KR20010113580A - 방열핀 일체형 응축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1개의 연장된 파이프를 수회 절곡하여 다수의 직진부(直進部)와 절곡부(折曲部)가 반복적으로 형성된 냉매관을, 관통공이 형성된 다수의 적층 방열핀에 압입 조합하여 1회적으로 형성되는 방열핀일체형 응축기에 관한 것으로, 상기 파이프의 절곡부중 상기 방열핀의 관통공에 압입 조합되는 관통 절곡부는 납작하게 압착 성형하여, 그 압착 방향 두께(T)가 압착전 파이프의 외경 지름(D)의 0.82배 보다 작게하고;상기 방열핀의 관통공은 상기 파이프의 압착된 관통 절곡부가 밀착 관통될 수 있게 절개된 장방형의 절곡부 가이드 개구(開口)와, 상기 절곡부 가이드 개구 양단에 연장되어 절개되고, 상기 파이프 직진부의 외주면이 밀착 관통될 수 있게 절개된 직진부 삽입 개구(開口)로 이루어 지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 부피가 적고 열교환 효율이 좋으면서도, 동시에 생산 공정이 간단하여 제조 원가를 줄일 수 있는 구조의 응축기를 제공할 수 있을 뿐만아니라, 응축기 내부에서의 냉매의 흐름이 원활하게 이루어 질 수 있는 구조의 응축기를 제공할 수 있다.

Description

방열핀 일체형 응축기{CONDENSER IN UNITED FIN BODY}

본 발명은 냉동사이클의 응축기에 관한 것으로, 1개의 연장된 파이프를 수회 절곡하여 다수의 직진부(直進部)와 절곡부(折曲部)가 반복적으로 형성된 냉매관을, 관통공이 형성된 다수의 적층 방열핀에 압입 조합하여 1회적으로 형성되는 방열핀일체형 응축기에 관한 것이다.

일반적으로 냉동 사이클은 냉매를 순환시키면서 냉매의 상태 변화에 따른 열의 흡수와 방출과정을 반복하게 되는데, 이러한 과정은 가스 냉매를 고온 고압으로 압축시키는 압축기, 압축기에서 압축되어 인입되는 고온/고압의 가스 냉매를 상온 고압의 액체 냉매로 상 변화시켜 팽창밸브(또는 캐필러리 튜브)로 유입시키는 응축기, 상기 팽창밸브(또는 캐필러리 튜브)로 부터 유입된 액체 냉매를 증발시키면서 냉기 장치의 순환 공기로 부터 잠열을 빼앗아 순환 공기를 냉각시키는 증발기등에 의하여 진행된다. 증발기에서 증발된 가스 냉매는 다시 압축기에 유입되어 상술한순환을 반복한다. 상기 냉동 사이클의 구성 요소중 특히 응축기와 증발기는 냉매의 상태 변화를 일으키는 부분으로, 이러한 상태 변화는 모두 냉매관 내부의 냉매와 냉매관 밖의 외부공기간의 열교환에 의하여 이루어지므로 이들을 열교환기라고도 한다. 응축기는 압축기에서 나온 고온 고압의 기체 냉매를 상온의 주변 공기와 열교환하게 하여, 상온 고압의 액체 냉매를 만드는 기능을 하므로 특히 열교환 효율, 즉 응축열 방출 능력이 좋아야 한다. 팽창밸브(또는 캐필러리 튜브)는 응축기에서 상태 변화한 상온 고압의 액체 냉매를 증발기에 보내기 전에 액체 냉매의 압력을 미리 떨어 뜨려, 증발기에서 증발하기 쉬운 상온 저압의 액체 냉매로 바꾸는 역할을 한다.

냉동사이클에서 상술한 기능을 수행하는 응축기의 신규 구조를 개발 및 생산함에 있어서는 다음의 사항이 중점적으로 고려된다.

첫째, 부피가 적고 열교환 효율이 좋은 구조여야 한다. 즉, 응축기는 가능한 적은 부피에서 응축열 방출 능력이 극대화 되어야 하는 것이다.

둘째, 생산 공정이 간단하여 제조 원가를 줄일 수 있는 구조여야 한다. 즉, 응축기는 생산성이 뛰어나 구조를 갖는 것이 바람직한 것이다.

