KR20080108620A - Fin-and-tube type heat exchanger, and its return bend pipe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 공조 기기 등의 열교환기에서, 특히 관 내부에 프레온계 냉매, 자연 냉매 등의 냉매를 흘리고, 알루미늄제 등으로 형성된 다수의 핀(fin)을 관 외면에 병렬로 설치한 핀-앤드-튜브형(fin-and-tube type) 열교환기, 및 그 헤어핀관(hairpin pipe)에 접속하는 리턴 벤드관(return bend pipe)에 관한 것이다.The present invention relates to a fin-end in which, in a heat exchanger such as an air conditioner, a refrigerant such as a freon-based refrigerant or a natural refrigerant flows inside a tube, and a plurality of fins formed of aluminum or the like are installed on the outer surface of the tube in parallel. A fin-and-tube type heat exchanger and a return bend pipe connected to the hairpin pipe thereof.
종래, 리턴 벤드관으로서 관 내면이 평활한 평활관, 헤어핀관으로서 내면 홈을 갖는 관을 이용한 핀-앤드-튜브형 열교환기가 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 제안되어 있다. 또, 특허문헌 1에서는 리턴 벤드관은 U 벤드관, 헤어핀관은 전봉관(電縫官)으로 기재되어 있고, 특허문헌 2에서는 리턴 벤드관은 U 벤드, 헤어핀관은 전열관으로 기재되어 있다.Conventionally,
또한, 리턴 벤드관으로서 내면 홈을 갖는 관, 헤어핀관으로서 평활관을 이용한 증발기(evaporator)용 핀-앤드-튜브형 열교환기도 특허문헌 3에 제안되어 있다. 또, 특허문헌 3에서는 리턴 벤드관은 U 벤드관, 헤어핀관은 튜브로 기재되어 있다. 더욱이, 리턴 벤드관 및 헤어핀관 양자에 내면 홈을 갖는 관을 이용한 핀-앤드-튜브형 열교환기가 특허문헌 4에 기재되어 있다.In addition,
한편, 핀-앤드-튜브형 열교환기용의 냉매로서 종래에 이용되었던 R22(클로로디플루오로메탄) 등의 하이드로클로로플루오로카본계 냉매는, 오존층을 파괴하기 때문에, 지구 환경 보호의 관점에서 사용할 수 없어져, 함유하는 염소 전부를 수소로 치환한 R410A 등의 하이드로플루오로카본계 냉매가 공조 기기용 냉매로서 본격적으로 채용되기 시작하고 있다.On the other hand, hydrochlorofluorocarbon refrigerants such as R22 (chlorodifluoromethane), which have conventionally been used as refrigerants for fin-and-tube heat exchangers, destroy the ozone layer and thus cannot be used in view of global environmental protection. And hydrofluorocarbon refrigerants such as R410A in which all of the chlorine contained is replaced with hydrogen are being adopted in earnest as refrigerants for air conditioning equipment.
특허문헌 1 : 일본 공개 실용신안 제 1988-154986 호 공보(실시예, 도 1 내지 도 4)Patent Document 1: Japanese Unexamined Utility Model No. 1988-154986 (Examples, FIGS. 1 to 4)
특허문헌 2 : 일본 공개 특허 제 1999-190597 호 공보(단락 0022 내지 0026, 도 1)Patent document 2: Unexamined-Japanese-Patent No. 1999-190597 (paragraph 0022-0026, FIG. 1)
특허문헌 3 : 일본 공개 실용신안 제 1992-122986 호 공보(단락 0007 내지 0008, 도 1)Patent Document 3: Japanese Unexamined Utility Model No. 1992-122986 (paragraphs 0007 to 0008, FIG. 1)
특허문헌 4 : 일본 공개 특허 제 2006-98033 호 공보(청구항 1, 도 4)Patent Document 4: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-98033 (
(발명이 해결하고자 하는 과제)(Tasks to be solved by the invention)
그러나, 특허문헌 1, 2의 열교환기에 있어서는, 헤어핀관내를 흐르는 냉매는, 관 내면에 형성된 홈을 따라 선회류가 되어, 리턴 벤드관으로 흘러들어 가서, 당분간은 선회류가 유지된다. 그러나, 리턴 벤드관의 관 내면이 평활하기 때문에, 그 출구측에서는 선회류가 유지되기 어려워지는 동시에, 리턴 벤드관의 굽힘부에 있어서는, 액적(냉매 액막)의 비말이 발생하여, 액막 유동이 불안정해진다. 그 때문에, 다음 단의 헤어핀관 유입후, 잠시 동안은 냉매에 선회류를 다시 부여하는데에 소비되어, 이 구간에서는 냉매의 유동이 불안정하고, 더욱이 냉매 액막이 두꺼운 부분이 형성되기 때문에, 관내 열전달율이 저하하기 쉬워, 충분한 증발 성능이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.However, in the heat exchangers of
또한, 특허문헌 3의 열교환기에 있어서는, 리턴 벤드관내에 홈이 형성되고, 헤어핀관내에는 홈이 형성되어 있지 않기 때문에, 양자의 관내 형상이 크게 다르게 된다. 그 때문에, 열교환기는 내부를 순환하는 냉매의 압력 손실이 커지고, 그것에 의해 냉매 유량이 감소하기 때문에, 도리어 열교환기의 전열 성능, 특히 증발 성능의 저하가 현저해진다는 문제가 있었다.Moreover, in the heat exchanger of
그리고, 특허문헌 3과 같이, 리턴 벤드관의 홈 형성에 의한 강도 저하를 고려하여, 관 두께를 두껍게 하면, 리턴 벤드관과 헤어핀관의 접합부의 내면에 냉매 유통의 장해가 되는 단차가 생겨서, 냉매의 압력 손실이 커지기 쉽다.Then, as in
또한, 특허문헌 4의 열교환기에 있어서는, 리턴 벤드관 및 헤어핀관에 형성된 홈과 관축이 이루는 홈 리드각을 소정의 것으로 한정했지만, 홈 피치 및 홈 단면적에 대한 검토가 이루어지지 않고 있었기 때문에, 관내에서의 냉매 액막에 교란이 생기고, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막이 불균일해져서, 냉매 액막이 두꺼운 부분이 생기는 일이 있었다. 그 결과, 충분한 증발 성능이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.Moreover, in the heat exchanger of patent document 4, although the groove lead angle which the groove | channel and tube axis which the groove | channel formed in a return bend tube and a hairpin tube forms is limited to a predetermined thing, since the groove pitch and groove cross-sectional area were not examined, in a pipe | tube, Disturbance occurred in the coolant liquid film of, resulting in uneven cooling of the coolant liquid in the straight portion of the hairpin tube, resulting in a thick portion of the coolant liquid film. As a result, there was a problem that sufficient evaporation performance was not obtained.
보다 상세하게 설명하면, 냉매 액막이 불균일해지는 것은 액막 두께가 불균일해지는 것을 의미하고, 액막 두께가 불균일해지면, 액막이 두꺼운 부분과 얇은 부분에서의 상태차(냉매 액막의 표면 장력과 액막의 곡률의 함수)가 생긴다. 이 상태차가 생기면, 원리적으로는 냉매 액막 두께가 얇은 액막은 냉매 액막이 두꺼운 쪽으로 인장되고, 그 결과 냉매 액막이 얇은 부분이 더욱 얇아져서, 이 부분에서 증발이 촉진되고, 한편 냉매 액막이 두꺼운 부분은 잔존하게 된다. 이 냉매 액막이 잔존하는 것은, 결과적으로 잔존부 이외는 드라이아웃(dry out; 완전 건조) 상태가 되어, 유효 전열 면적이 감소하여, 증발 성능이 저하하게 된다.In more detail, the non-uniformity of the refrigerant liquid film means that the liquid film thickness becomes nonuniform, and when the liquid film thickness becomes nonuniform, the state difference (a function of the surface tension of the refrigerant liquid film and the curvature of the liquid film) in the thick and thin portions of the liquid film becomes Occurs. When this state difference occurs, in principle, the liquid film with a thinner liquid film thickness is stretched toward the thicker liquid film, and as a result, the thin portion of the coolant liquid film becomes thinner, so that evaporation is promoted in this portion, while the thick portion of the coolant liquid film remains. do. As a result, remaining of the refrigerant liquid film becomes a dry out state other than the remaining portion, and the effective heat transfer area decreases, and the evaporation performance is lowered.
본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 열교환기의 증발 성능을 보다 향상시키는 것이 가능한 핀-앤드-튜브형 열교환기 및 그 리턴 벤드관을 제공하는 것을 목적으로 한다.This invention is made | formed in view of the said problem, and an object of this invention is to provide the fin-and-tube type heat exchanger and its return bend tube which can further improve the evaporation performance of a heat exchanger.
(과제를 해결하기 위한 수단)(Means to solve the task)
본 발명의 제 1 형태는, 다수의 헤어핀관이 병렬된 헤어핀부와, 상기 헤어핀부 각각의 헤어핀관 단부에 접합된 다수의 리턴 벤드관이 병렬된 리턴 벤드부와, 상기 헤어핀관의 외측 표면에 일정 간격으로 병렬된 다수의 핀으로 이루어지는 핀부를 갖고, 관 내부에 냉매가 공급되는 핀-앤드-튜브형 열교환기로서, 상기 리턴 벤드관의 관 내면에 형성된 제 1 홈을 구비하고, 상기 제 1 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 제 1 홈 피치(P1)와, 상기 헤어핀관의 관 내면에 형성된 나선형의 제 2 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 제 2 홈 피치(P2)의 홈 피치비(P1/P2)가 0.65 내지 2.2를 만족하고, 또한 상기 제 1 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 홈 1개당의 제 1 홈 단면적(S1)과, 상기 제 2 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 홈 1개당의 제 2 홈 단면적(S2)의 홈 단면적비(S1/S2)가 0.3 내지 3.6을 만족하는 핀-앤드-튜브형 열교환기로서 구성한 것이다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a hairpin section in which a plurality of hairpin tubes are parallel, a return bend section in which a plurality of return bend tubes joined to end portions of the hairpin tubes are parallel, and an outer surface of the hairpin tube. A fin-and-tube type heat exchanger having a fin section consisting of a plurality of fins paralleled at regular intervals and supplied with refrigerant inside the tube, the fin groove having a first groove formed on an inner surface of the tube of the return bend tube, wherein the first groove is provided. Groove pitch ratio (P1 /) of the first groove pitch (P1) in the cross section of the tube axis orthogonal to the second groove pitch (P2) in the cross section of the tube axis orthogonal cross section of the spiral second groove formed in the tube inner surface of the hairpin tube. P2) satisfies 0.65 to 2.2, and further includes a first groove cross-sectional area S1 per groove in the tubular orthogonal cross section of the first groove and one groove in the tubular orthogonal cross section of the second groove. The groove cross-sectional area ratio S1 / S2 of the second groove cross-sectional area S2 is 0.3 Pin satisfying if 3.6 is constructed as a tubular heat exchanger-and.
