KR20050067168A

KR20050067168A - 열교환용 튜브 및 열교환기

Info

Publication number: KR20050067168A
Application number: KR1020057005715A
Authority: KR
Inventors: 고오이찌로오 다께
Original assignee: 쇼와 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2005-06-30
Also published as: EP1546630A4; AU2003272090A1; EP1546630A1; WO2004031676A1; US20060151160A1; AU2003272090B2; US7165606B2; US20070074862A1

Abstract

열교환용 튜브는 소정의 길이를 갖는 납작한 튜브 본체와, 튜브의 종 방향으로 뻗어있고 튜브 폭 방향으로 배열된 복수의 냉매 통로를 구비한다. 다음의 관계식 (a) 내지 (c)를 만족한다. W = 6 내지 18 mm...(a); Ac/At × 100 = 50 내지 70 %...(b); P/L × 100 = 350 내지 450 %...(c). 여기서 "W"는 튜브 본체의 폭, "Ac"는 냉매 통로들의 총 단면적, "At"는 튜브 본체(냉매 통로 포함)의 총 단면적, "L"은 튜브 본체의 외부 주연, "P"는 냉매 통로의 총 내부 주연이다. 이러한 튜브에 의하면 무게를 가볍게 유지하면서도 충분한 내압성을 얻을 수 있고 통로 저항을 감소시킬 수 있으며, 또한 열교환 성능을 향상 시킬 수 있다.

Description

열교환용 튜브 및 열교환기 {HEAT EXCHANGING TUBE AND HEAT EXCHANGER}

2002년 10월 2일에 출원한 일본 특허출원 제2002-290180호, 2002년 10월 25일에 출원한 미국 가특허출원 제60/421,082호 및 2003년 9월 19일 출원한 일본 특허 출원 제2003-327179호를 기초로 우선권을 주장하고, 상기 출원들의 전체 개시내용은 본 명세서에 참조용으로 통합된다.

본 출원은 35 U.S.C.§111(b) 규정에 따라 2002년 10월 25일에 출원된 가출원 제60/421,082호의 출원일의 35 U.S.C.§119(e)(1) 규정에 따라 우선권을 주장하는 35 U.S.C.§111(a) 규정 하에서 출원된 출원이다.

본 발명은 자동차용 에어컨, 가정용 에어컨, 냉장고, 전자장비 쿨러 등의 냉각 사이클에 사용되는 콘덴서 또는 증발기와 같은 열교환기와 이러한 열교환기의 열교환용 튜브에 관한 것이다.

이하에서 관련 기술 및 그 속의 문제점들에 대한 본 발명자의 지식을 설명하는데, 이것이 선행기술에 대한 지식의 용인으로 해석하여서는 아니 된다.

자동차용 에어컨의 냉각 사이클에 사용되는 종래 콘덴서로서, 이른바 멀티플로우 타입(multi-flow type) 열교환기들이 널리 사용되고 있다. 그러한 콘덴서의 일례가 국제공개번호 WO 02/42706에 나타나있다.

이 열교환기는 한 쌍의 수직 헤더 및 대향하는 단부들이 헤더에 연결된 상태에서 상하방향을 따라 평행하게 배열된 복수의 열교환용 튜브를 구비한다. 복수의 열교환용 튜브들은 복수의 통로들을 형성하도록 헤더에 구비된 격벽에 의하여 구분된다. 일 헤더의 냉매 입구로 유입되는 기체 냉매는 각각의 통로를 차례대로 통과하여 응축되고 액화된다. 그 다음에 일 헤더의 냉매 출구 밖으로 흐른다.

이러한 열교환기의 크기는, 예를 들면, 필요한 열 제거 성능 및 설치 공간의 크기에 따라 결정된다. 일반적인 열교환용 튜브는 편평하고 단면의 폭이 약 20mm정도이다.

이러한 열교환기는 대개 자동차나 트럭같은 차량에 장착된다. 최근에, 이러한 차량들에는 연비의 개선 및/또는 유해 가스(예를 들면, CO₂, NO_×) 배출 감소를 목적으로 무게를 가볍게 할 것이 강하게 요구되고 있다. 따라서, 모든 종류의 자동차용 부품들은 무게가 가벼워야 하고, 앞서 말한 열교환기도 예외가 될 수 없다.

이러한 상황에서, 열교환기의 무게를 감소시키기 위하여, 열교환용 튜브의 높이를 낮추거나, 열교환용 튜브의외부 주연벽의 두께를 줄이거나 인접한 열교환용 튜브들 사이에 배치된 외부 열 방출 핀의 두께를 줄이는 것을 생각해 볼 수 있다.

그러나, 그러한 방법들로 무게를 줄이는 것은 한계에 도달했다고 여겨지며, 그러한 방법에 기초하여 더 이상 무게를 줄이려는 시도는 고유의 열교환 성능을 감소시킨다. 예를 들어, 만약 튜브의 높이가 낮아지면, 각각의 냉매 유동 통로의 내부 주연이 짧아져서 열 방출 성능을 떨어뜨린다. 만약 튜브의 외부 주연벽의 두께가 가늘어지면, 내압성(pressure resistance)이 저하된다. 더욱이, 핀의 두께가 가늘어지면, 튜브와 접촉하고 있는 핀부와 핀의 중심부 사이의 온도차가 커져서, 열 방출 성능을 저하시킨다.

