KR100752636B1

KR100752636B1 - 냉장고용 열교환기 및 그 튜브의 제조방법

Info

Publication number: KR100752636B1
Application number: KR1020060039725A
Authority: KR
Inventors: 김승진; 남승원; 배수용; 김혁중
Original assignee: 삼성광주전자 주식회사
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-08-29
Also published as: US20070256824A1; CN101067529A; EP1852669A1

Abstract

본 발명은 냉장고용 열교환기 및 그 튜브의 제조방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 목적은 냉매를 안내하는 튜브의 구조를 개선하여 열교환효율이 향상되도록 마련된 냉장고용 열교환기를 제공하는 것이고, 본 발명의 또 다른 목적은 냉장고용 열교환기의 열교환효율을 향상시키도록 마련된 냉장고용 열교환기의 튜브 제조방법을 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 냉장고용 열교환기는 냉매를 안내하는 튜브와, 상기 튜브의 열교환면적을 증대시키도록 상기 튜브의 외주에 마련된 복수개의 열교환핀을 구비하고, 상기 튜브의 내주에는 상기 튜브를 따라 유동하는 냉매의 흐름이 난류를 형성하도록 냉매의 흐름을 유도하는 요철이 마련된다.

그리고 여기서 상기 튜브는 플레이트 일면에 요철을 마련하는 준비단계와, 상기 요철이 마련된 플레이트의 일면이 내주면을 형성하도록 상기 플레이트를 원통형상이 되도록 가공한 상태에서 상기 플레이트의 폭방향 양단을 상호 결합시키는 결합단계를 포함하여 제조된다.

Description

냉장고용 열교환기 및 그 튜브의 제조방법{HEAT EXCHANGER FOR REFRIGERATOR AND MANUFACTURING METHOD OF ITS TUBE}

도 1은 종래 냉장고용 열교환기의 요부 구조를 도시한 단면도이다.

도 2는 종래 냉장고용 열교환기의 요부 구조를 도시한 단면도로, 냉매안내관을 따라 유동하는 냉매의 흐름이 층류를 형성한 상태를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉장고의 전체적인 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉장고에 있어서, 냉동사이클의 구성을 도시한 구성도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉장고용 열교환기의 구조를 도시한 사시도이다.

도 6은 도 5의 요부를 발취하여 도시한 측단면도이다.

도 7은 도 5를 절취선 A-A를 따라 절취한 후 화살표 방향에서 바라본 단면도이다.

도 8은 5를 절취선 B-B를 따라 절취한 후 화살표 방향에서 바라본 단면도이다.

도 9와 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉장고용 열교환기에 있어서 튜브의 제조과정을 나타낸 것으로, 각가 준비단계와 결합단계 과정을 나타낸 것이다.

도 11과 도 12는 각각 본 발명의 따른 냉장고용 열교환기 튜브의 제조과정에 있어서, 준비단계를 거친 플레이트의 구조를 도시한 사시도로, 다른 실시예에 따른 요철의 구조를 나타낸 것이다.

도 13은 도 12를 절취선 C-C를 따라 절취한 후 화살표 방향에서 바라본 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

3: 압축기 4: 응축기

5: 모세관 6: 증발기

8: 모세관 10: 본체

30: 튜브 31,31´,31˝: 요철

31´a: 요철형성부재 40: 열교환핀

60: 플레이트

본 발명은 냉장고용 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 튜브를 따라 흐르는 냉매의 유동이 난류를 형성하도록 하여 열교환 효율이 향상되도록 한 냉장고용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 냉동사이클의 증발기를 통해 생성된 냉기로 저장실을 냉각시킴으로써, 저장실에 저장된 저장물이 냉장 또는 냉동 상태로 보관되도록 하는 장치이다.

냉동사이클은 압축기와 응축기 및 모세관과 증발기가 냉매관을 통해 폐회로를 이루도록 마련되는데, 이중 압축기는 냉매를 고온고압의 기체상태로 압축시키고, 응축기는 압축기로부터 전달된 냉매를 고온고압의 액체상태로 응축시키며, 응축기에서 응축된 고온고압의 액체상태 냉매는 상기 모세관을 거치는 과정에서 교축 팽창되며 저온 저압의 액체상태 냉매가 되고, 증발기는 모세관을 거친 저온 저압의 액체상태 냉매를 증발시켜 저온 저압의 기체상태 냉매가 되도록 하며, 상기 증발기는 저장실 후방 내측에 설치된다.

