KR20140136431A

KR20140136431A - 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관 및 그것을 이용한 핀·앤드·튜브형 열교환기

Info

Publication number: KR20140136431A
Application number: KR20147022237A
Authority: KR
Inventors: 시로 가키야마
Original assignee: 가부시키가이샤 유에이씨제이
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-11-28
Also published as: JP6415976B2; WO2013125625A1; IN2014CN04862A; JPWO2013125625A1; CN104145169A; JP2018021756A

Abstract

냉매측의 열전달률을 효과적으로 향상시킬 수 있는 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관과, 그것을 이용한 핀·앤드·튜브형 열교환기를 제공하는 것. 알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는 편평 다혈관 (14) 에 형성되는 삼각형 형상의 구멍 (20) 을, 구멍의 단면적의 4 배를 구멍의 변의 길이의 합으로 나눔으로써 정의되는 수력 직경 : D 와 구멍의 높이 : h 의 비 (D/h) 가 0.40 ∼ 0.80 의 범위 내가 되도록 구성하고, 그와 같은 편평 다혈관 (14) 과, 알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는 핀 (12) 을 장착하여, 핀·앤드·튜브형 열교환기 (10) 를 구성하였다.

Description

핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관 및 그것을 이용한 핀·앤드·튜브형 열교환기{HEAT TRANSFER PIPE FOR FIN AND TUBE-TYPE HEAT EXCHANGER AND FIN AND TUBE-TYPE HEAT EXCHANGER USING SAME}

본 발명은 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관 및 그것을 이용한 핀·앤드·튜브형 열교환기에 관한 것으로, 특히, 가정용 에어컨이나 패키지 에어컨 등의 공조기에 있어서의 핀·앤드·튜브형 열교환기에 바람직하게 사용되는 전열관과, 그것을 이용한 핀·앤드·튜브형 열교환기에 관한 것이다.

종래부터 가정용 에어컨이나 자동차용 에어컨, 패키지 에어컨 등의 공조용 기기 외에, 냉장고, 히트 펌프식 급탕기 등에는, 증발기 또는 응축기로서 작동하는 열교환기가 사용되고 있으며, 그 중에서도, 가정용 실내 에어컨이나 업무용 패키지 에어컨에 있어서는, 전열관에 핀을 장착하여 이루어지는 구조의 핀·앤드·튜브형 열교환기가 가장 일반적으로 사용되고 있다.

또, 최근, 오존층 보호나 지구 온난화 방지 등의 관점에서, 종래의 프레온계 냉매 대신에, 온난화 계수가 낮은 자연 냉매를 이용한 열교환기의 개발도 이루어지고 있으며, 그 중에서도, 탄산 가스를 주체로 하는 냉매를 사용한 급탕기가 주목되어, 그 개발이 이루어져 오고 있지만, 그와 같은 열교환기에도 상기와 동일한 핀·앤드·튜브형 열교환기가 사용되고 있다.

그런데, 이러한 핀·앤드·튜브형 열교환기는, 일반적으로, 소정의 가공이 실시된 핀 (외면 핀) 과 전열관을 사용하고, 그것들 핀과 전열관을 밀접하도록 하여 장착하여 이루어지는 구조의 것에 있어서, 실용화되고 있다. 그리고, 그와 같은 구조로 된 열교환기에 있어서는, 전열관 내에 냉매를 유통시키는 한편, 전열관에 대해 직각인 방향으로, 핀을 따라 열교환 유체로서의 공기를 흐르게 함으로써, 냉매와 공기 사이에서 열교환이 이루어지도록 되어 있는 것이다.

그리고, 그와 같은 핀·앤드·튜브형 열교환기에 있어서 사용되는 전열관의 하나로서, 편평한 형상의 관 내부를 복수의 격벽으로 복수의 유로로 분할하여 이루어지는 구조를 갖는 편평 다혈관이 알려져 있다. 또, 이 편평 다혈관에 있어서는, 통상적으로, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금을 포트홀 압출하여 얻어지는 것이 사용되고 있는 것이지만, 그와 같은 편평 다혈관의 단면 형상으로서는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평6-142755호 (특허문헌 1) 에서 밝혀져 있는 바와 같이, 관 내부의 유로를 사각 형상으로 하고 있는 것이 일반적으로 잘 사용되고 있다. 또, 그와 같은 편평 다혈관에 있어서, 열교환 효율을 향상시키기 위해서는, 유로의 표면적을 증가시키는 것이 유효하기 때문에, 일본 공개특허공보 평5-222480호 (특허문헌 2) 에 있어서는, 사각 형상으로 된 구멍의 내면에, 미소한 요철을 다수 형성하여, 표면적을 증가시키는 방법이 밝혀져 있다. 이와 같이 유로의 표면적을 증대시킴으로써, 구멍의 내부를 유통하는 냉매와 구멍 표면의 접촉 면적을 증대시켜, 냉매측의 열전달률, 즉, 냉매와 전열관 사이의 열전달률을 향상시킴으로써, 열교환 효율의 향상을 도모하는 것이다.

