KR100741524B1 - 열교환기, 열교환기의 제조방법 및 열교환기용 플레이트형핀 - Google Patents

열교환기, 열교환기의 제조방법 및 열교환기용 플레이트형핀 Download PDF

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KR100741524B1
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다카시 핫토리
히로시 니시카와
다케시 오키노타니
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Abstract

본 발명에 따른 열교환기는 버링부(112)를 갖는 복수개의 삽입홀(111)이 형성되는 부위에 소정간격으로 서로 적층되는 복수개의 플레이트형 핀(110); 및 상기 삽입홀로 삽입되는 복수개의 튜브(120)를 포함하고, 상기 버링부(112) 및 튜브(120)는 서로 브레이징되며, 적어도 상기 플레이트형 핀(110)의 버링부(112)는 브레이징시에 온도의 상승에 따라 상기 삽입홀(111)의 측으로 그 버링부가 변위되도록 복수개의 금속층으로 이루어진다.
열교환기, 튜브, 버링부, 플레이트형 핀, 브레이징, 바이메탈 효과, 삽입홀

Description

열교환기, 열교환기의 제조방법 및 열교환기용 플레이트형 핀{HEAT EXCHANGER, METHOD OF MANUFACTURING HEAT EXCHANGER AND PLATE-SHAPED FIN FOR HEAT EXCHANGER}
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 분해사시도.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 튜브의 정면도.
도3의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 플레이트핀의 정면도.
도3의 (b)는 도3의 (a)의 A-A라인에 따른 단면도.
도4는 도3의 (a)에 나타낸 버링부의 확장단면도.
도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 제조과정을 개략적으로 나타낸 블록도.
도6은 본 발명의 제1실시예에 따른 플레이트핀과 튜브 사이의 브레이징 상태의 단면도.
도7은 본 발명의 제1실시예의 제1변화에 따른 버링부를 나타낸 확장단면도.
도8은 본 발명의 제1실시예의 제2변화에 따른 버링부를 나타낸 확장단면도.
도9는 본 발명의 제2실시예에 따른 플레이트핀의 사시도.
도10a는 본 발명의 제3실시예에 따른 플레이트핀의 정면도.
도10b는 본 발명의 제3실시예에 따른 플레이트핀의 사시도.
도11은 본 발명의 제4실시예에 따른 플레이트핀의 사시도.
도12는 본 발명의 다른 제1실시예의 버링부를 나타낸 확장단면도.
도13의 (a)는 본 발명의 다른 제2실시예의 플레이트핀을 나타낸 정면도.
도13의 (b)는 도13의 (a)의 B-B라인에 따른 단면도.
도14의 (a)는 본 발명의 다른 제3실시예에 따른 플레이트핀을 나타낸 정면도.
도14의 (b)는 도14의 (a)의 C-C라인에 따른 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 열교환기 101: 코어부
110: 플레이트형 핀 111: 삽입홀
112: 버링부 120: 튜브
141, 142: 헤더 탱크 143: 튜브홀
본 발명은 복수개의 튜브가 복수개의 적층된 플레이트형 핀에 삽입된 열교환기 및 열교환기의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 열교환기에 이용되는 플레이트형 핀에 관한 것이다.
일본 특개평10-62084호 공보에 제안된 바와 같이, 일반적인 열교환기에서 튜브는 적층되는 복수개의 플레이트형 핀에 형성된 삽입홀에 삽입된다. 이러한 열교환기에서, 상승편(rising piece)은 삽입홀의 개구 에지 중 서로 대향되는 양측에 형성된다. 하나의 상승편은 상승지점에서 다른 상승편측으로 구부러지고, 하나의 상승편의 전방 단부는 상승지점의 외측에 위치된다.
이와 같이 구부러진 상승편의 전방 단부는 튜브의 삽입 방향으로 가압된다. 상기 굽힘부가 외측으로 변형되는 상태에서, 상기 튜브는 삽입홀에 삽입된다. 그 후, 상기 가압력이 해제되는 경우, 상기 상승편과 튜브는 서로 밀착 접촉된다.
또한, 상기 플레이트형 핀과 튜브는 플레이트형 핀과 튜브의 표면에 하나 이상 제공되는 브레이징재에 의해 서로 브레이징된다.
상기와 같은 구조에 의하여, 상기 플레이트형 핀과 튜브는 서로 밀착 접촉될 수 있고, 조립 작업은 용이하게 이루어질 수 있다.
그러나, 상기 일반적인 열교환기는 다음과 같은 문제점이 있다. 조립시에 상승편을 변형시키기 위하여 가압력을 가하고 해제해야 하고, 이는 조립 작업을 위한 공수 및 인원수를 증가시킨다. 또한, 상기 일본 특개평10-62084호 공보에서, 상기 가압력을 가하는 방법에 관한 구체적인 설명이 제안되어 있지 않다. 따라서, 이와 같은 열교환기는 실제 이용에 있어서 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 조립 작업에 필요한 인원수 및 공수의 증가 없이 삽입홀로의 삽입성이 뛰어난 튜브로 이루어질 수 있고, 플레이트형 핀 및 튜브가 서로 기밀하게 접촉하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 열교환기의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 열교환기에 사용되는 플레이트형 핀을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1관점에 따르면, 버링부(burring portion)(112)를 갖는 복수개의 삽입홀(111)이 형성되는 부위에 소정 간격으로 적층되는 복수개의 플레이트형 핀(110); 및 상기 삽입홀(111)로 삽입되는 복수개의 튜브(120)를 포함하고, 상기 버링부(112) 및 튜브(120)는 서로 브레이징되며, 적어도 상기 플레이트형 핀(110)의 버링부(112)는 브레이징시에 온도의 상승에 따라 상기 삽입홀(111)의 측으로 그 버링부(112)가 변위되도록 복수개의 금속층으로 이루어지는 열교환기를 제공한다.
