KR20050085221A - 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법 및 크로스핀형열교환기 - Google Patents

Abstract

크로스핀 튜브의 유리한 제조방법 및 그 방법에 의해 제조가능한 크로스핀 튜브를 구비한 크로스핀 튜브 열교환기. 상기 방법에 의해 제조가능한 크로스핀 튜브에 있어서, 전열관과 방열핀을 일체화시키기 위해 내면홈 구비 전열관을 기계확관법에 의해 확관시킬 때, 증발성능 및 응축성능이 손상되지 않는다. 확관 플러그 (18) 의 외표면에는, 전열관 (10) 의 내주면에 미리 형성된 제 1 홈 (20) 과 교차하는 방향으로, 원주 당 60 ∼ 160 개의 컷아웃형성 돌기 (28) 가 형성되어 있다. 기계확관에 의해 전열관 (10) 과 플레이트핀 (12) 이 일 부품으로 일체화된다. 제 1 홈 (20) 을 가로지르는 제 2 홈 (24) 은 그 깊이 (d₂) 가 제 1 홈 (20) 의 깊이 (d₁) 의 10 ∼ 40 %의 범위 내가 되도록 형성된다.

Description

열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법 및 크로스핀형 열교환기{METHOD FOR PRODUCING CROSS-FIN TUBE FOR HEAT EXCHANGER, AND CROSS FIN-TYPE HEAT EXCHANGER}

본 발명은, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법 및 크로스핀형 열교환기, 특히, 방열핀의 소정의 조립구멍에 내면 홈구비 전열관이 삽입통과된 후, 그 전열관을 확관고착되도록 하는 구조의 크로스핀 튜브의 유리한 제조방법과, 그 제조방법에 의해서 얻어지는 크로스핀 튜브를 구비한 크로스핀형 열교환기에 관한 것이다.

종래에는, 증발기 또는 응축기로서 작동하는 열교환기가 가정용 에어컨, 자동차용 에어컨, 패키지에어컨 등의 공기조화용 기기나 냉장고 등에 사용되고 있다. 그 중에서, 가정용 실내에어컨이나 업무용 패키지에어컨에 있어서는, 크로스핀형 열교환기가 가장 일반적으로 사용되고 있다. 이 크로스핀형 열교환기를 구성하는 크로스핀 튜브는, 공기측의 알루미늄 플레이트핀과 냉매측의 전열관 (구리관) 이 서로에 대해 일체적으로 고정되도록 구성되어 있다. 이러한 크로스핀 튜브는, 잘 알려진 것처럼, 먼저, 프레스 가공 등에 의해, 복수의 소정의 조립구멍이 형성되어 있는 알루미늄 플레이트핀을 성형하고, 이어서, 얻어진 알루미늄 플레이트핀을 적층한 후, 상기 조립구멍의 내부에 별도 제작한 전열관을 삽입통과시킨 다음, 그 전열관을 알루미늄 플레이트핀에 확관고착시킴으로써, 제조된다.

상기한 크로스핀형 열교환기에 사용되는 전열관으로서는, 소위 내면 홈구비 전열관이 사용될 수 있다. 즉, 내면 홈구비 전열관은 관의 내면에 다수의 홈, 예컨대 관의 축에 대해 소정의 리드각 (helix angle) 을 가지면서 연장된 다수의 나선형 홈을 구비하여, 그 홈 사이에 소정의 높이를 갖는 내부 핀 또는 리지 (ridge) 가 형성되어 있다. 최근, 상기 열교환기의 고성능화를 위해, 전열관의 내면에 홈을 더 깊이 하거나 내부 핀을 더 좁게 하는 다양한 구조가 제안되었다. 또한, 한층 더 높은 성능을 위해, 홈 깊이, 홈 깊이/내경, 핀의 꼭지각 (apex angle), 리드각 및 홈부의 단면적/홈 깊이 등의 최적화가 제안되었다.

예컨대, 일본 공개특허공보 평3-234302호나 일본 공개특허공보 평8-303905호에는, 관내면에 관의 축방향에서 나선형으로 연장된 다수의 주홈 (main groove) 과 그 다수의 주홈을 가로지르는 방향으로 연장된 다수의 부홈 (sub groove) 이 형성되어 유효한 크로스 홈 구조를 갖는 내면 홈구비 전열관이 개시되어 있다. 좀더 구체적으로는, 주홈은 부홈과의 교차부분을 그 사이에 두어 관의 축방향으로 비키어 놓이게 (오프셋되도록) 형성되어 있다. 상기 내면 홈구비 전열관을 응축기의 응축관으로서 사용하는 경우, 응축되어 액체로 되는 전열매체와 아직 응축되지 않아 기체 상태로 남아있는 전열매체에 의해 형성되는 농도경계층이, 주홈과 부홈 사이의 교차부분에서 확실히 갱신된다. 따라서, 농도의 확산저항이 저감되어, 높은 응축성능이 얻어질 수 있다.

