KR101309312B1 - 이중관식 열교환기 및 그의 제조방법 - Google Patents

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KR101309312B1
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유근현
정계순
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주식회사 한국쿨러
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Abstract

본 발명의 일실시예는 냉매가 이동되는 제1 내부 유로가 형성된 내관 파이프; 상기 내관 파이프의 외측면에 감기는 제1 냉각핀; 상기 제1 냉각핀의 외측에 구비되며 냉매가 이동되는 제2 내부 유로가 형성된 외관 파이프; 상기 외관 파이프에 결합되며, 상기 제2 내부 유로로 냉매를 공급하는 입구 파이프; 및 상기 외관 파이프에 결합되며, 상기 제2 내부 유로로부터 냉매를 배출하는 배출 파이프가 포함되며, 상기 제1 냉각핀은 단속적인 나선형을 이루며 냉매가 이동되는 안내 공간부를 형성하되, 상기 안내 공간부는 상기 내관 파이프의 둘레를 따라 일정 간격을 이루며 상기 내관 파이프의 길이 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기 및 그의 제조방법을 제공한다.

Description

이중관식 열교환기 및 그의 제조방법{DOUBLE-PIPE HEAT EXCHANGER AND METHOD OF MAUFACTURING THE SAME}
본 발명은 이중관식 열교환기 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매의 열교환 효율이 우수하도록 이루어진 이중관식 열교환기 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
이중관식 열교환기는 공조 장치나 오일 냉각기 등의 열교환이 이루어지는 다양한 장치에 사용될 수 있다. 이러한 이중관식 열교환기가 차량 공조장치에 사용된 형태를 일예로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 차량 공조장치를 보여주는 예시도로, 차량 공조장치(10)는 압축기(20), 응축기(30), 이중관식 열교환기(40), 팽창밸브(50) 및 증발기(60)로 이루어진다. 이러한 각 구성은 연결 파이프(11)로 연결되며, 연결 파이프(11)의 내부에는 냉매가 이동하게 된다.
일반적인 차량 공조장치(10)의 냉방시스템을 살펴보면, 압축기(20)는 저온/저압의 기상 냉매를 흡입, 압축하여 고온/고압의 기상 냉매 상태로 응축기(30)로 보내게 된다. 응축기(30)로 보내진 고온/고압의 기상 냉매는 외부공기와 열교환을 통해 응축되며 고온/고압의 액상 냉매로 상변화가 이루어진다. 응축기(30)를 경유한 고온/고압의 액상 냉매는 이중관식 열교환기(40)의 내부로 이동되되, 내관 파이프(41)와 외관 파이프(42)의 사이에 형성된 제2유로(43)로 이동된다. 이때, 제2유로(43)로 이동되는 냉매는 증발기(60)로부터 공급되어 내관 파이프(41)의 내부에 형성된 제1유로(미도시)로 이동되는 저온/저압의 냉매와 열교환이 이루어진 후 팽창밸브(50)로 이동된다. 팽창밸브(50)로 유입된 냉매는 감압/팽창이 이루어져 저온/저압의 상태로 증발기(60)로 안내된다. 증발기(60)로 안내된 냉매는 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환이 이루어진다. 이때, 증발기(60)의 냉매는 차량 실내로 송풍되는 공기의 열을 흡열하여 차량 내부로 공급되는 공기를 냉각시키게 된다. 증발기(60)에서 배출된 저온/저압의 냉매는 내관 파이프(41)의 제1유로(미도시)로 안내되며 제2유로(43)를 이동되는 고온/고압의 냉매와 열교환이 이루어진다.
이와 같이, 차량 공조장치(10)의 이중관식 열교환기(40)는 제2유로(43)로 이동되는 냉매와 제1유로(미도시)로 이동되는 냉매간의 열교환 효율을 높이게 된다.
이러한 이중관식 열교환기(40)는 내관 파이프(41)의 외측면에 나선홈(44)을 형성하여 제1유로(미도시)와 제2유로(43)로 이동되는 냉매간의 열교환 효율을 높일 수 있다. 즉, 내관 파이프(41)의 외측면에 형성된 나선홈(44)은 냉매와의 접촉면적을 넓혀 냉매의 열교환 효율을 높이게 된다.
그러나 차량의 구조에 따라 이중관식 열교환기(40)가 벤딩(bending)될 시, 외관 파이프(42)는 내관 파이프(41)의 나선홈(44)을 막는 문제가 있어, 냉매가 원활히 이동되지 못하는 문제가 있다. 심하게는 벤딩 부위에 위치되는 나선홈(44)을 외관 파이프(42)가 전체적으로 막는 경우도 발생되어 냉매의 열교환 효율을 떨어뜨리며, 이중관식 열교환기(40)의 고장 원인이 된다.
또한, 냉매는 내관 파이프(41)의 나선홈(44)을 따라서 나선 방향으로만 이동되기에 냉매 원활한 이동을 위해서는 큰 압력이 요구된다. 따라서 차량 공조장치(10)에 과부하를 발생시키는 원인이 되기도 한다.