이로 인하여 상기 튜브(120)가 삽입홀(111)로 삽입되는 온도에서, 상기 튜브(120)와 버링부(112) 사이에 갭이 형성된다. 또한 상기 양측이 서로 접촉할 때, 상기 튜브(120)는 삽입홀(111)로 원활하게 삽입될 수 있다. 브레이징시에, 상기 버링부(112)는 튜브(120) 측에 올바르고 기밀하게 접촉될 수 있다. 따라서 브레이징은 확실하게 실행될 수 있다. 이와 같이 상기 튜브(120)는 삽입홀(111)로 원활하게 삽입될 수 있고, 종래에서 전술한 바와 같은 가압력을 가하고 해제하기 위하여 필요로 되는 인원수 및 공수의 증가 없이 버링부(112)에 브레이징될 수 있다.
본 발명의 제2관점에 따르면, 상기 금속층은 코어재(110A) 및 상기 코어재(110A)의 면 중 하나에 피복되는 브레이징재(110B)로 이루어진다.
본 발명의 제3관점에 따르면, 상기 브레이징재(110B)가 제공되는 면에 대향되는 금속층의 면에는 상기 튜브(120)에 희생부식작용을 실행하는 희생재(희생부식재)(110C)가 제공될 경우, 튜브(120)측에서의 부식의 발생을 억제할 수 있다. 따라서 튜브(120)로부터의 내부 유체의 누출을 방지할 수 있고, 열교환기의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 제4관점에 따르면, 상기 금속층은 코어재(110A); 제1브레이징재(110B) 및 제2브레이징재(110D)를 포함하고, 상기 제1브레이징재 및 제2브레이징재는 상기 코어재의 일면과 반대면에 각각 피복된다.
이로 인하여 상기 브레이징재(110D)는 튜브(120) 및 버링부(112)가 브레이징시에 서로 접합되는 부위에 가까운 부위로부터 제공될 수 있다. 따라서 브레이징 성능은 보다 향상될 수 있다.
본 발명의 제5관점에 따르면, 상기 버링부(112)의 상승지점이 서로 연결되는 방향은 상기 플레이트형 핀(110)의 롤링방향과 동일하다.
이로 인하여 상기 버링부의 상승지점이 서로 연결되는 방향은 롤링에 의하여 결정되는 핀의 금속결정입자의 방향과 동일하게 된다. 따라서 변위방향으로의 상기 버링부(112)의 강도는 낮아질 수 있고, 상기 버링부(112)는 보다 원할하게 변위될 수 있다.
본 발명의 제6관점에 따르면, 상기 튜브(120)의 단면은 평평한 형태로 형성되고, 상기 버링부(112)는 상기 튜브의 평평한 단면의 긴 측에 대응하는 상기 삽입홀(111)의 양측에 형성되며, 상기 튜브(120)를 위치결정하기 위한 위치결정부(113)는 길이방향으로 상기 평평한 단면의 단부에 대응하는 상기 삽입홀(111)의 일부에 제공된다.
이로 인하여 상기 위치결정부(113)가 삽입홀(111)의 중심선에 배치될 경우, 양측에서의 버링부(112)와 튜브(120) 간의 거리는 일정하게 이루어질 수 있다. 따라서 양측에서의 버링부(112) 모두는 상기 튜브(120)에 확실하게 접촉될 수 있다.
본 발명의 제7관점에 따르면, 상기 삽입홀의 주연 에지에는 상기 삽입홀(111)측에 대향되는 측에서 절단된 두 개의 절단부(114)가 형성되고, 상기 버링부(112)는 상기 두 절단부 사이에서 그 절단부의 저부를 연결하도록 연결라인(112a)의 베이스지점에 형성된다.
이로 인하여 상기 버링부(112)의 실질적인 길이는 확장될 수 있고, 상기 버링부(112)는 상기 튜브(120)와 보다 정확하게 또는 밀접하게 접촉될 수 있다.
본 발명의 제8관점에 따르면, 복수개의 튜브(120)가 배치되는 방향으로 상기 플레이트형 핀(110)의 측부에 그 플레이트형 핀(110)의 측부를 따라 연장되는 리브(115)가 제공된다.
이로 인하여 상기 전체 플레이트형 핀(110)이 복수개의 금속층으로 이루어지 더라도, 브레이징시에 상기 버링부(112)를 제외한 대체적인 부분의 변위는 확실하게 방지되거나, 상기 전체 핀(110)의 변위는 확실하게 방지될 수 있다.
본 발명의 제9관점에 따르면, 상기 버링부(112)는 서로 대향되는 상기 삽입홀(111)의 주연 에지에 배치되고, 상기 각 버링부(112)에는 상승높이가 그 대향측보다 높게 형성된다.
이로 인하여 상기 버링부(112)의 상승높이가 큰 부분에서, 버링부(112)의 큰 변위를 얻을 수 있다. 따라서 상기 버링부(112)는 튜브(120)와 정확하게 또는 밀접하게 접촉될 수 있다. 적어도 이러한 부분이 시작점이 되도록 이루어지는 조건하에서, 상기 브레이징재(110B)는 모세관현상에 의하여 튜브(120)와 버링부(112) 사이에 형성된 갭부(130)로 제공된다. 따라서 브레이징이 정확히 실행될 수 있다.
본 발명의 제10관점에 따르면, 상기 버링부(112)의 상승지점이 서로 연결되는 부분의 부근 또는 상기 베이스지점의 부근에 두께 제거부(116)가 형성된다.
이로 인하여 상기 버링부(112)의 상승지점 또는 베이스지점에서 강도는 낮아질 수 있다. 따라서 튜브(120)를 삽입할 때 상기 버링부(112)가 튜브(120)와 접촉되는 위치결정관계에서, 상기 버링부(120)는 용이하게 변형될 수 있고, 상기 튜브(120)의 삽입시의 저항은 감소될 수 있다.
