WO2023068453A1 - 열교환기 - Google Patents

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WO2023068453A1
WO2023068453A1 PCT/KR2022/001589 KR2022001589W WO2023068453A1 WO 2023068453 A1 WO2023068453 A1 WO 2023068453A1 KR 2022001589 W KR2022001589 W KR 2022001589W WO 2023068453 A1 WO2023068453 A1 WO 2023068453A1
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WO
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heat exchanger
port
plate
fin
bending
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/001589
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English (en)
French (fr)
Inventor
김성우
이한춘
김홍성
정승모
김민환
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28F3/046—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being linear, e.g. corrugations
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    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F2009/0285—Other particular headers or end plates

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, and more particularly, to a heat exchanger in which a plurality of fin tubes are arranged to be bent in a predetermined direction.
  • the heat exchanger may be used as a condenser or evaporator in a refrigerating cycle device composed of a compressor, a condenser, an expansion mechanism, and an evaporator.
  • heat exchangers are installed in air conditioners and refrigerators to exchange heat between refrigerant and air.
  • the heat exchanger may be classified into a finned tube type heat exchanger, a microchannel type heat exchanger, and the like.
  • the heat exchanger may include a plurality of tubes through which a refrigerant flows and exchanges heat with external air, fins combined with the plurality of tubes to improve heat exchange capability, and a header communicating with the plurality of tubes to supply refrigerant.
  • fins and tubes are integrally formed, and a refrigerant may flow inside the finned tube.
  • the refrigerant can transfer heat to the fins.
  • a plurality of fin tubes may be disposed side by side with each other, and gaps through which air may flow may be formed between the plurality of fin tubes. Accordingly, the refrigerant flowing inside the fin tube and the air flowing between the fin tubes may exchange heat with each other.
  • An object to be solved by the present invention is to easily bend a fin-tube heat exchanger in a region where bending of the heat exchanger is required, and to ensure structural stability.
  • Another problem to be solved by the present invention is to minimize the decrease in heat exchange efficiency in a region where bending of the heat exchanger is required.
  • the heat exchanger according to an embodiment of the present invention, the plate extending in the longitudinal direction, the refrigerant flows therein; And a fin tube protruding in the thickness direction from both sides of the end of the plate and having a port formed therein with a passage communicating with the inside of the plate, to form a center of curvature at one side of the plate in the width direction.
  • a bending direction is defined, a plurality of fin tubes may be arranged along the bending direction, and adjacent ports may be coupled to each other to form a header elongated along the bending direction.
  • the ports connected to each other may be deformed by compressing coupling portions to form the center of curvature.
  • the deformed ports may have a tapered shape to gradually narrow toward the center of curvature.
  • the width w2 of the plate in the width direction WD may be smaller than the width w1 of the plate in the longitudinal direction LD.
  • the port may have an oval shape.
  • the port may protrude from the plate to gradually narrow in a thickness direction.
  • the port may have a truncated cone shape.
  • the port may have a tapered shape by being inclined to be gradually lowered toward one side of the plate in the width direction WD.
  • the plurality of ports may be in contact with each other to bend the arrangement of the plurality of fin tubes in the bending direction.
  • the finned tube heat exchanger can be easily bent and structural stability can be secured.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat exchanger.
  • FIG. 2 is a perspective view of a heat exchanger in a bending section as a comparative example.
  • FIG 3 is an enlarged perspective view of one side of a fin tube for a comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram of a simulation showing stress concentration of a heat exchanger in a bending section as a comparative example.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a heat exchanger in a bending section as a comparative example.
  • FIG. 6 is a perspective view of a heat exchanger in a bending section as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a fin tube as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view of one side of the fin tube of FIG. 7 .
  • Figure 9 is a cross-sectional view of the fin tube of Figure 7;
  • 10 and 11 are cross-sectional views showing a process of coupling a plurality of fin tubes as the fin tube of FIG. 7 .
  • FIG. 12 is an enlarged perspective view of one side of a fin tube as another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the fin tube of FIG. 12;
  • FIG. 14 and 15 are cross-sectional views showing a process in which a plurality of fin tubes are coupled as the fin tube of FIG. 12 .
  • FIGS. 14 and 15 are enlarged cross-sectional views of a portion of fin tubes coupled to each other in FIGS. 14 and 15;
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of a fin tube as another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 and 19 are cross-sectional views showing a process in which a plurality of fin tubes are combined with the fin tube of FIG. 17 .
  • spatially relative terms “below”, “beneath”, “lower”, “above”, “upper”, etc. It can be used to easily describe components and their correlations with other components. Spatially relative terms should be understood as encompassing different orientations of elements in use or operation in addition to the orientations shown in the drawings. For example, if you flip a component shown in the drawing, a component described as “below” or “beneath” another component will be placed “above” the other component. can Thus, the exemplary term “below” may include directions of both below and above. Elements may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
  • each component is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of explanation. Also, the size and area of each component do not entirely reflect the actual size or area.