다른 공개문헌들에 개시된 다양한 특징, 실시예, 방법, 및 장비들의 장점 및 단점에 대해서 여기서 기술하는 것은 본 발명의 범위를 결코 제한하고자 하는 의도가 아니다. 실제로, 본 발명은 어떤 특징들로 일정 단점들을 극복할 수 있지만, 상기 공개문헌에 개시된 특징, 실시예, 방법, 및 장비들의 일부 또는 전체를 보유하고 있다.

도1은 본 발명에 관한 열교환기의 정면도이다.

도2는 본 발명에 관한 열교환기의 헤더의 튜브 연결부의 분해 사시도이다.

도3은 본 발명에 관한 열교환용 튜브의 사시도이다.

도4는 본 발명에 관한 열교환용 튜브의 단면도이다.

도5는 실시예들/비교 실시예들에 따른 열교환기의 무게와 목표 무게 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도6은 실시예들/비교 실시예들에 따른 열교환기의 내압성과 필요한 내압성 사이의 관계를 나타내는 그래프이다

도7은 실시예들/비교 실시예들에 따른 열교환기의 열 방출 성능과 목표 열 방출 성능 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도8은 실시예들/비교 실시예들에 따른 열교환기의 통로 저항과 목표 통로 저항 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 일목적은, 열교환용 튜브를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 무게를 줄이고 충분한 내압성을 유지하면서, 열교환기의 성능을 개선하고 통로 저항을 감소시키는 열교환기를 제공하는 것이다.

콘덴서 등에 사용되는 열교환용 튜브의 구조에 대하여 여러가지 구체적인 분석을 하고 이러한 분석에 기초하여 구체적인 실험/연구를 반복적으로 수행한 끝에, 본 발명자는 앞서 말한 열교환용 튜브 및 열교환기의 목적을 달성할 수 있는 최적의 조건을 찾았다.

본 발명의 제1 태양에 따르면,

(1) 열교환용 튜브는 소정의 길이를 갖는 납작한 튜브 본체를 구비하는데, 이 튜브 본체는 튜브에서 종 방향으로 뻗어있고 폭 방향으로 배열된 복수의 냉매 통로를 가지며, 다음의 관계식을 만족한다.

W = 6 내지 18 mm ...(a),

Ac/At × 100 = 50 내지 70 % ...(b), 및

P/L × 100 = 350 내지 450 % ...(c)

여기서 "W"는 튜브 본체의 폭, "Ac"는 냉매 통로들의 총 단면적, "At"는 튜브 본체(냉매 통로를 포함)의 총 단면적, "L"은 튜브 본체의 외부 주연, "P"는 냉매 통로의 총 내부 주연이다.

상기 항목(1)(본 발명의 제1 태양)에서 한정한 열교환기에 사용되는 열교환용 튜브는 도1 및 도2에 도시된 자동차용 에어컨의 냉각 사이클에서 콘덴서 등에 사용되는 이른바 멀티플로우 타입 열교환기에 적용된다.

상기 열교환기는 한 쌍의 수직 헤더(50, 50), 이 헤더(50, 50)에 양단부가 연결되어 평행하게 배열된 복수의 열교환용 튜브(60), 인접한 튜브들(60) 사이 및 최외측 튜브(60)의 외부에 배치된 핀(51)과 최외측 핀(51)의 외부에 배치된 측면판(52)을 구비한다. 열교환용 튜브(60)는 헤더(50)에 구비된 격벽(53)에 의하여 복수의 통로(C1 내지 C3)로 구분된다. 일 헤더(50)의 상부에 구비된 냉매 입구(50a)를 통하여 유입된 기체 냉매는 각각의 통로(C1 내지 C3)를 구불구불 통과하면서 대기와 열교환을 하여 응축, 액화된 후, 다른 헤더(50)의 하부에 구비된 냉매 출구(50b)로 흘러나온다.

본 열교환기의 튜브(60)는 알루미늄(또는 그 합금)으로 만들어진 압출 성형 튜브이다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 본 열교환용 튜브(60)는 높이(H)가 폭(W)보다 작은 납작한 튜브 본체(60)를 갖는다.

튜브 본체(61)는 외부 주연벽(63) 및 외부 주연벽(63)의 내측에 일체로 형성된 격벽(64)을 구비한다. 각각의 격벽(64)은 외부 주연벽(63)을 구성하는 상부벽 및 하부벽을 연결하고 튜브 종 방향으로 뻗어있다. 그리하여, 튜브 본체(61)의 외부 주연벽(63)의 내부 공간은 각각의 격벽(64)으로 구분되어서, 단면이 직사각형인 복수의 냉매 통로(65)는 튜브 폭 방향으로 배열되고, 튜브의 종 방향으로 뻗어있다.