내면 홈구비 전열관을 사용하여 열교환기를 조립하는 경우, 전열관을 방열핀에 형성된 설치구멍내에서 확관시켜, 방열핀과 밀착시킬 필요가 있다. 전열관의 확관방법으로는, 예컨대 유압 (hydraulically) 확관법과 기계 (mechanically) 확관법이 잘 알려져 있다. 즉, 유압확관법은 전열관 내에 물이나 기름 등의 액체를 봉입하고 그 봉입된 액체에 압력을 가함으로써, 전열관을 확관시키는 방법이고, 기계확관법은 전열관 내부에 전열관의 내경보다 더 큰 직경을 갖는 확관 플러그 또는 공구를 삽입하고 그 확관 플러그를 구동시킴으로써, 전열관을 확관시키는 방법이다.

상기 확관방법에 있어서, 확관 플러그를 사용하는 기계확관법은 유압확관법에 비해 특별한 기술을 필요로 하지 않기 때문에, 기계확관법이 양산성에 뛰어나고, 일반적으로 잘 사용된다. 그러나, 확관 플러그를 사용하는 기계확관법에 따르면, 내면 홈구비 전열관과 방열핀을 서로 고정시켜 목적으로 하는 열교환기를 조립할 때, 기계적 확관작용으로 인해, 구체적으로는 관내에 삽입된 확관 플러그로 인해, 전열관 내면에 미리 형성되어 있는 내부 핀 또는 리지가 직경방향의 외측으로 그리고 관의 축방향으로 가압된다. 따라서, 내부 핀이 바람직하지 않게 변형작용을 받아 붕되되거나 찌그러져, 내부 핀의 높이가 낮아지게 된다. 그 결과, 관내를 흐르는 냉매와의 접촉면적이 바람직하지 않게 감소되어, 전열성능에 악영향을 미치는 문제가 발생한다. 이와 대조적으로, 유압확관법에 따르면, 상기한 것처럼 확관시 내부 핀이 붕괴되는 문제가 발생하지 않는다. 그러나, 전열관 내에 액체를 봉입하고, 그 봉입된 액체에 압력을 가하기 위해 복잡한 준비가 필요하기 때문에, 유압확관법은 양산성이 불량하다는 문제가 있다.

한편, 일본 공개특허공보 평2-137631호에, 확관 작업과 동시에 내면에 크로스 홈이 형성된 응축용 전열관을 얻는 방법이 제안되어 있다. 좀더 명확히는, 관 내면에 나선형 홈 또는 관의 축과 직교하는 홈을 갖는 전열관의 내부에 확관 플러그를 삽입하여 그 전열관을 확관시킬 때, 확관 플러그의 외표면에 형성된 돌기에 의해 관 내면의 홈이 연속적으로 분단되어 관 내면에 크로스 홈이 형성된다. 즉, 상기 확관법에 따르면, 전열관의 확관와 동시에 확관 플러그의 외표면에 형성된 돌기에 의해서 전열관 내면에 형성된 제 1 홈 (primary groove) 이 분단되고, 제 1 홈보다 더 깊은 제 2 홈이 관 내면에서 그 제 1 홈과 교차하도록 형성된다.

그러나, 상기한 제조방법에 따라 제조된 크로스핀 튜브에 있어서, 전열관 내면에 미리 형성되어 있던 제 1 홈이, 삽입된 확관 플러그의 외표면에 형성된 돌기에 의해 분단되고, 바꾸어 말하면, 인접한 제 1 홈 사이에 위치하는 리지 또는 리브 (rib) 가 완전히 분단되고, 제 1 홈과 교차하며 연장된 제 2 홈은 제 1 홈보다 깊은 깊이를 갖도록 형성된다. 그 결과, 냉매액의 스위핑업 (sweeping-up) 현상이 대폭 억제되어, 응축성능이 향상될 수 있다. 그러나, 제 1 홈의 분단으로 인해 냉매와 전열관 사이의 접촉면적이 감소되기 때문에, 냉매의 증발성능이 저하되는 문제가 있다.

또한, 확관 플러그의 외표면에 형성된 돌기에 의해 관 내면에 형성된 제 1 홈을 완전히 분단함으로써 제 2 홈이 형성되기 때문에, 핀의 붕괴량이 바람직하지 않게 증가되고, 그 결과, 제 1 홈의 내측으로 돌출된 버 (burr) 가 형성된다. 이 버로 인해 압력손실이 증가하고, 그 결과, 열교환성능이 저하되는 문제, 특히 압력손실에 크게 영향을 받는 증발성능이 저하되는 문제가 있다.

도 1 은, 크로스핀 튜브를 기계확관조작에 의해 제조하는 공정을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 2 는, 본 발명에 따른 크로스핀 튜브의 제조방법에 사용되는 내면 홈구비 전열관의 일례를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 3 의 (a) 및 (b) 는, 본 발명에 따른 크로스핀 튜브의 제조방법에 사용되는 내면 홈구비 전열관에 있어서의 내면 홈의 배치패턴의 일례를 나타내는 전개도로서, 도 3 의 (a) 는, 관의 축방향 (도면에서 좌우방향) 으로 소정의 피치각을 가지며 연장되는 나선형 홈의 패턴을 나타내고, 도 3 의 (b) 는, 관의 원주방향 (도면에서 상하방향) 으로 소정의 구역마다 경사방향이 반전되는 V자형 홈의 조합으로 얻어진 지그재그형 홈 패턴을 나타낸다.

도 4 의 (a) 및 (b) 는, 본 발명에 따른 크로스핀 튜브의 제조방법에 사용되는 확관 플러그의 일례를 나타내는 설명도이고, 도 4 의 (a) 는, 그 정면도를 나타내고, 도 4 의 (b) 는, 도 4 의 (a) 에 있어서의 선 A-A 를 따라 확관 플러그를 절단하고, 확관 플러그의 일부를 확대시킨 확대 단면도이다.

