KR100649437B1

KR100649437B1 - 열교환기의 파이프 연결구조

Info

Publication number: KR100649437B1
Application number: KR1020000069063A
Authority: KR
Inventors: 김인갑
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2006-11-24
Also published as: KR20020039150A

Abstract

개시된 본 발명에 의한 열교환기의 파이프 연결구조는, 커넥션 파이프(15)의 자유단부에 확관부(15a)가 형성되고, 파이프(20)의 외주면에는 확관부의 내면에 지지되는 지지비드(20a)가 형성되어, 이들 커넥션 파이프와 파이프가 시일 링(30)의 개재하에 연결된다. 상기 지지비드(20a) 및 확관부(15a) 둘레로 설치되어 이들을 견고하게 결합시키는 링 클램프(40)는, 지지비드의 상면을 위에서 가압하는 굴곡가압부(41), 상기 굴곡가압부의 가장자리로부터 확관부의 외주면을 감싸면서 아래로 연장되는 스커트부(42) 및 상기 확관부의 외주 저면을 탄성가압하도록 스커트부의 하단으로부터 확관부의 외주 저면쪽으로 돌출설치되는 다수의 탄성가압돌기(43)를 가진다. 또한, 링 클램프(40)는 커넥션 파이프(15)와의 결합시 탄성가압돌기(43)가 커넥션 파이프의 하단수평면(15c)과 접촉되면서 링 클램프(40) 하단이 벌어지지 않도록 하기 위하여 그 하단부에 형성되는 테두리 리브(44)를 가진다. 따라서, 커넥션 파이프(15)의 확관부(15a)에 시일 링(30)을 삽입하고 파이프(20)에 링 클램프(40)를 끼운 후, 파이프(20)를 커넥션 파이프(15)에 대고 링 클램프(40)를 누르는 간단한 방법으로 파이프를 커넥션 파이프에 연결할 수 있다.

열교환기, 파이프연결, 파이프결합

Description

열교환기의 파이프 연결구조{STRUCTURE FOR CONNECTING PIPE OF HEAT EXCHANGER}

도 1은 본 발명에 따른 파이프 연결구조가 적용된 열교환기를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 파이프 연결구조를 나타낸 요부 확대 단면도,

도 3은 본 발명의 요부인 링 클램프를 나타낸 단면도,

도 4a는 본 발명에 사용되는 시일 링의 일예를 나타낸 단면도,

도 4b는 본 발명에 사용되는 시일 링의 다른 예를 나타낸 단면도,

도 4c는 본 발명에 사용되는 시일 링의 또 다른 예를 나타낸 단면도, 그리고,

도 5는 종래의 파이프 연결구조가 적용된 열교환기를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10, 11 : 헤더 탱크, 15 : 커넥션 파이프,

20 : 파이프, 15a : 확관부,

20a : 지지비드, 30 : 시일 링,

41 : 굴곡가압부, 42 : 스커트부,

40 : 링 클램프 43 : 탄성가압돌기

44 : 테두리 리브

본 발명은 열교환기의 헤더 파이프에 접합되어 있는 커넥션 파이프에 유체의 유출입을 위한 파이프를 연결하는 구조에 관한 것이다.

예컨대, 자동차 공기조화장치 등에 사용되는 일반적인 열교환기는, 도 5에 도시된 바와 같이, 소정 간격을 두고 평행하게 배열되는 두 개의 헤더 탱크(90,91), 상기 두 헤더 탱크(90,91)가 상호 연통하도록 이들을 연결하는 다수의 튜브(92), 상기 튜브(92)들 사이에 각각 개재되는 다수의 전열핀(93), 그리고, 상기 두 헤더 탱크(90,91)중 어느 하나의 헤더 탱크(90)에 연결되는 두 개의 커넥팅 파이프(94,94)를 구비한다. 상기 커넥팅 파이프(94)에는 다른 곳으로부터 열교환매체를 열교환기 내부로 유입시키고 열교환기 내부를 유동하는 열교환매체를 다른 곳으로 배출시키기 위하여 두 개의 파이프(96,96)가 연결된다. 또한 튜브(92)들 및 전열핀(93)들을 보강하기 위하여 이들의 최외측에 사이드 플레이트(95)가 각각 결합된다. 이러한 형태의 열교환기로는 응축기, 증발기 및 히터 코어 등을 들 수 있다.

