KR100902944B1

KR100902944B1 - 자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 열교환기

Info

Publication number: KR100902944B1
Application number: KR1020080090935A
Authority: KR
Inventors: 최연재
Original assignee: 케이씨알테크(주)
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2009-06-15

Abstract

본 발명은 자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 열교환기에 관한 것으로서, 인입 및 인출 파이프 각각은 제1 부재와 제2 부재로 구성되며, 제1 부재와 제2 부재를 자기 진동 용접을 이용하여 접합시켜, 인입 및 인출 파이프를 제조하는 단계와, 헤더 파이프, 튜브 및 방열핀의 표면에 클래드를 코팅한 후, 상기 헤더 파이프, 튜브, 방열핀, 인입 및 인출 파이프를 결합하여 열교환기 조립체를 형성하는 단계와, 열교환기 조립체에 플럭스를 도포하는 단계 및 플럭스가 도포된 열교환기 조립체를 브레이징하는 단계를 포함하는 자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 열교환기가 제공된다.

열교환기, 인입 및 인출 파이프, 자기 진동 용접

Description

자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 열교환기 {Method for manufacturing heat exchanger using magnetic pulse welding and heat exchanger manufactured by the same}

본 발명은 자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기 진동 용접을 이용하여 제조된 인입 및 인출 파이프를 열교환기 본체에 조립한 후, 열교환기 전체를 브레이징로에 투입시켜 열교환기를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 에어컨용 열교환기는 상측과 하측에 헤더 파이프가 마련되고, 헤더 파이프 사이에 다수의 튜브가 설치되고, 튜브들 사이에는 방열핀이 설치된다. 냉매는 헤더 파이프를 통하여 제공되며, 튜브를 따라서 순환되는 냉매의 고열은 방열핀을 통하여 공기와 접촉하면서 열교환작용을 수행한다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환기 제조 방법의 흐름도이다. 도 1을 참조하여 살펴보면, 우선 각 표면에 알루미늄을 포함하는 클래드가 코팅된 헤더 파이프, 튜브 및 방열핀을 고정틀을 이용하여 조립하는 과정을 수행한다(S10 상측 헤더 파 이프와 하측 헤더 파이프 사이에 다수의 튜브를 체결한 다음에, 튜브 사이에 방열핀을 삽입하여 결합한다.

그 다음에, 플럭스(flux)를 도포하는 과정을 수행한다(S20). 용제는 알루미늄 파우더와 수지를 포함하며, 브레이징의 촉매제 역할을 수행한다. 그리고 나서, 고정틀 내에 배치된 조립체를 브레이징로에 통과시켜서, 브레이징하는 과정을 수행한다(S30). 브레이징로를 통과한 조립체로부터 고정틀을 제거한다(S40). 그리고 나서, 상측 헤더 파이프에 인입 파이프와 인출 파이프를 알루미늄 코일을 이용하여 아르곤 가스용접을 통하여 접합하는 과정을 수행한다(S50). 종래 기술에 따른 열교환기 제조 방법의 경우, 인입 및 인출 파이프를 헤더 파이프에 조립하여 브레이징을 수행하지 못하고, 브레이징을 수행한 다음에 수작업으로 인입 및 인출 파이프를 헤더 파이프에 접합하였다. 그 이유는, 인입 및 인출 파이프 각각은 서로 상이한 금속으로 이루어진 2개의 관으로 구성되는데, 이들을 화학적 방식으로 접합한 후 브레이징로를 통과시키면, 접합 변형이 일어나게 된다. 따라서, 작업 공정 수가 증가하게 되고, 수작업으로 진행되어야 하기 때문에, 작업 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제품 신뢰성을 향상시키고, 작업 효율을 개선시킬 수 있는 자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 열교환기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 인입 및 인출 파이프 각각은 제1 부재와 제2 부재로 구성되며, 상기 제1 부재와 제2 부재를 자기 진동 용접을 이용하여 접합시켜, 상기 인입 및 인출 파이프를 제조하는 단계; 헤더 파이프, 튜브 및 방열핀의 표면에 클래드를 코팅한 후, 상기 헤더 파이프, 튜브, 방열핀, 인입 및 인출 파이프를 결합하여 열교환기 조립체를 형성하는 단계; 상기 열교환기 조립체에 플럭스를 도포하는 단계; 및 상기 플럭스가 도포된 열교환기 조립체를 브레이징하는 단계를 포함하는 자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법이 제공된다.