상기의 구성에 의하면, 핀-앤드-튜브형 열교환기의 리턴 벤드관의 관 내면에 소정의 제 1 홈이 형성되어 있는 것에 의해, 리턴 벤드관 입구측에서 냉매 액막의 평탄화를 도모할 수 있고, 또한 관 내부의 냉매 액막에 「환상류」를 형성할 수 있어, 리턴 벤드관에서의 냉매 액막의 교란이 저감된다. 그리고, 리턴 벤드관 출구측으로부터 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 관 내부에 의해 균일한 「환상류」가 형성되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막이 균일해져서, 관 외부와의 열교환이 안정화되어, 증발 성능이 향상된다.According to the above arrangement, the predetermined first groove is formed on the inner surface of the tube of the return bend tube of the fin-and-tube heat exchanger, whereby the refrigerant liquid film can be planarized at the inlet side of the return bend tube. "Circular flow" can be formed in the refrigerant liquid film inside the pipe, and the disturbance of the refrigerant liquid film in the return bend pipe is reduced. Then, when liquid refrigerant flows into the hairpin tube of the next stage from the return bend tube outlet side, a uniform "annular flow" is formed by the inside of the tube, and the refrigerant liquid film in the straight pipe portion of the hairpin tube becomes uniform, Heat exchange is stabilized, the evaporation performance is improved.
상기 헤어핀관의 제 2 홈과 관축이 이루는 제 2 홈 리드각(θ2)이 15° 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the second groove lead angle θ2 formed between the second groove and the tube axis of the hairpin tube is 15 ° or more.
상기의 구성에 의하면, 리턴 벤드관 출구로부터 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 관 내부에 의해 균일한 「환상류」가 형성되어, 헤어핀관의 직관 부분에서 냉매 액막이 균일해져서, 관 외부와의 열교환이 안정화되어, 증발 성능이 더욱더 향상된다.According to the above structure, when liquid refrigerant flows into the hairpin tube of the next stage from the return bend tube outlet, a uniform "annular flow" is formed by the inside of the tube, and the refrigerant liquid film becomes uniform in the straight pipe portion of the hairpin tube, Heat exchange with the outside is stabilized, and the evaporation performance is further improved.
또한, 상기 헤어핀관 및 상기 리턴 벤드관으로 구성된 냉매 유로는 그 적어도 일부가 분기되어, 복수의 냉매 유로를 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that at least a portion of the refrigerant passage consisting of the hairpin tube and the return bend tube branch to form a plurality of refrigerant passages.
상기의 구성에 의하면, 핀-앤드-튜브형 열교환기의 냉매 유로가 분기되어 있는 것에 의해, 분기당 냉매 질량 속도가 낮아지고, 특히 리턴 벤드관 입구측에서의 냉매 속도가 저하하여, 관 내부에 형성된 냉매 액막의 「환상류」가 보다 안정화된다. 그리고, 리턴 벤드관 출구측으로부터 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 관 내부에 의해 균일한 「환상류」가 형성되어, 헤어핀관의 직관 부분에서 냉매 액막이 균일해져서, 관 외부와의 열교환이 안정화되어, 증발 성능이 더욱더 향상된다.According to the above configuration, the refrigerant flow path of the fin-and-tube heat exchanger is branched, so that the refrigerant mass velocity per branch is lowered, and in particular, the refrigerant velocity at the inlet side of the return bend tube is lowered, thereby reducing the refrigerant liquid film formed inside the tube. "Circular flow" is stabilized more. Then, when liquid refrigerant flows into the hairpin tube of the next stage from the return bend tube outlet side, a uniform "annular flow" is formed by the inside of the tube, and the refrigerant liquid film becomes uniform in the straight pipe portion of the hairpin tube, Heat exchange is stabilized, and the evaporation performance is further improved.
또한, 상기 냉매는 하이드로플루오로카본계의 비공비(非共沸) 혼합 냉매인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the said refrigerant is a non-azeotropic mixed refrigerant of a hydrofluorocarbon system.
상기의 구성에 의하면, 열교환기의 증발 성능이 더욱더 향상되는 동시에, 냉매의 압력 손실이 작아진다.According to the above configuration, the evaporation performance of the heat exchanger is further improved, and the pressure loss of the refrigerant is reduced.
본 발명의 제 2 형태는, 외측 표면에 일정 간격으로 병렬된 다수의 핀을 구비한 헤어핀관의 관 단부에 접합되고, 관내에 냉매가 공급되는 핀-앤드-튜브형 열교환기에서 사용되는 리턴 벤드관으로서, 상기 리턴 벤드관의 관 내면에 형성된 제 1 홈을 구비하고, 상기 제 1 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 제 1 홈 피치(P1)와, 상기 헤어핀관의 관 내면에 형성된 나선형의 제 2 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 제 2 홈 피치(P2)의 홈 피치비(P1/P2)가 0.65 내지 2.2를 만족하고, 또한 상기 제 1 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 홈 1개당의 제 1 홈 단면적(S1)과, 상기 제 2 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 홈 1개당의 제 2 홈 단면적(S2)의 홈 단면적비(S1/S2)가 0.3 내지 3.6을 만족하는 리턴 벤드관으로서 구성한 것이다.The second aspect of the present invention is a return bend tube used in a fin-and-tube type heat exchanger joined to a tube end of a hairpin tube having a plurality of fins parallel to the outer surface at regular intervals, and supplied with refrigerant in the tube. A second groove having a first groove formed on the inner surface of the tube of the return bend tube, the first groove pitch P1 in the cross section perpendicular to the tube axis of the first groove, and the spiral second formed on the inner surface of the tube of the hairpin tube. The groove pitch ratio P1 / P2 of the second groove pitch P2 in the tubular orthogonal cross section of the groove satisfies 0.65 to 2.2, and the first per groove in the tubular orthogonal cross section of the first groove. The groove cross-sectional area S1 and the groove cross-sectional area ratio S1 / S2 of the second groove cross-sectional area S2 per groove in the tubular orthogonal cross section of the second groove constitute a return bend tube satisfying 0.3 to 3.6. will be.
상기의 구성에 의하면, 홈 피치비(P1/P2) 및 홈 단면적비(S1/S2)를 소정 범위로 하는 것에 의해, 리턴 벤드관내에 있어서도 헤어핀관내에서 형성된 액체 냉매의 「선회류」가 유지된다. 그와 더불어, 헤어핀관으로부터 리턴 벤드관에 액체 냉매가 유입될 때, 리턴 벤드관 입구측에서 냉매 액막의 평탄화를 도모할 수 있고, 또한 관 내부의 냉매 액막이 균일해지는 「환상류」를 형성할 수 있다. 그 결과, 리턴 벤드관 내부에서의 냉매 액막의 교란이 저감된다. 그리고, 리턴 벤드관 출구측으로부터 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 관 내부에 의해 균일한 「환상류」가 형성되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막이 균일해져서, 관 외부(공기)와의 열교환이 안정화되어, 증발 성능이 향상된다.According to the above structure, by setting the groove pitch ratio P1 / P2 and the groove cross-sectional area ratio S1 / S2 within a predetermined range, the "orbital flow" of the liquid refrigerant formed in the hairpin tube is maintained even in the return bend tube. . In addition, when the liquid refrigerant flows into the return bend tube from the hairpin tube, it is possible to planarize the refrigerant liquid film at the inlet side of the return bend tube and to form a "circular flow" in which the refrigerant liquid film inside the tube is uniform. have. As a result, disturbance of the refrigerant liquid film inside the return bend tube is reduced. When the liquid refrigerant flows into the hairpin tube of the next stage from the return bend tube outlet side, a uniform "annular flow" is formed by the inside of the tube, so that the refrigerant liquid film in the straight pipe portion of the hairpin tube becomes uniform, Heat exchange with air) is stabilized, and the evaporation performance is improved.
상기 제 1 홈과 관축이 이루는 제 1 홈 리드각(θ1)과, 상기 제 2 홈과 관축이 이루는 제 2 홈 리드각(θ2)의 각도차(θ1-θ2)가 -15° 내지 +15°를 만족하고, 또한 상기 제 1 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 제 1 홈 깊이(h1)와, 상기 제 2 홈의 관축 직교 단면에 있어서의 제 2 홈 깊이(h2)의 홈 깊이비(h1/h2)가 0.47 내지 1.5를 만족하는 것이 바람직하다.The angle difference θ1-θ2 between the first groove lead angle θ1 formed by the first groove and the tube axis, and the second groove lead angle θ2 formed by the second groove and the tube axis is -15 ° to + 15 °. And the groove depth ratio h1 of the first groove depth h1 in the tubular orthogonal cross section of the first groove and the second groove depth h2 in the tubular orthogonal cross section of the second groove. h2) preferably satisfies 0.47 to 1.5.
상기의 구성에 의하면, 홈 리드각의 각도차(θ1-θ2)를 소정 범위로 하는 것에 의해, 헤어핀관으로부터 리턴 벤드관에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막의 비말을 억제할 있다. 그리고, 리턴 벤드관 출구측으로부터 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 관 내부에 의해 균일한 「환상류」가 형성되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막이 균일해져서, 관 외부와의 열교환이 안정화되어, 증발 성능이 더욱더 향상된다.According to the above configuration, by setting the angle difference θ1-θ2 of the groove lead angle to a predetermined range, when the liquid refrigerant flows into the return bend tube from the hairpin tube, the droplet of the refrigerant liquid film can be suppressed. Then, when liquid refrigerant flows into the hairpin tube of the next stage from the return bend tube outlet side, a uniform "annular flow" is formed by the inside of the tube, and the refrigerant liquid film in the straight pipe portion of the hairpin tube becomes uniform, Heat exchange is stabilized, and the evaporation performance is further improved.
또한, 홈 깊이비(h1/h2)를 소정 범위로 하는 것에 의해, 관 내부에서의 냉매의 이탈이 생기기 어려워서, 냉매 액막이 교란되기 어려워진다. 그리고, 리턴 벤드관 출구측으로부터 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 관 내부에 의해 균일한 「환상류」가 형성되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막이 균일해져서, 관 외부와의 열교환이 안정화되어, 증발 성능이 더욱더 향상된다.In addition, by setting the groove depth ratio h1 / h2 within a predetermined range, separation of the coolant in the tube is unlikely to occur, and the coolant liquid film is less likely to be disturbed. Then, when liquid refrigerant flows into the hairpin tube of the next stage from the return bend tube outlet side, a uniform "annular flow" is formed by the inside of the tube, and the refrigerant liquid film in the straight pipe portion of the hairpin tube becomes uniform, Heat exchange is stabilized, and the evaporation performance is further improved.
또한, 상기 리턴 벤드관의 족장(足長)(L)이 피치(P)의 1.0 내지 1.5배인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the chief L of the said return bend tube is 1.0-1.5 times the pitch P.