도 5 는, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 크로스핀 튜브의 관 내면의 일부를 나타내는 전개도이다.

도 6 은, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 크로스핀 튜브의 단면부분 확대도로서, 도 5 의 선 B-B 를 따라 자른 단면을 나타낸다.

도 7 은, 실시예 2 에 있어서의 본 발명에 따른 확관조작 후의 전열관 내면의 형태를 나타내는 주사형전자현미경 (SEM) 사진이다.

도 8 은, 상기 실시예에 있어서의 열교환기의 단체 (simple substance) 성능을 측정하는데 사용되는 시험장치에 있어서, 냉매의 순환상태를 나타내는 설명도이다.

도 9 는, 상기 실시예에서 얻어진 각종 열교환기의 증발성능 및 응축성능의, 비교예 l 과 대비한 성능비를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 상기한 상황 하에서 이루어졌다. 따라서, 본 발명의 목적은, 내면 홈구비 전열관을 기계확관조작으로 확관시켜 그 전열관을 방열핀에 일체로 고정시킬 때 증발성능 및 응축성능이 저하되지 않는 크로스핀 튜브 제조방법 및 그 제조방법에 의해 얻어지는 크로스핀 튜브를 구비한 크로스핀형 열교환기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 이루기 위해, 본 발명은, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법으로서, 상기 크로스핀 튜브는 관내면에 다수의 제 1 홈이 형성된 내면 홈구비 전열관과 방열핀을 포함하고, 상기 전열관을 상기 방열핀의 설치구멍 내에 삽입한 상태에서, 상기 전열관을 그 전열관 내에 삽입된 확관 플러그에 의해 기계확관시킴으로써, 상기 전열관과 상기 방열핀을 일체적으로 고정시키는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 있어서, 상기 확관 플러그의 외주면에, 원주 당 60 ∼ 160 개의 컷아웃형성 돌기가 상기 제 1 홈과 교차하는 방향으로 형성되어 있고, 상기 확관 플러그가 상기 전열관에 삽입될 때, 상기 전열관과 상기 방열핀이 서로 밀착접촉하게 되며, 상기 컷아웃형성 돌기는 인접한 두 제 1 홈 사이에 위치하는 리지를 구획들로 분할하여 노치를 형성하고, 상기 제 1 홈에 대한 크로스 홈이 되는 제 2 홈이 인접한 두 제 1 홈 사이의 상기 리지의 높이의 10 ∼ 40 % 의 깊이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법을 제공한다.

요컨대, 본 발명의 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 있어서, 확관 플러그의 외주면에 형성된 컷아웃형성 돌기에 의해, 내면 홈구비 전열관이 확관되어, 전열관과 방열핀은 서로 일체로 고정된다. 동시에, 컷아웃형성 돌기는, 전열관의 내표면에 미리 형성된 다수의 제 1 홈 사이에 위치하는 리지를 구획들로 분할하여 컷아웃 또는 노치를 형성하고, 이로써 제 1 홈에 대해 크로스 홈이 되는 제 2 홈이 형성된다. 따라서, 전열관을 방열핀과 용이하게 밀착접촉시킬 수 있고, 그 결과, 열교환기의 생산성이 유리하게 향상될 수 있다. 또한, 크로스 홈으로서 형성된 부분을 제외한 제 1 홈의 부분에서, 내부 핀이 확관에 의해 붕괴되지 않은 채, 확관 전의 상태로 유지되기 때문에, 내부 핀의 붕괴가 부분적으로 제한된다. 따라서, 전열성능의 저하, 특히 관내를 흐르는 냉매와 내부 핀 사이의 접촉면적의 감소로 인한 증발성능의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 확관 플러그의 외주면에 형성된 컷아웃형성 돌기에 의해, 제 1 홈 사이의 리지에 형성된 제 2 홈의 개수가 관내주면의 원주 당 60 ∼ 160 개로 설정된다. 따라서, 크로스 홈으로 인해 냉매액의 난류촉진효과를 효과적으로 얻을 수 있다. 이 경우, 평활 표면을 갖는 확관 플러그를 사용하여 확관을 실시하는 경우에 발생하는 핀 붕괴, 핀 무너짐 등과 같은 문제가 발생하지 않는다. 그러므로, 냉매와 전열관과의 접촉면적을 유리하게 확보할 수 있고, 전열성능이 향상될 수 있으므로, 증발성능 및 응축성능이 효과적으로 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 10 ∼ 40 %의 범위 내의 깊이를 갖는 제 2 홈을 형성하기 위해, 확관 플러그에 의해, 제 1 홈 사이의 리지가 구획들로 분할되어 노치를 형성한다. 이 경우, 제 1 홈을 완전히 분단하여 제 2 홈이 형성되는 종래의 경우에 비해, 제 1 홈의 내측으로 돌출하는 버가 거의 발생하지 않는다. 그러므로, 버의 발생으로 인한 압력손실이 커지는 위험이 효과적으로 회피될 수 있고, 냉매와 전열관 사이의 접촉면적의 감소를 유리하게 억제할 수 있으므로, 높은 응축성능과 높은 증발성능을 유리하게 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법의 바람직한 일 태양에 있어서, 제 1 홈은 전열관의 관축에 대해 소정의 리드각을 가지면서 연장되도록 형성된 나선형 홈이고, 제 2 홈은 관축 방향으로 연장되도록 형성된 거의 직선형 홈이다. 이러한 구성을 채용함으로써, 본 발명의 목적이 더욱 양호하게 달성된다.

