KR100619501B1 - 열교환용 파이프의 스파이럴 형성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 열교환용 파이프의 스파이럴을 형성하기 위한 장치이다. 이 장치는, 파이프를 하나씩 공급하기 위한 공급부와; 공급된 파이프의 길이 방향의 일부에 걸쳐 평행하게 배치되고, 공급된 파이프를 소정 위치로 안내하는 가이드부와; 가이드부에 의해 유지되는 파이프의 길이방향 전체에 걸쳐 접하도록 배치되는 2개의 지지롤러와; 가이드부와 2개의 지지롤러에 의해 유지되는 공급된 파이프를 상기 2개의 지지롤러에 대해 견고하게 밀착시켜주는 클램핑장치와; 2개의 지지롤러에 밀착된 파이프의 일 단부 근처에 접하는 위치 및 떨어진 위치 사이를 왕복이동가능하게 설치된 성형롤러와; 2개의 지지롤러를 파이프의 길이방향으로 왕복이동시키기 위한 롤러회전부를 포함할 수 있다. 이에 의하면, 파이프의 스파이럴 형성을 위한 가공시간이 단축될 수 있고, 최종 파이프 제품의 직진도를 향상시킬 수 있으며, 스파이럴 피치의 조절이 용이하게 이루어질 수 있어, 작업성이 크게 향상될 수 있다.

열교환기, 파이프, 스파이럴, 피치조절

Description

열교환용 파이프의 스파이럴 형성 장치{DEVICE FOR FORMING SPIRAL ON A PIPE FOR HEAT-EXCHANGE}

도 1은 자동차 엔진의 배기가스 재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation) 가스를 열교환방식으로 냉각시키기 위한 EGR 쿨러 유닛과 파이프를 보여주는 개략도.

도 2는 종래의 열교환용 파이프의 스파이럴을 형성하기 위한 척구조를 가진 스파이럴 형성 장치의 구조를 부분적으로 보여주는 개략도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 열교환용 파이프의 스파이럴을 형성하기 위한 스파이럴 형성 장치의 전체적인 구조를 보여주는 개략도.

도 4a는 도 3의 스파이럴 형성 장치 중 특히 스파이럴이 형성되는 부분을 더 자세히 보여주는 부분적인 사시도.

도 4b는 도 3의 스파이럴 형성 장치(100) 중 특히 스파이럴이 형성되는 부분을 더 자세히 보여주는 부분적인 단면도.

<도면의 주요부분의 간단한 설명>

1 : EGR 쿨러 유닛 10 : 열교환용 파이프

12 : 유입구 14 : 스파이럴

16 : 유출구 20 : 스파이럴 형성 장치

22 : 척 23, 25 : 지지롤러

24, 28 : 고정구 27 : 성형롤러

29 : 중앙개구 100 : 스파이럴 형성 장치

102 : 프레임 103 : 파이프 저장부

104 : 파이프 이송 컨베이어 105 : 제 1 파이프 선별부

106 : 제 1 홀더 107 : 제 2 파이프 선별부

108 : 제 2 홀더 110 : 가이드부

112, 114 : 지지롤러

116 : 성형롤러 118 : 각도조절부

120 : 롤러회전부 122 : 기어

130, 140 : 클램핑장치 132, 142 : 클램핑암

134, 144 : 클램핑롤러

본 발명은 열교환용 파이프의 스파이럴을 형성하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 차량 엔진의 배기가스 재순환(EGR)을 위한 EGR 냉각 장치에 장착되는 금속제 파이프 상에 나선형 홈인 스파이럴을 형성하기 위한 장치로서, 작업속도가 빠르고, 스파이럴의 피치 조절이 용이하며, 최종 파이프 제품의 직진도가 양호하게 되는 등의 장점을 가지는, 열교환용 파이프의 스파이럴 형성 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량 엔진 등의 배기 시스템으로부터 배기 가스 일부를 빼내어, 다시 흡입 시스템으로 복귀시켜 혼합한 후, 이 혼합가스를 다시 엔진에 투입하는 방법을 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation: EGR)이라 명명하는데 이같은 방식의 EGR은 대체로, 질소산화물 발생을 방지하며, 펌프 손실을 감소시키고, 연소 가스의 온도를 감소시켜 냉각 유체로의 열 방출 손실을 감소시키고, 작동 가스의 조성과 양을 변경시켜 비열비가 증가되도록 할 뿐만 아니라 엔진 사이클 효율을 향상시킨다는 다양한 효과를 얻게 하기 때문에, 엔진의 배기 가스 정화 및 열 효율 향상에 있어 필수적인 과정으로 되어 있다.