한편, 내관 파이프(41)의 외측에 이너핀(inner-fin, 미도시)을 구비하며, 냉매의 원활한 이동이 이루어짐과 동시에 제2유로(43)와 제1유로(미도시)로 이동되는 냉매간의 열교환 효율을 높일 수도 있으나, 제2유로(43)를 경유하는 냉매의 이동 거리 및 이동 시간이 너무 짧아 열교환 효율이 낮은 문제가 있다. 또한 이중관식 열교환기의 벤딩시, 지지력이 약한 이너핀은 찌그러지며 냉매의 유로를 막는 문제도 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 이중관식 열교환기의 벤딩시에도 냉매의 원활한 이동이 가능하고, 냉매의 이동거리를 늘리며, 냉매와의 접촉 면적을 넓혀 냉매의 열교환 효율을 향상시킨 이중관식 열교환기 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 냉매가 이동되는 제1 내부 유로가 형성된 내관 파이프; 상기 내관 파이프의 외측면에 감기는 제1 냉각핀; 상기 제1 냉각핀의 외측에 구비되며 냉매가 이동되는 제2 내부 유로가 형성된 외관 파이프; 상기 외관 파이프에 결합되며, 상기 제2 내부 유로로 냉매를 공급하는 입구 파이프; 및 상기 외관 파이프에 결합되며, 상기 제2 내부 유로로부터 냉매를 배출하는 배출 파이프가 포함되며, 상기 제1 냉각핀은 단속적인 나선형을 이루며 냉매가 이동되는 안내 공간부를 형성하되, 상기 안내 공간부는 상기 내관 파이프의 둘레를 따라 일정 간격을 이루며 상기 내관 파이프의 길이 방향으로 형성되고, 상기 내관 파이프의 외측면에는 상기 내관 파이프의 길이 방향으로 연속적인 직선 형태를 갖는 제1 안내홈이 형성되되, 상기 제1 안내홈의 상측에는 상기 안내 공간부가 위치되는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기를 제공한다.
삭제
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 외관 파이프의 외측면에 나선형으로 감기는 제2 냉각핀이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 냉각핀의 상부는 상기 외관 파이프의 내면에 맞닿도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 2개 이상의 상기 제1 냉각핀이 상기 내관 파이프에 나선 방향으로 감길 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 입구 파이프와 상기 배출 파이프의 일직선상에 위치되는 상기 내관 파이프에는 관의 직경이 축소된 축관부가 위치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 냉각핀은 상기 내관 파이프의 양측에 형성된 상기 축관부 사이에 구비될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 축관부의 길이는 상기 입구 파이프의 관경 크기의 3배 이상의 길이를 갖도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 내관 파이프의 내측면에는 나선 형상의 제2 안내홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 입구 파이프와 배출 파이프의 하면은 상기 외관 파이프의 외측면에 대응되는 곡면 형상을 이루어 상기 외관 파이프에 결합될 수 있다.
본 발명의 일실시예는 내관 파이프의 양측부에는 축관부가 형성되고, 상기 축관부 사이에 위치되는 상기 내관 파이프에는 제1 냉각핀이 형성되는 단계; 외관 파이프의 내측에 상기 내관 파이프가 구비되며, 상기 외관 파이프의 단부는 상기 내관 파이프의 외측면과 결합되는 단계; 및 상기 외관 파이프에 입구 파이프와 배출 파이프를 결합하는 단계가 포함되며, 상기 제1 냉각핀은 단속적인 나선형을 이루며 냉매가 이동되는 안내 공간부를 형성하되, 상기 안내 공간부는 상기 내관 파이프의 둘레를 따라 일정 간격을 이루며 상기 내관 파이프의 길이 방향으로 형성되고, 상기 내관 파이프의 외측면에는 상기 내관 파이프의 길이 방향으로 연속적인 직선 형태를 갖는 제1 안내홈이 형성되되, 상기 제1 안내홈의 상측에는 상기 안내 공간부가 위치되는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기 제조방법을 제공한다.
삭제
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 냉각핀은 상기 내관 파이프의 외측면에 나선형의 홈 가공을 통해 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 외관 파이프의 외측면에 나선형으로 제2 냉각핀을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 이중관식 열교환기 및 그의 제조방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명에 따르면, 내관 파이프의 외측면에는 나선형을 이루는 제1 냉각핀이 구비되어 냉매의 열교환 효율을 높이게 된다. 제1 냉각핀은 냉매가 이동되는 안내 공간부를 형성하며 단속적인 형태로 내관 파이프의 외측면을 감도록 이루어져 냉매는 원활한 이동이 가능하다. 즉, 제1 냉각핀은 냉매의 접촉 면적을 넓히고, 접촉 시간을 증대시키며, 냉매의 원활한 이동이 가능하도록 이루어진다.
또한, 내관 파이프에는 안내홈이 형성되어 냉매의 접촉 면적을 넓히게 된다.
