KR20080098206A - 턴핀형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경제적이고 열교환 성능이 향상된 턴핀형 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은 외주면에는 내식성 합금 도금층이 형성되고 내측으로는 유체가 유동하는 튜브와, 금속 재질로 이루어지고 외측에 내식성 합금 도금층이 형성되어 상기 튜브의 외주면에 소정의 피치를 이루면서 나선 형상으로 감기는 핀을 포함하여 구성되는 턴핀튜브가 밴딩되어 이루어진 턴핀형 열교환기에 있어서, 상기 턴핀튜브는 일방향에 대해 소정의 길이 간격으로 반복하여 왕복되도록 밴딩되어 열이 형성된 후, 상기 밴딩된 부분이 소정의 폭을 이루며 포개지도록 밴딩되어 상기 열이 각각 일정한 개수를 이루며 다층의 단을 형성함을 특징으로 하는 턴핀형 열교환기를 제공한다.

열교환기, 튜브, 핀

Description

턴핀형 열교환기{turn fin type heat exchanger}

도 1은 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브의 예시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브가 전개된 상태를 나타낸 전개도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브가 밴딩된 상태를 나타낸 예시도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브가 밴딩된 상태를 나타낸 사시도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브와 송풍팬의 위치상태를 나타낸 구성예시도.

도 6은 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브의 형상에 따른 열교환량을 비교한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 턴핀튜브 20: 튜브

30: 핀 40: 송풍기

P: 피치 W: 폭

L: 길이 A: 단

R: 열

본 발명은 턴핀형 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환 성능이 향상된 턴핀형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 냉동시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브 그리고 증발기를 따라서 이동하는 냉매가 열역학적 사이클을 따라서 순환되면서 실내의 열을 흡수하여 외부로 방출시키는 시스템으로, 이러한 냉동시스템이 적용된 응축기 및 증발기를 열교환기라고 한다. 그리고, 이러한 열교환기에서는 관의 내부를 흐르는 냉매와 상기 관이 위치된 곳의 외부 공기 또는 냉각수 등과의 사이에 열교환이 이루어지게 된다.

한편, 상기 응축기의 경우, 압축기에서 토출된 고온, 고압의 기체상태인 냉매의 열을 상온하에서의 공기 및 냉각수 중에 방출시킴으로써 상기 냉매를 응축, 액화하게되는데, 상기 응축기는 그 형태에 따라서 와이어형(wire type) 응축기와 턴핀형(turn fin type) 응축기로 나누어진다.

이때, 상기 턴핀형 응축기는 내측으로 냉매가 흐르는 튜브와 상기 튜브와 외부 공기 또는 냉각수와의 열교환 표면적을 높이기 위하여 상기 튜브의 둘레를 따라 나선형으로 감겨있는 핀(fin)으로 이루어진 턴핀튜브로 이루어지게 된다.

그리고, 상기 핀을 상기 튜브에 안정적으로 고정시키고 상기 핀과 상기 튜브 사이의 접촉을 확실히 하여 상기 튜브의 내측에서 이동하는 냉매의 열이 상기 핀으로 전도되는 효율이 증가되도록 상기 핀은 브레이징(brazing) 또는 솔더링(soldering) 등의 접합방법에 의해 상기 튜브에 결합된다.

한편, 이와 같이 이루어진 턴핀형 열교환기의 성능은 동일한 조건하에서 턴핀튜브의 길이당 방열량(kcal/m) 또는 단위 시간당 방열량(kcal/hr)으로 표시되며, 이러한 방열량이 보다 향상된 열교환기의 개발이 요구되고 있다.

여기서, 상기 턴핀튜브는 밴딩되거나 하여 다양한 형상을 이루게 되는데, 상기 턴핀튜브가 콘형상으로 감겨서 형성된 콘형의 턴핀형 열교환기의 경우, 콘형의 형상에 따른 특성상 상기 턴핀튜브가 장착될 곳의 체적당 구비되는 튜브의 길이가 상대적으로 적어 열교환효율이 제한되는 문제점이 있었다.

한편, 종래의 턴핀형 응축기에 사용되는 핀이 알루미늄으로 이루어지는 경우, 알루미늄의 재료원가가 높아 생산 가격이 상승하고, 이에 따라 제품 단가가 상승하여 경제성도 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 경제적이고 열교환 성능이 향상된 턴핀형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 외주면에는 내식성 합금 도금층이 형성되고 내측으로는 유체가 유동하는 튜브와, 금속 재질로 이루어지고 외측에 내식성 합금 도금층이 형성되어 상기 튜브의 외주면에 소정의 피치를 이루면서 나선 형상으로 감기는 핀을 포함하여 구성되는 턴핀튜브가 밴딩되어 이루어진 턴핀형 열교환기에 있어서, 상기 턴핀튜브는 일방향에 대해 소정의 길이 간격으로 반복하여 왕복되도록 밴딩되어 열이 형성된 후, 상기 밴딩된 부분이 소정의 폭을 이루며 포개지도록 밴딩되어 상기 열이 각각 일정한 개수를 이루며 다층의 단을 형성함을 특징으로 하는 턴핀형 열교환기를 제공한다.

