KR950007759B1

KR950007759B1 - 소직경 전열관 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR950007759B1
Application number: KR1019920002050A
Authority: KR
Inventors: 고오지 야마모또; 도시아끼 하시즈메; 히로시 가와구지
Original assignee: 후루가와덴끼 고오교오 가부시끼가이샤; 도모마쯔 겡고
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1995-07-18
Also published as: CN1062951C; DE69200970D1; KR920016161A; DE69200970T2; EP0499257B1; US5555622A; EP0499257A2; EP0499257A3; MY110330A; CN1065722A

Abstract

내용 없음.

Description

소직경 전열관 및 그 제조방법

제1도 및 제2도는 종래의 제조방법에 의해 얻어진 전열관의 요부단면도.

제3a도 및 b는 본 발명의 소직경 전열관의 제조방법에 사용되는 전조장치를 설명하기 위한 도면.

제4도는 본 발명의 제조방법에 의해 얻어진 전열관의 요부단면도.

제5도는 본 발명의 일 실시예에 의한 소직경 전열관의 균열부의 수와 산바닥쪽에 대한 바닥벽 두께의 비율간의 관계를 나타내는 그래프.

제6도는 직경감소율과 직경감소 전후에 있어서 홈바닥폭 및 신바닥폭의 감소비와의 관계를 나타내는 그래프.

제7도는 직경감소율과 직경감소 전후에 있어서 홈깊이의 감소비율의 관계를 나타내는 그래프.

제8도는 직경감소율과 직경감소 전후의 벽두께 증가비와의 관계를 나타내는 그래프.

제9도는 증발시에 있어서의 관내 냉매질량유속과 압력손실과의 관계를 나타내는 그래프.

제10도는 응축시에 있어서의 관내 냉매질량유속과 압력손실과의 관계를 나타내는 그래프.

제11도는 증발시에 있어서의 홈바닥폭 W₁과 관내 열전달율과의 관계를 나타내는 그래프.

제12도는 응축시에 있어서의 홈바닥폭 W₁과 괸내 열전달율과의 관계를 나타내는 그래프.

제13도는 홈깊이와 관내 열전달율과의 관계를 나타내는 그래프.

제14도는 홈의 찌그러짐량과 바닥벽두께에 대한 과외경의 비율과의 관계를 나타내는 그래프.

제15도는 홈의 찌그러짐량과 관내 증발열전달율과의 관계를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전열관 2, 6 : 함몰부

3, 6 : 균열부 4 : 산부

30 : 금속관 31 : 플로팅 플러그

32 : 플로팅 다이스 33 : 홈붙이 플러그

34 : 전조룰러 35 : 전조볼

본 발명은 소직경의 전열관 및 그 제조방법에 관한 것이다. 최근 들어, 히트펌프 에어콘에 대한 에너지 절약화 및 공간절약화의 요구가 강해지고 있으며, 이에 따라 에어콘의 주요 부분인 열교환기에 대하여도 고효율화 및 콤팩트화가 요구되고 있다.

히트펌프 에어콘에는 크로스핀형 열교환기가 주로 사용되고 있다. 이 크로스핀형 열교환기는, 공기와의 열교환을 위해 루버등이 표면에 기립되어 있는 것으로서, 전열관을 끼우기 위한 관통공의 형성된 알루미늄핀에 전열관을 삽입하고, 전열관내로 관확장 플럭그를 통과시켜 관을 확장함으로써 전열관의 외측표면과 알루미늄핀을 접속시키고, 이것을 조립함으로써 제조된다. 크로스핀형 열교환기는 전열관내에 프레온등의 냉매를 유통시켜서 사용하게 된다.

종래에는 전열관으로서 평활관을 사용하였다. 그러나, 근래에는 관 내면에 미세한 나선홈이 다수개 형성된 내면 홈붙이관이 개발됨으로써 관내 전열성능의 향상 및 열교환기 성능의 개량이 이루어지고 있다. 이로 인하여, 현재에는 주로 9.53mm 및 7.00mm의 외경을 갖는 내면 홈붙이관이 사용되고 있다.