이와 같이, 내관 파이프에는 안내홈이 형성되고, 제1 냉각핀에는 안내 공간부가 형성되는 이중관식 열교환기를 벤딩할 시에도 냉매가 이동되는 경로의 막힘이 방지된다.
둘째, 본 발명에 따르면, 내관 파이프의 외측면에는 복수개의 제1 냉각핀이 감기도록 이루어져 냉매의 열교환 효율을 높이게 된다. 즉, 냉각핀의 간격은 좁게 형성되어 냉매의 접촉면적을 증가시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 따르면, 외관 파이프의 외측면에는 나선형을 이루는 제2 냉각핀이 구비되어 냉매의 열교환 효율을 높이게 된다. 즉, 제2 내부 유로를 경유하는 냉매는 제2 냉각핀에 의해 외부 공기와의 열교환이 이루어져 팽창밸브로 유입되는 냉매의 과냉각 효율을 높일 수 있다.
넷째, 본 발명에 따르면, 입구 파이프와 배출 파이프의 일직선상에 위치되는 내관 파이프에는 축관부가 형성된다. 이에, 냉매가 유입 또는 배출되는 유로의 단면적을 넓혀 냉매의 압력 손실을 줄일 수 있으며, 입구 파이프로부터 안내 공간부로 공급되는 냉매는 골고루 분산 공급될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 차량 공조장치를 보여주는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중관식 열교환기가 구비된 차량 공조장치를 보여주는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이중관식 열교환기를 보여주는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이중관식 열교환기를 보여주는 횡단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 냉각핀이 구비된 내관 파이프의 부분 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 냉각핀이 구비된 내관 파이프의 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이중관식 열교환기 제조 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 내관 파이프에 제1 냉각핀이 형성되는 과정을 보여주는 제조 상태도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중관식 열교환기를 보여주는 횡단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중관식 열교환기가 구비된 차량 공조장치를 보여주는 예시도로, 차량 공조장치(1000)는 압축기(20), 응축기(30), 리시버 드라이버(35), 이중관식 열교환기(100), 팽창밸브(50) 및 증발기(60)를 포함할 수 있다. 이러한 각 구성은 압축기(20), 응축기(30), 리시버 드라이버(35), 이중관식 열교환기(100), 팽창밸브(50) 및 증발기(60)의 순서대로 연결되어 냉매를 순환시키게 된다.
차량 공조장치(1000)의 작동상태를 살펴보면, 압축기(20)는 고온/고압의 기상 냉매를 응축기(30)로 보내게 된다. 응축기(30)는 고온/고압의 냉매를 액화시키게 되며, 액화된 냉매는 이중관식 열교환기(100)로 보내게 된다. 이때, 응축기(30)와 이중관식 열교환기(100) 사이에는 리시버 드라이버(35)가 구비되며, 리시버 드라이버(35)는 기상과 액상의 냉매를 분리한 후 액화된 냉매만을 이중관식 열교환기(100)로 공급하게 된다.
다음으로, 리시버 드라이버(35)로부터 공급되는 고온/고압의 냉매는 이중관식 열교환기(100)의 제2 내부 유로(121)로 안내된다. 제2 내부 유로(121)는 외관 파이프(120)와 내관 파이프(110)의 사이에 형성된 냉매가 이동되는 유로로, 제2 내부 유로(121)를 경유한 냉매는 팽창밸브(50)로 이동된다.
다음으로, 팽창밸브(50)로 유입된 냉매는 감압/팽창이 이루어져 저온/저압의 상태로 증발기(60)로 안내된다. 증발기(60)로 안내된 냉매는 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환이 이루어진다. 이때, 증발기(60)의 냉매는 차량 실내로 송풍되는 공기의 열을 흡열하여 차량 내부로 공급되는 공기를 냉각시키게 된다. 증발기(60)에서 배출된 저온/저압의 냉매는 내관 파이프(110)의 제1 내부 유로(111)로 안내되며 제2 내부 유로(121)를 이동되는 고온/고압의 냉매와 열교환이 이루어진다.
다음으로, 증발기(60)로부터 제1 내부 유로(111)로 공급되는 냉매는 다시 압축기(20)로 보내져 냉매는 재순환하게 된다.
이와 같이, 이중관식 열교환기(100)는 제2 내부 유로(121)를 경유하는 고온/고압의 냉매와 제1 내부 유로(111)를 경유하는 저온/저압의 냉매간의 열교환을 통해 팽창밸브(50)로 유입되는 냉매의 과냉각을 이루고, 압축기(20)로 유입되는 냉매의 과열화를 이루어 차량 공조장치(1000)의 효율을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이중관식 열교환기를 보여주는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이중관식 열교환기를 보여주는 횡단면도이며, 도 5는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ 종단면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 냉각핀이 구비된 내관 파이프의 부분 정면도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 냉각핀이 구비된 내관 파이프의 부분 사시도이다.
도 3 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 이중관식 열교환기(100)에는 제1 냉각핀(130)과 제2 냉각핀(160)의 구비되어 이중관식 열교환기(100)를 경유하는 냉매의 열교환 효율을 증대시키게 된다.