본 발명에 따른 열교환용 튜브(60)에서, 앞서 언급한 관계식 (a) 내지 (c)를 만족시키는 것이 필요하다.

관계식 (a)는 튜브의 폭(W)을 정한다. 다음의 이유에서 튜브의 폭(W)을 6 내지 18 mm로 정하는 것이 필요하다. 튜브의 폭(W)이 너무 크면(즉, 18 mm 보다 크면), 튜브는 너무 무거워지고, 이것은 최초의 목적을 달성하는 것을 힘들게 만든다. 그와 반대로, 만약 폭(W)이 너무 좁으면(즉, 6mm 미만), 냉매 통로(65)의 충분한 크기를 유지하기가 어렵고, 이것은 냉매 통로 저항을 증가시키고 냉매 통로(65)의 내부 주연을 감소시켜서, 충분한 열교환 성능을 달성하기가 어렵게 만든다. 바람직한 튜브의 폭(W)은 6 내지 14 mm이고, 더 바람직하게는 7 내지 12 mm이다.

관계식 (b)는 냉매 통로(65)의 총 단면적 "Ac" 및 냉매 통로(65)를 포함한 튜브 본체(61)의 총 단면적 "At" 사이의 관계를 정한다. "Ac/At × 100"은 50 내지 70 %일 필요가 있다. 더 바람직한 범위는 55 내지 65 %이다. 만약 "Ac/At"가 너무 작다면(즉, 50 % 미만), 냉매 통로 저항은 커져서, 압력 손실을 증가시키고 튜브의 무게를 증가시킨다. 반대로, 만약 "Ac/At"가 너무 크다면(즉, 70 % 보다 크면), 통로 단면적이 증가해서 냉매의 유속을 감소시키고, 이는 결국 열전달 계수를 감소시킨다.

관계식 (c)는 튜브 본체(61)의 외부 주연(L)과 냉매 통로(65)의 총 내부 주연(P) 사이의 관계를 정한다. "P/L × 100"은 350 내지 450 %일 필요가 있다. 더 바람직하게는, 360 내지 420 %로 설정되어야 한다. 만약 "P/L"이 너무 작다면(즉, 350 % 미만), 열전달 성능이 저하되어서, 열교환기로서 충분하지 않은 열교환 성능을 나타낸다. 반대로, 만약 "P/L"이 너무 크다면(즉, 450 % 보다 크면), 튜브가 알루미늄 압출 성형된 제품일 경우, 정밀한 구조를 갖는 압출 다이(die)를 준비할 필요가 있는데, 이는 튜브를 제작하기 어렵게 만든다. 또한, 연통 통로(냉매 통로)를 형성하는 데에 롤 형성 방법이나 3차원 구조 형성 방법을 채용하는 경우에도, 정밀한 구조를 갖는 다이가 필요하고, 이는 튜브를 제작하는 것을 어렵게 만든다.

본 발명의 제1 태양에 따른 열교환용 튜브를 갖는 열교환기에서, 열교환용 튜브가 앞서 언급한 항목(1)에서 정의된 바와 같은 구조를 갖기 때문에, 무게를 가볍게 유지하면서도 충분한 내압성을 얻을 수 있으며, 통로 저항이 감소될 수 있 있고, 이는 결국 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제1 태양에서는, 다음의 항목(2) 내지 항목(7)에서 정의된 바와 같은 구조를 채택하는 것이 바람직하다.

(2) 앞서 항목(1)에서 말한 열교환용 튜브이고, 다음의 관계식 (d)를 만족한다.

P/W × 100 = 750 내지 850 % ...(d)

항목(2)는 튜브 본체(61)의 총 내부주연(P)과 튜브 폭(W) 사이의 관계를 정한다. "P/W × 100"은 750 내지 850 %로 정하는 것이 바람직하다. "P/W"가 상기에서 정한 범위를 벗어난다면, 바람직한 통로 구조를 얻을 수 없고, 이것은 증가된 통로 저항 및/또는 저하된 열전달 성능 때문에 열교환 성능을 저하시킨다.

(3) 앞서 항목(1) 또는 항목(2)에서 말한 열교환용 튜브이고, 다음의 관계식 (e)를 만족한다.

N/W = 3 내지 4 (pieces/mm)

여기서, "N"은 냉매 통로의 개수이다.

본 항목(3)은 냉매 통로(65)의 개수(N)와 튜브 폭(W) 사이의 관계를 정한다. "N/W"는 3 내지 4 (pieces/mm)로 정하는 것이 바람직하다. 만약 "N/W"가 너무 작다면(즉, 3 pieces/mm 미만이면), 튜브의 폭 방향으로 배열된 격벽(64)의 개수가 감소하여, 내압성의 저하를 초래한다. 반대로, 만약 "N/W"가 너무 크면(즉, 4 pieces/mm 보다 크면), 냉매 통로(65)의 폭이 너무 작아져서, 통로 저항의 증가를 초래해서, 열교환기의 성능을 저하시킬 것이다.