또한, 본 발명에 있어서, 내면 홈구비 전열관에서의 제 1 홈의 수는, 전열면적 등의 측면에서, 원주 당 30 ∼ 80 개의 범위내인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 전열관을 관축방향에 수직한 면을 따라 자른 제 1 홈의 단면형상이, 사다리꼴 형상 또는 U자 형상이다.

그리고, 본 발명에 따른 열교환용 크로스핀 튜브의 제조방법의 또다른 바람직한 태양에 의하면, 유효한 전열성능을 확보하고, 전조에 의해 용이하게 홈을 형성하기 위해, 전열관의 관축에 대한 제 1 홈의 리드각은, 10 ∼ 50°의 범위 내이다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 있어서, 내면 홈구비 전열관의 외경이 4 ∼ 10 ㎜ 가 바람직하고, 제 1 홈의 깊이가 0.10 ∼ 0.30 ㎜ 가 바람직하며, 제 1 홈이 형성되어 있으며 그 제 1 홈의 저부를 규정하는 부분에서의 두께가 0.20 ∼ 0.30 ㎜ 인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 있어서, 유효한 전열성능을 확보하고 전조에 의한 홈 형성의 용이성을 얻기 위해, 인접한 두 제 1 홈 사이의 리지의 꼭지각이 15 ∼ 50 °의 범위 내인 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 있어서, 전열관의 재질로서는, 구리 또는 구리합금이 채용되는 것이 바람직하다. 방열핀의 재질로서는, 알루미늄 또는 알루미늄합금이 채용되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 있어서의 또다른 바람직한 태양에 의하면, 제 2 홈은, V자형 홈, U자형 홈 또는 사다리꼴형 홈의 형상으로 형성된다.

그리고, 본 발명에 따르면, 상기한 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 의해 얻어진 크로스핀 튜브를 구비한 크로스핀형 열교환기가 제공된다. 상기 제조방법에 의해 얻어진 크로스핀형 열교환기에 있어서, 전술한 것처럼, 향상된 증발성능 및 응축성능을 얻을 수 있고, 또한 크로스핀형 열교환기를 제조하는데 있어서, 특별한 기술을 필요로 하지 않는다. 그러므로, 양산성이 유리하게 향상될 수 있다.

이하에서, 본 발명을 보다 명확히 하기 위해, 본 발명에 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 관해, 또한 그에 따라 얻어지는 크로스핀 튜브를 사용하는 크로스핀형 열교환기에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1 에는, 크로스핀형 열교환기를 제조하는 경우, 내면 홈구비 전열관을 기계확관시키고, 그 내면 홈구비 전열관을 방열핀에 일체적으로 고정시켜, 크로스핀 튜브를 얻는 공정이 개략적으로 나타나 있다. 즉, 도 1 에 있어서, 전열관 (10) 은, 요구되는 전열성능 및 채용되는 전열매체에 따라 구리나 구리합금 등에서 적절히 선택된 소정의 금속재질로써 구성되는 내면 홈구비 전열관이다. 이 경우, 전열관 (10) 은 U자 형상으로 사용된다. 한편, 판상의 방열핀인 플레이트핀 (12) 은 알루미늄이나 알루미늄합금 등의 소정의 금속재료로 이루어져 있다. 또한, 전열관 (10) 의 외경보다도 큰 소정의 치수를 갖는 설치구멍 (14) 이 그 주위에 핀칼라 (fin collar) (16) 와 일체로 형성된 구조로 형성되어 있다. 복수의 플레이트핀 (12) 이 각각의 설치구멍 (14) 이 서로에 대해 정렬된 상태에서 (도면에 있어서, 상하방향으로 관통하도록) 포개어지고, 그 정렬된 설치구멍 (14) 내에 전열관 (10) 이 삽입 및 배치된다.