이러한 이중관식 열교환기(100)는 내관 파이프(110), 외관 파이프(120), 제1 냉각핀(130), 입구 파이프(140), 배출 파이프(150)를 포함할 수 있다.
내관 파이프(110)는 냉매가 이동되는 제1 내부 유로(111)를 형성하게 된다. 즉, 증발기(60)로부터 배출되는 냉매는 제1 내부 유로(111)를 경유한 후 압축기(20)로 공급된다.
내관 파이프(110)는 외관 파이프(120)의 내부에 삽입되며, 외관 파이프(120)와 내관 파이프(110)의 사이에 제2 내부 유로(121)를 형성하게 된다. 이러한 제2 내부 유로(121)에는 내관 파이프(110)의 외측에 구비되는 제1 냉각핀(130)이 위치하게 된다.
제1 냉각핀(130)은 내관 파이프(110)의 외측면에 나선형으로 감기게 되며, 제2 내부 유로(121)를 경유하는 냉매와의 접촉면적을 증가시켜 냉매의 열교환 효율을 높이게 된다.
구체적으로, 제1 냉각핀(130)은 나선형을 이루되, 연속적으로 연결 형성되지 않고 단속적(斷續的)으로 이루어져 안내 공간부(131)를 형성하게 된다. 안내 공간부(131)는 제2 내부 유로(121)로 유입된 냉매가 이동될 수 있는 공간으로, 제2 내부 유로(121)로 유입된 냉매는 제1 냉각핀(130)을 따라 나선형 방향으로 이동될 수도 있고, 내관 파이프(110)의 길이 방향으로 형성된 안내 공간부(131)로 이동될 수도 있음은 물론이다. 제2 내부 유로(121)로 공급된 냉매는 단속적으로 이루어진 제1 냉각핀(130)의 앞면, 뒷면 및 양측면 즉, 제1 냉각핀(130)의 둘레 모두에 접촉될 수 있으므로, 냉매의 열교환 효율은 증대될 수 있다.
제1 냉각핀(130)은 안내 공간부(131)를 형성하며 나선형을 이루기에, 제2 내부 유로(121)로 공급된 냉매는 나선 방향으로 이동됨과 동시에 내관 파이프(110)의 길이 방향으로 이동되어 냉매의 원활한 이동이 가능하다. 따라서, 팽창밸브(50)로 냉매의 공급이 원활히 이루어질 수 있다.
이와 같이, 제1 냉각핀(130)은 제2 내부 유로(121)로 유입된 냉매에 대해 넓은 접촉 면적을 형성하여 열교환 효율을 높이는 동시에, 안내 공간부(131)가 형성되어 팽창밸브(50)로의 냉매 공급이 수월히 이루어질 수 있다. 다시 말해서, 제2 내부 유로(121)로 유입된 냉매는 열교환 효율이 효과적으로 이루어짐과 동시에 팽창밸브(50)로의 신속한 공급이 가능하여 차량 공조장치(1000)의 작동 효율을 높이게 된다.
제1 냉각핀(130)은 하나 또는 2개 이상의 복수개로 이루어져 냉매의 냉각 효율을 높일 수 있다. 다시 말해서, 제1 냉각핀(130)은 2개 이상이 내관 파이프(110)에 감기도록 이루어져 각각의 제1 냉각핀(130) 간의 간격을 좁히게 된다. 따라서, 제1 냉각핀(130)의 감김 횟수를 늘림에 따라 냉매의 접촉 면적을 증가시키며, 냉매의 열교환 효율을 높이게 된다. 일실시예의 제1 냉각핀(130)은 제1a 냉각핀(130a), 제1b 냉각핀(130b), 제1c 냉각핀(130c)으로 서로 연결되지 않은 독립된 나선 구조를 갖는 3개의 냉각핀으로 이루어진 형태를 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 이중관식 열교환기(100)의 종단면도에서 보는 바와 같이, 단면상에서 제1 냉각핀(130)은 제1a 냉각핀(130a), 제1b 냉각핀(130b), 제1c 냉각핀(130c)의 독립된 3개의 제1 냉각핀(130)으로 이루어짐에 따라 냉매와의 접촉 면적을 넓혀 열교환 효율을 높이게 된다. 이때, 독립된 제1 냉각핀(130)의 개수는 3개로 한정되지 않으며, 다양한 개수로 이루어질 수 있음은 물론이다.
이러한 이중관식 열교환기(100)는 차량의 구조에 따라 벤딩(bending)이 이루어질 시, 제2 내부 유로(121) 및 안내 공간부(131)는 외관 파이프(120)의 영향으로 냉매 이동 유로가 차단되는 것이 방지되어 이중관식 열교환기(100)의 다양한 구조 형성이 가능하다.