(4) 앞서 항목(1)에서 말한 열교환용 튜브이고, 다음의 관계식 (f)를 만족한다.

H = 0.5 내지 1.5 mm ...(f)

여기서, "H"는 튜브 본체의 높이이다.

항목(4)는 튜브 높이(H)를 정한다. 튜브 높이(H)는 0.5 내지 1.5mm로 정하는 것이 바람직하다. 만약 튜브 높이(H)가 너무 크면(즉, 1.5mm 보다 크면), 튜브 크기가 증가해서, 튜브가 무거워지며, 이는 결국 당초의 목적을 달성하기 어려워진다. 반대로, 만약 튜브 높이(H)가 너무 작다면(즉, 0.5mm 미만), 냉매 통로(65)의 충분한 크기를 확보하는 것이 불가능하게 되어서, 냉매 통로의 내부 주연의 감소로 인해 냉매 통로 저항 증가 및 열 방출 성능의 저하를 초래한다. 즉, 튜브 높이가 너무 작은 것은 충분한 열교환 성능을 확보하는 것을 어렵게 한다.

튜브 높이(H)를 0.5mm보다 작게 정하기 위해서, 만약 튜브 본체(61)의 외부 주연벽(63)의 두께가 감소하고 그에 따라 냉매 통로(65)의 크기가 증가하면, 외부 주연벽(63)의 내압성이 저하되고, 이는 결국 전체 튜브의 내압성의 저하를 초래하기도 한다.

(5) 앞서 항목(1) 내지 (4)에서 말한 열교환용 튜브의 하나로서, 다음의 관계식 (g)를 만족한다.

Ta = 50 내지 80 μm ...(g)

여기서 "Ta"는 튜브 본체에서 인접하는 냉매 통로들을 구분하는 격벽(64)의 두께이다.

항목(5)는 튜브 본체(61)에서 인접하는 냉매 통로들을 구분하는 격벽(64)의 두께(Ta)를 정한다. 격벽의 두께(Ta)는 50 내지 80 μm로 정하는 것이 보다 바람직하다. 만약 두께(Ta)가 너무 작으면(즉, 50 μm 미만), 격벽(64)의 강도가 저하되서, 충분한 내압성을 확보하는 것이 어려워진다. 반대로, 만약 두께(Ta)가 너무 크면(즉, 80 μm 보다 크면), 냉매 통로의 크기를 충분히 확보하는 것이 불가능하고, 냉매 통로 저항을 증가시키고, 결국 열교환 성능의 저하를 초래하기도 한다.

(6) 앞서 항목(1) 내지 (5)에서 말한 열교환용 튜브중 하나로서, 다음의 관계식 (h)를 만족한다.

Tb = 80 내지 250 μm ...(h)

여기서 "Tb"는 튜브 본체에서 외부 주연의 두께이다.

항목(6)은 튜브 본체(61)에서 외부 주연벽(63)의 두께(Tb)를 정한다. 두께(Tb)는 80 내지 250 μm로 정하는 것이 보다 바람직하다. 만약 두께(Tb)가 너무 얇으면(즉, 80 μm 미만), 외부 주연벽(63)의 강도가 저하되서, 충분한 내압성을 확보하는 것이 어려워진다. 반대로, 만약 외부 주연벽의 두께(Tb)가 너무 두꺼우면(즉, 250 μm 보다 크면), 냉매 통로의 충분한 크기를 확보할 수 없으며, 냉매 통로 저항을 증가시키고, 이는 결국 열교환 성능의 저하를 초래하기도 한다.

(7) 앞서 항목(1) 내지 (6)에서 말한 열교환용 튜브중의 하나로서, 냉매 통로는 단면이 대략 직사각형이다.

항목(7)에서, 냉매 통로(65)는 단면이 대략 직사각형(정사각형)이기 때문에, 냉매 통로(65)의 내부 주연 및 냉매 통로 단면적은 원형 단면을 갖는 냉매 통로에 비하여 크게 유지될 수 있다. 따라서, 항목(7)에서 정의된 구조에서, 열 방출 저항 및 통로 저항을 감소 시킬 수 있어서, 열교환 성능은 더욱 향상될 수 있다.

항목(2) 내지 항목(7)의 바람직한 구조는 이하에서 설명할 본 발명의 제2 내지 제4 태양에 또한 적용할 수 있으며 상기에서 언급한 것과 동일한 효과들을 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 태양에 따르면,

(8) 소정의 길이를 갖는 납작한 튜브 본체에 복수의 냉매 통로들을 구비한 열교환용 튜브로서, 상기 냉매 통로들은 튜브의 종 방향으로 뻗어있고 튜브의 폭 방향에 평행하게 배열되 있으며,

다음의 관계식 (a), (f), (g) 및 (h)를 만족한다.

W = 6 내지 18 mm ...(a),

H = 0.5 내지 1.5 mm ...(f),

Ta = 50 내지 80 μm ...(g) 및,

Tb = 80 내지 250 μm ...(h),

여기서, "W"는 튜브 본체의 폭이고, "H"는 튜브 본체의 높이이고, "Ta"는 튜브 본체에서 인접한 냉매 통로들을 구분하는 격벽의 두께이고, "Tb"는 튜브 본체의 외부 주연벽의 두께이다.