  • all parts inserted, coupled, fitted, contacted, joined, and assembled between heat exchanger components may be coupled by brazing.
  • filler metal may be injected into all parts of the heat exchanger where components are inserted, coupled, fitted, contacted, joined, or assembled.
  • the heat exchanger may be brazed by being put into a furnace in a state in which the filler metal is put in and exposed to high temperature conditions for a certain period of time.
  • the description of the brazing may be omitted.
  • the direction in which the x-axis is directed may be defined as a left-rear direction.
  • a direction in which the +x axis is directed from the origin may be referred to as a right direction, and a direction in which the -x axis is directed may be referred to as a left direction.
  • a direction in which the y-axis is directed may be defined as a forward and backward direction.
  • a direction in which the +y axis is directed from the origin may be referred to as a rearward direction, and a direction in which the -y axis is directed may be referred to as a forward direction.
  • a direction in which the z-axis is directed may be defined as a vertical direction.
  • a direction in which the +z axis is directed from the origin may be referred to as an upward direction, and a direction in which the -z axis is directed may be referred to as a downward direction.
  • the heat exchanger may include a plurality of fin tubes 10 .
  • a flow path through which a refrigerant flows may be formed inside the fin tube 10 .
  • the refrigerant flowing inside the fin tube 10 may conduct heat to the fins of the fin tube 10 .
  • a plurality of fin tubes 10 may be continuously arranged along a predetermined direction.
  • a plurality of fin tubes 10 may be spaced apart from each other to form gaps through which air may flow. The air passing between the plurality of fin tubes 10 can exchange heat with the fin tubes 10 .
  • the fin tube 10 may extend long in the vertical direction. Headers 130 may be formed at one end and the other end of the fin tube 10 .
  • the inlet port 101 may be connected to the header 130 formed at one end, and the outlet port 102 may be connected to the header 130 formed at the other end.
  • the refrigerant introduced through the inlet port 101 is distributed to the inside of each fin tube 10 through one end of the header 130, flows inside the fin tube 10, and passes through the header 130 on the other end. It can be discharged to the discharge port 102 through.
  • the heat exchanger may include a straight section (SS) and a bending section (BS).
  • SS straight section
  • BS bending section
  • the plurality of fin tubes 10 may be continuously arranged side by side with each other along one direction.
  • the plurality of fin tubes 10 may be continuously arranged along a bending direction or a curving direction.
  • the plurality of fin tubes 10 may form a center of curvature C at one side.
  • the fin tube 10 may include a plate 11 .
  • the plate 11 may extend long in the vertical direction.
  • the plate 11 may have a flow path 15 through which a refrigerant may flow.
  • the fin tube 10 may include embossing 12 .
  • the embossing 12 may convexly protrude from the plate 11 in the thickness direction TD.
  • the embossing 12 may determine the shape of the flow path 15 inside the plate 11 and the shape of a flow path (not shown) through which air passes between the plurality of fin tubes 10 .
  • the embossing 12 may be arranged in plurality along the longitudinal direction LD of the plate 11 .
  • the plurality of embossings 12 may have a chevron shape.
  • the fin tube 10 may include a port 13 .
  • the port 13 may protrude from both ends of the plate 11 in the thickness direction TD.
  • the port 13 may protrude from both sides of the plate 11 in the thickness direction TD of the plate 11 .
  • the port 13 may be formed hollow to form a passage 14 therein.
  • the passage 14 may communicate with the flow path 15 inside the fin tube 10 .
  • a plurality of fin tubes 10 may be continuously arranged and coupled.
  • the serially arranged ports 13 may be coupled to each other to form an elongated header 130 .
  • the plurality of passages 14 may be long and connected to form the header passage 140 .
  • the header 130 and the header passage 140 may extend long in the bending direction BD.
  • the refrigerant flowing into one end of the header passage 140 may be distributed to the passage inside each of the plurality of fin tubes 10 and then flow to the header passage 140 of the other end.
  • the port 13 may protrude more in the thickness direction TD of the fin tube 10 than the embossing 12 .
  • the passage 15 may communicate with the passage 14 inside the port 13 .
  • the port 13 may have a circular shape.
  • the width (w1') or diameter (w1') of the port 13 in the longitudinal direction (LD) of the fin tube 10 and the width (w2) of the port 13 in the width direction (WD) of the fin tube 10 ') or diameter (w2') may be equal to each other.
  • a plurality of fin tubes 10 may be continuously arranged along the bending direction BD.
  • the bending direction BD may be defined as a direction in which the plate 11 is bent to form a center of curvature in a width direction WD (refer to FIG. 3 ) crossing the longitudinal direction LD of the plate 11 .
  • the plurality of fin tubes 10 may be arranged along the bending direction BD to form a center of curvature C at one side.
  • Each of the ports 13 of the plurality of fin tubes 10 may be coupled by being in contact with each other.
