KR101039980B1 - 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더에 관한 것이다. 구체적으로는, 판재를 말아 접어서 형성하는 롤 포밍에 의해 단면상의 양 끝단부가 소정의 간격을 두고 내측으로 절곡되어 돌출한 돌출부(111)(211)를 이루고 튜브 삽입구멍(112)(212)이 형성된 헤더 파이프(110)(210)와, 상기 돌출부 사이의 간격에 삽입되어 상기 헤더 파이프의 내부를 폭방향 2열로 유동공간을 분리하며 그 일부에 양측의 유동공간을 연통하는 냉매연통부가 형성된 격판(120)(220)과, 상기 헤더 파이프의 길이방향 양단에 각각 결합된 캡(130)(230)을 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 헤더파이프와 캡 및 배플의 조립을 용이하게 하고 조립불량을 방지하면서 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 냉매 연통구조를 헤더파이프의 원하는 위치에 쉽게 형성할 수 있다.

Description

2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더{header of heat exchanger combined with tube of double row}
본 발명은 열교환기의 헤더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매유동방향을 전환하는 구조를 포함하고 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더에 관한 것이다.
일반적으로 2열의 튜브를 구비하는 열교환기는 다수의 냉매 유동공간을 가지는 양측의 헤더와, 상기 양측의 헤더를 연결하여 연통시키는 다수의 튜브와, 인접하는 튜브 사이에 배열되는 방열핀으로 이루어진다.
다수의 냉매 유동공간을 가지는 헤더는, 내부에서 냉매 패스를 형성하기 위해 헤더 파이프 내부의 냉매 유동공간 사이에 냉매를 전달할 수 있는 냉매 연통구조를 가지고 있으며, 압출 또는 전봉관(판재를 말아 접어서 파이프를 성형하는 롤 포밍에 의해 제조된 파이프)으로 단면은 타원형, 사각형, D형 등로 된 헤더 파이프의 양단에 파이프 연결용 일체형 캡, 밀폐용 일체형 캡이 결합되고, 헤더 파이프의 중간에 분리형 또는 일체형 배플이 결합된 구조로 되어 있다.
도1은 한국특허공개 제2007-0094260호에 개시된 종래 열교환기의 헤더를 나 타낸다. 도시한 바와 같이, 헤더(10)는 튜브(도시안됨)가 각각 끼워져 결합되는 독립된 D 단면형의 압출 헤더 파이프(12)(14)의 측면(12a)(14a)이 서로 밀착하여 헤더 파이프(12)(14)의 길이방향 양단이 냉매출입용 일체형 캡(16) 또는 밀폐용 일체형 캡(18)에 의해 고정된 구조로 되어있다. 그리고, 상기 압출 헤더 파이프(12)(14)의 측면(12a)(14a)에는 냉매의 유동방향이 전환되는 냉매 연통구멍(12b)(14b)이 형성되고, 상기 압출 헤더 파이프(12)(14)의 튜브 결합면(12c)(14c)에는 압출 헤더 파이프의 길이방향을 따라 튜브 삽입구멍(12d)(14d)이 형성되며, 상기 냉매출입용 일체형 캡(16)에는 냉매 입구 및 냉매 출구(16c)(16d)가 형성되어 있다. 상기 냉매출입용 일체형 캡(16)과 밀폐용 일체형 캡(18)은 상기 압출 헤더 파이프(12)(14)의 양단에서 내부로 삽입되는 삽입부(16a)(18a)와, 상기 압출 헤더 파이프(12)(14)의 양단면에 걸리는 걸림부(16b)(18b)가 단턱을 이루고 있다.
도2는 한국등록특허 제0715977호에 개시된 종래 열교환기의 헤더를 나타낸다. 도시한 바와 같이 헤더(20)는 2열로 유동공간(S1)(S2)을 분리하는 격벽(22)이 일체로 형성된 사각 단면형의 압출 헤더 파이프(21)를 가지며, 상기 압출 헤더 파이프(21)의 일단에는 냉매 방향 전환캡(28)이 압출 헤더 파이프(21)의 외부를 감싸서 결합되어 있다. 상기 압출 헤더 파이프(21)의 튜브 결합면(21a)에는 압출 헤더 파이프의 길이방향을 따라 튜브 삽입구멍(21b)(21b')이 소정의 간격으로 형성되어 2열을 이루고 있다. 상기 압출 헤더 파이프(21)의 중간에는 배플(도시안됨)이 삽입되어 브레이징되는 배플 삽입구멍(21c)(21c')이 형성되며, 상기 냉매 방향 전환 캡(28)은 상기 압출 헤더 파이프(21)의 끝단 외부를 감싸서 밀착하는 접합부(28a)와, 냉매가 방향을 바꾸면서 흐르도록 내부에 빈 공간을 가지는 냉매 유동부(28b)로 이루어진다.
그런데, 도1에 도시한 헤더(10)는 D 단면형의 헤더 파이프를 접합하여 결합시키므로 결합된 헤더의 튜브 결합면 및 그 반대쪽 면에 형성되는 골 때문에 냉매출입용 일체형 캡 및 밀폐용 일체형 캡을 헤더 파이프의 외부로 씌우는 형태로서는 골을 밀폐하기가 곤란한다.