여기서, 상기 턴핀튜브는 5열 5단으로 이루어짐이 바람직하고, 상기 핀의 피치는 4.5~5.0mm인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 핀은 스틸 재질로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 내식성 합금 도금층은 용융아연도금, 전기아연도금 및 갈바륨도금 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 일방향으로 길게 형성된 튜브의 외주면에 소정의 피치를 이루면서 나선 형상으로 핀을 감아 턴핀튜브를 형성하는 턴핀튜브 형성단계; 상기 턴핀튜브를 소정의 길이로 좌우방향으로 교번되도록 밴딩하여 열을 형성하는 열 형성단계; 그리고 상기와 같이 밴딩된 부분 중 소정의 폭 간격을 이루는 부분이 기존 열의 상측으로 다시 밴딩되어 다층의 단을 형성하는 단 형성단계를 포함하여 이루어지는 턴핀형 열교환기의 제조방법을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브의 예시도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 상기 턴핀튜브(10)는 튜브(20)와 핀(30)을 포함하 여 이루어진다. 여기서, 상기 튜브(20)의 내측으로는 유체가 유동하고 외주면에는 상기 핀(30)이 소정의 피치(P)를 이루면서 나선형상으로 감긴다. 상기 핀(30)은 금속 재질로 이루어지는데, 경제성을 위하여 스틸 재질로 이루어짐이 바람직하며, 상기 핀(30)의 내식성이 향상되도록 상기 핀(30)의 외주면에는 내식성 합금 도금층이 형성됨이 바람직하다.

상세히, 상기 턴핀튜브(10)는 튜브(20)와 핀(30)을 포함하여 이루어짐이 바람직한데, 상기 튜브(20)는 구리, 알루미늄 또는 스틸 등과 같은 금속 재질로 이루어지며, 내측으로는 냉매와 같은 유체가 이동하게 된다.

상기 튜브(20)의 내식성이 향상되도록 상기 튜브(20)의 외면에는 내식성 합금 도금층이 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 내식성 합금 도금층은 용융아연도금, 전기아연도금 및 갈바륨도금 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직하며, 여기서, 상기 갈바륨도금은 55 중량%의 알루미늄과 43.4~44.9 중량%의 아연 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 갈바륨 합금으로 이루어지는 도금을 말한다.

한편, 상기 튜브(20)의 외주면에는 핀(30)이 일정한 간격을 가지고 나선 형상으로 감기는 것이 바람직하다. 이때, 상기 튜브(20)에 감기는 핀(30)의 간격을 피치(P)라고 한다.

이와 같이 상기 핀(30)이 상기 튜브(20)의 외주면에 소정의 간격으로 피치(P)를 형성하며 감김으로써, 상기 튜브(20)와 주위 환경과의 접촉면적이 증대되는 효과가 발생되며 이를 통하여, 상기 튜브(20)의 내측에서 유동하는 냉매와 주위 환경과의 열교환이 보다 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.

또한, 상기 핀(30)은 금속재질(예를 들면, 알루미늄, 구리 등)로 이루어질 수 있는데, 바람직하게는 스틸 재질로 이루어진다. 여기서, 스틸 재질이란 철(Fe)을 주성분으로 하는 강관을 말하며, 가공성 및 굽힘성이 우수한 소재로 이루어짐이 바람직하다.

이와 같이, 일반적으로 길이가 길게 형성되는 상기 튜브(20)의 외주면에 나선 형상으로 감기는 상기 핀(30)은 상기 튜브(20)보다 많은 양이 소요되는데, 상기 핀(30)이 다른 재질보다 상대적으로 생산 원가가 낮은 스틸 재질로 이루어짐으로써 제작되는 턴핀튜브(10)의 가격 경제성은 향상될 수 있다.

그리고, 상기 핀(30)의 내식성이 향상되도록 상기 핀(30)의 외면에는 내식성 합금 도금층이 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 내식성 합금 도금층은 용융아연도금, 전기아연도금 및 갈바륨도금 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직한데, 이때, 상기 갈바륨도금은 55 중량%의 알루미늄과 43.4~44.9 중량%의 아연 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 갈바륨 합금으로 이루어지는 도금을 말한다.

한편, 상기 튜브(20)와 상기 핀(30)의 접촉부에는 상기 핀(30)이 상기 튜브(20)에 잘 고정될 수 있도록 브레이징(brazing) 처리가 되는 것도 가능하다.