  • the passages 14 inside the port 13 may communicate with each other to form an elongated header passage 140 (see FIG. 2 ).
  • the degree of deformation of the port 13 may increase as it approaches the center of curvature C.
  • the ports 13 may be deformed to be depressed to the inside of the fin tube 10 by pressing each other to form a curvature.
  • the magnitude of the tensile stress applied between the plurality of fin tubes 10 decreases, the magnitude of the compressive stress ⁇ c increases, and the degree of deformation can become severe.
  • the magnitude of compressive stress ⁇ c applied between the plurality of fin tubes 10 may decrease, the magnitude of tensile stress may increase, and the degree of deformation may decrease.
  • the port 13A and the passage 14A of the fin tube 10A may have an elliptical shape.
  • the width w2 of the port 13A in the width direction WD of the fin tube 10 may be smaller than the width w1 of the port 13A in the longitudinal direction LD of the fin tube 10.
  • the width w1 of the port 13A in the longitudinal direction LD may be the same as the width w1 ′ of the port 13 in the longitudinal direction LD described above with reference to FIG. 3 .
  • the width w2 of the port 13A in the width direction WD may be smaller than the width w2' of the port 13 in the width direction WD described above with reference to FIG. 3 .
  • a plurality of fin tubes 10A may be continuously arranged along the bending direction BD and coupled to each other.
  • Adjacent ports 13A may be coupled and connected to each other.
  • the coupled ports 13A may be deformed so as to be depressed into the fin tube 10 by pressing each other.
  • the ports 13A may be deformed to form a center of curvature C on one side.
  • the modified ports 13A may have a tapered shape.
  • the magnitude of the compressive stress ⁇ c applied between the ports 13A increases, and the degree of deformation may increase. Comparing FIG. 5 with FIG. 11, the magnitude of the maximum compressive stress ( ⁇ c2 ) applied to the port 13A of FIG. 11 is greater than the magnitude of the maximum compressive stress ( ⁇ c1 ) applied to the port 13 of FIG. can be small
  • structural stability of the coupling structure between the fin tubes 10A can be improved.
  • heat can be exchanged with air, and the loss of heat exchange performance can be reduced compared to the straight section (SS, see FIG. 1).
  • the port 13B may protrude from the plate 11 to gradually narrow in the thickness direction TD.
  • the port 13B may include an inclined portion.
  • the port 13B may form an obtuse angle ⁇ b inside.
  • the port 13B may have a truncated cone shape.
  • the port 13B may include a flat portion 131B and an inclined portion 132B.
  • the inclined portion 132B may protrude obliquely from the plate 11 in the thickness direction TD.
  • the flat portion 132B may flatly extend inwardly from the inclined portion 132B to form a contact portion to be coupled with another port 13B.
  • the direction in which the flat portion 132B extends may be parallel to the longitudinal direction LD or the width direction WD of the fin tube 10B.
  • the flat portion 132B may be opened to form a passage 14B.
  • the flat portion 131B and the inclined portion 132B may extend in a circumferential direction.
  • the flat portion 131B and the inclined portion 132B may form an obtuse angle ⁇ b in the passage 14B.
  • a plurality of fin tubes 10B may be continuously arranged along the bending direction BD and coupled to each other.
  • Adjacent ports 13B may be coupled and connected to each other.
  • the coupled ports 13B may be deformed so as to be depressed into the fin tube 10 by pressing each other.
  • the ports 13B may be deformed to form a center of curvature C on one side.
  • the flat portion 131B and the inclined portion 132B of the port 13B are disposed obliquely to each other to form an obtuse angle to form a truncated conical shape, and thus deformation may be easier than when the port 13B is vertically disposed.
  • the inclined portion 132B may be compressed and deformed inward so that the slope becomes more gentle. Referring to FIG. 16 , when the port 13B is deformed and the plurality of fin tubes 10B are curvedly arranged, the size of the obtuse angle ⁇ b formed by the port 13B may increase.
  • the obtuse angle ⁇ b2 of the port 13B after being deformed can be greater than the obtuse angle ⁇ b1 of the port 13B before being deformed.
  • the stress applied to the fin tube 10B when the port 13B is compressed to be depressed inward can be relieved.
  • structural stability of the coupling structure between the fin tubes 10B can be improved.
  • heat can be exchanged with air, and the loss of heat exchange performance can be reduced compared to the straight section (SS, see FIG. 1).
  • the port 13C of the fin tube 10C may be slanted along one direction in the width direction WD.
  • the pair of ports 13C formed on both sides of the fin tube 10C may be inclined so as to gradually narrow toward one side in the width direction WD.
  • the port 13C may be narrower on the other side than on one side in the width direction WD. That is, the port 13C may have a tapered shape to one side in the width direction WD.
  • the port 13C may include a first inclined portion 131C and a second inclined portion 132C.
  • the second inclined portion 132C may protrude from both sides of the plate 11 at an inward angle in the thickness direction TD, respectively.