공기조화장치의 형태는 증발기 및 히터 코어가 공기조화케이스에 내장되는 방식에 따라 여러가지로 나눌 수 있으나, 증발기 및 히터 코어가 일렬로 설치되는 형태의 세미 센터 마운팅(semi-center mounting) 및 센터 마운팅 타입의 공기조화장치가 최근에 많이 사용되고 있는 추세이다. 이와 같은 세미 센터 마운팅 또는 센 터 마운팅 타입의 공기조화장치에 있어서는 열교환기에 연결되는 파이프(96)들의 길이가 점점 길어지고 있고, 이와 같이 파이프(96)들의 길이가 긴 경우에는 열교환기 조립체를 브레이징 하기 위하여 이것을 브레이징 노(爐)에 진입시킬 때 브레이징 노의 입구(muffler)가 한정된 크기를 가지고 있으므로 열교환기 조립체를 브레이징 노에 진입시키기 어렵다. 또한, 이 경우에는 브레이징을 한다 하더라도 열교환기와 파이프(96)의 접합불량이 발생하기 쉽다. 따라서, 적층조립된 열교환기를 먼저 브레이징 하고난 후에 이 브레이징된 열교환기에 다시 파이프(96)들을 토치(torch)로 용접하여 열교환기를 완성하는 방법이 통상적으로 채용되고 있다. 그러나, 이 방법은 커넥팅 파이프(94)의 확관부(94a)에 파이프(96)을 지그로 고정한 다음, 클래드 링(clad ring)(미도시)을 열교환기와 파이프(96)의 결합부에 각각 결합시키고, 이 결합부에 플럭스 용액을 도포하여 토오치 가열에 의하여 클래드 링을 용융시킴으로써 파이프(96)를 연결하기 때문에, 공수가 많아 생산성이 떨어지고 제조비용이 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점들을 고려하여 안출된 것으로서, 기계적 구조로 열교환기에 파이프를 손쉽게 연결할 수 있는 열교환기의 파이프 연결구조의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열교환기의 파이프 연결구조는, 열교환기의 헤더 탱크에 접합된 커넥션 파이프의 자유단부에 확관부가 형성되고, 커넥션 파이프에 연결되는 파이프에는 상기 확관부에 삽입되는 지지비드가 형성되며, 상기 지지비드와 확관부의 내면과의 사이에는 시일 링이 개재되고, 상기 지지비드 및 확관부 둘레로, 상기 지지비드의 상면을 위에서 가압하는 굴곡가압부, 상기 굴곡가압부의 가장자리로부터 확관부의 외주면을 감싸면서 아래로 연장되는 스커트부 및 상기 확관부의 외주 저면을 탄성가압하도록 스커트부의 하단으로부터 확관부의 외주 저면쪽으로 돌출설치되는 다수의 탄성가압돌기를 가진 링 클램프가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 링 클램프는, 커넥션 파이프와의 결합시 탄성가압돌기가 커넥션 파이프의 하단수평면과 접촉되면서 링 클램프 하단이 벌어지지 않도록 하기 위하여 그 하단부에 형성되는 테두리 리브를 가진다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 열교환기의 파이프 연결구조에 의하여 파이프를 커넥션 파이프에 연결할 경우, 우선 링 클램프를 파이프의 다른 쪽 단부를 통하여 끼워 지지비드쪽에 위치시킨 다음, 확관부 내부에 시일 링을 끼워 확관부에 파이프를 삽입한다. 파이프를 삽입할 때 링 클램프를 잡고 아래로 누르면 탄성가압돌기들이 압축되면서 확관부의 외주를 따라 하강하고 결과적으로 이 탄성가압돌기들이 확관부 외주의 저면에 걸리게 된다. 따라서, 링 클램프의 굴곡가압부가 지지비드를 가압함과 아울러 탄성가압돌기가 확관부 외주의 저면을 가압함으로써 파이프가 커넥션 파이프에 간단하게 연결됨은 물론 가압력에 의하여 지지비드와 확관부의 내면과의 사이에 개재된 시일 링이 압축되어 파이프와 커넥션 파이프의 결합부를 액밀상태로 유지하게 된다.