세째, 응축기 내부에서의 냉매의 흐름이 원활하게 이루어 질 수 있는 구조여야 한다. 즉, 응축기는 유입된 기체 냉매가 자연스럽게 진행되면서, 액체 냉매로 상태 변화를 할 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직한 것이다.

종래, 응축기는 대한민국 공개특허공보 특1999-21468호의 도2 내지 도3에 도시된 종래 기술의 도면에 나타난 바와 같이, 단일 직경의 금속 파이프를 다수 겹으로 절곡하여 직진부와 절곡부가 반복되는 파이프 열을 만들고, 상기 파이프 열의 상하면에 선경 2mm정도의 철심을 파이프 열과 교차하게 다수 용접 접합하여 제작되어 왔다. 이러한 구조의 응축기는 방열 면적이 적어 필연적으로 열교환기의 전체적인 부피가 커 질 수 밖에 없고, 철심에 의한 방열도 매우 미미하여 응축열의 방출 효율을 떨어 뜨리는 요인이 되었다. 뿐만아니라, 철심을 하나 하나 용접에 의하여 파이프 열에 접합시키기 때문에 생산에 과다한 시간이 소요되어 생산성이 떨어지고, 응축기의 압축기 연결단과 팽창밸브(또는 캐필러리 필터) 연결단의 높이가 같아 냉매의 흐름이 월활하지 않은 문제점이 있다.

상술한 철심 용접 방식의 응축기가 갖는 문제점을 해결하고자 안출된 응축기 구조가 상기 특1999-21468호 공개 발명에 개시되어 있다. 상기 특1999-21468호 공개 발명은 응축기의 냉매가 흐르는 파이프의 외주면 양측에 날개를 달아 응축열을 방열시키는 구조를 제공하고 있다. 그러나, 파이프 주변에 날개를 형성하는 것 만으로는 충분한 방열이 짧은 시간내에 달성될 수 없어, 응축기 방열 효율상의 문제가 있다.

상술한 철심 용접 방식의 응축기가 갖는 문제점을 해결하고자 안출된 다른 응축기 구조가 대한민국 공개 특허공보 특1998-66449호에 개시되어 있다. 상기 특1998-66449호 공개 발명은 응축기 파이프의 내경을 응축기 내부의 냉매의 상 변화에 적합하게 그 입구부(압축기단)로 부터 출구부(팽창밸브단)까지 점진적으로 또는 순차적으로 변화시켜, 냉매의 흐름을 원활하게 함과 아울러, 응축기 파이프 열의 상하에 판부재를 구비하여 방열을 돕도록하는 구조의 응축기를 제공한다. 그러나, 특1998-66449호 발명은 제작이 까다로워 생산성이 없고, 응축열 방출에도 한계가 있으며, 냉매관이 상하위를 반복하면서 배치되어 냉매의 흐름도 의도한 만큼 원활하지 않는 문제점이 있다.

최근의 경향은 온열기에 채용되어 오던 방열핀을 냉기장치의 열교환기에 채용하는 것이다. 핀형 열교환기는 핀을 다단으로 하는냐 일체형으로 다단형 열교환기와 일체형 열교환기로 나뉜다. 방열핀을 채용한 냉기 장치용 열교환기의 예가 대한민국 공개 특허 공보 공개번호 특2001-55308호 및 특2001-66735호에 개시되어 있다. 이들은 모두 증발기에 관한 것이지만, 파이프의 단면을 수직 방향이 장축인 타원형으로 하고, 평면에서 보아 냉매관이 중복하여 겹치지 않고, 교차하도록하여 모든 냉매관에 순환공기의 유입이 원활할 뿐만아니라 제상작동시 냉매관에 맺히는 응축수가 용이하게 배출될 수 있는 구조의 핀형 열교환기를 제공하고 있다.