항목(8)에서 말한 본 발명(본 발명의 제2 태양)에 따른 열교환용 튜브는 이 열교환용 튜브가 열교환기에 적용되었을 때 본 발명의 제1 태양에서와 같은 방식으로 무게를 가볍게 유지하면서 충분한 내압성을 확보할 수 있으며, 통로 저항을 감소시키고 열교환 성능을 개선한다.

본 발명의 제3 태양에 따르면,

(9) 한 쌍의 헤더 및 헤더의 길이 방향으로 평행하게 배열된 복수의 열교환용 튜브를 구비한 열교환기로서, 열교환용 튜브의 양 단부는 헤더에 연결되어 유체 연통되고,

상기 열교환용 튜브는 소정의 길이를 갖는 납작한 튜브 본체 및 튜브의 종 방향으로 뻗어있고 튜브의 폭 방향으로 배열된 복수의 냉매 통로들을 구비하고,

다음의 관계식 (a) 내지 (c)를 만족한다.

W = 6 내지 18 mm ...(a),

Ac/At × 100 = 50 내지 70 % ...(b), 및

P/L × 100 = 350 내지 450 % ...(c)

여기서, "W"는 튜브 본체의 폭, "Ac"는 냉매 통로들의 총 단면적, "At"는 튜브 본체(냉매 통로를 포함)의 총 단면적, "L"은 튜브 본체의 외부 주연, "P"는 냉매 통로의 총 내부 주연이다.

항목(9)에서 기술한 발명(본 발명의 제3 태양)이 본 발명의 제1 태양의 열교환용 튜브를 사용하는 열교환기를 특정하기 때문에, 본 발명의 제1 태양에서와 동일한 방식으로 무게를 가볍게 유지하면서 충분한 내압성을 확보하고, 통로 저항을 감소시키고, 열교환 성능을 개선하는 것이 가능하다.

본 발명의 제4 태양에 따르면,

(10) 한 쌍의 헤더 및 헤더의 길이 방향으로 평행하게 배열된 복수의 열교환용 튜브를 구비한 열교환기로서, 상기 열교환용 튜브의 양단은 헤더에 연결되어 유체연통되고,

다음의 관계식 (a), (f), (g) 및 (h)를 만족한다.

W = 6 내지 18 mm ...(a),

H = 0.5 내지 1.5 mm ...(b),

Ta = 50 내지 80 μm ...(g) 및,

Tb = 80 내지 250 μm ...(h),

여기서, "W"는 튜브 본체의 폭이고, "H"는 튜브 본체의 높이이고, "Ta"는 튜브 본체의 인접한 냉매 통로들을 구분하는 격벽의 두께이고, "Tb"는 튜브 본체의 외부 주연벽의 두께이다.

항목(10)에서 말한 발명(본 발명의 제4 태양)은 본 발명의 제2 태양의 열교환용 튜브를 사용하는 열교환기를 특정하기 때문에, 본 발명의 제1 태양에서와 동일한 방식으로 무게를 가볍게 유지하면서 충분한 내압성을 확보하고, 통로 저항을 감소시키고 열교환 성능을 개선하는 것이 가능하다.

이상 기술한 본 발명의 제1 내지 제4 태양에서, 튜브 폭(W)의 바람직한 범위는 본 발명의 제1 태양에서와 마찬가지로 6 내지 14 mm이다.

본 발명의 제1 내지 제4 태양에 따르면, 본 발명의 제1 태양에서와 동일한 방식으로 무게를 가볍게 유지하면서 충분한 내압성을 확보하고, 통로 저항을 감소시키고, 열교환 성능을 개선하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 목적들 및 장점들은 이하의 바람직한 실시예들을 통해 명확해 질 것이다.

<테이블1>

Ac : 냉매 통로들의 총 단면적

At : 튜브 본체의 총 단면적

P : 냉매 통로의 총 내부 주연

L : 튜브 본체의 외부 주연

N : 냉매 통로의 개수

H : 튜브 본체의 높이

W : 튜브 본체 M 폭

Ta : 격벽의 두께

Tb : 외부 주연벽의 두께

<실시예1>

앞서 설명한 실시예(도3 및 도4에 도시)에 따른 열교환용 튜브들이 제작되었다. 테이블1에 나타된 바와 같이, 냉매 통로들의 총 단면적(Ac)은 5.29 mm², 튜브 본체의 총 단면적(At)은 8.92 mm², 냉매 통로들의 총 내부 주연(P)은 64.1 mm, 튜브 본체의 외부 주연(L)은 17.3 mm, 튜브 본체의 총 단면적에 대한 냉매 통로들의 총 단면적(Ac/At)은 59 %, 튜브 본체의 외부 주연에 대한 냉매 통로들의 총 내부 주연(P/L)은 371 %, 냉매 통로의 개수는 28 pieces, 튜브 높이(H)는 1.15 mm, 튜브 폭(W)은 8 mm, 튜브 폭에 대한 냉매 통로들의 총 내부 주연(P/W)은 801 %, 튜브 폭에 대한 통로의 개수(N/W)는 3.50 pieces/mm, 튜브 본체의 격벽의 두께(Ta)는 0.06 mm, 외부 주연벽의 두께(Tb)는 0.1 mm로 각각 정하였다.