예를 들어, 종래의 나선홈(44, 도 1참조)이 형성된 내관 파이프(41, 도 1참조)가 구비된 이중관식 열교환기를 벤딩함에 있어, 외관 파이프(42, 도 1참조)가 나선홈(44, 도 1참조)을 막는 경우가 발생되어 나선홈(44, 도 1참조)을 따라 이동되는 냉매는 이동에 어려움이 있고, 냉매의 열교환 효율을 떨어뜨리는 문제가 있었으나, 이중관식 열교환기(100)는 냉매의 이동 유로가 하나로만 이루어지지 않고, 다양한 이동 유로로 냉매가 이동될 수 있기에 이중관식 열교환기(100)의 벤딩시에도 냉매는 막힘없이 원활한 이동이 가능하다.
제1 냉각핀(130)의 하부는 내관 파이프(110)의 외측면에 결합되고, 제1 냉각핀(130)의 상부는 외관 파이프(120)의 내측면에 맞닿도록 이루어진다. 따라서, 외관 파이프(120)는 제1 냉각핀(130)에 의해 전체적으로 안정적으로 지지되어 외관 파이프(120)에 외력이 가해질 경우에도 진동, 공진(resonate), 충격(strike) 및 소음 발생을 낮출 수 있다.
만약, 이중관식 열교환기(100)에 외관 파이프(120)를 지지하는 제1 냉각핀(130)의 구성이 구비되지 않은 상태라면 내관 파이프(110)에 차량의 진동이 전달되는 경우, 내관 파이프(110)는 진동함과 동시에 외관 파이프(120)에 부딪히게 되어 내관 파이프(110)와 외관 파이프(120)는 손상이 발생된다. 따라서, 이중관식 열교환기(100)의 수명이 짧아지게 된다.
이와 같이, 제1 냉각핀(130)은 냉매의 열교환 효율을 증대시킴과 동시에 내관 파이프(110) 및 외관 파이프(120)를 견고하게 지지하는 역할을 동시에 수행하게 된다.
한편, 내관 파이프(110)에는 내관 파이프(110)의 길이 방향을 따라 제1 안내홈(113)이 더 형성될 수 있다. 제1 안내홈(113)은 제2 내부 유로(121)를 경유하는 냉매와의 접촉 면적을 넓혀 냉매의 열교환 효율을 증대시키게 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 안내홈(113)은 내관 파이프(110)의 길이 방향을 따라 연속적인 직선형태를 갖도록 형성되되, 내관 파이프(110)의 둘레를 따라 일정 간격을 이루며 형성된다.
이러한 제1 안내홈(113)이 형성된 내관 파이프(110) 상측에는 제1 냉각핀(130)이 구비되지 않으며 안내 공간부(131)가 위치하게 된다. 즉, 제1 냉각핀(130)은 제1 안내홈(113)이 형성된 부위에서 단속되며 내관 파이프(110)에 나선형으로 감기게 된다. 따라서, 냉매는 제1 냉각핀(130)과 제1 안내홈(113)과의 접촉을 통해 열교환 효율이 높여진다.
한편, 입구 파이프(140)는 외관 파이프(120)와 결합되며 제2 내부 유로(121)로 냉매를 안내하게 된다. 제2 내부 유로(121)로 안내된 냉매는 제1 냉각핀(130)과 제1 안내홈(113)과 열교환이 이루어진 후 외관 파이프(120)에 결합된 배출 파이프(150)를 통해 제2 내부 유로(121)로부터 배출된다.
이때, 입구 파이프(140)와 배출 파이프(150)의 일직선상(V)에 위치되는 내관 파이프(110)에는 관의 직경이 축소된 축관부(114)가 형성되고, 축관부(114)는 외관 파이프(120)의 단부 내측면에 밀착 결합되는 접합부(115)와 연결 형성된다. 이에, 입구 파이프(140)로부터 제2 내부 유로(121)에 안내된 냉매는 배출 파이프(150)로 이동될 수 있다. 여기서 접합부(115)는 내관 파이프(110)가 외관 파이프(120)와 접합되는 내관 파이프(110)의 일부분을 말한다.
축관부(114)는 입구 파이프(140)와 배출 파이프(150)의 일직선상(V)에 위치되어, 냉매가 유입 또는 배출되는 유로의 단면적을 넓혀 냉매의 압력 손실을 낮추게 된다. 즉, 축관부(114)는 냉매의 유입 또는 배출되는 유로의 저항을 최소화하여 냉매의 압력 손실을 낮추게 된다. 또한, 입구 파이프(140)로부터 공급되는 냉매를 제2 내부 유로(121)로 안내함에 있어, 3개의 나선형 냉각핀으로 골고루 분배 공급하게 된다.
이와 반대로, 냉매의 압력 손실을 낮추기 위해 내관 파이프(110)는 그대로 두고, 외관 파이프(120)를 확관시킬 수도 있다. 즉, 외관 파이프(120)의 확관 부위가 볼록하게 튀어나오록 형성하여 냉매가 유입 또는 배출되는 유로의 단면적을 넓혀 냉매의 압력 손실을 낮출 수도 있음은 물론이다.