그러나, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금을 포트홀 압출 등의 압출 성형으로 편평 다혈관을 형성하는 경우에는, 구멍의 내면에 형성되는 요철의 크기를 지나치게 작게 할 수 없기 때문에, 표면적을 충분히 증대시킬 수 없는 것이다. 특히, 열교환기를 소형화하는 등의 목적을 위해 편평 다혈관을 작게 한 경우에는, 형성되는 구멍도 작아지기 때문에, 그와 같은 요철의 형성에 의한 표면적의 증가에 의한 열전달률의 향상 효과는, 충분하다고는 할 수 없는 것이었다.

또, 전술한 특허문헌 1 (일본 공개특허공보 평6-142755호) 의 도 9(c) 나, 일본 공개특허공보 평9-72680호 (특허문헌 3) 에는, 편평 다혈관의 구멍 단면 형상을 삼각형 형상으로 한 것이 밝혀져 있다. 그러나, 특허문헌 1 에 있어서는, 다혈관의 압출 성형을 실시할 때, 다혈관 압출용 다이스의 수명의 연장이나, 제품으로서의 치수나 정밀도의 향상이, 그 목적으로 되어 있는 것에 지나지 않고, 거기에서는, 그와 같은 다혈관 압출용 다이스를 이용하여 제조되는 다혈관의 구멍 형상의 일례로서, 단순히, 삼각형 형상을 들고 있을 뿐이다. 또, 특허문헌 3 에 있어서는, 냉간 압연 또는 냉간 압축에 의해 소정의 두께와 평탄한 표면을 얻음과 함께, 가공 경화에 의해 인장 강도를 개선하여, 적정한 경도와 탄력성을 부여할 수 있도록 한 다공 편평관에 관한 것으로, 그와 같은 특성을 얻을 수 있는 다공 편평관의 구조로서, 구멍 형상이 이등변 삼각형으로 되어 있는 것이 밝혀져 있다.

그러나, 그것들 특허문헌 1, 3 에서 밝혀져 있는 편평 다혈관에 있어서는, 단순히, 압출 가공에 의해 형성되는 다혈관의 구멍 형상을 삼각형 형상으로 했을 뿐이거나, 다혈관의 경도나 탄력성을 개선하기 위해, 그 구멍 형상을 이등변 삼각형 형상으로 하고 있는 것에 지나지 않는 것이었다. 즉, 거기에서는, 삼각형의 구체적인 형상에 대해서나, 전열관의 열전달률에 대하여 전혀 검토되고 있는 것은 아니었던 것이다.

일본 공개특허공보 평6-142755호 일본 공개특허공보 평5-222480호 일본 공개특허공보 평9-72680호

여기에 있어서, 본 발명은 이러한 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로서, 그 해결 과제로 하는 것은, 냉매측의 열전달률을 효과적으로 향상시킬 수 있는 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관을 제공하는 것에 있고, 또, 그와 같은 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관을 이용하여 제조된 공기 조화기용 등의 핀·앤드·튜브형 열교환기를 제공하는 것도 그 해결 과제로 하고 있다.

그리고, 본 발명에 있어서는, 이와 같이 과제의 해결을 위해, 알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는 핀이 장착되는 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관으로 하여, 알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는, 전체적으로 편평한 단면 형상의 다혈관으로 이루어지고, 또한 이러한 다혈관 내에, 관축 방향으로 연장되는 삼각 단면 형상의 다수의 구멍이, 폭 방향으로 이간하여 서로 평행하게 배열되어 형성되어 이루어짐과 함께, 이러한 구멍의 단면적의 4 배를 그 구멍의 변의 길이의 합으로 나눔으로써 정의되는 수력 직경 : D 와 그 구멍의 높이 : h 의 비 (D/h) 가 0.40 ∼ 0.80 의 범위 내가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관을 그 요지로 하는 것이다.