플레이트핀 (12) 의 설치구멍 (14) 내에 전열관 (10) 이 삽입된 상태 (도 l 의 좌측 상태) 에서, 잘 알려진 것처럼, 전열관 (10) 의 개구단부로부터 전열관 (10) 내에 확관 플러그 (18) 를 삽입하고, 그 삽입된 확관 플러그 (18) 를 전열관 (10) 내에서 전방으로 이동시킴으로써, 기계확관조작이 실시되거나 또는 이루어진다. 따라서, 전열관 (10) 이 확관되면서, 그 전열관 (10) 은 설치구멍 (14) 에, 구체적으로는, 전열관 (10) 은 핀칼라 (16) 의 내주면에 밀착되어 (설치구멍 (14) 내에서 전열관 (10) 이 고정된 상태 참조, 도 1 의 우측부분은 확관 플러그 (18) 가 통과한 후의 상태를 나타냄), 전열관 (10) 과 플레이트핀 (12) 은 서로 고정된다. 따라서, 전열관 (10) 과 플레이트핀 (12) 이 일체로 결합된 크로스핀 튜브가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 크로스핀 튜브의 제조방법에 있어서, 전열관 (10) 으로서, 관 내면에 형성된 다수의 제 1 홈과 그 제 1 홈 사이에 소정의 높이를 갖는 리지 (내부 핀) 을 구비한 공지된 각종의 내면 홈구비 전열관이 사용될 수 있다. 그러한 내면 홈구비 전열관 (10) 은, 예컨대 일본 공개특허공보 2002-5588호 등에 개시된 것처럼, 공지된 전조가공법이나 압연가공법 등을 사용하여 제조된다. 이와 관련하여, 공보의 도 4 에 도시된 것과 같은 전조가공장치를 사용하는 경우에 있어서, 연속적인 소관 (raw tube) 을 전조가공장치에 통과시킬 때, 그 소관의 내부에 삽입된 홈구비 플러그와 그 소관의 외주부에 배치된 원형 다이 사이에서 그소관이 가압된다. 따라서, 직경의 축소와 동시에, 그 관의 내주면에 소정의 홈이 연속적으로 형성된다. 한편, 압연가공법을 이용하여 내면 홈구비 전열관을 제조하는 경우에 있어서는, 공보의 도 7 에 도시된 것과 같은 구조의 가공장치를 사용하여, 연속적인 밴드판을 길이방향으로 이동시키면서, 그 밴드판상 소재에 대하여 소정의 압연가공에 의한 홈 가공 및 조관가공을 행한다. 따라서, 목적으로 하는 내면 홈구비 전열관이 제조된다.

또한, 본 발명에서 사용되는 내면 홈구비 전열관에 대응하는 전열관 (10) 은, 그 전열관 (10) 을 관축방향에 수직한 면으로 절단한 단면의 일부를 확대하여 보여주는 도 2 에서 예시된 바와 같이, 아래쪽 변이 짧은 사다리꼴 형상의 다수의 제 1 홈 (20) 이 관의 원주방향으로 연장되도록 또는 관축에 대해 소정의 리드각을 가지면서 연장되도록 관내면에 형성되고, 또한 인접한 두 제 1 홈 사이에 소정의 높이를 갖는 내부 핀 (22) 이 형성되어 있는 구조를 갖고 있다. 상기 전열관 (10) 에 있어서, 전열관 (10) 의 직경, 제 1 홈 (20) 과 내부 핀 (22) 의 형상 및 깊이가 적절히 선택되는데, 일반적으로 관의 외경은 4 ∼ 10 mm 의 범위내로 유지되는 것이 바람직하고, 홈 깊이 (d₁) 는 O.10 ∼ 0.30 mm 의 범위내로 유지되는 것이 바람직하며, 홈 형성부에서의 관두께 (t) 는 0.20 ∼ 0.30 mm 의 범위내로 유지되는 것이 바람직하다. 유효한 전열성능의 확보와 전조에 의한 홈 형성의 용이성의 견지에서, 내면 홈구비 전열관에 미리 형성되어 있는 제 1 홈 (20) 으로서, 관축에 대한 제 1 홈 (20) 의 리드각은 10 ∼ 50°의 범위내로 유지되고, 내부 핀 (22) 의 꼭지각 (α) 은 15 ∼ 50°의 범위내로 유지되는 구조를 유리하게 채용할 수 있다. 또한, 관내면에 형성된 제 1 홈 (20) 의 개수는, 전열면적 등을 고려하면 원주 당 30 ∼ 80 의 범위내로 유지되는 것이 유리하다. 또한, 제 1 홈 (20) 의 형상으로는, 도 2 에 도시된 사다리꼴 형상 외에도, U자형상 등의 다양한 형상이 채용될 수 있다.

또한, 본 발명의 내면 홈구비 전열관 (10) 은, 도 3 의 (a) 의 관내면의 전개도에서 도시된 바와 같이, 관축방향 (도면에서 좌우방향) 에 대하여 소정의 리드각을 가지면서 연장되도록 제 1 홈 (20) 이 형성된 나선형 홈 구조를 갖거나 또는 도 3 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 제 1 홈 (20) 의 경사방향이 인접하는 영역에서 서로 역방향으로 되어 있는 V자형 홈 패턴의 제 1 홈 (20) 을 조합한 지그재그형 홈 구조를 갖는 내면 홈구비 전열관 등의 다양한 유형의 내면 홈구비 전열관 중에서 적절히 선택될 수 있다. 본 발명은 임의의 선택된 내면 홈구비 전열관에 바람직하게 적용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 기계확관법에 따라서 전열관 (10) 과 방열핀 (12) 를 일체로 고정시킬 때, 도 4 에 도시된 바와 같이 확관 플러그 (18) 의 외주면에 축방향으로 서로 평행하게 형성된 복수의 컷아웃형성 돌기 (28) 에 의해, 전열관 (10) 이 확관된다. 그와 동시에, 상기 컷아웃형성 돌기 (28) 는 내부 핀 (22) 의 정상부를 구획들로 분할하여 컷아웃 또는 노치를 형성함으로써, 그 컷아웃형성 돌기 (28) 의 수에 대응하는 수의 제 2 홈 (24) 이, 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 내부 핀 (22) 의 상부에 형성된다. 이 경우, 제 2 홈 (24) 의 형상은 V자형 홈, U자형 홈, 사다리꼴형 홈 등의 다양한 형상 중에서 선택될 수 있다. 따라서, 상기 컷아웃형성 돌기 (28) 는 제 2 홈 (24) 의 형상에 대응하는 형상으로 형성된다.