본 발명의 제11관점에 따르면, 상기 버링부(112)는 상기 삽입홀측에 배치되는 제1금속층(110A); 및 상기 제1금속층으로 관통되고, 상기 버링부(112)가 상기 삽입홀(111) 측으로 변위될 수 있도록 상기 제1금속층을 팽창시키도록 상기 삽입홀측에 대향되는 측에 배치되는 제2금속층(110B)을 포함한다.
이로 인하여 브레이징시에 상기 버링부(112)는 튜브(120) 측에 정확하게 접촉되거나 밀접하게 접촉될 수 있다.
본 발명의 제12관점에 따르면, 상기 버링부(112)는 그 버링부(112)가 상기 삽입홀(111)측으로 변위될 수 있도록 바이메탈 효과를 갖기 위하여 열팽창계수가 서로 다른 복수개의 금속층(110A1, 110A2)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제13관점에 따르면, 버링부(112)를 갖는 복수개의 삽입홀(111)이 일정간격으로 형성된 복수개의 플레이트형 핀(110)을 적층하고, 상기 삽입홀(111)로 복수개의 튜브(120)를 삽입하며; 상기 버링부(112)와 튜브(120)를 서로 브레이징하고, 적어도 상기 복수개의 플레이트형 핀(110)의 버링부(112)는 복수개의 금속층으로 이루어져 상기 버링부(112)는 상기 브레이징 온도까지 온도의 상승에 따라 상기 삽입홀(111)로 변위되며, 상기 삽입홀(111)로 튜브(120)의 삽입 후, 상기 버링부(112)는 변위되고 상기 튜브(120)와 접촉하며, 상기 브레이징이 실행되는 열교환기 제조방법을 제공한다.
이에 따라 전술한 방법은 열교환기(100)의 제1관점의 제조방법으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제14관점에 따르면, 상기 튜브(120)가 삽입홀로 삽입될 때 상기 버링부(112)와 튜브(120) 사이에 갭이 형성된다.
이로 인하여 상기 튜브(120)가 삽입홀(111)로 삽입될 때의 작업성은 향상될 수 있다.
본 발명의 제15관점에 따르면, 상기 튜브(120)는 상온에서 상기 삽입홀(111) 로 삽입된다.
이로 인하여 특정온도의 설정이 필요하지 않으며, 상기 튜브(120)는 용이하게 삽입될 수 있다.
본 발명의 제16관점에 따르면, 상기 버링부(112)는 상기 삽입홀(111) 측에 배치되는 제1금속층(110A); 및 상기 제1금속층(110A)으로 관통되고, 상기 버링부(112)가 상기 삽입홀(111) 측으로 변위될 수 있도록 상기 제1금속층(110A)을 팽창시키도록 상기 삽입홀(111) 측에 대향되는 측에 배치되는 제2금속층(110B)을 포함한다.
이에 따라 전술한 방법은 열교환기(100)의 제11관점의 제조방법으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제17관점에 따르면, 상기 버링부(112)는 그 버링부(112)가 상기 삽입홀(111) 측으로 변위될 수 있도록 바이메탈 효과를 갖기 위하여 열팽창계수가 서로 다른 복수개의 금속층(110A1, 110A2)을 포함한다.
이에 따라 전술한 방법은 열교환기(100)의 제12관점의 제조방법으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제18관점 내지 제29관점에 따르면, 복수개의 튜브(120)가 삽입되는 삽입홀(111)에 버링부(112)가 제공되는 열교환기용 플레이트형 핀에 관한 것이며, 전술한 핀은 열교환기의 제1관점 내지 제12관점에 제공되어 실질적으로 동일한 작용효과를 갖는다.
또한, 앞의 수단들을 나타내는 괄호안의 참조부호는 본 발명의 실시예에서 후술할 특정수단의 관계를 나타내기 위한 것이다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
우선, 도1 내지 도6을 참조하여 본 발명의 제1실시예를 설명한다. 도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기(100)의 분해사시도이고, 도2는 튜브(120)의 정면도이며, 도3의 (a)는 플레이트핀(110)의 정면도이고, 도3의 (b)는 도3의 (a)의 A-A라인에 따른 단면도이며, 도4는 도3의 (a)에 나타낸 버링부의 확장단면도이고, 도5는 열교환기(100)의 제조과정을 개략적으로 나타낸 블록도이며, 도6은 플레이트핀(110)과 튜브(120) 사이의 브레이징 상태의 단면도이다.
본 실시예의 열교환기(100)는 내부 이용을 위한 온수 공급 유닛의 히트펌프 사이클에 배치되고, 외기로 부터 열을 흡수하기 위한 공기 열교환기(증발기)에 적용된다. 상기 열교환기(100)는 다음과 같이 이루어진다. 도1 및 도2에 나타낸 바와 같이, 소정 간격으로 적층되는 복수개의 (본 발명의 플레이트형 핀에 대응하는)플레이트핀의 삽입홀(111)에 복수개의 튜브(120)가 삽입(관통)되고, 이에 따라 열교환부로 이루어지는 코어부(101)가 구성될 수 있다. 길이방향으로의 튜브(120)의 양단부는 한쌍의 헤더 탱크(141, 142)의 튜브홀(143)에 연결된다.
이러한 연결에서, 각 튜브(120)는 내측에 복수개의 원형 통로(121)를 구비한다. 각 튜브(120)의 단면은 압출에 의하여 평평한 형태(예를 들면, 두께는 1mm이고, 길이방향으로의 크기는 23mm이다.)로 형성된다. 예를 들어 압출에 의해 형성되 는 원통형 부재의 길이방향의 양단부에 캡(144)이 제공되는 방법으로 각 헤더 탱크(141, 142)는 이루어진다. 내측과 각각 연통되는 냉매 입구부(151)와 냉매 출구부(152)는 헤더 탱크(141, 142)에 제공된다.
