KR100255472B1 - 열교환기 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

열교환기 및 그 제조방법

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

R22(부동액) 또는 물과 같은 냉매에 연소가스의 열을 전달하기 위한 열교환기의 열교환효율을 향상시키고, 그 열교환기의 제조비용을 충분히 절감하는 열교환기를 제공함.

3. 발명의 해결방법의 요지

열과환기는, 연소가스로부터 열을 받아들이는 핀을 내부에 가지는 금속실린더의 외주면 주위에 냉매가 흐르도록 금속관이 그 외주면에 밀착하여 금속실린더 주위에 감겨 있고, 금속관의 양단에는 고정금구가 용접되며, 고정금구는 금속실린더에 나사로 고정되어 있다.

4. 발명의 효과

연소가스의 열을 냉매로 전달하고 열교환하는 열교환기에 사용됨.

Description

열교환기 및 그 제조방법

본 발명은, 연소가스의 열을 냉매로 전달하고 열교환하는 열교환기에 관한 것이다.

최근, 가스 또는 석유의 연소열을 이용하는 냉매가열식 공기조화기가 실용화되어 있다.

종래의 냉매가열식 공기조화기용 열교환기의 일예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

제 5 도는 종래의 냉매가열용 열교환기를 나타내는 사시도이다. 제 6 도는 제 5 도에서 나타낸 냉매가열용 열교환기를 나타내는 단면도이다. 제 7 도는 제 5 도에서 나타낸 냉매가열용 열교환기의 구리관 고정부를 나타내는 단면확대도이다.

제 5 도에서 나타낸 바와 같이, 종래의 냉매가열용 열교환기는 열교환기 본체(1) 및 버너부(2)를 포함하여 구성한다. 이 열교환기 본체(1)는 알루미늄실린더(3) 및 알루미늄실린더(3)의 외주면에 고정된 굽은 구리관(4)을 포함하여 구성된다. 또한, 열교환기는, 열교환기의 한끝단에 설치된 버너부(2)에서 발생된 연소가스가 알루미늄실린더(3)의 내부공간을 통하여 흐르도록 구성된다. R22 또는 물과 같은 냉매가 알루미늄실린더(3)의 외주면 주위에 설치된 굽은 구리관(4)을 통하여 흐른다.

냉매가열용 열교환기의 알루미늄실린더(3)는 압출성형에 의하여 만들어지며, 알루미늄실린더(3)의 내부에는 버너부(2)에서 발생된 연소가스로부터 열을 흡수하기 위한 다수의 핀(3a)이 형성된다.

제 6 도 및 제 7 도에서 나타낸 바와 같이, 열교환을 위하여 냉매가 흐르는 구리관(4)은 알루미늄실린더(3)의 외주면에 형성된 구리관홀더(3b)를 코킹에 의하여 유지되고 알루미늄실린더(3)에 고정된다. 구리관(4)은 구리관홀더(3b)를 코킹에 의하여 고정되므로, 알루미늄실린더(3)의 핀(3a) 및 내부면으로부터 흡수된 열은 구리관홀더(3b)를 경유하여 구리관(4)을 통해 흐르는 냉매에 전달된다.

그러나, 상술한 구조를 가지는 종래의 열교환기의 경우에 있어서, 냉매는 알루미늄실린더(3)를 통하여 흐르는 연소가스의 상류측(고온측) 및 하류측(저온측)을 교대로 통과하게 된다. 이러한 구조는 많은 열손실을 야기하며 열교환효율을 감소시킨다.

또한, 종래의 열교환기의 구리관(4)은 직선관부 및 U자형 관부을 가지며, 그에 의하여 구리관의 부품의 수가 증가된다. 또한, 구리관(4)은 알루미늄실린더(3)의 구리관홀더(3b)내로 삽입되며, 그에 밀착하여 구리관홀더(3b)에 고정된다. 따라서, 구리관(4)의 길이방향 직선관부의 전체길이상에 구리관(4)을 확장시키고 고정하기 위한 관확장처리를 할 필요가 있다.

