KR20180086747A - 공기 조화기 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 공기 조화기 시스템은, 동관을 구비하는 실외기 또는 실내기; 건축물의 벽 안 또는 바닥 내부에 형성되고, 상기 실외기의 설치 공간 또는 상기 실내기의 설치 공간에 노출되는 배관 박스; 상기 건축물의 벽 안 또는 바닥의 내부에 매설되고, 상기 배관 박스에 노출되는 단부를 구비하는 매설 동관; 및 상기 실외기 또는 실내기의 동관과 상기 매설 동관의 단부를 서로 연결하는 설치 배관을 포함하고, 상기 설치 배관은, 스테인리스 스틸 관부; 상기 스테인리스 스틸 관부의 양 단 중 적어도 하나에 접합되고, 상기 실외기나 실내기의 동관에 연결 가능하거나 상기 매설 동관의 단부에 접합 가능하도록 이루어지는 동 관부를 포함한다.

Description

공기 조화기 시스템{AIR CONDITIONER SYSTEM}
본 발명은 설치 배관을 포함하는 공기 조화기 시스템에 관한 것이다.
흔히 에어컨이라고 불리는 공기 조화기는 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기 등으로 이루어지는 냉동 사이클을 이용하여 실내의 온도와 습도를 조절하기 위한 장치를 가리킨다. 공기 조화기는 실외기에 적어도 하나의 실내기가 냉매관에 의해 연결된 구성을 갖는다.
종래의 냉매관은 주로 구리(Cu, copper, 동) 소재로 이루어졌다. 그런데 동관(구리 소재로 이루어지는 냉매관)에는 몇 가지 문제점이 존재한다.
먼저, 구리는 부식으로 발생으로 인해 장기 신뢰성에 한계를 가진다. 또한 구리는 R32 등의 고압 신냉매의 유로로 사용되기에는 충분한 내압 특성을 가지지 못할 수 있다. 이러한 동관의 단점을 보완하기 위해 특허공개공보 특2003-0074232에서는 스테인리스 강관이 제시된 바 있다.
동관의 단점을 보완하기 위해서는 구리의 특성을 개선하거나 대체 소재를 이용하는 것이 불가피하다. 그러나 스테인리스 강관은 동관에 비해 설치 작업 상의 단점을 가지고 있다. 그 이유는 완제품으로 판매되는 텔레비전이나 냉장고 등의 가전 제품과 달리, 공기 조화기가 반제품으로 판매되는 특성을 갖기 때문이다.
반제품이란 단순히 전원 플러그를 꼽는 것만으로는 공기 조화기가 작동할 수 없고, 설치 작업을 필요로 한다는 것을 의미한다. 예를 들어 냉장고는 가정으로 수송된 후 전원 플러그를 콘센트에 꼽으면 바로 작동한다. 그러나 공기 조화기는 가정이나 사무실 등의 설치 현장에서 실외기와 실내기를 서로 연결해야 하고 냉매를 주입해야 하는 등의 설치 작업을 반드시 필요로 한다.
이러한 설치 작업 중의 하나가 냉매관의 용접이다. 실외기와 실내기는 독립적으로 작동할 수는 없고, 냉동 사이클을 구성하기 위해 냉매관에 의해 서로 연결되어야 한다. 그러나 설치 작업 현장에서 스테인리스 강관을 용접하여 실외기와 실내기를 연결하는 것은 경험, 전문성, 장비 등의 한계로 인해 어려움이 많다. 특히 실외기와 실내기에 동관이 구비되어 있음으로 인해 동관과 스테인리스 강관을 서로 연결해야 한다면, 실질적으로 설치 현장에서는 용접 작업을 하기가 대단히 어렵다.
본 발명의 일 목적은 이러한 문제를 해결하기 위해 종래의 구리로 이루어진 설치 배관을 스테인리스 스틸로 이루어진 설치 배관으로 대체하면서도, 공기 조화기 설치 현장에서의 설치 작업성을 향상시킬 수 있는 구성의 공기 조화기 시스템을 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 실외기와 실내기에 동관이 구비되어 있거나 배관 박스에 매설 동관이 구비되어 있는 경우에도 상기 동관 또는 매설 동관과 쉽게 용접 가능한 설치 배관, 그리고 상기 설치 배관을 포함하는 공기 조화기 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 1차 용접의 용접물이이 2차 용접에 의해 영향을 받아 녹아내리는 문제를 해결하기 위한 것이다.
본 발명의 공기 조화기 시스템은 설치 배관을 포함하고, 상기 설치 배관은 스테인리스 스틸 관부와 동 관부를 포함한다. 상기 동 관부는, 상기 스테인리스 스틸 관부의 양 단 중 적어도 하나에 접합되고, 상기 실외기나 실내기의 동관에 연결 가능하거나 상기 매설 동관의 단부에 접합 가능하도록 이루어진다.
공기 조화기 시스템은, 동관을 구비하는 실외기 또는 실내기; 건축물의 벽 안 또는 바닥 내부에 형성되고, 상기 실외기의 설치 공간 또는 상기 실내기의 설치 공간에 노출되는 배관 박스; 상기 건축물의 벽 안 또는 바닥의 내부에 매설되고, 상기 배관 박스에 노출되는 단부를 구비하는 매설 동관; 및 상기 설치 배관을 포함한다. 상기 설치 배관은 상기 실외기 또는 실내기의 동관과 상기 매설 동관의 단부를 서로 연결한다.
상기 동 관부의 길이는 2 내지 30cm일 수 있으며, 나아가 상기 동 관부의 길이는 2 내지 4cm일 수 있다.
상기 동 관부가 확관 가공되는 경우, 상기 동 관부는, 상기 스테인리스 스틸 관부와 동일한 외경을 갖는 제1 부분; 및 상기 제1 부분보다 큰 외경을 가지며, 상기 스테인리스 스틸 관부의 양 단 중 적어도 하나를 감싸면서 상기 스테인리스 스틸에 접합되는 제2 부분을 포함한다. 상기 제2 부분의 내주면과 상기 스테인리스 스틸 관부의 외주면 사이에는 용접에 의한 용접 접합부가 형성된다.
상기 스테인리스 스틸 관부가 확관 가공되는 경우, 상기 스테인리스 스틸 관부는, 상기 동 관부와 동일한 외경을 갖는 제1 부분; 및 상기 제1 부분보다 큰 외경을 가지며, 상기 동 관부의 일 단을 감싸면서 상기 동 관부에 접합되는 제2 부분을 포함한다. 상기 제2 부분의 내주면과 상기 동 관부의 외주면 사이에는 용접에 의한 용접 접합부가 형성된다.
상기 용접 접합부의 녹는점은 900℃ 이상이다.
상기 동 관부는, 상기 스테인리스 스틸 관부의 양 단부에 각각 구비될 수 있다. 제1 동 관부는 상기 스테인리스 스틸 관부의 일 단에 접합되고, 상기 실외기나 실내기의 동관에 연결 가능하도록 이루어진다. 그리고, 제2 동 관부는 상기 스테인리스 스틸 관부의 타 단에 접합되고, 상기 매설 동관의 단부에 연결 가능하도록 이루어진다.
상기 스테인리스 스틸 관부는 주름을 갖고, 상기 주름은 상기 스테인리스 스틸 관부의 적어도 일부가 가공되어 상기 스테인리스 스틸 관부의 나머지 부분과 일체로 형성된다.
상기 주름이 있는 영역은 상기 주름이 없는 영역보다 0 초과 5% 이하의 두께만큼 얇다.
상기 주름은 산과 골이 반복적으로 교번 배치되어 형성되고, 상기 산에서 상기 스테인리스 스틸 관부의 두께(T1), 상기 골에서 상기 스테인리스 스틸 관부의 두께(T2) 및 상기 산과 상기 골 사이에서 상기 스테인리스 스틸 관부의 두께(T3)는 서로 0 초과 2% 이하의 차이를 갖는다.
상기 주름은 산과 골이 반복적으로 교번 배치되어 형성되고, 상기 산은 상기 스테인리스 스틸 관부의 길이 방향을 따라 1cm의 길이마다 2 내지 5개씩 형성된다.
상기 주름은 산과 골이 반복적으로 교번 배치되어 형성되고, 서로 인접한 두 사이의 거리는 8mm 이하다.
상기 주릅은 산과 골이 반복적으로 교번 배치되어 형성되고, 상기 산은 상기 스테인리스 스틸 관부의 외주면에서 원형으로 확장되는 방향을 따라 돌출된다.
상기 주름은 산과 골이 반복적으로 교변 배치되어 형성되고, 상기 산에서의 외경과 상기 골에서의 외경의 차이는 2.8 내지 3.2mm다.
상기 설치 배관은 코일 스프링을 더 포함하고, 상기 코일 스프링은 상기 스테인리스 스틸 관부를 굽은관으로 소성 변형시키는 과정에서 상기 스테인리스 스틸 관부의 진원도 변화를 억제하고 상기 스테인리스 스틸 관부의 소성 변형 상태를 유지시키도록 상기 스테인리스 스틸 관부의 외주면을 감싼다.
상기 코일 스프링의 내직경과 상기 스테인리스 스틸 관부의 외직경의 차이는 0 초과 1mm 이하다.
상기 스테인리스 스틸 관부의 외주면과 상기 코일 스프링 사이의 간격은 1 초과 3mm 이하이며, 상기 코일 스프링의 두께는 0.5mm 이상이다.
본 발명의 설치 배관은 스테인리스 스틸 관부의 양 단 중 적어도 하나에 동 관부를 구비한다. 따라서, 본 발명의 설치 배관을 이용하면 동관이 구비된 설치 현장에서 동종 소재(구리와 구리)끼리 용접하여 공기 조화기 시스템을 설치할 수 있으며, 이종 소재(스테인리스 스틸과 구리)의 용접을 필요로 하지 않는다.