이러한 구성부품은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 상기 구성부품이 열교환기(100)의 형상으로 조립된 후, 상기 구성부품은 소정 구성부품(이 경우, 소정의 구성부품은 플레이트형 핀(110)과 헤더 탱크(141, 142)이다.) 표면에 미리 제공된 브레이징재에 의해 서로가 일체로 브레이징된다.
상기 냉매는 히트펌프 사이클에서 냉매 입구부(151)로부터 헤더 탱크(141)로 흐르고, 튜브(120)로 분배된다. 그 후, 상기 냉매는 헤더 탱크(142)로 모여지고, 냉매 출구부(152)를 통해 나간다. 상기 냉매가 튜브(120)(코어부(101))에서 순환될 경우, 열은 냉매와 외기 사이에서 교환되고, 이에 따라 열은 냉매에 의해 외기로부터 흡수된다.
본 실시예의 열교환기(100)에서, 상기 튜브(120)에 결합하는 플레이트형 핀(110)의 결합구조는 특징이 있고, 이에 대한 상세한 설명은 도3의 (a) 내지 도4를 참조하여 다음에서 설명한다.
상기 플레이트형 핀(110)(이하, "핀"이라 함)은 얇은 스트립 부재로 이루어진다. 상기 핀(110)에서, 복수개의 삽입홀(111)은 길이방향으로 제공된다(도1 참조). 상기 플레이트형 핀(110)에 제공되는 각 삽입홀(111)은 평평한 형태로 형성되고, 이에 의하여 상기 삽입홀(111)은 튜브(120)(도2에 나타냄)의 단면 형상에 대응될 수 있다. 긴 측에 대응하는 삽입홀(111)의 양측에서, 서로 대향되는 상기 버링 부(112)는 프레스 가공에 의해 형성된다. 삽입홀(111)의 길이방향의 단부측에서, 각각 초승달 형상인 위치결정부(113)는 프레스 가공에 의해 형성되는 버링부(112)의 구성과 서로 동시에 대향되게 형성된다. 상기 위치결정부(113)는 양 버링부(112)의 중앙 위치에 배치된다. 상기 위치결정부(113)가 튜브(120)의 평평한 단면의 길이방향에서 단부와 대체로 접촉될 수 있도록, 상기 위치결정부(113)의 내측 크기는 결정된다.
이러한 경우, 상기 위치결정부(113)(삽입홀(111)의 중앙측)에 각각 인접한 부분에서, 절단부(114)는 삽입홀측에 대향되는 측으로 연장될 수 있도록 절단된다. 이러한 경우, 상기 절단부(114)는 하나의 긴 측을 위해 형성되고, 즉 4개의 절단부(114)가 형성된다. 전술한 각 버링부(112)는 두개의 절단부(114) 사이에 제공된다. 상기 버링부(112)는 완만한 R형상으로 형성되고, 이에 따라 상기 버링부(112)의 에지부의 상승 높이는 절단부(114)의 연결라인(112a)인 베이스지점으로부터 "h"로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 상기 연결라인(112a)은 버링부(112)의 상승지점과 연결하는 라인에 대응한다. 이러한 연결에서, 상기 연결라인(112a)의 방향은 스트립부재로 이루어진 핀(110)의 롤링방향(도3의 (a) 및 도3의 (b)에서 화살표로 나타냄)과 일치한다.
개방측(전방 단부측)에서의 버링부(112)의 크기(D)는 튜브(120)의 두께보다 크도록 설정된다. 따라서, 상기 튜브(120)는 조립단계에서 삽입홀(111)에 삽입되고, 다시 말해서 상기 튜브(120)가 도4의 화살표방향으로 삽입되는 경우, 갭부((D - d)/2)(130)는 튜브(120)의 벽면과 버링부(112) 사이에 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 에지 상승 높이 h는 1.18mm이고, R은 1.98mm이며, 개방측 크기 D는 1.2mm이고, 서로 대향되는 버링부(112)의 베이스지점인 연결라인(112a) 사이의 크기 L은 4.97mm이다.
상기 핀(110)은 본 발명의 제1금속층에 대응하는 코어재(110A) 및 본 발명의 브레이징재에 대응하는, 즉 본 발명의 제2금속층에 대응하며 상기 코어재(110A)의 표면에 미리 피복한 브레이징재로 이루어진다. 상기 브레이징재(110B)는 삽입홀측에 대향되는 측의 버링부(112)의 표면에 제공된다. 이러한 경우, 상기 코어재(110A)의 재료는 합금으로 이루어지고, 상기 합금 번호는 3003(JIS-H-4000)이며, 그 두께는 0.08mm이다. 상기 브레이징재(110B)의 재료는 합금으로 이루어지고, 상기 합금 번호는 4045(JIS-Z-3263)이며, 그 두께는 0.02mm이다. 상기 브레이징재(110B)의 실리콘(Si) 용적은 코어재(110A)보다 크다. 따라서, 상기 브레이징재(110B)의 열팽창계수는 코어재(110A)와 다르다. 상기 브레이징재(110B)의 열팽창계수는 코어재(110A)보다 낮다.
