KR20150029728A

KR20150029728A - 공기 조화기용 서펜타인 열교환기

Info

Publication number: KR20150029728A
Application number: KR20157002584A
Authority: KR
Inventors: 나오에 사사키; 노리히사 이소무라; 시로 가타히라
Original assignee: 스미토모 게이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2015-03-18
Also published as: JPWO2012014934A1; KR20130036762A; WO2012014934A1; CN103026165B; CN103026165A

Abstract

결로에 의한 열교환 성능의 저하가 효과적으로 억제됨과 함께, 공기 조화기의 컴팩트화에 충분히 대응하는 것이 가능한 공기 조화기용 서펜타인 열교환기를 제공한다.
금속판의 적어도 일방의 면에 소정의 도막층이 형성되어 이루어지는 핀 (12) 의 다수 장을, 열교환 유체인 공기의 유통 방향 (x 방향) 에 대하여 수직인 방향 (y 방향) 에, 서로 평행하게 또한 0.6∼5.0 ㎜ 의 간격을 두고 배치하여 핀군 (14) 을 형성하고, 그와 같은 핀군 (14) 의 복수를, 그들 x 방향 및 y 방향에 대하여 직각인 방향 (z 방향) 에, 각 핀군 (14) 이 서로 일정 거리를 둔 상태에서 일렬로 배열되어, 복수 단의 핀군을 구성함과 함께, 그들 각 단의 핀군 (14) 을 순차 관통하도록, 전열관 (16) 을 사행 형태에 있어서 배치하여, 공기 조화기용 서펜타인 열교환기 (10) 를 구성하였다.

Description

공기 조화기용 서펜타인 열교환기{SERPENTINE HEAT EXCHANGER FOR AN AIR CONDITIONER}

본 발명은, 공기 등의 열교환 유체와 냉매 사이에서 열교환이 실시되는 서펜타인 열교환기에 관한 것으로, 특히, 공기 조화기용 열교환기로서 바람직하게 사용되는 서펜타인 열교환기에 관한 것이다.

종래부터, 공기 조화기용 열교환기로는, 주로 크로스핀 튜브형 열교환기가 사용되고 있다. 이 크로스핀 튜브형 열교환기는, 복수의 핀에 대하여, 헤어핀 벤딩된 복수의 전열관을 수직 방향으로 끼워 넣고, 그들 전열관을 확관 (擴管) 함으로써, 핀과 전열관을 접합시켜 이루어지는 구조로 되어 있다. 그리고, 그와 같은 열교환기에 있어서는, 소정의 냉매를 전열관 내에 유통시키는 한편, 전열관에 대하여 수직 방향으로, 핀을 따라 공기가 흐르도록 함으로써, 냉매와 공기 사이에서 열교환이 실시되도록 되어 있는 것이다.

또한, 그와 같은 크로스핀 튜브형 열교환기는, 일반적으로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금제 핀과, 구리 또는 구리 합금제 전열관으로 구성되고, 1 장의 핀에 복수의 전열관을 삽입 통과시켜 이루어지는 구조로 되어 있다. 그리고, 공기 조화기의 실내 열교환기에 있어서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2008-138913호 (특허문헌 1) 에서 명확하게 되어 있는 바와 같이, 스크롤팬을 덮은 상태가 되는 원호상의 열교환기나, 다단 절곡 형상의 열교환기가 사용되고 있는 것이다. 또한, 공기 조화기의 실외 열교환기에 있어서는, 평판상의 열교환기나, 평판을 절곡한 형상의 열교환기가 일반적으로 사용되고 있다.

그리고, 이러한 크로스핀 튜브형 열교환기는, 통상 이하와 같은 공정으로 제조되게 된다. 즉, 먼저, 프레스 가공 등에 의해, 소정의 장착 구멍이 복수 형성된 알루미늄 플레이트 핀이 성형된다. 이어서, 이 얻어진 알루미늄 플레이트 핀의 복수를, 각각 소정 간격을 가지고 적층한 후, 상기 장착 구멍의 내부에, 별도 제조한 전열관이 삽입 통과된다. 여기서 사용되는 전열관에는, 전조 (轉造) 가공 등에 의해 내면에 소정의 홈 형성 가공 등이 실시된 것을, 소정 길이로 절단한 후, 헤어핀 벤딩 가공을 실시한 것이 제공되게 된다. 그리고, 이러한 전열관을, 공지된 각종 수법을 사용하여 확관함으로써 알루미늄 플레이트 핀에 고착시킨 후, 헤어핀 벤딩 가공을 실시한 측과는 반대측의 전열관 단부 (端部) 에 U 벤드관을 납땜 가공하는 공정을 거쳐, 목적으로 하는 크로스핀 튜브형 열교환기가 제조되는 것이다.

그러나, 이러한 공정에 의해, 크로스핀 튜브형 열교환기를 제조하기 위해서는, 많은 설비 투자가 필요하게 된다. 예를 들어, 알루미늄 플레이트 핀을 성형하기 위한 대형 프레스 장치 및 그 프레스 금형이나, 알루미늄 플레이트 핀과 전열관을 확관 고착하기 위한 확관 장치, 및 이것에 사용되는 확관 불릿이 필요하게 되는 것이다. 특히, 실내 열교환기와 실외 열교환기에서는, 핀의 형상 (슬릿이나 루버의 유무 등) 이나 전열관의 관 직경이 상이하기 때문에, 그 제조를 위해서는, 각각의 열교환기에 따른 프레스 금형이나 확관 불릿 등을 준비해야만 하고, 그것들을 준비하기 위해 큰 투자가 필요하므로, 열교환기의 형상을 바꾸는 과감한 모델 체인지가 방해되는 요인으로 되어 있다.

또한, 열교환기를 조립할 때의 최종 공정이 되는 납땜 공정에서도, 전열관끼리를 U 벤드관으로 접속하는 등의 납땜 지점이 많으므로, 작업 부하가 크고, 또한 에너지 비용이 많아지는 등의 문제가 있었다. 또한, 그와 같은 납땜시에 발생하는 알루미늄 핀의 그을림이나, 납땜부로부터의 리크 등의 품질 불량이 발생할 가능성의 문제도 있어, 가능한 한 납땜 지점이 적은 열교환기가 요구되고 있는 것이다.

한편, 냉장고 등에 사용되는 열교환기로도, 종래부터, 상기 서술한 바와 같은, 1 장의 큰 판상의 알루미늄제 핀에 다수의 구멍을 형성하고, 이 구멍에 냉각관을 관통시키고, 또한 확관에 의해 핀과 냉각관을 압착하고, 각 냉각관의 단부를 U 자형의 연락관으로 납땜하여, 그것들을 연통시켜 이루어지는 구성의, 크로스핀 튜브형 열교환기가 사용되고 있는데, 이것도 상기와 동일한 문제를 내재하고 있었다.

이러한 상황하, 냉장고 등에 사용되는 열교환기로서, 평행하게 배열된 다수 장의 플레이트 핀과, 이들 핀을 관통하는 냉매관으로 이루어지고, 이러한 냉매관을, 공기의 흐름 방향에 대하여 지그재그상으로 배치함과 함께, 상기 플레이트 핀을 상기 냉매관에 대하여 열마다 및 단마다 분단하여 구성한, 독립 핀 타입의 핀·앤드·튜브식 열교환기 (서펜타인 열교환기) 가 다수 밝혀져 있다 (특허문헌 2∼4 를 참조). 이러한 서펜타인 열교환기에 의하면, 독립된 핀군이 장착된 냉매관을 지그재그상으로 벤딩 가공함으로써, 열교환기를 구성하고 있기 때문에, 납땜 개소를 저감시킬 수 있고, 생산성을 향상시키는 것이 가능함과 함께, 독립 핀으로 함으로써 얻어지는 전연 (前緣) 효과 등에 의해, 열교환 성능의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

이 때문에, 공기 조화기용 열교환기에 있어서도, 이러한 서펜타인 열교환기를 적용하는 것이 검토되고 있는 것인데, 실제의 공기 조화기용 열교환기에는, 그 대부분에, 상기 서술한 바와 같은 크로스핀 튜브형 열교환기가 사용되고 있고, 지금까지 서펜타인 열교환기는 채용되지 않았다. 이것은, 공기 조화기용 열교환기가, 냉장고용 열교환기와 비교하여, 공기의 흐름 방향으로 비교적 얇은 구조로 된 열교환기 (2∼ 3 단) 이기 때문에, 독립 핀으로 하여 얻어지는 효과가 작은 것이, 그 이유로서 생각되고 있기 때문이다.

또한, 특허문헌 2∼4 에 기재된 열교환기는, 냉장고 등의 냉각 시스템용 열교환기로서 설계되어 있기 때문에, 착상 (着霜) 에 의한 핀 사이의 폐색을 억제하기 위해 전열관 피치나 핀 간격 (핀 피치) 이 크게 되어 있고, 공기측의 전열 면적이 작아진다. 그 한편, 공기 조화기용 열교환기에 있어서는, 결로에 의한 핀 사이의 폐색을 억제할 필요가 있다. 이러한 사정에 의해, 특허문헌 2∼4 에 기재된 열교환기를 비롯한 종래의 서펜타인 열교환기에 있어서는, 그대로 공기 조화기용 열교환기로서 적용하는 것은 곤란한 것이었다.

그런데, 최근, 소재가 되는 구리 지금의 비용 고등 (高騰) 에서, 공기 조화기용 열교환기를, 종래의 알루미늄제 핀과 구리제 전열관으로 구성된 크로스핀 튜브형 열교환기로부터, 핀과 전열관을 모두 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성한, 올 알루미늄 열교환기로 전환하는 움직임이 나오고 있다.

또한, 특히, 실내기에 있어서는, 최근에 보이는 현저한 컴팩트화에 충분히 대응할 수 있는 열교환기가 요구되고 있고, 그와 같은 요망에 대하여, 서펜타인 열교환기는, 독립 핀의 전연 효과에 의한 열교환 성능의 향상이 기대되는 등, 컴팩트화에 대응할 수 있는 가능성을 가진 것이며, 또한 공기 조화기의 제조 면에서도, 실내기와 실외기의 열교환기의 형태를 가능한 한 공통화하여, 공정을 간략화하는 것이 가능해지는 것이다. 이들 관점에서, 공기 조화기용 열교환기로서 유리하게 사용되는 서펜타인 열교환기의 개발이 요구되고 있다.

[특허문헌]

(특허문헌 1) 일본 공개특허공보 2008-138913호

(특허문헌 2) 일본 공개실용신안공보 평5-8265호

(특허문헌 3) 일본 공개특허공보 평5-265941호

(특허문헌 4) 일본 공개특허공보 2002-243382호

여기에서, 본 발명은, 이러한 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로서, 그 해결해야 할 과제로 하는 것은, 결로에 의한 열교환 성능의 저하가 효과적으로 억제됨과 함께, 공기 조화기의 컴팩트화에 충분히 대응하는 것이 가능한 공기 조화기용 서펜타인 열교환기를 제공하는 것에 있다.

