KR100606332B1 - 공조기기의 열교환기용 납작튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공조기기의 열교환기용 납작튜브에 관한 것으로서, 냉매 출입구가 형성되고 양측에 세워진 제1, 제2헤더와, 상기 제1, 제2헤더를 연결하여 상기 헤더에 유입된 냉매가 통과하도록 다수의 유로가 형성되게 압출가공되며 상기 제1, 제2헤더의 길이방향을 따라 소정의 간격으로 배열된 다수의 납작튜브와, 상기 납작튜브의 인접하는 사이 공간에는 용이하게 열교환되도록 방열핀이 개재된 공조기기의 열교환기에 있어서, 상기 납작튜브(40)의 유로(42)의 내벽면에는 냉매를 교란시켜 열교환을 촉진시키도록 납작튜브의 길이방향으로 따라 적어도 1개 이상의 미세돌출띠(42a)가 형성되고, 상기 유로(42)의 단면은 대체로 사각단면형이고, 상기 미세돌출띠(42a)의 단면은 원호단면형으로 되어 있되, 상기 미세돌출띠의 단면적(Ae)은 유로 단면적(At)의 1.4 ~ 2.9 % 로 되어 있으므로, 전열성능을 증가시키면서 압력손실을 개선하여 시스템의 효율을 증가시키는 효과가 있다.

Description

공조기기의 열교환기용 납작튜브{flat tube for heat exchanger for use in air conditioning or refrigeration systems}

도1은 종래 납작튜브가 적용된 공조기기의 열교환기를 나타내는 분해 사시도,

도2는 도1의 납작튜브의 상세 단면도,

도3은 종래 납작튜브의 다른 예를 나타내는 사시도,

도4는 본 발명의 납작튜브의 일실시예를 나타내는 사시도,

도5는 도4의 유로의 단면 형상에 대한 상세도,

도6은 본 발명의 납작튜브의 다양한 실시예를 나타내는 단면도,

도7는 종래 납작튜브가 적용된 열교환기와 본 발명의 납작튜브가 적용된 열교환기의 방열량을 비교하여 나타낸 그래프,

도8은 종래 납작튜브가 적용된 열교환기와 본 발명의 납작튜브가 적용된 열교환기의 압력강하를 비교하여 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40 : 납작튜브 42 : 유로

42a : 미세돌출띠

본 발명은 공조기기의 열교환기용 납작튜브에 관한 것이다.

공조기기의 열교환기 중에서 특히 차량용 응축기에 적용되는 열교환기에는 냉매의 열전달을 증가하기 위하여 일반적으로 납작튜브를 많이 사용하게 된다.

도1은 종래 납작튜브가 적용된 응축기를 나타내는 분리 사시도로서, 미국특허 제4,998,580호로 개시되어 있다. 도시한 바와 같이 두 개의 헤더(1, 2)의 마주보는 방향으로 슬롯(4)이 형성되고, 상기 슬롯(4)에는 그 양끝단(6, 8)이 끼워지는 납작튜브(10)가 헤더의 길이방향을 따라 소정의 간격으로 설치되며, 일측 헤더(1)의 상단에는 캡(12)이 용착되고, 일측 헤더(2)의 하단에는 연결구(14)가 용착되어 파이프(16)가 연결되며, 타측 헤더(2)의 하단에는 캡(18)이 용착되고, 타측 헤더(2)의 상단에는 연결구(20)가 연결된다. 상기 납작튜브(10) 사이에는 주름핀(22)이 설치되어 열교환율을 높이며, 응축기의 상, 하측에는 보강부재(24, 26)가 설치되어 응축기의 강성을 높이게 된다.

도2에 도시한 바와 같이, 상기 납작튜브(10)의 내부에는 사인곡선 형태로 굴곡진 스페이서(28)가 용착되어 다수의 유로(P1, P2)가 형성되어 있다.

한편, 도3에 도시한 바와 같이 종래 납작튜브의 다른 예로서, 그 내부에 다수의 유로(P3)가 형성되게 압출가공된 압출튜브로 된 납작튜브(30)도 개시되어 있다.

그런데, 주름핀과 납작튜브를 가진 열교환기에서, 주름핀 측의 열전달 촉진정도와 납작튜브 측의 열전달 촉진 정도에 따라 열교환기의 성능이 결정되는데, 납작튜브 측의 경우에는 납작튜브(30) 내에 형성된 구멍(32)의 열전달 면적 및 기하학적 형상에 의해 냉매의 열전달 촉진정도 및 유동특성이 결정된다.

일반적으로 납작튜브 내에 형성된 구멍의 수, 즉 유로의 수가 증가하면 열전달 면적이 증가하여 열전달이 촉진되지만, 구멍(유로)의 수가 증가하게 되면 압력손실도 증가하게 된다. 압력손실의 증가는 냉동 시스템의 압축기 부하를 증가하게 되어 자동차 연비 증가 및 냉동 시스템의 효율을 감소시키게 된다. 따라서 열전달 성능은 종래의 납작튜브에 비해 증가되면서 압력손실은 최소화할 수 있는 납작튜브의 개발이 요구되고 있다.