상기의 구성에 의하면, 헤어핀관의 직관 부분과 리턴 벤드관을 접합해서 사용할 때, 리턴 벤드관의 족장(L)을 굽힘 피치(P)의 소정배로 하는 것에 의해, 리턴 벤드관 입구로부터 굽힘 부분까지의 직관 부분의 냉매 액막에 「환상류」가 충분히 형성된다. 그 결과, 리턴 벤드관의 굽힘 부분에서의 냉매 액막에 교란(박리류)이 발생하지 않는다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때에, 「환상류」가 형성된 채로 유입되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막이 균일해져서, 관 외부와의 열교환이 안정화되어, 증발 성능이 더욱더 향상된다.According to the above configuration, when the straight pipe portion of the hairpin tube and the return bend tube are used together, the length of the chief L of the return bend tube is set to a predetermined multiple of the bending pitch P to the return bend tube inlet to the bent portion. Is sufficiently formed in the refrigerant liquid film of the straight pipe portion of the tube. As a result, disturbances (peel-offs) do not occur in the refrigerant liquid film at the bent portion of the return bend tube. Then, when the liquid refrigerant flows into the hairpin tube of the next stage, it is introduced with the "circular flow" formed, and the refrigerant liquid film in the straight pipe portion of the hairpin tube becomes uniform, so that heat exchange with the outside of the tube is stabilized, and the evaporation performance is further increased. Is improved.
또한, 상기 리턴 벤드관의 재질은 상기 헤어핀관의 재질보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the material of the return bend tube is preferably made of a material having a lower thermal conductivity than the material of the hairpin tube.
상기의 구성에 의하면, 관 본체부(리턴 벤드관)의 열전도율이 헤어핀관보다 낮아짐으로써, 리턴 벤드관에서의 열손실이 억제된다. 리턴 벤드관에서의 열손실이 억제되는 것에 의해, 리턴 벤드관 내부에서 냉매 증발이 생기거나, 냉매 액막의 「환상류」가 붕괴되는 일이 없어, 냉매 액막의 비말이 생기는 것에 의한 냉매 액막의 교란(박리류)이 발생하지 않는다. 그 결과, 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 「환상류」가 형성된 채로 유입되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막이 균일해져서, 관 외부와의 열교환이 안정화되어, 증발 성능이 더욱더 향상된다.According to the above arrangement, the heat conductivity of the tube body portion (return bend tube) is lower than that of the hairpin tube, whereby the heat loss in the return bend tube is suppressed. By suppressing the heat loss in the return bend tube, the refrigerant evaporation does not occur inside the return bend tube, or the "cyclic flow" of the refrigerant liquid film does not collapse, and the refrigerant liquid film is disturbed due to the splash of the refrigerant liquid film. (Peeling) does not occur. As a result, when liquid refrigerant flows into the hairpin tube of the next stage, it flows in with "cyclic flow" formed, and the refrigerant liquid film in the straight pipe portion of the hairpin tube becomes uniform, and the heat exchange with the outside of the tube is stabilized, and the evaporation performance is improved. Even better.
또한, 상기 리턴 벤드관의 재질은 상기 헤어핀관의 재질보다 내열성이 있는 동합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the material of the return bend tube is preferably made of a copper alloy having heat resistance than the material of the hairpin tube.
상기의 구성에 의하면, 리턴 벤드관이 내열성 동합금으로 이루어짐으로써, 리턴 벤드관과 헤어핀관을 접합(납땜)했을 때, 리턴 벤드관의 납땜후의 관 강도의 저하가 작아지기 때문에, 열교환기 사용중의 관 내부의 압력에 의해, 리턴 벤드관의 접합부, 예컨대 납땜의 온도 영향부에 관 파괴가 생기지 않는다.According to the above configuration, since the return bend tube is made of a heat-resistant copper alloy, when the return bend tube and the hairpin tube are joined (soldered), the decrease in the strength of the tube after the soldering of the return bend tube is reduced. The internal pressure does not cause tube breakage at the junction of the return bend tube, such as the temperature affected portion of the solder.
또한, 리턴 벤드관의 관 두께를 두껍게 할 필요가 없어진다.In addition, it is not necessary to increase the thickness of the pipe of the return bend pipe.
또한, 상기 리턴 벤드관의 제 1 최대 내경(ID1)이 상기 헤어핀관의 제 2 최대 내경(ID2)과의 관계에 있어서 (ID1)≥(ID2)인 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the first maximum inner diameter ID1 of the return bend tube is (ID1) ≥ (ID2) in relation to the second maximum inner diameter ID2 of the hairpin tube.
상기의 구성에 의하면, 리턴 벤드관으로부터 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때에, 「환상류」의 형성 상태를 보다 균일하게 유지하고, 더욱이 헤어핀관 입구측 부근의 냉매 액막이 원주방향으로 퍼져서, 냉매 액막을 얇게 할 수 있다. 그 결과, 헤어핀의 직관 부분에서의 증발 성능이 더욱더 향상된다.According to the above configuration, when the liquid refrigerant flows into the hairpin tube from the return bend tube, the state of formation of "annular flow" is more uniformly maintained, and the refrigerant liquid film near the inlet side of the hairpin tube spreads in the circumferential direction, whereby the refrigerant liquid film Can be thinned. As a result, the evaporation performance in the straight portion of the hairpin is further improved.
(발명의 효과)(Effects of the Invention)
본 발명의 제 1 형태의 핀-앤드-튜브형 열교환기에 의하면, 상기의 리턴 벤드관을 사용함으로써, 열교환기의 증발 성능을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 소정 범위의 홈 리드각을 갖는 헤어핀관, 분기된 냉매 유로, 소정의 냉매를 사용함으로써, 열교환기의 증발 성능을 더욱더 향상시키는 것이 가능해진다.According to the fin-and-tube type heat exchanger of the 1st aspect of this invention, it is possible to improve the evaporation performance of a heat exchanger by using said return bend tube. Further, by using a hairpin tube, a branched refrigerant flow path, and a predetermined refrigerant having a groove lead angle in a predetermined range, it is possible to further improve the evaporation performance of the heat exchanger.
본 발명의 제 2 형태의 리턴 벤드관에 의하면, 리턴 벤드관의 제 1 홈의 홈 피치 및 홈 단면적을 소정 범위로 하는 것에 의해, 관 내부의 냉매 액막에 「환상류」가 형성되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막이 균일하게 되어서, 열교환기의 증발 성능을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 리턴 벤드관의 제 1 홈의 홈 리드각, 홈 깊이, 족장, 열전도율 및 최대 내경을 소정 범위로 함으로써, 열교환기의 증발 성능을 더욱더 향상시키는 것이 가능해진다. 그리고, 리턴 벤드관을 내열성 동합금으로 구성함으로써, 헤어핀관과의 접합부의 신뢰성이 높아지는 동시에, 경량화를 달성할 수 있는 구성으로 하는 것이 가능해진다.According to the return bend tube of the 2nd aspect of this invention, by making the groove pitch and groove cross-sectional area of the 1st groove of a return bend tube into a predetermined range, "annular flow" is formed in the refrigerant liquid film inside a tube, and a hairpin tube The coolant liquid film in the straight pipe portion of the film becomes uniform, which makes it possible to improve the evaporation performance of the heat exchanger. In addition, it is possible to further improve the evaporation performance of the heat exchanger by setting the groove lead angle, groove depth, sheath, thermal conductivity, and maximum internal diameter of the first groove of the return bend tube within a predetermined range. By configuring the return bend tube with a heat resistant copper alloy, the reliability of the junction portion with the hairpin tube can be increased, and the weight can be achieved.
도 1은 본 발명에 따른 리턴 벤드관의 구성을 도시하는 사시도,1 is a perspective view showing the configuration of a return bend tube according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 리턴 벤드관을 조립한 핀-앤드-튜브형 열교환기의 일례를 도시하는 일부 파탄 정면도,2 is a partial broken front view showing an example of a fin-and-tube type heat exchanger assembled with a return bend tube according to the present invention;
도 3의 (a)는 도 2의 열교환기를 리턴 벤드관측에서 본 사시도, (b)는 열교환기를 헤어핀관측에서 본 사시도, (c)는 열교환기내의 냉매의 흐름을 개략적으로 도시하는 모식도,Figure 3 (a) is a perspective view of the heat exchanger of Figure 2 seen from the return bend tube, (b) is a perspective view of the heat exchanger from the hairpin tube side, (c) is a schematic diagram schematically showing the flow of the refrigerant in the heat exchanger,
도 4는 헤어핀관과 리턴 벤드관의 접합부의 일례를 도시하는 관축 방향으로 절단했을 때의 확대 단면도,4 is an enlarged cross-sectional view when cut in the tube axis direction showing an example of a junction of a hairpin tube and a return bend tube;
도 5의 (a)는 리턴 벤드관의 관축 직교 단면도, (b)는 (a)의 일부 확대 단면도,(A) is the orthogonal cross section of the tube axis of a return bend tube, (b) is a partially expanded sectional view of (a),
도 6의 (a)는 헤어핀관의 관축 직교 단면도, (b)는 (a)의 일부 확대 단면도,(A) is the orthogonal cross section of the tube of a hairpin tube, (b) is a partially expanded sectional view of (a),
도 7의 (a), (b)는 본 발명에 따른 다른 실시형태의 열교환기내의 냉매의 흐름을 개략적으로 도시하는 모식도,(A), (b) is a schematic diagram which shows schematically the flow of a refrigerant | coolant in the heat exchanger of other embodiment which concerns on this invention,
도 8의 (a)는 열교환기의 증발 성능을 측정할 때에 사용하는 흡인형 풍동(風洞)의 모식도, (b)는 (a)의 흡인형 풍동에 냉매를 공급하는 냉매 공급 장치의 모식도.(A) is a schematic diagram of the suction type wind tunnel used when measuring the evaporation performance of a heat exchanger, (b) is a schematic diagram of the refrigerant supply apparatus which supplies a refrigerant | coolant to the suction type wind tunnel of (a).