상기 설명한 바와 같이, 종래의 열교환기는, U자형 관부에 직선관부를 연결하기 위한 납땜공정 및 관확장공정과 같은, 많은 제조공정이 필요하고, 그 결과로 제조비용이 많아진다.

따라서, 본 발명의 목적은 제조비용을 줄이고, 우수한 열교환효율을 지니는 열교환기를 제공하는 것이다.

제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 정면도이다.

제 2 도는 제 1 도에서 나타낸 열교환기를 나타내는 측면도이다.

제 3 도는 제 1 실시예에 따른 열교환기에서의 구리관 고정부를 상세하게 나타내는 상세단면도이다.

제 4 도는 본 발명에 따른 열교환기에서의 구리관을 감는 방법을 나타내는 측면도이다.

제 5 도는 종래의 열교환기를 나타내는 사시도이다.

제 6 도는 제 5 도의 종래의 열교환기를 나타내는 단면도이다.

제 7 도는 종래의 열교환기에서 구리관 고정부를 상세하게 나타내는 확대단면도이다.

상기 언급된 목적을 얻기 위하여, 본 발명의 열교환기는:

그의 내부에 연소가스로부터 열을 받아들이는 핀 및 연소가스가 통과하는 양끝단에 개구를 가지는 대략 원통형의 금속실린더와,

그를 통하여 냉매가 흐르고, 그의 외주면이 금속 실린더의 외주면 주위에 밀착하여 나선형으로 감기는 금속관 및,

금속실린더에 금속관의 양일단을 고정하기 위하여 금속실린더에 고정되는 고정금구를 포함하여 구성한다.

본 발명의 열교환기의 상술한 구조는 열교환효율을 향상시키고, 제조비용을 현저하게 감소한다.

또한, 본 발명의 열교환기 제조방법은:

그의 내부에, 연소가스로부터 열을 받아들이는 핀 및 그의 양단에 개구를 가지는 금속실린더의 외주면의 한 끝단에 제 1 고정금구를 나사고정하는 공정과,

제 1 고정금구에 냉매가 흐르는 금속관의 한끝단을 고정하는 공정과,

소정의 방향으로 금속실린더를 회전하므로써 그의 외주면과 밀착하여 금속실린더의 외주면 주위에 금속관을 감는 공정과,

소정의 권취회수로 금속실린더 주위에 금속관을 감은 후에 금속실린더의 외주면의 다른 끝단에 제 2 고정금구를 고정하는 공정과,

제 2 고정금구에 금속관을 고정하는 공정, 및

소정의 길이로 금속관을 절단하는 공정을 포함하여 구성한다.

본 발명의 열교환기 제조방법은 처리공정이 적어지고, 간단하며, 그에 의하여 제조비용을 현저하게 줄인다.

본 발명의 새로운 특징은 첨부된 특허청구의 범위에 개시되어 있으며, 본 발명은 그의 구성 및 내용에 관하여, 도면과 관련한 이하의 상세한 설명으로부터 그이 목적 및 특징에 따라서 보다 이해하기 쉽게 된다.

본 발명의 도면이 일부 또는 전부는 도시의 목적상 모식적 표현이며, 도시된 구성요소의 실제적인 상대크기 또는 위치를 기술하는 것이 반드시 필요하지는 않는 것으로 이해된다.

본 발명의 열교환기의 바람직한 실시예는 도면을 참조하여 설명한다.

<실시예 1>

제 1 도는 본 발명의 실시예 1에 따른 열교환기를 나타내는 정면도이고, 제 2 도는 제 1 도에서 나타낸 열교환기를 나타내는 측면도이다. 제 1 도에서 나타낸 열교환기는 공기조화기용 냉매가열을 위한 것이다. 이 냉매가열용 열교환기는 냉매를 가열하기 위한 가열작용시에 사용된다.

