KR20120113043A - 이중관식 열교환기 제조방법 및 그에 따른 이중관식 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중관식 열교환기 제작방법 및 그에 따른 이중관식 열교환기에 관한 것으로 내관을 제작하는 단계; 내측으로 복수 개의 돌출부가 길이방향을 따라 형성되도록 인발작업으로 외관을 제작하는 단계; 상기 내관을 외관에 삽입하고, 상기 돌출부의 단부를 상기 내관 외주면에 접합되도록 전조 작업으로 압축하여 냉매가 유동되는 마이크로 채널이 형성되도록 내,외관을 접합하는 단계; 및 상기 외관 외주면에 삽입하고, 전조 작업으로 관과 핀이 일체로 형성된 방열핀을 제작하는 단계;로 이루어져 이중관식 열교환기를 제작하여 상기 내관에서 유동되는 유체의 열이 외관의 돌출부 거쳐 방열핀으로 열전도 되어 상기 방열핀에 형성된 서리를 제상하고, 상기 내관에서 유동되는 유체의 열이 외관의 마이크로 채널에서 유동되는 냉매가 기화가 빨리 이루어지도록 증발잠열을 얻게 되어 효율적인 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있는 이중관식 열교환기 제작방법 및 그에 따른 이중관식 열교환기에 관한 것이다.

Description

이중관식 열교환기 제조방법 및 그에 따른 이중관식 열교환기{Manufacturing method of a heat exchanger with a dual tube and a heat exchanger with a dual tube thereby}

본 발명은 이중관식 열교환기 제조방법 및 그에 따른 이중관식 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내관에서 유동되는 유체의 열을 외관의 돌출부를 거쳐 방열핀으로 열전도 되도록 하여 겨울철 열교환기 운전시 방열핀에 형성된 적상을 효과적으로 제상 할 수 있도록 하는 이중관식 열교환기 제조방법 및 그에 따른 이중관식 열교환기에 관한 것이다.

통상적으로 히트펌프는 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기 및 냉난방운전 변환시 냉매의 유로 전환을 위한 사방변으로 구성되어 있으며, 냉매는 이들 4개의 구성요소를 순환하며, 압축, 응축, 팽창, 증발의 과정을 순환 반복하게 된다. 이때 응축기의 응축방열을 이용하면 난방운전이 되고, 흡열증발열을 이용하면 냉방운전이 된다.

그러나, 특히 공기열원을 이용하는 공기열원 히트펌프의 열교환기는 실외에 설치되게 되는데, 이때 겨울철 히트펌프를 난방운전시 실외에서 유입되는 공기의 온도가 0 ~ 5도 범위가 되면 외기습도의 이슬점으로 인하여 실외 열교환기의 방열핀에서 서리가 발생하는 적상(積霜)현상이 생기고, 서리의 낮은 열전도 특성과 방열핀과 공기와의 직접접촉에 의한 대류 열전달을 방해하여 열교환 능력을 크게 저하시키는 현상이 발생하게 된다.