그런데, 알려져 있는 바와 같이, EGR 가스의 온도가 높은 경우에는 EGR 가스를 조절하는 EGR 밸브가 조기에 파괴되는 경우가 발생하기 때문에, 이를 해결하기 위하여 종래에 엔진용 냉각 유체에 의해 EGR 가스를 냉각시키는 EGR 냉각 장치가 사용되고 이러한 EGR 냉각 장치에는 다중관, 핀형관, 판형관, 또는 이들의 조합을 구비한 열교환기가 이용된다.

이러한 종래의 EGR 냉각 장치의 일예로서, 도 1에는 다수의 핀형 파이프(10)를 구비하고 있는 EGR 쿨러유닛(1)이 개략적으로 도시되어 있다. EGR 쿨러 유닛(1)에 장착되는 파이프(10)는 대체로 금속제로서 양단의 유입구(12)와 유출구(16)를 통해 배기 가스가 통과하면서 외측의 냉각 유체로 열이 방출되도록 설계된 구조를 가진다. 이때, 냉각 유체와의 접촉 면적을 증가시킴과 동시에 파이프 내부를 통과하는 배기가스의 흐름을 원활하게 하기 위하여, 파이프(10)의 직경은 작을 수록 바 람직하며, 이 파이프(10)의 길이방향에 걸쳐 나선 형태의 홈인 스파이럴(14)이 형성되는데 상기 스파이럴(14)의 피치는 제품에 따라 작거나 클 수 있다.

이러한 열교환용 파이프의 스파이럴을 형성하기 위한 장치로서, 종래에는 도 2 에 개략적으로 그 일부가 도시되어 있는 바와 같은, 척 구조의 스파이럴 형성장치(20)가 알려져 있다. 이 장치(20)는 척(22) 상에 3개의 롤러, 즉 2개의 지지롤러(23, 25)와 1개의 성형롤러(27)가 회전대칭으로 배치되며, 상기 롤러들(23, 25, 27)은 척의 방사상으로 이동될 수 있도록 고정구(24, 28)에 의해 척(22) 상에 장착되고 또한 척(22)의 중앙에는 중앙개구(29)가 형성되어 있다.

이러한 종래의 장치에 의해 파이프의 스파이럴이 형성되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 척(22) 상의 3개의 롤러(23, 25, 27)가 약간 벌어져서 중앙개구(29)가 완전히 개방된 상태에서 작업이 시작된다. 파이프(10)의 일 단부가 홀더(미도시됨)에 의해 홀딩된 상태에서 상기 중앙개구(29)로 삽입되면, 롤러구동장치(미도시됨)에 의해 3개의 롤러(23, 25, 27)가 맞물리게 되어, 파이프(10)를 붙잡게 된다. 이 상태에서 상기 3개의 롤러를 회전시키면 성형롤러(27)에 의해 파이프(10)에 스파이럴(16)이 형성된다. 스파이럴(16)이 형성된 후, 3개의 롤러를 방사 방향으로 벌리고 홀더가 파이프(10)를 중앙개구(29)의 반대쪽으로 잡아당겨 빼내 떨어뜨리면 해당 파이프에 대한 가공 작업이 마무리된다. 그 후, 홀더는 다시 다른 파이프를 파지하고 이어서 상기와 같은 동일한 작업을 반복한다.