  • the protruding length of the first inclined portion 131C may decrease as it approaches the center of curvature C (see FIG. 19).
  • the first inclined portion 131C may extend from the end of the second inclined portion 132C.
  • the first inclined portion 131C may be opened to form a passage 14C.
  • the first inclined portion 131C may be formed to be inclined from one side to the other side in the width direction WD instead of parallel to the width direction WD.
  • the port 13C may have a tapered shape to gradually narrow in a direction toward the center of curvature C based on the width direction WD.
  • the tapered ports 13C may be coupled to each other.
  • the tapered ports 13C may be in contact with each other, so that the plurality of fin tubes 10 are arranged along the bending direction BD and form a center of curvature C at one side.
  • the first inclined portions 131C may come into close contact with each other and be coupled so that the plurality of fin tubes 10C are bent.
  • the plurality of fin tubes 10 can be arranged along the bending direction without deformation of the fin tube 10C, and the influence of compressive stress and tensile stress between the fin tubes 10C can be minimized.
  • structural stability of the coupling structure between the fin tubes 10C may be improved.
  • heat can be exchanged with air, and the loss of heat exchange performance can be reduced compared to the straight section (SS, see FIG. 1).

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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기는, 길이방향으로 길게 연장되고, 내부에 냉매가 유동하는 플레이트; 및 상기 플레이트의 단부의 양면으로부터 상기 두께방향으로 돌출되고, 내부에 상기 플레이트의 내부와 연통되는 통로가 형성된 포트를 구비한 핀튜브를 포함하고, 상기 플레이트의 폭방향의 일측에 곡률 중심을 형성하도록 벤딩되는 벤딩방향을 정의하면, 상기 핀튜브는, 상기 벤딩방향을 따라 복수로 배열되고, 인접한 상기 포트들간 서로 결합되어 상기 벤딩방향을 따라 길게 연장된 헤더를 형성할 수 있다.

Description

열교환기
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 핀튜브가 소정의 방향으로 벤딩되도록 배열된 열교환기에 관한 것이다.
열교환기는 압축기, 응축기, 팽창기구 및 증발기로 이루어지는 냉동 사이클 장치에서 응축기 또는 증발기로 사용될 수 있다. 또한 열교환기는 에어컨, 냉장고 등에 설치되어 냉매와 공기를 열교환 시킬수 있다.
열교환기는 핀튜브형 열교환기, 마이크로 채널형 열교환기 등으로 구분될 수 있다. 열교환기는 내부에 냉매가 유동되어 외부의 공기와 열교환하는 복수의 튜브와, 복수의 튜브와 결합되어 열교환 능력을 향상시키는 핀과, 복수의 튜브와 연통되어 냉매를 공급하는 헤더를 포함할 수 있다.
핀튜브 열교환기의 경우, 핀과 튜브가 일체로 형성되고, 핀튜브 내부에 냉매가 유동할 수 있다. 냉매는 핀에 열을 전달할 수 있다. 그리고, 복수의 핀튜브는 서로 나란하게 배치되어, 복수의 핀튜브 사이에 공기가 유동할 수 있는 틈이 형성될 수 있다. 이에 따라, 핀튜브 내부를 유동하는 냉매와, 핀튜브 사이를 유동하는 공기가 서로 열교환할 수 있다.
한편, 설치 공간이나, 제품의 특성에 따라, 핀튜브 열교환기의 벤딩이 필요한 영역이 발생하는 바, 구조적인 안정성을 해치지 않고 벤딩을 용이하게 하면서, 벤딩 영역에서의 열효관 효율의 저감을 최소화하기 위한 연구가 진행중이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 열교환기의 벤딩이 요구되는 영역에서, 핀튜브 열교환기를 용이하게 벤딩시킬 수 있고, 구조적인 안정성을 확보하도록 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 열교환기의 벤딩이 요구되는 영역에서, 열교환 효율의 저감을 최소화시키는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기는, 길이방향으로 길게 연장되고, 내부에 냉매가 유동하는 플레이트; 및 상기 플레이트의 단부의 양면으로부터 상기 두께방향으로 돌출되고, 내부에 상기 플레이트의 내부와 연통되는 통로가 형성된 포트를 구비한 핀튜브를 포함하고, 상기 플레이트의 폭방향의 일측에 곡률 중심을 형성하도록 벤딩되는 벤딩방향을 정의하면, 상기 핀튜브는, 상기 벤딩방향을 따라 복수로 배열되고, 인접한 상기 포트들간 서로 결합되어 상기 벤딩방향을 따라 길게 연장된 헤더를 형성할 수 있다.
서로 연결되는 상기 포트들은, 상기 곡률 중심을 형성하도록 결합부위가 압축되어 변형될 수 있다.
변형된 상기 포트들은, 상기 곡률 중심을 향하여 점차 좁아지도록 테이퍼드(tapered) 형상을 가질 수 있다.
