KR20030075908A

KR20030075908A - 열교환장치

Info

Publication number: KR20030075908A
Application number: KR1020020015386A
Authority: KR
Inventors: 김등진
Original assignee: 김등진
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2003-09-26
Also published as: KR100471593B1

Abstract

본 발명은 예컨데 냉장고용 콘덴서로써 여러 형상의 알루미늄 튜브를 압출에 의해 연결시켜 열교환판넬을 만들고 이를 각 용도에 맞게 가공하고 헤더및 격판을 조립하여 사용할 수 있는 열교환장치에 관한 것으로, 특히 본 발명자가 발명한 열교환장치(특허출원 2001년 제 12547 호)를 개량하여 여러 형태로 절곡시켜 제조공정의 단순화와 전체사이즈의 최소화에 따른 설치공간의 최소화시킬 수 있는 압출다중관을 이용한 열교환장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 알루미늄재질의 압출로 0 - 50 mm 간격의 다수개의 내외측돌기를 시킨 열교환튜브(1)와 그사이마다 일정한 간격으로 배열된 각 공기통로(2)와 플랜지(3)로 이루어진 열교환판넬(4)이 형성되고, 이 열교환판넬(4)의 바깥쪽으로 형성된 양쪽 열교환튜브(1)에 날개(5)가 형성되며, 이 열교환판넬(4)의 열교환튜브(1)양끝을 튜브수와 대응된 홀이 형성되는 헤더(6)및 격판이 결합용접된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명은, 평다공튜브로써 열교환튜브(10)사이에 삼각요철의 열교환핀(11)이 끼워져서 예컨데 5 개의 열교환튜브와 4 개의 열교환핀을 적층하고, 상기 5 개의 열교환튜브(10)중앙을 0 - 180 도로 벤딩하여 이 열교환튜브(10)사이의 간격을 5 - 10 mm 로 하고, 일측에서는 상기 열교환튜브(10)사이에 공간이 있으면서 최초반경 10 - 20 mm 정도 절곡, 상기 열교환튜브(10)와 열교환핀(11)이 끼워진 길이가 100 - 300mm, 곁쳐진 높이가 120 - 140 mm로써 타측에는 2 개의 헤더(13, 13')가일렬로 결합용접된 것을 특징으로 하는 압출평다중관을 이용한 열교환장치인 것이다.

Description

열교환장치{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 예컨데 냉장고용 콘덴서로써 여러 형상의 알루미늄 튜브를 압출에 의해 연결시켜 열교환판넬을 만들고 이를 각 용도에 맞게 가공하고 헤더및 격판을 조립하여 사용할 수 있는 열교환장치에 관한 것으로, 특히 본 발명자가 발명한 열교환장치(특허출원 2001년 제 12547 호)를 개량하여 다양한 형태의 절곡시켜 제조공정의 단순화와 전체사이즈의 최소화에 따른 설치공간의 최소화시킬 수 있는 압출다중관을 이용한 열교환장치에 관한 것이다.

보통 냉장고나 냉동고에서 사용되고 있는 응축용 열교환장치는 고온, 고압으로 압축된 냉매를 주변공기와의 열교환을 통해서 냉각시키는 역할을 하도록 되어 있다. 이 열교환장치에서는, 열교환 튜브를 지나는 냉매가 통과하면서 주변공기와의 열교환이 이루어진다.

종래 기술로써 일본국 특허 "특개평 5-1865"에서는 냉매의 압력손실을 줄이고 내압성과 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 공기조화기용 알루미늄제 응축기가 개시되어 있다. 또한, 일본국 특허 "특개평 10-267506"에는 공기 흡입측의 냉각핀을 소정의 각도로 경사지게 배치한 냉각장치가 개시되어 있고, 미국 특허제6,009,767 호에는 저온 유체와 고온 유체를 분리하기 위한 분리판을 지닌 열교환장치가 개시되어져 있다.