본 실시예에서, 상기 브레이징재(110B)의 온도가 용융 온도에 가까운 온도로 증가되는 경우, 상기 브레이징재(110B)의 구성에 포함된 금속은 코어재(110A)에서 관통되거나 또는 확산된다. 따라서, 상기 코어재(110A)는 팽창된다. 그 결과, 상기 브레이징재(110B)에 가까운 코어재측은 크게 팽창된다. 이에 따라, 전체 코어재(110A)는 브레이징재(110B)가 제공되지 않은 측으로 변형되도록 구부러진다. 다시 말해서, 상기 핀(110)의 온도가 상온에서 브레이징 온도로 증가되는 경우, 비가역 변형이 핀(110)에서 발생된다. 상기 버링부(112)와 관련해서, 상기 핀재(110)가 바 가역 변형의 방향에서 대향방향으로 부분적으로 증가되고, 기계적 소성 변형으로 이루어지는 경우, 상기 버링부(112)는 변형될 수 있다. 따라서, 온도 변화에 의한 비가역 변형은 기계적 소성 변형을 복구하는 방향으로 버링부(112)를 변형시킨다. 다시 말해서, 상기 버링부(112)는 두 금속층(코어재(110A)와 브레이징재(110B))으로 이루어지고, 이에 따라 상기 버링부(112)는 두 금속층에 의해 적층될 수 있다.
따라서, 도3의 (a) 및 도3의 (b)에 화살표로 나타낸 바와 같이, 버링부(112)는 후술되는 브레이징시 브레이징 온도에서 삽입홀(111)측으로 팽창되며 배치된다. 즉, 상기 개방측 크기 D는 크기 E로 감소된다. 본 발명의 실시예에서, 버링부(112)의 형상은 전술된 바와 같이 설정되고, 각부의 재료가 전술된 바와 같이 설정될 경우, 브레이징 온도(600℃로 후술됨)에서 상기 개방측 크기(E)는 튜브(120)의 두께보다 작게 감소된다.(개방측의 두께 E=0.8)
다음으로, 도5에 의해 상기 열교환기(100)의 제조방법을 간단하게 설명한다. 우선, 상기 핀(110)은 프레스 가공에 의해 형성된다. 상기 튜브(120)는 압출에 의해 형성된다. 상기 핀(110)과 튜브(120)는 각각 전술된 방법에 의해 분리되어 제공된다. 상기 헤더 탱크(141, 142)는 압출에 의해 형성된다. 상기 튜브홀(143)은 각 헤더 탱크의 측벽에 형성된다. 그리고, 상기 캡(144), 냉매 입구부(151), 및 냉매 출구부는 각각 헤더 탱크(141,142)에 부착되고, 일시적으로 코킹된다.
다음으로, 소정의 핀(110)이 적층된다. 상기 위치결정부(113)가 가이드로서 사용되는 동안, 각각의 튜브(120)는 각각의 삽입홀(111)에 삽입되어, 코어부(101)가 조립된다. 그리고, 각 튜브(120)의 세로방향의 양단부는 헤더 탱크(141,142)의 튜브홀(143)에 연장된다. 이와 같은 방법으로 상기 열교환기의 조립체가 제조된다.
그리고, 플럭스(예를 들면, fluoro potassium aluminate와 같은 비부식성 플럭스)는 상기 조립체의 표면에 코팅된다. 또한, 상기 조립체는 삽입가스(예를 들어, 질소)가 덮여있는 브레이징로에 삽입된다. 이 경우, 상기 브레이징로의 온도는 대략 600℃이고, 가열시간은 대략 한 시간이다.
도6에 나타낸 바와 같이, 브레이징 시간동안 코어재(110A)의 팽창에 의해 상기 핀(110)의 버링부(112)는 튜브(120)의 벽면(122)과 도6의 화살표방향에 나타낸 바와 같이 접촉되거나 밀접하게 접촉되고, 상기 핀(110)에 피복된 브레이징재(110B)(도4에 나타냄)는 버링부(112)의 전단부와 측벽(122) 사이로 위치되고 필렛이 형성된다. 이와 같은 방법으로, 브레이징이 수행된다. 상기 헤더 탱크(141, 142) 및 튜브(120)는 헤더 탱크(141,142)에 피복된 브레이징재에 의해 브레이징된다. 또한, 상기 헤더 탱크(141, 142)와 상기 캡(144), 상기 냉매 입구부(151), 냉매 출구부(152)는 상기 헤더 탱크(141, 142)에 피복된 브레이징재에 의해 각각 브레이징된다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따른 실시예에서, 상온에서 상기 튜브(120)는 상기 핀(110)의 각각 삽입홀(111)에 삽입되고. 즉, 상온에서 상기 코어부(101)는 조립되고, 상기 갭부(130)는 튜브(120)와 버링부(112) 사이에 형성된다. 따라서, 상기 튜브의 삽입성이 확보된다. 브레이징시, 코어재(110A)의 팽창에 의해 상기 버링부(112)는 상기 튜브(120) 측과 접촉되거나 밀접하게 접촉된다. 따라서, 상기 버링부(112)는 튜브(120)측에 확실히 브레이징 될 수 있다. 이에 따라 브레이징은 위 치별로 수행될 수 있다. 상술된 바와 같이, 종래기술에서 설명한 공수의 증가없이, 상기 튜브(120)의 뛰어난 삽입성과 브레이징 특성이 확실해진다.
상기 버링부(112)가 두개의 절단부(cutout portion)(114) 사이의 절단부(114)의 저부에 접촉되는 연결라인(112a)의 베이스지점에 형성됨에 따라, 상기 버링부(112)의 실질적 길이는 증가된다. 따라서, 상기 버링부(112)는 튜브(120)와 밀착 접촉될 수 있다.
상기 버링부(112)의 베이스지점인 연결라인(112a)의 방향이 상기 핀(110)의 롤링방향과 동일함에 따라, 상기 연결라인(112a)의 방향은 롤링에 의해 정해진 상기 핀(110)의 금속결정입자(metallic crystal grains) 방향과 같다. 따라서, 상기 버링부(112)의 배치되는 방향에서의 강성(rigidity)은 낮아질 수 있다. 결국, 상기 버링부(112)는 보다 원활하게 배치될 수 있다.