상기 포트는, 상기 플레이트의 폭방향(WD)에 대한 폭(w2)이, 상기 플레이트의 길이방향(LD)에 대한 폭(w1)보다 작을 수 있다.
상기 포트는, 타원 형상을 가질 수 있다.
상기 포트는, 상기 플레이트로부터, 두께방향으로 점차 좁아지도록 돌출될 수 있다.
상기 포트는, 원뿔대 형상을 가질 수 있다.
상기 포트는, 상기 플레이트의 폭방향(WD)의 일측으로 점차 낮아지도록 경사지게 형성되어 테이퍼드(tapered) 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 포트들은, 서로 접촉되어 상기 복수의 핀튜브들의 배열을 상기 벤딩방향으로 벤딩시킬 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열교환기에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 열교환기의 벤딩이 요구되는 영역에서, 핀튜브 열교환기를 용이하게 벤딩시킬 수 있고, 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.
둘째, 열교환기의 벤딩이 요구되는 영역에서, 열교환 효율의 저감을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 열교환기의 사시도이다.
도 2는 비교 실시예로써, 벤딩 구간에서의 열교환기에 대한 사시도이다.
도 3은 비교 실시예로써, 대한 핀튜브의 일측을 확대한 사시도이다.
도 4는 비교 실시예로써, 벤딩 구간에서의 열교환기의 응력집중도를 보이는 시뮬레이션에 대한 도면이다.
도 5는 비교 실시예로써, 벤딩 구간에서의 열교환기에 대한 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예로써, 벤딩 구간에서의 열교환기에 대한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로써, 핀튜브에 대한 사시도이다.
도 8은 도 7의 핀튜브의 일측을 확대한 평면도이다.
도 9는 도 7의 핀튜브에 대한 횡단면도이다.
도 10 및 도 11은 도 7의 핀튜브로써, 복수의 핀튜브가 결합되는 과정을 나타낸 횡단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예로써, 핀튜브의 일측을 확대한 사시도이다.
도 13은 도 12의 핀튜브에 대한 횡단면도이다.
도 14 및 도 15는 도 12의 핀튜브로써, 복수의 핀튜브가 결합되는 과정을 나타낸 횡단면도이다.
도 16은 도 14 및 도 15에서, 서로 결합되는 핀튜브의 일부분을 확대한 횡단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예로써, 핀튜브에 대한 횡단면도이다.
도 18 및 도 19는 도 17의 핀튜브로써, 복수의 핀튜브가 결합되는 과정을 나타낸 횡단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
이하, 도 1 내지 도 19에 대하여, 열교환기 구성요소간 삽입, 결합, 끼움, 접촉, 접합, 조립되는 모든 부위는 브레이징 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 열교환기의 구성요소 간 삽입, 결합, 끼움, 접촉, 접합, 조립되는 모든 부위에는 필러메탈이 투입될 수 있다. 열교환기는 필러메탈이 투입된 상태로 로(Furnace)에 투입되어, 고온조건에 일정시간 노출됨으로써 브레이징 될 수 있다. 이하에서는, 상기 브레이징에 대한 설명이 생략될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 19에 도시된 좌표계를 기준으로, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기 내지 그 구성요소에 대한 방향에 대하여 정의한다.
x축이 향하는 방향을 좌후방향이라 정의할 수 있다. 원점으로부터 +x축이 향하는 방향을 우측방향, -x축이 향하는 방향을 좌측방향이라 할 수 있다.
y축이 향하는 방향을 전후방향이라 정의할 수 있다. 원점으로부터 +y축이 향하는 방향을 후측방향, -y축이 향하는 방향을 전측방향이라 할 수 있다.
z축이 향하는 방향을 상하방향이라 정의할 수 있다. 원점으로부터 +z축이 향하는 방향을 상측방향, -z축이 향하는 방향을 하측방향이라 할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하면, 열교환기는, 복수의 핀튜브(10)를 포함할 수 있다. 핀튜브(10)는 내부에 냉매가 유동하는 유로가 형성될 수 있다. 핀튜브(10)의 내부를 유동하는 냉매는 핀튜브(10)의 핀에 열을 전도할 수 있다. 복수의 핀튜브(10)는 소정의 방향을 따라 연속적으로 배열될 수 있다. 복수의 핀튜브(10)는 서로 이격되어 사이에 공기가 유동할 수 있는 틈을 형성할 수 있다. 복수의 핀튜브(10) 사이를 통과하는 공기는, 핀튜브(10)와 열교환할 수 있다.