구체적으로, 외관 파이프(120)의 내측에 위치되는 접합부(115)의 직경(D3)은 제1 냉각핀(130)이 구비되는 부분의 직경(D2)과 동일한 크기를 이루게 되며, 축관부(114)의 직경(D1)만 접합부(115)의 직경(D3)과 다른 직경 크기를 갖게 된다. 축관부(114)의 직경(D1)은 제1 냉각핀(130)이 구비되는 부분의 직경(D2)보다 작도록 이루어져 상술된 바와 같이 냉매가 유입 또는 배출되는 유로의 단면적을 넓히도록 이루어진다. 여기서, 제1 냉각핀(130)은 내관 파이프(110)의 양측에 각각 형성된 축관부(114) 사이의 내관 파이프(110) 외측면에 구비된다.
이와 같이, 외관 파이프(120)가 일직선의 형태를 이룬 상태에서 내관 파이프(110)는 축관부(114)를 형성하여 냉매의 흐름 및 열교환 효율을 높이게 된다. 이때, 축관부(114)의 길이(L)는 입구 파이프(140)의 관경 크기의 3배 이상의 길이를 갖도록 이루어져 냉매의 유입 또는 배출이 수월히 이루어질 수 있다.
한편, 내관 파이프(110)의 내측면에는 제2 안내홈(112)이 형성되어 제1 내부 유로(111)를 경유하는 냉매와의 접촉 면적을 증대시켜 열교환 효율을 높이게 된다. 여기서 제2 안내홈(112)은 나선 형상을 이룰 수도 있고, 직선 형태의 홈으로 형성될 수도 있는 등 제1 내부 유로(111)를 경유하는 냉매와의 접촉 면적을 증대시키도록 이루어진다.
이러한 제1 내부 유로(111)를 경유하는 저온 상태의 냉매는 제2 내부 유로(121)를 경유하는 고온 상태의 냉매와 서로 접촉되지 않은 상태로 열교환이 이루어진다. 다시 말해서, 제2 내부 유로(121)를 경유하는 고온/고압의 냉매는 제1 내부 유로(111)를 경유하는 저온/저압의 냉매와 열교환이 이루어져, 팽창밸브(50)로 유입되는 냉매의 과냉각을 이루게 된다. 또한, 제1 내부 유로(111)를 경유하는 저온/저압의 냉매는 제2 내부 유로(121)를 경유하는 고온/고압의 냉매와 열교환이 이루어져 압축기(20)로 유입되는 냉매의 과열화를 이루게 된다.
이때, 외관 파이프(120)의 외측면에는 제2 냉각핀(160)이 더 구비될 수도 있다. 제2 냉각핀(160)은 외관 파이프(120)의 외측면에 나선형으로 구비되어 외부 공기와의 접촉 면적을 넓히게 된다. 즉, 제2 냉각핀(160)은 제2 내부 유로(121)를 경유하는 고온/고압의 냉매에 대해 외부로의 열방출 및 외부 공기와의 열교환 효율을 높여 제2 내부 유로(121)를 경유하는 냉매의 과냉각 효율을 높이게 된다.
한편, 외관 파이프(120)에 결합되는 입구 파이프(140)와 배출 파이프(150)의 하면은 외관 파이프(120)의 외면에 대응되는 곡면으로 이루어져 입구 파이프(140) 및 배출 파이프(150)는 외관 파이프(120)에 안정적으로 결합될 수도 있다. 즉, 입구 파이프(140) 및 배출 파이프(150)의 하면은 외관 파이프(120)와의 접촉 면적이 넓게 형성되어 견고한 결합이 가능하다. 따라서, 외관 파이프(120)에 진동이 발생되는 경우에도 입구 파이프(140) 및 배출 파이프(150)는 외관 파이프(120)에 안정적으로 결합되며, 결합부위에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이렇게 입구 파이프(140)와 배출 파이프(150)의 하면이 외관 파이프(120)의 외면에 대응되는 곡면으로 이루어진 경우에는, 입구 파이프(140)와 배출 파이프(150)에는 손잡이부(151)가 형성되어 작업자는 손잡이부(151)를 움켜쥔 상태에서 입구 파이프(140)와 배출 파이프(150)의 하단부를 외관 파이프(120)에 손쉽게 삽입 결합한 후 용접 등의 방법을 통해 입구 파이프(140)와 배출 파이프(150)를 외관 파이프(120)에 결합할 수도 있다. 여기서, 입구 파이프(140)와 배출 파이프(150)의 하면은 곡면 형상에 한정되지 않고 직선 형태를 이루며 외관 파이프(120)에 결합될 수도 있음은 물론이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이중관식 열교환기 제조 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 내관 파이프에 제1 냉각핀이 형성되는 과정을 보여주는 제조 상태도이다. 도 2 내지 도 7에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
먼저 내관 파이프(110)는 일정의 길이로 절단이 이루어진다. 다음으로 도 9a와 같이 일정 길이로 절단된 내관 파이프(110)의 외측에는 제1 냉각핀(130)이 가공된다. 이때 제1 냉각핀(130)은 내관 파이프(110)의 외측면에 나선 형태를 갖는 핀이 설치될 수도 있고, 내관 파이프(110)의 외측면을 나선 형태로 홈 가공하여 제1 냉각핀(130)을 형성할 수도 있다. 다음으로 도 9b와 같이 제1 냉각핀(130)이 형성된 내관 파이프(110)의 양측부는 축관 작업을 통해 제1 축관부(114-1)와 제2 축관부(114-2)를 형성하게 된다. 즉, 제1 축관부(114-1)와 제2 축관부(114-2)는 이격되며 제1 냉각핀(130)은 제1 축관부(114-1)와 제2 축관부(114-2) 사이에 위치하게 된다.(S110)
여기서 제1 냉각핀(130)은 단속적인 나선형을 이루며 냉매가 이동되는 안내 공간부(131)를 형성하게 된다. 안내 공간부(131)는 내관 파이프(110)의 길이 방향으로 형성된다. 이때, 내관 파이프(110)의 길이 방향으로 안내 공간부(131)를 형성함과 동시에 제1 안내홈(113)을 형성할 수도 있다. 즉, 제1 냉각핀(130)을 절단하여 안내 공간부(131) 형성하면서 내관 파이프(110)에 제1 안내홈(113)을 동시에 형성할 수도 있어, 제1 안내홈(113)의 상측에는 안내 공간부(131)가 위치하게 된다. 이러한 제1 안내홈(113)은 내관 파이프(110)의 둘레를 따라 일정 간격을 이룬다.