그런데, 상기한 종래의 파이프 스파이럴 형성 장치에 있어서는, 홀더가 파이프의 일 단부를 붙잡아 이 파이프의 타 단부를 척(22)의 중앙개구(29)에 삽입시켜 야 하는데, 이는 정밀한 정렬상태를 필요로 할 뿐만 아니라 정밀한 위치 제어가 필요하기 때문에, 장치의 부품이 복잡하고 비싸며 또한 유지보수가 어렵다는 문제가 있었다. 그리고, 홀더에 의해 파이프를 홀딩하는데 있어서나 파이프의 타단부를 척의 중앙개구에 정열시키는 작업 또는 척에 부착된 롤러를 방사 방향으로 벌려주는 작업등에서, 스파이럴을 형성하는 실제 가공시간과는 무관하게 불필요한 시간이 소요되기 때문에 생산성이 낮다는 문제도 있었다. 더 나아가, 파이프(10)의 단부가 홀더에 의해 홀딩한 상태에서 파이프의 타 단부가 척(22)에 의해 물린 채로 가공 작업이 이루어지기 때문에, 가공시 파이프 상에 비틀림 등의 불량이 발생할 가능성이 있고, 이에 따라 완성된 파이프의 직진도가 좋지 않게 되는 결점이 있었다. 한편, 스파이럴의 피치를 조절하기 위해서는, 고정구(28)를 풀어 형성롤러(27) 자체를 교체 장착하여야만 하는 비능률적인 문제도 있었다.

이같은 사정으로, 본 기술분야에서, 스파이럴 형성을 위한 가공시간이 단축될 수 있고, 최종 파이프 제품의 직진도를 향상시킬 수 있으며, 스파이럴 피치의 조절이 용이하게 이루어질 수 있는 개선된 장치가 요구되어 왔다.

본 발명의 목적은, 상기 종래의 열교환용 파이프의 스파이럴 형성 장치의 문제를 해결하여, 스파이럴 형성을 위한 가공시간이 단축될 수 있고, 최종 파이프 제품의 직진도를 향상시킬 수 있으며, 스파이럴 피치의 조절이 용이하게 이루어질 수 있어 생산성과 작업성이 동시에 향상되도록 개선된 장치를 제공하고자 하는 것이 다.

이러한 목적을 성취하기 위하여, 본 발명에 따라, 예컨대 금속제의, 일자형 파이프의 외주면 상에 나선형 홈인 스파이럴을 형성하기 위한 장치가 제공된다. 이 파이프 스파이럴 형성 장치는, 상기 파이프를 하나씩 공급하기 위한 공급부와; 상기 공급된 파이프의 길이 방향의 일부에 걸쳐 평행하게 배치되고, 상기 공급된 파이프를 소정 위치로 안내하는 가이드부와; 상기 가이드부에 의해 유지되는 상기 공급된 파이프의 길이방향의 적어도 일부에 걸쳐 접하도록 배치되는 2개의 지지롤러와; 상기 가이드부와 상기 2개의 지지롤러에 의해 유지되는 상기 공급된 파이프를 상기 2개의 지지롤러에 대해 견고하게 밀착시켜주는 클램핑부와; 상기 2개의 지지롤러에 밀착된 상기 파이프의 일 단부 근처에 접하는 위치 및 떨어진 위치 사이를 왕복이동가능하게 설치된 성형롤러와; 상기 2개의 지지롤러를 상기 파이프의 길이방향으로 왕복이동시키기 위한 롤러회전부를 포함할 수 있다.

이러한 본 발명에 따르면, 스파이럴 성형 공정 있어 정밀한 위치 제어 작업이 불필요할 뿐만 아니라, 작업시간이 단축될 수 있고, 최종 생산된 파이프 제품의 품질이 우수하게 될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 상기 성형롤러를 상기 공급된 파이프와 수직인 방향에 대해 소정 각도만큼 오프셋되도록 조절가능한 각도조절부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 성형롤러를 교체하지 않고도, 원하는 스파이럴 피치를 위한 피치 조절이 용이하게 이루어질 수 있어, 작업성이 향상될 수 있다.