제 1 도에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따른 냉매가열용 열교환기는 열교환기 본체(10) 및 열교환기 본체(10)의 오른쪽 끝단에 설치되는 버너부(11)를 포함하여 구성된다. 열교환기 본체(10)는 그를 통하여 고온의 가스가 통과하는 금속실린더(12) 및 냉매가 통과하는 금속관(13)을 포함하여 구성된다. 금속관(13)은 금속실린더(12)의 외주면 주위에 고정되어 있다. 실시예 1에서, 금속실린더(12)는 알루미늄을 압출성형하여 형성된 알루미늄실린더이고, 금속관(13)은 구리로 만들어진다. 이하에서, 금속실린더(12)는 "알루미늄 실린더(12)"로 언급하고, 금속관(13)은 "구리관(13)"으로 언급한다.

제 1 도 및 제 2 도에서 나타낸 바와 같이, 구리관(13)은 알루미늄실린더(12)의 외주면의 발전선과 실질적으로 직교하는 방향으로 알루미늄 실린더(12)의 외주면 주위에 감겨 있다. 구리관(13)은 다수회의 권취수를 가지도록 알루미늄 실린더(12)의 둘레에 감겨지고, 구리파이프(13)의 인접한 파이프부는 상호간에 밀착되어 있다. 다시 말하면, 알루미늄 실린더(12)의 외주면 주위에 감겨진 구리관(13)은 알루미늄 실린더(12)의 중심축 및 알루미늄 실린더(12)의 외주면과 대략 직교하는 면으로 규정되는 원주를 따라서 나선형으로 감겨있다. R22(부동액) 또는 물과 같은 냉매는 구리관(13)을 통하여 흐른다.

열교환기 본체(10)의 한끝단에 설치되는 버너부(11)는 알루미늄 실린더(12)의 내부공간으로 연소가스가 흐르도록 구성된다.

냉매가열용 열교환기의 알루미늄 실린더(12)는 압출성형으로 형성된다. 버너부(11)에서 발생된 연소가스로부터 효과적으로 열을 교환하기 위한 다수의 핀(12a, 12b)이 알루미늄 실린더(12) 내부에 형성된다. 제 2 도에서 나타낸 바와 같이, 핀(12a)은 큰 외형을 가지도록 형성되고, 핀(12b)은 작은 외형을 가지도록 형성되며, 이 크고 작은 핀은 연소가스로부터 열흡수효율을 향상시키기 위하여 교호로 설치된다. 핀(12a, 12b)은 연소가스의 흐름방향과 대락 평행한 방향으로 연장된 다수개의 띠형상의 돌출부이다.

제 3 도는 실시예 1에 따른 냉매가열용 열교환기에서 구리관고정부를 상세하게 나타내는 확대단면도이다.

제 2 도 및 제 3 도에서 나타낸 바와 같이, 구리관(13)은 알루미늄 실린더(12)의 둘레에 나선형으로 감겨지고, 구리파이프(13)의 인접한 파이프부는 상호간에 밀착되어 있다. 구리관(13)의 냉매입구끝단 및 냉매출구끝단은 2개의 고정금구, 즉 구리고정금구(15, 15)로 알루미늄 실린더(12)에 고정된다.

제 3 도에서 나타낸 바와 같이, 구리 고정금구(15)는 알루미늄실린더의 외주면에 나사(14)로 고정되어 있다. 또한, 구리관(13)은 은합금납땜에 의하여 구리 고정금구(15)에 고정되며, 그에 의하여 구리관(13)은 알루미늄 실린더(12)에 완전히 고정된다.

열교환용 냉매가 흐르는 구리관(13)은 그의 외주면에 밀착되어 알루미늄 실린더(12)의 외주면에 고정된다. 따라서, 알루미늄 실린더(12)의 내부표면 및 알루미늄 실린더(12)의 내부표면에 형성된 크고 작은 핀(12a, 12b) 으로 흡수된 연소가스의 열은 구리관(13)을 경유하여 구리관(13)을 통하여 흐르는 냉매에 전달된다.