그리고, 본 발명에 있어서는, 이와 같은 과제의 해결을 위해, 열교환 유체의 유통 방향 (x 방향) 에 대하여 직각인 방향 (y 방향) 에 있어서 서로 평행하게 또한 소정의 간격으로 배치되는 다수 장의 핀으로 이루어지는 핀군의 복수가, 그들 x 방향 및 y 방향에 대하여 직각인 방향 (z 방향) 으로 서로 일정 거리를 두고 일렬로 배열되어, 복수 단의 핀군을 구성함과 함께, 1 장의 핀에 1 개 내지 2 개의 금속제 전열관이 관통되어 이루어지는 형태에 있어서, 그들 각 단의 핀군을 순차 관통하도록, 그 금속제 전열관이 사행 (蛇行) 형태에 있어서 배치되어 이루어지는 구조의 서펜타인 열교환기에 있어서, (1) 상기 핀군을 구성하는 각 핀이 동일한 형상을 갖고, 또한 인접하는 핀이 0.6∼5.0 ㎜ 의 간격으로 배열되어 있음과 함께, (2) 상기 핀이, 금속판의 적어도 일방의 면에 단층 또는 복층의 도막층이 형성되어 이루어지는 프리코트 금속판으로 이루어지고, 또한 그 도막층 중의 적어도 최외층이 친수성 수지 또는 발수성 수지로 이루어지는 도막층인 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기를, 그 요지로 하는 것이다. 또, 여기서, 핀의 형상으로는, 사각형, 원형, 다각형 등의 형상이 바람직하게 채용되게 된다.

그런데, 이러한 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 바람직한 양태의 하나에 의하면, 상기 금속판은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되게 된다.

또한, 본 발명의 공기 조화기용 서펜타인 열교환기에 있어서의 바람직한 양태의 하나에 있어서는, 상기 전열관은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되고, 더욱 바람직한 양태의 다른 하나에 의하면, 그 외표면에는, 아연에 의한 희생 양극 효과가 부여되어 있다.

또한, 이러한 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 다른 바람직한 양태의 하나에 의하면, 상기 금속판의 재질은, JIS A1050, JIS A1100, JIS A1200, JIS A7072, 및 JIS A1050, JIS A1100 또는 JIS A1200 에 0.1∼0.5 질량% 의 Mn 및/또는 0.1∼1.8 질량% 의 Zn 을 함유시킨 것 중 어느 1 종으로 이루어지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 또한 상기 전열관의 재질이, JIS A1050, JIS A1100, JIS A1200, 및 JIS A3003 중 어느 1 종으로 이루어지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것이다.

또한, 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 다른 바람직한 양태의 하나에 있어서는, 상기 전열관은, 구리 또는 구리 합금으로 구성되고, 또 다른 바람직한 양태의 하나에 의하면, 상기 전열관의 재질은, JIS H3300 C1220 또는 JIS H3300 C5010 이 된다.

또한, 그와 같은 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기에 있어서는, 유리하게는 상기 금속제 전열관의 내면에, 관축 방향에 평행한 스트레이트 홈, 관축에 대하여 소정의 비틀림각을 갖는 나선 홈, 혹은 관축 방향에서 교차하는 홈으로 구성되는 크로스 홈 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 갖도록 구성되어 있다.

또, 본 발명의 공기 조화기용 서펜타인 열교환기에 있어서의 다른 바람직한 양태의 하나에 있어서는, 상기 핀은, 두께 방향으로 돌출하여 저부 외형이 원형 또는 타원형을 나타내는 엠보스부의 복수를 갖도록 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 바람직하게는, 상기 핀에 대하여, 슬릿 가공 또는 루버 가공이 실시되어 있고, 더욱 바람직한 양태의 다른 하나에 의하면, 상기 핀의 투영 면적은, 상기 전열관의 외경에 의해 규정되는 단면적의 3∼30 배가 되도록 구성되게 된다.

또한, 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 바람직한 양태의 다른 하나에 있어서는, 상기 핀의 투영 면적은 200∼1000 ㎟ 로 되어 있다.

그리고, 상기와 같은 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 바람직한 양태의 다른 하나에 의하면, 상기 금속제 전열관의 외경은 3∼13 ㎜ 로 되어 있다.

또한, 본 발명의 공기 조화기용 서펜타인 열교환기에 있어서의 다른 유리한 양태의 하나에 있어서는, 상기 금속판의 표면에, 하지 처리층이 형성되고, 이 하지 처리층 상에, 상기 단층 또는 복층의 도막층이 형성되어 있다.

또한, 이러한 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 바람직한 양태의 다른 하나에 의하면, 상기 친수성 수지는, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리아크릴아미드계 수지, 폴리아크릴산계 수지, 셀룰로오스계 수지, 및 폴리에틸렌글리콜계 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 된다.

또한, 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 바람직한 양태의 다른 하나에 있어서는, 상기 발수성 수지는, 에폭시계 수지, 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 멜라민계 수지, 불소계 수지, 실리콘계 수지, 및 폴리에스테르계 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 유리하게는 상기 금속제 전열관의 표면에는, 수지제 도막층이 형성되어 있다. 또한, 본 발명의 다른 바람직한 양태의 하나에 의하면, 상기 수지제의 도막층은 열전도성 필러를 포함하는 것이다.

그런데, 본 발명에 있어서는, 상기와 같은 특징적인 구조를 갖는 서펜타인 열교환기와, 상기 z 방향에 배열된 복수 단의 핀군에 상기 x 방향으로 열교환 유체를 유통시키는 팬 수단을 구비한 공기 조화기에 있어서,

그 팬 수단에 의한 열교환 유체 유통시의 풍속이 큰 제 1 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부에서의 인접하는 핀 사이의 간격을 p₁ 로 하고, 그 제 1 영역에서의 풍속에 대하여 0.7 이하의 풍속이 되는, 풍속이 작은 제 2 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부에서의 인접하는 핀 사이의 간격을 p₂ 로 했을 때, 다음 식 :

1.5 ≤ p₂/p₁ ≤ 3.0

을 만족하도록, 그들 핀군 또는 그 일부에서의 핀 간격이 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기도, 또한 그 요지로 하는 것이다.

또, 이러한 본 발명에 따른 공기 조화기의 바람직한 양태의 하나에 의하면, 상기 제 1 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부와 상기 제 2 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부는, 상기 z 방향에서 상이한 단에 위치된다.

또한, 이러한 본 발명에 따른 공기 조화기의 다른 바람직한 양태의 하나에 의하면, 상기 제 1 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부와 상기 제 2 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부가, 상기 z 방향에서 동일한 단에 위치하도록 구성된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기에 있어서는, 각 핀군을 구성하는 핀 형상이 동일하고, 금속제 전열관 상에서 인접하는 핀의 간격 (핀 피치) 이 0.6∼5.0 ㎜ 로 되어 있음과 함께, 또한 각 핀은, 금속판의 적어도 일방의 면에 단층 또는 복층의 도막층이 형성되어 이루어지는 프리코트 금속판으로 이루어지는 것으로서, 이러한 도막층 중의 적어도 최외층이 친수성 수지 또는 발수성 수지로 이루어지는 것이므로, 공기 조화기에서 사용했을 때, 결로에 의한 열교환 성능의 저하가 효과적으로 억제되는 것이다.

또한, 이러한 공기 조화기용 서펜타인 열교환기에 있어서는, 핀군을 구성하는 다수 장의 핀에 1 개 내지 2 개의 전열관이 관통되어, 독립된 핀군으로 구성되어 있음으로써, 핀 효율이 유리하게 높아질 수 있고, 인접하는 전열관의 핀을 개재한 열간섭 (전도) 을 차단할 수 있고, 그 결과, 열교환 성능을 향상시키는 것이 가능해지고, 따라서, 열교환기의 컴팩트화를 유리하게 실현하는 것이 가능해진다.

도 1 은 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 일례를 나타내는 사시 설명도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기를, 공기 조화기의 실외기에 적용했을 때의 일례를 개략적으로 나타내는 단면 설명도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기를, 공기 조화기의 실외기에 적용했을 때의 다른 일례를 개략적으로 나타내는 단면 설명도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기를 구성하는 핀의 표면에 형성되는 도막층의 일례를 나타내는 단면 설명도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 다른 상이한 일례를 나타내는 사시 설명도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 다른 상이한 일례를 나타내는 사시 설명도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기의 또 다른 상이한 일례를 나타내는 사시 설명도이다.
도 8 은 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기를 구성하는 핀의 다른 일례를 나타내는 설명도이고, (a) 는, 1 장의 핀 전체의 사시 설명도이고, (b) 는, 엠보스부의 단면을 확대하여 나타내는 단면 설명도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기를 구성하는 금속제 전열관을 나타내는 설명도이고, (a) 는, 도 1 에 나타낸 열교환기에 사용한 것을 나타내는 단면 설명도이고, (b), (c), (d) 는, 금속제 전열관으로서 사용되는 다른 상이한 일례를 각각 나타내는 단면 설명도이다.

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 밝히기 위해, 본 발명의 실시형태에 관해서, 도면을 참조하면서, 상세하게 설명하는 것으로 한다.

먼저, 도 1 에는, 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기 (이하, 간단히 서펜타인 열교환기, 또는 열교환기라고도 한다) 의 하나의 실시형태가, 사시도의 형태에 있어서 도시되어 있다. 거기에서, 열교환기 (10) 는, 서로 평행하게 또한 일정 거리를 두고 배치된, 사각형 형상을 나타내는 핀 (12) 의 다수 장으로 이루어지는 핀군 (14) 의 복수가, 각각 일정 거리를 두고 평행하게 배열되어 있음과 함께, 그들 복수의 핀군 (14) 을 순차 관통하도록, 금속제 전열관 (16) 이 벤딩부 (18) 를 개재하여, 사행 형태에 있어서, 즉 서펜타인상으로 배치되어 구성되어 있다.

보다 상세하게는, 핀 (12) 은, 소정의 금속판의 적어도 일방의 면에 단층 또는 복층의 도막층이 형성되어 이루어지는 프리코트 금속판을 소정의 핀 형상 (여기서는 사각형 형상) 으로 형성한 박육의 대략 평탄한 판상 핀으로 되어 있고, 그 사각형 형상의 대략 중앙 부위에, 금속제 전열관 (16) 이 삽입 통과되는 장착 구멍이 형성되고, 이러한 장착 구멍의 주연 부분에는 소정 높이의 칼라부가 핀 (12) 과 일체적으로 형성되어 있다. 또, 이러한 핀 (12) 을 제공하는 프리코트 금속판의 기재인 금속판은, 종래와 동일하게, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 그들 중에서도, 전열성이 우수하고, 또한 핀으로서의 강도를 확보할 수 있다는 관점에서, JIS A1050, JIS A1100, JIS A1200 등의 재질 외에, JIS A1050, JIS A1100 또는 JIS A1200 에, Mn 을 0.1∼0.5 질량% 정도의 비율에 있어서, 및/또는 Zn 을 0.1∼1.8 질량% 정도의 비율에 있어서, 함유시켜 이루어지는 재질의 것 등이 유리하게 사용되게 된다. 또한, 핀으로서의 강도를 우선하는 경우에 있어서는, JIS A7072 의 재질이 유리하게 채용되게 된다. 또, 여기서, 「JIS A」의 알파벳과 4 자리의 숫자의 조합으로 나타내는 기호는, JIS 규격으로 규정되어 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질을 나타내고 있다.

