KR100221734B1 - 핀-튜브 일체형 열교환기의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핀-튜브(Fin-Tube) 일체형 열교환기용 부품에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 브레이징 공정 자체를 생략함으로서 브레이징 접합면에서의 부식 및 강도저하의 문제점을 해결하고 생산공정을 단축함으로서 불량율 저하와 생산원가의 절감을 기할 수 있는 튜브와 핀이 일체형으로 된 열교환기부품의 개발이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 기존의 열교환기 소재를 동 및 철계 합금에서 알루미늄 합금으로 대체함으로서 얻어지는 열교환기 경량화 할 수 있는 튜브와 핀이 일체형으로 된 열교환기부품의 개발이다.

본 발명 핀-튜브 일체형 열교환기 제작 공정으로는 튜브 외피부위에 미리 핀으로 가공될 부위의 덧살을 고려하여 압출을 행한 후 압출재를 교정하고 절삭(Shaving)과 절곡(Bending)공정을 거쳐 제품을 생산하게되는 비교적 간단한 과정을 거치게 된다.

Description

핀-튜브(Fin-Tube) 일체형 열교환기관의 제조방법.

본 발명은 공냉식 열교환기 부품에 관한 것으로서 특히 튜브와 핀이 일체형으로 구성되어 있는 공냉식 열교환기관의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기를 제작하기 위한 공볍으로는 철 및 동합금을 이용하여 만든 튜브에 핀을 브레이징법에 의하여 접합하여 사용하는데 브레이징법은 접합하고자 하는 모재의 고상선보다 융점이 낮은 필러(Filler)재를 사용해 적절히 온도로 가열하여 모재를 접합하는 일련의 공정으로 필러재는 피접합틈새에 칩입, 확산, 응고과정을 거쳐 모재와 접합하는 브레이징은 낮은 접합온도를 가지므로 모재의 열화, 열왜, 잔류응력을 제거할 수 있고, 모재와 동등하거나 그 이상의 강도 및 인성, 내구성을 가질 수 있으며 동종 또는 이종의 접합에 유용하고 모세관 현상을 이용한 접합이므로 기밀성이 높은 단점이 있다.

그러나 브레이징법에 접합면이 고르지 못할 경우에는 잔류응역의 미세한 집중이 일어나고 강도가 저하되는 등의 문제를 발생하며 모재와 피접합제의 간격 또한 접합강도에 큰 영향을 미치므로 엄격히 관리하여야 하며 이종금속의 접합시에는 금속의 종류에 따라 열팽창량이 틀리기 때문에 이 또한 충분히 검토하여야 한다.

또한 알루미늄 합금과 같이 강한 산화피막을 형성하고 있는 재료를 브레이징하고자 하는 경우에는 모재표면의 젖음성(wetting)을 나쁘게 하므로 산화피막을 제거하기 위해 침식성이 강한 염화물 플럭스(Flux)를 사용하는데 이러한 염화물 플럭스(Flux)는 브레이징 후에도 잔류하며 이의 제거는 공해문제와 제조원가 상승의 문제를 수반한다.

이상과 같이 브레이징공정은 제조공정이 매우 까다로울 뿐만아니라 생산원가의 상승이라는 약점을 갖고 있으며, 아울러 열교환기의 제작 즉, 튜브와 핀의 접합에 브레이징 공법을 이용하는 경우에는 접합부위의 부식 및 강도저하의 문제점 또한 수반한다.

또한 튜브 재료로 사용되는 철 및 동합금의 비중이 약 7에서 9의 범위를 가지므로 열교환기의 중량이 상대적으로 커서 수송기계에 적용할 경우에는 수송기계의 중량증가와 연비저하 현상을 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 브레이징 공정 자체를 생략함으로서 브레이징 접합면에서의 부식 및 강도저하의 문제점을 해결하고 생산공정을 단축함으로서 불량율 저하와 생산원가의 절감을 기할 수 있는 튜브와 핀이 일체형으로 된 열교환기관의 제조 방법의 개발이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 기존의 열교환기 소재를 동 및 철계 합금에서 알루미늄 합금으로 대체함으로서 얻어지는 열교환기 경량화 할 수 있는 튜브와 핀이 일체형으로 된 열교환기관의 개발이다.

제1도는 본 발명인 핀-튜브 일체형 열교환기 제조공법과 기존의 브레이징 공법의 비교도.

제2도는 본 발명의 핀-튜브 일체형 열교환기의 절삭과정 모식도.

제3도는 본 발명에서 개발된 각종 제품의 외관 사진.

이하 첨부 도면과 연계하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.

도1에는 기존의 브레이징법에 의한 열교환기 제작공정과 브레이징이 필요없는 핀-튜브 일체형 열고환기의 제작공정을 비교하여 나타내었다.