상기 인입 및 인출 파이프를 제조하는 단계는 상기 제1 부재 내부에 상기 제2 부재의 일부를 배치시키는 단계; 상기 제1 부재의 외측에 도전성 코일을 배치하는 단계; 및 상기 도전성 코일에 전류 펄스를 인가하여, 자기 진동 용접을 수행하는 단계를 포함한다.

상기 인입 및 인출 파이프를 제조하는 단계는 상기 제1 부재의 일 단에 걸림턱을 형성하는 단계; 상기 제1 부재의 일 단 내부에 상기 제2 부재의 일부를 삽입하는 단계; 상기 제1 부재의 외측에 도전성 코일을 배치하는 단계; 및 상기 도전성 코일에 전류 펄스를 인가하여, 자기 진동 용접을 수행하는 단계를 포함한다.

상기 인입 및 인출 파이프를 제조하는 단계는 상기 제1 부재 내부에 상기 제2 부재의 일부를 배치시키는 단계; 상기 제2 부재 내부에 지지부를 삽입하는 단계; 상기 제1 부재의 외측에 도전성 코일을 배치하는 단계; 상기 도전성 코일에 전류 펄스를 인가하여, 자기 진동 용접을 수행하는 단계; 및 상기 제2 부재 내부에 삽입된 지지부를 제거하는 단계를 포함한다.

상기 제2 부재의 내측 및 상기 지지부의 외측에 체결부가 형성되며, 상기 체결부는 돌기부 및 상기 돌기부와 치합되는 가이드홈인 것을 특징으로 한다.

상기 인입 및 인출 파이프를 제조하는 단계는 상기 제1 부재 내부에 상기 제2 부재의 일부를 배치시키는 단계; 상기 제2 부재 내부에 파이프 형태의 지지부를 삽입하는 단계; 상기 제1 부재의 외측에 도전성 코일을 배치하는 단계 및 상기 도전성 코일에 전류 펄스를 인가하여, 자기 진동 용접을 수행하는 단계를 포함한다.

상기 제1 부재는 알루미늄으로 이루어지며, 상기 제2 부재는 구리로 이루어진다.

상기 제조 방법 중 어느 한 방법 따라 제조되는 열교환기가 제공된다.

본 발명에서와 같이, 헤더 파이프에 인입 파이프와 인출 파이프를 결합한 후에 열교환기 조립체를 브레이징하여 열교환기를 제조하므로, 작업 공정수가 감소하여 작업 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 인입 파이프와 인출 파이프의 제조 시, 화학적 방식이 아닌 물리적 방식으로 용접을 수행하므로, 제품 불량율을 현저히 저하시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환기 제조 방법의 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 인입 파이프 및 인출 파이프를 자기 진동 용접 방식으로 제조하는 과정을 수행한다(S210). 인입 파이프 및 인출 파이프 각각은 재료가 상이한 관상의 제1 부재 및 제2 부재로 구성된다. 제1 부재와 제2 부재는 자기 진동 용접 방식으로 접합하여 제조한다. 인입 파이프와 인출 파이프의 제조 방식은 이하에서 상세히 상술한다.

헤더 파이프, 튜브 및 방열핀의 표면에 클래드(clad)를 코팅한 후, 헤더 파이프, 튜브, 방열핀, 인입 파이프 및 인출 파이프를 조립하여, 조립체를 형성하는 과정을 수행한다(S220).고정틀을 이용하여 상측 헤더 파이프와 하측 헤더 파이프 사이에 다수의 튜브를 체결하고, 튜브 사이에 방열핀을 삽입한다. 그리고, 상측 또는 하측 헤더 파이프의 인입 파이프와 인출 파이프를 삽입하여 고정한다.

조립체에 플럭스(flux)를 도포하는 과정을 수행한다(S230). 이때, 플럭스는 알루미늄 파우더와 수지를 포함한다. 그리고 나서, 용제가 도포된 조립체를 브레이징로로 투입하여, 브레이징을 수행한다(S240). 브레이징이란 접합하려는 모재보다도 녹는점이 낮은 비철금속, 또는 그 합금을 접합제로 사용함으로써 모재를 거의 용융시키지 않고, 접합제만을 용융시켜 접합하는 접합 방식을 말한다.

브레이징이 완료된 조립체로부터 고정틀을 제거하는 과정을 수행한다(S250).

본 발명에서와 같이, 인입 파이프 및 인출 파이프를 헤더 파이프에 고정시킨 다음에, 조립체 전체에 대하여 브레이징 과정을 수행하면, 브레이징 과정 이후에 별도의 접합 공정을 수행할 필요가 없어지게 되므로, 작업 공정수 감소 및 제조 시 간 단축의 효과를 얻을 수 있다.