그리고, 이러한 열교환용 튜브를 사용하여 도1에 도시된 열교환기가 제작되었다.

<실시예2>

테이블1에 나타난 바와 같이, 실시예1에서와 동일한 방법으로 열교환용 튜브가 제작되었으며, Ac는 8.36 mm², At는 13.5 mm², P는 101.2 mm, L은 25.3 mm, Ac/At는 62 %, P/L는 400 %, N은 44 pieces, H는 1.15 mm, W는 12 mm, P/W는 843 %, N/W는 3.67 pieces/mm, Ta는 0.06 mm, Tb는 0.1 mm로 각각 정하였다. 또한, 이러한 열교환용 튜브들을 사용하여 열교환기가 제작되었다.

<실시예3>

테이블1에 나타난 바와 같이, 실시예1에서와 동일한 방법으로, 열교환용 튜브가 제작되었으며, Ac는 11.3 mm², At는 18.1 mm², P는 131.8 mm, L은 33.3 mm, Ac/At는 63 %, P/L는 396 %, N은 57 pieces, H는 1.15 mm, W는 16 mm, P/W는 824 %, N/W는 3.56 pieces/mm, Ta는 0.06 mm, Tb는 0.1 mm로 각각 정하였다. 또한, 이러한 열교환용 튜브들을 사용하여 열교환기가 제작되었다.

<비교실시예1>

테이블1에 나타난 바와 같이, 실시예1에서와 동일한 방법으로 열교환용 튜브가 제작되었으며, Ac는 22 mm², At는 46.1 mm², P는 55 mm, L은 35.4 mm, Ac/At는 48 %, P/L는 155 %, N은 4 pieces, H는 3 mm, W는 16 mm, P/W는 344 %, N/W는 0.25 pieces/mm, Ta는 0.5 mm, Tb는 0.5 mm로 각각 정하였다. 더욱이, 이러한 열교환용 튜브들을 사용하여 열교환기가 제작되었다.

<비교실시예2>

테이블1에 나타난 바와 같이, 실시예1에서와 동일한 방법으로 열교환용 튜브가 제작되었으며, Ac는 7.15 mm², At는 18.1 mm², P는 74.7 mm, L은 32.1 mm, Ac/At는 40 %, P/L는 233 %, N은 28 pieces, H는 1.15 mm, W는 16 mm, P/W는 467 %, N/W는 1.75 pieces/mm, Ta는 0.14 mm, Tb는 0.2 mm로 각각 정하였다. 또한, 이러한 열교환용 튜브들을 사용하여 열교환기가 제작되었다.

<비교실시예3>

테이블1에 나타난 바와 같이, 실시예1에서와 동일한 방법으로, 열교환용 튜브가 제작되었으며, Ac는 4.16 mm², At는 18.1 mm², P는 59.8 mm, L은 32.1 mm, Ac/At는 23 %, P/L는 186 %, N은 26 pieces, H는 1.15 mm, W는 8 mm, P/W는 748 %, N/W는 3.25 pieces/mm, Ta는 0.1 mm, Tb는 0.1 mm로 각각 정하였다. 더욱이, 이러한 열교환용 튜브들을 사용하여 열교환기가 제작되었다.

<비교실시예4>

테이블1에 나타난 바와 같이, 실시예1에서와 동일한 방법으로 열교환용 튜브가 제작되었으며, Ac는 6.05 mm², At는 18.1 mm², P는 73.3 mm, L은 32.1 mm, Ac/At는 33 %, P/L는 228 %, N은 32 pieces, H는 1.15 mm, W는 8 mm, P/W는 916 %, N/W는 4.00 pieces/mm, Ta는 0.03 mm, Tb는 0.1 mm로 각각 정하였다. 또한, 이러한 열교환용 튜브들을 사용하여 열교환기가 제작되었다.

<무게에 관한 테스트 평가>

이상 설명한 실시예들 및 비교 실시예들에서 각각의 열교환기들의 무게(kg)가 측정되었다. 그리고, 도5의 그래프에 도시된 바와 같이, 상기 측정된 무게들과 이상적인 열교환기의 목표 무게(그래프에서 굵게 표시된 값)를 비교하였다.

그래프에서 보이는 바와 같이, 실시예 1,2 및 3과 비교 실시예 3 및 4에 따른 각각의 열교환기의 무게는 목표 무게보다 낮고, 따라서 이러한 분석에 의하면 상기 실시예들의 무게가 가볍다는 것을 보여준다. 반면, 폭이 넓은 튜브를 갖는 비교 실시예 1 및 2에 따른 각각의 열교환기의 무게는 목표 무게보다 높다.