그리고 제1 내부 유로(111)를 경유하는 냉매의 접촉 면적을 증대시키기 위해 내관 파이프(110)의 내측면에는 제2 안내홈(112)을 더 형성할 수도 있음은 물론이다.
다음으로, 외관 파이프(120)를 일정의 길이로 절단한 후 내관 파이프(110)를 외관 파이프(120)의 내측에 구비시키게 되며, 접합부(115)는 외관 파이프(120)의 단부 내측면과 결합되어 제2 내부 유로(121)를 형성하게 된다.
여기서 내관 파이프(110)는 외관 파이프(120)의 내측으로 삽입시킬 수도 있고, 펼쳐진 형태의 외관 파이프(120)의 상면에 내관 파이프(110)를 안착시킨 상태에서 외관 파이프(120)를 말아 용접처리 통해 외관 파이프(120)의 내부에 내관 파이프(110)를 위치시킬 수도 있는 등 다양한 방법에 의해 내관 파이프(110)는 외관 파이프(120)의 내측에 구비될 수 있다. 이때, 외관 파이프(120)에는 제2 냉각핀(160)이 더 구비될 수 있으며, 제2 냉각핀(160)은 외관 파이프(120)의 외측면에 나선 형태를 갖는 제2 냉각핀(160)을 더 설치할 수도 있고, 외관 파이프(120)의 외측면을 나선 형태로 홈 가공하여 제2 냉각핀(160)을 더 형성할 수도 있다.(S111, S120)
다음으로, 제2 내부 유로(121)로 냉매를 공급하는 입구 파이프(140)와 제2 내부 유로(121)를 경유한 냉매를 배출하는 배출 파이프(150)를 외관 파이프(120)에 결합하여 이중관식 열교환기(100)를 제조한다.(S130)
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중관식 열교환기를 보여주는 횡단면도이다.
도 10에서 보는 바와 같이, 이중관식 열교환기(200)는 차량 공조장치(1000)이외의 오일 냉각기(미도시)에도 적용될 수 있다. 오일 냉각기는 라디에이터 탱크에 장착되며, 라디에이터의 냉각수에 의해 고온의 자동변속기(automatic transmisson) 오일을 냉각시켜 오일의 수명을 연장하고 변속이 원활히 이루어지도록 한다.
오일 냉각기에 구비되는 이중관식 열교환기(200)는 입구 파이프(240)를 통해 제2 내부 유로(221)로 오일 유입이 이루어지고, 제2 내부 유로(221)를 경유하는 오일은 제1 내부 유로(211)를 경유하는 냉각수와 열교환이 이루어져 오일의 냉각이 이루어진다. 이때, 내관 파이프(210)의 외측면에는 나선형을 이루되, 연속적으로 연결 형성되지 않고 단속적(斷續的)으로 이루어져 안내 공간부(미도시, 도 5참조)를 형성하는 제1 냉각핀(130, 도 5참조)이 형성되어 오일과 냉각수의 열교환 효율을 높일 수 있다. 또한, 내관 파이프(210)에는 내관 파이프(210)의 길이 방향을 따라 제1 안내홈(미도시, 도 5참조)이 더 형성되어 오일의 접촉 면적으로 넓혀 열교환 효율을 증대시킬 수도 있다. 그리고 외관 파이프(220)의 외측면에는 제2 냉각핀(미도시, 도 5참조)이 더 구비되어 제2 내부 유로(221)를 경유하는 오일의 열교환 효율을 높일 수도 있다.