또한, 이러한 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관의 바람직한 양태의 하나에 있어서는, 상기 다혈관에 형성된 다수의 구멍은, 각각 정삼각형 또는 직각 삼각형의 단면 형상을 가지고 있다. 또한, 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관의 다른 바람직한 양태의 하나에 의하면, 상기 삼각 단면 형상의 구멍은, 180°회전 운동되어 이루어지는 형태에 있어서, 상기 다혈관의 폭 방향으로 교대로 배치 형성되게 된다.

또, 본 발명에 있어서는, 알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는 핀과, 알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는, 전체적으로 편평한 단면 형상의 다혈관을 장착하여 이루어지는 핀·앤드·튜브형 열교환기로 하여, 상기 다혈관이, 관축 방향으로 연장되는 삼각 단면 형상의 다수의 구멍을, 폭 방향으로 이간하여 서로 평행하게 배열하여 이루어지는 형태에 있어서, 구성되어 있음과 함께, 이러한 구멍의 단면적의 4 배를 그 구멍의 변의 길이의 합으로 나눔으로써 정의되는 수력 직경 : D 와 그 구멍의 높이 : h 의 비 (D/h) 가 0.40 ∼ 0.80 의 범위 내가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 핀·앤드·튜브형 열교환기도 그 요지로 하고 있다.

또한, 그와 같은 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기의 바람직한 양태의 하나에 의하면, 상기 핀이 코르게이트상 핀으로서, 그 코르게이트상 핀이 인접하는 상기 다혈관 사이에 배치되어, 그것들 코르게이트상 핀과 다혈관이 서로 밀접하도록 장착되어 있다.

또한, 이러한 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기의 다른 바람직한 양태의 하나에 있어서는, 상기 핀이 평탄한 판상 핀으로서, 그 판상 핀의 폭 방향의 일단에 개구되도록 형성된 슬릿상의 장착공에 대해, 상기 다혈관이 밀접하여 삽입되어 장착되게 된다.

그리고, 또, 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기의 바람직한 양태의 하나에 있어서는, 상기 다혈관에 형성된 다수의 구멍은, 각각 정삼각형 또는 직각 삼각형의 단면 형상을 가지고 있다. 게다가, 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기의 다른 바람직한 양태의 하나에 의하면, 상기 삼각 단면 형상의 구멍은, 180°회전 운동되어 이루어지는 형태에 있어서, 상기 다혈관의 폭 방향으로 교대로 배치 형성되게 된다.

따라서, 이와 같은 본 발명에 따른 구성으로 된 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관에 있어서는, 삼각 단면 형상으로 된 구멍이, 그 단면적의 4 배를 그 구멍의 변의 길이의 합으로 나눔으로써 정의되는 수력 직경 : D 와 그 구멍의 높이 : h 의 비 (D/h) 를, 적절한 범위로 설정하여, 다혈관 내에 형성되어 있는 것으로부터, 냉매가 흐를 때, 삼각 단면 형상으로 된 구멍의, 2 개의 변에 끼워진 각도가 작은 부분을 냉매가 유통됨으로써, 냉매의 단위 체적당에 접촉하는 다혈관 내면의 면적이 증가하여, 냉매와 전열관 사이의 열전달률, 즉 전열관의 열교환 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 게다가, 그와 같은 삼각 형상의 구멍의 각도가 작은 부분, 바꾸어 말하면, 구멍이 좁은 부분을 냉매가 통과함으로써, 국소적인 유동 상태를 일으킬 수 있기 때문에, 보다 효과적으로 열교환 효율을 올릴 수 있게 되는 것이다.

그리고, 이와 같은 구성으로 된 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관을 이용하여 제조된 핀·앤드·튜브형 열교환기에 있어서는, 전열관에 있어서 냉매측의 열전달률이 유리하게 향상되어 있는 것으로부터, 높은 열교환 성능을 발휘함과 함께, 열교환기의 소형화나 경량화, 나아가서는 제조 비용의 저감과 같은 효과가 유리하게 발휘되게 된다.