<내압성에 관한 테스트 평가>

앞서 설명한 실시예들 및 비교 실시예들의 각각의 열교환기에 대해 파열 압력(Mpa)을 측정하기 위하여 파괴 테스트를 하였다. 도6의 그래프에 도시된 바와 같이, 각각의 열교환기들의 파열 압력 및 이상적인 열교환기의 필요 파열 압력(그래프에서 굵게 표시된 값)을 비교하였다.

그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1,2 및 3과 더 두꺼운 격벽 두께(Ta)를 갖는 비교 실시예 1 내지 3에 따른 열교환기들은 필요한 파열 압력보다 높은 압력을 지지하므로 충분한 내압성을 갖는다. 반면, 더 작은 격벽 두께(Ta)를 갖는 비교 실시예 4에 따른 열교환기는 필요 파열 압력보다 낮은 파열 압력을 갖는다.

<열 방출 성능에 관한 테스트 평가>

실시예들 및 비교 실시예들에 따른 각각의 열교환기들의 열 방출량(kW)이 측정되었다. 도7의 그래프에 도시된 바와 같이, 각각의 열 방출량과 목표 열 방출량(그래프에서 굵게 표시된 값)을 비교하였다.

상기에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1, 2, 3과 비교 실시예 2에 따른 열교환기들은 목표 열 방출량보다 많은 열 방출량을 보이므로 충분한 열 방출 성능을 갖는다. 또한, 비교 실시예 3 및 4에 따른 열교환기들은 목표 열 방출량보다 약간 작은 열 방출량을 보인다. 반면, 대단히 큰 튜브 높이(H)를 갖는 비교 실시예1에 따른 열교환기는 목표 열 방출량보다 상당히 낮은 열 방출량을 보인다.

<냉매 통로 저항에 관한 테스트 평가>

실시예들 및 비교 실시예들에 따른 각각의 열교환기들의 냉매 통로 저항이 측정되었다. 도8의 그래프에 도시된 바와 같이, 각각의 통로 저항과 목표 통로 저항(그래프에서 굵게 표시된 값)을 비교하였다.

상기에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1, 2, 3과 비교 실시예 1, 2, 4에 따른 열교환기들은 목표 통로 저항보다 낮은 통로 저항을 나타내므로 통로 저항이 낮다. 반면, 비교 실시예3에 따른 열교환기는 목표 통로 저항보다 상당히 높은 통로 저항을 보인다.

<포괄적 평가>

<테이블2>

무게, 내압성, 열 방출 성능 및 통로 저항에 관한 각 테스트 평가의 결과들이 테이블 2에 나타나 있다. 상기 테이블에서, "○"는 각각의 테스트 평가의 목표를 달성한 열교환기를 표시하고, "△"는 각각의 테스트 평가의 목표에 도달하지는 못했지만 실제 사용할 수 있는 수준에 도달한 것으로 여겨지는 열교환기를 표시하고, "×"는 각각의 테스트 평가의 목표에 도달하지도 못했고 실제 사용되기 어렵다는 것을 표시한다.

테이블2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위내에 있는 실시예1 내지 3에 따른 열교환기에서는, 모든 평가에서 양호한 결과를 얻었다. 반면, 본 발명의 범위를 벗어난 비교 실시예 1 내지 4에 따른 열교환기에서는, 어느 것도 좋은 결과를 얻을 수 없었다.

여기에서 사용된 용어 및 표현들은 설명을 위하여 사용된 용어이지 제한을 위한 것이 아니다. 그러한 용어 및 표현들을 사용하는데 있어서, 도시되고 기술된 특징들의 균등물 또는 균등물의 일부를 제외하려는 의도는 없다. 오히려, 본 발명의 청구범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 열교환기 및 열교환용 튜브는 자동차용 에어컨, 가정용 에어컨, 냉장고, 전자 장비 쿨러 등의 냉각 사이클에 사용되는 증발기나 콘덴서에 적용될 수 있다.

Claims

소정의 길이를 갖는 납작한 튜브 본체와 튜브의 종 방향으로 뻗어있고 튜브의 폭 방향으로 배열된 복수의 냉매 통로들을 구비한 열교환용 튜브이며,

W = 6 내지 18 mm ...(a),

Ac/At × 100 = 50 내지 70 % ...(b),

P/L × 100 = 350 내지 450 % ...(c),

라는 관계식 (a) 내지 (c)를 만족하며,

여기서 "W"는 튜브 본체의 폭, "Ac"는 냉매 통로들의 총 단면적, "At"는 튜브 본체(냉매 통로 포함)의 총 단면적, "L"은 튜브 본체의 외부 주연, "P"는 냉매 통로의 총 내부 주연인 열교환용 튜브.
제1항에 있어서,

P/W × 100 = 750 내지 850 % ...(d)

라는 관계식 (d)를 만족하는 열교환용 튜브.
제1항에 있어서,

N/W = 3 내지 4 ...(e)

라는 관계식 (e)를 만족하며,

여기서 "N"은 냉매 통로의 개수인 열교환용 튜브.
제1항에 있어서,

H = 0.5 내지 1.5 mm ...(f)