상기 특2001-55308호 및 특 2001-66735에 개시된 일체형 열교환기의 구조 및제조 방법은 생산성이 뛰어난 열교환기의 제조 방법으로 응축기에도 그대로 응용되어 동일한 구조의 응축기로 제작될 수 있는데, 응축기에 동일한 구조가 적용되는 경우에도 다음과 같은 문제점이 남는다. 즉, 냉매관이 삽입되는 열교환핀의 관통공 폭이 냉매관의 외경과 같아 열교환핀과 냉매관간의 접촉면적이 작아(냉매관의 절반만 열교환핀에 접촉함) 응축열 방열 효율이 떨어지고, 응축기에 있어서는 파이프 형상을 수직 방향이 장축인 타원형으로 할 필요가 없을 뿐만아니라, 열교환기에 냉매가 유입되는 냉매유입구와 열교환기의 냉매가 배출되는 냉매배출구가 동일한 동일한 높이에 위치하여, 동일한 구조를 응축기에 적용할 경우 응축기 내부에서 일어나는 기체에서 액체로의 상태 변화에 적합한 냉매의 흐름을 확보할 수 없는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 부피가 적고 열교환 효율이 좋으면서도, 동시에 생산 공정이 간단하여 제조 원가를 줄일 수 있는 구조의 응축기를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 응축기 내부에서의 냉매의 흐름이 원활하게 이루어 질 수 있는 구조의 응축기를 제공하는데 있다.

도1은 본 발명의 일실시례에 따른 방열핀 일체형 응축기의 구성요소인 관통 절곡부가 압착된 냉매관을 도시한 정면도이다.

도2a는 도1에 도시된 냉매관을 방열핀의 관통공 형상에 부합하게 정렬한 것을 도시한 개략 사시도이다.

도2b는 도2a도시된 냉매관 파이프의 좌측면도이다.

도3a는 본 발명의 일실시례에 따른 방열핀 일체형 응축기의 구성요소인 방열핀의 사시도이다.

도3b는 도3a에 도시된 방열핀의 정면도이다.

도3c는 도3b에 도시된 방열핀을 병렬 적층한 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도4는 도2a에 도시된 냉매관을 도3c에 도시된 병렬 적층 방열핀에 삽입하는과정을 도시한 것이다.

도5는 도4에 도시된 과정에 의하여 조립 완성된 방열핀 일체형 응축기의 사시도이다.

도6 내지 도8은 본 발명의 다른 실시례에 따른 방열핀 일체형 응축기의 사시도이다.

10:방열핀 11:방열핀 확장 날개 12-1 ~ 12-14:직진부 삽입개구

13:절곡부 가이드 개구 20:파이프(또는 냉매관) 22, 22-1 ~ 22-7:관통 절곡부 21-1 ~ 21-14:직진부 23-0:냉매관의 압축기단 23-7:냉매관의 팽창밸브단

본 발명에 따른 냉각핀 일체형 응축기는

1개의 연장된 파이프를 수회 절곡하여 다수의 직진부(直進部)와 절곡부(折曲部)가 반복적으로 형성된 냉매관을, 관통공이 형성되고 서로 병렬 적층된 다수의 방열핀에 압입 조합하여 1회적으로 형성되는 일체형 응축기에 있어서,

상기 파이프의 절곡부중 상기 방열핀의 관통공에 압입 조합되는 관통 절곡부는 납작하게 압착 성형하여, 그 압착 방향 두께(T)가 압착전 파이프의 외경 지름(D)의 0.82배 보다 작게하고;

상기 방열핀의 관통공은 상기 파이프의 압착된 관통 절곡부가 밀착 관통될 수 있게 절개된 장방형의 절곡부 가이드 개구(開口)와, 상기 절곡부 가이드 개구 양단에 연장되어 절개되고, 상기 파이프 직진부의 외주면이 밀착 관통될 수 있게 절개된 직진부 삽입 개구(開口)로 이루어 지는 것을 특징으로 한다.

상기 방열핀에 압입되는 파이프의 직진부는, 압축기의 냉매 가스가 인입되는 단에 연결된 최초의 직진부가 상기 관통공의 직진부 삽입 개구 중 최상위에 위치하 는 직진부 삽입 개구에 조합되고, 상기 최초의 직진부에 후속하는 직진부는 직전(直前) 직진부보다 항상 더 하위에 위치한 직진부 삽입 개구에 조합되는 것이 바람직하다.