도 1 은 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기의 일례를 나타내는 사시 설명도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 핀·앤드·튜브형 열교환기를 구성하는 핀을 나타내는 사시 설명도이다.
도 3 은 도 1 에 나타내는 핀·앤드·튜브형 열교환기를 구성하는 편평 다혈관의 일부의 단면을 확대하여 나타내는 단면 설명도이다.
도 4 는 실시예에 있어서 사용된 열교환 성능 평가용 핀·앤드·튜브형 열교환기를 개략적으로 나타내는 정면 설명도이다.
도 5 는 실시예에 있어서 사용된 열교환기를 구성하는 위해 준비된, 본 발명에 따른 편평 다혈관의 단면을 나타내는 설명도로서, (a) 는 구멍 형상이 정삼각형 형상인 것을, (b) 는 구멍 형상이 직각 삼각형 형상인 것을, (c) 는 (b) 와는 치수가 상이한 직각 삼각형 형상인 것을 각각 나타내고 있다.
도 6 은 실시예에 있어서 비교를 위해 사용된 열교환기를 구성하는 위해 준비된 편평 다혈관의 단면을 나타내는 설명도로서, (a) 는 사각형 형상인 것을, (b) 는 원형 형상인 것을 각각 나타내고 있다.
도 7 은 실시예에 있어서 비교를 위해 사용된 열교환기를 구성하기 위해 추가로 준비된 편평 다혈관의 단면의 일부를 확대하여 나타내는 설명도로서, (a) 및 (b) 는, 각각 상이한 삼각 단면 형상의 구멍을 나타내고 있다.

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 명백하게 하기 위해, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서, 상세하게 설명하는 것으로 한다.

먼저, 도 1 에는, 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관을 사용한 핀·앤드·튜브형 열교환기의 실시형태의 하나가 사시도의 형태에 있어서, 개략적으로 나타나 있다. 거기에 있어서, 열교환기 (10) 는, 서로 평행하게 또한 일정 거리를 두고 배치된 복수 장의 핀 (12) 에 대해, 2 개의 편평 다혈관 (14, 14) 이, 이러한 핀 (12) 에 형성된 슬릿상의 장착공 (16) 에 삽입되어, 구멍 내면에 밀접한 형태에 있어서 고정됨으로써 구성되어 있다.

보다 상세하게는, 핀 (12) 은, 종래와 마찬가지로, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어지는 금속 판재로 형성되어, 도 2 에도 나타나 있는 바와 같이, 평탄한 사각형의 평면 형상을 나타낸 얇은 판상 핀으로 되어 있다. 또, 이러한 핀 (12) 에는, 편평 다혈관 (14) 이 장착되는 장착공 (16) 이, 사각형 형상의 핀 (12) 의 일단으로부터 핀 (12) 의 폭 방향 (도 2 에 있어서는, 좌우 방향) 으로 소정 길이로 연장되는 소정 폭의 슬릿으로서 형성되어 있다. 또한, 이러한 장착공 (16) 의 주위에는, 소정 높이의 컬러부 (18) 가 핀 (12) 과 일체적으로 형성되어, U 자 형상을 나타내고 있다.

한편, 편평 다혈관 (14) 은, 잘 알려져 있는 바와 같이, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 금속 재료로 형성된, 여기서는, 관축 방향으로 연장되는 10 개의 구멍 (20) 이 독립적으로 형성되어 이루어지는, 편평 형상을 나타내는 다혈관으로 되어 있다. 거기에 있어서, 구멍 (20) 은, 관축에 수직인 방향에 있어서의 단면의 일부를 확대한 도 3 에도 나타내는 바와 같이, 삼각 단면 형상을 나타내고 있음과 함께, 여기서는, 그 3 변의 길이가 모두 동일한 정삼각형 형상으로 되어 있다. 그리고, 그와 같은 형상으로 된 구멍 (20) 의, 이웃하는 구멍 (20) 끼리는, 도시하는 바와 같이, 각각 상하 방향이 반전된 형태에 있어서, 바꾸어 말하면 180°회전 운동되어 교대로 배치된 형태에 있어서, 편평 다혈관 (14) 의 폭 방향으로 소정 간격을 두고, 서로 평행하게 배열되어 있다.

또, 그와 같은 구멍 (20) 에 있어서는, 그 단면적의 4 배를, 구멍의 변의 길이의 합으로 나눔으로써 정의되는 수력 직경 : D 와, 구멍의 높이 (다혈관의 두께 방향에 있어서의 높이) : h 의 비 (D/h) 가 0.40 ∼ 0.80 의 범위 내가 되도록 구성되어 있다. 즉, 여기서는, 구멍 (20) 이 정삼각형 형상이기 때문에, D/h = 0.666… ≒ 0.67 이 되어, 상기의 범위 내가 되도록 구성되어 있는 것이다.