또한 스테인리스 스틸 관부를 구성하는 스테인리스 스틸 소재는 구리에 비해 열손실 저감 성능과 내식 성능을 갖기 때문에, 구리 소재를 스테인리스 스틸 소재로 대체함에 따라 공기 조화기 시스템의 신뢰성과 내구성이 향상될 수 있다.
본 발명의 스테인리스 스틸 관부를 구성하는 스테인리스 스틸 소재는 구리 수준의 강도와 경도를 가지므로, 공기 조화기 시스템의 설치 현장에서 필요로 하는 충분한 가공성과 작업성이 확보될 수 있다.
스테인리스 스틸 관부와 동 관부 사이의 용접 접합부는 900℃ 이상의 녹는점을 가지므로, 600-850℃에 불과한 설치 현장에서의 용접에 영향을 받지 않는다.
도 1은 본 발명의 공기 조화기 시스템을 보인 개념도다.
도 2는 본 발명의 공기 조화기 시스템에 구비되는 설치 배관의 일 예를 보인 개념도다.
도 3은 본 발명의 공기 조화기 시스템에 구비되는 설치 배관의 다른 일 예를 보인 개념도다.
도 4는 본 발명의 공기 조화기 시스템에 구비되는 설치 배관의 또 다른 일 예를 보인 개념도다.
이하, 본 발명에 관련된 설치 배관 및 상기 설치 배관을 포함하는 공기 조화기 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 공기 조화기 시스템(100)을 보인 개념도다.
실외기(111)는 실외에 노출되도록 설치된다. 실외기(111)는 실외의 공기와 열교환하도록 이루어진다. 이에 반해 실내기(112)는 실내에 설치된다. 실내기(112)는 실내의 공기와 열교환하도록 이루어진다.
공기 조화기 시스템(100)은 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기 등을 포함하며, 이들은 냉동 사이클을 구성하게 된다. 상기 냉동 사이클을 순환하는 냉매의 순환 방향에 따라 공기 조화기 시스템(100)은 냉방기로 작동할 수도 있고, 히트 펌프로 작동할 수도 있다. 공기 조화기 시스템(100)이 냉방기로 작동하는 경우 실외기(111)는 응축기에 해당하고, 실내기(112)는 증발기에 해당한다.
냉매관들은 사이클 배관과 설치 배관(131, 132)으로 구분된다. 사이클 배관과 설치 배관(131, 132)을 구분하는 기준은 공기 조화기 시스템(100)의 설치 작업 현장에서 설치 작업을 필요로 하는지 여부다. 사이클 배관이나 설치 배관(131, 132) 모두 결과적으로 냉동 사이클을 구성한다는 점에서는 차이가 없다.
사이클 배관이란 본래부터 실외기(111)나 실내기(112) 내에 구비되는 종류의 배관을 가리킨다. 따라서 사이클 배관은 설치 작업 현장에서 별도로 설치 작업을 필요로 하지 않는다. 예를 들어 실외기(111)나 실내기(112)에는 동관(111a, 112a)이 구비될 수 있으며, 이 동관(111a, 112a)은 사이클 배관에 해당한다. 이 동관(111a, 112a)은 공기 조화기 시스템(100)의 설치 작업 현장에서 설치 배관(131, 132)과 연결될 배관이다.
이에 반해 설치 배관(131, 132)은 공기 조화기 시스템(100)의 설치 작업 현장에서 상기 사이클 배관 등과 연결되는 등 설치 작업을 필요로 하는 배관이다.
다만 매설 배관(133)은 사이클 배관이나 설치 배관(131, 132) 중 어느 하나로 구분하기 어려울 수 있다. 매설 배관(133)은 공기 조화기를 제조 및 판매하는 업체에서 제작하는 것이 아니라, 건물을 건축하는 건설사에서 매설하는 것이기 때문이다.
종래에는 공기 조화기 시스템(100)의 설치를 위한 매설 배관(133)이 건축물에 구비되지 않았다. 따라서 실외기(111)와 실내기(112)를 설치하고 나면, 설치 배관(131, 132)이 거실, 방, 사무실 등에 시각적으로 노출될 수 밖에 없었다.
이러한 단점을 해소하기 위해 근래에는 건축물의 벽(10, 11) 안 또는 바닥(20)의 내부에 배관이 매설되며, 이를 매설 배관(133)이라고 한다. 매설 배관(133)은 건물의 건설 당시부터 건설사에서 매설하기 때문에, 공기 조화기를 제조 및 판매하는 업체에서 그 소재나 길이, 외경 등의 세부 디자인을 설정할 수 없다.
다만 일반적으로 매설 배관(133)은 구리(동) 소재를 이용하여 제조되며, 구리로 이루어지는 매설 배관(133)은 매설 동관(133)이라고 명명될 수 있다. 건축물의 벽(10, 11) 안 또는 바닥(20) 내부에는 배관 박스(121, 122)가 형성되며, 매설 동관(133)의 단부(133a, 133b)는 배관 박스(121, 122)를 통해 노출된다.
배관 박스(121, 122)는 실외기(111)의 설치 공간이나 실내기(112)의 설치 공간에 노출된다. 또한 배관 박스(121, 122)는 커버를 구비할 수 있다. 커버를 개방하면, 그 내측에 구비되는 매설 동관(133)의 단부(133a, 133b)가 노출된다.
이와 같이 배관 박스(121, 122)와 매설 동관(133)은 설치 배관(131, 132)의 시각적 노출 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다. 또한 설치 배관(131, 132)의 길이를 종래보다 줄일 수 있다는 장점도 있다. 배관 박스(121, 122)를 통해 노출되는 매설 동관(133)의 단부(133a, 133b)를 실외기(111)의 동관(111a)이나 실내기(112)의 동관(112a)에 연결하면, 공기 조화기 시스템(100)의 설치 작업을 완료할 수 있기 때문이다.
배경기술 항목에서 언급한 구리 배관의 단점을 해소하기 위해서는 스테인리스 스틸 소재의 배관을 도입하는 것이 필요하다. 그러나 앞서 설명한 것과 같이 매설 동관(133)은 공기 조화기를 제조 및 판매하는 업체에서 세부 디자인을 설정할 수 없다. 또한 이미 건설이 완료된 대다수의 건축물들에는 구리고 이루어지는 배관이 매설되어 있다.
본 발명은 이러한 제한 내에서 설치 배관(131, 132)을 스테인리스 스틸 소재로 변경하면서도 실외기(111)나 실내기(112)에 구비되는 동관(111a, 112a), 또는 매설 동관(133)의 단부(133a, 133b)에 접합 가능한 설치 배관(131, 132)을 제공한다.
본 발명의 설치 배관(131, 132)은 실외기(111) 또는 실내기(112)의 동관(111a, 112a)과 매설 동관(133)의 단부(133a, 133b)를 서로 연결하도록 이루어진다.
이하에서는 설치 배관(131, 132)에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 공기 조화기 시스템(100)에 구비되는 설치 배관(231)의 일 예를 보인 개념도다.
설치 배관(231)은 스테인리스 스틸 관부(231a)와 동 관부(231b)를 포함한다.
동 관부(231b)는 스테인리스 스틸 관부(231a)의 양 단 중 적어도 하나에 접합된다. 스테인리스 스틸 관부(231a)의 양 단에 동 관부(231b)가 접합되는 경우, 스테인리스 스틸 관부(231a)의 일 단에 접합되는 것이 제1 동 관부, 스테인리스 스틸 관부(231a)의 타 단에 접합되는 것이 제2 동 관부를 명명될 수 있다. 제1 동 관부는 실외기(111)나 실내기(112)의 동관(111a, 112a)에 연결 가능하도록 이루어지고, 제2 동 관부는 매설 동관(133)의 단부(133a, 133b)에 연결 가능하도록 이루어질 수 있다.
동 관부(231b)의 일 단은 공기 조화기 시스템(100)의 설치 작업 전부터 스테인리스 스틸 관부(231a)에 접합되어 있다. 설치 배관(231)에서 동 관부(231b)를 제외한 나머지 부분은 모두 스테인리스 스틸 관부(231a)에 해당한다.
서로 접합되기 전의 스테인리스 스틸 관부(231a)와 동 관부(231b)는 본래 서로 동일한 내경과 외경(A, B)을 갖는다. 특히 스테인리스 스틸 관부(231a)와 동 관부(231b)의 내경이 같아야, 그 내부에 냉매가 흐를 때 압력 강하 또는 소음 발생 등의 문제가 없다.
스테인리스 스틸 관부(231a)와 동 관부(231b)는 로 브레이징(furnace brazing), 레이저(laser) 용접, 아르곤 전기 용접(TIG 용접 또는 MIG 용접)에 의해 서로 접합될 수 있다. 스테인리스 스틸 관부(231a)와 동 관부(231b) 중 어느 하나를 플레어 가공이라는 확관 가공을 한 후 상기 방법들을 이용하여 서로 접합하게 되면, 설치 배관(231)이 완성된다.
동 관부(231b)를 확관 가공하는 경우 동 관부(231b)는 제1 부분(231b1)과 제2 부분(231b2)으로 구분될 수 있다. 제1 부분(231b1)은 스테인리스 스틸 관부(231a)와 동일한 외경(B)을 갖는 부분이고, 제2 부분(231b2)은 확관 가공으로 인해 제1 부분(231b1)보다 큰 외경(C)을 갖는 부분이다. 제2 부분(231b2)은 스테인리스 스틸 관부(231a)의 일 단을 감싸면서 스테인리스 스틸 관부(231a)에 접합되게 된다. 제2 부분(231b2)의 내주면과 스테인리스 스틸 관부(231a)의 내주면 사이에는 용접에 의한 용접 접합부(231c)가 형성된다.