또한, 상기 내식성 합금 도금층은 상기 튜브(20)와 핀(30)에 각각 별도로 이루어진 후 상기 핀(30)이 튜브(20)에 부착되거나, 상기 핀(30)을 상기 튜브(20)에 감아 부착한 후 상기 핀(30)과 튜브(20)에 동시에 도금이 이루어지는 전착도장이 적용되는 것도 가능하다. 물론, 상기 전착도장이 이루어지는 경우에는 상기 전착도장이 상기와 같이 브레이징 처리된 곳을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브가 전개된 상태를 나타낸 전개도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브가 밴딩된 상태를 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브가 밴딩된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 상기 턴핀튜브(10)는 일방향에 대해 소정의 길이(L)로 반복되어 왕복되도록 밴딩되어 다수개의 열(R)을 형성한다.

그리고, 이와 같이 형성된 상기 턴핀튜브(10)는 일정한 개수의 열(R)을 포함하여 이루어지는 소정의 폭(W) 간격으로 밴딩되어짐이 바람직하다.

도 3에서 보는 바와 같이, 폭(W)이 각각 5개의 열(R)을 포함하여 이루어지는 경우, Ⅱ는 a를 기준으로 밴딩이 이루어져 Ⅰ의 상측에 위치하게 된다. 그리고, Ⅲ은 b를 중심으로 상기 a와 교번되도록 밴딩되어 Ⅱ의 상측에 위치되며, 같은 방법으로 Ⅳ는 c를 중심으로 밴딩되어 Ⅲ의 상측에 위치되고, Ⅴ는 d를 중심으로 밴딩되어 Ⅳ의 상측에 위치되어 다층의 단(A)을 형성하게 된다. 여기서, 상기 단(A)은 Ⅰ~Ⅴ까지의 각각의 층을 의미한다.

이를 통하여, 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 턴핀튜브(10)는 5개의 열(R)이 5단(A)으로 이루어지는 5열(R)5단(a)으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 폭(W)과 길이(L) 그리고 상기 단(A)이 다양하게 변형가능함은 물론이다.

이와 같이, 상기 턴핀튜브(10)가 다수개의 열(R)과 단(A)으로 형성됨으로써 상기 턴핀튜브(10)는 임의의 공간 내부에 위치될 수 있는 턴핀튜브(10)의 길이를 최대화할 수 있다.

즉, 열교환기가 설치될 한정된 공간에 최대화된 길이의 턴핀튜브(10)가 구비될 수 있어 외부와 접하게 되는 표면적을 극대화할 수 있게 되며, 이를 통하여, 상기 턴핀튜브(10)에 의한 열교환율은 현저하게 향상될 수 있다.

또한, 상기 단(A)을 형성하기 위해 밴딩되는 각각의 부분은 상기 열(R)을 형성하기 위해 밴딩된 부분 중 상기 소정의 폭(W)에 대응되는 부분이 되므로 단(A) 형성시 밴딩되는 부분이 최소화될 수 있다.

따라서, 밴딩공정이 단순화될 수 있으며, 이를 통하여 제품 생산성도 향상되는 것이 가능하다.

이와 같이 형성되는 상기 턴핀튜브(10)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일방향으로 길게 형성된 상기 튜브(20)의 외주면에 상기 핀(P)을 소정의 피치(P)를 이루면서 나선 형상으로 감아 턴핀튜브(10)를 형성하는 턴핀튜브 형성단계가 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상기 턴핀튜브(10)를 소정의 길이(L)를 가지며 좌우방향으로 교번되도록 밴딩하여 열(R)을 형성하는 열 형성단계가 이루어짐이 바람직하다. 여기서, 상기 길이(L)는 열교환기가 설치될 공간에 대응되도록 선택될 수 있다.

그리고 이와 같이 형성된 상기 턴핀튜브(10)는 소정의 폭(W) 간격을 이루며 다층의 단(A)을 형성하도록 교번되어 밴딩되는 단 형성단계를 거침이 바람직하며, 이를 통해 상기 턴핀튜브(10)는 최종적인 형상을 이루게 된다. 물론, 상기 폭(W)도 열교환기가 설치될 공간에 대응되도록 결정됨이 바람직하다.

한편, 도 5는 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브와 송풍팬의 위치상태를 나타낸 구성예시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀튜브의 형상에 따른 열교환량을 비교한 그래프이다.

도 5에서 보는 바와 같이, 5열(R) 5단(A)으로 형성된 상기 턴핀튜브(10)의 일측에 상기 턴핀튜브(10)로 공기를 송풍하는 송풍기(40)를 구비한다. 이때, 상기 송풍기(40)는 상기 송풍기(40)에 의해 송풍되는 공기가 상기 턴핀튜브(10)의 길이방향에 수직을 이루도록 위치됨이 바람직하다.