도 3은 자기 진동 용접의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 제1 파이프(A)와 제2 파이프(B)를 자기 진동 용접 방식에 의해서 접합하는 과정을 살펴본다. 제1 파이프(A)는 제2 파이프(B) 내측에 배치되고, 제2 파이프(B) 외측에는 도전성 코일(10)이 배치된다.

서로 반대 방향으로 흐르는 전류를 가진 두 전도체는 각 전류에 의해 유도된 자기장의 상호 작용에 의해서 반발하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 관상의 파이프를 접합하는 경우, 도전성 코일(10)에 강한 전류 펄스를 인가하면, 인가된 전류 펄스에 의해서 자기장이 발생하고, 차례로 외측 파이프 즉, 제2 파이프(B)에는 도전성 코일(10)과 반대 방향의 와상 전류(eddy current)가 발생된다. 도전성 코일(10)에 의해 생성된 자기장과 반대 방향의 자기장이 생김으로써 이들 자기장의 반발 작용에 의해서 외측 파이프 즉, 제2 파이프(B)는 강한 힘으로 내측 파이프 즉, 제1 파이프(A)에 충돌함으로써 금속학적인 접합이 이루어지게 된다.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 제조 과정을 도시한 개략도이다.

우선, 인입 파이프 및 인출 파이프를 제조하는 과정을 살펴본다. 인입 파이프와 인출 파이프의 구조 및 재료는 동일하므로, 이하에서는 인입 파이프의 제조 과정을 위주로 상술하며, 인입 파이프의 제조 과정이 동일한 인출 파이프의 제조 과정은 생략한다. 인입 파이프(150)는 관상의 제1 부재(151)와 관상의 제2 부재(155)로 구성된다. 본 실시예의 경우, 제1 부재(151)는 알루미늄으로 이루어지고, 제2 부재(155)는 구리로 이루어지나, 제1 부재(151)와 제2 부재(155)의 재료가 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다.

제1 부재(151)의 일 단 내부에 제2 부재(155)의 일 단을 배치시킨 후, 제1 부재(151)의 외측에 도전성 코일(10)을 배치시킨다(도 4a). 이때, 제1 부재(151)의 일 단의 직경은 제2 부재(155)의 일 단의 직경 보다 넓게 형성된다.

도전성 코일(10)에 전류 펄스를 인가하여, 자기 진동 용접을 수행한다(도 4b). 도전성 코일(10)에 강한 전류 펄스를 인가되면, 인가된 전류 펄스에 의해서 자기장이 발생된다. 그러면, 제1 부재(151)에는 도전성 코일(10)과 반대 방향의 와상 전류(eddy current)가 발생되고, 도전성 코일(10)에 의해 생성된 자기장과 반대 방향의 자기장이 생김으로써 이들 자기장의 반발 작용에 의해서 제1 부재(151)는 제2 부재(155)에 충돌하여 접합된다.

상측 및 하측 헤더 파이프(110, 120), 튜브(130) 및 방열핀(140)의 표면에 알루미늄을 포함하는 클래드를 코팅한 다음에, 고정틀(200) 내에 상측 헤더 파이프(110)와 하측 헤더 파이프(120)를 배치시키고, 상측 헤더 파이프(110)와 하측 헤더 파이프(120) 사이에 다수의 튜브(130)를 상호 이격시킨 채로 결합시킨다. 튜브(130) 사이에 방열핀(140)을 삽입하여 고정시킨다. 그리고 나서, 상측 헤더 파이프(110)에 형성된 제1 삽입홀(115)에 인입 파이프(150)를 삽입하며, 상측 헤더 파이프(110)에 형성된 제2 삽입홀(116)에 인출 파이프(160)를 삽입하여 체결함으로써, 열교환기 조립체를 형성한다(도 4c).

그리고 나서, 고정틀(200)내에 조립된 열교환기 조립체에 플럭스를 도포하는 과정을 수행한다(도 4d).

플럭스가 도포된 열교환기 조립체를 브레이징로(300)에 투입하여, 브레이징을 수행한다(도 4e). 브레이징이 완료된 열교환기 조립체로부터 고정틀을 제거하여, 열교환기의 제조를 완성한다(도 4f).