반대로 스테인리스 스틸 관부(231a)를 확관 가공하는 경우 스테인리스 스틸 관부(231a)는 제1 부분과 제2 부분으로 구분될 수 있다. 제1 부분은 동 관부(231b)와 동일한 외경을 갖는 부분이고, 제2 부분은 확관 가공으로 인해 제1 부분보다 큰 외경을 갖는 부분이다. 제2 부분은 동 관부(231b)의 일 단을 감싸면서 동 관부(231b)에 접합되게 된다. 제2 부분의 내주면과 동 관부(231b)의 외주면 사이에는 용접에 의한 용접 접합부가 형성된다.
이렇게 완성된 설치 배관(231)은 공기 조화기 시스템(100, 도 1 참조)의 설치 작업 현장에서 사용될 수 있다.
용접 접합부(231c)의 녹는점은 900℃ 이상이다. 예를 들어, 인청동 용가재(phosphor bronze filler metal)를 이용하여 스테인리스 스틸 관부(231a)와 동 관부(231b)를 로 브레이징하게 되면, 용접 접합부(231c)의 녹는점은 약 1050℃가 된다. 용접 접합부(231c)의 녹는점이 900℃ 이상이어야 하는 이유는 설치 작업 과정에서 동 관부(231b)의 용접에 의한 영향을 받지 않기 위함이다.
동 관부(231b)는 실외기(111, 도 1 참조)나 실내기(112, 도 1 참조)의 동관(111a, 112a, 도 1 참조)에 연결 가능하거나 매설 동관(133, 도 1 참조)의 단부(133a, 133b)에 접합 가능하도록 이루어진다. 동 관부(231b)의 일 단은 공기 조화기 시스템(100)의 설치 작업 전부터 스테인리스 스틸 관부(231a)에 접합되어 있는 반면, 타 단은 공기 조화기 시스템(100)의 설치 작업 현장에서 실외기(111)나 실내기(112)의 동관(111a, 112a) 또는 매설 동관(133)에 접합되게 된다. 동 관부(231b)가 동관(111a, 112a) 또는 매설 동관(133)에 접합 가능한 이유는 서로 동종 소재인 구리(동)로 이루어지기 때문이다.
구리 소재의 단점을 스테인리스 스틸 소재로 보완하기 위해서는 설치 배관(231)에서 스테인리스 스틸 관부(231a)의 비율이 동 관부(231b)의 비율보다 클수록 바람직하다. 다시 말해, 동일한 길이의 설치 배관(231)에서 스테인리스 스틸 관부(231a)의 길이(D)는 길수록 바람직하고, 동 관부(231b)의 길이는 짧을수록 바람직하다. 그러나 동으로만 이루어지는 종래의 배관과 동등한 수준의 설치 작업성을 확보하기 위해서는 동 관부(231b)의 최적 길이가 설정되어야 한다.
본 발명에서는 동 관부(231b)의 길이가 2 내지 30cm일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 4cm일 수 있다. 동 관부(231b)를 확관 가공하기 위해서는 최소 2cm 이상의 길이가 확보되어야 한다. 또한 동 관부(231b)를 동관(111a, 112a) 또는 매설 동관(133)에 용접 접합하기 위해서는 2cm 이상의 길이가 확보되어야 한다.
동 관부(231b)가 실외기(111)나 실내기(112)의 동관(111a, 112a) 또는 매설 동관(133)과 용접 접합되는 과정에서 스테인리스 스틸 관부(231a)와 동 관부(231b) 사이의 용접 접합부(231c)가 녹아 내리는 등의 영향을 받지 않기 위해서는 동 관부(231b)의 길이가 길수록 바람직하다. 그러나 동 관부(231b)의 길이가 길어지는 것은 설치 배관(231)의 소재를 스테인리스 스틸로 대체하는 장점을 살리지 못하게 된다. 따라서 동 관부(231b)의 길이가 아무리 길더라도 30cm 이하인 것이 바람직하다.
나아가 동 관부(231b)의 길이의 상한은 용접 접합부(231c)가 영향을 받지 않는 범위 내에서 최소한으로 설정되는 것이 바람직하다. 그래야 설치 배관(231)의 구리 소재를 스테인리스 스틸로 대체하는 장점을 살릴 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 동 관부(231b)의 길이의 상한이 4cm로 설정될 수 있다.
동 관부(231b)의 길이의 상한이 4cm라는 것은 종래와 비교하면 매우 짧은 것이다. 동 관부(231b)의 길이의 상한이 4cm로 설정될 수 있는 이유는, 용접 접합부(231c)의 녹는점이 900℃ 이상이기 때문이다.
설치 배관(231)의 설치 현장에서 이루어지는 용접 접합 온도는 약 600-850℃ 정도다. 일반적으로 설치 배관(231)의 설치 현장에서는 인동용접봉, 은용접봉을 이용하여 용접 접합하게 되며, 이들 용접봉의 용접온도가 600-850℃ 정도이기 때문이다. 따라서 용접 접합부(231c)의 녹는점이 900℃라면 용접온도에 영향을 받지 않는다.
구리로만 이루어진 종래의 설치 배관의 경우, 일단에서 이루어진 1차 용접이 타단의 2차 용접에 의해 영향을 받을 수 밖에 없었다. 양 단의 용접 온도가 서로 동일했기 때문이다. 설치 배관이 짧은 경우 1차 용접의 용접물이 2차 용접에 의해 녹아내리고, 설치 배관에서 누설이 발생할 우려가 있었다. 따라서 종래의 동관의 길이는 반드시 30cm 이상을 필요로 하였다.
그러나 본 발명의 설치 배관(231)은 스테인리스 스틸 관부(231a)의 적어도 일 단에 미리 동 관부(231b)를 구비하고 있고, 용접 접합부(231c)의 온도가 900℃ 이상이기 때문에 동 관부(231b)의 길이가 30cm 이하, 더 나아가서는 4cm 이하로 설정되더라도 무방하다. 따라서 본 발명에 의하면 종래의 구리 소재를 스테인리스 스틸 소재로 대체하는 효과를 극대화 할 수 있다.
또한 동 관부(231b)의 길이가 짧아지면, 동 관부(231b)와 스테인리스 스틸 관부(231a)의 내경이 서로 다르더라도 냉매의 압력 강하, 소음 발생 등의 영향이 줄어든다. 본래 냉매의 압력 강하, 소음 발생은 균일하지 않은 배관의 내경에 의해 발생한다. 그러나 동 관부(231b)의 길이가 4cm 이하로 짧아지게 되면, 동 관부(231b)와 스테인리스 스틸 관부(231a)의 내경이 서로 다르더라도 냉매의 압력이나 소음 발생에 주는 영향이 줄어들게 된다.
한편, 동 관부(231b)의 길이가 4cm 이하로 짧아지면, 스테인리스 스틸 관부(231a)의 독립적인 최소 두께 설정이 가능하다. 스테인리스 스틸 관부(231a)의 두께가 동 관부(231b)의 두께로부터 받는 영향이 작기 때문이다.
스테인리스 스틸 관부(231a)의 두께는 강성이 유지되는 범위 내에서는 얇을수록 바람직하다. 스테인리스 스틸 관부(231a)의 두께가 두꺼우면 냉매의 압력 손실이 발생하고, 이로 인해 냉동 사이클의 효율 저하를 유발하기 때문이다. 따라서 스테인리스 스틸 관부(231a)의 두께는 하한에만 기술적 의의가 있으며, 외경에 다른 두께의 값을 표 1에 나타내었다.
Figure pat00001
상기 스테인리스 스틸 관부(231a)의 최소 두께는 아래의 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00002
상기 수학식 1에서 tm은 냉매관(120)의 최소 두께(㎜), P는 설계압력(㎫), Do는 냉매관(120)의 외경(㎜), S는 허용 응력 (N/㎜2), textra는 부식, 나사산 가공 등에 따른 여유 두께를 가리킨다. 이렇게 산출된 스테인리스 스틸 냉매관(120)의 최소 두께는 ASME B31.1 / KGS Code / JIS B 8607 기준에 만족하게 된다.
이하에서는 스테인리스 스틸 관부(231a)를 형성하는 스테인리스 스틸 소재에 대하여 설명한다.
스테인리스 스틸 관부(231a)를 형성하는 스테인리스 스틸은 종래의 스테인리스 스틸보다 저강도와 저경도의 특성을 갖는다. 본 발명에서 스테인리스 스틸은 구리 소재 수준의 강도와 경도를 갖는다. 스테인리스 스틸의 저강도 및 저경도 특성은 스테인리스 스틸 소재에 대한 항복강도, 인장강도, 경도 및 연신율을 측정하고, 이를 구리 소재 등과 비교하여 확인할 수 있다. 스테인리스 스틸이 구리 소재 수준의 강도와 경도의 특성을 가지면, 종래의 스테인리스 스틸에서 문제가 되었던 가공성의 문제가 해결될 수 있다.
스테인리스 스틸의 저강도와 저경도 특성은 스테인리스 스틸의 조성, 기지조직 및 평균 입도 크기에 의해 결정된다. 이하에서는 스테인리스 스틸의 저강도와 저경도 특성을 결정하는 각 항목들에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별히 표시하지 않는 한 각 함량은 중량비(weight percent, wt.%)다.
1. 스테인리스 스틸의 조성(composition)
(1) 탄소 (C, carbon) : 0.03% 이하
스테인리스 스틸은 탄소(C)와 크롬(Cr, chromium)을 포함한다. 탄소는 크롬과 반응하여 크롬탄화물(chromium carbide)로 석출되는데, 입계 또는 그 주변에 크롬이 고갈되어 부식의 원인이 된다. 따라서 탄소의 함량은 적게 유지되는 것이 바람직하다. 탄소의 함량이 0.03%를 초과하면 스테인리스 스틸이 구리 소재 수준의 강도와 경도를 갖기 어렵고, 저강도와 저경도의 특성을 활용하여 충분한 가공성을 확보하기 어려워진다. 따라서 본 발명에서는 스테인리스 스틸이 구리 소재 수준의 저강도와 저경도를 갖고 이를 통해 충분한 가공성 확보하도록 탄소의 함량을 0.03% 이하로 설정한다.