상기 위치부(113)는 삽입홀(111)의 단부측에서 길이방향으로 제공됨에 따라, 각각 버링부(112)로부터 대향되는 튜브(120)의 거리(갭부(130))는 일정하게 형성될 수 있다. 따라서, 각 버링부(112) 및 튜브(120)는 접촉되도록 위치되거나 밀접하게 접촉되도록 위치될 수 있다.
이와 같은 연결에 있어, 다양성(1)은 하기와 같이 적용될 수 있다. 도7에 나타낸 바와 같이, 상기 브레이징재(110B)는 상기 핀(110) 표면의 반대측면으로 구비되고, 희생부식재(110C)(예를 들어, 아연이 첨가된 알루미늄재)는 상기 튜브(120)에 대한 희생부식작용을 실행하도록 구비된다. 상술된 바에 의해, 상기 튜브(120) 측의 부식이 가압될 수 있다. 따라서, 상기 튜브로부터 유체가 새어나오는 것이 방 지됨에 따라 열교환기의 수명은 오래 연장될 수 있다.
다양성(2)은 하기와 같이 적용될 수 있다. 도8에 나타낸 바와 같이, 상기 핀(110)의 브레이징재로서, 본 발명의 제1브레이징재와 대응되는 브레이징재(110B), 및 제2브레이징재와 대응되는 상기 브레이징재(110D)는 코어재(110A)의 표면과 배면에 피복된다. 이 경우, 브레이징재(110B)에 의한 코어재(110A)의 팽창이 브레이징재(110D)에 의한 코어재(110A) 보다 클 수 있다. 상술된 바에 의해, 브레이징시 상기 버링부(112)와 튜브(120)의 연결부에 있어, 브레이징재(110D)는 밀접부로부터 연결부에 공급될 수 있다. 결국, 상기 브레이징 특성은 보다 강화될 수 있다.
다음으로, 도9는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것이다. 제2실시예는 제1실시예의 상기 핀(110)에 리브(115)를 부가하는 방식으로 이루어진다. 각각 리브(115)의 단면도는 삼각형이고, 상기 리브(115)는 핀(110)의 측부를 따라 튜브가 배열되는 방향으로 구비된다. 그리고 상기 리브(115)는 핀(110)이 프레스 가공에 의해 형성될 때 동시에 형성된다.
상술된 구조에 의해, 제1실시예와 같이 전체 핀(110)이 상기 코어재(110A) 및 브레이징재(110B)를 구비하고, 브레이징시 버링부(112)를 제외한 소정부(상기 튜브(120) 사이에 위치된 핀(110)의 일부)의 변위는 실질적으로 가압 될 수 있다. 선택적으로 상기 전체 핀(110)의 변위는 실질적으로 가압될 수 있다.
다음으로, 도10a 및 도10b는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 것이다. 제3실시예의 버링부(112)에는 상승 높이가 그 대향측보다 높게 형성되는 방식으로 이루어진다.
상기 버링부(112)는 핀(fin)(110)의 평평한 플레이트 상태(프레스 가공에 의해 전개된 상태)로 서로 마주 대하는 연결라인(112a)(도10a에서 이점쇄선) 사이의 두께부로 이루어진다. 이러한 경우, 상기 두께부는 경사져서 나누어지므로 상기 버링부(112)는 서로 다른 높이로 형성될 수 있다.
전술한 바에 의하면, 상기 버링부(112)의 높이가 상승하는 부분에서 상기 버링부(112)의 큰 변위를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 버링부(112)는 상기 튜브(120)와 기밀하게 접촉되거나 확실하게 접촉될 수 있다. 이에 따라, 적어도 상기 버링부가 시작점으로서 사용되는 경우, 상기 브레이징재(110B)는 모세관 현상에 의해 상기 갭부(130)로 유입될 수 있다. 따라서, 브레이징은 확실하게 실행될 수 있다.
다음, 본 발명의 제4실시예는 도11에 나타낸다. 제4실시예는, 두께가 원형홀로부터 제거된 두께 제거부(116)가 상기 제1실시예에서 전술한 버링부(112)의 베이스지점인 연결라인(112a)의 근방에 제공되는 방법으로 이루어진다.
전술한 바에 의하면, 상기 베이스지점에서 버링부(112)의 강성은 감소될 수 있다. 따라서, 상기 버링부(112)가 상기 튜브(120)가 삽입되는 경우 상기 튜브(120)와 접촉될 수 있도록 위치관계가 이루어질 때조차, 상기 버링부(112)는 쉽게 변형될 수 있다. 이에 따라, 내구성은 상기 튜브(120)가 삽입되는 경우 감소될 수 있다.
마지막으로, 또 다른 실시예는 다음과 같이 설명된다.
전술된 제1실시예 내지 제4실시예에서, 상기 버링부(112)에서의 변위 작용은 상기 브레이징재(110B)에 의해 유발된 코어재(110a)의 팽창에 의해 얻어진다. 그 대신에 도12에 나타낸 바와 같이, 모금속층(mother metal layer)은 두개의 층으로 이루어진다. 즉, 모금속층은 열팽창계수가 서로 다른 알루미늄 합금층들로 이루어진다. 즉, 본 발명의 금속층에 상당하는 제1재료부재(110A1)와 제2재료부재(110A2)는 적층된다. 이러한 구성에서, 열팽창계수가 높은 제1부재(110A1)는 삽입홀 측면과 마주 대하는 버링부(112)의 측면 상에 배치되고, 열팽창계수가 낮은 제2부재(110A2)는 삽입홀(111) 측면 상의 버링부(112)의 측면에 배치된다. 즉, 열팽창계수가 낮은 제2부재(110A2)는 상기 튜브(120)와 직면하는 측면에 배치된다. 이러한 연결에서, 상기 제1부재(110A1)의 표면에는 브레이징재가 피복된다.