상술한 구조를 가지는 실시예 1에 따른 냉매가열용 열교환기에 있어서, 버너부(11)에서 발생된 연소가스는 열교환기 본체(10)의 알루미늄 실린더(12) 내로 흐르며, 연소가스의 열은 핀(12a, 12b)을 경유하여 알루미늄 실린더(12)에 전환된다.

구리관(13)에서, 냉매는 알루미늄 실린더(12)의 고온부(제 1 도에서 알루미늄 실린더(12)의 오른쪽), 즉 연소가스의 상류측에 배치된 구리관(13)의 한 끝단으로 들어간다. 또한 냉매는, 열을 흡수하는 동안에, 알루미늄 실린더(12)의 저온부(제 1 도에서 알루미늄 실린더(12)의 왼쪽), 즉 연소가스의 하류측)에 설치된 구리관(13)의 다른 끝단에 흐른다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 냉매가열용 열교환기는 냉매가 열교환기 본체(10)의 고온부로부터 저온부로 점진적으로 흐르도록 구성된다. 따라서 열교환기는, 상기 언급된 종래의 열교환기보다 작은 열손실 및 더 큰 열교환효율을 가진다.

또한, 실시예 1에 따른 냉매가열용 열교환기의 구리관(13)은 단일 구리관을 포함하여 구성되므로, 종래의 열교환기보다 부품의 수가 현저하게 적어진다. 또한, 실시예 1에 따른 구리관(13)을 고정하기 위한 제조공정의 수가 종래의 공정에서보다 적다. 결과적으로, 제조비용을 충분히 줄이는 것이 가능하다.

또한, 상기 언급된 실시예 1에 의해 얻어진 효과와 유사한 효과는 R22(부동액) 또는 물대신에 구리관을 통하여 흐르는 냉매로서 부동액이 사용될 때 또한 얻을 수 있다.

<실시예 2>

다음으로, 본 발명의 실시예 2에 따른 열교환기를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 제 4 도는 본 발명의 실시예 2에 따른 열교환기를 제조하는 방법을 나타내는 측면단면도이다. 실시예 2에 따르면, 제 1 실시예와 일치하는 부분 및 구성요소는 동일한 부호가 부여되었으며 그에 대한 설명은 실시예 1에서와 유사하게 적용된다. 실시예 2에 따른 열교환기는 실시예 1에 따른 냉매가열용 열교환기와 실질적으로 동일하다. 실시예 2에서는 실시예 1에 따른 냉매가열용 열교환기를 제조하는 방법에 관한 것이다.

실시예 2에 따른 열교환기 제조방법을 제 4 도를 참조하여 설명한다.

제 4 도에서 나타낸 바와 같이, 열교환효과를 위한 다수의 크고 작은 핀(12a, 12b)은 압출성형된 알루미늄으로 형성된 알루미늄 실린더(12)의 내부표면상에 교대로 형성된다. 제 4 도에서 나타낸 바와 같이, 큰 핀(12a′), 및 작은 핀(12b′)은 알루미늄 실린더(12)의 상부내부 표면상에 설치된 돌출부(120)에 형성되어 있다. 이 돌출부(120)는 알루미늄 실린더(12)의 다른 부분보다 두꺼운 내벽의 한 부분이다. 알루미늄 실린더(12)의 외주면 주위에 감겨진 구리관을 고정하기 위한 구리고정금구(15)은 나사(14)로 축받이부(120)에 고정된다. 상기 설명한 바와 같이 나사로 고정하는데 사용되는 축받이부(120)을 형성하므로써, 나사(14)는 알루미늄 실린더(12)에서 열에 노출되므로써 느슨해지고 열화되는 것을 방지한다.

구리관(!3)이 알루미늄 실린더(12)의 외주면 주위에 감겨질 때, 구리 고정금구(15)가 알루미늄 실린더(12)의 외주면의 한끝단에서의 소정의 위치에서 나사(14)로 처음 고정된다.