(2) 규소 (Si, silicon) : 0 초과 1.7% 이하
오스테나이트는 페라이트나 마르텐사이트에 비해 낮은 항복강도를 갖는다. 따라서 스테인리스 스틸이 구리 소재 수준의 저강도와 저경도 물성을 갖기 위해서는 스테인리스 스틸의 기지조직이 오스테나이트로 이루어져야 한다.
그러나 규소는 페라이트를 형성하는 원소다. 규소의 함량이 증가할수록 기지조직에서 페라이트의 비율이 증가하게 되고, 또한 페라이트의 안정성이 높아지게 된다. 따라서 규소의 함량은 적게 유지되는 것이 바람직하다. 규소의 함량이 1.7%를 초과하면 스테인리스 스틸이 구리 소재 수준의 강도와 경도를 갖기 어렵고, 충분한 가공성을 확보하기 어려워진다. 따라서 본 발명에서는 스테인리스 스틸이 구리 소재 수준의 저강도와 저경도를 갖고 이를 통해 충분한 가공성 확보하도록 규소의 함량을 1.7% 이하로 설정한다.
(3) 망간 (Mn, Manganess) : 1.5 ~ 3.5%
망간은 스테인리스 스틸의 기지조직이 마르텐사이트로 상변태되는 것을 억제하기 위해 필요한 원소다. 만일 망간의 함량이 1.5% 미만이면 망간에 의한 상변태 억제 효과가 충분히 나타나지 않는다. 그러므로 본 발명에서는 망간에 의한 상변태 억제 효과를 충분히 얻기 위해 망간의 하한을 1.5%로 설정한다.
그러나 망간의 함량이 증가할수록 스테인리스 스틸의 항복강도가 상승하게 되어, 스테인리스 스틸이 구리 수준의 저강도 특성을 가질 수 없게 된다. 그러므로 본 발명에서는 망간의 상한을 3.5%로 설정하여 스테인리스 스틸이 저강도 특성을 가질 수 있도록 한다.
(4) 크롬 (Cr, Chromium) : 15.0 ~ 18.0%
크롬은 스테인리스 스틸의 부식개시저항성(Corrosion Initiation Resistance)을 향상시키는 원소다. 부식개시란 부식되지 않은 모재(母材, base material)에 부식이 존재하지 않은 상태에서 최초로 부식이 발생하는 것을 의미하고, 부식개시저항성이란 모재에 최초로 부식이 발생하는 것을 억제하는 성질을 의미한다. 크롬의 함량이 15.0%보다 낮으면 스테인리스 스틸이 충분한 부식개시저항성을 갖지 못하므로, 본 발명에서는 크롬의 하한을 15.0%로 설정하여 스테인리스 스틸이 충분한 부식개시저항성을 가질 수 있도록 한다.
그러나 크롬이 너무 많아지게 되면 스테인리스 스틸의 강도가 증가하고, 반대로 연신율은 저하된다. 크롬의 함량이 18.0%를 넘어서면 스테인리스 스틸의 강도 증가폭과 연신율 저하폭이 커져 스테인리스 스틸의 충분한 가공성을 확보하기 어려워진다. 따라서 본 발명에서는 크롬의 상한을 18.0%로 설정하여 스테인리스 스틸이 충분한 가공성을 확보할 수 있도록 한다.
나아가 크롬은 고가의 원소이므로, 크롬의 함량은 스테인리스 스틸의 경제성에도 영향을 미친다. 따라서 크롬의 함량을 상기 범위로 설정하여 스테인리스 스틸의 경제성을 확보하도록 한다.
(5) 니켈 (Ni, Nickel) : 7.0 ~ 9.0%
니켈은 스테인리스 스틸의 부식성장저항성(Corrosion Growth Resistance)을 향상시키는 원소다. 부식성장이란 이미 모재에 발생된 부식이 넓은 범위로 퍼지면서 성장하는 것을 의미하고, 부식성장저항성이란 부식의 성장을 억제하는 성질을 의미한다. 부식성장저항성은 부식개시저항성과 개념적으로 차이가 있다. 니켈의 함량이 7.0%보다 낮으면 스테인리스 스틸이 충분한 부식성장저항성을 갖지 못하므로, 본 발명에서는 니켈의 하한을 7.0%로 설정하여 스테인리스 스틸이 충분한 부식성장저항성을 가질 수 있도록 한다.
그러나 니켈이 너무 많아지게 되면 스테인리스 스틸의 강도와 경도가 증가하게 된다. 니켈의 함량이 9.0%를 넘어서면 스테인리스 스틸의 강도와 경도 증가폭이 커져 스테인리스 스틸의 충분한 가공성을 확보하기 어려워진다. 따라서 본 발명에서는 니켈의 상한을 9.0%로 설정하여 스테인리스 스틸이 충분한 가공성을 확보할 수 있도록 한다.
나아가 니켈은 고가의 원소이므로, 니켈의 함량은 스테인리스 스틸의 경제성에도 영향을 미친다. 따라서 니켈의 함량을 상기 범위로 설정하여 스테인리스 스틸의 경제성을 확보하도록 한다.
(6) 구리 (Cu, Copper) : 1.0 ~ 4.0%
구리는 스테인리스 스틸의 기지조직이 마르텐사이트로 상변태되는 것을 억제하기 위해 필요한 원소다. 구리의 함량이 1.0% 미만이면 구리에 의한 상변태 억제 효과가 충분히 나타나지 않는다. 그러므로 본 발명에서는 구리에 의한 상변태 억제 효과를 충분히 얻기 위해 구리의 하한을 1.0%로 설정한다. 특히 스테인리스 스틸이 구리 수준의 저강도와 저경도 물성을 갖도록 하기 위해서는 구리의 함량이 반드시 1.0% 이상으로 엄격하게 관리되어야 한다. 스테인리스 스틸은 1.0% 이상의 구리를 포함함에 따라 Cu계 스테인리스 스틸로 분류될 수 있다.
구리의 함량이 증가할수록 구리의 상변태 효과가 증가하기는 하나, 그 증가폭은 점차 작아진다. 그리고 구리의 함량이 4.0%를 넘어서게 되면 상변태 억제 효과가 포화된다. 구리는 고가의 원소이므로, 구리의 함량은 스테인리스 스틸의 경제성에도 영향을 미친다. 따라서 구리의 상변태 억제 효과가 포화된 범위 내에서 스테인리스 스틸의 경제성 확보를 위해 구리의 상한을 4.0%로 설정한다.
(7) 몰리브덴 (Mo, Molybdenum) : 0.03% 이하
(8) 인 (P, Phosphorus) : 0.04% 이하
(9) 황 (S, Sulfer) : 0.04% 이하
(10) 질소 (N, Nitrogen) : 0.03% 이하
몰리브덴, 인, 황 및 질소는 강철 반제품에 본래부터 포함되어 있는 원소들로 스테인리스 스틸을 경화시키므로, 가능한 낮은 함량으로 유지하는 것이 바람직하다. 몰리브덴은 스테인리스 스틸의 내식성을 향상시킬 수 있으나, 내식성 향상이라는 장점보다 스테인리스 스틸을 경화시키는 단점이 더 크기 때문에 0.03%이하로 관리되어야 한다. 인, 황 및 질소도 스테인리스 스틸의 경화 방지를 위해 각각 0.04%, 0.04% 및 0.03% 이하로 설정된다.
2. 스테인리스 스틸의 기지조직(matrix structure)
스테인리스 스틸의 기지조직은 조성 및/또는 열처리 조건에 따라 결정될 수 있다. 통상적으로 스테인리스 스틸의 기지조직은 오스테나이트(Austenite), 페라이트(Ferrite) 및 마르텐사이트(Martensite)로 구분된다. 각각의 기지조직에 따라 스테인리스 스틸의 물성이 달라지게 된다.
스테인리스 스틸은 오스테나이트 기지조직을 갖는다. 오스테나이트는 페라이트나 마르텐사이트에 비해 저항복강도 및 저경도 특성을 나타내는 기지조직에 해당한다. 나아가 후술하는 평균 입도 크기는 스테인리스 스틸의 결정 크기를 성장시켜 만족하게 되는 한정 사항이다. 상기 세 가지 기지조직을 동일한 조건으로 처리하여 결정 크기를 성장시켰을 때 오스테나이트가 가장 큰 저강도 및 저경도 효과를 얻을 수 있게 된다.
스테인리스 스틸의 기지조직은 오스테나이트만으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다. 그러나 스테인리스 스틸의 기지조직을 오스테나이트만으로 제어하는 것은 매우 어렵기 때문에, 스테인리스 스틸은 오스테나이트 뿐만 아니라 다른 기지조직을 포함할 수 있다. 이 경우에도 저강도 및 저경도 특성을 위해서는 스테인리스 스틸이 입도 면적을 기준으로 90% 이상 바람직하게는 99% 이상의 오스테나이트 기지조직을 가져야 한다. 예를 들어 스테인리스 스틸이 오스테나이트 기지조직과 델타 페라이트 기지조직을 갖는 경우, 스테인리스 스틸은 입도 면적을 기준으로 99% 이상의 오스테나이트 기지조직을 갖고 1% 이하의 델타 페라이트 기지조직을 가져야 한다.
기지조직에 따라 스테인리스 스틸의 물성이 달라진다. 기지조직에 따른 스테인리스 스틸의 물성을 평가하기 위해 실시예 1과 실시예 2를 설정하여 서로 비교한다.