또한, 이러한 핀 (12) 의 표면에 형성되어 있는 도막층은, 적어도 최외층이 친수성 수지 또는 발수성 수지로 형성되어 있다. 거기에서, 친수성 수지로는, 예를 들어 폴리비닐알코올계 수지 (폴리비닐알코올과 그 유도체), 폴리아크릴아미드계 수지 (폴리아크릴아미드와 그 유도체), 폴리아크릴산계 수지 (폴리아크릴산과 그 유도체), 셀룰로오스계 수지 (카르복시메틸셀룰로오스나트륨, 카르복시메틸셀룰로오스암모늄 등), 폴리에틸렌글리콜계 수지 (폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드 등) 등을 들 수 있다. 또한, 발수성 수지로는, 예를 들어 에폭시계 수지, 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 멜라민계 수지, 불소계 수지, 실리콘계 수지, 폴리에스테르계 수지 등을 들 수 있다.

또, 핀 (12) 의 투영 면적은, 열교환기의 소형화와 열교환 성능의 양립을 도모하는 관점에서, 전열관 (금속제 전열관 (16)) 의 외경에 의해 규정되는 단면적의 3∼30 배가 되는 것이 바람직하다. 이 전열관의 외경에 의해 규정되는 단면적이란, 금속제 전열관 (16) 을 핀 (12) 의 장착 구멍에 대하여 확관 고착시킨 후의 전열관의 외경으로부터 구해지는 단면적을 나타내고 있고, 예를 들어 도 1 과 같이, 핀 1 장에 대하여 전열관이 1 개 관통하고 있는 서펜타인 열교환기에 있어서 확관 후의 금속제 전열관 (16) 의 외경이 6.5 ㎜ 이면, 그 단면적은 33.2 ㎟ 가 된다. 그리고, 핀의 투영 면적이, 이와 같이 전열관의 외경에 의해 규정되는 단면적의 3 배 미만이 되는 경우에 있어서는, 전열관에 대하여 핀이 지나치게 작으므로, 충분한 열교환 성능이 얻어지지 않게 될 우려가 있는 한편, 이러한 단면적의 30 배를 초과하게 되면, 열교환기가 대형화되어, 실용적이지 않게 되는 것이다. 특히, 핀의 투영 면적은, 열교환기의 소형화와 열교환 성능의 양립을 도모하는 관점에서, 200∼1000 ㎟ 인 것이 바람직하다. 이 핀의 투영 면적이 200 ㎟ 미만인 경우에는, 충분한 열교환 성능이 얻어지지 않을 우려가 있고, 한편, 1000 ㎟ 를 초과하게 되면, 열교환기가 대형화되어, 실용적이지 않게 되기 때문이다.

그리고, 그와 같은 핀 (12) 의 복수가, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 열교환 유체인 공기의 유통 방향 (도 1 에 있어서, x 방향) 에 대하여 수직인 방향 (도 1 에 있어서, y 방향) 에 있어서, 요컨대, 판의 두께 방향이 공기의 유통 방향에 수직이 되도록 하여, 서로 평행하게 또한 인접하는 핀 (12, 12) 이 0.6∼5.0 ㎜ 의 간격 (핀 피치), 바람직하게는 1.0∼4.0 ㎜ 의 간격을 두도록 배치됨으로써, 핀군 (14) 이 형성되어 있다. 또한, 이러한 다수 장의 핀 (12) 으로 이루어지는 핀군 (14) 의 복수가, 그들 x 방향 및 y 방향에 대하여 직각인 방향 (도 1 에 있어서 z 방향) 에 있어서, 각 핀군 (14) 이 서로 일정 거리를 두고 일렬로 배열됨으로써, 전체로서 평판 형상을 나타내도록 구성되어 있다.

한편, 금속제 전열관 (16) 은, 종래와 동일한, 소정의 금속 재료로 형성된, 대략 원형 형상의 단면을 갖는 관체로 되어 있다. 그리고, 이러한 금속제 전열관 (16) 을 구성하는 금속 재료로는, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 혹은 구리 또는 구리 합금이 사용되게 된다.

여기서, 금속제 전열관 (16) 을 알루미늄 재료 또는 알루미늄 합금 재료로 구성하는 경우에 있어서는, 제조성 (압출성) 의 관점에서, JIS A1050, JIS A1100, JIS A1200, 및 JIS A3003 중 어느 1 종으로 이루어지는 재질이 유리하게 채용되는 것인데, 더욱 전열관의 내식성을 향상시키기 위해서는, 이하와 같이 하는 것이 바람직하다.

즉, 금속제 전열관 (16) 을, 상기 서술한 바와 같은, JIS A1050, JIS A1100, JIS A1200, JIS A3003 중 어느 1 종의 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성함과 함께, 그 외표면에, 아연 용사, 아연 함유 플럭스 (KZnF₄), 아연 도금 등에 의한 희생 양극재층을, 전열관 외표면에 형성하여, 아연에 의한 희생 양극 효과를 부여함으로써, 전열관의 내식성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또는, 금속제 전열관 (16) 을, 상기 JIS A1050, JIS A1100, JIS A1200, JIS A3003 중 어느 1 종의 재질에 의해 구성함과 함께, 핀 (12) 을 구성하는 금속판의 재질을, 이들 알루미늄 또는 알루미늄 합금보다 전기 화학적으로 떨어지는, Zn 함유의 JIS A7072 의 재질로 함으로써, 전열관의 내식성을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 이러한 전열관 (16) 을, 직경 방향에서 내측의 심재층과 외측의 피재층 (皮材層) 으로 이루어지는 2 중의 관벽 구조의 클래드관으로 구성하는 것도 가능하다. 그래서, 심재층의 재질로는, 상기 JIS A1050, JIS A1100, JIS A1200, JIS A3003 등이 채용되고, 또한 피재층의 재질로는, JIS A7072 등이 채용되어, 상기와 동일한 효과가 함께 실현되게 된다. 또, 외측의 피재층의 두께가 되는 클래드율로는, 관벽 전체 두께의 3∼20 % 가 되는 값이 채용된다. 이 클래드율이 3 % 보다 작아지면, 피재의 희생 양극 효과가 적고, 관통공이 생기기 쉬워져, 내식성이 떨어지는 문제를 발생시키고, 또한 클래드율이 20 % 를 초과하게 되면, 관벽 두께에 대하여 심재층이 차지하는 비율이 낮아져, 강도가 저하되는 등의 문제를 야기하기 쉬워진다.

한편, 상기한 금속제 전열관 (16) 을, 구리 또는 구리 합금으로 구성하는 경우에 있어서는, 전열성의 관점에서, JIS H3300 C1220 이나 JIS H3300 C5010 등의 재질이 유리하게 채용되게 된다. 또, 여기서 사용되고 있는 「JIS H3300」과 「C+4 자리의 숫자」의 조합으로 이루어지는 기호도, JIS 규격으로 규정되어 있는 구리 또는 구리 합금 재질을 나타내고 있다.

그리고, 그와 같은 소정의 금속 재료로 이루어지는 금속제 전열관 (16) 에 있어서, 그 외경은, 목적으로 하는 서펜타인 열교환기 (10) 에 대한 소형화의 요구와 열교환 성능을 양립시키기 위해, 적절히 결정되는 것이기는 하지만, 바람직하게는 3∼13 ㎜ 가 된다. 이것은, 외경이 3 ㎜ 미만인 전열관은, 관으로서 제조하는 것이 곤란하고, 또한 외경이 13 ㎜ 를 초과하는 것은, 그와 같은 굵은 전열관을 채용하는 열교환기에 대해서도 대형화할 필요가 발생하여 실용적이지 않기 때문이다.

또, 그와 같은 1 개의 금속제 전열관 (16) 의 직선부가, 전술한 핀군 (14) 을 구성하는 복수 장의 핀 (12) 각각의 대략 중앙 부위에 형성된 장착 구멍을 순차 관통하고, 금속제 전열관 (16) 의 외주면과 그들 복수의 핀 (12) 의 장착 구멍 주연의 칼라 내주면이 밀착되어, 고정 (결합) 되어 있다. 또, 이러한 핀 (12) 과 금속제 전열관 (16) 의 결합은, 종래부터 공지된 각종 방법이 적절히 선택되어 사용되는 것인데, 특히, 핀 (12) 의 중앙 부위에, 금속제 전열관 (16) 의 외경보다 약간 큰 내경이 되는 칼라가 부착된 장착 구멍을 뚫어 두고, 그와 같은 장착 구멍 내에 금속제 전열관 (16) 을 삽입 통과시킨 후, 금속제 전열관 (16) 내에 확관 플러그를 삽입하여, 금속제 전열관 (16) 의 외경을 확대함으로써, 금속제 전열관 (16) 의 외주면과 핀 (12) 에 형성된 장착 구멍의 내주면 (칼라 내주면) 을 밀착시키는 방법이 바람직하게 채용되게 된다.

이렇게 하여, 금속제 전열관 (16) 이, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 열교환 유체인 공기의 유통 방향 (x 방향) 및 다수 장의 핀 (12) 의 배열 방향 (y 방향) 에 대하여 직각인 방향 (z 방향) 에 배열된 복수의 핀군 (14) 을 순차 관통하도록, 그리고 사행 형태를 나타내도록, 바꾸어 말하면, 서펜타인상으로 배치되어 있음으로써, 전체로서 대략 평판 형상을 나타내는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기 (10) 가 구성되어 있는 것이다.

그런데, 금속제 전열관 (16) 을 사행 형상으로 하여, 목적으로 하는 열교환기 (10) 의 형상으로 하기 위해서는, 이하와 같은 방법을 예시할 수 있다. 즉, 먼저, 1 개의 긴 직선상의 금속제 전열관 (16) 에 대하여, 복수의 핀군 (14) 을, 각각 소정 간격을 두고 배치한다. 그 후, 금속제 전열관 (16) 의 핀군 (14) 이 배치되어 있지 않은 지점을, U 자 형상으로 벤딩 가공함으로써, 벤딩부 (18) 를 형성하여 사행 형상으로 함으로써, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 목적으로 하는 열교환기 (10) 의 형상을 형성하는 방법이다.

또, 여기서 예시한 대략 평판상을 나타내는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기 (10) 는, 예를 들어 도 2 에 나타내는 공기 조화기의 실외기용 열교환기로서 바람직하게 채용되게 된다. 즉, 이러한 도 2 에 있어서는, 공기 조화기의 실외기 (20) 가, 단면도의 형태에 있어서 개략적으로 도시되어 있고, 거기서는, 실외기 (20) 내에 배치된 공기 조화기용 서펜타인 열교환기 (10) 에 대하여, 팬 (22) 에 의해 열교환 유체인 공기를 유통시킴으로써, 냉매와 공기 사이에서 열교환이 실시되도록 되어 있다.