최근에는 더욱 소형의 열교환기에 대한 요구가 높아지고 있으며, 이에 부응하여 외경 4mm 정도의 전열관을 유효하게 사용한 소형 열교환기의 개발이 추진되고 있다. 그래서, 본 발명자들은 일전에 일본국 특개소 62-98200호의 공보를 통해서 소직경 전열관을 개시한 바 있다.

그러나, 단순히 소직경 전열관을 사용하는 것만으로는 관내의 압력손실이 커져 버려서 열교환기의 고성능화에 기여하지 못한다. 보다 효과적으로 소직경관을 사용하기 위해서는, 적절한 홈형상을 갖는 높은 전열성능의 소직경관이 개발되지 않으면 아니된다.

또한, 전열관을 확장하여 열교환기에 조립할때, 전열관의 내면에 형성된 산부분이 찌그러져서 홈이 변형을 일으키게 된다. 벽두께가 일정하면, 관의 직경이 작을수록 관내부의 산부분이 많이 찌그러져서 홈이 변형된다. 일반적으로, 홈의 깊이는 전열관의 전열성능을 크게 좌우하는 것으로 알려져 있다. 이 때문에, 열교환기의 효율을 향상시키기 위해서는 홈의 변형으로 인한 전열성능의 저하를 최소한으로 억제할 필요가 있다.

이와같은 소직경의 내면 홈붙이관을 제조함에 있어서는, 너무 가는 원자재관을 사용해서 종래와 동일한 제조방법으로 작업을 하게 되면 홈붙이 가공시에 관이 파단될 염려가 있다.

그러나, 이와 반대로 너무 큰 외경의 원자재관에 홈을 가공하고 직경감소율을 높여서 소직경관으로 만들게 되면, 직경의 감소과정중 제1도에 도시한 것과 같이 전열관(1)의 외측표면에 함몰부(2)가 생기기도 하고, 제2도에 도시한 것과 같이 전열관의 외측표면에 균일부(3)가 빈번하게 발생한다. 따라서, 소직경관의 제조에는 부적합하다.

본 발명은, 매우 뛰어난 전열성능을 발휘하고, 게다가 열교환기에 조립하기 위하여 관을 확장할 때에 홈의 찌그러짐을 최소화할 수 있는 소직경의 내면 홈붙이관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적은, 외경 3~6mmø의 금속관과, 상기 금속관의 내면에 나선상 혹은 관측방향으로 연속해서 형성되고 홈깊이 H가 0.15＜H＜0.25mm이고 홈바닥 폭 W₁이 0.10≤W₁≤0.20mm인 홈을 구비하고, 상기 금속판의 바닥벽 두께와 외경간의 비 t/D가 0.025≤t/D≤0.075인 소직경 전열관에 의해 달성된다.

또한, 본 발명은, 뛰어난 전열성능을 발휘하고, 게다가 직경 감소작업중 변형이나 균열을 발생시키지 않는 내면 홈붙이관, 특히 소직경 전열관을 높은 효율로 얻을 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적은, 외경이 4.5mmø 이상인 금속관내에 홈붙이 플러그를 부착하고, 금속관을 관축방향으로 인발하면서 금속관의 외표면에 건조 또는 뽑아늘리기 가공을 시행하여, 금속관의 내면에 나선상 혹은 관축방향으로 연속해 있고 산바닥폭과 바닥벽 두게와의 비 W₂/t가 0.2~1.5이고, 홈깊이 H가 0.15~0.30mm이고 홈바닥폭 W₁이 0.15 ~0.50인 홈을 형성하고, 이것에 적어도 1회의 중공 뽑아늘리기(空引抽伸)에 의해 20~40%의 직경 감소 가공을 시행하여, 홈깊이 H가 0.15＜H＜0.25mm이고 홈바닥폭 W₁이 0.10≤W₁≤0.20mm이고 금속관의 바닥벽두께와 외경간의 비 t/D가 0.025≤t/D≤0.075인 소직경 전열관을 얻은 소직경 전열관의 제조방법에 의해 달성된다.