또한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 상기 2개의 지지롤러 중 적어도 하나는, 상기 상기 가이드부의 상기 멈춤부에 의해 유지되는 상기 공급된 파이프의 길이방향의 전체에 걸쳐 접하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 작업중인 파이프의 길이방향 전체에 걸쳐 스파이럴 형성시 작용되는 힘이 상대적으로 균일하게 분산될 수 있어, 최종 생산된 파이프의 직진도가 보장될 수 있다.

여기서, 상기 파이프는 차량 엔진의 배기가스 재순환용 장치의 EGR 쿨러 유닛에 사용되는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적인 일 실시예를 통해 더 자세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 열교환용 파이프의 스파이럴을 형성하기 위한 스파이럴 형성 장치(100)의 전체적인 구조를 보여주는 개략도이며, 도 4a와 도 4b는, 이 스파이럴 형성 장치(100) 중 특히 스파이럴이 형성되는 부분을 더 자세히 보여주는 부분적인 사시도 및 단면도이다.

본 발명에 따른 열교환용 파이프의 스파이럴 형성 장치(100)는, 예컨대 차량 엔진의 배기가스 재순환용 장치의 EGR 쿨러 유닛(1)에 사용되는, 파이프(10)의 스파이럴을 가공 형성하기 위한 장치로서, 도 3에 전체적으로 도시된 바와 같이, 예컨대 금속제의 일자형의 파이프(10)의 외주면 상에 나선형 홈인 스파이럴(16)을 형성하기 위한 장치이다.

이 장치(100)는 프레임(102) 상에서 일정한 경로를 거쳐, 상기 파이프(10)를 하나씩 공급하기 위한 공급부(103, 104, 105, 106, 107, 108)를 구비한다. 이러한 공급부는, 스파이럴이 형성될 예정인 다수의 파이프들을 보관하고 있는 파이프 저장부(103)를 구비한다. 이 파이프 저장부(103)의 파이프들(도면에서 P1 위치)은 소량의 파이프를 차례로 이송하기 위한 파이프 이송 컨베이어(104)를 통해 공급된다. 컨베이어(104)에 의해 이송되어 온 파이프는 제 1 파이프 선별부(105)(P2 위치)에서 제 1 홀더(106)에 의해 대기하게 된다. 이 대기 중인 파이프는 제 1 홀더(106)를 통과하여 제 2 파이프 선별부(107)(P3 위치)로 예컨대 중력에 의해 이동될 수 있고, 이동된 파이프는 가공작업을 위한 위치(P4 위치)로 투입되기 전 제 2 홀더(108)에 의해 대기될 수 있다. 파이프를 차례로 선별하여 최종적으로는 하나씩 작업에 투입하기 위한 이러한 공급부의 각 부분들을 해당 기술분야에서 잘 알려져 있는 센서와 제어부 및 구동부를 구비하여 적절하게 구성될 수 있다.

도 3 에 간단히 도시되고, 도 4a 및 도 4b 에서 자세히 도시하고 있는 바와 같이, 실제 파이프에 스파이럴을 형성시키기 위한 구성은, 가이드부(110)와 2개의 지지롤러(112, 114), 클램핑장치(130, 140), 그리고 성형롤러(116) 및 롤러회전부(120)를 포함하여 이루어질 수 있다.

가이드부(110)는, 상기 공급된 파이프(10)의 길이 방향의 적어도 일부에 걸쳐 평행하게 배치되고, 상기 공급된 파이프(10)를 소정 위치(즉 도3의 P4 위치)로 인도할 수 있도록 장치(100)의 프레임(102) 상에 고정된다.