또한, 이러한 공기 조화기용 서펜타인 열교환기 (10) 를, 그 측면에서 본 형상이 L 자 형상이 되도록, 평판을 절곡한 형태를 나타내는 열교환기로 하여 사용한 예가 도 3 에 도시되어 있다. 거기서는, 그와 같은 L 자 형상의 열교환기의 2 개 (10, 10') 를 사용하여, 그들 열교환기 (10, 10') 가, 평면에서 보아 사각형 형상을 나타내도록, 조합하여 배치되어 있음과 함께, 그 사각형 형상의 상방에 위치하도록, 팬 (22) 이 실외기 (20) 의 상부에 설치되어 있다. 그리고, 이러한 팬 (22) 의 작동에 의해, 열교환 유체인 공기가, 화살표로 나타내는 바와 같이, 사각형의 통체 형상에 있어서 조합된 2 개의 열교환기 (10, 10') 를 유통시키고, 따라서, 냉매와 공기 사이의 열교환이 실시될 수 있도록 되어 있는 것이다.

따라서, 상기 서술한 바와 같은, 본 발명에 따른 구조가 된 공기 조화기용 서펜타인 열교환기 (10) 에 있어서는, 핀 (12) 이, 금속제 전열관 (16) 상에 0.6∼5.0 ㎜ 의 간격 (핀 피치) 으로 배치되어 핀군 (14) 을 구성하고 있음으로써, 공기 조화기에서 사용한 경우에 있어서도, 결로에 의한 열교환 성능의 저하가 효과적으로 억제되게 된다. 즉, 핀 피치가 0.6 ㎜ 미만이 되면, 핀에 후술하는 도막층이 형성되어 있는 경우라도, 결로에 의해 발생하는 물 (결로액) 이 핀 표면에서 떨어지기 어려워지므로, 열교환 성능이 저하됨과 함께, 그와 같은 결로액이 송풍의 공기에 의해 압출되어, 실내에 물 날림이 발생할 우려가 있다. 한편, 핀 피치가 5.0 ㎜ 를 초과하면, 핀 피치가 지나치게 크므로, 동일한 크기의 열교환기에서는 필연적으로 핀수가 적어져, 열교환 성능의 저하를 초래할 우려가 있는 것이다.

또한, 이러한 열교환기 (10) 에 있어서는, 독립된 핀군 (14) 의 복수에 의해, 열교환기가 구성되어 있으므로, 1 장의 핀에 다수의 전열관이 장착되어 구성되어 있는 핀·앤드·튜브식 열교환기보다, 핀 효율이 유리하게 높아질 수 있음과 함께, 인접하는 전열관의 핀을 개재한 열간섭 (전도) 을 효과적으로 억제 내지는 차단할 수 있고, 그 결과, 열교환 성능을 유리하게 향상시키는 것이 가능해지고, 따라서, 열교환기 (10) 의 컴팩트화를 실현할 수 있는 것이다.

또한, 핀 (12) 의 표면에는, 단층 또는 복층의 도막층이 형성되어 있고, 이러한 도막층 중의 적어도 최외층은, 친수성 수지 또는 발수성 수지로 형성되어 있는 점에서, 공기 조화기의 설정 온도와 외기온의 온도차가 현저하고, 핀 표면에 결로가 발생하는 상황하에서도, 열교환기 (10) 의 열교환 성능을 유리하게 유지할 수 있는 것이다. 즉, 친수성 수지로 이루어지는 도막층이 최외층으로서 형성되어 있는 경우에는, 이러한 최외층의 표면에서, 결로에 의해 발생한 물이 막상이 되므로, 결로수에 의한 통풍 저항 (공기가 핀 사이를 통과할 때의 저항) 의 증가를 효과적으로 억제하고, 안정적으로 높은 열교환 성능을 유지하는 것이 가능해지는 것이다. 한편, 발수성 수지로 이루어지는 도막층이 최외층으로서 형성되어 있는 경우에 있어서도, 이러한 최외층의 표면에서, 결로에 의해 발생한 물이 미세한 수적이 되어 핀 표면으로부터 원활히 낙하하고, 효과적으로 핀 밖으로 배출될 수 있게 되는 점에서, 친수성 수지로 이루어지는 도막층이 최외층으로서 형성되어 있는 경우와 동일하게, 결로수에 의한 통풍 저항의 증가가 효과적으로 억제되고, 열교환 성능을 유지하는 것이 가능해지는 것이다.

또, 친수성 수지 또는 발수성 수지로 이루어지는 단일의 도막층이 형성되어 이루어지는 프리코트 금속판을, 핀 (12) 으로서 사용하는 것은 물론 가능한데, 바람직하게는 기판이 되는 금속판의 표면에, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 염화비닐계 수지 등으로 이루어지는 내식성 도막층을 우선 형성하고, 또한 그 표면에, 상기 서술한 친수성 수지 등으로 이루어지는 도막층을 형성하여 얻어진, 복수 층의 도막층이 형성되어 있는 프리코트 금속판이 사용되는 것이다. 즉, 기판이 되는 금속판의 표면에, 그와 같은 내식성 도막층을 형성함으로써, 핀 (12) 의 내식성을 향상시키는 것이 가능해지는 것이다. 또, 이와 같이 금속판의 표면에 형성되는 각 도막층의 두께는, 단층당 0.1∼5.0 ㎛ 인 것이 바람직하다. 이것은, 각 도막층의 두께가 0.1 ㎛ 미만이 되는 경우에는, 각 도막층의 효과를 유리하게 향수할 없을 우려가 있기 때문이다. 한편, 두께가 5.0 ㎛ 를 초과하는 도막층을 형성해도, 각 도막층의 효과는 이미 포화 상태이기 때문에, 그와 같은 도막층을 형성하기 위해, 쓸데없이 비용이 들 뿐이다.

또한, 핀 (12) 을 구성하는 금속판의 표면에, 친수성 수지나 발수성 수지로 이루어지는 도막층 또는 내식성 도막층을 형성할 때에는, 금속판 (30) 의 표면에, 미리 하지 처리층 (32) 이 형성되어 있는 것이 바람직하다 (도 4 참조). 이러한 하지 처리층 (32) 을 형성함으로써, 금속판과 상기 서술한 각 도막층 (34, 36) 의 밀착성을 향상시키는 것이 가능해진다. 여기서, 이러한 하지 처리층으로는, 인산크로메이트, 크롬산크로메이트 등을 사용한 크로메이트 처리나, 크롬 화합물 이외의, 인산티탄, 인산지르코늄, 인산몰리브덴, 인산아연, 산화티탄, 산화지르코늄 등을 사용한 논크로메이트 처리 등의, 화학 피막 처리 (화성 처리) 에 의해 얻어지는 피막층 등을 예시할 수 있다. 또, 화학 피막 처리 방법에는, 반응형 및 도포형이 있는데, 본 발명에 있어서는, 그 어느 수법이라도 채용하는 것이 가능하다.

이상, 본 발명에 관련된 열교환기의 대표적인 실시형태의 하나와, 그 제조 방법에 관해서 상세하게 서술했는데, 그것들은 어디까지나 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은, 그와 같은 실시형태에 따른 구체적인 기술에 의해, 조금도 한정적으로 해석되는 것은 아닌 것으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 전술한 실시형태에 있어서는, 인접하는 핀 (12, 12) 의 간격 (핀 피치) 은, 모두 등간격으로 되어 있었는데, 하나의 열교환기 (10) 내에서, 핀군 (14) 의 배치 부위나 핀군 (14) 중의 핀 (12) 배치 부위에 따라, 핀군 (14) 사이에서 또는 하나의 핀군 (14) 중에 있어서, 상이한 핀 피치로 하는 것도 물론 가능하다.

구체적으로는, 금속제 전열관 (16) 내를 유통하는 냉매에 있어서는, 냉매 출입구 부근의 기상역 및 액상역은, 냉매 중간부의 기액 2 상역과 비교하면, 냉매 자체의 열교환성이 낮고, 명확하게 열전달률이 낮기 때문에, 그와 같은 부위에 있어서의 핀 피치를 좁힘으로써, 열교환 면적을 확대하여 열교환 효율을 높이는 것이 가능해진다.

또, 도 3 에 나타내는 공기 조화기의 실외기 (20) 에 있어서, 팬 (22) 에 의해, 열교환기 (10, 10') 에 공기를 유통시키는 경우에 있어서, 그와 같은 팬 (22) 에 가장 근접하는 영역이 되는 상단 영역 A 에 위치하는 핀군 (14) 의 핀 (12) 사이를 유통하는 공기의 유속은, 팬 (22) 으로부터 가장 격리되는 영역이 되는 하단 영역 B 에 위치하는 핀군 (14) 의 핀 (12) 사이를 유통하는 공기의 유속보다 커진다.

예를 들어, 상단 영역 A 의 핀군 (14) 에 있어서의 핀 (12) 사이를 유통하는 공기의 유속 : Va 는, 하단 영역 B 의 핀군 (14) 에 있어서의 핀 (12) 사이를 유통하는 공기의 유속 : Vb 의 1.5 배∼2 배 정도가 되는 경우가 있고, 그와 같은 경우에 있어서는, 상단 영역 A 의 핀군 (14) 에 있어서의, 인접하는 핀 (12, 12) 사이의 간격 (핀 피치 : p₁) 을, 열교환 성능을 향상시킬 목적으로 좁게 하는 한편, 하단 영역 B 의 핀군 (14) 에 있어서의, 인접하는 핀 사이 (12, 12) 의 간격 (핀 피치 : p₂) 도, 상기 핀 피치 : p₁ 과 동일한 핀 피치로 하면, 하단 영역 B 의 핀군 (14) 에 있어서는, 통풍 저항이 지나치게 커져, 전체로서 열교환 성능이 저하된다는 문제가 발생하는 것이다.

그리고, 그와 같은 문제의 발생을 회피하기 위해서는, 팬 (22) 으로부터 먼 하단 영역 B 에 위치하는 핀군 (14) 의 핀 피치 : p₂ 를, 팬 (22) 에 근접한 상단 영역 A 에 위치하는 핀군 (14) 의 핀 피치 : p₁ 에 대하여, 적절한 비율로 넓히는 것이 바람직한 것이다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 그들 영역 A, B 에서의 열교환 유체인 공기의 유속 (풍속) 에 착안하여, 팬 (22) 에 의한 공기 유통시의 풍속이 큰 상단 영역 A (제 1 영역) 에 위치하는 핀군 (14) 에 있어서의 복수의 핀 부위의 핀 피치 : p₁ 과, 그 상단 영역 A 에서의 풍속에 대하여 0.7 이하의 풍속이 되는, 풍속이 작은 하단 영역 B (제 2 영역) 에 위치하는 핀군 (14) 에 있어서의 핀 피치 : p₂ 의 관계를 규제하는 것으로 하여, 그들의 비 : p₂/p₁ 이 1.5 이상, 3.0 이하가 되도록 (1.5 ≤ p₂/p₁ ≤ 3.0), 각각의 영역에서의 핀군 (14) 의 핀 피치를 조정하여 통풍 저항을 제어하고, 전체로서의 열교환 성능의 향상을 도모하도록 한 구성이 유리하게 채용되게 된다.