상기 부재들(110A1)(110A2)의 열팽창계수 사이의 차이 때문에, 상기 버링부(112)는 브레이징 하는 경우에 온도 상승으로 인한 바이메탈 효과에 의해 휘어지고, 상기 버링부(112)는 상기 튜브(120)와 확실하게 접촉하게 된다. 또한, 브레이징재의 침투가 추가되고 버링부(112)는 상기 튜브(120)와 확실하게 접촉하여 휘어진다. 이러한 연결에서, 침투가 적은 재료는 브레이징재로 사용되고 버링부(112)는 알루미늄 합금층의 바이메탈 효과에 의해서만 튜브(110)와 접촉된다.
전술된 제1실시예 내지 제4실시예에서, 버링부(112)는 상기 튜브(120)의 양측면에 제공되지만, 상기 버링부(112)는 상기 튜브(120)의 한측면에만 제공될 수도 있다. 예를 들면, 온도의 변화에 의해 변형되는 상기 버링부(112)는 평평한 튜브(120)의 주면(main face)에만 마주 대하도록 제공될 수 있다. 상기 핀(110)에, 커팅 단부면은 상기 평평한 튜브(120)의 다른 주면(main face)에 마주 대하도록 배치될 수 있다. 대안으로, 상기 핀(110)에, 온도변화에 대해서 약간만 변형되는 수용 면(receiving face)이 형성될 수 있다. 대안으로, 상기 핀(110)에, 온도변화에 대해 전혀 변형하지 않는 수용면이 형성될 수 있다.
버링부(112)의 형상과 관련해서는, 도13의 (a) 내지 도14의 (b)에 나타낸 바와 같이 상술한 제1실시예의 버링부(112)의 형상에 대하여 상기 상승지점(117)은 연결라인(112b)(시작점)과 전방 단부 사이에 형성되고, 버링부(112)는 상기 상승지점(117)의 전방 단부를 향하여 수직으로 또는 경사지게 형성될 수 있다.
상기 갭부(130)는 튜브(120)를 삽입하는 경우에 실질적으로 존재하지 않을 수 있다. 즉, 버링부(112)는 튜브(120)를 삽입하는 경우에 튜브(120)와 접촉되고, 상기 버링부(112)는 브레이징하는 경우에 변위작용에 의해 튜브와 기밀하게 확실히 접촉될 수 있다.
대안으로, 상기 튜브(120)는 소정의 온도(예를 들면, 낮은 온도)에서 삽입되므로, 상기 갭부(130)는 확보될 수 있다. 상온에서 실행된 변위작용의 초기단계에서 상기 버링부(112)는 튜브(110)와 접촉되고, 또한 상기 버링부(112)는 브레이징하는 경우에 튜브(110)와 기밀하게 접촉된다.
이러한 연결에서, 튜브(120)가 삽입되는 때에 버링부(112)와 접촉되는 경우, 또는 대안으로 삽입홀(111)에 대하여 상기 튜브(120)의 위치 전위(positional dislocation)가 작은 경우, 위치결정부(113)는 생략될 수 있다.
충분히 큰 변위작용이 적당한 재료를 선택함으로써 얻어질 수 있는 경우에는, 절단부(114)는 생략될 수 있다.
상술한 설명들은 알루미늄재가 주로 사용되는 경우에 해당된다. 그러나, 본 발명은 상기 특별한 실시예들에만 한정되는 것은 아니다. 구리재 또는 스테인리스 스틸은 본 발명에 적용될 수 있다. 또한, 열교환기의 목적이 히트폄프용으로 사용되는 공기 열교환기(100)에 제한되는 것이 아니다. 코어부(101)를 포함하는 핀(110)이 플레이트 타입이고 튜브(120)가 삽입된 후에 브레이징되는 한, 본 발명은 라디에이터, 히터 코어, 및 콘덴서와 같은 다양한 부품들에 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 튜브가 삽입홀로 삽입되는 온도에서, 상기 튜브와 버링부 사이에 갭이 형성되어 상기 양측이 서로 접촉할 때, 상기 튜브는 삽입로 원활하게 삽입될 수 있고, 이에 의하여 브레이징시에, 상기 버링부는 튜브 측에 올바르고 기밀하게 접촉될 수 있으므로 브레이징은 확실하게 실행될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 튜브로부터의 내부 유체의 누출을 방지할 수 있고, 열교환기의 수명을 연장시킬 수 있는 효과도 있다.

Claims (29)

  1. 버링부를 갖는 복수개의 삽입홀이 형성되는 부위에 소정 간격으로 적층되는 복수개의 플레이트형 핀; 및
    상기 삽입홀로 삽입되는 복수개의 튜브
    를 포함하고,
    상기 버링부 및 튜브는 서로 브레이징되며,
    적어도 상기 플레이트형 핀의 버링부는 브레이징시에 온도의 상승에 따라 상기 삽입홀의 측으로 그 버링부가 변위되도록 복수개의 금속층으로 이루어지는
    열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은
    코어재 및 상기 코어재의 면 중 하나에 피복되는 브레이징재로 이루어지는
    열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 브레이징재가 제공되는 면에 대향되는 금속층의 면에는 상기 튜브에 희 생부식작용을 실행하는 희생재가 제공되는
    열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은
    코어재; 제1브레이징재 및 제2브레이징재를 포함하고,
    상기 제1브레이징재 및 제2브레이징재는 상기 코어재의 일면과 반대면에 각각 피복되는
    열교환기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버링부의 상승지점이 서로 연결되는 방향은 상기 플레이트형 핀의 롤링방향과 동일한
    열교환기.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브의 단면은 평평한 형태로 형성되고,
    상기 버링부는 상기 튜브의 평평한 단면의 긴 측에 대응하는 상기 삽입홀의 양측에 형성되며,
    상기 튜브를 위치결정하기 위한 위치결정부는 길이방향으로 상기 평평한 단면의 단부에 대응하는 상기 삽입홀의 일부에 제공되는
    열교환기.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 삽입홀의 주연 에지에는 상기 삽입홀측에 대향되는 측에서 절단된 두개의 절단부가 형성되고,
    상기 버링부는 상기 두 절단부 사이에서 그 절단부의 저부를 연결하도록 연결라인의 베이스지점에 형성되는
    열교환기.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수개의 튜브가 배치되는 방향으로 상기 플레이트형 핀의 측부에 그 플레이트형 핀의 측부를 따라 연장되는 리브가 제공되는
    열교환기.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버링부는 서로 대향되는 상기 삽입홀의 주연 에지에 배치되고,
    상기 각 버링부에는 상승 높이가 그 대향측보다 높게 형성되는
    열교환기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 버링부의 상승지점이 서로 연결되는 부분의 부근 또는 상기 베이스지점의 부근에 두께 제거부가 형성되는
    열교환기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 버링부는
    상기 삽입홀측에 배치되는 제1금속층; 및
    상기 제1금속층으로 관통되고, 상기 버링부가 상기 삽입홀측으로 변위될 수 있도록 상기 제1금속층을 팽창시키도록 상기 삽입홀측에 대향되는 측에 배치되는 제2금속층을 포함하는
    열교환기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 버링부는
    그 버링부가 상기 삽입홀측으로 변위될 수 있도록 바이메탈 효과를 갖기 위하여 열팽창계수가 서로 다른 복수개의 금속층을 포함하는
    열교환기.