따라서 냉동사이클을 순환하는 냉매는 응축기에서 응축되면서 주위로 열을 방출하고, 증발기에서 증발되면서 저장실 내부 공기의 열을 흡수하게 되며, 저장실의 공기는 이러한 증발기와 열교환하면서 냉기로 전환된다.

여기서 증발기와 응축기는 냉장고용 열교환기를 형성하게 되는데, 이러한 냉장고용 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 냉매관으로 형성되는 튜브(1)와, 튜브(1)의 열교환면적을 증대시키도록 상기 튜브(1)의 외주에 결합되는 복수개의 열교환핀(2)을 구비하며, 상기 튜브(1)는 단면이 원형으로 마련되는 일반적인 파이프형상을 취하게 된다.

그러나 이러한 종래 냉장고용 열교환기는 상기 튜브(1)가 단순한 원형 단면의 파이프형상으로 마련되어 튜브(1)를 따라 유동하는 냉매의 흐름이 층류를 형성 하기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이 튜브(1) 내벽에 근접한 냉매(a)는 튜브(1) 외부의 공기와 활발히 열교환되는 반면 튜브(1) 중심쪽 냉매(b)는 튜브(1) 외부 공기와 열교환이 어렵게 되는 등 튜브(1)를 따라 유동하는 냉매가 주위공기와 골고루 열교환되지 못하게 되어 열교환효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 목적은 냉매를 안내하는 튜브의 구조를 개선하여 열교환효율이 향상되도록 마련된 냉장고용 열교환기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 냉장고용 열교환기의 열교환효율을 향상시키도록 마련된 냉장고용 열교환기의 튜브 제조방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉장고용 열교환기는 냉매를 안내하는 튜브와, 상기 튜브의 열교환면적을 증대시키도록 상기 튜브의 외주에 마련된 복수개의 열교환핀을 구비하고, 상기 튜브의 내주에는 상기 튜브를 따라 유동하는 냉매의 흐름이 난류를 형성하도록 냉매의 흐름을 유도하는 요철이 마련된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 요철의 길이방향은 상기 튜브의 길이방향과 교차하도록 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 요철은 상기 튜브의 내주면을 가공하여 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 요철은 상기 튜브의 내주면에 복수의 요철형성부재를 결합하여 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 요철은 상기 튜브의 내주면에 소정재질의 미세가루를 덩어리를 형성하도록 결합시켜 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 냉장고용 열교환기는 냉장고의 냉동사이클에 채용되는 증발기와 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 냉장고용 열교환기의 튜브 제조방법은 플레이트 일면에 요철을 마련하는 준비단계와, 상기 요철이 마련된 플레이트의 일면이 내주면을 형성하도록 상기 플레이트를 원통형상이 되도록 가공한 상태에서 상기 플레이트의 폭방향 양단을 상호 결합시키는 결합단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 결합단계에서 상기 플레이트의 폭방향 양단은 상호 용접되고, 상기 준비단계에서 상기 요철은 상기 플레이트의 폭방향 양단 안쪽에 마련된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 실시예에 따른 냉장고는 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 냉동사이클 구성요소가 설치되는 본체(10)를 구비하며, 본체(10)의 내부에는 전면으로 개방된 저장실(11)이 형성되고, 본체(10)의 전면에는 저장실(11)을 개폐하도록 회동 가능하게 힌지결합된 도어(20)가 설치된다.

또 냉동사이클은 압축기(3)와 응축기(4) 및 모세관(5)과 증발기(6)가 냉매 관(8)을 통해 폐회로를 이루도록 마련되며, 상기 모세관(5)은 팽창밸브와 같은 다른 형태의 팽창장치로 대체되어도 무방하다.

이중 압축기(3)는 냉매를 고온고압의 기체상태로 압축시키고, 응축기(4)는 압축기(3)로부터 전달된 냉매를 고온고압의 액체상태로 응축시킨다. 이러한 압축기(3)와 응축기(4)는 상기 본체(10)의 하부에 저장실(11)과 구획 형성된 기계실(12)에 설치되며, 기계실(12)은 본체(10) 외부의 공기가 기계실(12) 내부로 유통될 수 있게 본체(10) 외부와 통하도록 형성된다.