또, 이러한 p₂/p₁ 의 값이 1.5 미만이 되면, 그들 2 개의 핀 피치의 비율을 변화시키는 것에 의한 효과가 불충분해지고, 열교환 성능의 향상은 기대하기 어려워진다. 또한, 이 p₂/p₁ 의 값이 3.0 을 초과하게 되면, 각 열교환기 (10, 10') 의 상단 영역 A 에 위치하는 핀군 (14) 의 인접하는 핀 (12, 12) 사이의 간격 : p₁ 을, 핀 피치로서 적절한 범위의 하한인 0.6 ㎜ 로 했을 때, 난방 운전시의 각 핀 (12) 에 있어서의 결로수의 부착에 의한 통풍 저항의 증대가, 공기측 열전달률의 저하를 초래하게 되는 문제가 있고, 또한, 공기측 열전달률이 저하되어 열교환 성능 저하의 원인이 되는 것이다.

또한, 여기서는, 상기한 핀 피치 : p₁ 은, 팬 (22) 에 가장 근접한 영역인 상단 영역 A 에 위치하는, 적어도 1 단의 핀군 (14) 에 있어서의, 인접하는 핀 사이의 간격으로서 설정되는 것인데, 일반적으로 그와 같은 팬 (22) 에 근접한 상단 영역 A 에는, z 방향에 배열된 복수 단 (n 단) 의 핀군 (14) 중의, 팬 (22) 에 근접하여 위치하는 n/4 의 단수의 핀군 (14) 이 포함되는 것이 된다. 동일하게, 핀 피치 : p₂ 는, 팬 (22) 으로부터 가장 격리된 영역인 하단 영역 B 에 위치하는, 적어도 1 단의 핀군에 있어서의 인접하는 핀 사이의 간격으로서 채용되는 것이기는 하지만, 일반적으로 열교환기 (10, 10') 를 구성하는 복수 단 (n 단) 의 핀군 (14) 중의, 팬 (22) 으로부터 가장 격리된 영역에 위치하는 n/4 단의 단수의 핀군 (14) 에 대하여 유리하게 적용되는 것이 된다. 또한, 상단 영역 A 와 하단 영역 B 사이에 위치하는 중간 영역의 핀군 (14) (n/2 단) 에 있어서도, 그들 핀군 (14) 의 풍속이 상단 영역 A 에서의 풍속의 0.7 배 이하가 되는 경우에 있어서는, 상기한 p₂/p₁ 에 관련된 부등식을 만족하도록, 그 핀 피치 (p₂) 가 규정되게 된다. 또, 이러한 p₁ 은, 상단 영역 A 에 위치하는 적어도 1 단의 핀군 (14) 의 평균 핀 피치로서 나타내는 것이고, 또한 p₂ 는, 하단 영역 B 에 위치하는 적어도 1 단의 핀군 (14) 에 있어서의 평균 핀 피치로서 나타내는 것이다.

또한, 각 열교환기 (10, 10') 에 있어서의, z 방향에 배열된 복수 단 (n 단) 의 핀군의, 상단 영역 A 와 하단 영역 B 사이의 중간 영역에 위치하는 핀군 (14) 에 있어서의 공기의 유속 : Vc 는, Vb ≤ Vc ≤ Va 의 관계에 있으므로, 그와 같은 복수 단의 핀군 (14) 의 중간 영역의 단 (일반적으로, n/2 의 단수) 의 핀군 (14) 의 핀 피치 : p₃ 은, p₁ ≤ p₃ ≤ p₂ 로 하는 것이 바람직하다.

또, 상기와 같은 열교환 유체 (공기) 의 유속 (풍속) 의 변화는, z 방향에서의 상이한 단에 위치하는 핀군 (14, 14) 사이에서 발생하는 것 외에, 동일한 단의 핀군 (14) 에 있어서의 상이한 핀 배치 부위, 바꾸어 말하면 전열관 (16) 의 관축 방향에서의 상이한 위치에 배치된 하나의 핀군 (14) 의 핀 (12) 사이에서도 발생하므로, 상기한 핀 피치 p₁, p₂ 의 관계는, 그들 어느 경우에 있어서도 적용되게 된다.

또한, 이러한 실시형태에 있어서의 열교환기 (10) 에 있어서는, 1 장의 핀 (12) 에 대하여 1 개의 금속제 전열관 (16) 이 관통하도록 구성되어 있었는데, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 1 장의 핀 (42) 에 대하여 2 개의 금속제 전열관 (16, 16) 을 관통시켜, 각각의 핀군 (44) 을 형성한 구조의 열교환기 (40) 로 해도 조금도 지장이 없다.

또한, 열교환기 (10) 를, 열교환 유체 (공기) 의 유통 방향에 대하여 복수 겹친 형상, 예를 들어 도 6 이나 도 7 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 평판 형상의 열교환기 (10) 를 소정 간격을 두고 겹쳐, 하나의 공기 조화기용 서펜타인 열교환기 (46, 48) 를 구성하는 것도 가능하다. 이와 같이, 평판 형상의 열교환기 (10) 의 복수를 공기의 유통 방향에 대하여 겹치는 경우에 있어서는, 도 6 에 나타내는 열교환기 (46) 와 같이, 인접하는 열교환기 (10) 의 핀 (12) 이 바둑판눈 형상이 되도록, 바꾸어 말하면, 열교환 유체의 유통 방향에서, 전단의 열교환기 (10) 의 핀군 (14) 의 하나가 후단의 열교환기 (10) 의 핀군 (14) 의 하나와 인접하도록 배치되는 것 외에, 도 7 에 나타내는 열교환기 (48) 와 같이, 전단의 열교환기 (10) 의 핀군 (14) 의 하나가 후단의 열교환기 (10) 의 2 개의 핀군 (14) 과 인접하도록 배치하여, 인접하는 열교환기 (10) 의 핀 (12) 이 지그재그상이 되도록 하는 것도 가능하다. 단, 열교환 성능의 관점에서 보면, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 지그재그상으로 겹치는 것이, 양호한 열교환 효율을 기대할 수 있는 것이다. 또한, 이와 같이 열교환기 (10) 를 열교환 유체인 공기의 유통 방향으로 복수 겹친 경우에 있어서는, 높은 열교환 효율을 기대할 수 없는 부위에 있어서 핀 피치를 확대함으로써, 통풍 저항을 낮추는 것도 가능하다. 이와 같이 통풍 저항을 낮춤으로써, 열교환 유체인 공기의 흐름이 양호해지고, 공기의 유통 방향에 대하여 후측에 배치된 열교환기 (10) 에도 충분한 공기가 흐르기 때문에, 열교환기 전체의 열교환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 이러한 열교환기 (10) (40, 46, 48) 를 구성하는 핀으로는, 예시한 대략 평탄한 사각형 형상을 나타내는 핀 (12) (42) 외에도, 예를 들어 도 8 에 나타내는 바와 같이, 핀 표면에, 핀의 두께 방향으로 돌출되고, 저부 외형이 원형 또는 타원형을 나타내는 엠보스부 (52) 를 복수 갖는 핀 (50) 이 바람직하게 사용되게 된다. 이와 같이 핀 표면에 엠보스부 (52) 를 형성함으로써, 적층된 핀 (50) 사이를 통과하는 열교환용 공기가, 엠보스부 (52) 에 접촉한 후, 핀 (50) 의 적층 방향 (세로 방향) 과 그 적층 방향에 직행하는 방향 (가로 방향) 으로 전환되고, 이들이 적절한 세로 방향의 소용돌이류 (이하, 세로 소용돌이라고 한다) 및 가로 방향의 소용돌이류 (이하, 가로 소용돌이라고 한다) 가 된다. 이러한 적절한 소용돌이류에 의해, 핀 사이의 공기가 적절히 교란되고, 그 결과, 열교환 성능을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 핀·앤드·튜브식 열교환기 (서펜타인 열교환기) 를, 한냉지에서의 실외기로서 저온 환경하에서 증발기로서 사용하는 경우에 있어서는, 이러한 적절한 소용돌이류, 특히 세로 소용돌이가, 핀 표면 근방에 비교적 저온의 공기가 체류하는 것을 억제하고, 핀 사이의 중앙 부위에 체류하기 쉬운 비교적 고온의 공기를 핀 표면에 접촉시킬 수 있고, 따라서, 핀 표면에서의 착상의 억제, 또는 착상한 서리의 성장을 효과적으로 억제할 수 있는 것이다.

이와 같은 엠보스부 (52) 의 존재에 의한 열교환 성능의 향상은, 또한 슬릿 가공이나 루버 가공에 의해 형성되는 잘라 일으킨 슬릿이나 루버 슬릿에 의해서도, 동일하게 실현 가능하다. 따라서, 그와 같은 슬릿 가공이나 루버 가공은, 엠보스부 (52) 를 형성하기 위한 엠보스 가공과 함께, 또는 그것 대신에, 통상적인 방법에 따라서, 핀 (12, 42) 에 대하여 실시되게 된다.

또, 금속제 전열관 (16) 의 관 직경은, 관 내를 유통하는 냉매의 유동 특성에 따라, 열교환기 (10) 의 부위에 따라, 상이한 외경을 사용해도 된다. 예를 들어, 액상역에 있어서는 비교적 작은 외경의 전열관으로 하는 한편, 기상역에 있어서는 비교적 큰 외경의 전열관을 사용함으로써, 관 내 열전달률의 향상이나 압력 손실의 저감을 유리하게 도모할 수 있게 된다. 또, 그와 같은 열교환기의 부위에 따라 상이한 관 직경의 금속제 전열관을 채용할 때에는, 관 직경이, 관축 방향에서의 원하는 부위에 있어서 적절히 변화되는 1 개의 긴 금속제 전열관을 사용하는 것 외에, 예를 들어 핀군 (14) 마다 적절히 선택한 관 직경의 금속제 전열관을 사용하고, 그들을 U 벤드관 등으로 접속하여, 사행 형상을 나타내는 금속제 전열관으로 하는 것도 가능하다.

또한, 먼저 예시한 실시형태에 있어서는, 금속제 전열관 (16) 으로서, 그 내면을 평활하게 한 관체 (도 9(a) 참조) 가 사용되고 있는데, 전열관의 내면에, 길이 방향에 평행한 스트레이트 홈, 비틀림각을 갖는 나선 홈, 또는 홈이 소정의 각도를 가지고 교차하는 홈 형태를 갖는 크로스 홈을 형성한, 이른바 내면 홈 형성 전열관을 채용하는 것도 가능하다. 이렇게 하여, 전열관 내면의 전열 면적을 증대시키고, 나아가서는 전열관 중을 유통하는 냉매의 흐름을 복잡화함으로써, 열교환기 (10) 의 열교환 성능을 보다 높이는 것이 가능해진다. 또, 이와 같이 내면 홈 형성 전열관을 채용한 서펜타인 열교환기 (10) 에 있어서, 그 전체를, 동일한 홈 타입의 내면 홈 형성 전열관을 채용하도록 해도 되는데, 그것 이외에도, 예를 들어 핀군 (14) 을 구성하는 패스마다, 홈 형상이 상이한 타입의 내면 홈 형성 전열관으로 하는 것도 가능하다. 또, 이와 같이 전열관의 내면에 형성되는 홈은, 그 홈 깊이가, 바람직하게는 0.05∼1.0 ㎜ 가 되고, 홈 조 (條) 수가, 전열관의 길이 방향에 대한 직각 단면에 있어서, 바람직하게는 15∼150 조가 됨으로써, 효과적으로 열교환 성능을 높이는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서 사용하는 금속제 전열관 (16) 은, 외면이 대략 원형 형상을 나타내는 것이면 되고, 예를 들어 도 9(b), (c), (d) 에 나타내는, 단면이 1 장의 구분판 (55), 2 장의 평행한 구분판 (57, 57), 2 장의 교차한 구분판 (59, 59) 으로 구분된 다공관 (多孔管) (54, 56, 58) 외에, 공지된 각종 다공관이 바람직하게 채용될 수 있는 것이다.