기존의 브레이징 공법은 롤링(Rolling)과 디그리싱(Degreasing)을 거친 소재를 표면처리와 가공을 거쳐 핀으로 제작하고 이 핀을 압출공정에 의해 제작된 튜브위에 브레이징공정을 거치게 된다.

반면 핀-튜브 일체형 열교환기를 제작하기 위한 공정으로는 튜브 외피부위에 미리 핀으로 가공될 부위의 덧살을 고려하여 압출을 행한 후 압출재를 교정하고 절삭(Shaving)과 절곡(Bending)공정을 거쳐 제품을 생산하게되는 비교적 간단한 과정을 거치게 된다

제2도에는 압출재 절삭과정의 모식도를 나타내었다.

핀으로 가공될 부위를 미리 고려하여 튜브 외부에 덧살을 붙여 압출한 압출재를 고정 지그(Jig)로 고정 및 이송시키면서 특수하게 가공된 절삭날을 이용하여 튜브의 상부와 하부를 동시에 절삭하여 핀으로 가공한다.

압출재의 단면을 나타낸 도3에서 알 수 있듯이 튜브 내부의 냉각수의 수로의 형상이나 개수 그리고 수로간의 간격 및 튜브 외부의 핀의 형상 및 개수등은 모두 압출공정에서 압출 다이스(Bridge Dies)의 설계를 변화시킴으로서 요구하고자하는 열교환기의 특성에 신축성있게 대응할 수 있는 장점 또한 가지고 있다.

다음은 본 발명의 실시예이다.

[실시예]

Al-Mn계의 합금에 Cu, Mn, Ti 그리고 Pb를 첨가한 합금을 일반적인 주조법에 의해 빌렛(Billet)으로 제작하고 550℃에서 12시간동안 균질화 처리한 후 470℃,500℃630℃로 예열하고 열간 압출을 행하였다.

핀-튜브 일체형 열교환기를 제작하기 위해 설계된 압출 다이스를 이용하였으면 압출재의 단면을 도3에 나타내었다.

압출 다이스의 설계변경에 의해 수로의 개수를 2개에서 4개로 변화시킬 수 있었으며 간격 또한 최저 1㎜에서 최고 1.6㎜까지 가능하였고 핀의 개수 또한 3개에서 5개로 변화시킬 수 있었다. 압출가공 후 교정작업을 거친 재료의 외관을 도3에 나타내었다.

튜브 외부에 핀을 성형하기 위해 상기의 쉐이빙(절삭) 공정을 수행하였으며 이때의 절삭속도는 0.2m/min이었다.

쉐이빙(Shaving) 공정후 튜브 측면부위를 약90°의 굽힘각도로 절곡하였으며 굽힘방식은 프레스식이었다.

프레스에 가해지는 압력은 약 35㎏f이었다.

일련의 공정을 거친후의 열교환기의 외관을 도3에 나타내었다.

핀과 튜브가 일체형으로 제작된 열교환기를 실제에 장착 및 적용하기 위해서는 열교환기의 상단 및 하단부위에 접속(Joint) 가공을 행하여야 하는데 접속나사의 체결을 위한 접석판과의 접합이 원할하게 이루어지는가를 알아보기 위하여 동종금속간의 접합을 행한 후 인장강도를 조사하였다.

약 80㎫이상의 인장강도를 나타냄으로서 본 발명에서 개발된 핀-튜브 일체형 열교환기는 다른 접속판과의 접합에서도 무리없이 접속가능함을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 브레이징 공정 자체를 생략함으로서 브레이징 접합면에서의 부식 및 강도저하의 문제점을 해결하고 생산공정을 단축함으서 불량을 저하와 생산원가의 절감을 가할 수 있는 등의 장점과 기존의 열교환기 소재를 동 및 철계 합금에서 알루미늄 합금으로 대체함으로 얻어지는 열교환기 경량화 등의 장점이 있다.

Claims (2)

1. 알루미늄 합금(Al-Mn-Cu-Ti-Pb)을 소재로 하여 기존의 브레이징 공정 대신에 튜브 외피부위에 미리 핀으로 가공될 부위의 덧살을 고려하여 압출을 행한 후 압출재를 교정하고 절삭(Shaving)과 절곡(Bending)공정을 거쳐 만든 것을 특징으로 하는 핀-튜브(Fin-Tube)일체형 열교환기관의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 절삭공정은 핀으로 가공될 부위를 미리 고려하여 튜브 외부에 덧살을 붙여 압출한 압출재를 고정 지그(Jig)로 고정 및 이송시키면서 특수하게 가공된 절삭날을 이용하여 튜브의 상부와 하부를 동시에 절삭하여 핀으로 가공하여 만드는 것을 특징으로 하는 핀-튜브(Fin-Tube) 일체형 열교환기관의 제조방법.