이와 같이, 수력 직경 : D 와 구멍의 높이 : h 의 비가 상기 범위 내의 값이 되도록, 구멍 (20) 의 형상을 설정함으로써, 이러한 구멍 (20) 의 각도가 작은 부분을 냉매가 효과적으로 통과하게 되어, 냉매의 단위 체적당 접촉하는 구멍 내면의 면적이 증가하여, 냉매와 전열관 사이의 열전달률이 유리하게 향상되게 된다. 또, 그와 같은 각도가 작은 부분을 냉매가 통과함으로써, 국소적인 유동 상태가 발생하기 때문에, 보다 효과적으로 열전달률을 올리는 것도 가능해지는 것이다. 또한, 이러한 D/h 의 값이 0.40 보다 작아지는 경우에 있어서는, 구멍 (20) 이 지나치게 작아져, 제조가 곤란해지기 때문에, 실용적이지 않게 되는 것이다. 한편, D/h 의 값이 0.80 보다 커지는 경우에는, 냉매의 단위 체적당의 접촉 면적의 증가가 충분하지 않게 되어, 열전달률의 향상 효과가 발휘되기 어려워진다.

그리고, 그와 같은 편평 다혈관 (14) 과 핀 (12) 을 이용하여, 이러한 핀 (12) 의 복수 장을, 각각에 형성된 장착공 (16) 을 일치시킨 상태하에서, 서로 평행하게 또한 일정 거리를 두도록 배치하고, 그 일치시킨 장착공 (16) 내에, 편평 다혈관 (14) 를 끼워 넣고, 장착공 (16) 내면에 편평 다혈관 (14) 이 직접적으로 또는 간접적으로 밀접하도록 장착함으로써, 목적으로 하는 핀·앤드·튜브형 열교환기 (10) 가 구성되는 것이다. 또한, 이 편평 다혈관 (14) 과 핀 (12) 의 장착은, 잘 알려져 있는 바와 같이, 압입 또는 밀접 끼워맞춤에 의한 장착이나 납땜에 의한 접합, 혹은 접착제에 의한 고착 등, 공지된 각종 수법에 의해 이루어져, 일체적인 핀·앤드·튜브형 열교환기로서 완성되게 된다. 또, 그와 같은 핀·앤드·튜브형 열교환기를 구성하는 전열관인 편평 다혈관 (14) 의 각각의 양 단부는, 여기서는 도시되지 않은 헤더에 각각 접속되어, 편평 다혈관 (14) 의 10 개의 구멍 (20), 즉, 관축 방향으로 연장되는 냉매가 유통되는 10 개의 유로가, 냉매의 입구측과 출구측에 있어서 각각 합쳐져, 핀·앤드·튜브형 열교환기 (10) 로 되어 있는 것이다.

따라서, 이와 같은 본 발명에 따른 구성으로 된 핀·앤드·튜브형 열교환기 (10) 에 있어서는, 편평 다혈관 (14) 에 형성된 구멍 (20) 의 형상이, 단순히, 냉매와 구멍 내면의 접촉 면적을 증대시킬 뿐만 아니라, 냉매의 단위 체적당의 접촉 면적을 증대시켜, 냉매측의 열전달률을 유리하게 향상시킬 수 있는 삼각형 형상으로 되어 있는 것으로부터, 편평 다혈관 (14) 에 있어서, 관 내를 유통하는 냉매와 전열관 사이의 열교환 효율이 효과적으로 향상되고, 그 결과, 열교환기 (10) 의 열교환 성능을 유리하게 높일 수 있는 것이다. 또, 그와 같이 높은 열전달률을 발휘하는 편평 다혈관 (14) 을 사용함으로써, 열교환기 (10) 를 소형, 경량화할 수 있음과 함께, 제조 비용의 저감과 같은 효과도 유리하게 발휘되게 된다.

이상, 본 발명의 대표적인 실시형태의 하나에 대하여 상세히 서술해 왔지만, 그것은 어디까지나 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 그와 같은 실시형태에 관련된 구체적인 기술에 의해, 전혀 한정적으로 해석되는 것이 아닌 것이 이해되어야 한다.

예를 들어, 전술한 실시형태에 있어서는, 판상의 핀 (12) 에 형성된 장착공 (16) 에 편평 다혈관 (14) 이 장착되어 구성되는 핀·앤드·튜브형의 열교환기 (10) 를 예시했지만, 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같은, 편평 다혈관 (22, 22) 사이에 코르게이트상 (물결상) 의 핀 (24) 을 장착하여 구성된, 코르게이트 핀식의 핀·앤드·튜브형 열교환기 (30) 로 할 수도 있다.

또, 편평 다혈관 (14) 에 형성되는 구멍 (20) 의 형상은, 상기 실시형태에 있어서는, 정삼각형 형상으로 되어 있지만, 수력 직경 : D 와 구멍의 높이 : h 의 비 (D/h) 가 소정의 범위 내가 되는 삼각형 형상이면, 직각 삼각형이나 이등변 삼각형 등, 각종 삼각형 형상이 적절히 선택되게 된다. 또한, 삼각형 형상의 3 개의 정점을 잇는 변에 있어서도, 예시한 정삼각형 형상과 같이, 직선상으로 정점을 잇는 것 외에, D/h 가 전술한 관계를 만족하는 것이면, 소정의 곡률 반경을 가진 원호상의 변으로 할 수도 있다.