(부호의 설명)(Explanation of the sign)
1 : 리턴 벤드관 1a : 관 본체부1:
2 : 제 1 홈 3 : 제 1 핀2: first groove 3: first pin
11 : 헤어핀관 12 : 제 2 홈11: hairpin tube 12: second groove
13 : 제 2 핀 20, 20A, 20B : 열교환기13:
21 : 핀부 21a : 핀21:
22 : 리턴 벤드부 23 : 헤어핀부22: return bend part 23: hairpin part
P1 : 제 1 홈 피치 P2 : 제 2 홈 피치P1: first groove pitch P2: second groove pitch
S1 : 제 1 홈 단면적 S2 : 제 2 홈 단면적S1: first groove cross section S2: second groove cross section
θ1 : 제 1 홈 리드각 θ2 : 제 2 홈 리드각θ1: first groove lead angle θ2: second groove lead angle
h1 : 제 1 홈 깊이 h2 : 제 2 홈 깊이h1: first groove depth h2: second groove depth
L : 족장 P : 피치L: Chieftain P: Pitch
ID1 : 제 1 최대 내경 ID2 : 제 2 최대 내경ID1: 1st maximum inner diameter ID2: 2nd maximum inner diameter
OD1 : 제 1 관 외경 OD2 : 제 2 관 외경OD1: Outer diameter of the first tube OD2: Outer diameter of the second tube
이하, 본 발명에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 리턴 벤드관의 구성을 도시하는 사시도, 도 2는 리턴 벤드관을 조립한 핀-앤드-튜브형 열교환기의 일례를 도시하는 일부 파탄 정면도, 도 3의 (a)는 도 2의 열교환기를 리턴 벤드관측에서 본 사시도, (b)는 열교환기를 헤어핀관측에서 본 사시도, (c)는 열교환기내의 냉매의 흐름을 개략적으로 도시하는 모식도, 도 4는 헤어핀관과 리턴 벤드관의 접합부의 일례를 도시하는 관축 방향으로 절단했을 때의 확대 단면도, 도 5의 (a)는 리턴 벤드관의 관축 직교 단면도, (b)는 (a)의 일부 확대 단면도, 도 6의 (a)는 헤어핀관의 관축 직교 단면도, (b)는 (a)의 일부 확대 단면도, 도 7의 (a), (b)는 다른 실시형태의 열교환기내의 냉매의 흐름을 개략적으로 도시하는 모식도, 도 8의 (a)는 열교환기의 증발 성능을 측정할 때에 사용하는 흡인형 풍동의 모식도, (b)는 (a)의 흡인형 풍동에 냉매를 공급하는 냉매 공급 장치의 모식도이다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated concretely with reference to drawings. Fig. 1 is a perspective view showing the configuration of a return bend tube, Fig. 2 is a partially broken front view showing an example of a fin-and-tube type heat exchanger assembled with a return bend tube, and Fig. 3 (a) is a heat exchanger of Fig. 2. Is a perspective view of the return bend tube, (b) is a perspective view of the heat exchanger from the hairpin tube side, (c) is a schematic diagram schematically showing the flow of the refrigerant in the heat exchanger, and FIG. 4 is an example of a junction portion of the hairpin tube and the return bend tube. 5 is an enlarged cross sectional view of the return bend tube, (b) is a partially enlarged cross sectional view of (a), and FIG. 6 (a) is a cutaway view of the hairpin tube. (B) is a partial enlarged sectional view of (a), (a), (b) is a schematic diagram which shows schematically the flow of a refrigerant | coolant in the heat exchanger of another embodiment, (a) of FIG. Is a schematic diagram of a suction type wind tunnel used when measuring the evaporation performance of a heat exchanger, (b) is the suction of (a) It is a schematic diagram of a refrigerant | coolant supply apparatus which supplies a refrigerant | coolant to a doll wind tunnel.
(1) 리턴 벤드관(1) return bend pipe
우선, 본 발명의 리턴 벤드관에 대해서 설명한다. 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 리턴 벤드관(1)은, 핀-앤드-튜브형 열교환기(이하, 열교환기라고 칭함)(20)에 사용되고, 관 내부에 냉매가 공급되는 헤어핀관(11)의 관 단부에 접합되는 것이다. 이 리턴 벤드관(1)은, U자형상으로 형성된 관 본체부(1a)와, 이 관 본체부(1a)의 관 단부에 헤어핀관(11)과 접속하는 관 단부(1b)와, 관 본 체부(1a)의 내면에 형성된 다수의 제 1 홈(2)을 구비한다(도 4 참조, 도 1에 있어서는 제 1 홈의 기재를 생략함). 이 리턴 벤드관(1)이 2개의 헤어핀관(11, 11) 사이에 개재되고, 헤어핀관(11)끼리를 접속하기 위해서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 헤어핀관(11, 11 …)을 직렬로 접속함으로써, 거리가 긴 냉매 유로가 구성된다.First, the return bend tube of this invention is demonstrated. As shown in Figs. 1 to 3, the
리턴 벤드관(1)은, 도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 관 내면에 다수 형성된 제 1 홈(2)의 내면 홈형상을 하기와 같이 규제함으로써, 리턴 벤드관(1)이 조립되는 열교환기(20)(도 2, 도 3 참조)로서의 증발 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 리턴 벤드관(1)은, 접합하는 헤어핀관(11)의 관 외경[제 2 관 외경(OD2)]으로서 3㎜ 내지 10㎜가 사용되기 때문에, 그 관 외경[제 1 관 외경(OD1)]이 헤어핀관과 동일한 3㎜ 내지 10㎜의 관을 사용하는 것이 바람직하다.As shown in Figs. 5 and 6, the
<내면 홈형상><Inner groove shape>
리턴 벤드관(1)의 제 1 홈(2)은, 그 관축 직교 단면에 있어서의 제 1 홈 피치(P1)와, 헤어핀관(11)의 관 내면에 형성된 나선형의 제 2 홈(12)의 관축 직교 단면에 있어서의 제 2 홈 피치(P2)의 홈 피치비(P1/P2)가 0.65 내지 2.2를 만족하고, 또한 제 1 홈(2)의 관축 직교 단면에 있어서의 홈 1개당의 제 1 홈 단면적(S1)과, 제 2 홈(12)의 관축 직교 단면에 있어서의 홈 1개당의 제 2 홈 단면적(S2)의 홈 단면적비(S1/S2)가 0.3 내지 3.6을 만족할 필요가 있다. 또, 홈 단면적비(S1/S2)는 0.54 내지 2.7로 하는 것이 보다 바람직하다. 하기에서, 홈 피치비(P1/P2) 및 홈 단면적비(S1/S2)의 수치 한정 이유에 대해서 설명한다.The
[홈 피치비(P1/P2) : 0.65 내지 2.2][Groove pitch ratio (P1 / P2): 0.65 to 2.2]
홈 피치비(P1/P2)가 0.65 미만인 경우, 헤어핀관(11)의 홈 1개당 차지하는 리턴 벤드관(1)의 홈수가 증가하는 것에 의해, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 리턴 벤드관 입구측에서 관 내부[제 1 홈(2)]의 냉매 액막에 축류(縮流)가 생겨서, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하한다.When the groove pitch ratio P1 / P2 is less than 0.65, the number of grooves of the
홈 피치비(P1/P2)가 2.2를 초과하는 경우, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 헤어핀관(11)의 홈 1개당 차지하는 리턴 벤드관(1)의 홈수가 감소하는 것에 의해, 리턴 벤드관(1)의 제 1 홈(2)에서 냉매 액막의 유지성이 대폭적으로 저하하여, 「환상류」의 형성이 붕괴되어서, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되고, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하한다.When the groove pitch ratio P1 / P2 exceeds 2.2, when the liquid refrigerant flows into the
[홈 단면적비(S1/S2) : 0.3 내지 3.6][Groove cross-sectional area ratio (S1 / S2): 0.3 to 3.6]
홈 단면적비(S1/S2)가 0.3 미만인 경우, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 제 1 홈(2)의 단면적이 대폭 감소함으로써, 리턴 벤드관 입구측에서 냉매 액막의 축류가 생겨서, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입 되어, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하한다.When the groove cross-sectional area ratio S1 / S2 is less than 0.3, when the liquid refrigerant flows into the
홈 단면적비(S1/S2)가 3.6을 초과하는 경우, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 제 1 홈(2)의 단면적 증가에 의해 저항이 감소하지만, 반대로 제 1 홈(2)에서 냉매 액막의 유지성이 저하함으로써, 「환상류」의 형성이 붕괴되어, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하한다.When the groove cross-sectional area ratio S1 / S2 exceeds 3.6, when the liquid refrigerant flows from the
또한, 도 4 내지 도 6에 도시하는 바와 같이, 리턴 벤드관(1)의 제 1 홈(2)은, 제 1 홈(2)과 관축이 이루는 제 1 홈 리드각(θ1)과, 헤어핀관(11)의 관 내면에 형성된 제 2 홈(12)과 관축이 이루는 제 2 홈 리드각(θ2)의 각도차(θ1-θ2)가 -15° 내지 +15°를 만족하고, 또한 제 1 홈(2)의 관축 직교 단면에 있어서의 제 1 홈 깊이(h1)와, 제 2 홈(12)의 관축 직교 단면에 있어서의 제 2 홈 깊이(h2)의 홈 깊이비(h1/h2)가 0.47 내지 1.5를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 홈(2)은, 제 1 홈 리드각(θ1)이 0°, 즉 제 1 홈(2)이 관축에 평행할 경우도 포함하는 것으로 한다. 하기에서, 각도차(θ1-θ2) 및 홈 깊이비(h1/h2)의 수치 한정 이유에 대해서 설명한다.4 to 6, the
[각도차(θ1-θ2) : -15° 내지 +15°][Angle Difference (θ1-θ2): -15 ° to + 15 °]
각도차(θ1-θ2)가 -15° 미만, 즉 제 1 홈 리드각(θ1)이 [제 2 홈 리드각 (θ2)-15°]보다 작은 경우, 리턴 벤드관 입구측에서, 제 1 홈(2) 사이에 형성되는 제 1 핀(3)의 마루를 기점으로 냉매 액막의 비말이 생겨서, 냉매 액막에 교란(박리류)이 발생한다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉽다.When the angle difference θ1-θ2 is less than -15 °, that is, the first groove lead angle θ1 is smaller than the [second groove lead angle θ2) -15 °, the first groove on the return bend tube inlet side Splashes of the coolant liquid film are generated starting from the floor of the
각도차(θ1-θ2)가 +15°를 초과, 즉 제 1 홈 리드각(θ1)이 [제 2 홈 리드각(θ2)+15°]보다 클 경우, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 리턴 벤드관측의 압력 손실이 증가하는 것에 의해, 리턴 벤드관 입구측에서 냉매 액막의 축류가 생겨서, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉽다.When the angle difference θ1-θ2 exceeds + 15 °, that is, the first groove lead angle θ1 is larger than [the second groove lead angle θ2 + 15 °], the return bend tube from the
또, 제 1 홈(2)과 관축이 이루는 제 1 홈 리드각(θ1)의 방향은, 헤어핀관(11)의 관 내면에 형성된 제 2 홈(12)과 관축이 이루는 제 2 홈 리드각(θ2)의 방향과 동일한 방향에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 제 1 홈 리드각(θ1)의 방향과 제 2 홈 리드각(θ2)의 방향이 상이하면, 리턴 벤드관(1)에서 냉매의 압력 손실이 커져서, 증발 성능이 저하하기 쉽다.Further, the direction of the first groove lead angle θ1 formed between the
[홈 깊이비(h1/h2) : 0.47 내지 1.5][Groove depth ratio (h1 / h2): 0.47 to 1.5]
홈 깊이비(h1/h2)가 0.47보다도 작을 경우, 리턴 벤드관 입구측에서 제 1 홈(2)의 냉매 액막이 이탈하기 쉽고, 냉매 액막의 비말이 생겨서, 냉매 액막의 교 란(박리류)이 발생한다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉽다.When the groove depth ratio h1 / h2 is smaller than 0.47, the refrigerant liquid film of the
홈 깊이비(h1/h2)가 1.5보다도 클 경우, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 리턴 벤드관(1)의 제 1 핀(3)이 저항으로 되어, 리턴 벤드관 입구측에서 냉매 액막의 축류가 생겨서, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관(11)의 직관 부분으로 냉매 액막의 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉽다.When the groove depth ratio h1 / h2 is larger than 1.5, when the liquid refrigerant flows from the
또한, 리턴 벤드관(1)의 제 1 홈(2)은, 제 1 홈(2) 사이에 형성된 제 1 핀(3)의 제 1 핀 마루각(δ1), 제 1 핀 골 반경(r1)이, 헤어핀관(11)의 제 2 홈(12) 사이에 형성된 제 2 핀(13)의 제 2 핀 마루각(δ2), 제 2 핀 골 반경(r2)과 동일해지도록 형성하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 제 1 핀 마루각(δ1)이 4.5° 내지 45°, 제 1 핀 골 반경(r1)이 제 1 홈 깊이(h1)의 1/12 내지 1/2인 것이 보다 바람직하다. 더욱이, 제 1 핀 마루각(δ1)이 4.5° 내지 28.5°, 제 1 핀 골 반경(r1)이 제 1 홈 깊이(h1)의 1/12∼1/4인 것이 적절하다. 이에 의해, 리턴 벤드관(1)에 있어서, 냉매 액막의 「환상류」의 형성이 더욱더 유지된다.Moreover, the 1st groove |
그 결과, 열교환기(20)(도 2, 도 3 참조)의 증발 성능이 더욱더 향상된다. 하기에서, 제 1 핀 마루각(δ1) 및 제 1 핀 골 반경(r1)의 수치 한정 이유에 대해 서 설명한다.As a result, the evaporation performance of the heat exchanger 20 (see FIG. 2, FIG. 3) is further improved. In the following, the reason for numerical limitation of the first fin floor angle δ1 and the first fin valley radius r1 will be described.