실시예1과 실시예2의 스테인리스 스틸들은 앞서 [1. 스테인리스 스틸의 조성] 항목에서 설명한 조성을 동일하게 갖는다. 또한 실시예 1과 실시예 2의 스테인리스 스틸들은 [3. 스테인리스 스틸의 평균 입도 크기]에서 설명할 입도번호 5.0~7.0에 해당하는 평균 입도 크기를 갖는다. 다만 실시예 1의 스테인리스 스틸은 입도 면적을 기준으로 99% 이상의 오스테나이트 기지조직과 1% 이하의 페라이트 기지조직만을 갖는 반면, 실시예 2의 스테인리스 스틸은 오스테나이트 기지조직만을 갖는다.
실시예 1과 실시예 2의 스테인리스 스틸들을 서로 비교한 결과는 아래의 표 2을 참고한다.
Figure pat00003
표 2로부터 스테인리스 스틸이 실시예 1의 스테인리스 스틸보다 저강도 및 저경도의 물성을 갖는 것을 알 수 있다. 또한 실시예 2의 스테인리스 스틸이 실시예 1의 스테인리스 스틸보다 높은 연신율을 갖는다.
따라서 스테인리스 스틸의 저강도 및 저경도 물성을 구현하기 위해서는, 스테인리스 스틸이 오스테나이트 기지조직만으로 이루어지는 것이 바람직하다. 델타 페라이트 기지조직의 비율이 증가할수록 스테인리스 스틸의 강도와 경도는 증가하므로, 스테인리스 스틸이 델타 페라이트 기지조직을 갖더라도 그 비율은 입도 면적을 기준으로 1% 이하이어야 한다.
스테인리스 스틸이 1% 이하의 델타 페라이트 기지조직을 갖는 경우에도 델타 페라이트가 결정립 전체에 균일하게 분포되는 것보다 국부적으로 특정 결정립에 모여(밀집되어) 분포되는 것이 저강도 및 저경도 구현에 유리하다.
3. 스테인리스 스틸의 평균 입도 크기(average diameter)
스테인리스 스틸의 평균 입도 크기는 조성 및/또는 열처리 조건에 따라 결정될 수 있다. 스테인리스 스틸의 평균 입도 크기는 스테인리스 스틸의 강도와 경도에 영향을 미친다. 이를테면 평균 입도 크기가 작을수록 스테인리스 스틸의 강도와 경도는 커지고, 평균 입도 크기가 클수록 스테인리스 스틸의 강도와 경도는 작아진다.
본 발명에서는 스테인리스 스틸의 저강도 및 저경도 특성을 확보하기 위해 스테인리스 스틸의 평균 입도 크기를 30~60㎛로 제한한다. 일반적인 오스테나이트 조직의 평균 입도 크기는 30㎛보다 작다. 따라서 제조공정 및 열처리를 통해 평균 입도 크기를 30㎛ 이상으로 성장시켜야 한다. 미국재료시험협회(American Society for Testing and Materials, ASTM) 기준에 따르면, 30~60㎛의 평균 입도 크기는 5.0~7.0의 입도번호(Grain size No.)에 해당한다. 이에 반해 30㎛보다 작은 평균 입도 크기는 ASTM 입도번호 7.5 이상에 해당한다.
만일 스테인리스 스틸의 평균 입도 크기가 30㎛보다 작거나 스테인리스 스틸의 입도번호가 7.0보다 크면, 본 발명에서 요구하는 저강도 및 저경도의 특성을 갖지 못한다. 특히 스테인리스 스틸의 평균 입도 크기(또는 입도번호)는 스테인리스 스틸의 저강도 및 저경도 특성을 결정하는 핵심 인자에 해당한다.
스테인리스 스틸의 평균 입도 크기에 따라 스테인리스 스틸의 물성이 달라진다. 평균 입도 크기에 따른 스테인리스 스틸의 물성을 평가하기 위해 비교예와 실시예를 각각 설정하여 서로 비교한다.
비교예 1은 구리이고, 비교예 2는 입도 번호 7.5 이상의 스테인리스 스틸이며, 본 발명의 실시예 3은 입도 번호 6.5의 스테인리스 스틸이다. ASTM 입도번호 7.5에 해당하는 평균 입도 크기는 약 24 내지 27㎛이므로, 비교예 2의 스테인리스 스틸은 27㎛ 이하의 평균 입도 크기를 갖는다. 이에 반해 실시예 3의 스테인리스 스틸은 ASTM 입도번호 6.5에 해당하는 평균 입도 크기(약 39 내지 40㎛)를 갖는다.
실시예3의 스테인리스 스틸의 항복강도(yield strength)는 약 156.2㎫로 측정되었고, 스테인리스 스틸의 인장강도(tensile strength)는 약 470㎫로 측정되었다.
스테인리스 스틸에 대한 물성을 평가한 결과, 조성, 기지조직 및 평균 입도를 실시예3으로부터 조금씩 변경하더라도 약 160㎫의 이하의 항복강도, 약 480㎫ 이하의 인장강도, 약 120Hv 이하의 경도(hardness) 및 60% 이상의 연신율(enlongation)을 갖는 것으로 측정되었다. 또한 스테인리스 스틸은 그 형태가 튜브(tube) 또는 시트(sheet)인 것과 무관하게 상기 범위 내의 물성을 갖는 것으로 측정되었다.
실시예 3의 스테인리스 스틸을 다른 비교예들과 비교한 결과는 아래의 표 3을 참고한다.
Figure pat00004
비교예 1은 구리(동)로 100㎫의 항복강도, 270㎫의 인장강도, 100Hv의 경도 및 45% 이상의 연신율을 갖는다. 구리는 저강도 및 저경도의 물성을 가지므로, 공기 조화기 등의 냉매관으로 상용화되어 있다. 그러나 앞서 설명한 것과 같이 구리는 부식으로 인한 신뢰성의 문제점 및 신냉매에 대한 배관으로의 부적절성 문제점을 갖고 있다.
그리고 비교예 2의 스테인리스 스틸은 본 발명의 스테인리스 스틸과 유사한 조성 및 기지조직을 가지나 그 입도번호가 7.5 이상이다. 비교예 2의 스테인리스 스틸은 200㎫ 내외의 항복강도, 500㎫ 내외의 인장강도, 130Hv 내외의 경도 및 50% 이상의 연신율을 갖는다. 입도번호가 7.5보다 큰 비교예 2의 스테인리스 스틸은 구리에 비해 과도하게 큰 고강도 및 고경도의 물성을 갖고 있다. 따라서 비교예 2의 스테인리스 스틸은 부식으로 인한 구리의 문제점을 해결할 수는 있더라도, 냉매관으로 가공되기 부적절한 가공성의 문제점을 갖고 있다.
이에 반해 본 발명 실시예 3의 스테인리스 스틸은 약 160㎫의 내외의 항복강도, 약 480㎫ 내외의 인장강도, 약 120Hv 이하의 경도(hardness) 및 60% 이상의 연신율(enlongation)을 갖는다. 따라서 본 발명의 스테인리스 스틸 관부(231a)를 형성하는 스테인리스 스틸은 비교예 2의 스테인리스 스틸에서 제기된 가공성의 문제뿐만 아니라 비교예 1의 구리에서 제기된 부식의 문제를 모두 해결할 수 있다. 또한 본 발명의 스테인리스 스틸은 충분한 고 내압 특성을 가지므로 고압 신냉매의 배관으로도 사용되기 적절하다.
또한 구리의 열전도율은 388 W/mK이고, 스테인리스 스틸의 열전도율은 16.2W/mK이다. 소재의 열전도율이 높을수록 냉매의 흐름 과정에서 열 손실이 커지므로, 소재의 열전도율이 높을수록 사이클의 효율은 저하된다. 스테인리스 스틸의 열전도율은 구리의 4% 수준에 불과하므로, 스테인리스 스틸로 사이클의 냉매관을 구성하게 되면 열 손실을 줄여 사이클의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 설치 배관의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 다만 중복되는 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.
도 3은 본 발명의 공기 조화기 시스템(100, 도 1 참조)에 구비되는 설치 배관(331)의 다른 일 예를 보인 개념도다.
스테인리스 스틸 관부(331a)는 일 단에서 타 단으로 혹은 제1 동 관부에서 제2 동 관부로 전달되는 진동을 감쇠시키도록 부분적으로 주름(331d)을 갖는다. 공기 조화기 시스템(100)에서는 필연적으로 진동이 발생하게 되며, 진동은 주로 평면을 따라 전달된다. 따라서 산(331d1)과 골(331d2)이 반복적으로 교번 배치되어 형성되는 주름(331d)을 스테인리스 스틸 관부(331a)가 갖는다면, 평면(스테인리스 배관의 외주면)이 요철면으로 바뀌기 때문에 설치 배관(331)을 통해 전달되는 진동을 감쇠시킬 수 있다.
주름(331d)은 스테인리스 스틸 관부(331a)의 적어도 일부가 가공되어 스테인리스 스틸 관부(331a)의 나머지 부분과 일체로 형성된다. 주름(331d)은 하이드로 포밍(hydro-forming) 공정에 의해 형성될 수 있다. 하이드로 포밍은 여러 형태의 단위 부품을 프레스로 따로 가공한 후 용접하는 것이 아니라 직선 배관에 강한 수압을 가해 직선 배관의 길이를 수축시키면서 주름(331d)을 형성하는 공정을 가리킨다. 주름(331d)을 하이드로 포밍 공정으로 형성하면 주름(331d)은 스테인리스 스틸 관부(331a)의 일부가 되며, 스테인리스 스틸 관부(331a)의 나머지 부분과 일체로 형성되게 된다.
주름(331d)이 스테인리스 스틸 관부(331a)의 나머지 부분과 일체로 형성함에 따라, 스테인리스 스틸 관부(331a)는 위치에 상관없이 주름(331d)을 가질 수 있다. 예컨대 스테인리스 스틸 관부(331a)가 직선 영역과 굽은 영역을 갖는 경우, 주름(331d)은 직선 영역에 형성될 수도 있고, 굽은 영역에 형성될 수도 있다. 이에 반해 종래의 플렉시블 파이브는 굽은 영역에 주름(331d)을 형성하기 어려웠다.