그런데, 본 발명자는 이 특허들의 문제점을 해소하기 위해 열교환장치(특허출원 2001년 제 12547 호)로써 용접등의 별도 부가공정없이 열교환 플랜지를 열교환튜브에 일체적으로 형성하므로 다수의 열교환튜브가 일체화하게 하여 제작비용을 줄이는 한편 열교환성능을 향상시키도록 개발되어 예컨데 냉장고용 응축기로 사용되는 경우, 생산및 제조자들은 냉장고내에서 설치공간이 적고 물류측면에서 스페이스가 적게 소요되는 열교환장치등을 요구에 부응하게 되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사정등을 감안하여 발명한 것으로, 예컨데 냉장고용 응축기로써의 열교환장치를 개량하여 열교환판넬을 다양한 형태의 절곡시켜 제조공정의 단순화와 전체사이즈의 최소화에 따른 설치공간의 최소화시킬 수 있고, 또 튜브의 내측및 외측돌기로 열전달 효율을 증대시켜 단위면적당 열교환효율을 향상시킬 수 있는 압출다중관을 이용한 열교환장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 관한 압출다중관을 이용한 열교환장치를 도시해 놓은 사시도,

도 2 는 본 발명의 압출다중관을 이용한 열교환장치를 벤딩하여 사용하는 상태도,

도 3 및 도 4 는 본 발명의 압출다중관을 이용한 열교환장치를 90도 벤딩 및 용량 2배증대시 가로방향으로 추가하여 모듈화한 형태의 도면,

도 5 은 본 발명의 다른 실시예에 관한 압출평다중관을 이용한 열교환장치의 구성을 도시해 놓은 단면도,

도 6 및 도 7 은 본 발명의 압출다중관을 이용한 열교환장치의 내부구성, 2열배치및 그룹핑회로를 보인 각 단면도이다.

♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 열교환튜브2 : 공기통로

3 : 플랜지4 : 열교환판넬

5 : 날개6 : 헤더

10 : 열교환튜브11 : 열교환핀

12, 12' : 열교환튜브13, 13', 18, 18' : 헤더

18a - 18c : 격판

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 알루미늄재질의 압출로 0 - 50 mm 간격의 다수개의 내외측 돌기를 시킨 열교환튜브(1)와 그사이마다 일정한 간격으로 배열된 각 공기통로(2)와 플랜지(3)로 이루어진 열교환판넬(4)이 형성되고, 이 열교환판넬(4)의 바깥쪽으로 형성된 양쪽 열교환튜브(1)에 날개(5)가 형성되며, 이 열교환판넬(4)의 열교환튜브(1)양끝을 튜브수와 대응된 홀이 형성되는 헤더(6)및 격판이 결합용접된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 관한 압출다중관을 이용한 열교환장치를 도시해 놓은 사시도로서, 본 발명은 예컨데 냉장고용 콘덴서로써 여러 형상의 알루미늄 열교환튜브(1)를 압출에 의해 연결시켜 열교환판넬(4)을 만들고 이를 각 용도에 맞게 가공하고 헤더(6)및 격판을 조립하여 완성품으로 사용할 수 있도록 되어 있다.

즉, 벤딩없는 열교환장치로써 크게 열교환판넬(4)과 헤더(6)로 구성되고 있는 바, 이는 유입되는 냉매가 통과하는 다수개의 열교환튜브(1)와 이 열교환튜브(1)의 외주면에 주변 공기가 지나가는 공기통로(2)가 구비되는 다수의 플랜지(3)가 압출에 의해 연결시키므로 1 - 2 미터정도 나란히 배열시킨 양끝을 헤더(6)와 격판이 결합용접되어 있다. 그리고, 상기 열교환튜브(1)의 내부는 내경을 따라 삼각요철과 같은 리플형상으로하여 열전달효율을 증대시키고 있다.

따라서, 알루미늄재질의 압출로 0 - 50 mm 간격의 다수개 열교환튜브(1)와 그사이마다 일정한 간격으로 배열된 각 공기통로(2)와 플랜지(3)로 이루어진 열교환판넬(4)이 형성되고 있다. 이 열교환판넬(4)의 바깥쪽으로 형성된 양쪽 열교환튜브(1)에 날개(5)가 형성되어 있으며, 이 열교환판넬(4)의 열교환튜브(1)양끝을 튜브수와 대응된 홀이 형성되는 헤더(6)및 격판이 결합용접되어 완성품으로 사용하게 된다. 상기 열교환튜브(1)는 A - A와 도3(c)의 단면확대도에 도시된 바와 같이내측 또는 내외측을 동시에 돌기를 형성시켜 사용할 수 있다.

상기 열교환판넬(4)에서의 플랜지(3)는 프레스로 가공되고 있고, 열교환튜브(1)는 원형, 타원형, 사각 또는 사다리, 다이아몬드형상이 가능하며 또 평다공형상(도 5 참조)을 사용할 수도 있다. 그리고, 이 열교환판넬(4)의 바깥쪽으로 형성된 양 열교환튜브(1)에는 날개(5)가 형성되는 한편, 이 열교환판넬(4)의 열교환튜브(1)양끝을 다수의 홀이 형성되는 헤더(6)가 결합하여 깨스용접또는 브레이징하여 완성품으로 열교환장치로 사용하게 된다.