본 발명의 소직경 전열관에 있어서, 외경 D를 3~6mmø로 한 것은, 3mmø미만에서는 소정형상의 홈을 형성시키기가 곤란하기 때문이고, 또한 6mmø를 초과하면 열교환기의 소형화에 기여하지 못하기 때문이다.

또한, 홈깊이 H를 0.15≤H≤0.25mm, 홈바닥폭 W₁을 0.10~0.20mm로 한 것은, 종래의 내면홈붙이관과 대략 동등한 가공성 및 코스트를 고려하고 전열성능의 최적화를 도모하기 위함이다.

또한, 관의 외경 D에 대한 바닥벽두께 t를 0.025≤t/D≤0.075로 한 것은, 홈의 찌그러짐에 의한 전열성능의 저하를 최소한으로 억제하기 위함이다. 한편, 산의 꼭지점 각도 α는 20°＜α＜50°로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조방법에 있어서 산바닥폭과 바닥벽두께와의 비 W₂/t를 0.2~1.5로 한정한 것은, 0.2미만이면 통상 제조되는 바닥벽두께에 대하여 산바닥폭이 지나치게 작아져서 홈붙이 가공이 불가능하게 되기 때문이고, 1.5를 초과하면 산바닥폭에 대하여 바닥벽두께가 얇아져서 홈붙이 가공후의 20~40%의 직경감소가공시에 있어서 관의 외측표면에 함몰부가 발생하거나 균열부등이 많이 발생한다.

일반적으로, 단면이 원형인 관상체의 직경감소가공시에는 원주방향으로 일정한 힘이 작용한다. 내면홈붙이관의 경우에는, 산부와 홈부의 벽두께가 달라서 원주방향으로 받는 단위면적당의 힘이 달라지게 된다. 이로 인하여, 직경감소가공에 따른 벽두께의 증가비에 약간의 차이가 생기고, 바닥벽두께에 비해서 산바닥폭이 넓은 홈형상의 경우에는, 제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 산부(4)에 대응하는 외측표면에 함몰부가 발생하거나 균열부가 관의 내부에까지 도달해 버린다. 홈붙이 가공후의 직경감소율을 40%이하로 한 것은, 이와같은 불량가공으로 인하여 제조상 문제가 발생하는 것을 억제하기 위함이다. 또한, 직경감소율이 20%미만으로 되면 단위시간당 제조중량이 적은 소직경 전열관에 있어서, 그 소직경관에 홈붙이 가공을 한 후, 직경을 감소시켜서 제조중량을 증가시킨다고 하는 본래의 잇점이 없어져 버리기 때문이다.

다음으로, 본 발명의 전열관의 제조방법에 있어서, 금속관의 외경을 4.5mmø이상으로 한정한 것은, 외경이 4.5mmø미만이면, 홈붙이 가공시의 인발력이 관의 파단하중을 초과해 버려서 홈붙이 가공이 불가능해지기 때문이다.

금속관의 내면에 형성되는 홈의 깊이를 0.15~0.30mm로 한정한 것은 20~40%의 직경감소가공시에 있어서의 감소비가 1.05 내지 1.2로 되는 것을 고려하여 최종적으로 홈깊이를 0.15＜H＜0.25mm로 하기 위함이다. 또한, 금속관의 내면에 형성되는 홈바닥폭을 0.15~0.50mm로 한정한 것은, 20~40%의 직경감소가공에 따른 폭의 감소비가 0.7~0.4로 되는 것을 고려하여, 최종적인 홈의 폭이 0.10≤W₁≤0.20mm로 되도록 하기 위함이다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.

제3a도 및 b는 본 발명의 소직경 전열관을 제조할때에 사용되는 전조장치를 나타낸다. 제3a도도에 있어서, 금속판(30)의 내면에는 플로팅 플러그(31)가 삽입되어 있고, 금속관(30)의 외측에는 플로팅 다이스(32)가 배치되어 있다. 또한, 금속관(30)내에는 홈붙이 플러그(33)가 플로팅 플러그(31)에 의해 소정의 위치에 유지되고 있다. 홈붙이 플러그(33)의 외측에는 전조롤러(34)가 배치되어 있다. 한편, 제3b도의 전조장치는 전조롤러(34)의 대신에 전조볼(35)을 사용한 것 이외에는 제3a도의 전조장치와 동일한 구성이다. 제3a도에 있어서, β는 리이드 각을 나타낸다.

