KR20000032399A - 열교환기 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작동유체의 압력손실을 줄일 수 있도록 하는 열교환기 튜브에 관한 것으로, 이의 구성은 내부공간을 격벽으로 구분하고 그 양내측벽에 작동유체가 부딪쳐 난류흐름으로 변화시키도록 돌기가 형성되는 복수개의 유돌기포트 사이 소정위치에 돌기가 형성되지 않는 무돌기포트를 형성하여, 작동유체가 상기 무돌기포트를 통과하면서 액상화되어 흐를 때 유돌기포트보다 장애를 받지 않고 흐르게 하여 작동유체의 압력손실을 줄일 수 있게 한 것이다.

Description

열교환기 튜브

본 발명은 열교환기 튜브, 특히 응축기 튜브에 관한 것으로, 하나의 튜브에 유돌기포트와 무돌기포트를 같이 구성하여 유돌기포트로만 구성된 종래 열교환기 튜브보다 작동유체의 흐름을 원활하게 하여 작동유체의 압력손실을 줄일 수 있도록 하는 것이다.

공조장치, 특히 자동차용 냉방장치는 유로상에 흐르는 작동유체를 압축기에서 고온,고압으로 압축시키고, 상기 고온,고압으로 압축된 작동유체를 응축기에서 외부 공기와 열교환시켜 액체상태로 응축시키고, 이 응축된 작동유체를 증발기에서 다시 외부공기와 열교환시킴으로써, 즉 상기 증발기내의 작동유체가 외부공기열을 흡열하여 그 주위의 공기 온도를 낮춤으로써 저온화된 외부공기를 차실내로 공급하여 자동차 실내를 냉방시키게 된다.

이와 같이 작동유체를 외부 공기와 열교환시키는 응축기와 증발기를 통상 열교환기라고 일컷는다.

이들 열교환기는 상기와 같이 냉방장치에 사용됨은 물론이고, 내부에 흐르는 작동유체가 외부공기를 가열하여 난방장치에서도 사용되므로 그 사용목적과 용도에 따라 다양하게 제작되고 있는 데, 도 1 에서는 냉방장치에서 작동유체를 액체상태로 응축시키는 응축기를 도시하였다.

이 응축기는 통상의 열교환기와 같이 양측 헤더파이프(10) 사이에 복수개의 튜브(20)가 병렬식으로 고정되고, 이 양측 헤더파이프(10) 내부에는 작동유체가 상기 튜브(20)들을 일련의 구획단위로 지그재그식으로 통과할 수 있게 복수개의 배플(30)이 적절하게 설치되고, 상기 튜브(20)를 사이에는 넓은 전열면적을 가진 코루게이트핀(40)이 고정되며, 상기 양최외측 코루게이트핀(40)에는 상기 코루게이트핀(40)을 보호하는 엔드플레이트(50)가 설치된다.

이와 같이 구성된 응축기에서 작동유체의 흐름경로는 도면의 화살표와 같다. 즉, 유입관(60)으로 유입된 기체상태의 작동유체는 양측 헤더파이프(10)에 고정된 다수개의 배플(30)들을 경계로 하여 튜브(20)들을 각각의 구획단위로 지그재그식으로 통과하면서 외부 공기와 열교환을 수행하여 액체상태로 상변화된 후 유출관(70)으로 배출된다.

이와 같이 작동유체가 상기 튜브(20)를 흐르면서 외부공기와 열교환을 수행하게 되는 데, 이러한 흐름과정에서 기상에서 액상으로 상변화되므로 매우 복잡한 유동의 형태를 가지게 된다.

상기와 같이 기상에서 액상으로 상변화가 이루어지는 작동유체는 튜브를 흐를 때 난류형태로 흐르게 되면 외부공기와의 열교환을 더욱 활발하게 하여 보다 완전한 액체상태로 상변화된다.

이를 위한 종래 튜브(20)는 도 2에서 보는 바와 같이 몸체 내부 공간을 복수개의 격벽(21)으로 구분하여 각각의 양내측벽에 작동유체가 부딪쳐 난류흐름으로 변할 수 있게 돌기(22)가 형성된 복수개의 유돌기포트(23)가 형성되어 있다.

이에 따라 작동유체가 상기 인넷파이프(60)로 유입되어 튜브(20)를 통과하면서 상기 돌기(22)와 부딪쳐 활발한 난류상태로 흐르면서 외부공기와 열교환하게 되는 데, 상기와 같은 난류흐름이 계속됨에 따라 점차 액체상태로 상변화되어 상기 아웃넷파이프(70)를 배출될 때는 액체상태로 변화된다.