  13. 버링부를 갖는 복수개의 삽입홀이 일정간격으로 형성된 복수개의 플레이트형 핀을 적층하고,
    상기 삽입홀로 복수개의 튜브를 삽입하며;
    상기 버링부와 튜브를 서로 브레이징하고,
    적어도 상기 복수개의 플레이트형 핀의 버링부는 복수개의 금속층으로 이루어져 상기 버링부는 상기 브레이징 온도까지 온도의 상승에 따라 상기 삽입홀로 변위되며,
    상기 삽입홀로 튜브의 삽입 후, 상기 버링부는 변위되고 상기 튜브와 접촉하며, 상기 브레이징이 실행되는
    열교환기 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 튜브가 삽입홀로 삽입될 때 상기 버링부와 튜브 사이에 갭이 형성되는
    열교환기 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 튜브는 상온에서 상기 삽입홀로 삽입되는
    열교환기 제조방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버링부는
    상기 삽입홀측에 배치되는 제1금속층; 및
    상기 제1금속층으로 관통되고, 상기 버링부가 상기 삽입홀측으로 변위될 수 있도록 상기 제1금속층을 팽창시키도록 상기 삽입홀측에 대향되는 측에 배치되는 제2금속층을 포함하는
    열교환기.
  17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버링부는
    그 버링부가 상기 삽입홀측으로 변위될 수 있도록 바이메탈 효과를 갖기 위하여 열팽창계수가 서로 다른 복수개의 금속층을 포함하는
    열교환기.
  18. 복수개의 튜브가 삽입되는 삽입홀에 버링부가 제공되는 열교환기용 플레이트형 핀으로서,
    적어도 상기 버링부는 복수개의 금속층으로 이루어지고, 브레이징시의 온도까지 온도가 상승됨에 따라 상기 삽입홀측으로 변위되는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 금속층은
    코어재 및 상기 코어재의 면 중 하나에 피복되는 브레이징재로 이루어지는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 브레이징재가 제공되는 면에 대향되는 면에는 상기 튜브에 희생부식작용을 실행하는 희생부식층이 제공되는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 금속층은
    코어재; 제1브레이징재 및 제2브레이징재를 포함하고,
    상기 제1브레이징재 및 제2브레이징재는 상기 코어재의 일면과 반대면에 각각 피복되는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  22. 제18항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버링부의 상승지점이 서로 연결되는 방향은 그 플레이트형 핀의 롤링방향과 동일한
    열교환기용 플레이트형 핀.
  23. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브의 단면은 평평한 형태로 형성되고,
    상기 버링부는 상기 튜브의 평평한 단면의 긴 측에 대응하는 상기 삽입홀의 양측에 형성되며,
    상기 튜브를 위치결정하기 위한 위치결정부는 길이방향으로 상기 평평한 단면의 단부에 대응하는 상기 삽입홀의 일부에 제공되는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  24. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 삽입홀측에 대향되는 측에서 절단된 두개의 절단부가 상기 삽입홀의 주연 에지에 형성되고,
    상기 버링부는 상기 두 절단부 사이에서 그 절단부의 저부를 연결하도록 연결라인의 베이스지점에 형성되는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  25. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수개의 튜브가 배치되는 방향으로 상기 플레이트형 핀의 측부에 그 플레이 트형 핀의 측부를 따라 연장되는 리브가 제공되는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  26. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버링부는 서로 대향되는 상기 삽입홀의 주연 에지에 배치되고,
    상기 각 버링부에는 상승 높이가 그 대향측보다 높게 형성되는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 버링부의 상승지점이 서로 연결되는 부분의 부근 또는 상기 베이스지점의 부근에 두께 제거부가 형성되는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  28. 제18항에 있어서,
    상기 버링부는
    상기 삽입홀측에 배치되는 제1금속층; 및
    상기 제1금속층으로 관통되고, 상기 버링부가 상기 삽입홀측으로 변위될 수 있도록 상기 제1금속층을 팽창시키도록 상기 삽입홀측에 대향되는 측에 배치되는 제2금속층을 포함하는
    열교환기용 플레이트형 핀.
  29. 제18항에 있어서,
    상기 버링부는
    그 버링부가 상기 삽입홀측으로 변위될 수 있도록 바이메탈 효과를 갖기 위하여 열팽창계수가 서로 다른 복수개의 금속층을 포함하는
    열교환기용 플레이트형 핀.
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