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따라 자기 진동 용접을 이용한 인입 및 인출 파이프 제조 과정을 도시한 개략도이다. 본 실시예는 상기에서 상술된 제1 실시예와 비교하여 인입 및 인출 파이프를 제조하는 과정이 상이하며, 나머지 과정은 유사한 바 이하에서는 상이한 인입 및 인출 파이프 제조 과정을 위주로 상술한다.

우선, 제1 부재(151)의 일 단에 걸림턱(153)을 형성하는 과정을 수행한다. 이때, 제1 부재(151)의 최외측부의 직경은 가장 크게 형성하며, 제1 부재(151)의 바디부의 직경은 가장 작게 형성하고, 제1 부재(151)의 바디부와 최외측부 사이 즉, 걸림턱(153)의 직경은 바디부와 최외측부 직경의 중간 정도로 형성한다.

그 다음에, 제1 부재(151)의 일 단 내부에 제2 부재(155)의 일부를 삽입한다. 이때, 제2 부재(155)의 일 단은 제1 부재(151)의 걸림턱(153)까지 삽입된다. 그리고 나서, 제1 부재(151)의 외측에 도전성 코일(10)을 배치한다(도 5a). 그 다음에, 도전성 코일(10)에 전류 펄스를 인가하여, 자기 진동 용접을 수행함으로써, 제1 부재(151)와 제2 부재(155)를 접합한다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제3 실시예에 따라 자기 진동 용접을 이용한 인입 및 인출 파이프 제조 과정을 도시한 개략도이다. 본 실시예는 상기에서 상술된 실시예들과 비교하여 인입 및 인출 파이프를 제조하는 과정이 상이하며, 나머지 과정은 유사한 바 이하에서는 상이한 인입 및 인출 파이프 제조 과정을 위주로 상술한다.

우선, 제1 부재(151) 내부에 제2 부재(155)의 일부를 배치시킨다. 그 다음에, 제2 부재(155) 내부에 지지부(180)를 삽입한 후, 제1 부재(151)의 외측에 도전성 코일을 배치한다(도 6a). 지지부(180)는 스틱 형태로 형성된 지지부 몸체(181)와, 지지부 몸체(181)의 일 단에 형성된 지지부 헤드(183)로 구성된다. 지지부 몸체(181)의 직경은 제1 부재(151)와 제2 부재(155)의 내경보다 작게 형성된다. 지지부 헤드(183)는 원기둥의 형태로 형성되며, 지지부 헤드(183)의 직경은 제2 부재(155)의 내경의 크기와 같거나, 이보다 조금 작게 형성된다.

그 다음에, 도전성 코일(10)에 전류 펄스를 인가하여, 자기 진동 용접을 수행함으로써, 제1 부재(151)와 제2 부재(155)를 접합시킨다(도 6b).

제2 부재(155) 내부에 삽입된 지지부(180)를 제거하는 과정을 수행한다(도 6c). 본 실시예와 같이, 지지부(180)을 삽입한 상태에서 자기 진동 용접을 수행한 후, 지지부(180)을 제거하게 되면, 자기 진동 용접 중에 제1 부재(151) 및 제2 부재(155)에 인가되는 힘에 의해서, 제1 부재(151) 및 제2 부재(155)가 변형되는 것 을 방지할 수 있게 된다.

도 7 내지 도 8b는 본 발명의 제3 실시예에서 사용된 지지부의 변형예들을 나타낸 도이다. 도 7 내지 도 8b에 도시된 지지부(180)와 제2 부재(155)에는 체결부가 형성되어, 지지부(180)와 제2 부재(155)의 체결 및 분리를 더욱 용이하게 한다.

도 7을 참조하면, 지지부(180)는 지지부 몸체(181), 지지부 헤드(183) 및 지지부 가이드홈(187)을 포함한다. 스틱 형태로 형성된 지지부 몸체(181)의 일 단에는 지지부 헤드(183)가 형성되며, 지지부 헤드(183)의 외측에는 지지부 가이드 홈(187)이 나사산 형태로 형성된다. 제2 부재(155)의 내측에는 지지부 가이드홈(187)에 치합되게 형성된 돌기부(155)가 형성된다. 즉, 지지부(180)와 제2 부재(155)는 너트 및 볼트 형태로 형성된다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 지지부(180)는 지지부 몸체(181), 지지부 헤드(183) 및 지지부 가이드홈(189)로 구성되며, 제2 부재(155)의 내측에는 지지부 가이드홈(189)에 치합되게 형성된 돌기부(159)가 형성된다. 이때, 지지부 가이드 홈(189)은 지지부 헤드(183)의 길이 방향으로 연장되어 형성되며, 일정 간격으로 이격되게 배치되어 형성된다. 제2 부재(155)의 내측에 형성된 돌기부(159)는 지지부 가이드홈(189)의 형태, 크기 및 위치에 대응되게 형성된다.