본 발명에 따라, 2개의 지지롤러(112, 114)는, 상기 가이드부(110)에 의해 유지되는 상기 공급된 파이프(10)의 길이방향의 적어도 일부에 걸쳐 접하도록 배치 된다는 특징을 가진다. 바람직한 실시예에 따라, 상기 2개의 지지롤러(112, 114) 중 적어도 하나는, 상기 가이드부(110)에 의해 유지되는 상기 공급된 파이프(10)의 길이방향의 전체에 걸쳐 접하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 종래의 장치에서 단지 파이프의 양 단부만이 지지된 채 스파이럴 가공 작업이 이루어지는 것에 비하여, 파이프의 길이방향의 적어도 일부 또는 전체가 지지될 수 있으므로, 최종 파이프의 직진도가 보장될 수 있다. 또한 본 발명에 따라, 상기 2개의 지지롤러(112, 114) 중 적어도 하나는 그 외주면이 고무등의 탄성재질로 피복되도록 하여서 이들과 접하는 파이프(10)의 회전을 원활하게 할 수도 있다.

본 발명에 따른 클램핑장치(130, 140)는, 유압 또는 공압실린더에 의해 구동되어 클램핑암(132, 142)을 위쪽으로 회전 이동시키도록 프레임(102) 상에 고정 배치된다. 이와 같이 클램핑암(132, 142)이 위쪽으로 회전 이동됨에 따라 클램프롤러(134, 144)는, 상기 가이드부(110)에 의해 안내되어 상기 2개의 지지롤러(112, 114) 사이에 위치한 파이프(10)를 상기 2개의 지지롤러(112, 114)에 대해 긴밀하게 압착시키게 된다.

성형롤러(116)는 상기 가이드부(110)와 상기 2개의 지지롤러(112, 114)에 의해 유지되는 상기 공급된 파이프(10)의 일 단부 근처에 접하는 위치 및 떨어진 위치 사이를 왕복이동가능하게 설치된다. 이에 따라, 상기 성형롤러(116)가 상기 공급된 파이프(10)에 접하는 위치에 온 경우 이 접하는 위치에서 상기 공급된 파이프(10)는 상기 지지롤러(112, 114)와 상기 성형롤러(116)에 의해 맞물릴 수 있다.

상기 롤러회전부(120)는, 상기 2개의 지지롤러와 함께 길이 방향으로 이동할 수 있도록 구성되면서 상기 2개의 지지롤러(112, 114)를 회전시키고 동시에 이들 지지롤러와 밀착되어 있는 파이프를 지지롤러와 반대방향으로 회전시키기 위한 구동부이다. 이를 위해 롤러회전부(120)는 모터와 기어(122)를 포함하며, 상기 2개의 지지롤러(112, 114) 또한 상기 모터의 구동축을 연결하기 위한 기어들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명 장치에는 도면에 나타나 있지는 않으나, 스파이럴 성형작업이 끝난후에 2개의 지지롤러와 롤러회전부를 다시 원래의 위치로 복귀시키기 위한 롤러이송부가 포함될 수 있다.

아울러, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 상기 성형롤러(116)를 상기 공급된 파이프(10)와 수직인 방향에 대해 소정 각도만큼 오프셋되도록 조절가능한 각도조절부(118)를 더 포함될 수 있다. 이러한 각도에 따라, 원하는 스파이럴의 피치가 정해질 수 있다. 이 각도조절부(118)는 예컨대 웜기어 및 손잡이로 이루어져, 작업자가 손잡이를 조작함으로써 수동으로 조절가능하도록 구성할 수 있지만, 전자 액추에이터를 이용하여 자동화된 조절 장치로서 구성할 수도 있다.