또 응축기(4)에서 응축된 고온고압의 액체상태 냉매는 상기 모세관(5)을 거치는 과정에서 교축 팽창되어 저온 저압의 액체상태 냉매가 되고, 증발기(6)는 모세관(5)을 거친 저온 저압의 액체상태 냉매를 증발시켜 저온 저압의 기체상태 냉매가 되도록 한다. 상기 증발기(6)는 저장실(11) 후방 내측에 설치되고, 본체(10)에 있어서 증발기(6) 일측에는 냉각된 공기를 저장실(11)로 순환시키기 위한 순환팬(13)이 설치된다. 참고로 미설명 부호 7은 응축기(4)와 모세관(5) 사이를 연결하는 냉매관(8)의 중도에 설치되는 드라이어로써, 이러한 드라이어(7)는 응축기(4)에서 응축된 냉매가스에 포함되어 있는 수분을 제거하는 역할을 한다.

따라서 냉동사이클을 순환하는 냉매는 응축기(4)에서 기계실(12) 쪽 공기와 열교환되어 응축되면서 주위로 열을 방출하고, 증발기(6)에서 저장실(11) 내부의 공기와 열교환되어 증발되면서 저장실(11) 내부 공기의 열을 흡수하게 되는데, 저장실(11)의 공기는 이와 같이 증발기(6)와 열교환하면서 냉기로 전환되며, 이러한 증발기(6)와 상기 응축기(4)는 냉장고용 열교환기를 형성하게 된다.

도 5에는 본 실시예에 따른 냉장고용 열교환기(4,6)가 도시된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 열교환기(4,6)는 통상의 냉매관으로 형성되는 중공의 튜브(30)와, 열교환면적을 증대시키도록 튜브(30)의 외주에 결합되는 복수개의 열교환핀(40)을 구비하며, 각 열교환핀(40)의 중앙 내측은 튜브(30)의 외주에 결합되도록 관통되어 있다.

상기 튜브(30)는 동재질을 통해 원형의 단면을 구비하도록 마련되고, 상기 열교환기(4,6)는 이러한 튜브(30) 외주에 상기 복수개의 열교환핀(40)을 결합시킨 후 상기 튜브(30)를 지그재그방식으로 반복적으로 밴딩시켜 다단의 다열 구조를 이루도록 한 상태에서 좌우 양측에는 열교환기(4.6)의 형태를 유지시키기 위한 지지대(51,52)를 결합하여 조립된다.

한편, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉장고용 열교환기(4,6)에 있어서, 상기 튜브(30)의 내주에는 요철(31)이 형성되어 튜브(30)를 따라 유동하는 냉매의 흐름이 난류를 형성하도록 유도하게 된다. 이러한 요철(31)은 튜브(30)를 따라 유동하는 냉매의 흐름에 보다 강한 저항으로 작용하기 위해 그 길이방향이 튜브(30)의 길이방향과 교차하도록 마련되는 것이 바람직하며, 규칙전인 패턴은 물론 불규칙적인 패턴을 형성하도록 마련될 수도 있다.

따라서 이러한 요철(31)이 튜브(30)의 내주에 마련된 상태에서는 튜브(30)를 따라 유동하던 냉매가 요철(31)에 부딪치게 되면서 층류가 아닌 난류를 형성하게 되고, 튜브(30)를 통한 냉매의 흐름이 불규칙한 난류를 형성하게 되면, 튜브(30)를 따라 안내되는 냉매 전체가 골고루 튜브(30)의 내벽 쪽으로 유동하여 튜브(30) 외 측 공기와 활발하게 열교환작용을 수행하게 되어 열교환기(4,6)의 열교환효율이 큰 폭으로 향상된다.

그리고 상기 튜브(30)가 이미 원통형상으로 마련된 상태에서 좁은 튜브(30)의 내경으로 인해 상기 요철(31)을 튜브(30)의 내주에 형성하는 작업이 다소 어려울 수 있다. 따라서 상기 요철(31)을 튜브(30)의 내주에 용이하게 형성할 수 있도록 상기 튜브(30)는 플레이트(60)를 롤포밍가공하여 원통형의 파이프형태로 제조되고, 상기 요철(31)은 이러한 튜브(30)의 제조과정 중 상기 플레이트(60)의 일면에 형성된다.