또한, 냉매의 비등점과 비슷한 영하 5도 이하의 온도에서는 열교환기의 튜브에서 흐르는 냉매의 증발이 양호하지 않게 되므로 열교환기의 성능이 크게 저하되고, 또한 압축기에 액체상태의 냉매가 유입되어 액압축이 발생함에 따라 압축기에 부하가 크게 증가하여 압축기가 소손되는 주요 고장원이 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대기온도가 차가운 겨울철에 히트펌프를 운전시 실외 열교환기의 방열핀에 형성된 적상을 효과적으로 제거할 수 있도록 열전도의 효율성을 높인 이중관식 열교환기 제조방법 및 그에 따른 이중관식 열교환기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한, 튜브 내에서 흐르는 냉매에 증발열 공급이 충분히 이루어지도록 하여 열교환기의 성능저하를 방지하고, 냉매가 압축기에 기체상태의 냉매가 유입되도록 하여 압축기에 부하가 작게 작용하도록 하는 이중관식 열교환기 제조방법 및 그에 따른 이중관식 열교환기를 제공하고자 하는데도 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이중관식 열교환기 제작방법에 있어서, 내관을 제작하는 단계; 내측으로 복수 개의 돌출부가 길이방향을 따라 형성되도록 인발작업으로 외관을 제작하는 단계; 상기 내관을 외관에 삽입하고, 상기 돌출부의 단부를 상기 내관 외주면에 접합되도록 전조 작업으로 압축하여 냉매가 유동되는 마이크로 채널이 형성되도록 내,외관을 접합하는 단계; 및 상기 외관 외주면에 삽입하고, 전조 작업으로 관과 핀이 일체로 형성된 방열핀을 제작하는 단계;로 이루어져 상기 내관에서 유동되는 유체의 열이 외관의 돌출부 거쳐 방열핀으로 열전도 되어 상기 방열핀에 형성된 서리를 제상하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 내관 및 외관은, 동 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이중관식 열교환기에 있어서, 내관; 상기 내관 외주면에 구비되되, 내측으로 돌출 형성된 복수 개의 돌출부에 의해 구획된 마이크로 채널이 길이방향으로 형성되어 냉매가 유동되는 외관; 및 상기 외관 외주면에 구비되되, 전조 작업으로 형성된 방열핀;으로 구성되어 상기 내관에서 유동되는 유체의 열이 외관의 돌출부를 거쳐 방열핀으로 열전도 되어 상기 방열핀에 형성된 서리를 제상하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 내관 및 외관은, 동 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

우선, 내측으로 돌출된 돌출부를 가지는 외관을 인발작업으로 일체형성하고, 상기 내관과 외관이 접합되도록 전조 롤으로 압축하여 마이크로 채널이 형성되는데, 이는 고온의 유체가 유동되는 내관과 마이크로 채널이 형성된 외관을 내,외관이 일체로 제작되는 방법을 간단히 할 수 있음에 따라 제작에 따른 비용과 시간을 절약할 수 있게 된다.

그리고, 내관에 유동되는 유체의 열이 외관의 돌출부를 거쳐 방열핀으로 열전도가 되도록 하여 겨울철에 열교환기의 방열핀에 생성된 적상을 쉽게 제거할 수 있게 된다.

또한, 내관에 유동되는 유체의 열은 외관에서 유동되는 냉매에 열전달되어 냉매가 충분히 기화할 수 있도록 충분한 열원을 공급하게 되어 압축기의 부하를 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중관식 열교환기의 제작 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중관식 열교환기의 분해 사시도.
도 3은 도 2의 결합 사시도.
도 4는 도 3의 A-A' 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중관식 열교환기의 제작 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중관식 열교환기의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 이중관식 열교환기 제작방법에 있어서, 내관을 제작하는 단계, 외관을 접합하는 단계, 내,외관을 접합하는 단계 및 방열핀을 제조하는 단계를 거쳐 제작되게 된다.

상기 도 1의 이중관식 열교환기 제작 순서도를 상세히 설명하기 위해 도 2를 참조하여 이하 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 먼저, 상기 내관을 제작하는 단계는 길이가 긴 동 재질로 형성된 내관(10)을 제작하여 그 내부에 고온의 유체가 유동할 수 있게 된다.

상기 외관을 제작하는 단계는 내측으로 복수 개의 돌출부(22)가 길이방향을 따라 형성되도록 인발작업으로 제작하는 단계이다.

여기서, 상기 외관(20)은 내관(10)의 직경보다 크게 하는데, 이는 상기 내관(10)이 외관(20)에 삽입되어 접합되기 위함이다.

그리고, 상기 외관(20)은 상기 내관(10)과 같은 동 재질로 형성되도록 하여 같은 재질로써 접합성이 우수하게 되어, 상기 내관(10)의 유체의 열을 상기 내관(10)으로 열전도의 효율성을 높이게 된다.