그런데 이와 같이 종래 튜브(20)는 각각의 구획된 모든 유돌기포트(23)의 양내측면에 돌기(22)가 형성되어 있기 때문에 작동유체는 상기 돌기(22)와 부딪쳐 난류상태로 흐르면서 점차 액체상태가 증가하게 되는데, 이와 같이 액체상태로 점점 증가된 작동유체가 상기 돌기(22)와 부딪치게 되면 작동유체의 흐름이 느려져 결국 작동유체의 배출압력이 현저하게 저하되는 문제점이 있었다.

다시 말해 상기 돌기(22)는 액체상태로 흐르는 작동유체가 부딪칠 때 그의 액막을 깨뜨려 작동유체의 난류화를 촉진시켜 열교환 효율을 높이는 장점이 있으나, 이러한 난류화로 인하여 액체상태로 상변화된 작동유체는 상기 난류화된 기체상태의 작동유체와 열교환 성능의 차이가 없어 아무런 장애물없이 상기 튜브(20)를 통과해야 하나 상기 돌기(22)가 액상의 작동유체 흐름에 장애물이 되어 압력 손실을 유발시키는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 과제는 하나의 튜브에 유돌기포트와 무돌기포트를 같이 구성하여 작동유체가 상기 무돌기포트를 지나면서 액상화된 후 아무런 장애를 받지 않고 원활하게 흐르도록 하여 작동유체의 압력손실을 줄일 수 있도록 하는 열교환기 튜브를 제공함에 있다.

이러한 열교환기 튜브는 작동유체의 난류흐름을 유발시키는 돌기가 돌출형성된 유돌기포트와 돌기가 형성되지 않는 무돌기포트를 하나의 튜브에 배열한 것이 특징이다.

도 1 은 종래 열교환기의 일종인 응축기 정면도

도 2 는 종래 튜브의 측단면도

도 3 은 종래 다른 튜브의 측단면도

도 4 는 본 발명 일 실시예 튜브 측단면도

도 5 는 본 발명 다른 실시예 튜브 측단면도

도 6 은 본 발명 또 다른 실시예 튜브 측단면도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : 튜브 22 : 돌기

23 : 유돌기포트 24 : 무돌기포트

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 각 실시예의 구성을 상세히 설명한다. 도 4 는 본 발명 일 실시예 튜브 측단면도이고, 도 5 는 본 발명 다른 실시예 튜브 측단면도이며, 도 6 은 본 발명 또 다른 실시예 튜브 측단면도이다.

본 발명은 열교환기 튜브, 특히 응축기 튜브에 관한 것으로, 외부공기와의 열교환으로 점차 액상화되는 작동유체의 압력손실을 줄일 수 있게 하는 것으로, 이의 구성은 통상에서와 같이 작동유체가 흐르는 통로를 제공할 수 있게 내부 공간을 격벽(21)으로 구분하여 이 구분된 각각의 양내측벽에 작동유체의 난류흐름을 발생시키는 돌기(22)가 적어도 하나이상 돌출되는 유돌기포트(23)가 복수개 구성된다.

이러한 열교환기 튜브(20)에 있어서, 본 발명은 도 4에서 보는 바와 같이 상기 유돌기포트(23)들 사이 적당위치에 외부공기와의 열교환으로 액상화되어 흐르는 작동유체의 흐름을 원활하게 하여 압력손실을 줄일 수 있게 무돌기포트(24)를 적어도 하나이상 구비시킨다.

이러한 본 발명의 일 실시예는 도면에서와 같이 튜브(20) 전체 형상이 길이방향으로 비대칭이 되도록 상기 무돌기포트(24)를 튜브(20)의 길이방향 중앙에서 벗어난 지점에 위치시킨다.

상기 각각의 유돌기포트(23)는 양내측벽 중 어느 일측벽에 더 많은 돌기(22)를 형성한다.

그리고 서로 이웃하는 유돌기포트(23)는 일측벽을 기준으로 돌기(22) 수량이 서로 교호되도록 돌기(22)를 서로 상반되게 돌출시킨다.

