)의 타측 개방부에는 밀폐부재(170)가 설치되어 있으므로 열교환 튜브(110)의 사방에서 열교환 핀(140)에 형성된 공기통기공(131)을 거쳐 균일하게 흡입되면서 열교환기(100)의 열교환이 이루어진다.
상기 열교환기(100)의 타측 개방부를 밀폐부재(170)로 밀폐시키지 않을 경우, 회전팬(160)의 작동과 함께 회전팬(160)이 설치된 반대쪽 개방부에서 집중적으로 공기가 흡입되기 때문에 열교환 핀(140)을 거쳐 이동하는 공기의 양이 현저히 감소되어 열교환 튜브(110) 내부를 이동하는 열교환 매체의 열교환이 균일하게 이루어지지 않음으로 열교환기(100)의 열교환 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 회전팬(160)은 열교환 튜브(110)의 중앙부로 공기가 유입되도록 설치할 수 있으나, 도 9와 같이 회전팬(160)에 의해 흡입된 공기가 열교환 튜브(110)의 중앙부로 공급되도록 설치할 수도 있으며, 이 경우에도 회전팬(160) 반대측 타측 개방부를 밀폐부재(170)가 밀폐시키고 있으므로 열교환 튜브(110)의 중앙부로 공급된 공기가 열교환 핀(140)을 거쳐 열교환기 본체(100)의 외측면으로 골고루 균일하게 배출되므로 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
여기서, 상기 열교환 박판(120)에 형성된 공기통기공(131)은 열교환 띠(130)의 양측에 복수 열로 양분되면서 중앙부를 중심으로 좌·우 양측을 향하도록 지그재그 순차적으로 형성되고, 양분된 각각의 공기통기공(131)을 통과하는 공기가 서로 교차하면서 난류를 형성하여 열교환 매체의 신속한 열교환이 이루어지므로 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
이하에서는 실험예를 통해 상기와 같이 구성된 코일스프링 형상을 갖는 열교환기(100)에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
[실험예 1. 열교환기(100)의 조직도 시험]
열교환 튜브(110)를 코일스프링 형상의 원통형으로 형성하였을 때 일정 곡률을 갖는 열교환기(100)의 조직 변화를 시험하기 위해, EBSD(Electron BackScatter Diffraction) 시험방법을 이용해 코일스프링 형태로 감겨진 열교환기(100)의 결정방위와 결정구조를 분석하였다.
이와 같은 ESBD 시험 결과 도 10 및 11과 같이 열교환기(100)를 이루는 금속 조직이 조밀하면서도 균일하게 변형된 것을 확인하였으며, 이를 통해 열교환기(100)를 코일스프링 형태로 감았을 때 전체적인 강도와 내구성이 증가되는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
[실험예 2. 열교환 튜브(110)의 내식성 시험]
SWAAT 내식성 시험을 위해서, 실험군으로는 코일스프링 형상을 갖는 열교환기(100)가 사용되었고, 대조군으로는 한 쌍의 헤더파이프가 구비된 평판 형상의 열교환기가 사용되었으며, 이때의 열교환기에 사용되는 열교환 튜브(110)는 알루미늄 3xxx 계열의 합금 재질의 마이크로채널 타입으로 형성된 것으로 준비하였다.
SWAAT(ASTM G85 Annex A3, Acidified Synthetic Sea Water(Fog) Test) 시험을 위한 조건으로는 인공해수(synthetic sea salt)에 빙초산(glacial acetic acid)을 첨가하여 염수의 농도가 2.8~3.0 pH으로 설정하였고, 챔버 온도는 35±1℃, 공급기 공급 압력은 0.7~1.8 ㎏/㎠, 분무 직접 속도는 1.0~2.0 ㎖/hr(80㎠), 분무 시간은 30분 분무, 90분 습윤을 반복하는 조건으로 시험하였다.
이러한 SWAAT 시험 결과, 도 12 및 13과 같이 코일스프링 형상으로 감겨진 열교환기(100)는 SWAAT 2354 시간만에 리크가 일어나는 반면, 한 쌍의 헤더파이프가 구비된 평판 형상의 열교환기는 SWAAT 1413 시간만에 리크가 일어났으며, 이를 통해 기타 다른 조건의 변화 없이도 열교환 튜브(110)를 코일스프링 형상으로 감겨진 원통형상의 열교환 본체로 형성하는 것만으로도 내식성이 증가 됨을 확인할 수 있었다.
[실험예 3. 열교환 효율 시험]
실험군으로는 코일스프링 형상을 갖는 열교환기(100)가 사용되었고, 대조군으로는 한 쌍의 헤더파이프가 구비된 평판 형상의 열교환기가 사용되었으며, 이때의 열교환기에 사용되는 열교환 튜브(110)는 알루미늄 3xxx 계열의 합금 재질의 마이크로채널 타입으로 형성된 것으로 준비하였다.
특히 실험군으로 사용되는 열교환기(100)의 체적은 대조군의 50%에 해당하는 크기로 준비하였고, 냉매의 차징량을 달리하였을 때 열교환기(100)에 공급되는 냉매 온도와 열교환기를 거쳐 배출되는 냉매의 온도를 측정하여 열교환 효율을 시험하였다.
| 구분 | 냉매차징량(g) | COND IN | COND OUT | 온도차 |
| 실험군 | 30 | 42.4 | 28.7 | 13.7 |
| 40 | 44.5 | 29.6 | 14.9 | |
| 대조군 (실험군 체적*0.5) |
50 | 42.4 | 29.8 | 12.6 |
| 60 | 44.1 | 30.1 | 14 |
상기의 조건으로 열교환 효율을 시험한 결과, 실험군으로 사용된 열교환기(100)는 대조군으로 사용된 열교환기에 비해 냉매 차징량을 절반 가량으로 줄였음에도 불구하고 대조군과 거의 유사한 열교환 효율을 보여, 코일스프링 형상을 갖는 열교환기(100)의 열교환 효율이 우수함을 확인할 수 있었다.또한, 실험군의 크기가 대조군의 50%에 해당하는 것임을 감안하면, 코일스프링 형상을 갖는 열교환기(100)는 한 쌍의 헤더파이프를 갖는 마이크로채널 타입의 열교환기에 비해 열교환 효율이 월등하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 코일스프링 형상을 갖는 열교환기(100)는 전체적인 부피를 감소시킬 수 있으면서도 열교환 효율이 증대시킬 수 있음을 확인하였다.