필요에 따라서는 상기 방열핀에 압입되는 파이프의 직진부는, 압축기의 냉매 가스가 인입되는 단에 연결된 최초의 직진부가 상기 관통공의 직진부 삽입 개구 중최상위에 위치하는 직진부 삽입 개구에 조합되고, 상기 최초의 직진부에 후속하는 직진부는 직전(直前) 직진부와 같은 높이에 위치이거나 더 하위에 위치한 직진부 삽입 개구에 조합되는 것도 가능하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방열핀 일체형 열교환기의 바람직한 실시례들을 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시례에 따른 방열핀 일체형 응축기의 구성요소인 관통 절곡부가 압착된 냉매관을 도시한 정면도를, 도2a는 도1에 도시된 냉매관을 방열핀의 관통공 형상에 부합하게 정열한 것을 도시한 개략 사시도를, 도2b는 도2a도시된 냉매관 파이프의 좌측면도를 각각 나타낸다. 또한, 도3a는 본 발명의 일실시례에 따른 방열핀 일체형 응축기의 구성요소인 방열핀의 사시도를, 도3b는 도3a에 도시된 방열핀의 정면도를, 3c는 도3b에 도시된 방열핀을 병렬 적층한 것을 개략적으로 도시한 사시도를 각각 나타낸다.

도1 및 도2a를 참조하면, 본 발명에 따른 방열핀 일체형 압축기는 1개의 연장된 파이프를 수회 절곡하여 다수의 직진부(直進部)와 절곡부(折曲部)를 반복적으로 형성한 후, 절곡부 중 특히 방열핀에 직접 삽입되는 방향의 관통 절곡부(22)를 프레스등에 의하여 일정한 범위의 두께로 압착한 냉매관을 그 필수적 구성 요소로 한다.

압착 후의 관통 절곡부 두께는 방열핀에 냉매관이 조립된 후 방열핀과 냉매관간의 접촉 면적을 결정하는 것으로, 압착 방향 두께(T)가 압착전 파이프의 외경 지름(D)의 0.82배보다 작게한다. 도3b를 참조하면, 이때의 파이프 직진부 삽입 개구(12-1, 12-2)와 파이프의 접촉각은 250°이상이 된다. 이렇게 함으로써 냉매관내의 응축열이 방열핀에 충분히 전달될 수 있게 된다.

도1의 A-A'절단선 단면도를 참조하면 파이프의 외경(D)보다 압착된 절곡부의 두께(T)가 얇은 것이 확인될 수 있다.

도3a 또는 도3b를 참조하면, 방열판에는 상기 냉매관이 삽입/조립될 수 있는 관통공이 형성되는데, 관통공은 상기 파이프의 압착된 관통 절곡부가 밀착 관통될 수 있게 절개된 장방형의 절곡부 가이드 개구(開口)(13)와, 상기 절곡부 가이드 개구(13) 양단에 연장되어 절개되고, 상기 파이프 직진부의 외주면이 밀착 관통될 수 있게 절개된 직진부 삽입 개구(開口)(12-1, 12-2,.....,12-14)로 이루어 진다.

냉매관의 관통 절곡부(22-1, 22-1,.....,22-7)를 압착 성형함으로써, 절곡부 가이드 개구(13)의 폭이 파이프 직진부 삽입 개구(12-1, 12-2,....., 12-14)의 지름보다 더 작아도, 냉매관이 방열핀에 삽입될 수 있게 되는 것이다.

도2a를 참조하면, 도1에서 그 관통 절곡부(22-1, 22-2,....., 22-7)를 압착한 후, 냉매관을 비틀어, 병렬 적층된 방열핀의 관통공에 압입 조합할 수 있는 형태로 정렬한다.

이때, 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이 응축기 냉매관의 압축기단(23-0)에 최초로 연결된 파이프 직진부(21-1)는 항상 위치적으로 최상위에 놓이도록 하고, 그 이후의 파이프 직진부(21-2, 21-3,....., 21-14)들은 직전(直前) 파이프 직진부보다 위치적으로 더 하위에 놓이도록 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 응축기 냉매관 내부에서의 냉매의 흐름을 원활하게 할 수 있다.

도6 내지 도8에 도시된 본 발명의 다른 실시례를 참조하면, 필요에 따라, 상기 응축기 냉매관의 압축기단에 최초로 연결된 파이프 직진부는 항상 위치적으로 최상위에 놓이도록 하고, 그 이후의 파이프 직진부들은 직전(直前) 파이프 직진부보다 위치적으로 동일하거나 더 하위에 놓이도록 형성할 수도 있다. 이렇게 해도, 냉매관 내부에서의 냉매의 흐름은 비교적 원활하다.