종래, 미국특허 제4,998,580호에서는 유로(P1, P2)의 수력직경을 작은 범위로만 제한하여 열전달 촉진에만 한정하였으나, 이때는 압력손실이 커지게 되어 궁극적으로 시스템의 효율증가에는 한계가 있다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 요구에 부응하고 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 전열성능을 증가시키면서 압력손실을 개선하여 시스템의 효율을 증가시키는 공조기기의 열교환기용 납작튜브를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 공조기기의 열교환기용 납작튜브는, 냉매 출입구가 형성되고 양측에 세워진 제1, 제2헤더와, 상기 제1, 제2헤더를 연결하여 상기 헤더에 유입된 냉매가 통과하도록 다수의 유로가 형성되게 압출가공되며 상기 제1, 제2헤더의 길이방향을 따라 소정의 간격으로 배열된 다수의 납작튜브와, 상기 납작튜브의 인접하는 사이 공간에는 공기와 용이하게 열교환되도록 방열핀이 개재된 공조기기용 열교환기에 있어서, 상기 납작튜브의 유로의 내벽면에는 냉매를 교란시켜 열교환을 촉진시키도록 납작튜브의 길이방향을 따라 적어도 1개 이상의 미세돌출띠가 형성되고, 상기 유로의 단면은 대체로 사각단면형이고, 상기 미세돌출띠의 단면은 원호단면형으로 되어 있되, 상기 미세돌출띠의 단면적(Ae)은 유로 단면적(At)의 1.4 ~ 2.9 % 로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 미세돌출띠의 높이(He)는 유로의 높이(Ht : 미세돌출띠의 돌출방향)의 9.7 ~ 29.1 %로 되어 있는 것이 바람직하다.

상기 미세돌출띠의 폭(We)은 유로의 폭(Wt)의 10.7 ~ 26.7 % 로 되어 있는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 납작튜브는, 냉매 출입구가 형성되고 양측에 세워진 제1, 제2헤더와, 상기 제1, 제2헤더를 연결하여 상기 헤더에 유입된 냉매가 통과하도록 다수의 유로가 형성되게 압출가공되며 상기 제1, 제2헤더의 길이방향을 따라 소정의 간격으로 배열된 다수의 납작튜브와, 상기 납작튜브의 인접하는 사이 공간에는 공기와 용이하게 열교환되도록 방열핀이 개재된 공조기기용 열교환기에 적용된다.(도 1 참조)

도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 납작튜브를 나타내는 사시도이고, 도5는 도4의 유로의 단면형상에 대한 상세도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 납작튜브 (40)는 압출가공에 의해 성형되는데, 그 내부에는 냉매가 통과하는 다수(7개)의 유로(42)가 폭방향으로 인접하여 압출튜브(40)의 길이방향을 따라 형성되어 있고, 상기 납작튜브(40)의 유로(42)의 내벽면에는 냉매를 교란시켜 열교환을 촉진시키도록 납작튜브(40)의 길이방향을 따라 상, 하측에 각각 1개씩 미세돌출띠(42a)가 형성되어 있다. 상기 유로(42)의 단면은 대체로 사각단면형이고, 상기 미세돌출띠(42a)의 단면은 원호단면형으로 되어 있다. 상기 유로(42)에 형성되는 미세돌출띠(42a)는 도6의 a ~ d에 도시한 바와 같이 다양한 위치에 다양한 개수로 형성될 수 있다.

상기 미세돌출띠의 단면적(Ae)은 유로 단면적(At)의 1.4 ~ 2.9 % 로 되어 있고, 상기 미세돌출띠의 높이(He)는 유로의 높이(Ht : 미세돌출띠의 돌출방향)의 9.7 ~ 29.1 %로 되어 있으며, 상기 미세돌출띠의 폭(We)은 유로의 폭(Wt)의 10.7 ~ 26.7 % 로 되어 있는 것이 바람직하다.

이하에서는 종래 미세돌출띠가 없는 납작튜브와 본 발명의 납작튜브가 적용된 열교환기를 시험데이터와 함께 그래프로서 비교하여 설명한다.

시험조건은 다음과 같다.

작동냉매 : R134a

공기 속도(m/s) : 1, 2, 3, 4, 5

냉매 입구압력 : 16.7 kg/㎠

냉매 과열도 : 20 ℃

냉매 과냉도 : 4 ℃

공기 입구 온도 : 35 ℃

본 시험에서 종래 납작튜브는, 미세돌출띠가 형성되지 않은 8개의 유로를 가진 납작튜브를 사용하였다.

본 시험에서 본 발명의 납작튜브는, 2개의 미세돌출띠가 형성된 7개의 유로를 가진 납작튜브(이하, '본 발명 type 1'이라 한다.)와, 2개의 미세돌출띠가 형성된 6개의 유로를 가진 납작튜브(이하, '본 발명 type 2'라 한다.)와, 4개의 미세돌출띠가 형성된 6개의 유로를 가진 납작튜브(이하, '본 발명 type 3'이라 한다.)를 사용하였다. 그리고, 본 발명의 납작튜브의 미세돌출띠의 단면적, 높이 및 폭은 다음 표 1과 같이 특정된 납작튜브를 본 시험에 사용하였다.