100: 열교환기 110: 열교환 튜브
120: 열교환 박판 130: 열교환 띠
140: 열교환 핀
120: 열교환 박판 130: 열교환 띠
140: 열교환 핀
Claims (6)
- 평면부가 마주보도록 코일스프링 형태로 감겨 형성된 열교환 튜브와;
지그재그 형태로 접어 상기 열교환 튜브의 평면부에 접혀진 부분이 접합된 열교환 핀을 포함하며,
상기 열교환 핀은,
상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제1 가이드부; 및
상기 열교환 튜브의 평면부와 접합되지 않는 면에 상기 열교환 핀의 폭 방향 중앙부를 중심으로 서로 반대방향으로 공기의 흐름을 가이드하도록 대칭 형성된 한 쌍의 제2 가이드부;를 포함하고,
상기 한 쌍의 제1 가이드와 상기 한 쌍의 제2 가이드부는 열교환 핀의 길이방향을 따라 서로 교대로 순차 구비되며,
상기 제1 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제1 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제1 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제1 가이드판과, 상기 제1 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제1 통기공을 포함하고,
상기 제2 가이드부는 중심부 종축 기준 일측과 타측이 대칭된 다수의 제2 가이드유닛으로 각각 구성되되, 상기 각각의 제2 가이드유닛은, 상기 열교환 핀 내부에 일정간격 이격되면서 동일 방향으로 각각 경사지게 절곡된 제2 가이드판과, 상기 제2 가이드판의 사이마다 상기 열교환 핀에 각각 관통 형성된 제2 통기공;을 포함하고,
상기 제1 가이드부의 일측 및 타측 제1 가이드판과, 상기 제2 가이드부의 일측 및 타측 제2 가이드판은 종방향 기준 대칭으로 배치되면서 횡방향을 기준으로 비대칭하게 배치되어, 상기 열교환 핀을 지그재그 형태로 접으면 각각이 동일 방향으로 경사 배치되어 공기가 한 방향으로만 유입되게 하고, 상기 일측 제1, 2 가이드판 또는 상기 타측 제1, 2 가이드판에서 한 방향으로 유입된 공기가 상기 타측 제1, 2 가이드판 또는 상기 일측 제1, 2 가이드판을 통해 흐름 방향이 전체적으로 바뀌면서 한 방향으로 배출되고,
상기 제1 가이드부의 일측 제1 가이드판들 중 가장 안쪽에 위치된 일측 제1 가이드판과, 타측 제1 가이드판 중 가장 안쪽에 위치된 타측 제1 가이드판은 통기공 없이 서로 연결되고, 그리고 상기 제2 가이드부의 일측 제2 가이드판들 중 가장 안쪽에 위치된 일측 제2 가이드판과, 타측 제2 가이드판 중 가장 안쪽에 위치된 타측 제2 가이드판은 각각 상기 제2 통기공이 형성된 상태로 연결되어, 상기 일측 및 타측 제2 가이드판 중 가장 안쪽에 위치된 일측 및 타측 제2 가이드판 사이에 형성되는 각각의 제2 통기공을 통해 공기가 각 제1 가이드부의 중심 방향으로 통과하고, 상기 제2 가이드부의 하부와 상기 제1 가이드부의 하부가 연결되어 상부의 간격이 넓도록 구비하면서 상기 제1 가이드부의 상부와 상기 상기 제2 가이드부의 상부가 연결되어 하부의 간격이 넓도록 반복 배치된 상태에서, 상측의 간격이 넓은 위치의 제1 가이드부에 형성된 일측 및 타측 제1 가이드판을 통과한 공기와, 상측의 간격이 좁은 위치의 제2 가이드부에 형성된 일측 및 타측 제2 가이드판을 통과한 공기가 합쳐지고, 합쳐진 공기가 그 다음 상측의 간격이 넓은 위치의 제1 가이드부에 형성된 일측 및 타측 제1 가이드판으로 전달되면서 상기 일측 및 타측 제1 가이드판에 충돌하여 공기 유입 반대 방향으로 이동하고,
상기 열교환 핀은 상기 제1 가이드부의 일측 및 타측 제1 가이드판과, 상기 제2 가이드부의 일측 및 타측 제2 가이드판을 한 방향으로 절곡 형성한 상태에서 지그재그 형태로 이루는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기. - 청구항 1에 있어서,
상기 열교환 핀의 접혀진 부분을 상기 열교환 튜브의 평면부에 융착고정하는 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기. - 청구항 1에 있어서,
상기 열교환 핀의 접는 높이(T)는 상기 열교환 튜브의 평면부 사이 공간에 끼워지는 높이인 것을 특징으로 하는 마이크로채널 타입 알루미늄 열교환기. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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| JP2014047997A (ja) * | 2012-09-03 | 2014-03-17 | Nippon Light Metal Co Ltd | ルームエアコン用アルミニウム製熱交換器 |
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