핀튜브(10)는 상하방향으로 길게 연장될 수 있다. 핀튜브(10)의 일단과 타단에는 헤더(130)가 형성될 수 있다. 유입포트(101)는 일단에 형성된 헤더(130)와 연결되고, 배출포트(102)는 타단에 형성된 헤더(130)와 연결될 수 있다. 유입포트(101)로 유입된 냉매는 일단의 헤더(130)를 통해 각각의 핀튜브(10)의 내부로 분배되어, 핀튜브(10)의 내부를 유동한 뒤, 타단의 헤더(130)를 통해 배출포트(102)로 배출될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 열교환기는, 직선구간(SS)과 벤딩구간(BS)을 포함할 수 있다. 직선구간(SS)에서, 복수의 핀튜브(10)는 일방향을 따라 서로 나란하게 연속적으로 배열될 수 있다. 벤딩구간(BS)에서, 복수의 핀튜브(10)는 벤딩되는 방향 혹은 곡률진 방향을 따라 연속적으로 배열될 수 있다. 벤딩구간(BS)에서 복수의 핀튜브(10)는 일측에 곡률 중심(C)을 형성할 수 있다.
핀튜브(10)는 플레이트(11)를 포함할 수 있다. 플레이트(11)는 상하방향으로 길게 연장될 수 있다. 플레이트(11)는 내부에 냉매가 유동할 수 있는 유로(15)가 형성될 수 있다.
핀튜브(10)는 엠보싱(12)을 포함할 수 있다. 엠보싱(12)은 플레이트(11)로부터 두께방향(TD)으로 볼록하게 돌출될 수 있다. 엠보싱(12)는 플레이트(11) 내부의 유로(15)의 형상과, 복수의 핀튜브(10) 사이에 공기가 통과하는 유로(미도시)의 형상을 결정할 수 있다. 엠보싱(12)은 플레이트(11)의 길이방향(LD)을 따라 복수로 배열될 수 있다. 복수의 엠보싱(12)은 쉐브론 형상을 가질 수 있다.
핀튜브(10)는 포트(13)를 포함할 수 있다. 포트(13)는 플레이트(11)의 양 단부로부터 두께방향(TD)으로 돌출될 수 있다. 포트(13)는 플레이트(11)의 양면으로부터 플레이트(11)의 두께방향(TD)으로 돌출될 수 있다. 포트(13)는 중공으로 형성되어 내부에 통로(14)를 형성할 수 있다. 통로(14)는 핀튜브(10) 내부의 유로(15)와 연통될 수 있다.
복수의 핀튜브(10) 연속적으로 배열되어 결합될 수 있다. 연속적으로 배열된 포트(13)들은 서로 결합되어 길게 연장된 헤더(130)를 형성할 수 있다. 복수의 통로(14)는 길게 연결되어 헤더유로(140)를 형성할 수 있다. 벤딩구간(BS)에서, 헤더(130)와 헤더유로(140)는 벤딩방향(BD)으로 길게 연장될 수 있다. 일단의 헤더유로(140)로 유입되는 냉매는 복수의 핀튜브(10) 각각의 내부의 유로로 분배된 뒤, 타단의 헤더유로(140)로 유동할 수 있다.
도 3을 참조하면, 포트(13)는 엠보싱(12)보다 핀튜브(10)의 두께방향(TD)으로 더 돌출될 수 있다. 유로(15)는 포트(13) 내부의 통로(14)와 연통될 수 있다. 포트(13)는 원형의 형상을 가질 수 있다. 핀튜브(10)의 길이방향(LD)에서 포트(13)의 폭(w1') 또는 직경(w1')과, 핀튜브(10)의 폭방향(WD)에서 포트(13)의 폭(w2') 또는 직경(w2')은 서로 동일할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 벤딩구간(BS)에서, 복수의 핀튜브(10)는 벤딩방향(BD)을 따라 연속적으로 배열될 수 있다. 벤딩방향(BD)은, 플레이트(11)의 길이방향(LD)에 교차되는 폭방향(WD, 도 3 참조)에 곡률 중심을 형성하도록 벤딩되는 방향으로 정의될 수 있다. 복수의 핀튜브(10)는 일측에 곡률 중심(C)을 형성하도록 벤딩되는 방향(BD)을 따라 배열될 수 있다.
복수의 핀튜브(10) 각각의 포트(13)는, 서로 접촉되어 결합될 수 있다. 포트(13) 내부의 통로(14)들은 서로 연통되어, 길게 연장된 헤더유로(140, 도 2 참조)를 형성할 수 있다. 곡률 중심(C)에 인접할수록 포트(13)의 변형 정도는 심해질 수 있다. 포트(13)들은 서로 가압함으로써, 핀튜브(10)의 내측으로 함몰되도록 변형되어, 곡률을 형성할 수 있다.