[제 1 핀 마루각(δ1) : 4.5° 내지 45°][First Pin Floor Angle (δ1): 4.5 ° to 45 °]
제 1 핀 마루각(δ1)이 4.5° 미만인 경우에는, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 제 1 홈(2)의 단면적 증가에 의해 저항이 감소하지만, 반대로 제 1 홈(2)의 홈 바닥폭이 넓어지므로 냉매 액막의 유지성이 저하하기 쉬워서, 「환상류」의 형성이 붕괴되기 쉬워져, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉬워진다.When the first fin floor angle δ1 is less than 4.5 °, when the liquid refrigerant flows from the
또한, 제 1 핀 마루각(δ1)이 45°를 초과하는 경우에는, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 제 1 홈(2)의 단면적이 감소하는 것에 의해, 리턴 벤드관 입구측에서 냉매 액막의 축류가 생기기 쉬워서, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되기 쉬워져, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉬워진다.Further, when the first fin floor angle δ1 exceeds 45 °, when the liquid refrigerant flows into the
[제 1 핀 골 반경(r1) : 제 1 홈 깊이(h1)의 1/12 내지 1/2][First Pin Bone Radius r1: 1/12 to 1/2 of First Groove Depth h1]
제 1 핀 골 반경(r1)이 제 1 홈 깊이(h1)의 1/12 미만으로 되면, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 제 1 홈(2)의 단면적 증가에 의해 저항이 감소하지만, 반대로 제 1 홈(2)의 홈 바닥폭이 넓어지므로 냉매 액막의 유지성이 저하하기 쉬워서, 「환상류」의 형성이 붕괴되기 쉬워져, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉬워진다.When the first fin valley radius r1 becomes less than 1/12 of the first groove depth h1, when the liquid refrigerant flows from the
또한, 제 1 핀 골 반경(r1)이 제 1 홈 깊이(h1)의 1/2을 초과하는 경우에는, 헤어핀관(11)으로부터 리턴 벤드관(1)에 액체 냉매가 유입될 때, 제 1 홈(2)의 단면적이 감소하는 것에 의해, 리턴 벤드관 입구측에서 냉매 액막의 축류가 생기기 쉬워서, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되기 쉬워져, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉬워진다.In addition, when the 1st fin valley radius r1 exceeds 1/2 of the 1st groove depth h1, when a liquid refrigerant flows into the
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 리턴 벤드관(1)의 관 본체부(1a)를 하기와 같이 규제하는 것에 의해서도, 리턴 벤드관(1)이 조립되는 열교환기로서의 증발 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, as shown in FIG. 1, by restricting the tube
<관 본체부><Tube body part>
[족장(L) : 피치(P)의 1.0 내지 1.5배]Chieftain (L): 1.0 to 1.5 times the pitch (P)]
리턴 벤드관(1)[관 본체부(1a)]은 그 족장(L)이 피치(P)의 1.0 내지 1.5배인 것이 바람직하다. 또, 족장(L)은 U자형상의 관 본체부(1a)에 있어서 관 단부(1b)와 굽힘 선단부의 관 외면의 거리이다. 또한, 피치(P)는 U자형상의 관 본체부(1a) 에 있어서 양쪽 관 단부 중심간의 거리이다.It is preferable that the return bend pipe | tube 1 (pipe main-
족장(L)이 굽힘 피치(P)의 1.0배보다도 작아지면, 리턴 벤드관 입구측으로부터 굽힘 개시부까지의 길이가 짧은 것에 의해, 「환상류」의 형성이 충분하지 않고, 굽힘 내측에서의 냉매 액막의 비말이 생기는 것에 의한 냉매 액막의 교란(박리류)이 발생한다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉽다.When the chief L is smaller than 1.0 times the bending pitch P, the length from the return bend tube inlet side to the bending start portion is short, so that the formation of "annular flow" is not sufficient, and the refrigerant inside the bending inside. Turbulence (peel-off) of the refrigerant liquid film occurs due to the splash of the liquid film. Then, when the liquid refrigerant flows into the hairpin tube of the next stage, the refrigerant liquid film flows in a disturbed state, and a thick portion is formed in the refrigerant liquid film in the straight pipe portion of the hairpin tube, so that heat exchange with the outside of the tube becomes unstable, and the evaporation performance is improved. Easy to degrade
족장(L)이 굽힘 피치(P)의 1.5배보다도 커지면, 리턴 벤드관 입구측으로부터 굽힘 개시부까지의 길이가 길어져서, 「환상류」의 형성이 용이해지는 한편, 리턴 벤드관(1)에서의 압력 손실이 증가하는 것에 의해, 증발 성능이 저하하기 쉽다.When the chieftain L is larger than 1.5 times the bending pitch P, the length from the return bend pipe inlet side to the bend initiation portion becomes long, so that the formation of "annular flow" is facilitated, while in the
[재질][material]
리턴 벤드관(1)[관 본체부(1a)]의 재질은 헤어핀관의 재질보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 열교환기(20)(도 2, 도 3 참조), 특히 공기 열교환기에 리턴 벤드관(1)을 사용했을 경우, 리턴 벤드관(1)은 열교환부 이외에서 사용된다. 따라서, 리턴 벤드관(1)의 재질이 헤어핀관의 재질보다 열전도율이 높을 경우에는, 리턴 벤드관(1)의 부분에서 열손실이 발생한다. 리턴 벤드관(1)의 부분에서 열손실이 발생하면, 리턴 벤드관(1)의 부분에서 냉매의 증발이 생겨서, 냉매 액막의 「환상류」의 형성이 붕괴되어, 냉매 액막의 비말이 생기는 것에 의한 냉매 액막의 교란(박리류)이 발생한다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 냉매 액막이 교란된 채로 유입되어, 헤어핀관의 직관 부분 에서의 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉽다.It is preferable that the material of the return bend tube 1 (tube
종래, 헤어핀관 및 리턴 벤드관(1)[관 본체부(1a)]의 재질에는, 인탈산동이 이용되는 것이 대부분이고, 양쪽 관의 접속에는, 납땜에 의한 방법이 취해진다. 그리고, 납땜할 때에는, 가스 버너 등으로 양쪽 관의 관 단부를 800℃ 내지 900℃ 정도로 가열한다. 그때, 리턴 벤드관(1)[관 본체부(1a)]에 인탈산동을 사용했을 경우, 이 가열에 의해 리턴 벤드관(1)(열영향부)의 강도가 저하하여, 사용시의 관 내부의 압력에 의해 관이 파괴되기 쉬워진다. 이러한 것을 피하기 위해서는, 리턴 벤드관(1)[관 본체부(1a)]의 제 1 관 두께(T1)(도 4 참조)를 두껍게 할 필요가 생긴다. 그러나, 리턴 벤드관(1)[관 본체부(1a)]의 재질로서, 헤어핀관보다 내열성이 있는 내열 동합금을 사용하는 것에 의해, 가열에 의한 강도 저하를 회피할 수 있고, 더욱이 내압 강도가 향상하는 동시에, 두께의 증대화를 억제할 수 있다. 그 결과, 리턴 벤드관(1)[관 본체부(1a)]의 경량화가 가능해진다. 내열 동합금으로서는, 예컨대 850℃ 가열후에도 실온에서 10MPa 이상의 내압 강도를 갖는 Cu-Sn-P계, Cu-Sn-Zn-P계 등의 동합금이 바람직하다. 또, 헤어핀관으로서도 리턴 벤드관(1)과 동일 재질의 내열 동합금관을 이용하여도 좋다.Conventionally, phosphorus copper is used as the material of the hairpin tube and the return bend tube 1 (tube
[제 1 최대 내경(ID1)][1st maximum internal diameter (ID1)]
도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 리턴 벤드관(1)[관 본체부(1a)]의 제 1 최대 내경(ID1)은, 헤어핀관(11)의 제 2 최대 내경(ID2)과의 관계에 있어서 (ID1)≥(ID2)인 것이 바람직하다. (ID1)<(ID2)로 하면, 리턴 벤드관(1)의 관내에서 냉 매 액막의 「환상류」가 형성되어 있었던 것이, 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때에 확류(擴流)가 생겨서, 관내 하부에 냉매 액막이 고이고, 또한 냉매 액막의 두께가 불균일해져, 냉매 액막이 교란된다. 그리고, 다음 단의 헤어핀관 입구 부근의 냉매 액막이 교란된 채로 유입함으로써 냉매 액막에 두꺼운 부분이 생겨서, 관 외부와의 열교환이 불안정해져, 증발 성능이 저하하기 쉽다.As shown to FIG. 5, FIG. 6, the 1st largest internal diameter ID1 of the return bend tube 1 (tube
(2) 헤어핀관(2) hairpin tube