여기서 각 공기통로(2)는 원형으로 사용하여 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 직사각형, 사각형 또는 기타 다른 형태로 사용해도 좋다. 따라서, 본 발명의 열교환장치는 냉매의 열이 열교환환판넬의 각튜브와 각플랜지를 따라 순차적으로 이동한 다음, 외부로부터 이동하여 온 공기가 상기 각플랜지의 각공기통로를 통과하면 상기 플랜지에 도달한 열이 이동하여 온 공기로 방출되면서 외부로 이동하게 되므로 열교환속도가 신속히 이루어진다.

도 2 는 본 발명의 압출다중관을 이용한 열교환장치를 벤딩하여 사용하는 상태도로서, 본 발명의 열교환장치는 도 1 에 도시된 열교환장치와 다른 점으로 길이가 길어서 설치가 길이방향으로 불가능할 때 V 자 벤딩이나 U 자 벤딩으로 여러 가지 절곡을 도모할 수 있다.

즉 다수의 열교환튜브(1)로 된 열교환판넬(4)을 예컨데 5 회 벤딩하여 수직으로 적층시킴으로 설치공간이 적고 물류측면에서 스페이스가 적게 소요되도록 되어 있다. 여기서 5 회벤딩의 열교환장치를 일례로 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 2 회 또는 7 회이상으로 하여 사용해도 좋다.

그리고, 도 1 에 도시된 헤더(6)의 열교환판넬(4)을 원형으로 절곡할 수도 있는 데, 이는 도 3(b)에 도시된 바와 같이 상기 헤더(6)을 일축으로하여 달팽이형태로 감아서 사용할 수 있다.

도 3 및 도 4 는 본 발명의 압출다중관을 이용한 열교환장치를 여러 가지 형태로 도시해 놓은 것으로, 본 발명은 열교환판넬의 길이가 길어서 설치가 길이방향으로 불가능할 때 V 자 벤딩이나 U 자 벤딩으로 절곡가능하다. 도 3(a) 에 도시된 양끝 헤더(6)의 열교환판넬(4)은 예컨데 전장 200cm 시 가로세로 각 100cm 의 스페이스가 있을 때에 90 도 벤딩하여 사용하는 열교환장치인 것이다.

도 4 에 도시된 열교환판넬(4)은 전장 200cm 시 가로방향으로만 100cm의 스페이스가 있을 때에 100cm 두장을 연결하여 양측을 헤더(6')을 결합한 것으로, 용량증대시 길이방향과 폭제한이 있을 때 폭방향으로 중첩이 용이하고, 기본 열교환판넬(4)에서 추가 금형없이 조합이 가능하고 상기 헤더(6')의 길이만 연장시켜 용이하게 용량을 증대시킬 수 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 열교환장치는 본 발명자에 의해 특허출원된 열교환장치와 마찬가지로 열교환튜브의 플랜지에 의해 외부 공기와의 열교환이 이루어지면서 냉각이 진행된다. 즉, 냉매흡입구를 통해 상부의 열교환튜브를 지나면서 냉각된 냉매는 우측의 헤더로 유입되고, 이 헤더의 격벽에 의해 밑으로 이동하지 못하고 다음 열교환튜브내부를 통과하면서 다수의 플랜지를 통해 외부공기와의 열교환이 이루어진다.

이러한 방식으로 냉매는 양쪽의 헤더및 이들 헤더사이에 배치된 다수의 열교환튜브를 회로구성하여 냉매가 흐르는 과정에서, 상기 열교환튜브에 일체로 형성된 공기통로사이의 다수 플랜지와의 열접촉을 통해 냉각된 다음, 냉매배출구를 통해 배출되어 도시되지 않는 증발기로 보내어지게 된다.

도 5 은 본 발명의 다른 실시예에 관한 압출평다중관을 이용한 열교환장치의 구성을 도시해 놓은 단면도로써, 본 발명에서 이용되어지는 열교환튜브(10)는 평다공튜브이고 열교환핀(11)은 주름핀으로 되어 있는 바, 이는 B-B 확대된 바와 같이 열교환튜브(10)사이에 열교환핀(11)이 끼워져서 예컨데 5 개의 열교환튜브와 4 개의 열교환핀을 적층하여 사용할 수 있다.