이에 따라, 상기 송풍기(40)에 의해 송풍된 공기가 상기 튜브(20) 사이를 이동할 때, 상기 튜브(20)에 접하게 되는 공기는 상기 튜브(20)의 외주면을 따라 부드럽게 이동할 수 있게 되어 공기의 흐름 저항이 감소될 수 있다.

또한, 송풍된 공기는 상기 핀(30)의 피치(P)의 사이로 이동되므로 공기 흐름 저항이 더욱 줄어드는 효과가 있을 수 있다.

한편, 동일한 유량(0.018㎥/hr)으로 냉매가 이동되는 상기 턴핀튜브(10)에 동일한 송풍팬(Ø130)으로 공기를 송풍하는 열교환기에 대하여, 열(R)과 단(A)을 각각 달리한 상기 턴핀튜브의 열교환량(kcal/hr)의 차이를 비교하였다. 여기서, 상기 핀(30)은 스틸 재질로 이루어지고, 상기 튜브(20)의 외주에 설치된 상태에서 상기 핀(30)의 높이는 6mm인 상태에서 실험이 수행되었다.

도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명이 적용된 턴핀형 열교환기에서 상기 턴핀 튜브(10)는 5열(R) 5단(A)으로 이루어진 상태에서 열교환량이 현저하게 개선됨이 나타나고 있다.

그리고, 5열(R) 5단(A)으로 이루어진 상기 턴핀튜브의 핀의 피치(P)가 5.0mm에서 4.5mm로 조밀해지는 경우 열교환량이 더욱 증가됨을 알 수 있다. 여기서, 상기 피치(P)가 4.5mm를 미만으로 조밀해지는 경우에는 상기 핀(P)의 재료 소요량의 증가에 따른 재료비 상승으로 경제성이 현저히 저하되므로, 상용에 적합하지 않게 된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 적용되는 턴핀형 열교환기에서 상기 턴핀튜브(10)의 피치(P)는 4.5~5.0mm인 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 턴핀형 열교환기의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 상기 턴핀튜브는 다수개의 열과 단으로 이루어지도록 형성되어 소정의 공간 내에 구비될 수 있는 턴핀튜브의 길이를 최대화할 수 있고, 이를 통하여 상기 턴핀튜브와 외부와의 접촉 표면적이 증가되어 열교환율이 향상될 수 있다.

둘째, 상기 턴핀튜브가 다수개의 열과 단으로 형성되어 튜브의 길이가 최대 화됨에 따라 상기 튜브의 외주면에 나사 형상으로 감기는 핀의 소요량도 증가하게 되는데, 여기서, 상기 핀이 상대적으로 가격이 낮은 스틸 재질로 이루어짐으로써 가격 경제성이 향상될 수 있다.

Claims (6)

1. 외주면에는 내식성 합금 도금층이 형성되고 내측으로는 유체가 유동하는 튜브와, 금속 재질로 이루어지고 외측에 내식성 합금 도금층이 형성되어 상기 튜브의 외주면에 소정의 피치를 이루면서 나선 형상으로 감기는 핀을 포함하여 구성되는 턴핀튜브가 밴딩되어 이루어진 턴핀형 열교환기에 있어서,

   상기 턴핀튜브는 일방향에 대해 소정의 길이 간격으로 반복하여 왕복되도록 밴딩되어 열이 형성된 후, 상기 밴딩된 부분이 소정의 폭을 이루며 포개지도록 밴딩되어 상기 열이 각각 일정한 개수를 이루며 다층의 단을 형성함을 특징으로 하는 턴핀형 열교환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 턴핀튜브는 5열 5단으로 이루어짐을 특징으로 하는 턴핀형 열교환기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 핀의 피치는 4.5~5.0mm인 것을 특징으로 하는 턴핀형 열교환기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 핀은 스틸 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 턴핀형 열교환기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 내식성 합금 도금층은 용융아연도금, 전기아연도금 및 갈바륨도금 중 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 턴핀형 열교환기.
6. 일방향으로 길게 형성된 튜브의 외주면에 소정의 피치를 이루면서 나선 형상으로 핀을 감아 턴핀튜브를 형성하는 턴핀튜브 형성단계;

   상기 턴핀튜브를 소정의 길이로 좌우방향으로 교번되도록 밴딩하여 열을 형성하는 열 형성단계; 그리고

   상기와 같이 밴딩된 부분 중 소정의 폭 간격을 이루는 부분이 기존 열의 상측으로 다시 밴딩되어 다층의 단을 형성하는 단 형성단계를 포함하여 이루어지는 턴핀형 열교환기의 제조방법.

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