다음에, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 리턴 벤드관(1)과 함께, 열교환기(20)를 구성하는 헤어핀관(11)에 대해서 설명한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 헤어핀관(11)은, 관 내면에 다수의 나선형의 제 2 홈(12)이 형성되고, 제 2 홈(12)의 내면 홈형상을 하기와 같이 규제하는 것이 바람직하다. 또한, 헤어핀관(11)은, 공조 기기용의 전열관으로서는 3㎜ 내지 10㎜의 관이 주류이기 때문에, 그 관 외경[제 2 관 외경(OD2)]이 헤어핀관과 동일한 3㎜ 내지 10㎜의 관을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱이, 헤어핀관(11)의 재질로서는, 성형 가공성이 우수한 인탈산동이 바람직하고, 인탈산동보다도 내열성이 우수한 내열 동합금을 이용하여도 좋다.Next, as shown in FIG. 2, FIG. 3, the
[제 2 홈 피치(P2), 제 2 홈 단면적(S2)][2nd groove pitch P2, 2nd groove cross-sectional area S2]
제 2 홈 피치(P2)는 0.37㎜ 내지 0.42㎜, 제 2 홈 단면적(S2)은 0.04㎜ 내지 0.06㎜인 것이 바람직하다. 제 2 홈 피치(P2)가 0.37㎜ 미만, 제 2 홈 단면적(S2)이 0.04㎟ 미만의 경우에는, 관 내면에 제 2 홈(12)을 성형할 때에, 홈성형용 공구(예컨대, 홈을 갖는 플러그)의 홈부에의 재료의 유동성이 저하함으로써 관 외측 으로부터의 압입력이 증대하고, 그 결과 홈성형용 공구가 파손되기 쉬워서, 관 내면에 안정해져서 제 2 홈(12)을 성형하기 어렵다. 또한, 제 2 홈 피치(P2)가 0.42㎜를 초과하고, 제 2 홈 단면적(S2)이 O.06㎟ 을 초과하는 경우에는, 관 내부의 제 2 홈(12) 사이에 냉매의 액막이 얇게 형성되기 어렵다. 그 때문에, 관 내부의 냉매 액막이 반대로 열저항으로 되어, 증발 성능이 저하하기 쉽다.It is preferable that 2nd groove pitch P2 is 0.37 mm-0.42 mm, and 2nd groove cross-sectional area S2 is 0.04 mm-0.06 mm. In the case where the second groove pitch P2 is less than 0.37 mm and the second groove cross-sectional area S2 is less than 0.04
[제 2 홈 리드각(θ2) : 도 4 참조][2nd groove lead angle (theta) 2: see FIG. 4]
제 2 홈 리드각(θ2)은 15° 이상인 것이 바람직하다. 제 2 홈 리드각(θ2)이 15° 미만인 경우에는, 관 내부에 있어서의 냉매 액막의 「선회류」의 형성이 불충분하기 때문에, 증발 성능이 저하하기 쉽다. 리턴 벤드관 출구측으로부터 다음 단의 헤어핀관(11)에 액체 냉매가 유입될 때, 제 2 홈(12)에서의 냉매 액막의 균일한 「환상류」의 형성이 저하되어, 헤어핀관(11)의 직관 부분에서의 냉매 액막이 불균일해져, 관 외부와의 열교환이 불안정화되어, 증발 성능이 저하하기 쉽다. 또한, 제 2 홈 리드각(θ2)이 45°를 초과하는 경우에는, 전조 가공에 의해 관 내면에 제 2 홈(12)을 형성할 때의 속도가 극단적으로 저하하기 쉬워서, 안정하게 장척(長尺)의 헤어핀관(11)을 제조하기 어렵기 때문에, 제 2 홈 리드각(θ2)은 45° 이하가 보다 바람직하다.It is preferable that 2nd groove lead angle (theta) 2 is 15 degrees or more. When the second groove lead angle θ2 is less than 15 °, since the formation of the " swirl flow " of the refrigerant liquid film inside the tube is insufficient, the evaporation performance tends to decrease. When liquid refrigerant flows into the
[제 2 홈 깊이(h2)][2nd groove depth (h2)]
제 2 홈 깊이(h2)는 0.10㎜ 내지 0.28㎜인 것이 바람직하다. 제 2 홈 깊이(h2)가 0.10㎜ 미만인 경우에는, 관 내면의 제 2 홈(12) 사이에 형성된 제 2 핀(13)이 관 내부에 있어서의 냉매의 액면보다 낮아져서, 냉매 액막에 매몰된다. 그 때문에, 관 내부의 유효 전열 면적이 현저하게 감소하여, 증발 성능이 저하하기 쉽다. 또한, 제 2 홈 깊이(h2)가 0.28㎜을 초과하는 경우에는, 관 내면에 제 2 홈(12)을 성형할 때에, 홈성형용 공구(예컨대, 홈을 갖는 플러그)가 파손되기 쉬워, 관 내면에 안정하게 제 2 홈(12)을 성형하기 어렵다.It is preferable that the 2nd groove depth h2 is 0.10 mm-0.28 mm. When the second groove depth h2 is less than 0.10 mm, the
[제 2 핀 마루각(δ2)][2nd pin floor angle (δ2)]
제 2 핀 마루각(δ2)은 5° 내지 45°인 것이 바람직하다. 제 2 핀 마루각(δ2)이 5° 미만인 경우에는, 헤어핀관(11)을 공조 기기용의 열교환기(20)에 조립할 때의 확관시(도시하지 않음)에, 제 2 핀(13)의 넘어짐 파괴가 생기기 쉽다. 또한, 제 2 핀(13) 형성을 위해 관 내면에 제 2 홈(12)을 성형할 때에, 홈성형용 공구가 파손되기 쉬워서, 관 내면에 안정하게 제 2 홈(12)을 성형하기 어렵다. 또한, 제 2 핀 마루각(δ2)이 45°를 초과하는 경우에는, 제 2 홈(12)의 단면적이 현저하게 작아져 열전도 성능이 저하하기 쉽다. 또한, 제 2 핀(13)의 단면적[헤어핀관(11)의 제 2 관 두께(T2)]이 커져서, 헤어핀관(11)의 질량이 증가하여, 열교환기(20)의 경량화가 어려워진다.It is preferable that 2nd fin floor angle (delta) 2 is 5 degrees-45 degrees. When the second fin floor angle δ2 is less than 5 °, the expansion of the
[제 2 핀 골 반경(r2)][Second pin goal radius (r2)]
제 2 핀 골 반경(r2)은 제 2 홈 깊이(h2)의 1/10 내지 1/3로 하는 것이 바람직하다. 제 2 핀 골 반경(r2)이 홈 깊이(h2)의 1/10 미만인 경우에는, 제 2 핀(13)이 높아진 경우에 제 2 핀(13)[제 2 홈(12)]의 성형성이 나빠져, 소정 형상의 제 2 핀(13)을 얻기 어렵고, 또한 관 내면의 제 2 홈(12)의 골에 접촉하는 홈성형용 공구에 파손이 발생하기 쉬워진다. 또한, 1/3을 초과하는 경우에는, 제 2 핀(13)의 단면적이 커져서, 헤어핀관(11)의 제 2 관 두께(T2)가 증가하여, 헤어핀관(11)의 질량이 증가한다.The second fin valley radius r2 is preferably set to 1/10 to 1/3 of the second groove depth h2. When the second fin valley radius r2 is less than 1/10 of the groove depth h2, the formability of the second fin 13 (the second groove 12) when the
[제 2 최대 내경(ID2)][2nd largest inner diameter (ID2)]
헤어핀관(11)의 제 2 최대 내경(ID2)은 헤어핀관(11)의 외경(OD2)의 0.80 내지 0.96인 것이 바람직하다. 제 2 최대 내경(ID2)이 헤어핀관(11)의 외경(OD2)의 0.80 미만인 경우에는, 제 2 관 두께(T2)가 두꺼워져서, 헤어핀관(11)의 질량이 증가하여, 열교환기(20)(도 2, 도 3 참조)의 경량화가 어려워진다. 또한, 제 2 최대 내경(ID2)이 헤어핀관(11)의 외경(OD2)의 0.96을 초과하는 경우에는, 제 2 관 두께(T2)가 얇아져서, 헤어핀관(11)의 관 강도가 낮아져, 열교환기(20)의 사용중에 관 파괴가 생기기 쉬워진다.The second maximum inner diameter ID2 of the
(3) 리턴 벤드관 및 헤어핀관의 제조 방법(3) Manufacturing method of return bend pipe and hairpin pipe
다음에, 리턴 벤드관 및 헤어핀관의 제조 방법에 대해서 설명한다. 리턴 벤드관 및 헤어핀관의 양쪽 관은, 예컨대 종래 공지의 하기 제조 방법에 의해 제조된다. 하기의 제 1 공정을 적용하는 소재관에는, 통상 연질재를 이용한다. 또한, 하기의 제 1 내지 제 3 공정은 전단 및 후단에 축경(縮徑) 장치를 구비한 전조 장치를 이용하여 연속해서 실행한다. 제 3 공정의 제 3 축경 가공후, 통상 내면 홈을 갖는 관을 레벨 권선형 코일(Level Wound Coil)로 감아올리고, 소둔로에서 소둔해서 연질재로 하여, 제 4 공정을 적용해서 리턴 벤드관 및 헤어핀관을 제조한다.Next, the manufacturing method of a return bend tube and a hairpin tube is demonstrated. Both tubes of a return bend tube and a hairpin tube are manufactured, for example by the following well-known manufacturing method. A soft material is usually used for the material pipe to which the following 1st process is applied. In addition, following 1st-3rd process is performed continuously using the rolling apparatus provided with the shaft diameter apparatus in the front end and the rear end. After the third shaft diameter processing of the third process, a tube having an inner surface groove is usually wound up with a level winding coil, and annealed in an annealing furnace to be a soft material. Prepare a hairpin tube.
[제 1 공정][Step 1]
인탈산동 또는 내열 동합금 등의 소재로 구성된 소재관을, 축경 다이스와 축 경 플러그 사이를 통과하도록 인발함으로써, 소재관에 제 1 축경 가공을 실시한다.The raw material tube is subjected to the first shaft diameter processing by drawing a raw material tube made of a raw material such as phosphoric acid copper or a heat resistant copper alloy to pass between the diameter die and the diameter plug.