라는 관계식 (f)를 만족하며,

여기서 "H"은 튜브 본체의 높이인 열교환용 튜브.
제1항에 있어서,

Ta = 50 내지 80 μm ...(g)

라는 관계식 (g)를 만족하며,

여기서 "Ta"는 튜브 본체내의 인접한 냉매 통로들을 구분하는 격벽의 두께인 열교환용 튜브.
제1항에 있어서,

Tb = 80 내지 250 μm ...(h)

라는 관계식 (h)를 만족하며,

여기서 "Tb"는 튜브 본체의 외부 주연벽의 두께인 열교환용 튜브.
제1항에 있어서, 상기 냉매 통로는 단면이 대략 직사각형인 열교환용 튜브.
제1항에 있어서, 튜브 본체의 폭(W)은 6 내지 14 mm인 열교환용 튜브.
제1항에 있어서, 튜브 본체의 폭(W)은 7 내지 12 mm인 열교환용 튜브.
제1항에 있어서,

Ac/At × 100 = 55 내지 65 %

라는 관계식을 만족하는 열교환용 튜브.
제1항에 있어서,

P/L × 100 = 360 내지 420 %

라는 관계식을 만족하는 열교환용 튜브.
소정의 길이를 갖는 납작한 튜브 본체에 복수의 냉매 통로를 구비한 열교환용 튜브이며,

상기 복수의 냉매 통로는 튜브의 종 방향으로 뻗어있고 튜브의 폭 방향으로 평행하게 배열되어 있고,

W = 6 내지 18 mm ...(a),

H = 0.5 내지 1.5 mm ...(f),

Ta = 50 내지 80 μm ...(g),

Tb = 80 내지 250 μm ...(h),

라는 관계식 (a), (f), (g), (h)를 만족하고,

여기서 "W"는 튜브 본체의 폭이고, "H"는 튜브 본체의 높이, "Ta"는 튜브 본체내의 인접한 냉매 통로들을 구분하는 격벽의 두께, "Tb"는 튜브 본체의 외부 주연벽의 두께인 열교환용 튜브.
제12항에 있어서, 튜브 본체의 폭(W)은 6 내지 14 mm인 열교환용 튜브.
제12항에 있어서, 튜브 본체의 폭(W)은 7 내지 12 mm인 열교환용 튜브.
한 쌍의 헤더 및 이 헤더의 길이 방향으로 평행하게 배열된 복수의 열교환용 튜브를 구비한 열교환기이며,

상기 열교환용 튜브의 양단은 상기 헤더에 연결되어 유체 연통 되어 있고,

상기 열교환용 튜브는 소정의 길이를 갖는 납작한 튜브 본체 및 튜브의 종 방향으로 뻗어있고 튜브의 폭 방향으로 배열된 복수의 냉매 통로들을 구비하고,

W = 6 내지 18 mm ...(a),

Ac/At × 100 = 50 내지 70 % ...(b), 및

P/L × 100 = 350 내지 450 % ...(c)

라는 관계식 (a) 내지 (c)를 만족하고,

여기서 "W"는 튜브 본체의 폭, "Ac"는 냉매 통로들의 총 단면적, "At"는 튜브 본체(냉매 통로 포함)의 총 단면적, "L"은 튜브 본체의 외부 주연, "P"는 냉매 통로의 총 내부 주연인 열교환기.
제15항에 있어서, 튜브 본체의 폭(W)은 6 내지 14 mm인 열교환기.
제15항에 있어서, 튜브 본체의 폭(W)은 7 내지 12 mm인 열교환기.
제15항에 있어서,

Ac/At × 100 = 55 내지 65 %

라는 관계식을 만족하는 열교환기.
제15항에 있어서,

P/L × 100 = 360 내지 420 %

라는 관계식을 만족하는 열교환기.
한 쌍의 헤더 및 이 헤더의 길이 방향으로 평행하게 배열된 복수의 열교환용 튜브를 구비한 열교환기이며,

상기 열교환용 튜브의 양단이 헤더에 연결되어 유체 연통 되어 있고,

상기 열교환용 튜브는 소정의 길이를 갖는 납작한 튜브 본체 및 튜브의 종 방향으로 뻗어있고 튜브의 폭 방향으로 배열된 복수의 냉매 통로들을 구비하고,

W = 6 내지 18 mm ...(a),

H = 0.5 내지 1.5 mm ...(f),

Ta = 50 내지 80 μm ...(g),

Tb = 80 내지 250 μm ...(h),

라는 관계식 (a), (f), (g) 및 (h)를 만족하고,

여기서 "W"는 튜브 본체의 폭, "H"는 튜브 본체의 높이, "Ta"는 튜브 본체에서 인접한 냉매 통로들을 구분하는 격벽의 두께, "Tb"는 튜브 본체의 외부 주연벽의 두께인 열교환기.
제20항에 있어서, 튜브 본체의 폭(W)은 6 내지 14 mm인 열교환기.
제20항에 있어서, 튜브 본체의 폭(W)은 7 내지 12 mm인 열교환기.