상기한 바와 같이, 전열관 (10) 의 내면에 미리 형성되어 있던 복수의 제 1 홈 (20) 외에, 그 제 1 홈 (20) 과 교차하도록 다수의 제 2 홈 (24) 이 형성된다. 따라서, 전열관 (10) 내의 냉매의 난류를 촉진시키는 효과가 충분히 얻어질 수 있고, 그 결과, 증발성능 및 응축성능이 효과적으로 향상될 수 있다. 또한, 전열관 (10) 이 확관될 때, 전열관 (10), 좀더 명확히는 확관 플러그의 외주면이 접하게 되는 내부 핀 (22) 의 상부가 확관 플러그 (18) 의 컷아웃형성 돌기 (28) 에 의해서만 가압된다. 따라서, 확관시 발생할 수 있는 내부 핀 (22) 의 붕괴 및 변형을 유리하게 억제할 수 있다. 그러므로, 관내면을 흐르는 냉매와 전열관 사이의 접촉면적의 감소로 인해 증발성능 및 응축성능이 저하되는 문제가 유리하게 방지될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기계확관법에 의해서 전열관 (10) 을 플레이트핀 (12) 에 고정시킬 때 야기될 수 있는, 전열관 (10) 의 내면에 형성된 내부 핀의 핀 붕괴, 핀 무너짐 등의 핀 변형을 효과적으로 억제함과 동시에 전열특성을 향상시키기 위해, 확관 플러그 (18) 의 외주면에 형성된 컷아웃형성 돌기 (28) 의 개수는 원주 당 60 ∼ 160 개로 설정된다. 따라서, 기계확관시 형성되는 제 2 홈 (24) 의 개수도 원주 당 60 ∼ 160 개로 설정된다. 제 2 홈 (24) 의 개수가 원주 당 60 개보다 작은 경우, 제 1 홈 (20) 과 제 2 홈 (24) 에 의한 크로스 홈부가 적기 때문에, 충분한 난류촉진효과를 얻을 수 없다. 이에 반하여, 제 2 홈의 개수가 원주 당 160 개보다 큰 경우, 크로스 홈부가 많지만, 내부 핀 (22) 의 상부의 대부분이 크로스 홈부로 되기 때문에, 외표면이 평활한 확관 플러그를 사용하여 기계확관을 실시한 경우와 매우 유사한 홈 형상이 형성되고, 냉매와 전열관 사이의 접촉면적은 감소된다. 그 결과, 증발성능 및 응축성능이 저하되어, 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 없게 된다.

더욱이, 본 발명에 있어서, 상기 확관 플러그 (18) 의 외표면에 형성된 컷아웃형성 돌기 (28) 에 의해서 내부 핀 (22) 의 상부에 형성되는 제 1 홈 (20) 에 대해 크로스 홈을 형성하는 제 2 홈 (24) 은, 그 제 1 홈 (20) 의 깊이 (d₁) (내부 핀 (22) 의 높이) 의 1O ∼ 4O %의 범위내의 깊이 (d₂) 를 갖는다. 형성된 제 2 홈 (24) 의 깊이 (d₂) 가 미리 형성되어 있던 제 1 홈 (20) 의 깊이 (d₁) 의 10 %보다 더 얕은 경우, 제 2 홈 (24) 의 깊이가 지나치게 얕기 때문에, 충분한 난류촉진효과를 얻을 수 없게 된다. 한편, 제 2 홈 (24) 의 깊이 (d₂) 가 제 1 홈 (20) 의 깊이 (d₁) 의 40 %보다 더 깊은 경우, 인접한 두 제 1 홈 (20) 사이에 위치하는 내부 핀 (22) 이 제 2 홈 (24) 의 형성으로 인해 크게 붕괴되고, 냉매와 전열관 사이의 접촉면적이 감소되므로, 전열관 (10) 의 증발성능 및 응축성능이 저하된다. 특히, 제 2 홈 (24) 의 깊이가 깊어짐에 따라, 내부 핀 (22) 이 붕괴되어 제 2 홈 (24) 을 형성할 때, 내부 핀 (22) 과 내부 핀 (22) 사이의 부분으로, 바꾸어 말하면, 제 1 홈 (20) 의 내측으로 버가 더 많이 돌출하게 된다. 따라서, 증발성능이 특히 저하된다.

본 발명에 따른 크로스핀형 열교환기는, 종래와 동일한 구조를 가지며 또한 상기한 방식으로 얻어진 크로스핀 튜브와 그 크로스핀 튜브에 장착된 헤더 등의 공지된 각종 부품을 포함하도록 조립된다. 그러한 크로스핀 유형의 열교환기는 상기한 특성을 발휘하는 크로스핀 튜브를 채용함으로써 열교환기로서 뛰어난 특성을 발휘할 수 있다.

위에서 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법의 대표적인 실시예에 관해서, 그리고 얻어진 크로스핀 튜브를 사용하는 본 발명에 따른 열교환기에 관해서 상술한다. 그러나, 본 발명은 당업자가 생각할 수 있는 다양한 다른 변경, 수정, 개량으로 실시될 수 있다. 이러한 실시형태는 그 실시형태가 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 보호범위에 속한다.