[제 2 공정]Second Process
제 1 공정에서 축경된 상기 소재관의 내부에 홈을 갖는 플러그를 삽입하고, 복수개의 전조 볼 또는 전조 롤로 소재관내에 삽입된 홈을 갖는 플러그를 가압함으로써, 소재관에 제 2 축경 가공을 실시한다. 동시에, 축경된 소재관의 관 내면에 홈을 갖는 플러그의 홈형상이 전사되어, 제 1 홈(2) 또는 제 2 홈(12)(도 4 참조)이 형성된다. 여기에서, 홈을 갖는 플러그는 전술한 내면 홈형상(도 5, 도 6 참조)에 대응한 홈형상을 갖는다.A second shaft diameter processing is performed on the raw material pipe by inserting a grooved plug into the raw material pipe reduced in the first step and pressing a plug having a groove inserted into the raw material pipe with a plurality of rolled balls or rolling rolls. . At the same time, the groove shape of the plug having the groove is transferred to the tube inner surface of the reduced diameter tube, so that the
[제 3 공정][Third process]
제 2 공정에서 관 내면에 제 1 홈(2) 또는 제 2 홈(12)이 형성된 소재관을, 정형 다이스에서 인발함으로써, 제 3 축경 가공을 실시하여, 제 1 관 외경(OD1) 또는 제 2 관 외경(OD2)의 내면 홈을 갖는 전열관을 제조한다.In the second step, the raw material tube having the
[제 4 공정][4th process]
제 3 공정에서 제조된 내면 홈을 갖는 관에, 소정 지그로 굽힘 가공을 실시하여, 소정 형상의 리턴 벤드관(1) 및 헤어핀관(11)(도 1, 도 2 참조)을 제조한다.A tube having an inner groove formed in the third step is bent with a predetermined jig to produce a
(4) 핀-앤드-튜브형 열교환기(4) Fin-and-Tube Heat Exchangers
다음에, 본 발명의 열교환기에 대해서 설명한다. 도 2, 도 3의 (a), (b), (c)에 도시하는 바와 같이, 열교환기(20)는, 관 내부에 냉매가 공급되고, 다수의 헤어핀관(11, 11 …)이 소정의 굽힘 피치(Pa)로 병렬된 헤어핀부(23)와, 헤어핀부(23) 각각의 헤어핀관(11, 11 …)의 관 단부에 관 단부(1b, 1b)(도 1 참조)를 접 합한 다수의 리턴 벤드관(1, 1 …)이 병렬된 리턴 벤드부(22)와, 헤어핀관(11)의 외측 표면에 일정 간격[핀 피치(Pb)]으로 병렬된 다수의 핀(21a, 21a …)으로 이루어지는 핀부(21)를 갖는다. 이러한 구성에 의해, 다수의 헤어핀관(11, 11 …)이 리턴 벤드관(1, 1 …)을 거쳐서 복수 단에 직렬로 연결되어, 열교환기(20)가 긴 유효 전열 관 길이(냉매 유로)를 갖게 된다. 또한, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 헤어핀관(11)을 소정의 열방향 피치(Pc)로 복수열에 배치해도 좋다. 더욱이, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 열교환기(20)의 관 내부에 공급되는 냉매는, 열교환기(20)에 송풍되는 공기의 흐름에 대하여, 냉매 응축시에는 동일 방향, 냉매 증발시에는 역방향으로 유동된다.Next, the heat exchanger of this invention is demonstrated. As shown in Figs. 2 and 3 (a), (b) and (c), the
그리고, 리턴 벤드부(22)의 적어도 일부가, 전술한 관 내면에 다수의 제 1 홈(2)(도 5 참조)이 형성된 리턴 벤드관(1)으로 구성되어 있다. 이렇게 구성함으로써, 열교환기(20)에서의 증발 성능의 저하를 줄이는 것이 가능해진다. 또한, 리턴 벤드관(1)의 내면 홈형상, 예컨대 홈 피치비(P1/P2), 홈 단면적비(S1/S2), 홈 깊이비(h1/h2)(도 5, 도 6 참조), 홈 리드각의 각도차(θ1-θ2)(도 4 참조) 등, 또는 제 1 최대 내경(ID1)을, 열교환기(20)의 냉매의 흐름(상류 또는 하류)을 고려하여, 리턴 벤드부(22)의 장소에 의해 변화시켜도 좋다. 더욱이, 냉매의 압력 손실을 고려하여, 리턴 벤드부(22)의 적어도 일부에, 평활관으로 구성된 리턴 벤드관 을 이용하여도 좋다.At least one part of the
또한, 본 발명의 열교환기는, 헤어핀관 및 리턴 벤드관으로 구성된 냉매 유로의 적어도 일부가 분기되어, 복수의 냉매 유로를 형성하는 것이어도 좋다. 예를 들면, 도 7의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 냉매 유로 전체가 분기된 2패스형 열교환기(20A), 냉매 유로의 일부가 분기된 부분 2패스형 열교환기(20B)를 들 수 있다. 여기에서, 도 7의 (a), (b)에서는, 냉매 유로가 2개 유로[냉매 유로(A) 및 냉매 유로(B)]로 분기되어 있지만, 2개 유로에 한정되지 않고, 3개 유로 이상으로 분기된 것이어도 좋다. 또한, 분기된 냉매 유로[냉매 유로(A) 및 냉매 유로(B)]가 복수의 냉매 유로로 더욱더 분기되는 것이어도 좋다. 더욱이, 도 7의 (b)의 부분 2패스형 열교환기(20B)에서는, 분기부가 1개소이지만, 2개소 이상이어도 좋고, 즉 도 3의 (c)에 도시한 냉매 유로가 분기되지 않는 1패스형 열교환기(20)에, 복수의 2패스형 열교환기(20A)를 결합한 것이어도 좋다.In addition, the heat exchanger of the present invention may be formed by branching at least a portion of the refrigerant flow passage composed of the hairpin tube and the return bend tube to form a plurality of refrigerant passages. For example, as shown in Figs. 7A and 7B, a two-
도 7에 도시하는 바와 같은 열교환기[20A(2패스형 열교환기), 20B(부분 2 패스형 열교환기]에서는, 상기의 1패스형 열교환기(20)[도 3의 (c) 참조]와 같이, 냉매의 선회류의 유지에 의해 증발 성능이 향상된다. 또한, 냉매 유로가 분기된 열교환기(20A, 20B)에서는, 분기당의 냉매 질량 속도가 낮아지고, 특히 리턴 벤드관 입구측에서의 냉매 속도가 저하하여, 관 내부에 형성된 냉매 액막의 「환상류」가 보다 안정화된다. 그리고, 리턴 벤드관 출구측으로부터 다음 단의 헤어핀관에 액체 냉매가 유입될 때, 관 내부에 의해 균일한 「환상류」가 형성되어, 헤어핀관의 직관 부분에서의 냉매 액막이 균일해져서, 관 외측(공기측)과의 열교환이 안정화되어, 증발 성능이 더욱더 향상된다. 더욱이, 복수의 냉매 유로[냉매 유로(A) 및 냉매 유로(B)]가 형성됨으로써, 냉매 유로[냉매 유로(A) 또는 냉매 유로(B)]를 구성하는 병렬된 헤어핀관 및 리턴 벤드관의 단수가 상기의 1패스형 열교환기(20)와 비 교하면 감소한다[도 3의 (c), 도 7에서는 11단으로부터 6단으로 감소하고 있음).In the
이로써, 냉매의 압력 손실이 작아져서, 증발 성능이 더욱더 향상된다.As a result, the pressure loss of the refrigerant is reduced, and the evaporation performance is further improved.
또한, 본 발명의 열교환기(20)에 사용되는 냉매는, 하이드로플루오로카본(HFC)계 냉매이며, 비공비 혼합 냉매인, 예컨대 R410계가 바람직하고, 디플루오로메탄(R32) 및 펜타플루오로에탄(R125)을 50%씩 혼합한 R410A가 보다 바람직하다. HFC계의 비공비 혼합 냉매의 사용에 의해, 열교환기(20)의 증발 성능이 향상되고, 또한 냉매의 압력 손실도 작아진다. 더욱이, R410계는 전열 성능이 우수하지만, 운전 압력이 높기 때문에, 압축기가 대형화되기 쉽다. 따라서, 증발 성능은 R410계보다 조금 저하하지만, 운전 압력이 R410계보다도 낮은 R407계를 본 발명의 냉매로서 사용해도 좋다.In addition, the refrigerant used in the
(실시예)(Example)
<실시예 1 내지 20(실시예 9를 제외함)><Examples 1 to 20 (except Example 9)>
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the Example of this invention is described concretely.
우선, 실시예 1 내지 6, 실시예 8 내지 20은 JIS H 3300에 규정된 합금번호 C1220의 인탈산동 또는 합금번호 C1020의 무산소동, 실시예 7은 Cu-Sn-P(0.65질량% Sn, 0.03질량% P, 잔부가 Cu인 내열 동합금)을 용해하여, 주조하고, 열간 압출, 냉간 압연하고, 냉간 압축 추신(抽伸) 가공(인발 가공)을 실시해서 소재관을 제작했다. 다음에, 상기 소재관을 소둔한 후, 제 1 축경 가공을 실시하여, 축경된 소재관에 표 1, 표 2에 나타내는 내면 홈형상의 나선 홈(또는 평행 홈)을 형성하면서 제 2 축경 가공을 실시하고, 홈형성된 소재관에 제 3 축경 가공, 소둔을 실시하여, 제 1 관 외경(OD1) 7㎜의 시료관(리턴 벤드관용)을 제작했다. 또한, JIS H 3300에 규정된 합금번호 C1220의 인탈산동을 이용하여, 동일한 제작 방법으로 제 2 관 외경(OD2) 7㎜의 시료관(헤어핀관용)을 제작했다.First, Examples 1 to 6 and Examples 8 to 20 are phosphorus deoxidized copper of alloy number C1220 or anoxic copper of alloy number C1020 as defined in JIS H 3300, and Example 7 is Cu-Sn-P (0.65 mass% Sn, 0.03 The heat-resistant copper alloy (mass% P and remainder of Cu) was melt | dissolved, cast, hot extrusion, cold rolling, cold compression drawing (drawing process), and the raw material pipe was produced. Next, after annealing the said raw material pipe | tube, 1st shaft diameter processing is performed and a 2nd shaft diameter processing is performed, forming the spiral groove | channel (or parallel groove | channel) of the inner-side groove shape shown in Table 1 and Table 2 in the reduced diameter material pipe | tube. The 3rd shaft diameter processing and annealing were performed to the grooved raw material pipe | tube, and the sample pipe (for a return bend pipe) of 7 mm of 1st pipe | tube outer diameter OD1 was produced. Moreover, using the phosphoric acid copper of alloy No. C1220 prescribed | regulated to JISH3300, the sample tube (for hairpin tube) of 7 mm of 2nd pipe outer diameters (OD2) was produced by the same manufacturing method.
다음에, 상기 각 시료관을 이용하여, 도 2, 도 3의 (a), (b)에 도시하는 핀-앤드-튜브형 열교환기(1패스형 열교환기)(20)를 제작했다. 우선, 시료관(헤어핀관용)을, 그 중앙부에서 소정의 굽힘 피치(Pa)로 헤어핀 형상으로 굽힘 가공해서 복수의 헤어핀관(11)을 제작했다. 다음에, 복수 라인의 헤어핀관(11)을, 소정의 간격[핀 피치(Pb)]을 두고서 서로 평행하게 배치된 복수매의 핀(21a)에 관통 삽입했다. 그리고, 동관[헤어핀관(11)]의 외경 기준에 의한 확관율이 105.5%가 되는 불릿(bullet)을 헤어핀관(11)내에 삽입하고, 압축 방식 확관기(tube expander)로 확관하여, 핀(21a)과 헤어핀관(11)을 접합했다. 다음에, 시료관(리턴 벤드관용)을, 소정의 족장(L) 및 피치(P)(도 1 참조)로 굽힘 가공해서 복수의 리턴 벤드관(1)을 제작했다. 그리고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 인접하는 헤어핀관(11)의 관 단부를 더욱 확관하고, 인동납(BCuP-2)의 링을 부착한 리턴 벤드관(1)을 장착하고, 양자의 관내에 산화 방지를 위한 질소 가스를 흘리면서, 버너에 의해, 양자의 관을 가열 납땜(850℃, 1분간)해서 열교환기(20)을 제작했다. 또, 열교환기(20)의 사양은 하기와 같이 했다.Next, using each said sample tube, the fin-and-tube type heat exchanger (one-pass type heat exchanger) 20 shown to FIG. 2, FIG. 3 (a), (b) was produced. First, the sample tube (for a hairpin tube) was bent into a hairpin shape at the predetermined bending pitch Pa at the center part, and the some
[열교환기(20)][Heat exchanger 20]
외형은 길이 500㎜×높이 250㎜×폭 25.4㎜로 했다.The external shape was made into length 500 mm x height 250 mm x width 25.4 mm.
[헤어핀관(11)][Hairpin Tube (11)]
2열 12단[굽힘 피치(Pa) 21㎜, 열방향 피치(Pc) 13.4㎜]으로 배치했다[확관전의 족장(La)은 약 535㎜임]. Two rows of 12 stages (bending
[리턴 벤드관(1)][Return bend tube (1)]
족장(L) = 20.0㎜, 21.2㎜, 22.5㎜, 31.4㎜, 33.0㎜Chieftain (L) = 20.0 mm, 21.2 mm, 22.5 mm, 31.4 mm, 33.0 mm
피치(P) = 21.0㎜로 했다(도 1 참조).Pitch P = 21.0 mm (refer FIG. 1).