<표 1>

사양	Ae/At	We/Wt	He/Ht
본 발명 type 1	0.017	0.107	0.029
본 발명 type 2	0.144	0.267	0.177
본 발명 type 3	0.029	0.291	0.097

도7은 종래 납작튜브가 적용된 열교환기와 본 발명의 납작튜브가 적용된 열교환기의 방열량을 비교하여 나타낸 그래프로서 종래와 본 발명은 거의 차이가 없지만, 종래 납작튜브가 적용된 열교환기에서는 납작튜브의 유로가 8개이고, 본 발명의 납작튜브의 유로가 6개 또는 7개임을 감안하면 방열량이 현저히 개선되었다는 것을 알 수 있다.

그리고, 도8에 표시한 바와 같이 본 발명의 납작튜브가 적용된 열교환기는, 종래 납작튜브가 적용된 열교환기에 비해 통로저항이 현저히 감소하여 압력강하가 저하되고 있음을 알 수 있다.

납작튜브에서 유로의 개수를 감소시키면, 압력손실은 감소하지만 열전달 성 능도 감소하는 것이 일반적인 현상인데, 본 발명에서는 종래 사용되는 납작튜브의 유로 개수를 줄이고 유로 개수의 감소에 의해 발생하는 열전달 성능의 부족분을 유로에 미세돌출띠를 형성함에 의해 만회하는 특징이 있다.

납작튜브는 사용조건에 따라 냉매의 응축 및 증발 상변화 과정을 수반하게 되며, 이때 액막(liquid film)은 열저항이 커서 기상에 비해 열전달이 억제되는 것은 잘 알려진 사실이다. 종래 사용되고 있는 납작튜브는 이러한 액막을 고르게 배분시켜 주는 별도의 장치가 없어 특히 중력의 영향이 큰 건도가 작은 영역(응축완료영역) 에서는 액막이 두껍게 분포되어 있기 때문에 열전달이 잘 이루어지지 않는다.

그러나 본 발명에 형성된 미세돌출띠는 이러한 열저항이 큰 액막분포를 고르게 배분시켜 액막의 두께를 얇게 해주는 것과 동시에 유동의 난류를 증가시켜 열전달을 촉진시키게 된다. 이와 같이 얇고 고르게 배분되는 액막분포와 아울러 유로 개수의 감소(단면적의 증가에 따른 유동속도의 감소)는 압력강하 감소에 기여할 수 있는 요인이다. 그런데, 미세돌출띠의 크기가 지나치게 크면 압력강하 감소에 큰 효과로 나타나지 않고 오히려 압력강하 증가를 가져올 수 있으므로, 상기에서 제시한 바와 같이 유로에 대한 적절한 크기의 미세돌출띠를 가진 납작튜브를 사용해야 한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

본 발명에 의한 공조기기의 열교환기용 납작튜브에 의하며, 종래의 납작튜브 에 비해 동등 이상의 열전달 성능을 확보하면서 압력손실을 감소시키게 되므로, 냉도 시스템의 압축기 부하를 감소하게 되고 자동차 연비 감소와 냉동시스템의 효율을 효과적으로 증가시킬 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 냉매 출입구가 형성되고 양측에 세워진 제1, 제2헤더와, 상기 제1, 제2헤더를 연결하여 상기 헤더에 유입된 냉매가 통과하도록 다수의 유로가 형성되게 압출가공되며 상기 제1, 제2헤더의 길이방향을 따라 소정의 간격으로 배열된 다수의 납작튜브와, 상기 납작튜브의 인접하는 사이 공간에는 용이하게 열교환되도록 방열핀이 개재된 공조기기용 열교환기에 있어서,

   상기 납작튜브의 유로의 내벽면에는 냉매를 교란시켜 열교환을 촉진시키도록 납작튜브의 길이방향을 따라 적어도 1개 이상의 미세돌출띠가 형성되고, 상기 유로의 단면은 대체로 사각단면형이고, 상기 미세돌출띠의 단면은 원호단면형으로 되어 있되,

   상기 미세돌출띠의 단면적(Ae)은 유로 단면적(At)의 1.4 ~ 2.9 % 로 되어 있는 것을 특징으로 하는 공조기기의 열교환기용 납작튜브.
2. 제1항에 있어서,

   상기 미세돌출띠의 높이(He)는 유로의 높이(Ht : 미세돌출띠의 돌출방향)의 9.7 ~ 29.1 %로 되어 있는 것을 특징으로 하는 공조기기의 열교환기용 납작튜브.
3. 제1항에 있어서,

   상기 미세돌출띠의 폭(We)은 유로의 폭(Wt)의 10.7 ~ 26.7 % 로 되어 있는 것을 특징으로 하는 공조기기의 열교환기용 납작튜브.

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