복수의 핀튜브(10)는, 곡률 중심(C)에 인접할수록, 복수의 핀튜브(10) 간 가해지는 인장응력의 크기는 작아지고, 압축응력(σc)의 크기는 커지며, 변형의 정도는 심해질 수 있다. 곡률 중심(C)에서 멀어질 수록, 복수의 핀튜브(10)간 가해지는 압축응력(σc)의 크기는 작아질 수 있고, 인장응력의 크기는 커지며, 변형의 정도는 작아질 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 핀튜브(10A)의 포트(13A) 및 통로(14A)는 타원형의 형상을 가질 수 있다. 핀튜브(10)의 폭방향(WD)에 대한 포트(13A)의 폭(w2)은, 핀튜브(10)의 길이방향(LD)에 대한 포트(13A)의 폭(w1)보다 좁을 수 있다. 길이방향(LD)에 대한 포트(13A)의 폭(w1)은, 도 3에서 전술한, 길이방향(LD)에 대한 포트(13)의 폭(w1')과 동일할 수 있다. 폭방향(WD)에 대한 포트(13A)의 폭(w2)은, 도 3에서 전술한 폭방향(WD)에 대한 포트(13)의 폭(w2')보다 좁을 수 있다.
이에 따라, 폭방향(WD)에서, 곡률 중심(C)에 인접할수록 포트(13A)에 가중되며 작용하는 압축응력에 대한 영향이 줄어들 수 있다. 이에 대하여는 후술한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 복수의 핀튜브(10A)들은, 벤딩 방향(BD)을 따라 연속적으로 배열되어 서로 결합될 수 있다. 인접한 포트(13A)들은 서로 결합되어 연결될 수 있다. 결합되는 포트(13A)들은 서로를 가압하여 핀튜브(10)의 내측으로 함몰되도록 변형될 수 있다. 포트(13A)들은 일측에 곡률 중심(C)을 형성하도록 변형될 수 있다. 변형된 포트(13A)들은, 테이퍼드(tapered) 형상을 가질 수 있다.
포트(13A)는 곡률 중심(C)에 인접할수록, 포트(13A)간 가해지는 압축응력(σc)의 크기는 커지고, 변형의 정도는 심해질 수 있다. 도 5와 도 11을 비교하면, 도 11의 포트(13A)에 가해지는 최대 압축응력(σc2)의 크기는, 도 5의 포트(13)에 가해지는 최대 압축응력(σc1)의 크기보다 작을 수 있다.
이에 따라, 곡률 중심(C)에 인접할수록 포트(13A)에 가중되며 작용하는 압축응력에 대한 영향이 줄어들 수 있다. 또한, 핀튜브(10A) 간 결합 구조의 구조적인 안정성이 개선될 수 있다. 또한, 벤딩구간(BS, 도 1 참조)에서도, 공기와 열교환될 수 있고, 직선구간(SS, 도 1 참조) 대비 열교환 성능의 손실을 줄일 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 포트(13B)는 플레이트(11)으로부터 두께방향(TD)으로 점차 좁아지도록 돌출될 수 있다. 포트(13B)는 경사지게 형성된 부분을 포함할 수 있다. 포트(13B)는 내부에서 둔각(θb)을 형성할 수 있다. 포트(13B)는 원뿔대 형상을 가질 수 있다.
포트(13B)는 평탄부(131B)와 경사부(132B)를 포함할 수 있다. 경사부(132B)는 플레이트(11)으로부터 두께방향(TD)으로 경사지게 돌출될 수 있다. 평탄부(132B)는 경사부(132B)로부터 내측으로 평탄하게 연장되어, 다른 포트(13B)와 결합되기 위한 접촉부위를 형성할 수 있다. 평탄부(132B)가 연장되는 방향은, 핀튜브(10B)의 길이방향(LD)이나, 폭방향(WD)에 나란할 수 있다. 평탄부(132B)는 개구되어 통로(14B)를 형성할 수 있다. 평탄부(131B)와 경사부(132B)는 원주방향으로 연장될 수 있다. 평탄부(131B)와 경사부(132B)는 통로(14B)에서 둔각(θb)을 형성할 수 있다.
도 13 내지 도 16을 참조하면, 복수의 핀튜브(10B)들은, 벤딩 방향(BD)을 따라 연속적으로 배열되어 서로 결합될 수 있다. 인접한 포트(13B)들은 서로 결합되어 연결될 수 있다. 결합되는 포트(13B)들은 서로를 가압하여 핀튜브(10)의 내측으로 함몰되도록 변형될 수 있다. 포트(13B)들은 일측에 곡률 중심(C)을 형성하도록 변형될 수 있다.
포트(13B)의 평탄부(131B)와 경사부(132B)가 둔각을 형성하도록 서로 경사지게 배치되어 원뿔대 형상을 형성하는 바, 수직으로 배치될 때보다 변형이 용이할 수 있다. 경사부(132B)는 경사가 보다 완만해지도록 내측으로 압축되며 변형될 수 있다. 도 16을 참조하면, 포트(13B)가 변형되며 복수의 핀튜브(10B)들을 곡률지게 배치시킬 때, 포트(13B)가 형성하는 둔각(θb)의 크기가 커질 수 있다. 변형된 후의 포트(13B)의 둔각(θb2)은, 변형되기 전 상태의 포트(13B)의 둔각(θb1)보다 커질 수 있다.