상기 5 개의 열교환튜브(10)중앙을 0 - 180 도로 벤딩할 수 있고, 이 열교환튜브(10)사이의 간격을 5 - 10 mm 로 하고 여기서는 9 mm로하여 설명하기로 한다. 그러면, 일측에서 상기 열교환튜브(10)사이에 공간이 있으면서 최초 반경 10 - 20 mm로 절곡되고, 열교환튜브(10)와 열교환핀(11)이 끼워진 길이는 100 - 300mm 이고 곁쳐진 높이는 120 - 140 mm로써 타측에 2 개의 헤더(13, 13')가 일렬로 결합용접되어 완성품으로 사용하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이 열교환튜브(10)와 열교환핀(11)을 이용하여 컴팩트하게 되므로 제조공정의 단순화와 코스트다운을 도모할 수 있다. 그리고, 상기 일측의 열교환튜브(10)에서 열교환핀(11)은 용량의 가감에 따라 넣거나 빼고 사용할 수 있다.

상기 5 개의 열교환튜브(10)를 중앙에서 180 도로 벤딩하면 일측의 굽은 내부통로와 외부공간, 그리고 타측의 각 헤더(13, 13')가 결합 용접되는 5 개 열교환튜브(10)와 8 개의 열교환핀(11)으로 컴팩트하게 적층된 열교환장치로 사용하게 된다. 여기서, 열교환튜브(10)와 헤더(13, 13')는 본 발명자에 의해 특허출원된 열교환장치와 마찬가지로 회로를 구성하여 냉매가 흐르는 과정에서 외부 공기와의 열교환이 이루어지면서 냉각이 진행되고 있음으로 그에 상세한 설명은 생략한다.

도 6 및 도 7 은 본 발명의 압출다중관을 이용한 열교환장치의 내부구성및 2열배치를 보인 각 단면도로서, 도 1 내지 도 5 에 도시된 열교환장치의 회로구성에 관한 설명은 다중의 튜브와 헤더, 헤더용 격판을 사용하고 있음으로 종래의 와이어 콘덴서가 그룹핑한 회로구성이 되지 못하나, 사이클의 최적화를 위한 최초의 입구에서의 제1, 제2 --- 튜브를 그룹핑하여 점차 액체로되는 회로에 맞도록 격판을 적용할 수 있도록 하고 있다.

먼저 도 6을 보면 다수의 열교환튜브(12, 12')의 양단에는 헤더(18, 18')가 용접방법으로 부착되어 헤더(18)상하로 격판(18a, 18c)이, 다른 헤더(18')중앙으로 격판(18b)가 각각 형성되고, 상기 헤더(18)에는 냉매유입구(19)와 냉매배출구(19')가 구비되어, 회로를 구성하여 냉매가 흐르는 과정에서 외부 공기와의 열교환이 이루어지면서 냉각이 진행된다. 따라서, 화살표 방향(P)을 따라 냉매유입구(19)를 통해 헤더(18)로 유입되는 냉매는 격벽(18a)에 의해 더이상 하부로 이동하지 못하고 상부의 열교환튜브(12)의 내부 공간부(12a)를 통과하게 된다.

이 과정에서 전술한 바 있는 플랜지(또는 열교환핀)에 의해 외부 공기와의 열교환이 이루어지면서 냉각이 진행된다. 상부의 열교환튜브(12)를 지나면서 냉각된 냉매는 우측의 헤더(18')로 유입된 다음, 격벽(18b)에 의해 밑으로 이동하지 못하고 다음의 열교환튜브(12')내의 공간부(12a')를 통과하면서 플랜지(또는열교환핀)를 통해 외부 공기와의 2차 열교환이 이루어진다. 이러한 방식으로는 양쪽의 헤더(18, 18')및 이들 헤더(18, 18')사이에 배치된 다수의 열교환튜브(12, 12')를 차례로 지나는 과정에서, 열교환튜브(12, 12')사이의 플랜지및 공기통로사이의 플랜지와의 열접촉을 통해 충분히 냉각된 다음, 냉매배출구(19')를 통해 화살표 방향(Q)을 따라 배출되어 증발기로 보내어진다.