또한, 서펜타인 열교환기 (10) 를 구성하는 금속제 전열관 (16) 으로는, 그 표면에 수지제 도막층이 형성된 것이 바람직하게 사용되게 된다. 이것은, 전술한 서펜타인 열교환기 (10) 는, 금속제 전열관 (16) 과 핀 (12) 을 기계 확관법 등의 수법에 의해 밀착시켜, 그것들을 장착함으로써 조립되고 있는데, 그들 핀과 전열관의 접촉 부분을 미시적으로 보면, 금속제 전열관 (16) 과 핀 (12) 각각의 사이에는, 어느 정도의 공극이 존재하고 있다. 그러나, 이러한 공극이 존재하고 있으면, 핀과 전열관의 접촉 열저항이 높아지고, 열교환 성능이 저하될 우려가 야기되는 것이다. 그래서, 그들 사이의 접촉 열저항을 낮게 하고, 열교환기의 성능을 효과적으로 발휘시키기 위해서는, 금속제 전열관 (16) 과 핀 (12) 사이의 공극이 존재하지 않는 것이 바람직한 것이고, 그 때문에, 금속제 전열관 (16) 의 표면에 수지제 도막층을 형성함으로써, 그와 같은 공극의 발생이 유리하게 억제되는 것이다.

그리고, 그와 같은 수지제 도막층을 구성하는 수지로는, 예를 들어 폴리에틸렌 수지 등의 열가소성 수지 외에, 전술한 핀 (12) 표면에 형성되는 것과 동일한 친수성 수지 및 발수성 수지나, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 염화비닐계 수지 등을 예시할 수 있다. 이들 각종 수지로 이루어지는 도막층을, 금속제 전열관 (16) 의 표면에 형성시킴으로써, 이하와 같은 효과를 향수할 수 있는 것이다. 즉, 폴리에틸렌 수지 등의 열가소성 수지에 관해서는, 폴리에틸렌 수지 등의 열가소성 수지로 이루어지는 도막층을 최외층으로서 갖는 금속제 전열관 (16) 에, 칼라가 부착된 구멍이 형성된 핀 (12) 을 장착한 후, 폴리에틸렌 수지 등의 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하고, 그 후, 냉각시키면, 칼라가 부착된 구멍 주연에 형성된 칼라의 끝 부분과 금속제 전열관의 간극이 폴리에틸렌 수지 등의 열가소성 수지에 의해 유리하게 메워지고, 핀 (12) 과 금속제 전열관 (16) 의 접촉 면적이 보다 크게 확보될 수 있게 되므로, 열교환기의 열교환 성능을 보다 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 친수성 수지 또는 발수성 수지로 이루어지는 도막층을 최외층으로서 금속제 전열관 (16) 에 형성시킴으로써, 금속제 전열관 (16) 의 노출부 (핀이 장착되어 있지 않은 부분) 에, 핀 (12) 과 동일한 기능을 갖게 하는 것이 가능해진다. 또한, 금속제 전열관 (16) 의 표면에, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 염화비닐계 수지 등으로 이루어지는 도막층을 형성함으로써, 금속제 전열관 (16) 의 내식성을 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 이러한 수지제 도막층은, 열전도성을 향상시키는 관점에서, 열전도성 필러를 포함하는 것이 바람직하다. 그와 같은 열전도성 필러로는, 질화붕소, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 카본의 미세한 분말 등을 예시할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서는, 금속제 전열관 (16) 의 표면에, 상기 서술한 바와 같은 각종 수지로 이루어지는 단일한 도막층이 형성되어 이루어지는 구조가 채용될 수 있는 것이긴 하지만, 바람직하게는, 금속제 전열관 (16) 의 표면에, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 염화비닐계 수지 등으로 이루어지는 내식성 도막층을 우선은 형성하고, 또한 그 위에, 폴리에틸렌 수지 등의 열가소성 수지, 친수성 수지 또는 발수성 수지로 이루어지는 수지제 도막층을 형성하는 구성이 채용된다. 또한, 이러한 수지제 도막층의 두께는, 단층당 0.1∼5.0 ㎛ 인 것이 바람직하다. 수지제 도막층의 두께가 0.1 ㎛ 미만에서는, 상기 서술한 각 수지제 도막층의 효과를 향수할 수 없을 우려가 있고, 그 한편, 두께가 5.0 ㎛ 를 초과하는 수지제 도막층을 형성해도, 각 도막층의 효과는 이미 포화 상태이고, 쓸데없이 비용이 들 뿐이기 때문이다.

또한, 금속제 전열관 (16) 의 표면에, 상기 서술한 수지로 이루어지는 수지제 도막층을 형성할 때에는, 금속제 전열관 (16) 의 표면에, 미리 하지 처리층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 하지 처리층을 형성함으로써, 금속제 전열관 (16) 과 상기 서술한 각 도막층의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 하지 처리층으로는, 인산크로메이트, 크롬산크로메이트 등을 사용한 크로메이트 처리나, 크롬 화합물 이외의, 인산티탄, 인산지르코늄, 인산몰리브덴, 인산아연, 산화티탄, 산화지르코늄 등을 사용한 논크로메이트 처리 등의 화학 피막 처리 (화성 처리) 에 의해 얻어지는 피막층 등을 예시할 수 있다. 또, 화학 피막 처리 방법에는 반응형 및 도포형이 있는데, 본 발명에 있어서는, 어느 수법이라도 채용하는 것이 가능하다.

그 밖에, 일일이 열거는 하지 않지만, 본 발명이, 당업자의 지식에 기초하여, 다양한 변경, 수정, 개량 등을 가한 양태에서 실시되는 것이고, 또한 그와 같은 실시 양태가, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한, 모두 본 발명의 범주에 속하는 것은 말할 필요도 없는 것이다.

실시예

이하에, 본 발명의 대표적인 실시예를 나타내고, 본 발명을 더욱 구체적으로 밝히는 것으로 하는데, 본 발명이, 그와 같은 실시예의 기재에 의해, 아무런 제약도 받는 것이 아닌 것은, 말할 필요도 없는 것이다.

-실험예 1-

먼저, 본 발명에 따른 공기 조화기용 서펜타인 열교환기를 구성하기 위해 사용하는 전열관으로서, 다수 조의 내면 홈이 관축에 대하여 소정의 리드각을 가지고 연장되는 나선 홈으로서 형성된, 인탈산구리 (JIS H3300 C1220) 로 이루어지는, 내면 홈 형성 전열관을 준비하였다. 이러한 내면 홈 형성 전열관의 각 치수는, 외경 : 6.35 ㎜, 바닥 두께 : 0.23 ㎜, 홈 깊이 : 0.15 ㎜, 홈 조수 : 58 조, 리드각 : 30°로 하였다.

한편, 핀 재료로는, 판두께 : 0.13 ㎜ 의, 순알루미늄 (JIS A1050) 의 판재를 준비하고, 그 핀 재료의 표면에, 도 4 에 나타내는 바와 같은, 3 층으로 이루어지는 표면 처리를 실시하였다. 즉, 먼저, 상기 알루미늄 재료의 기판 (30) 에 대하여 인산크로메이트 침지 처리를 실시함으로써, 알루미늄 기판의 표면에 인산크로메이트로 이루어지는 화성 피막 (32) 을 형성하였다. 이어서, 이러한 화성 피막 (32) 상에, 롤 코터를 사용하여 에폭시 수지를 도포하여, 220 ℃ 의 온도에서 10 초간 가열함으로써, 막두께 1 ㎛ 의 내식성 도막 (34) 을 형성하였다. 그리고, 공랭 후, 폴리비닐알코올 수지 (PVA 수지) 로 이루어지는 친수성 도막용 도료를 내식성 도막 (34) 상에 도포하고, 220 ℃ 의 온도에서 10 초간 가열함으로써, 막두께 1.5 ㎛ 의 친수성 도막 (36) 이 형성된 핀 재료로 하였다. 또한, 내식성 도막 (34) 의 표면에 도포하는 수지로서, 전술한 친수성 도막 (36) 대신에, 에폭시계 수지로 이루어지는 발수성 도막용 도료를 사용하여, 그것을 내식성 도막 (34) 의 표면에 도포하고, 220 ℃ 의 온도에서 10 초간 가열함으로써, 막두께 1.5 ㎛ 의 발수성 도막 (36) 이 형성된 다른 핀 재료를 준비하였다.

그리고, 이와 같이 준비한 2 종류의 핀 재료를, 각각 도 1 에 있어서의 x 방향에서 12 ㎜, z 방향에서 16 ㎜ 가 되는 크기의 사각형상으로 절단하고, 또한 그 대략 중앙부에, 전열관을 삽입 통과하기 위한 관통공 (주연에 0.5 ㎜ 의 칼라를 세운 관통공) 을 형성함으로써, 2 종류의 핀을 다수 준비하였다.

그리고, 이와 같이 준비된 전열관과 핀을 사용하여, 목적으로 하는 핀군을, 1 개의 전열관 상에, 다음과 같이 하여 형성하였다. 즉, 이러한 핀의 복수를, 각각의 관통공이 소정 간격을 두고 평행하게 위치하도록 배열하고, 그리고 그 관통공에 전열관이 순차 관통하도록 삽입 통과시킨 후, 전열관을 확관함으로써, 전열관과 핀을 일체화시켜, 이러한 전열관 상에 핀군을 형성하였다. 이 때, 확관 후의 전열관의 관 직경 (D) 은 6.75 ㎜ 로 하고, 핀 1 장에 대하여 전열관 1 개가, 그 대략 중앙을 관통시킨 형태가 되도록 하였다. 또한, 전열관의 직관부에 대하여, 하기 표 1 과 같이 핀 간격 (핀 피치) 이나 핀 매수가 되도록, 각각 순서대로 핀을 평행하게 배열시켜 접합함으로써, 모두 동일한 폭으로 이루어지는, 목적으로 하는 핀군을 형성하였다. 또, 핀 피치가 본 발명에 따른 범위인 1.0 ㎜, 3.0 ㎜ 인 것을 실시예 1∼실시예 4 로 하고, 본 발명의 범위 외인 0.5 ㎜, 8 ㎜ 인 것을 비교예 1∼4 로 하였다.

또한, 비교를 위해, 표면에 표면 처리를 실시하지 않은 순알루미늄 (JIS A1050) 의 판재 (판두께 : 0.13 ㎜) 를 준비하고, 이것을 상기와 동일한 치수의 핀으로 가공하고, 그것을 실시예 1∼4 및 비교예 1∼4 와 동일한 전열관에 장착하여, 그것들과 동일한 폭이 되는 핀군을 형성하고, 이것을 비교예 5 로 하였다. 이러한 비교예 5 의 핀 피치 및 핀 매수는, 상기 표 1 에 함께 나타낸 바와 같이, 핀 피치 : 3.0 ㎜, 핀 매수 100 장으로 하였다.