본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에서는 편의상 열교환기로서 히터 코어를 예를 들고, 여기에 적용되는 파이프 연결구조에 대해서 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기는 상부 헤더 탱크(10)와, 하부 헤더 탱크(11)와, 상기 상,하부 헤더 탱크(10,11)의 내부 유로를 서로 연결하기 위한 다수의 튜브(12)와, 상기 튜브(12)들 사이에 개재되는 다수의 전열핀(13)과, 상기 튜브(12)들 및 전열핀(13)들을 보강하도록 이들의 최외측에 결합되는 양쪽 사이드 플레이트(14,14)를 구비한다. 그리고, 열교환기 내부에 유체를 공급하고 열교환기 내부로부터 유체를 배출하기 위하여 상부 헤더 탱크(10)의 양쪽에는 출입공(미도시)이 각각 형성되며, 이 출입공들에 유체의 출입을 위한 커넥션 파이프(15)가 각각 접합되어 있다.

본 발명에 따르면, 다른 구성요소로부터 배출되는 유체를 열교환기에 공급하거나 열교환기로부터 배출되는 유체를 다른 구성요소쪽으로 보내기 위한 두 개의 파이프(20,20)를 브레이징과 같은 접합방법이 아닌 기계적인 결합에 의하여 커넥션 파이프(15)에 연결할 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기 커넥션 파이프(15)의 자유단부는 도 2에 도시된 바와 같이 확관부(15a)로 형성된다. 이 확관부(15a)는 커넥션 파이프(15)의 상단으로부터 바깥쪽으로 경사진 경사부(15b), 상기 경사부(15b)의 상단으로부터 바깥쪽으로 평탄하게 연장되는 수평부(15c) 및 상기 수평부(15c)의 가장자리로부터 위로 연장되는 수직부(15d)를 가진 형태로 형성될 수 있다.

또한, 각 커넥션 파이프(15)에 연결되는 각 파이프(20)의 일단부 외주면에는 파이프(20)를 커넥션 파이프(15)에 삽입하였을 때 상기 확관부(15a)에 삽입되는 지지비드(20a)가 형성된다. 이 지지비드(20a)의 외경은 확관부(15a)의 수직부(15d) 내경보다는 작고 확관부(15a)의 경사부(15b) 최대직경 보다는 큰 것이 바람직하다. 따라서, 파이프(20)를 커넥션 파이프(15)에 삽입할 경우 지지비드(20a)가 확관부(15a)의 수평부(15c) 하면에 걸리기 때문에 파이프(20)가 커넥션 파이프(15)에 더 이상 삽입되는 것이 방지된다.

그리고, 상기 지지비드(20a)와 확관부(15a)의 내면과의 사이에는 시일 링(30)이 개재된다.

상기 시일 링(30)은 그 외주면이 확관부(15a)의 내면과 동일한 외주면을 가진 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 시일 링(30)은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 그 외주면 중 하단부는 위로 갈수록 직경이 커지는 경사면(31a)으로 이루어지고, 그 외주면 중 상단부는 상기 경사면(31a)의 최대 직경보다 큰 직경을 가진 수직면(31b)으로 이루어지며, 상기 경사면(31a) 및 수직면(31b)의 경계부는 수평면(31c)으로 된 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 시일 링(30)의 내주면은 압축이 손쉽게 이루어질 수 있도록 아래쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 경사면(31d) 으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 시일 링(30)의 대안으로서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 그 외주면 중 하단부가 수직면(32a)으로 이루어지고, 그 외주면 중 상단부는 상기 하단부의 수직면(32a)보다 직경이 큰 수직면(32b)으로 이루어지며, 상기 상부 수직면(32b) 및 하부 수직면(32a)의 경계부는 위로 갈수록 직경이 커지는 경사면(32c)으로 이루어진 형태의 것이 채용될 수 있다. 이 경우 상기 시일 링(30)의 압축이 손쉽게 이루어질 수 있도록 시일 링(30)의 내주면 중 상단부는 아래로 갈수록 직경이 좁아지는 경사면(32d)으로 이루어지고, 시일 링(30)의 내주면 중 하단부는 상기 경사면(32d)의 최소직경을 가진 수직면(32e)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 시일 링(30)의 또 다른 대안으로서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 오링과 같은 형태의 것이 채용될 수 있으며, 이것들 이외에도 지지비드(20a)와 확관부(15a)의 내면과의 사이에 개재되어 파이프(20)와 커넥션 파이프(15)의 결합부의 액밀작용을 수행할 수 있는 형태의 시일 링(30)이라면 본 발명에 다양하게 채용될 수 있다.