이러한 튜브(30)의 제조과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 튜브(30)를 제조하기 위해서는 먼저 튜브(30)를 형성할 동재질의 플레이트(60)를 준비한 상태에서 상기 플레이트(60)의 일면에 상기 요철(31)을 마련하는 준비단계가 진행된다.

이때는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트(60)를 일반 롤러(100)와 외주에 치형이 형성된 롤러(200) 사이에 위치시킨 상태에서 상기 각 롤러(100,200)를 상호 반대방향으로 회전시키게 되는데, 플레이트(60)는 이러한 각 롤러(100,200) 사이에서 가압되면서 그 일면에 상기 요철(31)이 형성된다.

물론 상기 요철(31)은 프레스가공을 통해서 형성하거나, 스크래치공구 등을 이용하여 상기 플레이트(60)의 일면을 긁어내는 간단한 작업을 통해서도 형성할 수 있다.

상기 준비단계 이후에는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 요철(31)이 마련된 플레이트(60)의 일면이 내주면을 형성하도록 상기 플레이트(60)를 롤포밍가공을 통해 원통형상이 되도록 하고 상기 플레이트(60)의 폭방향 양단(61,62)을 상호 결합시키는 결합단계 작업이 이루어지며, 상기 플레이트(60)는 이러한 준비단계와 결합단계를 순차적으로 거쳐 상기 튜브(30)로 제작된다.

따라서 본 실시예에 따른 냉장고용 열교환기(4,6)의 튜브(30)는 튜브(30)의 내주에 마련되는 상기 요철(31)을 튜브(30)의 제작과정 중에 용이하게 형성할 수 있게 된다.

그리고 상기 결합단계에서 상기 플레이트(60)의 폭방향 양단(61,62)은 용접가공을 통해 상호 결합되고, 이때는 플레이트(60)의 폭방향 양단(61,62)이 상호 일치된 상태에서 이루어져야 용접가공이 용이해지면서도 보다 기밀성 있는 튜브(30)를 제조할 수 있게 되는데, 상기 요철(31)이 플레이트(60)의 폭방향 양단(61,62) 부분 형성되는 경우에는 요철(31)이 형성되는 과정에서 플레이트(60)의 폭방향 양단(61,62) 측이 변형되면서 그 두께가 서로 달라질 우려가 있다. 따라서 상기 준비단계에서는 상기 요철(31)이 플레이트(60)의 폭방향 양단(61,62) 안쪽에 마련되도록 하여 상기 요철(31)이 형성되는 과정에서 플레이트(60)의 폭방향 양단(61,62) 측이 변형되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 준비단계에서 플레이트(60) 일면을 가공하여 형성되는 상기 요철은 본 실시예와 다른 방법을 통해서도 플레이트(60)의 일면에 마련될 수 있다.

도 11과 도 12에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 요철(31´,31˝)이 형성된 플레이트(60)의 구조가 도시되며, 이때는 튜브(30) 제조과정에서 준비단계를 거친 상태를 나타낸 것이다.

먼저, 다른 실시예도 11에 있어서, 플레이트(60)의 일면에 마련되는 요철(31´)은 플레이트(60)의 일면에 소정 길이의 봉형상으로 마련되는 별도의 요철형성부재(31´a)를 복수개 결합시켜 마련되고, 이때 각 요철형성부재(31´a)는 용접작업 등을 통해 플레이트(60)에 결합된다.

또 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 요철(31˝)은 상기 플레이트(60)의 일면에 소정재질의 미세가루를 덩어리를 형성하도록 결합시켜 마련할 수도 있다.

상기 미세가루는 금속가루나 돌가루와 같이 다양한 재질을 통해 구현 가능하며, 이러한 미세가루는 접착제 등을 통해 플레이트(60)의 일면에 덩어리 형태를 이루도록 접착되고, 플레이트(60)의 일면은 이러한 요철(31˝)에 의한 울퉁불퉁한 면을 형성하게 된다.