게다가, 이러한 구멍 (20) 의 내표면은, 여기서는, 평탄한 면으로 하였지만, 미소한 요철 (홈이나 돌조) 을 형성한 면이어도 된다. 그와 같은 요철을 형성함으로써, 단위 체적당의 냉매와 구멍 (20) 의 표면의 접촉 면적을 더욱 증대시켜, 냉매와 전열관의 열전달률을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.

그 밖에, 일일이 열거하지는 않지만, 본 발명이 당업자의 지식에 기초하여, 다양한 변경, 수정, 개량 등을 가한 양태에 있어서 실시되는 것이고, 또 그와 같은 실시양태가, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서, 모두 본 발명의 범주에 속하는 것인 것은 말할 필요도 없는 것이다.

실시예

이하에, 본 발명의 대표적인 실시예의 하나를 나타내어, 본 발명을 더욱 구체적으로 명백하게 하는 것으로 하지만, 본 발명이 그와 같은 실시예의 기재에 의해, 어떠한 제약도 받지 않는 것은 말할 필요도 없는 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관으로서, 알루미늄 합금 (JIS A3003) 을 압출 가공함으로써, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같은 단면 형상을 나타내는 폭 (W) : 16 ㎜, 두께 (H) : 1 ㎜, 구멍 수 : 16 의 압출 편평 다혈관 (40) 을 준비하여, 이것을 전열관 No.1 로 하였다. 이러한 전열관 No.1 에 형성된 16 개의 구멍 (42) 의 형상은, 한 변의 길이가 0.7 ㎜ 인 정삼각형이 되도록 하였다. 그 밖에, 구멍의 높이나 수력 직경 등의 각 제원은, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같이 하였다. 또한, 하기 표 1 에 있어서, 구멍 높이 (h) 는, 편평 다혈관 (40) 의 두께 방향에 있어서의 구멍의 높이를, 유로 면적은, 축 방향에 수직인 단면에 있어서의 구멍 부분의 단면적의 총합을, 유연 (濡緣) 길이는, 단면에 있어서의 구멍의 변의 길이의 총합을 각각 나타내고 있다.

또, 본 발명에 따른 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관의 다른 예로서, 도 5(b) 및 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이 단면 형상의 편평 다혈관 (44, 46) 을 상기 전열관 No.1 과 동일하게 준비하여, 각각 전열관 No.2, 전열관 No.3 으로 하였다. 여기서, 전열관 No.2 는, 저변 : 0.40 ㎜, 높이 : 0.50 ㎜ 의 직각 삼각형으로 된 구멍이 16 개 형성된 편평 다혈관이며, 또 전열관 No.3 은, 저변 : 0.800 ㎜, 높이 : 0.500 ㎜ 의 직각 삼각형으로 된 구멍이 16 개 형성된 편평 다혈관이었다. 또한, 전열관 No.2, 3 의 각각에 있어서의 구멍 형상은, 도면으로부터 명백한 바와 같이, 교대로 각 구멍이 180°회전 운동되어 이루어지는 형태로 되어 있다. 또, 이러한 전열관 No.2, 3 의 폭이나 두께는, 전열관 No.1 과 동일한 치수로 하고, 전열관 No.1 과 동일하게, 알루미늄 합금 (JIS A3003) 을 압출 가공함으로써 제조하였다. 또한, 그것들 전열관 No.2, 3 에 있어서의 유로 면적이나 수력 직경 등의 각 제원에 관해서는, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같다.