한편, 파이프(20)와 커넥션 파이프(15)와의 결합상태를 견고하게 유지함과 아울러 시일 링(30)을 압축시킴으로써 파이프(20)와 커넥션 파이프(15)의 결합부에 대한 액밀상태를 견고하게 유지할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명에서는 특수한 형태의 링 클램프(40)가 채용된다.

상기 링 클램프(40)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지비드(20a) 및 확관부(15a) 둘레로 설치되는 것으로서, 상기 지지비드(20a)의 상면을 위에서 가압하는 굴곡가압부(41)와, 상기 굴곡가압부(41)의 가장자리로부터 확관부(15a)의 외주면을 감싸면서 아래로 연장되는 스커트부(42)와, 상기 확관부(15a)의 외면 중 저면(즉, 수평부의 저면)을 탄성가압하도록 스커트부(42)의 하단을 따라 확관부(15a)의 외면 중 저면쪽으로 돌출설치되는 다수의 탄성가압돌기(43)를 구비하고 있다.

또한, 상기 링 클램프(40)는 상기 커넥션 파이프(15)와의 결합시 그의 탄성가압돌기(43)가 커넥션 파이프의 하단수평면(15c)과 접촉되면서 링 클램프(40) 하단이 벌어지지 않도록 하기 위하여 그 하단부에 형성되는 테두리 리브(44)를 가진다.

상기 굴곡가압부(41)는 'ㄱ'자형 단면으로 절곡된 것으로서, 그 수직부(41a)가 지지비드(20a)를 가압할 수 있도록 하기 위하여 그 내경이 지지비드(20a)의 외경보다 작게 형성되어 있다. 또한 상기 탄성가압돌기(43)는 확관부(15a)의 수평부(15c) 저면을 탄성가압할 수 있도록 안쪽으로 경사진 상태로 형성된 것으로서, 이 탄성가압돌기(43)들의 자유단을 잇는 동심원이 확관부(15a)의 가장 큰 직경을 가지는 수직부(15d)의 직경보다는 작고 경사부(15b)의 최대직경보다는 큰 직경을 가지도록 이루어지는 것이 바람직하다.

다음에 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 열교환기의 파이프 연결구조에 의하여 파이프를 커넥션 파이프에 연결하는 방법에 대하여 설명한다.

우선 링 클램프(40)를 파이프(20)의 다른 쪽 단부를 통하여 끼워 파이프(20)의 지지비드(20a)쪽에 위치시킨다. 이와 같이 링 클램프(40)를 파이프(20)에 끼우 면 굴곡가압부(41)가 지지비드(20a)에 걸리게 되므로 링 클램프(40)가 파이프(20)의 지지비드(20a)가 형성된 쪽 단부를 통하여 이탈되지 않는다.

다음에, 확관부(15a) 내부에 시일 링(30)을 끼운 다음 파이프(20)를 커넥션 파이프(15)에 삽입한다. 파이프(20)를 커넥션 파이프(15)에 삽입할 때에는 링 클램프(40)를 잡고 아래로 눌러 삽입하는 것이 바람직하다. 이와 같이 링 클램프(40)를 잡고 파이프(20)를 커넥션 파이프(15)에 삽입하면 링 클램프(40)의 탄성가압돌기(43)들이 먼저 확관부(15a)의 수직부(15d) 상단에 접촉하지만 탄성가압돌기(43)들이 경사진 상태로 형성되어 탄성력을 가지고 있으므로 링 클램프(40)를 누르는 힘에 의하여 탄성가압돌기(43)들이 링 클램프(40)의 스커트부(42)의 내주면쪽으로 밀리면서 확관부(15a)의 수직부(15d) 외면을 타고 아래로 하강한다. 이와 동시에 파이프(20)의 지지비드(20a)도 하강하면서 시일 링(30)을 가압함으로써 시일 링(30)이 압축되고, 시일 링(30)의 압축한계시점에 즈음하여 탄성가압돌기(43)들이 확관부(15a)의 수직부(15d)를 완전히 벗어나 수직부(15d) 아래쪽에 도달하면 탄성가압돌기(43)들은 복원력에 의하여 링 클램프(40)의 스커트부(42)의 내주면으로부터 멀어지는 방향으로 원위치로 복귀하여 확관부(15a)의 수평부(15c) 저면에 접촉하여 수평부(15c) 저면을 가압하게 된다. 따라서, 링 클램프(40)는 굴곡가압부(41)에 의하여 가압되는 지지비드(20a)의 가압력과 탄성가압돌기(43)에 의하여 가압되는 확관부(15a)의 가압력에 의하여 압축된 상태가 그대로 유지된다. 이 때, 탄성가압돌기(43)가 커넥션 파이프(15)의 수평부(15c)에 결합시 시일 링(30)의 압축된 상태가 유지되면서 링 클램프(40)의 하단이 벌어지려는 힘이 작용하게 되는데, 본 발명에서는 링 클램프(40)에 테두리 리브(44)가 구비됨으로써 이러한 문제점을 해결함과 동시에 액밀 상태를 확고히 유지시킬 수 있다. 상기 시일 링(30)의 압축에 의하여 시일 링(30)은 지지비드(20a)와 확관부(15a)의 내면과의 사이의 공간을 완전히 채우게 되므로 파이프(20)와 커넥션 파이프(15)와의 결합부를 통한 유체의 누설이 차단될 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 열교환기의 파이프 연결구조에 있어서는, 파이프(20)에 링 클램프(40)를 끼움과 아울러 열교환기에 접합되어 있는 커넥션 파이프(15)의 확관부(15a)에 시일 링(30)을 끼워 링 클램프(40)를 누르면서 파이프(20)를 커넥션 파이프(15)에 삽입하기만 하면 파이프(20)가 커넥션 파이프(15)에 결합되기 때문에, 파이프(20)를 열교환기에 손쉽게 연결할 수 있다. 따라서, 조립공수가 획기적으로 줄어 들어 생산성을 향상시킬 수 있음과 아울러 제조비용도 줄일 수 있다.