다음으로, 구리관(13)은 알루미늄 실린더(12)와 구리고정금구(15)사이의 공간으로 삽입된다. 구리관(13)은 구리관(13)의 일단을 고정하기 위하여 은합금납땜에 의하여 구리고정금구(15)에 용접된다. 제 4 도는 구리고정금구(15)에 구리관(13)의 일단이 고정된 상태를 나타낸다.

제 4 도를 참조하면, 알루미늄 실린더(12)는 구리관(13)에 장력이 공급되는 동안 화살표 A가 나타내는 방향으로 그의 중심축 주위로 회전된다. 그 결과로서, 구리관(13)은 알루미늄 실린더(12)의 외주면과 밀착하여 나선형으로 감긴다. 동시에, 구리관(13)은 상호간에 인접한 관부가 밀착되며 소정의 권취수로 감긴다.

구리관(13)이 소정의 권취수로 알루미늄 실린더(12)에 감긴 후에, 구리관(13)의 권취부의 잔여부는 알루미늄 실린더(12)에 다른 구리고정금구(15)로 고정된다. 구리고정금구(15)의 남은 부분은 알루미늄 실린더(12)에 대하여 구리관(13)을 누르도록 알루미늄 실린더(12)에 나사로 고정되고, 구리관(13)의 감긴부의 앞끝단이 고정된 바와 같다(제 3 도). 구리관(13)의 잔여부는 납땜에 의하여 구리고정금구(15)에 고정된다. 구리관(13)의 잔여부가 알루미늄 실린더(12)에 고정된 후에, 구리관(13)은 소정의 위치에서 절단된다.

본 발명의 실시예 2에 따른 열교환기는 상기 설명한 바와 같이 제조된다.

상술한 실시예 2에서 명백한 바와 같이, 본 발명의 열교환기는 단일 구리관, 즉 구리관(13)을 알루미늄 실린더(12) 주위에 직접 감아서 제조된다. 또한, 제 5 도 내지 제 7 도에서 나타낸 종래의 열교환기와는 달리, 본 발명의 열교환기는 금속실린더와 구리관을 밀착하기 위하여 관확장처리 또는 종래의 구리관의 U자관부에 직선관부열 연결하는 용접처리가 필요없다. 그 결과로서, 본 발명의 열교환기를 제조하는 방법은 제조공정 및 제조비용을 충분히 줄일 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 열교환기에서는, 연소가스로부터 열을 받이들이는 핀을 가지는 금속실린더로서 사용되는 알루미늄실린더의 외주면 주위에 냉매가 흐르는 금속관으로서 사용되는 구리관은 알루미늄실린더 주위에 근접하여 감긴다. 금속관의 양끝단이 구리고정금구에 용접되며, 그 고정금구는 나사로 고정된다. 본 발명의 열교환기의 상기 언급된 구조로 인하여, 냉매가 이 순서로 금속실린더의 고온부로부터 저온부로 흐른다. 또한, 본 발명의 열교환기의 열교환효율은 충분히 개선된다. 또한, 본 발명의 열교환기의 금속관이 단일관을 포함하여 구성하므로, 금속관부의 수는 종래의 관수보다 적고, 그에 의하여 충분히 제조비용을 줄이는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 열교환기에 있어서, 고정금구는 금속실린더의 외주면의 일단에 나사로 고정되며, 금속관의 일단(입구측)에 냉매가 흐르도록 고정금구에 용접된다. 상기 설명한 바와 같이 그에 고정된 금속관을 가진 금속실린더는 금속실린더의 외주면에 금속관이 밀착되는 동안에 금속관이 감기도록 회전된다. 금속관이 그의 다른 일단(출구측)에 감긴후에, 금속관은 금속실린더의 외주면에 고정된 고정금구와 고정된다. 금속관의 출구측은 용접으로 고정금구에 고정되며, 소정의 길이로 절단된다. 이는 본 발명의 열교환기의 제조를 완성한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 열교환기의 제조방법은 금속관이 길이방향 홀더에 놓여 지고, 길이방향 홀더는 금속관을 유지하도록 하는 종래의 제조방법과 같이 복잡하고 까다로운 처리가 요구되지 않는다. 그 결과로서, 제조방법은 제조공정단계 및 제조비용을 충분히 줄일 수 있다.