도 7(a) 에서는 도 6 에서 설명한 2 개의 열교환장치가 수직으로 나란히 배치된 구조로, 본 실시예에서는 냉매유입구(19)를 통해 상부 열교환장치로 유입된 냉매가 도 6 에 도시된 바와 같은 순서대로 이동되면서 냉각된 다음, 냉매배출구(19')로 배출되어 또다시 두번째 냉매유로를 따라 냉매파이프(19")로 배출된다. 따라서, 본 실시예를 확대 적용하면 X,Y,Z 3 방향으로 단위유니트를 연결시켜 희망하는 용량을 얻도록 모듈화할 수 있다. 경우에 따라서는 2 개의 열교환장치를 수평으로 배열하여 사용해도 좋다.

도 7(b)에서는 도 6 에 도시된 열교환장치와 다른 점으로 좌우측의 헤더(18, 18')내 격벽(18a, 18b)위치가 중앙과 하부에 형성되어 그룹핑회로인 점으로, 냉매는 3 개 - 2 개 - 1 개순으로 배출되어 증발기로 보내어진다.

따라서, 본 발명은 압출다중관 또는 압출평다중관을 이용한 열교환장치에 대한 기술사상을 예시도면에 의거하여 설명했지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명은이 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 예컨데 냉장고용 응축기로써의 열교환장치를 개량하여 열교환판넬을 다양한 형태의 절곡시켜 제조공정의 단순화와 전체사이즈의 최소화에 따른 설치공간의 최소화시킬 수 있고, 내부 또는 내외부돌기로 열전달 효율을 증대시켜 단위면적당 열교환효율을 향상시킬 수 있는 압출다중관및 압출 평다중관을 이용한 열교환장치를 제공할 수 있고, 원감절감을 기존 제품대비 10% 정도 기대될 수 있다. 또한 본 발명은 여러회의 벤딩시 제조공장에서의 자재 보관공간의 최소화를 도모할 수 있는 잇점이 있다.

Claims

열교환판넬(4)은 압출되어서 알루미늄 압출로 0 - 50 mm 간격의 다수개의 내부 또는 내외측 돌기를 형성한 열교환튜브(1)가 형성되고, 열교환튜브(1)들 사이에는 플랜지(3)가 형성되며, 그들의 최외측에는 날개(5)를 형성한 구성으로 되며, 헤더(6)와 격판은 열교환튜브(1)의 양끝에 그의 수와 대응하는 홀이 형성되어 열교환튜브(1)에 결합되게 한 일체형의 압출다중관을 이용한 열교환장치.
제 1 항에 있어서,

상기 플랜지(3)에는 일정한 간격으로 배열되어 공기유로로써 가능하는 공기통로(2)를 형성한 압출다중관을 이용한 열교환장치.
제 1 항에 있어서,

상기 열교환판넬(4)의 절곡은 90도,다수회의 V 자, U 자 벤딩, 원형중 어느 한가지 형으로 되고, 이는 ㄱ 자 또는 X,Y,Z 방향으로 단위유니트로써 연결, 모듈화하여 용량증대시킨 것을 특징으로 하는 압출다중관을 이용한 열교환장치.
평다공튜브로써 열교환튜브(10)사이에 삼각요철의 열교환핀(11)이 끼워져서 예컨데 5 개의 열교환튜브와 4 개의 열교환핀을 적층하고, 상기 5 개의 열교환튜브(10)중앙을 0 - 180 도로 벤딩하여 이 열교환튜브(10)사이의 간격을 5 - 10 mm 로 하고, 일측에서는 상기 열교환튜브(10)사이에 공간이 있으면서 최초 반경 10 - 20mm 으로 절곡, 상기 열교환튜브(10)와 열교환핀(11)이 끼워진 길이가 100 - 300mm, 곁쳐진 높이가 120 - 140 mm로써 타측에는 2 개의 헤더(13, 13')가 일렬로 결합용접된 것을 특징으로 하는 압출평다중관을 이용한 열교환장치.
다수의 열교환튜브(12, 12')의 양단에는 헤더(18, 18')가 용접방법으로 부착되어 헤더(18)상하로 격판(18a, 18c)이, 다른 헤더(18')중앙으로 격판(18b)가 각각 형성되고, 상기 헤더(18)에는 냉매유입구(19)와 냉매배출구(19')가 구비되어 회로를 구성시켜 냉매가 흐르는 과정에서 외부 공기와의 열교환이 이루어지면서 냉각이 진행된 것을 특징으로 하는 압출다중관을 이용한 열교환장치.
제 5 항에 있어서,

상기 헤더(18, 18')내의 격벽(18a, 18b)위치가 중앙과 하부에 형성되어 냉매를 3 개 - 2 개 - 1 개순으로 배출시켜 그룹핑한 것을 특징으로 하는 압출다중관을 이용한 열교환장치.