이하에서, 본 발명의 특징을 더욱 명확히 하기 위해, 본 발명의 대표적인 실시예를 설명한다. 본 발명은 설명하는 실시예의 내용으로 제한되지 않는다.

먼저, 내면 홈구비 전열관으로서, 기계확관 전의 관의 외경이 7.0 ㎜ 이고, 관두께 (t) 가 0.25 ㎜ 이며, 제 1 홈의 깊이 (d₁) 가 0.24 ㎜ 이고, 제 1 홈의 리드각이 15°이며, 핀의 꼭지각 (α) 이 15°이고, 제 1 홈 (20) 의 개수가 50 개인 전열관 ( 인탈산구리관 : JIS H3300 C1220 ) 을 준비하였다. 이어서, 그 전열관 (10) 을 표면처리를 행한 알루미늄 플레이트핀 (12) 과 조합하여, 폭 430 ㎜, 높이 250 ㎜, 두께 20 ㎜ 의 치수를 가지며 2 열 12 단의 구조를 갖는 크로스핀형 시험열교환기를 제작하였다.

특히, 도 1 에 도시된 바와 같이, 기계확관조작을 실시하여 전열관 (l0) 과 알루미늄 플레이트핀 (12) 을 일체화하였다. 상기한 방식에 따라, 확관조작시 외주면에 형성된 돌기의 수가 60 ∼ 160 개인 각종의 확관 플러그 (l8) 를 사용하여, 그러한 열교환기를 복수개 제조하여, 하기 표 l 의 실시예 1 ∼ 6 에 기재된 수치의 제 1 홈 (20) 과 제 2 홈 (24) 을 구비한 각종의 열교환기를 제작하였다. 또한, 본 발명에 따른 실시예에 대한 비교예로서, 다음과 같은 열교환기를 제작하였다. 외주면이 평활면으로 형성된 확관 플러그를 사용하여 종래 방식으로 비교예 1 의 열교환기를 제작하였다. 40 개의 제 2 홈 (24), 즉 실시예 1 ∼ 6 의 경우보다 더 적은 제 2 홈을 갖도록 비교예 2 의 열교환기를 제작하였다. 180 개의 제 2 홈 (24), 즉 실시예 1 ∼ 6 의 경우보다 더 많은 제 2 홈을 갖도록 비교예 3 의 열교환기를 제작하였다. 이들의 구체적인 데이타를 표 1 에 나타내었다. 표 1 에서, 제 1 홈 (20) 의 각 값은, 관의 내면에 미리 형성되어 있던 내부 핀의 기계확관 후의 치수를 나타내고, 제 2 홈 (24) 의 각 값은 확관 플러그의 돌기에 의해 형성된 홈의 치수를 나타낸다.

1) 괄호내의 수치는 미리 형성되어 있던 제 1 홈의 깊이에 대한 확관에 의해 파여진 홈의 깊이의 비율을 나타낸다.

2) 확관 플러그의 외주면에 부여된 돌기의 수와 동일하다.

실시예 2 에 따른 확관조작 후의 전열관 내면의 상태를, 주사형전자현미경 (SEM) 사진으로써 도 7 에 나타내었다. 상기 사진으로부터, 좌측상방으로부터 우측하방으로 연장된 제 1 홈 (20) 과 교차하도록 상하방향으로 연장된 제 2 홈이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.

다음으로, 얻어진 열교환기 각각에 대해 다음의 시험을 실시하였다. 다시 말해, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 통상의 냉동사이클의 바이패스회로에 풍동 (wind tunnel) 장치를 형성하고, 상기한 시험을 하는 열교환기를 온도 및 습도가 일정한 환경의 시험실내의 풍동장치에 설치하고, 하기 표 2 의 측정조건 하에서, 각각의 열교환기에 대해 성능시험을 실시하여, 그 결과를 도 9 에 나타내었다. 이 경우, 냉매로는 R410A 를 사용하였고, 응축시에는 그 냉매를 공기측에 대해 대향류를 형성하도록, 상단과 하단 2단계로 유동시켰다.

		증발시험	응축시험
공기측	건구온도	27 ℃	20 ℃
	습구온도	19 ℃	15 ℃
	전면풍속	1.0 m/s
냉매측	포화온도	5 ℃	43 ℃
	입구	건도0.15	과열도29℃
	출구	과열도2 °	과냉각도1 ℃

도 9 는, 비교예 l 의 열교환기성능을 기준(= 1.0)으로 하여, 비교예 1 에 대한 실시예 1 ∼ 6 그리고 비교예 2 및 3 의 성능비를 나타내고 있다. 도 9 에서 볼 수 있는 것처럼, 실시예 1 ∼ 6 모두에 있어서, 증발성능 및 응축성능이 평활플러그에 의해 확관을 실시한 비교예 1 에 비해 우수하였다. 응축성능은 최대 약 3 % 까지 향상되고, 증발성능은 최대 약 2 % 까지 향상되었음이 확인되었다. 이는, 실시예 1 ∼ 6 에 있어서, 크로스 홈화된 관내면에 의해, 비교예 l 에 비해 냉매사이의 충돌에너지가 증가하고, 따라서, 난류촉진효과가 향상되기 때문이다. 이들 중에서, 제 2 홈의 개수가 원주 당 100 ∼ 120 개인 실시예 3 및 4 의 경우 성능이 특히 향상되었는데, 이는 확관 플러그에 의해서 파여진 홈의 개수 및 깊이의 균형이 우수하여, 난류촉진효과가 현저하기 때문이다. 그러므로, 우수한 성능이 나타나는 것으로 생각된다.