상기 실시예들의 경우, 가이드홈이 지지부에 형성되고, 돌기부가 제2 부재 내측에 형성되는 것을 예로서 설명하고 있으나, 이와 반대로 형성될 수도 있다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제4 실시예에 따라 자기 진동 용접을 이용한 인입 및 인출 파이프 제조 과정을 도시한 개략도이다. 본 실시예는 상기에서 상술된 실시예들과 비교하여 인입 및 인출 파이프를 제조하는 과정이 상이하며, 나머지 과정은 유사한 바 이하에서는 상이한 인입 및 인출 파이프 제조 과정을 위주로 상술한다.

우선, 제1 부재(151) 내부에 제2 부재(155)의 일부를 배치시킨다. 그 다음에, 제2 부재(155) 내부에 지지부(190)를 삽입한 후, 제1 부재(151)의 외측에 도전성 코일을 배치한다(도 9a). 지지부(190)는 파이프 형태로 형성되며, 그 길이는 제1 부재(151)와 제2 부재(155)의 중첩 영역에 상응하게 형성된다.

그 다음에, 도전성 코일(10)에 전류 펄스를 인가하여, 자기 진동 용접을 수행함으로써, 제1 부재(151)와 제2 부재(155)를 접합시킨다(도 9b). 이와 같이, 지지부(190)를 잔존시키면, 인입 및 인출 파이프의 강도를 보다 개선시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 열교환기의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환기 제조 방법의 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환기 제조 방법의 흐름도이다.

도 3은 자기 진동 용접의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따라 자기 진동 용접을 이용한 인입 및 인출 파이프 제조 과정을 도시한 개략도이다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제3 실시예에 따라 자기 진동 용접을 이용한 인입 및 인출 파이프 제조 과정을 도시한 개략도이다.

도 7 내지 도 8b는 본 발명의 제3 실시예에서 사용된 지지부의 변형예들을 나타낸 도이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제4 실시예에 따라 자기 진동 용접을 이용한 인입 및 인출 파이프 제조 과정을 도시한 개략도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 자기 진동 용접장치 110 : 제1 헤더 파이프

120 : 제2 헤더 파이프 130 : 튜브

140 : 방열핀 150 : 인입 파이프

160 : 인출 파이프 180 : 지지부

Claims

인입 및 인출 파이프 각각은 제1 부재와 제2 부재로 구성되며, 상기 제1 부재와 제2 부재를 자기 진동 용접을 이용하여 접합시켜, 상기 인입 및 인출 파이프를 제조하는 단계;

헤더 파이프, 튜브 및 방열핀의 표면에 클래드를 코팅한 후, 상기 헤더 파이프, 튜브, 방열핀, 인입 및 인출 파이프를 결합하여 열교환기 조립체를 형성하는 단계;

상기 열교환기 조립체에 플럭스를 도포하는 단계; 및

상기 플럭스가 도포된 열교환기 조립체를 브레이징하는 단계를 포함하며,

상기 인입 및 인출 파이프를 제조하는 단계는,

상기 제1 부재 내부에 상기 제2 부재의 일부를 배치시키는 단계;

상기 제2 부재 내부에 지지부를 삽입하는 단계;

상기 제1 부재의 외측에 도전성 코일을 배치하는 단계;

상기 도전성 코일에 전류 펄스를 인가하여, 자기 진동 용접을 수행하는 단계; 및

상기 제2 부재 내부에 삽입된 지지부를 제거하는 단계를 포함하며, 상기 지지부는 스틱 형태로 형성된 지지부 몸체와, 상기 지지부 몸체의 일단에 형성된 지지부 헤드 및 상기 지지부 헤드 외측에 형성된 지지부 가이드홈으로 구성되며, 상기 제2부재의 내측에는 상기 지지부 가이드 홈에 치합되게 형성된 돌기부가 형성되어, 상기 제2 부재 내부에 지지부를 삽입 시, 상기 지지부의 가이드홈을 상기 제2 부재의 내측에 형성된 돌기부에 삽입하는 것을 특징으로 하는 자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법.
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제1항에 있어서,

상기 제1 부재는 알루미늄으로 이루어지며, 상기 제2 부재는 구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 진동 용접을 이용한 열교환기 제조 방법.
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