그리고, 비교를 위한 전열관으로서, 도 6(a) 에 나타내는 바와 같은, 구멍 형상이 사각형 (한 변의 길이 : 0.46 ㎜ 의 정방형) 의 편평 다혈관 (50) 과, 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 구멍 형상이 원형 (직경 : 0.52 ㎜ 의 원) 인 편평 다혈관 (52) 을 준비하여, 각각 전열관 No.4, 전열관 No.5 로 하였다. 또한, 구멍 형상이 삼각형 형상이지만, D/h 의 값이 본 발명의 범위 밖의 것으로서, 도 7(a) 나 도 7(b) 에 나타내는 바와 같은 직각 삼각형의 구멍 형상으로 된 편평 다혈관 (54, 56) 을 준비하여, 각각 전열관 No.6, 전열관 No.7 로 하였다. 여기서, 전열관 No.6 의 구멍 형상은, 저변 : 4.01 ㎜, 높이 : 0.5 ㎜ 의 직각 삼각형(꼭지각 : 82.9°) 이고, 전열관 No.7 의 구멍 형상은, 저변 : 2.49 ㎜, 높이 : 0.8 ㎜ 의 직각 삼각형 (꼭지각 : 72.2°) 이었다. 또한, 그것들 전열관 No.4 ∼ 7 에 관해서도, 전열관 No.1 ∼ 3 과 동일하게, 알루미늄 합금 (JIS A3003) 을 압출 가공함으로써 제조하고, 그 폭 (W) 이나 두께 (H) 는 모두 전열관 No.1 과 동일한 값으로 하였다. 단, 구멍 수에 있어서, 전열관 No.4 및 전열관 No.5 는 16 개, 전열관 No.6 은 4 개, 전열관 No.7 은 8 개로 하였다. 또한, 그것들 전열관 No.4 ∼ 7 에 있어서의 구멍의 높이 (h) 등의 각 제원은, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같다.

이어서, 이와 같이 하여 준비된 각각의 편평 다혈관 (전열관 No.1 ∼ 7) 을 이용하여, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 편평 다혈관 (22) 이 서로 평행하게 복수 배열되고, 그리고 이웃하는 편평 다혈관 (22, 22) 사이에, 코르게이트상으로 가공된 핀 (24) 이 밀접하여 접합되어 이루어지는 열교환기 (30) 를 각각 열교환기 No.1 ∼ 7 로서 제조하였다. 또한, 그것들 열교환기 (30) 에 있어서, 배열된 편평 다혈관 (22) 의 양단은, 각각 헤더 (26) 에 접속되고, 편평 다혈관 (22) 의 축 방향으로 연장되는 각각의 구멍 (유로) 이, 냉매의 입구측과 출구측에 있어서 각각 합쳐져, 냉매의 유로가 형성되어 있다. 또, 여기서 제조한 각각의 열교환기 (30) 에 있어서, 핀 (24) 은, 모두 심재에 JIS A3703 계, 피재에 JIS A4045 계의 알루미늄 합금을 사용한 양면 브레이징 시트를, 코르게이트상으로 가공한 것을 사용하여, 편평 다혈관과의 접합과 동시에 형성되도록 구성하고, 다시 하나의 열교환기를 제조함에 있어서, 75 개의 편평 다혈관 (24) 을 사용하였다. 또한, 그와 같은 핀 (24) 과 편평 다혈관 (22) 의 접합은, 목적으로 하는 열교환기 (30) 의 형상으로 조립한 코르게이트상의 브레이징 시트와 편평 다혈관 (22) 의 조립체를 납땜로 내에서, 최고 도달 온도 : 600 ℃ 에서, 3 분간 가열 유지한 후, 냉각시킴으로써, 핀 (24) 과 편평 다혈관 (22) 이 납땜 접합되도록 하였다. 그리고, 헤더 (26, 26) 간의 편평 다혈관 (22) 의 길이는 610 ㎜ 가 되도록 하고, 열교환기 (30) 전체의 크기는, 폭 : 650 ㎜, 높이 : 610 ㎜ 가 되도록 하였다.

그 후, 이와 같이 준비된 열교환기 No.1 ∼ 7 을 사용하여, 각각의 열교환기의 단체 성능 평가 시험을 실시하였다. 시험 방법은, 각 열교환기를, 항온 항습 시험실 내에 형성된 풍동 장치에 설치하고, 시험실 내의 공기 온도 (건구 : 35 ℃, 습구 : 24 ℃), 풍속 (1.5 m/s) 에 대해, 냉매 (R-410A) 를, 열교환기 입구 온도 : 64 ℃ (SH = 20 K), 응축 온도 : 44 ℃, 열교환기 출구 온도 : 39 ℃ (SC = 5 K) 의 조건으로 설정하고, 공기와 냉매의 열 밸런스가 잡힌 상태의 열교환량을 각각 측정하였다. 각 열교환기에 있어서의 시험 결과를 하기 표 2 에 나타낸다. 또한, 이러한 표 2 에 나타낸 시험 결과는, 편평 다혈관의 구멍 형상이 사각형인 열교환기 No.4 의 열교환량을 100 으로 한 경우에 대한 상대적인 비율을 사용하여 나타나 있다.