이와 대조적으로, 제 2 홈 (24) 의 개수가 원주 당 40 개, 즉 본 발명에 따른 실시예의 경우보다 더 적은 개수인 비교예 2 에 있어서는, 크로스 홈부가 적고 충분한 난류촉진효과가 얻어지지 않기 때문에, 성능이 향상되지 않았다. 또한, 제 2 홈 (24) 의 깊이 (d₂) 가 너무 깊기 때문에, 냉매와 전열관 사이의 접촉면적이 감소하여, 증발성능 및 응축성능 모두가 저하되었다. 특히, 제 2 홈의 깊이 (d₂) 가 너무 깊기 때문에, 제 2 홈 (24) 이 형성될 때, 제 1 홈 (20) 의 내측으로 버가 더 많이 돌출하므로, 압력손실이 현저히 증가하고, 증발성능이 현저히 저하된다. 그리고, 확관 플러그에 부여된 돌기의 개수가 매우 작기 때문에, 확관시에 각각의 돌기가 내부 핀에 가하는 압력이 매우 커서, 플러그의 마모나 결손 등의 문제가 발생하고 쉽고, 상기 구조는 양산성 측면에서 실용적이지 않다.

한편, 제 2 홈 (24) 의 개수가 원주 당 24 ∼ 180 개, 즉 본 발명에 따른 실시예의 경우보다 더 많은 개수인 비교예 3 에 있어서는, 크로스 홈부가 많지만, 파여진 제 2 홈 (24) 의 깊이가 매우 얕기 때문에, 성능을 향상시킬 정도의 난류촉진효과가 얻어지지 않고, 역으로 성능이 저하된다. 다수의 제 2 홈이 형성됨으로써 핀의 선단부에서의 요철이 현저히 증가되기 때문에, 압력손실이 증대되어, 증발성능이 현저히 저하된다.

이상의 설명으로부터 명백한 것처럼, 본 발명에 따른 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 의하면, 내면 홈구비 전열관 내에 미리 형성된 제 1 홈에 의해서, 전열관 내를 흐르는 냉매와 전열관 사이의 접촉면적이 확보되고, 향상된 증발성능 및 응축성능을 갖는 크로스핀 튜브를 유리하게 제조할 수 있으며, 제 1 홈과 교차하도록 형성되고 소정의 개수와 소정의 깊이를 갖는 제 2 홈에 의해, 냉매액의 난류촉진효과를 유리하게 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 크로스핀 튜브를 구비한 크로스핀형 열교환기를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (11)

1. 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법으로서,

   상기 크로스핀 튜브는 관내면에 다수의 제 1 홈이 형성된 내면 홈구비 전열관과 방열핀을 포함하고,

   상기 전열관을 상기 방열핀의 설치구멍 내에 삽입한 상태에서, 상기 전열관을 그 전열관 내에 삽입된 확관 플러그에 의해 기계확관시킴으로써, 상기 전열관과 상기 방열핀을 일체적으로 고정시키는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법에 있어서,

   상기 확관 플러그의 외주면에, 원주 당 60 ∼ 160 개의 컷아웃형성 돌기가 상기 제 1 홈과 교차하는 방향으로 형성되어 있고, 상기 확관 플러그가 상기 전열관에 삽입될 때, 상기 전열관과 상기 방열핀이 서로 밀착접촉하게 되며,

   상기 컷아웃형성 돌기는 인접한 두 제 1 홈 사이에 위치하는 리지를 구획들로 분할하여 노치를 형성하고, 상기 제 1 홈에 대한 크로스 홈이 되는 제 2 홈이 인접한 두 제 1 홈 사이의 상기 리지의 높이의 10 ∼ 40 % 의 깊이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 홈은 상기 전열관의 관축에 대해 소정의 리드각을 가지면서 연장되도록 형성된 나선형 홈이고, 상기 제 2 홈은 상기 관축방향으로 연장되도록 형성된 거의 직선형 홈인 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 홈의 개수가 원주 당 30 ∼ 80 개의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전열관을 관축방향에 수직한 면을 따라 자른 상기 제 1 홈의 단면형상이, 사다리꼴 형상 또는 U자 형상인 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전열관의 관축에 대한 상기 제 1 홈의 리드각은, 10 ∼ 50°의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전열관의 외경이 4 ∼ 10 ㎜이고, 상기 제 1 홈의 깊이가 0.10 ∼ 0.30 ㎜이며, 상기 제 1 홈이 형성되어 있으며 그 제 1 홈의 저부를 규정하는 부분에서의 두께가 0.20 ∼ 0.30 ㎜ 인 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인접한 두 제 1 홈 사이의 리지의 꼭지각이 15 ∼ 50 °의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전열관의 재질이 구리 또는 구리합금인 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열핀의 재질이 알루미늄 또는 알루미늄합금인 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 홈은, V자형 홈, U자형 홈 또는 사다리꼴형 홈의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는, 열교환기용 크로스핀 튜브의 제조방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 크로스핀 튜브를 구비한 크로스핀형 열교환기.