이와 같이 구성된 본 발명을 더 구체적으로 설명하면, 도 4 에서와 같이 좌측 제 1 포트에서부터 우측 제 6 포트(23a)(23b)(24)(23c)(23d)(24e)까지 각각의 포트를 형성함에 있어, 무돌기포트(24)인 제 3 포트(24)를 중심으로 그 양측에 유돌기포트(23)인 제 1,2 포트(23a)(23b)와 제 4,5,6 포트(23c)(23d)(23e)를 배열되게 하여 포트의 수를 다르게 배열한다. 즉 무돌기포트(24)가 튜브(20) 중심에 위치하지 않도록 한다.

그리고 상기 제 1,5 포트(23a)(23d)는 일측 내측벽에 각각 1돌기(22)를 형성하고 그 대향되는 내측벽에 2돌기(22)를 형성한다. 제 2,4,6 포트(23b)(23c)(32e)는 상기 제 1,5 포트(23a)(23d)와는 반대로 일측 내측벽에 2돌기(22)를 형성하고 그의 대향되는 내측벽에 1돌기(22)를 형성한다. 이는 상기 각각의 유돌기포트(23)의 일측벽을 기준으로 돌기(22) 수량이 서로 교호됨을 알 수 있다.

다시 말해 제 1 포트(23a)는 상부내측벽에 1돌기(22)를 하부 내측벽에 2돌기(22)를 형성하고, 제 2 포트(23b)는 상부 내측벽에 2돌기(22)를 하부 내측벽에는 1돌기(22)를 형성하여 제 1,2 포트(23a)(23b)의 돌기(22)가 서로 상반된다. 또한 상기와 같은 방식으로 제 4,5,6 포트(23c)(23d)(23e)도 각각 돌기(22)가 서로 상반된다.

이러한 형상은 상기 제 3 포트(24)를 중심으로 양측의 포트수가 다르면서, 각각의 포트의 돌기(22)의 방향이 서로 상반되게 구성하여 작동유체가 상기 돌기(22)와 부딪쳐 난류흐름을 발생시키도록 함과 동시에 제 3 포트(24)는 돌기(22)가 형성되지 않으므로 작동유체는 층류상태로 흘러 결국 하나의 튜브(20)에 난류와 층류가 같이 흐르도록 한다.

따라서 상기 돌기(22)가 형성된 각각의 포트에서는 작동유체가 난류상태로 흘러 외부공기와 열교환을 활발하게 하여 액체상태로 상변화되고, 상기 무돌기포트(24), 즉 제 3 포트(24)에서는 작동유체가 층류상태로 점차 흐르면서 외부공기와 열교환되어 액체상태로 변화된 다음 계속 흐르더라도 아무런 장애를 받지 않고 흐르게 되어 압력손실이 발생되지 않는다.

여기서, 상기 유돌기포트(23)의 돌기(22) 수는 각 포트의 단면적에 따라 임의대로 선택할 수 있는 데, 상기 실시예에서는 상기 돌기(22)가 형성되는 각각의 포트 단면적이 대략 1.3mm²이상이 될 때 일측에 1돌기(22)와 그와 대향되는 내측벽에 2돌기(22)를 형성하게 되는 데, 바람직하게는 상기 단면적이 1.3mm²-1.5mm²이 된다.

이러한 본 발명의 취지에 따라 도 5 는 본 발명의 다른 실시예를 나타내고 있다. 이의 실시예에서도 알 수 있듯이, 무돌기포트(24)를 중심으로 양측 유돌기포트(23) 수량이 달라 튜브(20) 길이방향 전체적인 형상이 대칭이 되지 않는다.

이 실시예에서는 작동유체의 난류흐름을 발생시키는 돌기(22)를 어느 일측벽에 2개 그와 대향되는 내측벽에 3개를 형성하고, 이들 돌기(22)를 서로 이웃하는 각각의 유돌기포트(23) 일측벽에 서로 상반되게 한다.

따라서 상기 실시예는 앞서 설명한 실시예와 비교해 볼 때 유돌기포트(23)의 돌기(22) 수량이 증가되어 작동유체의 난류흐름을 더욱 활발하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예는 도 6에서 보는 바와 같이 좌측 제 1 포트에서부터 우측 7 포트(23a)(23b)(23c)(24)(23d)(23e)(23f)까지 각각의 포트를 형성함에 있어, 무돌기포트(24)인 제 4 포트(24)를 중심으로 그 양측에 제1,2,3포트(23a)(23b)(23c)와 제5,6,7포트(23d)(23e)(23f)를 구비시켜 튜브(20)가 상기 무돌기포트(24)를 중심으로 전체적으로 대칭의 길이방향 중앙에 위치시키고, 그 양측에 동일한 수량(각각 3개)을 가진 유돌기포트(23)를 위치시켜 앞선 두 실시예와는 다른 형상을 가진다.