이상의 결과로부터, 유로 면적이 대략 동일하지만, 각각의 편평 다혈관에 형성되는 구멍 형상이 상이한 열교환기 No.1, 4, 5 에 있어서, 본 발명에 따른 삼각형 형상의 구멍 형상으로 된 열교환기 No.1 은, 구멍 형상이 사각형 형상으로 된 열교환기 No.4 나 원 형상으로 된 열교환기 No.5 보다 크게 응축 성능을 향상시키는 것이 확인되었다. 또, 구멍 형상이 삼각형 형상으로 되고, 수력 직경 : D 와 구멍의 높이 : h 의 비 : D/h 가 본 발명의 범위 내인 편평 다혈관 (40, 44, 46) 을 사용하여 구성된 각각의 열교환기 No.1, 열교환기 No.2 및 열교환기 No.3 은, 편평 다혈관의 구멍 형상이 일반적인 사각형으로 된 열교환기 No.4 보다 1.5 ％ 이상의 열교환 성능의 향상이 확인되었다. 한편, 구멍 형상이 삼각형 형상이지만, D/h 가 본 발명의 범위 밖인 열교환기 No.6, 7 에 관해서는, 열교환기 No.4 보다 성능은 향상되었지만, 0.5 ％ 미만의 성능 향상에 그쳐, 구멍 형상을 삼각형으로 하는 것에 의한 편평 다혈관에 있어서의 냉매측의 열전달률의 향상 효과가 충분히 발휘되지 않는 것이 확인되었다.

10 : 열교환기
12 : 핀
14 : 편평 다혈관
16 : 장착공
18 : 컬러부
20 : 구멍

Claims

알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는 핀이 장착되는 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관으로 하여,
알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는, 전체적으로 편평한 단면 형상의 다혈관으로 이루어지고, 또한 이러한 다혈관 내에, 관축 방향으로 연장되는 삼각 단면 형상의 다수의 구멍이, 폭 방향으로 이간하여 서로 평행하게 배열되어 형성되어 이루어짐과 함께, 이러한 구멍의 단면적의 4 배를 그 구멍의 변의 길이의 합으로 나눔으로써 정의되는 수력 직경 : D 와 그 구멍의 높이 : h 의 비 (D/h) 가 0.40 ∼ 0.80 의 범위 내가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관.
제 1 항에 있어서,
상기 다혈관에 형성된 다수의 구멍이, 각각 정삼각형 또는 직각 삼각형의 단면 형상을 갖고 있는 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관.
제 1 항 또는 제 2 항 있어서,
상기 삼각 단면 형상의 구멍이, 180°회전 운동되어 이루어지는 형태에 있어서, 상기 다혈관의 폭 방향으로 교대로 배치 형성되어 있는 핀·앤드·튜브형 열교환기용 전열관.
알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는 핀과, 알루미늄 혹은 그 합금으로 이루어지는 전체적으로 편평한 단면 형상의 다혈관을 장착하여 이루어지는 핀·앤드·튜브형 열교환기로 하여,
상기 다혈관이, 관축 방향으로 연장되는 삼각 단면 형상의 다수의 구멍을, 폭 방향으로 이간하여 서로 평행하게 배열하여 이루어지는 형태에 있어서, 구성되어 있음과 함께, 이러한 구멍의 단면적의 4 배를 그 구멍의 변의 길이의 합으로 나눔으로써 정의되는 수력 직경 : D 와 그 구멍의 높이 : h 의 비 (D/h) 가 0.40 ∼ 0.80 의 범위 내가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 핀·앤드·튜브형 열교환기.
제 4 항에 있어서,
상기 핀이 코르게이트상 핀으로서, 그 코르게이트상 핀이 인접하는 상기 다혈관의 사이에 배치되어, 그것들 코르게이트상 핀과 다혈관이 서로 밀접하도록 장착되어 있는 핀·앤드·튜브형 열교환기.
제 4 항에 있어서,
상기 핀이 평탄한 판상 핀으로서, 그 판상 핀의 폭 방향의 일단에 개구되도록 형성된 슬릿상의 장착공에 대해, 상기 다혈관이 밀접하여 삽입되어 장착되어 있는 핀·앤드·튜브형 열교환기.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다혈관에 형성된 다수의 구멍이, 각각 정삼각형 또는 직각 삼각형의 단면 형상을 갖고 있는 핀·앤드·튜브형 열교환기.
제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 삼각 단면 형상의 구멍이, 180°회전 운동되어 이루어지는 형태에 있어서, 상기 다혈관의 폭 방향으로 교대로 배치 형성되어 있는 핀·앤드·튜브형 열교환기.