특히 주름(331d)이 굽은 영역에 형성되면 소음은 다소 발생할 수 있다. 그러나 후술하는 바와 같이 본 발명의 주름(331d)은 산(331d1)과 골(331d2)이 매우 촘촘한 구조를 가지므로, 주름(331d)이 굽은 영역에 형성됨으로 인해 발생하는 냉매의 압력 강하는 종래의 플렉시블 파이프에 비해 매우 제한적이다.
주름(331d)과 굽은 영역을 모두 갖는 스테인리스 스틸 관부(331a)를 제조하고자 하는 경우에는, 먼저 하이드로 포밍 공정으로 직선 영역에 주름(331d)을 형성한 후, 외력을 가해 굽어지도록 소성 가공하면 된다.
주름(331d)은 산(331d1)과 골(331d2)이 반복적으로 교번 배치되어 형성된다. 교번이라는 것은 산(331d1), 골(331d2), 산(331d1), 골(331d2), 산(331d1), 골(331d2)과 같이 번갈아가며 배치되는 것을 의미한다.
각각의 산(331d1)들은 서로 이격되며, 각각의 골(331d2)들도 서로 이격된다. 이것은 산(331d1)과 골(331d2)이 각각 나선형으로 형성되는 구조와 구분되어야 한다. 산(331d1)과 골(331d2)이 각각 나선형으로 형성되면, 산(331d1)끼리 서로 연결되어 있는 것이며, 골(331d2)끼리도 서로 연결되어 있는 것이다.
산(331d1)끼리 서로 이격되고, 골(331d2)끼리 서로 이격된 구조를 가지면, 상대적으로 작은 외력만으로도 굽은 영역을 형성할 수 있다는 장점과, 압력 강하 완화 및 소음 발생 완화의 장점이 있다. 이하에서는 이 두 효과에 대하여 설명한다.
산(331d1)과 골(331d2)이 본 발명과 같은 구조를 가지면 주름(331d)이 형성된 직선 영역에 외력을 가해 굽은 영역으로 만드는 경우에 상대적으로 작은 외력을 가하는 것만으로도 배관을 휘어지게 할 수 있다. 각각의 산(331d1)들이 스테인리스 스틸 관부(331a)의 길이 방향에 대하여 직교하는 평면을 따라 돌출되어 있기 때문이다. 이를테면 산(331d1)의 최외곽 원주가 스테인리스 스틸 관부(331a)의 길이 방향과 직교한다. 또는 산(331d1)의 최외곽 원주가 스테인리스 스틸 관부(331a)의 외주면에 대하여 직교하는 방향으로 돌출된다.
이에 따라 직선 영역으로 굽은 영역으로 만들 때, 스테인리스 스틸 관부(331a)의 일측에서는 산(331d1)과 산(331d1)이 멀어지면서 휘어지고, 타측에서는 산(331d1)과 산(331d1)이 가까워지면서 휘어질 수 있다. 따라서 양손으로 외력을 가하는 경우에 산(331d1)과 골(331d2)이 휘어짐을 방해하지 않는다. 이때 스테인리스 스틸 관부(331a)의 일측이란 도면을 기준으로 주름(331d)부의 윗 부분을 가리키고, 타측이란 주름(331d)부의 아랫 부분을 가리킨다.
앞서 도 2에서 설명한 설치 배관(231)의 스테인리스 스틸 관부(231a)는 주름(331d)을 갖지 않기 때문에, 굽은 영역을 형성하기 위해서는 스테인리스 스틸 소재의 조성, 기지 조직, 입도 한정이 필요하였다. 그러나 도 3에서 설명하는 설치 배관(331)의 스테인리스 스틸 관부(331a)는 주름(331d)을 갖기 때문에 작은 힘만으로도 굽은 영역을 형성할 수 있고, 스테인리스 스틸 소재의 한정을 필요로 하지 않는다.
본 발명과 달리 산과 골이 각각 나선형으로 형성된 구조에서는, 양손으로 외력을 가하는 방향을 산과 골이 비스듬하게 교차하기 때문에 배관의 휘어짐을 방해하게 된다. 예를 들어 배관을 양 손으로 잡고, 양 손을 모아 외력을 가한다고 할 때, 외력을 가하는 방향이란 좌우에서 가운데로 모아지는 방향을 의미한다. 산과 골은 이 방향을 직각으로 교차하는 것이 아니라 예각 또는 둔각을 형성하며 비스듬하게 교차하게 된다. 이에 따라 나선형 구조의 산과 골이 배관의 휘어짐을 방해하게 되고, 상대적으로 큰 외력을 가해야만 배관을 휘어지게 할 수 있다.
한편, 배관을 흐르는 냉매의 압력은 배관의 내주면의 거칠기에 영향을 받는다. 내주면이 거칠수록 냉매 흐름의 저항 요소가 많으므로, 냉매의 압력 강하가 심해지며, 유로의 저항 증가로 인해 진동이나 소음도 커진다. 반면 내주면이 평활면(smooth surface)에 가까울수록 냉매의 압력 강하가 덜하며, 진동이나 소음도 작아진다.
배관 내부의 단면이 정확한 원을 유지하지 못하다는 것은 냉매 흐름의 저항으로 작용하는 요소가 많다는 것을 의미한다. 냉매 흐름의 저항으로 작용하는 요소가 많으면, 배관을 통과하는 냉매의 압력 강하와 소음 발생을 유발하게 된다.
따라서 냉매의 압력 강하와 소음 발생을 완화하기 위해서는 배관 내부의 단면이 정확한 원을 유지해야 한다. 배관 내부의 단면이 정확한 원을 유지하는지는 진원도로 평가될 수 있다. 진원도(out-of-roundness)란 기하학적으로 정확한 원으로부터 벗어난 크기를 의미하는 것으로, 중심으로부터 같은 거리에 있는 모든 점이 정확한 원에서 얼만큼 벗어나는가 하는 측정값을 의미한다.
산(331d1)과 골(331d2)이 본 발명과 같은 이격구조를 가지면 주름(331d)이 형성된 직선 영역에 외력을 가해 굽은 영역으로 만들더라도 진원도 변화를 억제할 수 있다. 따라서 굽은 영역에 형성된 주름(331d)의 내주면에서 진원도 변화가 상대적으로 작다.
이와 달리 산과 골이 나선형 구조를 가지면 주름(331d)부가 형성된 직선 영역에 외력을 가해 굽은 영역으로 만들더라도 진원도 변화를 억제하기 어렵다. 따라서 굽은 영역에 형성된 주름(331d)부의 내주면에서 진원도 변화가 상대적으로 크다.
진원도 변화가 상대적으로 작다는 것은 배관 내부의 단면이 보다 정확한 원의 형상을 갖는다는 것을 의미하기 때문에, 본 발명의 주름(331d)은 굽은 영역에서 냉매의 압력 강하 및 소음 발생을 완화할 수 있는 효과가 있는 것이다.
산(331d1)은 스테인리스 스틸 관부(331a)의 길이 방향을 따라 1cm의 길이마다 2 내지 5개씩 형성된다. 산(331d1)과 산(331d1) 사이에는 골(331d2)이 형성되므로, 1cm의 길이마다 산(331d1)이 2 내지 5개씩 형성되면, 골(331d2)은 1 내지 4개씩 형성된다.
1cm의 길이 내에 산(331d1)이 2 내지 5개 형성되는 것은 주름(331d)의 산(331d1)과 골(331d2)이 매우 촘촘하게 형성되는 것을 의미한다. 산(331d1)과 골(331d2)이 이와 같이 촘촘하게 형성되면, 주름(331d)의 내주면이 평활면에 가까워지게 되므로 스테인리스 관부를 통과하는 냉매의 압력 강하가 완화될 수 있다. 또한 산(331d1)과 골(331d2)이 촘촘하게 형성되면 스테인리스 관부의 유연성(굴곡성, flexibility)이 증가하게 되어 진동과 소음의 전달을 감쇠시키는 효과가 커진다.
1cm의 길이 내에 산(331d1)이 5개보다 많은 구조의 배관은 제작도 어려울 뿐만 아니라 주름(331d)이 형성된 직선 영역에 외력을 가해 굽은 영역으로 변형시킬 때 산(331d1)과 산(331d1)이 밀착되어 저항으로 작용하게 된다. 반대로 1cm의 길이 내에 산(331d1)이 2개보다 적은 구조는 주름(331d)이 형성된 직선 영역에 외력을 가해 굽은 영역으로 만들 때 필요한 외력을 감소시키는 효과가 작다. 또한 진동 감쇠의 효과도 작아 응력 완화 작용을 충분히 하기 어렵다.
주름(331d)의 두께를 고려할 때 1cm의 길이 내에 산(331d1)이 2개 이상 존재하기 위해서는 산(331d1)과 산(331d1) 사이의 거리(D)가 8mm 이하여야 한다. 만일 산(331d1)과 산(331d1) 사이의 거리(D)가 8mm를 넘으면, 스테인리스 관부의 두께에 의해 1cm의 길이 내에 산(331d1)이 1개만 존재할 수 있기 때문이다.
도면을 참조하면, 산(331d1)에서 스테인리스 스틸 관부(331a)의 두께가 T1으로 표시되어 있다. 골(331d2)에서 스테인리스 스틸 관부(331a)의 두께는 T2로 표시되어 있다. 산(331d1)과 골(331d2)의 사이에서 스테인리스 스틸 관부(331a)의 두께는 T3로 표시되어 있다. 그리고 주름(331d)이 없는 영역은 T4의 두께를 갖는 것으로 표시되어 있다. 여기서 두께란 외경과 내경의 차이를 가리킨다. T4는 설계에 따라 다를 수 있으나, 스테인리스 스틸 소재의 특성상 0.5 내지 0.8mm의 두께만으로도 충분한 강성을 가질 수 있다.