이 전조장치를 이용해서 인산동의 원자재관의 전조가공을 시행하여, 홈깊이가 0.1~0.3mm이고 바닥벽두께가 0.2~0.35mm이고 산바닥폭과 바닥벽두께간의 비 W₂/t가 0.2~2.0이고 내면에 제4도에 도시한 것과 같은 형상의 홈을 갖는 여러가지 종류의 내면홈붙이관을 약 1000mm 제작하였다. 제4도에 있어서 W₁은 홈의 바닥폭을 나타내고, α는 산의 꼭지점 각도를 나타낸다. 이어서, 이것에 38%의 직경 감소율로 직경감소가공을 시행하여, 외경 4mm, 홈깊이 0.09~0.26mm의 소직경 전열관을 제조하였다.

얻어진 소직경 전열관의 외측표면에 발생한 균열부의 수를 조사하였다. 그 결과를 제5도에 나타낸다. W₂/t가 0.2미만일 때에는 홈붙이 가공을 행할 수가 없었다. 제5도로부터 평백한 바와 같이, W₂/t가 1.5를 초과하면, 균열부의 수가 급격히 상승한다. 이러한 이유에서, 산의 바닥폭과 바닥벽 두께와의 비 W₂/t는 0.2~1.5로 설정하는 것이 필요하다.

또한, 외경 5.5~9.53mmø의 원자재관에 외경 4.5~7.5mmø의 홈붙이 플러그를 사용해서 건조가공을 시행하여 여러 가지 치수의 내면홈붙이관을 제작하고, 각각의 내면홈붙이관에 적어도 1회의 중공 뽑아늘이기 가공에 의해 20~40ø의 직경 감소가공을 행하여 외경 3~6mmø의 소직경 전열관을 제조하였다. 이 제조공정에 있어서, 직경감소율과 홈바닥폭 및 산바닥폭의 직경감소전후의 폭감소비(직경감소후/직경감소전)간의 관계, 직경 감소율과 직경감소전후의 홈깊이의 감소비(직경감소후/직경감소전)간의 관계, 그리고, 직경감소율과 직경감소전후의 벽두께 증가비(직경감소후/직경감소전)간의 관계를 각각 제6도 내지 제8도에 나타낸다.

제6도에서, 홈바닥폭 및 산바닥폭의 감소비는 직경감소율이 증가함에 따라 저하함에 따라 저하한다. 또한, 제7도에서, 홈깊이의 감소비는 직경감소율의 증가에 따라 증가한다. 또한, 제8도에서, 벽두께 증가비는 직경감소율의 증가에 따라 감소한다. 이들 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 소망하는 홈의 형상을 얻기 위해서는 직경감소율을 20~40%로 하는 것이 필요하다.

다음으로, 인탈산동의 원자재간에 건조가공을 시행하여, 외경이 6.5mmø이고, 홈깊이가 0.1~0.22mm이고, 바닥벽두께가 0.22~0.29mm이고, 홈바닥폭 W₁이 0.125~0.625mm인 여러가지 치수의 내면홈붙이관을 제작하였다. 각각의 내면홈붙이관에 중공 뽑아늘리기 가공에 의해 직경감소율 38%의 직경 감소가공을 행하여, 외경이 4mmø이고 홈깊이가 0.09~0.19mmø이며 바닥벽두께가 0.23~0.30mm이고 홈의 바닥폭이 0.05~0.25mm인 소직경 전열관을 제조하였다. 다음의 표에 대표적인 소직경 전열관의 치수를 나타낸다.