이에 따라, 포트(13B)가 내측으로 함몰되도록 압축될 때 핀튜브(10B)에 가해지는 응력이 완화될 수 있다. 또한, 핀튜브(10B) 간 결합 구조의 구조적인 안정성이 개선될 수 있다. 또한, 벤딩구간(BS, 도 1 참조)에서도, 공기와 열교환될 수 있고, 직선구간(SS, 도 1 참조) 대비 열교환 성능의 손실을 줄일 수 있다.
도 17을 참조하면, 핀튜브(10C)의 포트(13C)는 폭방향(WD)에서 일측 방향을 따라 경사지게 기울어질 수 있다. 핀튜브(10C) 양면에 형성된 한 쌍의 포트(13C)는 폭방향(WD)의 일측을 향하여 점차 좁아지도록 경사지게 형성될 수 있다. 포트(13C)는 폭방향(WD)의 일측보다 타측에서 더 좁을 수 있다. 즉, 포트(13C)는 폭방향(WD)의 일측으로 테이퍼드(tapered) 형상을 가질 수 있다.
포트(13C)는 제1 경사부(131C) 및 제2 경사부(132C)를 포함할 수 있다. 제2 경사부(132C)는, 플레이트(11)의 양면으로부터 각각 두께방향(TD)으로 내측 경사지게 돌출될 수 있다. 제1 경사부(131C)가 돌출된 길이는, 곡률중심(C, 도 19 참조)에 인접할수록 줄어들 수 있다.
제1 경사부(131C)는 제2 경사부(132C)의 끝단으로부터 연장될 수 있다. 제1 경사부(131C)는 개구되어 통로(14C)를 형성할 수 있다. 제1 경사부(131C)는 폭방향(WD)에 나란하지 않고, 폭방향(WD)의 일측으로부터 타측을 향하여 경사지게 형성될 수 있다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 포트(13C)는, 폭방향(WD)을 기준으로, 곡률중심(C)을 향하는 방향으로 점차 좁아지도록 테이퍼진 형상을 가질 수 있다.
테이퍼진 형상의 포트(13C)들은 서로 결합될 수 있다. 테이퍼진 형상의 포트(13C)들은 서로 접촉되어, 복수의 핀튜브(10)들이 벤딩방향(BD)을 따라 배열시키고, 일측에 곡률중심(C)을 형성할 수 있다. 제1 경사부(131C)들은 서로 밀착되며 결합되어, 복수의 핀튜브(10C)들이 벤딩되도록 배열시킬 수 있다.
이에 따라, 핀튜브(10C)의 변형 없이 복수의 핀튜브(10)들을 벤딩방향을 따라 배열시킬 수 있고, 핀튜브(10C)간의 압축응력과 인장응력에 따른 영향이 최소화될 수 있다. 또한, 핀튜브(10C) 간 결합 구조의 구조적인 안정성이 개선될 수 있다. 또한, 벤딩구간(BS, 도 1 참조)에서도, 공기와 열교환될 수 있고, 직선구간(SS, 도 1 참조) 대비 열교환 성능의 손실을 줄일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (9)

  1. 길이방향으로 길게 연장되고, 내부에 냉매가 유동하는 플레이트; 및 상기 플레이트의 단부의 양면으로부터 상기 두께방향으로 돌출되고, 내부에 상기 플레이트의 내부와 연통되는 통로가 형성된 포트를 구비한 핀튜브를 포함하고,
    상기 플레이트의 폭방향의 일측에 곡률 중심을 형성하도록 벤딩되는 벤딩방향을 정의하면,
    상기 핀튜브는,
    상기 벤딩방향을 따라 복수로 배열되고, 인접한 상기 포트들간 서로 결합되어 상기 벤딩방향을 따라 길게 연장된 헤더를 형성하는 열교환기.
  2. 제1 항에 있어서,
    서로 연결되는 상기 포트들은,
    상기 곡률 중심을 형성하도록 결합부위가 압축되어 변형되는 열교환기.
  3. 제2 항에 있어서,
    변형된 상태의 상기 포트들은,
    상기 곡률 중심을 향하여 점차 좁아지도록 테이퍼드(tapered) 형상을 가지는 열교환기.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 포트는,
    상기 플레이트의 폭방향(WD)에 대한 폭(w2)이, 상기 플레이트의 길이방향(LD)에 대한 폭(w1)보다 작은 열교환기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 포트는,
    타원 형상을 가지는 열교환기.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 포트는,
    상기 플레이트로부터, 두께방향으로 점차 좁아지도록 돌출되는 열교환기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 포트는,
    원뿔대 형상을 가지는 열교환기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 포트는,
    상기 플레이트의 폭방향(WD)의 일측으로 점차 낮아지도록 경사지게 형성되어 테이퍼드(tapered) 형상을 가지는 열교환기.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 포트들은,
    서로 접촉되어 상기 복수의 핀튜브들의 배열을 상기 벤딩방향으로 벤딩시키는 열교환기.
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