이어서, 그와 같이 형성한 핀군을, 전열관의 길이 방향에, 소정 간격을 두고 16 개 형성한 후, 전열관의 핀군이 형성되어 있지 않은 지점에 대하여 벤딩 가공을 실시하여, 전열관이 U 자 형태가 되도록 구성하고, 핀군이 소정 간격을 두고 배열됨과 함께, 그들 배열된 핀군을 전열관이 순차 관통하도록, 사행 형태에 있어서 배치되어 있는, 도 1 에 나타내는 바와 같은 서펜타인 열교환기를 제조하였다. 또한, 평행하게 구부러진 전열관의 간격 (중심간 거리) 은 18 ㎜ 이고, 핀 사이의 간극은 1 ㎜ 이다.

이렇게 하여 얻어진 9 종류의 열교환기를, 각각 도 2 에 나타내는 바와 같이 소정의 실외기에 세트하고, 전열관에 냉매 (R410A) 를 통과시키고, 팬 회전에 의한 냉방 운전을 실시하고, 물 날림의 유무를 관찰하였다. 그 결과, 비교예 5 의 핀에 표면 처리가 실시되지 않은 열교환기는 물 날림의 발생이 확인되고, 또한 핀 간격이 0.5 ㎜ 인 비교예 1 및 비교예 3 의 열교환기에 있어서도, 핀 표면에 친수성 수지 또는 발수성 수지의 도막층이 형성되어 있음에도 불구하고, 물 날림의 발생이 확인되었다. 한편, 핀 간격이 1.0 ㎜ 이상인 실시예 1∼4 및 비교예 2, 4 의 열교환기에 있어서는, 물 날림은 전혀 확인되지 않고, 양호한 운전 상태가 확인되었다.

또한, 실시예 1∼4 및 비교예 2, 4 의, 핀 간격이 1.0 ㎜ 이상이 되는 열교환기 (계 6 종류) 에 관해서는, 그 열교환 성능을 비교하기 위해, 각각 이하의 실험을 실시하였다. 구체적으로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 소정의 실외기에 세트한 상태에서, 팬으로 공기를 일정 속도 및 풍속으로 흘리고, 냉매측의 출입구 조건을 모두 일정하게 하여, 냉매 질량 유량 (㎏/s) 을 측정하였다. 그리고, 그 측정된 냉매 질량 유량에, 냉매 출입구의 비엔탈피차 (J/㎏) 를 곱해 열교환량 (W) 을 산출하였다.

그 결과, 핀 간격이 1.0 ㎜ 인 실시예 1 및 실시예 3 에 관련된 열교환기에 있어서는, 그들 열교환량은, 모두 약 1500 W 이고, 또한 핀 간격이 3.0 ㎜ 인 실시예 2 및 실시예 4 의 각 열교환기에서는, 모두 약 750 W 이고, 이것으로부터, 그들 열교환기는, 모두 공기 조화기로서 실용에 견딜 수 있는 열교환량인 것을 확인하였다. 그러나, 핀 간격이 8 ㎜ 인 비교예 2 및 비교예 4 의 열교환기에서는, 열교환량이 약 100 W 로 낮고, 그것들은, 공기 조화기로서 실용 곤란한 열교환기인 것으로 확인되었다.

또한, 이들 실시예 1∼4 의 열교환기에 있어서는, 전열관의 외경에 의해 규정되는 단면적과, 핀의 투영 면적을 구하면, 각각 단면적 (ST) : 31.7 ㎟, 투영 면적 (SF) : 192 ㎟ 이기 때문에, 그 면적비 (SF/ST) 는 6.1 배가 되고, 본 발명에서 규정하는 적절한 범위 내 (3∼30 배) 에 있고, 열교환 성능과 열교환기의 소형화의 양립을 도모하는 관점에서 바람직한 것으로 되어 있는 것이 확인되었다.

-실험예 2-

핀 재료로서, 판두께 : 0.12 ㎜ 의 순알루미늄 (JIS A1050) 의 판재를 사용하고, 그 표면에 형성한 막두께 : 0.1 ㎛ 의 인산크로메이트로 이루어지는 화성 피막 (하지 처리층) 상에, 추가로 불소계 수지로 이루어지는 발수성 도막층, 폴리우레탄계 수지로 이루어지는 친수성 도막층, 또는 실리콘계 수지로 이루어지는 발수성 도막층을, 1 ㎛ 의 두께로 프리코트하는 한편, 전열관으로서, 외경이 7.00 ㎜ 인 인탈산구리 (JIS H3300 C1220) 로 이루어지는 내면 홈 형성 전열관을 사용하는 것 이외에는, 상기 실험예 1 과 동일하게 하여, 핀 간격이 3.0 ㎜ 인 핀군 (1 핀군당 핀수 : 100 장) 을 16 개 배열하여 이루어지는, 각종 서펜타인 열교환기를 제조하였다.

이어서, 그 얻어진 각종 열교환기를, 도 2 에 나타내는 바와 같이 소정의 실외기에 세트하고, 실험예 1 과 동일하게 하여, 냉방 운전을 실시한 결과, 물 날림의 발생은 조금도 확인되지 않았다. 또한, 그들 서펜타인 열교환기의 열교환량을, 건구 (乾球) 온도 : 20 ℃, 습구 (濕球) 온도 : 15 ℃, 전체면 풍속 : 1.0 m/s, 냉매 : R410A, 열교환기 입구 압력 : 2.3 ㎫ 의 조건하에서, 실험예 1 과 동일하게 하여 측정한 결과, 핀 표면에, 불소계 수지로 이루어지는 발수성 도막층, 폴리우레탄계 수지로 이루어지는 친수성 도막층, 또는 실리콘계 수지로 이루어지는 발수성 도막층이 형성된 서펜타인 열교환기는, 각각 약 700 W, 약 700 W, 또는 약 720 W 의 열교환량을 갖는 것이고, 모두 공기 조화기로서 실용 가능한 것이 확인되었다.

-실험예 3-

전술한 실시예 2 와 동일한, 표면에 친수성 수지 도막이 형성된 핀 재료와 내면 홈 형성 전열관을 준비하고, 핀의 치수를 12 ㎜×50 ㎜ (핀 투영 면적 : 600 ㎟) 로 하고, 이러한 핀 1 장에 대하여 전열관이 관통하는 개수를 2 개로 하였다, 도 5 에 나타내는 형상의 서펜타인 열교환기를 제조하였다. 또, 핀 피치나 핀 매수, 핀군의 단수 등은, 실시예 2 의 열교환기와 동일하게 하였다. 이러한 열교환기를, 실시예 2 의 열교환기와 동일하게 소정의 실외기에 세트하고, 물 날림의 유무의 확인과 열교환 성능을 확인한 결과, 모두 양호한 결과가 얻어지는 것을 확인하였다.

-실험예 4-

전술한 실시예 2 와 동일한 핀 재료 (판두께 : 0.12 ㎜) 와 전열관 (외경 : 8.00 ㎜) 을 준비하고, 핀 형상을, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 핀 표면에 엠보스 가공을 실시한 형상으로 하여, 그것 이외의 표면 처리나 치수 등은 실시예 2 와 동등하게 한 서펜타인 열교환기를 제조하였다. 엠보스부는, 높이 (h) : 1.0 ㎜, 통풍 방향 A 에 직행하는 방향의 저부 폭 (d) : 2.8 ㎜, 개수 : 20 개로 하였다.

이렇게 하여 얻어진 서펜타인 열교환기를, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 소정의 실외기에 세트하여, 냉방 운전을 실시한 결과, 물 날림의 발생은 조금도 확인되지 않고, 또한 그 열교환량을, 상기 실험예 2 와 동일하게 하여 측정한 결과, 약 800 W 였다. 이것으로부터, 이러한 엠보스 가공을 핀에 실시함으로써, 한냉지에서의 실외기로서 저온 환경하에서 증발기로서 사용하는 경우, 이러한 엠보스부에 의해 발생하는 적절한 소용돌이류, 특히 세로 소용돌이에 의해, 핀 표면 근방에 비교적 저온의 공기가 체류하는 것을 억제하고, 핀 사이의 중앙 부위에 체류하기 쉬운 비교적 고온의 공기를 핀 표면에 접촉시킬 수 있고, 핀 표면에서의 착상의 억제, 또는 착상한 서리의 성장을 억제하는 효과가 발휘될 것으로 기대된다.

또한, 이러한 엠보스 가공에 의한 엠보스부의 형성 대신에, 슬릿 가공에 의해 평면에서 보아 사다리꼴상인 잘라 일으킨 슬릿 (높이 : 0.7 ㎜, 개수 : 8 개) 을 형성하여 이루어지는 핀을 사용하여 얻어진 서펜타인 열교환기에 있어서도, 동일하게 물 날림의 발생은 확인되지 않고, 또한 열교환량이 약 850 W 가 되는 결과가 얻어졌다.

-실험예 5-

전열관으로서, 순알루미늄 (JIS A1050) 으로 이루어지는, 내면에 스트레이트 홈을 갖는 내면 홈 형성 전열관을 준비하였다. 이러한 내면 홈 형성 전열관에 있어서는, 외경 : 6.35 ㎜, 바닥 두께 : 0.4 ㎜, 홈 깊이 : 0.15 ㎜, 홈 조수 : 58 조로 하였다. 그와 같은 내면 홈 형성 전열관에 관해서, 표면 처리를 실시하지 않은 것과, 외표면에 아연 용사 처리를 실시한 것의 2 종류의 전열관을 준비하였다. 또한, 핀 재료로서, 순알루미늄 (JIS A1050) 의 판재와, 알루미늄 합금 (JIS A7072) 의 판재를 준비하고, 전술한 실시예 2 와 동일하게 하여, 표면에 화성 처리를 실시한 후에 내식성 도막과 친수성 도막을 형성하여, 핀 재료로 하였다. 또한, 그들 2 개의 핀 재료를, 실시예 2 와 동일한 핀 형상으로 가공하였다.

이와 같이 준비된 핀과 전열관을 사용하여, 먼저, 그 외표면에 아연 용사 처리를 실시한 알루미늄제 전열관과 순알루미늄 (JIS A1050) 으로 이루어지는 핀을 조합하여, 핀 피치나 핀 매수 등의 치수가 전술한 실시예 2 와 동일해지는 서펜타인 열교환기를 제조하였다. 한편, 외표면에 표면 처리가 실시되지 않은 알루미늄제 전열관과, 알루미늄 합금 (JIS A7072) 으로 이루어지는 핀을 조합하여, 동일하게 서펜타인 열교환기를 제조하였다. 이 열교환기에 있어서도, 실시예 2 와 동등한 제원이 되도록 하였다. 핀 재질과 전열관 재질을, 이러한 조합으로 함으로써, 전열관의 내식성의 향상이 기대된다.