또한, 상기 외관(20) 내측으로 복수 개의 돌출부(22)의 크기가 동일하게 되도록 하여 내관(10)에서 열전도가 상기 외관(20)의 전면적에 균일하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 외관(20)을 관 제조방법 중 하나인 압출작업으로 형성할 수도 있지만, 상기 외관(20) 내측으로 복수 개의 돌출부(22)가 균일하게 형성되는 것임을 고려해 볼때, 압출작업보다는 동 재질의 외관(20) 경도와 돌출부(22)의 형상을 안정적으로 제작할 수 있는 인발작업이 공정속도를 단축시키는 이점이 있으므로 더 바람직하다.

내,외관을 접합하는 단계는 상기 내관(10)을 외관(20)에 삽입하고, 상기 돌출부(22)의 단부를 상기 내관(10) 외주면에 접합되도록 전조 작업으로 압축하여 냉매가 유동되는 마이크로 채널이 형성되도록 하는 단계이다.

즉, 상기 외관(20) 외주면을 전조 롤으로 외주면을 가압하게 되면, 상기 돌출부(22)의 단부가 상기 내관(10) 외주면과 접합되어 상기 내관(10)과 외관(20) 사이에는 마이크로 채널이 복수 개로 형성되게 된다.

상기 방열핀을 제작하는 단계는 상기 외관(20) 외주면에 구비되되, 전조 작업으로 하이핀튜브(high finned tube) 방식으로 제작되어 관과 핀이 일체로 형성됨으로써 공랭식으로 열을 방출할 수 있는 단계이다.

여기서, 상기 방열핀이 전조작업으로 관과 핀이 일체로 형성됨으로써, 종래의 확관에 의해 관과 핀을 접합하는 방법보다 접촉이 좋아 열전도의 효율성을 높일 수 있게 된다.

따라서, 상기와 같은 이중관식 열교환기 제작방법은 내측으로 돌출된 돌출부(22)를 가지는 외관(20)을 인발작업으로 일체형성하고, 상기 내관(10)과 외관(20)이 일체가 되도록 전조 롤으로 압축함에 따라서, 유체가 유동되는 내관(10)과 마이크로 채널이 형성된 외관(20)을 간단한 공정으로 제작할 수 있는 이점이 있게 된다.

또한, 내,외관을 일체로 됨에 따라 내관(10)에서 유동되는 고온의 유체의 열을 상기 외관(20)을 거쳐 방열핀(30)으로 균일한 열전도가 빠르게 이루어지도록 하여 방열핀(30)에 생성된 서리를 제상(除霜)할 수 있게 된다.

도 3은 도 2의 결합사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A' 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 이중관식 열교환기에 있어서 크게, 내관(10), 외관(20) 및 방열핀(30)으로 구성되게 된다.

상기 내관(10)은 동 재질로 형성되어 내부에 유동되는 유체가 상기 외관(20), 방열핀(30)으로 열 전도되게 된다.

여기서, 상기 내관(10)에는 고온의 유체가 흐르게 되는데 외부에 따로 어떠한 열원 공급기가 설치되는 것은 무방하나, 본 발명의 경우 지열이나 폐열을 이용하여 영구적으로 열원을 공급할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 외관(20)은 상기 내관 외주면에 구비되도록 하여 상기 내관(10)에서 유동되는 유체의 열을 흡수하고, 상기 방열핀(30)으로 전달될 수 있게 된다.

여기서, 상기 외관(20)은 내측으로 돌출 형성된 복수 개의 돌출부(22)에 의해 구획된 마이크로 채널(24)이 길이방향으로 형성되는 것으로, 상기 돌출부(22)로 내관(10)의 열이 방열핀(30)으로 전도되게 되고, 마이크로 채널(24) 내에 유동되는 냉매는 내관(10)의 열을 흡수하게 된다.

상기 방열핀(30)은 상기 외관(20) 외주면에 구비되되, 전조 작업으로 관과 핀이 일체로 형성되도록 하여 상기 내관(10)에서의 열원이 상기 외관(20)의 돌출부(22)를 거쳐 방열핀(30)으로 열전도가 이루어지게 된다.