주름(331d)의 두께(T1, T2, T3)와 주름(331d)이 없는 영역(T4)은 0 초과 5% 이하의 두께 차이를 갖는다. 예를 들어 주름(331d)의 두께를 t라고 한다면, 주름(331d)이 없는 영역은 0.95t 내지 1t의 두께를 갖는다. 주름(331d)이 형성되는 과정에서 하이드로 포밍에 의해 스테인리스 스틸 관부(331a)의 길이가 짧아지면서 두께가 얇아질 수 있다. 그러나 그 차이 5% 이내라는 것은 주름(331d)의 두께와 주름(331d)이 없는 영역의 두께가 거의 일정한 것을 의미한다. 두께가 거의 일정한 것은 저항으로 작용하는 요소가 거의 없는 것이므로 스테인리스 관부의 내부에서 소음 발생 및 압력 강하 현상이 억제될 수 있다. 또한 주름(331d)의 두께가 스테인리스 스틸 관부(331a)의 나머지 부분과 거의 일정한 두께를 갖는다면 주름(331d)의 강도가 충분히 확보될 수 있다.
T1, T2, T3끼리도 서로 0 초과 2% 이하의 두께 차이를 갖는다. 이것은 주름(331d)의 각 위치에서 두께가 거의 일정한 것을 의미한다. 주름(331d)의 각 위치에서 두께가 거의 일정하다면 주름(331d)의 내주면에 형성되는 저항을 완화할 수 있으며, 이에 따라 냉매의 압력 강하가 완화될 수 있으며, 냉동 사이클의 효율도 증가하게 된다. 나아가 진동과 소음의 전달도 감쇠될 수 있다.
이렇게 T1 내지 T4가 거의 일정한 두께를 가질 수 있는 이유는 주름(331d)이 스테인리스 스틸 관부(331a)의 나머지 부분과 일체로 형성되기 때문이다.
주름(331d)을 제외한 스테인리스 스틸 관부(331a)의 나머지 부분에서 외경은 O1로 표시될 수 있고, 내경은 I1로 표시될 수 있다. 골(331d2)에서의 외경은 O2로 표시될 수 있고 골(331d2)에서의 내경은 I2로 표시될 수 있다. 또한 산(331d1)에서의 외경은 O3으로 표시될 수 있다. 산(331d1)에서의 외경(O3)과 골(331d2)에서의 외경(O2)의 차이는 H(H=O3-02)로 표시될 수 있다. H는 산(331d1)의 높이를 의미한다.
본 발명에서 O1과 O2는 0 초과 2% 이하의 크기 차이를 갖는다. 그리고 I1과 I2도 0 초과 2% 이하의 크기 차이를 갖는다. 이것은 주름(331d)을 형성하기 전의 외경이 주름(331d)을 형성한 후의 외경과 실질적으로 차이가 없고, 주름(331d)을 형성하기 전의 내경이 주름(331d)을 형성한 후의 내경과 실질적으로 차이가 없음을 의미한다.
그리고 산(331d1)에서의 외경은 스테인리스 스틸 관부(331a)의 외경에 따라 적절하게 설계될 수 있다. 적절한 산(331d1)의 외경은 아래의 표 4에 나타내었다. 표 4에 기재된 수치의 모든 단위는 mm다.
Figure pat00005
산(331d1)의 높이(H)는 산(331d1)의 외경(O3)에서 주름(331d)이 없는 영역의 외경(T4)을 뺀 수를 반으로 나눠 도출된다. 표 4를 참조하면 산(331d1)의 외경(O3)은 산(331d1)의 높이(H)가 2.8 내지 3.2mm의 범위 내에 존재할 수 있는 범위로 설계된다. 이것은 산(331d1)의 높이가 2.8mm보다 낮으면 응력을 완화하는 효과가 미비하기 때문이다. 또한 산(331d1)의 높이가 3.2mm보다 높으면 파손 가능성이 높아지기 때문이다.
도 3에서 미설명된 도면부호 331b는 동 관부를 가리킨다.
도 4는 본 발명의 공기 조화기 시스템(100, 도 1 참조)에 구비되는 설치 배관(431)의 또 다른 일 예를 보인 개념도다.
설치 배관(431)은 코일 스프링(431e)을 더 포함한다.
스테인리스 스틸 관부(431a)는 직선 영역과 굽은 영역을 포함한다. 소성 변형 전의 스테인리스 스틸 관부(431a)는 직선 영역만을 가지나, 소성 변형 후에는 직선 영역과 굽은 영역을 모두 갖게 된다. 공기 조화기 시스템(100)의 설치 현장을 미리 알 수 있지 않은 이상, 굽은 영역을 미리 제작하는 것은 바람직하지 않다. 이에 따라 굽은 영역은 작업자가 설치 현장에 적합하게 직선 영역을 소성 변형시켜 형성된다.
코일 스프링(431e)은 스테인리스 스틸 관부(431a)를 감싸도록 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외주면에 결합된다. 코일 스프링(431e)이 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외주면에 결합되는 이유는 직선 영역을 굽은 영역의 소성 변형 과정에서 스테인리스 스틸 관부(431a)의 진원도 변화를 억제하고 굽은 영역으로 소성 변형된 스테인리스 스틸 관부(431a)의 소성 변형 상태를 유지하기 위함이다.
진원도(out-of-roundness)란 기하학적으로 정확한 원으로부터 벗어난 정도를 의미하는 것으로, 중심으로부터 같은 거리에 있는 모든 점이 정확한 원에서 얼만큼 벗어나는가 하는 측정값을 의미한다. 따라서 직선 영역을 굽은 영역으로 소성 변형 시키는 과정에서 스테인리스 스틸 관부(431a)에 꺾임이나 주름(431d)이 발생한다면 진원도 변화가 매우 크게 측정될 것이다.
코일 스프링(431e)은 직선 영역이 굽은 영역으로 소성 변형되는 과정에서 지그 역할을 하여, 스테인리스 스틸 관부(431a)의 진원도 변화를 억제한다. 직선 영역이 굽은 영역으로 소성 변형되는 과정에서 진원도 변화가 억제되면, 소성 변형 후 굽은 영역의 외직경은 직선 영역과 마찬가지로 정확한 원에 가까운 상태를 유지할 수 있다.
굽은 영역의 외직경이 정확한 원에 가까운 상태를 유지하면, 굽은 영역 내부에서 저항으로 작용하는 요소가 없으므로 굽은 영역을 통과하는 냉매의 압력 강하를 억제할 수 있다. 냉매의 압력 강하가 억제되면, 냉동 사이클의 효율이 개선될 수 있다. 또한 굽은 영역의 외직경이 정확한 원에 가까우면 굽은 영역 내부에서 소음의 발생도 억제된다.
굽은 영역을 형성하기 위해 직선 영역에 외력이 가해지더라도 굽은 영역은 완전한 소성 변형 상태를 유지하지 못하고 외력이 제거되는 순간 어느 정도는 외력이 가해진 방향에 반대 방향으로 되돌아갈 수 있다. 그러나 코일 스프링(431e)이 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외주면에 결합되어 있으면, 굽은 영역에 가해지던 외력이 제거되더라도 굽은 영역의 소성 변형 상태를 유지할 수 있다.
코일 스프링(431e)은 스테인리스 스틸 관부(431a)의 길이 방향을 따라 스테인리스 스틸 관부(431a)의 모든 영역을 감싸도록 이루어질 수 있다. 부분적으로 코일 스프링(431e)이 형성되는 것과 달리 스테인리스 스틸 관부(431a)의 모든 영역이 코일 스프링(431e)에 의해 감싸이게 되면, 공기 조화기의 설치 현장에서 자유롭게 굽힘 위치가 정해질 수 있다.
직선 영역이 굽은 영역으로 소성 변형되는 것은 수작업으로 이루어질 수 있다. 이것은 스테인리스 스틸 관부(431a)가 스테인리스 소재로 이루어지며, 스테인리스 스틸 관부(431a) 둘레에 결합된 코일 스프링(431e)으로 인해 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께를 얇게 디자인할 수 있기 때문이다.
T4는 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께를 가리킨다. 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께란 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경과 내직경의 차이를 의미한다. T5는 코일 스프링(431e)의 두께를 가리킨다. 코일 스프링(431e)의 두께란 코일 스프링(431e) 한 가닥을 잘랐을 때 노출되는 단면의 외직경을 가리킨다.
O1은 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경을 가리킨다. I3는 코일 스프링(431e)의 내직경을 가리킨다. 코일 스프링(431e)의 내직경이란 코일 스프링(431e)을 가상의 관으로 가정했을 때의 내직경을 의미한다.
본 발명에서 코일 스프링(431e)의 내직경(I3)과 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)의 차이(G)은 두 가지 경우로 나누어 고려된다.
첫 번째 경우, 코일 스프링(431e)의 내직경(I3)과 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)의 차이(G)는 0 초과 1mm 이하로 설계된다. 예를 들어 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경이 15.88mm 일 때 코일 스프링(431e)의 내직경이 16mm라면, 코일 스프링(431e)의 내직경(I3)과 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)의 차이(G)는 0.12mm 이므로, 이 값은 0 초과 1mm 이하의 범위 내에 존재한다.
코일 스프링(431e)의 내직경(I3)과 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)의 차이(G)가 0 초과 1mm 이하로 설계되면, 코일 스프링(431e)의 두께가 두꺼운지 얇은지에 관계 없이 스테인리스 스틸 관부(431a)의 진원도 변화를 억제하고 굽은 영역의 소성 변형 상태를 유지시킬 수 있다. 코일 스프링(431e)이 스테인리스 스틸 관부(431a)에 매우 가까이 밀착되어 있기 때문이다.
두 번째 경우, 코일 스프링(431e)의 내직경(I3)과 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)의 차이(G)는 1 초과 3mm 이하로 설계될 수 있다. 다만, 이 경우에는 코일 스프링(431e)의 두께가 0.5mm 이상으로 설계되어야 한다.