-실험예 6-

전열관으로서, Al-Mn 계 알루미늄 합금 (JIS A3003) 으로 이루어지는, 외경 : 7.00 ㎜, 단면이 원형 형상이 된, 긴 직관상의 관체를 준비하였다. 또한, 다른 전열관으로서, 재질 및 외경이 동일하고, 내면 홈으로서, 실험예 1 또는 실험예 5 에 나타내는 나선 홈 또는 스트레이트 홈이 형성되어 이루어지는, 내면 홈 형성 알루미늄 합금관도 준비하였다. 또한, 핀 재료로서, 판두께가 0.12 ㎜ 인 순알루미늄 (JIS A1050) 의 판재를 준비하고, 그 표면에, 실험예 1 과 동일하게 하여, 인산크로메이트 피막과 PVA 피막 또는 에폭시 수지 피막을 형성하여, 각각의 핀을 제조하였다.

이어서, 이러한 준비된 각종 핀과 각종 전열관을 사용하여, 하기 표 2 에 나타내는 바와 같이 조합하고, 핀 피치가 0.5 ㎜, 1.0 ㎜, 또는 3.0 ㎜ 가 되는, 각종 서펜타인 열교환기를 제조하였다.

그리고, 이 얻어진 각종 서펜타인 열교환기에 관해서, 실험예 2 와 동일하게 하여, 공기 조화기의 실외기에 있어서의 냉방 운전을 실시하고, 물 날림의 유무를 관찰함과 함께, 열교환량의 측정을 실시하였다. 그 결과를, 하기 표 2 에 함께 나타냈다.

-실험예 7-

전열관으로서, 인탈산구리 (JIS H3300 C1220) 또는 Al-Mn 계 알루미늄 합금 (JIS A3003) 으로 이루어지는, 외경 : 7.00 ㎜, 단면이 원형 형상인 평활한 내면을 갖는 관재를 준비하였다. 또한, 그와 같은 관재의 관 외표면을 에폭시 수지 피복한 것이나, 실험예 5 와 같이 아연 용사 피복을 실시한 것을 준비하고, 추가로 내측의 심재층 (JIS A3003) 의 외주면에 피재층 (JIS A7072) 을 클래드율 : 7 % 로 일체적으로 형성하여 이루어지는, 2 중관 구조의 클래드관 (외경 : 7.00 ㎜) 도 준비하였다. 한편, 핀 재료로는, 판두께가 0.12 ㎜ 인 순알루미늄 (JIS A1050) 의 판재의 표면에, 실험예 1 과 동일하게 하여, 인산크로메이트 피막과 PVA 피막을 형성하여 이루어지는 것을 준비하였다.

이어서, 이러한 준비된 각종 전열관과 각종 핀을 사용하여, 핀 피치 : 1.0 ㎜, 핀 매수 ; 100 장의 핀군을 16 단에 있어서 갖는 서펜타인 열교환기를, 실험예 1 과 동일하게 하여 제조하였다.

그리고, 이렇게 하여 얻어진 각종 열교환기의 내식성을, 각각 SWAAT 시험 (ASTM G85-94) 으로 평가하고, 그 결과를, 하기 표 3 에 나타냈다. 또, SWAAT 시험은, 시험액으로서 인공 해수 (pH : 2.8∼3.0) 를 사용하고, 온도 : 49 ℃, 유지 분위기 : 98 %RH 의 조건하에서, 분무 : 30 분과 유지 : 90 분의 사이클을 반복 실시하였다.

-실험예 8-

16 단의 핀군을 갖고, 그 상단 영역 A 나 하단 영역 B 및 그 중간 영역에서의, 핀군의 핀 피치를 여러 가지 변화시킨 서펜타인 열교환기 No.31∼No.37 을, 실시예 2 와 동일하게 하여 제조하였다. 각각의 열교환기에 있어서의, 상단 영역 A 에 위치하는 핀군은 4 단으로 하고, 또한 하단 영역 B 에 위치하는 핀군은 4 단으로 하는 한편, 그들 사이의 중간 영역에는, 8 단의 핀군이 위치하는 것으로 하여, 각각의 영역의 핀 피치 (p₁, p₂, p₃) 가, 각각의 위치에 있어서의 풍속을 고려하여, 하기 표 4 에 나타내는 값이 되도록 구성하였다.

이어서, 이와 같이 제조된 열교환기 No.31∼No.37 에 관해서, 그 열교환 성능을 비교하기 위해 이하의 실험을 실시하였다. 구체적으로는, 도 3 에 나타내는 바와 같은 형태에 있어서, 각 열교환기를 풍동 (風洞) 장치에 세트한 상태에서, 팬을 소정의 회전 속도로 운전하여 통풍하는 한편, 냉매측의 출입구 조건을 모두 일정하게 하여, 냉매 질량 유량 (㎏/s) 을 측정하였다. 그리고, 그 측정된 냉매 질량 유량에, 냉매 출입구의 비엔탈피차 (J/㎏) 를 곱해 열교환량 (W) 을 산출하였다. 또, 이러한 실험에 있어서, 열교환기 No.31 에 있어서의 상단 영역 A 의 풍속은 3.0 m/s 이고, 하단 영역 B 에서는 1.0 m/s 이고, 중간 영역에서는 1.5 m/s 였다. 또한, 이 실험에서는, 핀 매수의 차이에 의해, 공기측 전열 면적이 상이한 것이 되므로, 산출한 열교환량을 공기측 전열 면적으로 나눈 값을 사용하여, 열교환기 No.31 의 값을 1.0 으로 했을 때의, 각각의 성능비로서 산출하였다. 그 결과를, 하기 표 4 에 함께 나타냈다.

이러한 표 4 의 결과로부터 명확한 바와 같이, 열교환기 No.31 은, 핀 피치가 상단 영역 A 에서 하단 영역 B 까지 모두 3.0 ㎜ 로 되어 있고, 공기 조화기로서 실용에 견딜 수 있는 열교환량의 것이었다. 또한, 열교환기 No.32, 35 및 36 은, p₂/p₁ 의 값이 본 발명에서 규정되는 바람직한 범위에 있고, 열교환기 전체로서도 통풍 저항이 과대해지지 않고, 열교환 성능은 특히 바람직한 것이 확인되었다. 또한, 열교환기 No.33, 34 는, 열교환기 No.31 과 동일하게, p₂/p₁ 의 값이 바람직한 범위로부터 벗어나 있고, 그 때문에, 상단의 핀군에 있어서의 적정한 운전 조건을 설정했을 때, 하단의 핀군에 있어서 통풍 저항이 과도하게 증대되고, 공기 조화기로서의 실용에는 견딜 수 있지만, 열교환기 전체로서의 열교환 성능의 향상 효과는 충분하다고는 확인되지 않았다. 또한, 열교환기 No.37 은, p₂/p₁ 의 값이 지나치게 커져 있음과 함께, 하단 영역의 핀 피치 (p₂) 가 적정한 핀 피치보다 커져 있기 때문에, 열교환 성능이 낮게 되어 있는 것으로 확인된다.

10 : 열교환기
12 : 핀
14 : 핀군
16 : 금속제 전열관
18 : 벤딩부
20 : 실외기
22 : 팬

Claims

열교환 유체의 유통 방향 (x 방향) 에 대하여 직각인 방향 (y 방향) 에 있어서 서로 평행하게 또한 소정의 간격으로 배치되는 다수 장의 핀으로 이루어지는 핀군의 복수가, 그들 x 방향 및 y 방향에 대하여 직각인 방향 (z 방향) 으로 서로 일정 거리를 두고 일렬로 배열되고, 복수 단의 핀군을 구성함과 함께, 1 장의 핀에 1 개 내지 2 개의 금속제 전열관이 관통되어 이루어지는 형태에 있어서, 그들 각 단의 핀군을 순차 관통하도록, 그 금속제 전열관이 사행 형태에 있어서 배치되어 이루어지는 구조의 서펜타인 열교환기에 있어서,
상기 핀군을 구성하는 각 핀이 동일한 형상을 갖고, 또한 인접하는 핀이 0.6∼5.0 ㎜ 의 간격으로 배열되어 있음과 함께,
상기 핀이, 금속판의 적어도 일방의 면에 단층 또는 복층의 도막층이 형성되어 이루어지는 프리코트 금속판으로 이루어지고, 또한 그 도막층 중의 적어도 최외층이 친수성 수지 또는 발수성 수지로 이루어지는 도막층이고,
상기 금속판이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 전열관이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되어 있는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 전열관이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되고, 그 외표면에, 아연에 의한 희생 양극 효과가 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 금속판의 재질이, JIS A1050, JIS A1100, JIS A1200, JIS A7072, 및 JIS A1050, JIS A1100 또는 JIS A1200 에 0.1∼0.5 질량% 의 Mn 및/또는 0.1∼1.8 질량% 의 Zn 을 함유시킨 것 중 어느 1 종으로 이루어지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 또한 상기 전열관의 재질이, JIS A1050, JIS A1100, JIS A1200, 및 JIS A3003 중 어느 1 종으로 이루어지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 전열관이, 구리 또는 구리 합금으로 구성되어 있는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 5 항에 있어서,
상기 전열관의 재질이, JIS H3300 C1220 또는 JIS H3300 C5010 인 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 금속제 전열관의 내면에, 관축 방향에 평행한 스트레이트 홈, 관축에 대하여 소정의 비틀림각을 갖는 나선 홈, 혹은 관축 방향에서 교차하는 홈으로 구성되는 크로스 홈 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 핀은, 두께 방향으로 돌출하여 저부 외형이 원형 또는 타원형을 나타내는 엠보스부의 복수를 갖는 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 핀에, 슬릿 가공 또는 루버 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 핀의 투영 면적이, 상기 전열관의 외경에 의해 규정되는 단면적의 3∼30 배인 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 핀의 투영 면적이 200∼1000 ㎟ 인 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 금속제 전열관의 외경이 3∼13 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 금속판의 표면에, 하지 처리층이 형성되고, 이 하지 처리층 상에, 상기 단층 또는 복층의 도막층이 형성되어 있는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 친수성 수지가, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리아크릴아미드계 수지, 폴리아크릴산계 수지, 셀룰로오스계 수지, 및 폴리에틸렌글리콜계 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 발수성 수지가, 에폭시계 수지, 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 멜라민계 수지, 불소계 수지, 실리콘계 수지, 및 폴리에스테르계 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 금속제 전열관의 표면에, 수지제 도막층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 16 항에 있어서,
상기 수지제 도막층이 열전도성 필러를 포함하는 것임을 특징으로 하는 공기 조화기용 서펜타인 열교환기.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 서펜타인 열교환기와, 상기 z 방향에 배열된 복수 단의 핀군에 상기 x 방향으로 열교환 유체를 유통시키는 팬 수단을 구비한 공기 조화기에 있어서,
그 팬 수단에 의한 열교환 유체 유통시의 풍속이 큰 제 1 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부에서의 인접하는 핀 사이의 간격을 p₁ 로 하고, 그 제 1 영역에서의 풍속에 대하여 0.7 이하의 풍속이 되는, 풍속이 작은 제 2 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부에서의 인접하는 핀 사이의 간격을 p₂ 로 했을 때, 다음 식 :
1.5 ≤ p₂/p₁ ≤ 3.0
을 만족하도록, 그들 핀군 또는 그 일부에서의 핀 간격이 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부와 상기 제 2 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부가, 상기 z 방향에서 상이한 단에 위치하고 있는 공기 조화기.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부와 상기 제 2 영역에 위치하는 핀군 또는 그 일부가, 상기 z 방향에서 동일한 단에 위치하고 있는 공기 조화기.