여기서, 상기 방열핀(30) 주위에는 냉각팬(미도시)을 설치하여 효율적으로 냉각이 이루어질 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기 구성요소들은 중심에서 바깥으로 내관(10), 외관(20) 및 방열핀(30)이 순차적으로 결합되게 되어 열전도가 이루어지게 되고, 상기 내관(10)의 유체와 외관(20)의 유동되는 냉매는 상호 열전달 하게 된다.

이상에서는 본 발명인 이중관식 열교환기의 구성요소와 결합을 살펴보았고, 이하에서는 상기 구성요소에 의해 열전달을 상세 설명하기로 하기 위해 도 4를 참조하기로 한다.

도 4를 참조하면, 상기 내관(10)에서 유동되는 유체의 열은 상기 외관(20)으로 이동되는데, 이때 상기 외관(20)은 내측으로 돌출형성된 복수 개의 돌출부(22)가 형성되고, 상기 돌출부(34)를 통해 내관(10)의 유체의 열이 외관(20)을 거쳐 방열핀(30)에 효율적으로 열전도 되게 된다.

그 결과, 겨울철 히트펌프 운행시 실외기의 방열핀(30)에 생성된 서리에 열이 공급되어 효과적으로 제상할 수 있게 된다.

그리고, 상기 내관(10) 내부에 유동되는 유체의 열은 마이크로 채널(34) 내부에 유동되는 냉매에 열전달 되는데, 이때 냉매는 증발잠열을 얻어서 효율적으로 기화되어 압축기에 공급되므로 압축기의 부하를 방지할 수 있게 된다.

한편, 공기열원이 충분할 경우에는 내관(10)의 유동되는 유체를 차단하여 사용할 수 있고, 공기열원이 부족한 겨울 난방 운전시에 적상이 발생되면 내관(10)에 유체를 흐르게 하는 감지센서를 설치하여 비용절감과 효율적으로 히트펌프를 운전할 수 있는 여러 가지 이점이 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 내관에서 유동되는 유체의 열을 열전도 하여 방열핀에 생성된 적상(積霜)을 제상할 수 있도록 하여 공기열원을 메인으로 하여 실외 열교환기의 열교환 능력을 향상시키고, 또한, 유체의 열 전달을 이용하여 냉매에 증발잠열을 공급하여 압축기에 부하가 작게 작용함으로 인해 안정적인 히트펌프 운전을 할 수 있도록 하는 이중관식 열교환기 제작방법 및 그에 따른 이중관식 열교환기를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

10: 내관 20: 외관
22: 돌출부 24: 마이크로 채널
30: 방열핀

Claims (4)

1. 이중관식 열교환기 제작방법에 있어서,
   내관을 제작하는 단계;
   내측으로 복수 개의 돌출부가 길이방향을 따라 형성되도록 인발작업으로 외관을 제작하는 단계;
   상기 내관을 외관에 삽입하고, 상기 돌출부의 단부를 상기 내관 외주면에 접합되도록 전조 작업으로 압축하여 냉매가 유동되는 마이크로 채널이 형성되도록 내,외관을 접합하는 단계; 및
   상기 외관 외주면에 삽입하고, 전조 작업으로 관과 핀이 일체로 형성된 방열핀을 제작하는 단계;로 이루어져 상기 내관에서 유동되는 유체의 열이 외관의 돌출부 거쳐 방열핀으로 열전도 되어 상기 방열핀에 형성된 서리를 제상하는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 내관 및 외관은,
   동 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기 제조방법.
3. 이중관식 열교환기에 있어서,
   내관(10);
   상기 내관 외주면에 구비되되, 내측으로 돌출 형성된 복수 개의 돌출부(22)에 의해 구획된 마이크로 채널(24)이 길이방향으로 형성되어 냉매가 유동되는 외관(20); 및
   상기 외관 외주면에 구비되되, 전조 작업으로 형성된 방열핀(30);으로 구성되어 상기 내관에서 유동되는 유체의 열이 외관의 돌출부를 거쳐 방열핀으로 열전도 되어 상기 방열핀에 형성된 서리를 제상하는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 내관(10) 및 외관(20)은,
   동 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기.
   
   
   
   
   
   
   

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