스테인리스 스틸 관부(431a)의 외주면과 코일 스프링(431e) 사이의 간격(G)이 커진다는 것은 코일 스프링(431e)이 스테인리스 스틸 관부(431a)로부터 멀어지는 것을 의미하기 때문에, 스테인리스 스틸 관부(431a)의 진원도 변화를 억제하고 굽은 영역의 소성 변형 상태를 유지시키기 위해서는 코일 스프링(431e)이 충분한 두께를 가져야 한다. 여기서 코일 스프링(431e)의 충분한 두께란 앞서 설명된 0.5mm 이상을 가리킨다.
코일 스프링(431e)의 두께가 0.5mm 이상을 갖는다면, 코일 스프링(431e)의 내직경(I3)과 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)의 차이(G)가 첫 번째 경우에 비해 커지더라도, 코일 스프링(431e)이 스테인리스 스틸 관부(431a)의 진원도 변화를 억제하고 굽은 영역의 소성 변형 상태를 유지시킬 수 있다. 만일 코일 스프링(431e)의 두께가 0.5mm보다 작으면, 코일 스프링(431e)이 지그 역할을 충분히 하기 어려워진다.
작업자가 공기 조화기 시스템(100)의 설치 현장에서 설치 배관(431)을 연결을 실외기(111) 또는 실내기(112)에 연결하거나 매설 동관(133)에 연결하는 경우, 작업 시간을 단축하고 작업성을 향상시키기 위해서는 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께가 얇을수록 바람직하다. 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께가 얇을수록 직선 영역에서 굽은 영역으로 소성 변형되는 과정 동안 작은 굽힘 힘만으로도 소성 변형될 수 있기 때문이다.
그러나 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께는 무한정 얇아질 수 없다. 왜냐하면 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께가 얇아질수록 굽힘 과정에서 꺾임이나 주름(431d)이 발생할 가능성이 있고, 굽은 영역의 강도가 저하되기 때문이다.
본 발명은 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께를 가급적 얇게 설정하여 설치 배관(431)을 연결하는 작업자의 작업성을 향상시키고, 작업 시간을 단축시키도록 이루어지며, 얇아진 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께로 인해 발생할 우려가 있는 문제들은 코일 스프링(431e)을 이용하여 해결한다. 이러한 점을 고려하여 본 발명에서 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)과 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)의 비(O1/T1)는 25 내지 55로 설계된다. 상기 비를 표 5에 정리하였다.
Figure pat00006
예를 들어 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)이 15.88 이상 19.05mm 미만일 때 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)는 0.4mm까지 얇아질 수 있다. D1이 15.88mm 일 때 T1이 0.4mm 이면, O1/T1는 약 39.7이므로 이 값은 25 내지 55의 범위 내에 존재한다. 마찬가지로 O1이 19.05mm 일 때 T1가 0.4mm 이면, D1/T1는 약 47.625이므로 이 값은 25 내지 55의 범위 내에 존재한다.
다른 예를 들어 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)은 12.7 이상 15.88mm 미만일 때 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1) 0.3mm까지 얇아질 수 있다. O1이 12.7mm 일 때 T1이 0.3mm 이면, O1/T1는 약 42.3이므로 이 값은 25 내지 55의 범위 내에 존재한다. 마찬가지로 D1이 15.88mm일 때 T1이 0.3mm 이면, O1/T1는 약 52.93이므로 이 값은 25 내지 55의 범위 내에 존재한다.
이와 같이 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)가 얇아질 수 있는 이유는 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외주면에 코일 스프링(431e)이 결합되어 스테인리스 스틸 관부(431a)의 강도를 보강하고, 진원도 변화를 억제하며, 굽은 영역의 소성 변형 상태를 유지시키기 때문이다. 만일 코일 스프링(431e)이 없는 상태에서 O1/T1이 25 내지 55의 값을 갖는다면 굽은 영역에서는 꺾임이나 불균일한 주름(431d)이 발생하게 될 것이다.
다만, 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)가 12.7 미만인 경우, 예를 들어 T1이 6.35 이상 12.7 mm인 경우에는 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)가 0.3mm 보다 얇아지면 굽은 영역의 진원도 유지와 소성 변형 상태 유지 기능을 충분히 하기 어려우므로, 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)는 0.3mm 이상으로 설계되는 것이 바람직하다.
이러한 결과를 종합하면 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(O1)이 6.35 이상 15.88mm 미만인 범위에서는 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)가 0.3mm 이상으로 설계되어야 한다.
본 발명에서 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께에 대한 상한을 특별히 한정하는 것은 아니다. 그러나 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외주면에 코일 스프링(431e)이 결합되어 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)가 얇아지는 효과를 얻는다는 관점에서 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)에 대한 상한이 정해질 수 있다.
예를 들어 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(D1)이 15.88 이상 19.05mm 이하이면, 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)가 0.6mm 미만으로 설정되어야, 코일 스프링(431e)으로 인한 효과를 얻을 수 있다. 마찬가지로 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경(D1)이 12.7 이상 15.88mm 미만이면, 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)가 0.5mm 미만으로 설정되어야 한다. 또한 스테인리스 스틸 관부(431a)의 외직경이 6.35 내지 12.7mm 미만이면 스테인리스 스틸 관부(431a)의 두께(T1)가 0.4mm 미만으로 설정되어야 한다.
이상에서 설명된 설치 배관(431) 및 상기 설치 배관(431)을 포함하는 공기 조화기 시스템(100)은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (19)

  1. 동관을 구비하는 실외기 또는 실내기;
    건축물의 벽 안 또는 바닥 내부에 형성되고, 상기 실외기의 설치 공간 또는 상기 실내기의 설치 공간에 노출되는 배관 박스;
    상기 건축물의 벽 안 또는 바닥의 내부에 매설되고, 상기 배관 박스에 노출되는 단부를 구비하는 매설 동관;
    상기 실외기 또는 실내기의 동관과 상기 매설 동관의 단부를 서로 연결하는 설치 배관을 포함하고,
    상기 설치 배관은,
    스테인리스 스틸 관부;
    상기 스테인리스 스틸 관부의 양 단 중 적어도 하나에 접합되고, 상기 실외기나 실내기의 동관에 연결 가능하거나 상기 매설 동관의 단부에 접합 가능하도록 이루어지는 동 관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동 관부의 길이는 2 내지 30cm 인 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동 관부의 길이는 2 내지 4cm 인 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동 관부는,
    상기 스테인리스 스틸 관부와 동일한 외경을 갖는 제1 부분; 및
    상기 제1 부분보다 큰 외경을 가지며, 상기 스테인리스 스틸 관부의 양 단 중 적어도 하나를 감싸면서 상기 스테인리스 스틸에 접합되는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 부분의 내주면과 상기 스테인리스 스틸 관부의 외주면 사이에는 용접에 의한 용접 접합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스 스틸 관부는,
    상기 동 관부와 동일한 외경을 갖는 제1 부분; 및
    상기 제1 부분보다 큰 외경을 가지며, 상기 동 관부의 일 단을 감싸면서 상기 동 관부에 접합되는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 부분의 내주면과 상기 동 관부의 외주면 사이에는 용접에 의한 용접 접합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서,
    상기 용접 접합부의 녹는점은 900℃ 이상인 것을 특징으로 하는 고기 조화기 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 동 관부는,
    상기 스테인리스 스틸 관부의 일 단에 접합되고, 상기 실외기나 실내기의 동관에 연결 가능하도록 이루어지는 제1 동 관부; 및
    상기 스테인리스 스틸 관부의 타 단에 접합되고, 상기 매설 동관의 단부에 연결 가능하도록 이루어지는 제2 동 관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스 스틸 관부는 주름을 갖고,
    상기 주름은 상기 스테인리스 스틸 관부의 적어도 일부가 가공되어 상기 스테인리스 스틸 관부의 나머지 부분과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 주름이 있는 영역은 상기 주름이 없는 영역보다 0 초과 5% 이하의 두께만큼 얇은 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 주름은 산과 골이 반복적으로 교번 배치되어 형성되고,
    상기 산에서 상기 스테인리스 스틸 관부의 두께(T1), 상기 골에서 상기 스테인리스 스틸 관부의 두께(T2) 및 상기 산과 상기 골 사이에서 상기 스테인리스 스틸 관부의 두께(T3)는 서로 0 초과 2% 이하의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 주름은 산과 골이 반복적으로 교번 배치되어 형성되고,
    상기 산은 상기 스테인리스 스틸 관부의 길이 방향을 따라 1cm의 길이마다 2 내지 5개씩 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 주름은 산과 골이 반복적으로 교번 배치되어 형성되고,
    서로 인접한 두 사이의 거리는 8mm 이하인 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 주름은 산과 골이 반복적으로 교번 배치되어 형성되고,
    상기 산은 상기 스테인리스 스틸 관부의 외주면에서 원형으로 확장되는 방향을 따라 돌출되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 주름은 산과 골이 반복적으로 교변 배치되어 형성되고,
    상기 산에서의 외경과 상기 골에서의 외경의 차이는 2.8 내지 3.2mm인 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 설치 배관은 코일 스프링을 더 포함하고,
    상기 코일 스프링은 상기 스테인리스 스틸 관부를 굽은관으로 소성 변형시키는 과정에서 상기 스테인리스 스틸 관부의 진원도 변화를 억제하고 상기 스테인리스 스틸 관부의 소성 변형 상태를 유지시키도록 상기 스테인리스 스틸 관부의 외주면을 감싸는 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 코일 스프링의 내직경과 상기 스테인리스 스틸 관부의 외직경의 차이는 0 초과 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 스테인리스 스틸 관부의 외주면과 상기 코일 스프링 사이의 간격은 1 초과 3mm 이하이며,
    상기 코일 스프링의 두께는 0.5mm 이상인 것을 특징으로 하는 공기 조화기 시스템.
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