한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고, 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위 내에 있게 된다.

Claims

열교환기의 헤더 탱크에 접합된 커넥션 파이프에 유체의 유출입을 위한 파이프을 연결하는 구조에 있어서,

상기 커넥션 파이프의 자유단부는 확관부로 형성되고;

상기 파이프의 외주면에는 상기 확관부의 내면에 지지되는 지지비드가 형성되며;

상기 지지비드와 확관부의 내면과의 사이에는 시일 링이 개재되고;

상기 지지비드 및 확관부 둘레로, 상기 지지비드의 상면을 위에서 가압하는 굴곡가압부, 상기 굴곡가압부의 가장자리로부터 확관부의 외주면을 감싸면서 아래로 연장되는 스커트부 및 상기 확관부의 외주 저면을 탄성가압하도록 스커트부의 하단으로부터 확관부의 외주 저면쪽으로 돌출설치되는 다수의 탄성가압돌기를 가진 링 클램프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기의 파이프 연결구조.
제 1 항에 있어서,

상기 링 클램프는, 상기 커넥션 파이프와의 결합시 그의 탄성가압돌기가 커넥션 파이프의 하단수평면과 접촉되면서 링 클램프 하단이 벌어지지 않도록 하기 위하여 그 하단부에 형성되는 테두리 리브를 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기의 파이프 연결구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 커넥션 파이프의 확관부는 커넥션 파이프의 상단으로부터 바깥쪽으로 경사진 경사부, 상기 경사부의 상단으로부터 바깥쪽으로 평탄하게 연장되는 수평부 및 상기 수평부의 가장자리로부터 위로 연장되는 수직부를 가진 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기의 파이프 연결구조.
제 3 항에 있어서,

상기 지지비드의 외경은 확관부의 수직부 내경보다는 작고 확관부의 경사부 최대직경 보다는 큰 것을 특징으로 하는 열교환기의 파이프 연결구조.
제 3 항에 있어서,

상기 시일 링은 그 외주면이 확관부의 내면과 동일한 형태로 이루어지고, 그 내주면은 아래쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 경사면으로 이루어진 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기의 파이프 연결구조.
제 3 항에 있어서,

상기 시일 링은, 그 외주면 중 하단부가 수직면으로 이루어지고, 그 외주면 중 상단부는 상기 하단부의 수직면보다 직경이 큰 수직면으로 이루어지며, 상기 상부 수직면 및 하부 수직면의 경계부는 위로 갈수록 직경이 커지는 경사면으로 이루 어지고, 그 내주면 중 상단부는 아래로 갈수록 직경이 좁아지는 경사면으로 이루어지며, 그 내주면 중 하단부는 상기 경사면의 최소직경을 가진 수직면으로 이루어진 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기의 파이프 연결구조.
제 3 항에 있어서,

상기 시일 링은 오링인 것을 특징으로 하는 열교환기의 파이프 연결구조.