금속관이 고정금구에 은합금납땜하여 용접되는 상기 언급된 실시와는 별도로, 변형 실시예는, 인-구리합금 납땜과 같은 다른 결합수단으로 금속관을 용접할 수도 있다.

비록 본 발명이 최근에 언급된 실시예에 의하여 기술되었으나, 그러한 개시내용은 한정적인 것으로 해석되어서는 않되는 것임이 명백하다. 다양한 변경 및 변형은, 상기 개시내용을 읽은 후에, 본 발명이 속하는 기술에서 자명함은 의심할 여지가 없다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는, 본 발명의 요지 및 범위에 포함되는 모든 변경 및 변형이 포함되는 것으로 해석됨을 의도한 것이다.

Claims (6)

1. 그의 내부에 연소가스로부터 열을 받아들이기 위한 핀(12a, 12b) 및 연소가스가 통과하는 양끝단에 개구를 가지는 원통형의 금속실린더(12)와,

   그를 통하여 냉매가 흐르며, 그의 외주면에 밀착하여 상기 금속실린더(12)의 외주면 주위에 나선형으로 감기는 금속관(13), 및

   상기 금속실린더(12)에 상기 금속관(13)의 양단을 고정하기 위하여 상기 금속실린더(12)에 고정되는 고정금구(15)을 포함하여 구성되는 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 냉매가 흐르는 상기 금속관(13)이 상기 금속실린더(12)의 외주면의 형성선에 직교하는 방향으로 감기며, 상기 금속관(13)의 인접한 관부가 상호간에게 밀착하여 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 핀(12a, 12b)은 연소가스의 흐름방향과 평행한 방향으로 연장되는 다수개의 다수의 띠형상돌출부로서 형성되며, 상기 핀(12a,12b)은 상기 금속실린더(12)의 내부면으로부터 상기 돌출부의 높이로 보았을 때 두 가지 크기, 즉, 큰 것과 작은 것으로 형성되며, 두가지 유형의 상기 돌출부가 교대로 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서, 돌출부(120)는 상기 금속실린더(12)의 벽의 일부이며, 상기 돌출부(120)는 상기 고정금구(15)을 고정하기 위한 상기 금속실린더(12)의 다른 부분보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속실린더(12)는 알루미늄을 압출성형하여 형성되며, 상기 금속관(13) 및 상기 고정금구(15)이 구리로 만들어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 그의 내부에 연소가스로부터 열을 받아들이는 핀(12a, 12b)을 가지며그 양단에 개구를 가지는 금속실린더(12)의 외주면의 한 끝단에 제 1 고정금구(15)을 나사로 고정하는 공정과,

   상기 제 1 고정금구(15)에, 냉매가 흐르는 상기 금속관(13)의 한 끝단을 고정하는 공정과,

   소정의 방향으로 상기 금속실린더(12)를 회전하므로써 그 외주면과 밀착하여 상기 금속실린더(12)의 외주면 주위에 상기 금속관(13)을 감는 공정과,

   소정의 권취수를 가지도록 상기 금속실린더(12) 주위에 상기 금속관(13)을 감은 후에 상기 금속실린더(12)의 외주면의 다른 끝단에 제 2 고정금구(15)을 나사로 고정하는 공정과,

   상기 제 2 고정금구에 상기 금속관(13)을 고정하는 공정, 및 원하는 길이로 상기 금속관(13)을 절단하는 공정을 포함하여 구성하는 열교환기의 제조방법.

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