JP4999927B2 - プラスチック熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はプラスチック熱交換器及びその製造方法に関するものであって、より詳しくは、プラスチック熱交換器の熱交換管をヘッダーに結合することにおいて、熱交換管とヘッダーとの接合部を融着部及び融着谷を含む熱融着治具（Jig）を介して同時に溶融圧着させて冷媒漏洩に対する信頼性を確保することにより、金属材質の熱交換器と同等以上の熱交換性能を有しながらも値段が低廉で且つ製造工程が簡単であって量産による大量生産ができるプラスチック熱交換器及びその製造方法に関するものである。

一般的に熱交換器は図１に示されたように、冷媒入口管１と冷媒出口管２とからなる金属熱交換管の外部に熱交換器フィン（Fin）３を取り付けて熱伝達を向上させ、金属熱交換管の左右側には金属材質のヘッダーが装着されて熱交換器を固定させることができるように構成されるものであって、前記技術による熱交換器はアルミニウム合金、銅などの高価の金属材料で製造され、熱交換器の製作に必要な工程が複雑であって生産時間及び費用がたくさんかかり、従って量産化を通じた大量生産ができないという問題点があった。

一方、前記のような問題点を解決するための手段として提案された韓国登録特許公報第１０−０３６６４３０号（名称：プラスチック熱交換器の管群ヘッダー接合方法）には、熱交換器の材質をプラスチックとし、管とヘッダーを逆三角形の熱融着成形金型で融着させてプラスチック熱交換器を製造する方法を提案しているが、これは冷媒機密性の確保のための管とヘッダーの溶融による形態変形などの結合でない熱融着成形金型の熱を介して管とヘッダー部を単純接合させる方法のみを提案していて、熱交換器で必須的に要求される冷媒の機密性保持などの問題点を解決できないだけでなく、これによる冷凍サイクルの凝縮機の冷媒圧を保持することができなくて、冷凍サイクルがろくに行われなくて熱交換器の冷凍性能に劣るという短所がある。

本発明は前記のような問題点を解決するためのものであって、特にプラスチック熱交換器の熱交換管をヘッダーに結合することにおいて、熱交換管とヘッダーとの接合部を融着部及び融着谷を含む熱融着治具を介して同時に溶融圧着させて冷媒漏洩に対する信頼性を確保することにより、金属材質の熱交換器と同等以上の熱交換性能を有しながらも値段が低廉で且つ製造工程が簡単であって量産による大量生産ができるプラスチック熱交換器及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、プラスチック熱交換管とヘッダーの接合部を熱融着治具で溶融圧着させ、ヘッダーの接合部は、熱によってプラスチック熱交換管と接合されて溶融される融着ビードと、融着ビードの外周面に沿って形成され、溶融された溶融物が流入される溶融物流入溝部を含むことを特徴とするプラスチック熱交換器の製造方法が与えられる。

本発明の特徴によるプラスチック熱交換器の製造方法において、熱融着治具は、プラスチック熱交換管への円滑な挿入のために円錐形で製作された挿入部と、熱による融着時にプラスチック熱交換管の内部形状を保持するためにプラスチック熱交換管の内径と対応される外径を有する円筒形の胴体部と、融着ビードとプラスチック熱交換管が溶融された溶融物が溶融物流入溝部に円滑に流入できるように胴体部の上部で一定な角度で傾いて形成される融着部と、溶融物流入溝部と接合して溶融物の漏洩を防止し、接合後の形態を形成するための融着谷を含むことを特徴とする。

また、前記の溶融物流入溝部は溶融物の漏洩防止のための所定の幅（w）と溶融物の堅固な接合と接合後の形態を形成するための所定の角度（θ）を有するように製作することができる。

本発明の他の態様では、プラスチック材質の熱交換管とヘッダーとを熱融着治具を介して溶融圧着させて形成されるプラスチック熱交換器であって、ヘッダーの接合部と接合して熱によって熱交換管の終端と共に溶融される融着ビードと、融着ビードの外周面に沿って形成されて溶融された溶融物が流入される溶融物流入溝部を含むことを特徴とするプラスチック熱交換器が与えられる。

熱融着治具は、円錐形で製作された挿入部と、熱交換管の内径と対応される外径を有する円筒形の胴体部と、胴体部の上部で一定な角度で傾いて形成される融着部と、ヘッダーの溶融物流入溝部に沿って接合して溶融物の漏洩を防止する融着谷を含むことを特徴とする。