이러한 구성을 가진 본 발명에 따른 장치(100)의 동작을 설명한다. 먼저, 파이프가 하나씩 공급되면, 파이프 길이방향으로 평행하게 배치되어 있는 두개의 지지롤러들(112, 114)과 가이드부(110)에 의해 작업위치에 유지될 수 있다. 그런 다음, 클램핑장치(130, 140)가 유압 또는 공압실린더에 의해 구동되어 클램핑암(132, 142)을 위쪽으로 회전 이동시키고 이에 따라 클램핑롤러(134, 144)는, 상기 가이드부(110)에 의해 안내되어 상기 2개의 지지롤러(112, 114) 사이에 위치한 파이프(10)를 상기 2개의 지지롤러(112, 114)에 대해 긴밀하게 밀착시켜 주게 된다. 이어서, 성형롤러(116)가 파이프의 일단에 접근하여 맞물리면, 롤러회전부(120)가 작동하여, 상기 지지롤러들(112, 114)이 회전하게 되고 이와 동시에 상기 지지롤러와 가이드부(110) 사이에 위치한 파이프는 이들과 반대 방향으로 회전하게 된다. 이러한 작동에 따라, 파이프의 외주면 상에는 성형롤러(116)에 의해 스파이럴이 형성되면서 파이프와 지지롤러 그리고 롤러회전부가 함께 길이 방향으로 이동하게 된다. 스파이럴 형성 작업이 완료되면, 성형롤러(116)가 뒤로 물러나고, 계속하여 클램핑암(132, 142)이 아래쪽으로 회전 이동하게 되어 파이프는 프레임(102)에 대해고정되어 있는 가이드부(110)나 2개의 지지롤러(112, 114)들로부터 완전히 벗어난 상태로 되고, 따라서 예컨대 중력에 의해 아래로 떨어져 수집될 수 있다. 그후, 롤러이송부(미도시됨)는 지지롤러(112, 114)와 롤러회전부(120)를 원위치시키고, 공급부의 제 2 홀더(108)에 의해 P3 위치에서 대기중인 다른 파이프(10)가 P4 위치로 공급되어, 또 다른 스파이럴 형성 작업이 개시될 수 있다.

이상에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 일 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 설명된 실시예의 특정한 형태에만 국한되는 것이 아님은 당연하다. 설명된 바를 기초로 당업자가 쉽게 변형하고 수정할 수 있는 여러가지 가능한 다른 실시예들이 존재하며, 이들은 첨부된 본 발명의 청구범위 내에 속한다는 것을 미리 지적해둔다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환용 파이프의 스파이럴 형성장치에 의하면, 파이프의 스파이럴 형성을 위한 가공시간이 단축될 수 있고, 최종 파이프 제품의 직진도를 향상시킬 수 있으며, 스파이럴 피치의 조절이 용이하게 이루어질 수 있어, 작업성이 크게 향상되는 등의 현저한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 일자형의 파이프(10)의 외주면 상에 나선형 홈인 스파이럴을 형성하기 위한 장치로서,

   상기 파이프를 하나씩 공급하기 위한 공급부와;

   상기 공급된 파이프(10)의 길이 방향의 적어도 일부에 걸쳐 평행하게 배치되고, 상기 공급된 파이프(10)를 소정 위치로 안내하여 지지하는 가이드부(110)와;

   상기 가이드부(110)에 의해 유지되는 상기 공급된 파이프(10)의 길이방향의 적어도 일부에 걸쳐 접하도록 배치되어서 롤러회전부(120)에 의해 회전하도록 구성된 2개의 지지롤러(112, 114)와;

   상기 가이드부(110)와 상기 2개의 지지롤러(112, 114)에 의해 유지되는 상기 공급된 파이프(10)의 일 단부 근처에 접하는 위치 및 떨어진 위치 사이를 왕복이동가능하게 설치된 성형롤러(116)와;

   상기 2개의 지지롤러(112, 114)를 상기 공급된 파이프의 길이방향으로 이동시키기 위한 롤러이송부를

   포함하는 것을 특징으로 하는, 파이프 스파이럴 형성 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 공급된 파이프(10)를 상기 2개의 지지롤러(112, 114)에 대해 긴밀하게 밀착시켜 주는 클램핑장치(130, 140)를 더 포함하는 것을 특 징으로 하는, 파이프 스파이럴 형성 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 성형롤러(116)를 상기 공급된 파이프(10)와 수직인 방향에 대해 소정 각도만큼 오프셋되도록 조절가능한 각도조절부(118)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 파이프 스파이럴 형성 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 2개의 지지롤러(112, 114) 중 적어도 하나는, 그 외주면이 탄성재질로 피복되도록 한 것에 특징이 있는, 파이프 스파이럴 형성장치.

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