[핀(21a)][
JIS H 4000에 규정된 합금번호 1N30의 알루미늄으로 이루어지는 판재에서, 판재의 표면을 수지로 피복한 것이다. 또한, 핀(21a)의 두께는 110㎛로 했다. 그리고, 410장의 핀(21a)을 핀 피치(Pb) 1.25㎜로 평행하게 배치했다.In the board | plate material which consists of aluminum of alloy number 1N30 prescribed | regulated to JISH 4000, the surface of a board | plate material is coat | covered with resin. In addition, the thickness of the
또, 실시예 9는, 실시예 1과 같은 시료관(헤어핀관, 리턴 벤드관)을 사용하고, 실시예 1과 같이 하여, 도 7의 (a)에 도시하는 핀-앤드-튜브형 열교환기(2패스형 열교환기)(20A)를 제작했다. 또, 냉매 유로(A, B)의 헤어핀관(11)의 단수는 2열 6단으로 했다.In addition, Example 9 uses the same sample tube (hair fin tube, return bend tube) as Example 1, and performs the fin-and-tube type heat exchanger shown in FIG. 20 A of 2 pass heat exchangers were produced. In addition, the number of stages of the
<비교예 1 내지 5><Comparative Examples 1 to 5>
표 3에 나타내는 바와 같이, 비교예 1은, 상기 시료관(리턴 벤드관)으로서, 관 내면에 홈이 형성되지 않은 평활관을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 했다. 비교예 2 내지 5는, 홈 피치비(P1/P2) 및 홈 단면적비(S1/S2)의 적어도 한쪽이 본 발명의 특허청구범위로부터 벗어난 내면 홈을 갖는 관을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 했다. 그리고, 실시예 1과 같이 해서 열교환기(1패스형 열교환기)(20)를 제작했다.As shown in Table 3, Comparative Example 1 was the same as in Example 1 except that a smooth tube in which no groove was formed on the inner surface of the tube was used as the sample tube (return bend tube). Comparative Examples 2 to 5 are the same as in Example 1 except that at least one of the groove pitch ratio P1 / P2 and the groove cross-sectional area ratio S1 / S2 uses a tube having an inner surface groove outside the claims of the present invention. Let it go. And the heat exchanger (1-pass type heat exchanger) 20 was produced like Example 1.
실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 5의 열교환기를 이용하여, 증발 성능을 JIS C 9612에 기인해서 측정하고, 그 결과를 표 1, 표 2, 표 3에 나타냈다. 또, 증발 성능은 각 열교환기의 증발 전열량을 측정하고, 비교예 1을 1이라고 했을 경우의 비율로서 기재했다.Using the heat exchanger of Examples 1-20 and Comparative Examples 1-5, evaporation performance was measured based on JIS C 9612, and the result was shown to Table 1, Table 2, and Table 3. In addition, the evaporation performance measured the amount of heat transfer of the evaporation of each heat exchanger, and described it as the ratio at the time of making comparative example 1 the 1st.
또한, 도 8의 (a)에 증발 성능을 측정하는 측정 장치의 모식도를 도시한다. 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 측정 장치는, 항온항습 기능을 갖는 흡인형 풍동(100), 냉매 공급 장치(110)[도 8의 (b) 참조] 및 공조기(도시하지 않음)로 이루어진다. 이 흡인형 풍동(100)에 있어서는, 공기 유입구(108)로부터 유입되어서 공기 배출구(109)로부터 배출되는 공기의 유통 경로에 열교환기[20(20A)]가 배치되고, 이 열교환기[20(20A)]의 상류측 및 하류측에 각각 에어 샘플러(air sampler)(101, 102)가 배치되어 있다. 이 에어 샘플러(101, 102)에는 각각 온습도 계측 상자(103, 104)가 연결되어 있다. 이 온습도 계측 상자(103, 104)는 각각 에어 샘플러(101, 102)에 의해 채취된 공기의 건구 온도 및 습구 온도를 측정하는 것에 의해, 이 공기의 온도 및 습도를 측정하는 것이다. 또한, 에어 샘플러(102)의 하류측에는 유인 팬(105)이 마련되어, 공기 배출구(109)로 공기를 배출하고 있다. 또한, 열교환기[20(20A)]와 에어 샘플러(102) 사이, 및 에어 샘플러(102)와 유인 팬(105) 사이에는, 열교환기[20(20A)]를 통과한 공기를 정류하는 정류기(106, 106)가 마련되어 있다.8A is a schematic diagram of a measuring device for measuring evaporation performance. As shown in FIG. 8A, the measuring device includes a suction
또한, 도 8의 (b)에 냉매 공급 장치(110)의 모식도를 도시한다. 도 8의 (b)에 있어서, 107은 냉매 배관, 111은 사이트 글래스, 112는 액체(냉매) 가열 및 냉 각용 열교환기, 113은 드라이어, 114는 수액(냉매)기, 115는 용액 마개, 116은 응축기, 117은 오일 세퍼레이터(separator), 118은 압축기, 119는 어큐뮬레이터, 120은 증발기, 121은 팽창 밸브, 122는 유량계이다. 그리고, 냉매 배관(107)을 통해서, 흡인형 풍동(100)내에 구비된 열교환기[20(20A)]의 헤어핀관(11)(도 2 참조)의 내부에, 압력 및 온도를 조절한 냉매가 공급된다. 또한, 열교환기[20(20A)]의 입구 및 출구에는, 냉매의 온도 및 압력을 측정하는 압력계(123)(온도는 측정 압력 상당 포화 온도로 함)가 마련되어 있다. 더욱이, 공조기(도시하지 않음)는 흡인형 풍동(100)의 공기 유입구(108)에 온도 및 습도가 제어된 공기를 공급하는 것이다.8B, the schematic diagram of the refrigerant |
그리고, 측정 조건은 하기와 같이 했다.And the measurement conditions were as follows.
<냉매> R22, R410A<Refrigerant> R22, R410A
<공기측> 건구 온도 27.0℃, 습구 온도 19.0℃<Air side> Dry bulb temperature 27.0 degrees Celsius, wet bulb temperature 19.0 degrees Celsius
열교환기의 전면 풍속 0.8m/sOver wind speed of heat exchanger 0.8m / s
<냉매측> 증발 온도(출구 기준) 7.5℃, 입구 건조도 0.2℃<Refrigerant side> Evaporation temperature (outlet basis) 7.5 degreeC, inlet dryness 0.2 degreeC
출구 과열도 5.0℃Outlet superheat 5.0 ℃
[표 1]TABLE 1
[표 2]TABLE 2
[표 3]TABLE 3
표 1, 표 2, 표 3의 결과로부터, 실시예 1 내지 20의 열교환기는, 리턴 벤드관으로서 평활관을 사용한 비교예 1의 열교환기에 비하여, 증발 성능이 우수하다는 것이 확인되었다.From the results of Table 1, Table 2, and Table 3, it was confirmed that the heat exchanger of Examples 1-20 was excellent in the evaporation performance compared with the heat exchanger of Comparative Example 1 which used the smoothing tube as a return bend tube.
또한, 비교예 2의 열교환기는 홈 단면적비(S1/S2)가 하한치 미만, 비교예 3의 열교환기는 홈 피치비(P1/P2) 및 홈 단면적비(S1/S2)가 상한치를 초과하고, 비교예 4의 열교환기는 홈 피치비(P1/P2)가 상한치를 초과하고, 비교예 5의 열교환기는 홈 피치비(P1/P2)가 하한치 미만이기 때문에, 실시예 1 내지 20의 열교환기에 비하여, 증발 성능이 떨어지는 것이 확인되었다.In addition, in the heat exchanger of Comparative Example 2, the groove cross-sectional area ratio S1 / S2 is less than the lower limit, and in the heat exchanger of Comparative Example 3, the groove pitch ratio P1 / P2 and the groove cross-sectional area ratio S1 / S2 exceed the upper limit, and the comparison In the heat exchanger of Example 4, since the groove pitch ratio P1 / P2 exceeds the upper limit, and the heat exchanger of Comparative Example 5 has the groove pitch ratio P1 / P2 less than the lower limit, compared with the heat exchangers of Examples 1 to 20, evaporation is performed. The performance was confirmed to be inferior.
<실시예 21, 22><Examples 21 and 22>
표 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 21은, 상기 시료관(리턴 벤드관)으로서, 재질 Cu-Sn-P(0.65질량% Sn, 0.03질량% P, 잔부가 Cu인 내열 동합금)로 이루어지는 제 1 관 두께(T1) 0.20㎜의 내면 홈을 갖는 관을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 했다.As shown in Table 4, Example 21 is a said 1st sample tube (return bend tube) which consists of material Cu-Sn-P (0.65 mass% Sn, 0.03 mass% P, and the heat-resistant copper alloy whose remainder is Cu). It carried out similarly to Example 1 except having used the tube which has an inner surface groove of tube thickness T1 of 0.20 mm.
실시예 22는, 상기 시료관(리턴 벤드관)으로서, 제 1 관 두께(T1) 0.34㎜ 내면 홈을 갖는 관을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 했다. 그리고, 실시예 1과 같이 해서 열교환기(1패스형 열교환기)를 제작했다. 다음에, 실시예 1, 실시예 21 및 실시예 22의 열교환기를 이용하여, 수압에 의한 내압 시험을 실행했다. 열교환기의 리턴 벤드부(리턴 벤드관)에 파괴가 생겼을 때의 압력을 부어든관(Bourdon tube) 압력계로 측정하고, 내압 강도로 했다. 그 결과를 표 4에 나타냈다.Example 22 was the same as that of Example 1 except having used the tube which has an internal surface groove | channel of 1st tube thickness T1 as 0.35 mm of said sample tubes (return bend tube). And the heat exchanger (1-pass type heat exchanger) was produced like Example 1. Next, the pressure resistance test by hydraulic pressure was performed using the heat exchanger of Example 1, Example 21, and Example 22. The pressure at the time of breakage in the return bend portion (return bend tube) of the heat exchanger was measured with a Bourdon tube pressure gauge to set the pressure resistance. The results are shown in Table 4.
[표 4]TABLE 4
표 4의 결과로부터, 실시예 21의 열교환기는, 리턴 벤드관의 제 1 관 두 께(T1)가 실시예 1보다 얇아도, 납땜에 의한 강도 저하가 작으므로, 실시예 1에 비해서 내압 강도가 높다는 것이 확인되었다. 또한, 리턴 벤드관의 재질이 실시예 1과 동일한 실시예 22의 열교환기에 있어서는, 내압 강도는 실시예 21과 동등했지만, 리턴 벤드관의 제 1 관 두께(T1)가 실시예 1의 1.7배로 되어, 재료의 사용량이 증가한다는 것이 확인되었다.From the results in Table 4, the heat exchanger of Example 21 has a lower breakdown strength than that of Example 1, even if the first pipe thickness T1 of the return bend tube is thinner than that of Example 1. It was confirmed to be high. In addition, in the heat exchanger of Example 22 whose material of a return bend tube was the same as Example 1, although the pressure-resistant strength was equal to Example 21, the 1st tube thickness T1 of a return bend tube becomes 1.7 times as Example 1, In addition, it was confirmed that the usage amount of the material increases.
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