[표 1]

얻어진 소직경 전열관의 관내전열성능을 조사하였다. 관내전열성능의 측정은, 소직경 전열관을 이중관식열교환기에 조립하고, 전열관내에 프레온 R-22를 유통시키고, 관의 외측에 냉매 또는 냉각수를 흐르게 하여 다음의 표 2 및 표 3에 나타낸 측정조건으로 증발 또는 응축시에 있어서의 열전달율과 압력손실을 측정함으로써 행하였다.

[표 2]

[표 3]

제9도 및 제10도는 각각 증발시 및 응축시에 있어서의 관내냉매질량유속과 압력손실과의 관계를 나타낸다. 제10도로부터 알 수 있는 바와 같이, 응축시에 있어서, 본 발명의 소직경 전열관의 압력손실은 홈으로 인한 영향때문에 평활관의 그것에 비해서 1.8배였다. 그러나, 홈의 깊이등과 같은 홈의 형상에 따른 차에는 거의 발견되지 않았다. 또한, 제9도로부터 알 수 있는 바와 같이, 증발시에 있어서도 위에서와 마찬가지로 홈의 형상에 따른 차이는 적고, 본 발명의 소직경 전열관의 압력손실은 평활관의 그것에 비해서 1.4배였다.

제11도 및 제12도는 각각 증발시 및 응축시에 있어서의 홈바닥폭 W₁과 관내열전달율과의 관계를 나타낸다. 이때의 냉매질량유속은 400kg/m²s이다. 제11도로부터 알수 있는 바와 같이, 홈의 깊이를 깊게 하면, W₁=0.1~0.20㎜의 부근에 최적치가 존재한다. 일정한 홈의 깊이에 대하여 홈의 수를 증가시키면, 전열관내의 원주길이가 증가하고, 이와 동시에 전열성능이 향상된다. 그러나, 홈의 수를 지나치게 증가시키면, 홈바닥폭이 극단적으로 감소하고, 홈의 내부에서 액막의 형성이 곤란하게 되고, 항상 홈이 액체로 충만된 상태로 되어 전열성능이 저하한다. 즉, 전열관내의 원주길이와 홈내의 액막량의 최적치가 0.1~0.20mm부근이다.

다음으로, 제11도 및 제12도에서 얻어진 각 홈의 깊이에 대한 최고의 전열성능의 값을 제13도로부터 나타낸다. 제13도로부터 명백한 바와 같이, 응축시에 있어서의 관내열전달율이 홈깊이에 대하여 대략 비례해서 증가한다. 한편, 증발시에 있어서는, 관내 열전달율은 홈깊이 H=0.15mm이상에서 급격히 증가하는 경향이 있다. 또한, 응축시에 있어서는, 평활관에 대하여 압력 손실이 1.8배인 것을 고려하면 본 발명의 소직경 전열관의 전열성능은 평활관의 그것에 비해서 적어도 2배로 된다. 이 결과, 홈깊이 H＞0.5mm로 형성하는 것이 필요하다. 또한, 홈깊이를 H＞0.15mm로 설정한 경우에, 전열성능의 향상을 고려하면, 제11도 및 제12도에서 홈바닥폭은 0.10≤W₁≤0.20mm로 형성하는 것이 필요하다. 이렇게 함으로써, 응축시에는 평활관의 2배에 가까운 전열성능을 발휘할 수 있다. 또한, 증발시에는 H≤0.15mm인 경우에 비해서 비약적인 전열성능의 향상을 기대할 수 있다.

다음으로, 위에서 설명한 것과 동일한 방법에 의해 외경이 4mmø이고, 홈의 수가 36개이며, 홈깊이가 0.22mm이고, 홈바닥폭이 0.15mm인 형상에 있어서, 바닥벽두께를 여러가지로 변화시킨 소직경 전열관을 제조하였다. 그후, 각각의 소직경 전열관에 풀림처리를 행하고, 최소내경보다 0.6mm 큰 외경을 갖는 관확장 플러그를 관내에 축방향으로 삽입하여 관을 확장시켰다. 이때 홈의 찌그러짐량 △h(관확장 전후의 홈깊이의 차이)와 외경에 대한 바닥벽두께의 비 t/D와의 관계를 제14도에 나타낸다. 제14도로부터 명백한 바와 같이, 홈의 찌그러짐량은 바닥벽 두께의 증가에 따라 증가한다. 또한, t/D≤0.025에서는 바닥벽 두께가 너무 얇아져서 홈붙이 가공시에 관이 파단되어 버렸다.