溶融物流入溝部は、溶融物の漏洩防止のための所定の幅（w）と溶融物の堅固な接合と接合後の形態を形成するための所定の角度（θ）を有するように製作することができる。

従来金属材質の熱交換器の構造図である。 本発明のプラスチック熱交換管の斜視図である。 本発明のヘッダーとヘッダーキャップの斜視図である。 本発明のヘッダーの接合部の斜視図及び断面図である。 本発明の融着治具の斜視図である。 本発明のプラスチック熱交換器の組立図である。 本発明の製造方法に従って製造されたプラスチック熱交換器の斜視図である。

前記本発明の目的と特徴及び長所は添付図面及び次の詳細な説明を参照すればさらに容易にわかるだろう。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例の構成及びその作用効果について詳細に説明する。

図２は本発明のプラスチック熱交換管の斜視図であり、図３は本発明のヘッダーとヘッダーキャップの斜視図であって、押出方式によって形成されたプラスチック材質の熱交換管５と射出方式によって形成したヘッダー６とヘッダーキャップ７を示している。即ち、本発明のプラスチック熱交換管５は押出方式によって成形されるものであり、押出方式は押出機に原料を供給し、所望する形態の内径を有する金型から押し出して一定な形の断面を有する連続体に変換する成形法であって、製品を大量生産することにおいて適合且つ多様な形で形成することができる長所がある。

また、前記のヘッダー６とヘッダーキャップ７は射出方式によって成形されるものであり、所望する形態の射出枠、つまり射出金型を製作しその中に溶融されたプラスチックなどの樹脂を注入された後に凝固させて生産するものであって、生産単価が低廉で且つ大量生産に有利である長所がある。

図４は本発明のヘッダーの接合部の斜視図及び断面図であり、図５は本発明の融着治具の斜視図であって、プラスチック熱交換管５がヘッダー６の接合部で溶融される前の結合された状態と熱融着治具８によって溶融及び融着される過程と熱融着治具８の細部構成を示している。即ち、本発明のプラスチック熱交換器及びその製造方法の熱交換管をヘッダーに結合する管結合段階Ｂと、ヘッダーと結合された熱交換管を熱によって溶融圧着させる熱融着段階Ｃを説明するためのものであって、本発明の管結合段階Ｂと熱融着段階Ｃでは押出方式によって形成されたプラスチック熱交換管５を射出方式によって形成されたヘッダー６の接合部に結合した後、その接合部を熱融着治具８で同時に溶解させながら圧着することにより、プラスチック熱交換管５とヘッダー６を完全に熱融着させるようになる。

前記ヘッダー６の接合部は、プラスチック熱交換管５と熱によって同時に溶融される融着ビード６ａが形成され、熱融着治具８による溶融時にその結合をさらに堅固にさせる。前記の過程においてプラスチック熱交換管５とヘッダー６の接合部が溶融された溶融物はヘッダー６の接合部で融着ビード６ａの外周面に沿って形成された溶融物流入溝部６ｂに流入するようになるが、後述する熱融着治具８の融着部８ｃによって案内されて円滑に流入され、溶融物流入溝部６ｂに沿って接合する熱融着治具８の融着谷８ｄによって漏洩が防止され、接合後の形態を形成することができてプラスチック熱交換管５とヘッダー６との堅固な結合ができ、従って冷媒の機密性を完璧に保持することができるように構成される。

なお、前記の溶融物流入溝部６ｂは、図４に示されたように、溶融物の漏洩防止のための所定の幅（w）と溶融物の堅固な接合と接合後の堅固な形態を形成するための所定の角度（θ）を有するように製作することが望ましい。

前記のプラスチック熱交換管５とヘッダー６との接合部を同時に熱融着させる熱融着治具８は図４及び図５に示されたように、挿入部８ａ、胴体部８ｂ、融着部８ｃ、融着谷８ｄが一体形で形成されており、挿入部８ａはプラスチック熱交換管５とヘッダー６との接合部の熱融着時にプラスチック熱交換管５への円滑な挿入のために円錐形で製作され、胴体部８ｂは熱による融着時にプラスチック熱交換管５の内部形状を保持するためにプラスチック熱交換管５の内径と対応される外径を有する円筒形で形成され、融着部８ｃはヘッダー６の接合部の融着ビード６ａとプラスチック熱交換管５が溶融された溶融物が溶融物流入溝部６ｂに円滑に流入できるために胴体部８ｂの上部で溶融物流入溝部６ｂの方向で傾いて形成され、傾斜角度θ１は溶融物流入溝部６ｂの形成角度θと対応するように形成することが望ましい。

また、融着谷８ｄは熱融着治具８による熱融着時に溶融物流入溝部６ｂに沿って接合して前記溶融物の漏洩を防止する同時に接合後の形態を形成することができるように構成するものであって、内部谷の形態によってプラスチック熱交換管５とヘッダー６の接合部の熱融着後の結合形態が決定される。