상기 파이프 직진부 삽입 개구(12-1, 12-2, ....., 12-14)의 외주면에는 방열핀에서 연장된 날개(11)를 더 형성하여 냉매관과 방열핀간의 접촉 면적을 극대화하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 방열핀의 연장 날개(11)는 냉매관에 브레이징 접합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방열핀 일체형 응축기는 (a)방열핀(10)에 냉매관(20)이 통과할 관통공을 필요한 형상으로 성형하는 단계(도3a 및 도3b);(b)1개의 연장된 파이프를 응축기에 필요한 수의 파이프 직진부(21-1, 21-2, ....., 21-14)를 갖도록 반복하여 절곡하는 단계(도1 참조);(c)상기 절곡된 파이프의 관통 절곡부(22-1, 22-2, ....., 22-7)를 압착하는 단계(도1 참조);(d) 방열핀의 관통공에 삽입될 수 있는 형상으로 상기 냉매관을 정렬하는 단계(도2a 및 도2b 참조);(e)상기 관통공이 성형된 방열핀을 지그등에 의하여 병렬 적층하는 단계(도3c 참조);(f)상기 정열된 냉매관을 상기 병렬 적층된 방열핀의 관통공에 삽입/조립하는 단계(도4 참조);를 거쳐 제조된다. 상기 각 제조 단계는 그 순서를 필요에 따라 바꿀 수 있다.

도8에 도시된 본 발명의 실시례는 대용량의 응축기에 관한 것으로, 이 경우에는 응축기의 측면에 브라켓을 고정하고, 여기에 냉각팬을 더 붙여, 냉각 속도를 높일 수 있다.

본 발명에 의하면, 부피가 적고 열교환 효율이 좋으면서도, 동시에 생산 공정이 간단하여 제조 원가를 줄일 수 있는 구조의 응축기를 제공할 수 있을 뿐만아니라, 응축기 내부에서의 냉매의 흐름이 원활하게 이루어 질 수 있는 구조의 응축기를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1개의 연장된 파이프를 수회 절곡하여 다수의 직진부(直進部)와 절곡부(折曲部)가 반복적으로 형성된 냉매관을, 관통공이 형성되고 서로 병렬 적층된 다수의 방열핀에 압입 조합하여 1회적으로 형성되는 일체형 응축기에 있어서,

상기 파이프의 절곡부중 상기 방열핀의 관통공에 압입 조합되는 관통 절곡부는 납작하게 압착 성형하여, 그 압착 방향 두께(T)가 압착전 파이프의 외경 지름(D)의 0.82배보다 작게하고;

상기 방열핀의 관통공은 상기 파이프의 압착된 관통 절곡부가 밀착 관통될 수 있게 절개된 장방형의 절곡부 가이드 개구(開口)와, 상기 절곡부 가이드 개구 양단에 연장되어 절개되고, 상기 파이프 직진부의 외주면이 밀착 관통될 수 있게 절개된 직진부 삽입 개구(開口)로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 방열핀 일체형 응축기.

제1항에 있어서,

상기 방열핀에 압입되는 파이프의 직진부는, 압축기의 냉매 가스가 인입되는 단에 연결된 최초의 직진부가 상기 관통공의 직진부 삽입 개구 중 최상위에 위치하 는 직진부 삽입 개구에 조합되고, 상기 최초의 직진부에 후속하는 직진부는 직전(直前) 직진부보다 항상 더 하위에 위치한 직진부 삽입 개구에 조합되는 것을 특징으로 하는 방열핀 일체형 응축기.

제1항에 있어서,

상기 방열핀에 압입되는 파이프의 직진부는, 압축기의 냉매 가스가 인입되는 단에 연결된 최초의 직진부가 상기 관통공의 직진부 삽입 개구 중 최상위에 위치하 는 직진부 삽입 개구에 조합되고, 상기 최초의 직진부에 후속하는 직진부는 직전(直前) 직진부와 같은 높이에 위치이거나 더 하위에 위치한 직진부 삽입 개구에 조합되는 것을 특징으로 하는 방열핀 일체형 응축기.

제1항 내지 제3항중 어느 1항에 있어서,

상기 방열핀의 파이프 직진부 삽입 개구의 외주면에는 방열핀에서 연장된 날개를 더 형성하여 냉매관과 방열핀간의 접촉 면적을 극대화한 것을 특징으로 하는 방열핀 일체형 응축기.

제4항에 있어서, 상기 방열핀의 연장 날개는 상기 냉매관에 브레이징 접합된 것을 특징으로 하는 방열핀 일체형 응축기.