이와 같이 튜브(30) 제조과정 중 준비단계에서 플레이트(60)의 일면에 형성되는 요철(31,31´,31˝)은 열교환기(4,6)의 튜브(30) 내부를 유동하는 냉매에 저항으로 작용하여 튜브(30) 내부 냉매의 유동을 난류로 유도할 수 있는 범위 내에서 이 밖의 여러 가지 다른 형태로도 구현 가능하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉장고용 열교환기는 튜브를 따라 유동되는 냉매의 흐름이 튜브의 내주에 마련된 요철에 의해 불규칙한 난류를 형성하게 된다. 따라서 본 발명에 따른 냉장고용 열교환기는 튜브를 따라 안내되는 냉매가 튜브의 내벽 쪽으로 골고루 유동하게 되면서 튜브 외측 공기와 활 발하게 열교환작용을 수행하게 되어 열교환효율을 큰 폭으로 향상시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명은 냉장고용 열교환기의 상기 튜브는 플레이트를 롤포밍가공하여 원통형의 파이프형태로 제조되고, 상기 요철은 이러한 튜브의 제조시 상기 플레이트의 일면에 형성되기 때문에, 상기 요철을 튜브의 내주에 보다 용이하게 형성할 수 있게 된다.

Claims

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냉매를 안내하는 튜브와, 상기 튜브의 열교환면적을 증대시키도록 상기 튜브의 외주에 마련된 복수개의 열교환핀을 구비하는 냉장고용 열교환기에 있어서,

상기 튜브의 내주에는 상기 튜브를 따라 유동하는 냉매의 흐름이 난류를 형성하도록 냉매의 흐름을 유도하는 요철이 마련되고,

상기 요철은 상기 튜브의 내주면에 복수의 요철형성부재를 결합하여 마련된 것을 특징으로 하는 냉장고용 열교환기.
냉매를 안내하는 튜브와, 상기 튜브의 열교환면적을 증대시키도록 상기 튜브의 외주에 마련된 복수개의 열교환핀을 구비하는 냉장고용 열교환기에 있어서,

상기 튜브의 내주에는 상기 튜브를 따라 유동하는 냉매의 흐름이 난류를 형성하도록 냉매의 흐름을 유도하는 요철이 마련되고,

상기 요철은 상기 튜브의 내주면에 소정재질의 미세가루를 덩어리를 형성하도록 결합시켜 마련된 것을 특징으로 하는 냉장고용 열교환기.
제 4항 또는 제5항에 있어서,

상기 냉장고용 열교환기는 냉장고의 냉동사이클에 채용되는 증발기 또는 응축기인 것을 특징으로 하는 냉장고용 열교환기.
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냉매를 안내하는 튜브와, 상기 튜브의 열교환면적을 증대시키도록 상기 튜브의 외주에 마련된 복수개의 열교환핀을 구비하는 냉장고용 열교환기에 있어서,

상기 튜브는 플레이트 일면에 요철을 마련하는 준비단계와, 상기 요철이 마련된 플레이트의 일면이 내주면을 형성하도록 상기 플레이트를 원통형상이 되도록 가공한 상태에서 상기 플레이트의 폭방향 양단을 상호 결합시키는 결합단계를 포함하여 제조되고,

상기 준비단계에서 상기 요철은 상기 플레이트의 일면에 복수의 요철형성부재를 결합시켜 마련된 것을 특징으로 하는 냉장고용 열교환기의 튜브 제조방법.
냉매를 안내하는 튜브와, 상기 튜브의 열교환면적을 증대시키도록 상기 튜브의 외주에 마련된 복수개의 열교환핀을 구비하는 냉장고용 열교환기에 있어서,

상기 튜브는 플레이트 일면에 요철을 마련하는 준비단계와, 상기 요철이 마련된 플레이트의 일면이 내주면을 형성하도록 상기 플레이트를 원통형상이 되도록 가공한 상태에서 상기 플레이트의 폭방향 양단을 상호 결합시키는 결합단계를 포함하여 제조되고,

상기 준비단계에서 상기 요철은 상기 플레이트의 일면에 소정재질의 미세가루를 덩어리를 형성하도록 결합시켜 마련된 것을 특징으로 하는 냉장고용 열교환기의 튜브 제조방법.