이어서, 관확장후의 소직경관에 대하여 위에서 설명한 방법으로 전열성능을 측정하였다. 그 결과를 홈의 찌그러짐량 △h에 대한 관내 증발연전달율로서 제15도에 나타낸다. 또한, 제15도에는, 제11도 및 제12도에서 얻어진 관확장후의 홈깊이와 동일한 홈깊이를 갖는 소직경 전열관의 최고전열성능치를 나타낸다. 제15도로부터 명백한 바와 같이, △h＜0.04에서 관확장후의 전열성능은 홈깊이가 감소한 만큼 저하된다는 것을 알 수 있다. △h＞0.04에서는 홈깊이가 얕아짐에 따라 산부분의 형상이 원형을 유지하지 못하고 심하게 찌그러져서 대략 사다리꼴 단면을 갖게 되고, 홈깊이가 얕아지는데 따른 영향 이상으로 성능이 저하하는 것으로 확인되었으며, 동일한 홈깊이의 최적치 형상의 경우에 비해서 전열성능이 크게 저하하였다.

따라서, 제14도에서 홈의 찌그러짐량 △h=0.04일때 t/D=0.075이었으므로, 관의 외경에 대한 바닥벽두께의 비t/D는 0.025≤t/D≤0.075로 하는 것이 필요하다.

본 발명의 소직경 전열관에 의하면, 관내전열성능을 비약적으로 향상시킬 수 있고, 게다가 관을 확장시켜서 핀과 밀착시키는 경우에도, 홈의 찌그러짐에 따른 성능저하를 최소한으로 억제할 수 있다. 이에 의해서, 종래의 것에 비하여 대폭 소형이고 효율이 좋은 소형 열교환기를 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 제조방법에 의하면, 높은 전열성능을 발휘하는 전열관, 특히 소직경 전열관을 함몰부나 균열부의 발생을 억제하여 효율좋게 제조할 수 있다.

Claims

외경 3-6mmø의 금속판(30)과, 상기 금속판(30)의 내면에 나선상 혹은 관측방향으로 연속해서 형성되고 홈깊이 H가 0.15＜H＜0.25mm이고 홈바닥폭 W₁이 0.10＜W₁0.20mm인 홈을 가지는 것으로서, 상기 금속관의 바닥벽 두께와 상기 금속관의 외경간의 비t/D가 0.025≤t/D≤0.075인 소직경 전열관.
제1항에 있어서, 상기 나선상 홈의 산꼭지점각(α)이 20~50°인 소직경 전열관.
제1항에 있어서, 상기 홈의 리이드각(β)이 관측에 대하여 20°이하인 소직경 전열관.
제1항에 있어서, 상기 금속간이 Cu로 이루어진 소직경 전열관.
외경이 4.5mmø이상인 금속관(30)내에 홈붙이 플러그(33)를 부착하고, 상기 금속관(30)을 관측방향으로 인발하면서 상기 금속관(30)의 외표면에 전조 또는 뽑아늘이기 가공을 시행하여 상기 금속관(30)의 내면에 나선상 혹은 관측방향으로 연속해 있고 산바닥폭과 바닥벽 두께간의 비 W₁/t가 0.2~1.5이고 홈깊이 H가 0.15~0.30mm이고 홈바닥폭 W₁이 0.15~0.50인 홈을 형성하고, 이것에 적어도 1회의 중공 뽑아늘이기에 의해 20~40%의 직경감소가공을 시행하여, 홈깊이 H가 0.15＜H＜0.25mm이고 홈바닥폭 W₁이 0.10≤W₁≤0.20mm이고 상기 금속관의 바닥벽 두께와 상기 금속관의 외경간의 비 t/D가 0.025≤t/D≤0.075인 소직경 전열관의 제조방법.