이렇게 냉각된 오일은 배출 파이프(250)를 통해 자동 변속기(미도시)로 공급되고 고온 상태의 오일은 다시 이중관식 열교환기(200)로 안내되어 냉각과정을 순환 반복하게 된다. 이러한 입구 파이프(240)와 배출 파이프(250)의 크기 및 형상은 다양하게 이루어질 수 있으며, 제1 실시예와 같이 입구 파이프(240)와 배출 파이프(250)의 하면은 외관 파이프(220)의 외면에 대응되는 곡면으로 이루어져 견고한 결합이 이루어질 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 이중관식 열교환기(200)는 차량의 오일 냉각기에 적용되어 변속기로 공급되는 오일의 원활한 공급과 냉각 효율을 높일 수 있다. 즉, 이중관식 열교환기(200)는 상술된 내용과 같이 제1 내부 유로(211)를 경유하는 오일과 제2 내부 유로(221)를 경유하는 냉각수와의 접촉 면적을 넓힘으로써 냉각 효율을 높이게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 이중관식 열교환기 110, 210: 내관 파이프
111, 211: 제1 내부 유로 112: 제2 안내홈
113: 제1 안내홈 114: 축관부
115: 접합부 120, 220: 외관 파이프
121, 221: 제2 내부 유로 130: 제1 냉각핀
131: 안내 공간부 140, 240: 입구 파이프
150, 250: 배출 파이프 151: 손잡이부
160: 제2 냉각핀 1000: 차량 공조장치

Claims (14)

  1. 냉매가 이동되는 제1 내부 유로가 형성된 내관 파이프;
    상기 내관 파이프의 외측면에 감기는 제1 냉각핀;
    상기 제1 냉각핀의 외측에 구비되며 냉매가 이동되는 제2 내부 유로가 형성된 외관 파이프;
    상기 외관 파이프에 결합되며, 상기 제2 내부 유로로 냉매를 공급하는 입구 파이프; 및
    상기 외관 파이프에 결합되며, 상기 제2 내부 유로로부터 냉매를 배출하는 배출 파이프가 포함되며,
    상기 제1 냉각핀은 단속적인 나선형을 이루며 냉매가 이동되는 안내 공간부를 형성하되, 상기 안내 공간부는 상기 내관 파이프의 둘레를 따라 일정 간격을 이루며 상기 내관 파이프의 길이 방향으로 형성되고,
    상기 내관 파이프의 외측면에는 상기 내관 파이프의 길이 방향으로 연속적인 직선 형태를 갖는 제1 안내홈이 형성되되, 상기 제1 안내홈의 상측에는 상기 안내 공간부가 위치되는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외관 파이프의 외측면에 나선형으로 감기는 제2 냉각핀이 더 포함되는 이중관식 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 냉각핀의 상부는 상기 외관 파이프의 내면에 맞닿도록 이루어진 이중관식 열교환기.
  5. 제1항에 있어서,
    2개 이상의 상기 제1 냉각핀이 상기 내관 파이프에 나선 방향으로 감기도록 이루어진 이중관식 열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입구 파이프와 상기 배출 파이프의 일직선상에 위치되는 상기 내관 파이프에는 관의 직경이 축소된 축관부가 위치되는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 냉각핀은 상기 내관 파이프의 양측에 형성된 상기 축관부 사이에 구비되는 이중관식 열교환기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 축관부의 길이는 상기 입구 파이프의 관경 크기의 3배 이상의 길이를 갖도록 이루어진 이중관식 열교환기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내관 파이프의 내측면에는 나선 형상의 제2 안내홈이 형성되는 이중관식 열교환기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 입구 파이프와 배출 파이프의 하면은 상기 외관 파이프의 외측면에 대응되는 곡면 형상을 이루어 상기 외관 파이프에 결합되는 이중관식 열교환기.
  11. 내관 파이프의 양측부에는 축관부가 형성되고, 상기 축관부 사이에 위치되는 상기 내관 파이프에는 제1 냉각핀이 형성되는 단계;
    외관 파이프의 내측에 상기 내관 파이프가 구비되며, 상기 외관 파이프의 단부는 상기 내관 파이프의 외측면과 결합되는 단계; 및
    상기 외관 파이프에 입구 파이프와 배출 파이프를 결합하는 단계가 포함되며,
    상기 제1 냉각핀은 단속적인 나선형을 이루며 냉매가 이동되는 안내 공간부를 형성하되, 상기 안내 공간부는 상기 내관 파이프의 둘레를 따라 일정 간격을 이루며 상기 내관 파이프의 길이 방향으로 형성되고,
    상기 내관 파이프의 외측면에는 상기 내관 파이프의 길이 방향으로 연속적인 직선 형태를 갖는 제1 안내홈이 형성되되, 상기 제1 안내홈의 상측에는 상기 안내 공간부가 위치되는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 냉각핀은 상기 내관 파이프의 외측면에 나선형의 홈 가공을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 외관 파이프의 외측면에 나선형으로 제2 냉각핀을 형성하는 단계가 더 포함되는 이중관식 열교환기 제조방법.
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