그리고 상기 실시예에서도 유돌기포트(23)의 돌기(22) 수량은 어느 일측벽에 2개 그와 대향되는 내측벽에 3개가 돌출되고, 이들 돌기(22)가 서로 이웃하는 각각의 포트 일측벽을 기준으로 서로 교호되도록 이웃하는 유돌기포트(23)를 서로 상반되게 구성한다.

여기서, 상기 유돌기포트(23)의 수량은 이미 설명한 바와 같이 각 포트의 직경에 따라 그리고 작동유체의 난류정도에 따라 그 수량을 적절하게 선택할 수 있다.

이상의 각 실시예에서 설명한 바와 같이 본 발명은 하나의 튜브(20)에 유돌기포트(23)와 무돌기포트(24)를 같이 구성하여 작동유체가 상기 유돌기포트(23)를 통과하면서 통상과 같이 돌기(22)와 부딪치면서 활발한 난류흐름 상태로 흐르면서 외부공기와 열교환되게 하고, 또한 작동유체가 상기 무돌기포트(24)를 통과하면서 외부공기와의 열교환으로 액상으로 상변화 된 후 아무런 장애를 받지 않고 흐르도록 한다.

이는 작동유체가 상기 무돌기포트(24)를 흐르면서 액상으로 상변화된 후에도 원활하게 흐르기 때문에 압력손실이 발생되지 않게 된다.

이 때, 상기 각 실시예의 무돌기포트(24)는 돌기(22)가 형성되어 있지 않기 때문에 작동유체의 난류정도가 약하여 완전 액상화가 되지 않을 수도 있기 때문에 그 단면적을 상기 유돌기포트(23)의 단면적보다 적게 하는 것이 이상적이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 하나의 튜브(20)에 유돌기포트(23)와 무돌기포트(24)가 같이 구성되어 있기 때문에 유돌기포트(23)에서 통상과 같이 작동유체가 난류흐름으로 흐르면서 외부공기와의 활발한 열교환하게 됨에 따라 냉방성능을 높이게 되고, 이와 함께 상기 무돌기포트(24)에서 작동유체가 흐르면서 액상으로 상변화된 후에도 그 흐름이 원활하게 됨에 따라 압력 손실이 발생되지 않아, 튜브(20) 전체적으로 볼 때 열교환 성능이 저하되지 않으면서도 압력손실을 줄일 수 있어 열교환 성능을 보다 높일 수 있는 효과를 가지게 된다.

Claims (7)

1. 작동유체가 흐르는 통로를 제공할 수 있게 내부 공간을 격벽으로 구분하여 이 구분된 각각의 양내측벽에 작동유체의 난류흐름을 발생시키는 돌기가 적어도 하나이상 돌출되는 유돌기포트가 복수개 구성되는 열교환기 튜브에 있어서,

   상기 유돌기포트들 사이 적당위치에 외부공기와의 열교환으로 액상화되어 흐르는 작동유체의 흐름을 원활하게 하여 압력손실을 줄일 수 있게 무돌기포트를 적어도 하나이상 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
2. 제 1 항에 있어서, 튜브 전체 형상이 길이방향으로 비대칭이 되도록 상기 무돌기포트를 튜브의 길이방향 중앙에서 벗어난 지점에 위치시킨 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
3. 제 1 항에 있어서, 튜브 전체 형상이 길이방향으로 대칭이 되도록 상기 무돌기포트를 튜브의 길이방향 중앙에 위치시킨 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 유돌기포트는 양내측벽 중 어느 일측벽에 더 많은 돌기를 형성하고, 서로 이웃하는 유돌기포트의 일측벽을 기준으로 돌기 수량이 서로 교호되도록 돌기를 서로 상반되게 돌출시킨 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 유돌기포트는 그 단면적이 1.3mm²이상인 것을 특징으로 하능 열교환기 튜브.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 유돌기포트는 그 단면적이 1.3mm²-1.5mm²이 되는 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 무돌기포트는 상기 유돌기포트의 단면적보다 작은 단면적을 가진 것을 특징으로 하는 열교환기 튜브.