図６は本発明のプラスチック熱交換器の組立図であり、図７は本発明の製造方法によって製造されたプラスチック熱交換器の斜視図であって、プラスチック熱交換器の組立過程と組立後の状態を示している。即ち、本発明のプラスチック熱交換管５が接合されたヘッダー６にヘッダーキャップ７を結合させるヘッダーキャップ結合段階Ｄを説明するためのものであり、前記プラスチック熱交換管５をヘッダー６の接合部に挿入して結合した後、熱融着治具８で同時に熱融着させる段階を経た後にはヘッダー６に射出方式によって製作されたヘッダーキャップ７を融着させるようになるが、ヘッダー６とヘッダーキャップ７の融着は一般的な公知の技術である振動融着、超音波融着、熱融着などの多様な方法が適用可能である。

図７は本発明の一実施例による製造方法によって製造されたプラスチック熱交換器の斜視図であって、前記のような段階を経て完成された本発明のプラスチック熱交換器は冷媒入口管１０と冷媒出口管２０を有するプラスチック熱交換器を示している。冷媒入口管１０と冷媒出口管２０は射出方式によるヘッダーキャップの形成時、冷媒入口管１０と冷媒出口管２０をインサート（Insert）射出で構成して冷媒入口管１０と冷媒出口管２０がヘッダーキャップ７と完璧に一体形で形成させることにより、冷媒漏洩に対する信頼性を保障するようになる。

他にも本発明のプラスチック熱交換器及びその製造方法は多様に変形実施できるものであって、本発明の目的範囲を外れない限り、変形される実施例は全て本発明の権利範囲に含まれて解釈しなければならない。

以上の本発明によると、プラスチック熱交換管とヘッダーとを堅固に結合することによって冷媒漏洩に対する信頼性を確保して金属材質の熱交換器と同等以上の熱交換性能を有する同時に、製造工程が簡単でプラスチック熱交換器を容易に生産させることによってプラスチック熱交換器の量産による大量生産ができるなど、利点が得られるようになる。

前記から本発明の記載された具体例を中心に詳細に説明したが、本発明の範疇及び技術思想範囲内で当業者にとって多様な変形及び修正が可能であることは明らかであり、このような変形及び修正が添付された本発明の特許請求範囲に属することも当然である。

１：冷媒入口管
２：冷媒出口管
３：熱交換器フィン
４：銅熱交換管
５：プラスチック熱交換管
６：ヘッダー
６ａ：融着ビード
６ｂ：溶融物流入溝部
７：ヘッダーキャップ
８：熱融着治具
８ａ：挿入部
８ｂ：胴体部
８ｃ：融着部
８ｄ：融着谷

Claims (4)

1. プラスチック熱交換器の製造方法において、
   プラスチック熱交換管とヘッダーの接合部を熱融着治具で溶融圧着させ、
   前記ヘッダーの接合部は、熱によって前記プラスチック熱交換管と接合されて溶融される融着ビードと、
   前記融着ビードの外周面に沿って形成され、前記溶融された溶融物が流入される溶融物流入溝部を含むことを特徴とするプラスチック熱交換器の製造方法。
2. 前記熱融着治具は、
   前記プラスチック熱交換管への円滑な挿入のために円錐形で製作された挿入部と、
   熱による融着時に前記プラスチック熱交換管の内部形状を保持するために前記プラスチック熱交換管の内径と対応される外径を有する円筒形の胴体部と、
   前記融着ビードと前記プラスチック熱交換管が溶融された溶融物が前記溶融物流入溝部に円滑に流入できるように前記胴体部の上部で一定な角度で傾いて形成される融着部と、
   前記溶融物流入溝部と接合して前記溶融物の漏洩を防止し、接合後の形態を形成するための融着谷を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック熱交換器の製造方法。
3. プラスチック材質の熱交換管とヘッダーとを熱融着治具を介して溶融圧着させて形成されるプラスチック熱交換器において、
   前記ヘッダーの接合部と接合して熱によって前記熱交換管の終端と共に溶融される融着ビードと、
   前記融着ビードの外周面に沿って形成されて溶融された溶融物が流入される溶融物流入溝部を含むことを特徴とするプラスチック熱交換器。
4. 前記熱融着治具は、
   円錐形で製作された挿入部と、
   前記熱交換管の内径と対応される外径を有する円筒形の胴体部と、
   前記胴体部の上部で一定な角度で傾いて形成される融着部と、
   前記ヘッダーの前記溶融物流入溝部に沿って接合して溶融物の漏洩を防止する融着谷を含むことを特徴とする請求項３に記載のプラスチック熱交換器。

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