따라서, 헤더 파이프의 내부로 삽입하는 형태로 되어 있는데, 이로 인해, 헤더 파이프와 캡을 조립하기 위한 부품의 공차관리가 어렵고, 가공시의 불량발생율이 많아서 생산성이 저하하게 된다는 문제점이 있었다.
또한, 조립된 헤더 파이프에 배플이 결합되는 경우 다소 복잡한 형상의 헤더 파이프 내면에 배플이 밀착되지 않으므로 작동유체를 완전히 차단시키지 못하는 경우가 생겨 열교환기의 성능이 저하하게 된다는 문제점이 있었다.
또한, 냉매의 유동방향을 전환하기 위해 헤더 파이프의 각 일측면에 형성되는 냉매 연통구멍이 별개의 헤더 파이프에 각각 형성되므로 타발 위치의 불량이 생기기 쉽고 헤더 파이프의 조립시 연통구멍이 어긋나게 된다는 문제점이 있었다.
또한, 각 헤더 파이프가 접하여 브레이징되어 일체로 되므로 접하는 부분이 2중벽으로 되어 불필요한 재료의 낭비가 심하다는 문제점이 있었다.
한편, 도2에 도시한 헤더(20)는 헤더 파이프가 하나의 일체형 압출파이프로 되어 헤더 파이프의 단부에는 냉매의 흐름방향을 바꾸는 냉매 방향 전환 캡이 외부로 삽입되어 브레이징되므로 도1의 헤더(10)의 문제점을 거의 해결하고 있으나, 냉 매의 유동방향을 헤더 파이프의 끝단에서만 전환하게 되어 있으므로 냉매의 패스 형성이 한정되므로 냉매의 유동방향을 헤더 파이프의 중간에서 전환해야 하는 열교환기에는 적용할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 헤더파이프와 캡 및 배플의 조립을 용이하게 하고 조립불량을 방지하면서 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 냉매 연통구조를 헤더파이프의 원하는 위치에 쉽게 형성할 수 있는 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더는, 판재를 말아 접어서 형성하는 롤 포밍에 의해 단면상의 양 끝단부가 소정의 간격을 두고 내측으로 절곡되어 돌출한 돌출부를 이루고 튜브 삽입구멍이 형성된 헤더 파이프와, 상기 돌출부 사이의 간격에 삽입되어 상기 헤더 파이프의 내부를 폭방향 2열로 유동공간을 분리하며 그 일부에 양측의 유동공간을 연통하는 냉매연통부가 형성된 격판과, 상기 헤더 파이프의 길이방향 양단에 각각 결합된 캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 헤더 파이프에서 튜브가 삽입되는 튜브 삽입구멍은 상기 돌출부가 형성된 쪽에 형성되어 있다. 상기 튜브 삽입구멍은 상기 돌출부와 대향하는 쪽에 형성되어 있을 수도 있다.
상기 헤더 파이프의 중간에는 길이방향을 따른 냉매의 유동공간을 분리하도 록 상기 격판에 끼워지는 배플이 삽입되어 있고, 상기 격판 및 배플에는 서로 끼워져 십자형을 이루도록 격판 및 배플 폭의 절반 깊이로 슬릿홈이 파여 있다.
상기 캡은 상기 헤더 파이프의 양단 외측면을 감싸 끼워지는 형태로서, 상기 캡 중의 하나에는 냉매가 유입하는 유입 파이프가 결합되는 냉매 유입부가 버링가공에 의해 외측으로 돌출되게 형성되는 한편, 냉매가 유출하는 유출 파이프가 결합되는 냉매 유출부가 버링가공에 의해 외측으로 돌출되게 형성되어 있다.
본 발명에 의한 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더에 의하면, 헤더파이프와 캡 및 배플의 조립을 용이하게 하고 조립불량을 방지하면서 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 냉매 연통구조를 헤더파이프의 원하는 위치에 쉽게 형성할 수 있다는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 2열의 튜브를 구비하는 열교환기에 적용된다.
도3은 본 발명의 제1실시예에 의한 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더를 나타내는 분리사시도이고, 도4는 도3의 헤더가 조립된 상태에서 격판에 냉매 연통구멍이 형성된 부분의 단면도이며, 도5는 도3의 헤더가 조립된 상태에서 격판에 배플이 끼워진 부분의 단면도이다. 도시한 바와 같이, 헤더(100)는 헤더 파이프(110)과, 상기 헤더 파이프(110)에 삽입되어 헤더의 길이방향을 따라 배치된 격판(120)과, 상기 헤더 파이프(110)의 양단에 각각 결합된 캡(130)으로 이루어지며, 상기 헤더(100)의 길이방향을 따른 냉매의 유동공간을 분리하도록 상기 헤더 파이프(110)에 결합된 배플(140)을 추가로 구비한다.
상기 헤더 파이프(110)는 판재를 말아 접어서 형성하는 롤 포밍에 의해 단면상의 양 끝단부가 소정의 간격(C)을 두고 내측으로 절곡되어 돌출한 돌출부(111)를 이루고 있으며, 상기 돌출부(111)가 형성된 쪽에는 튜브(T : 도4에 표시)가 삽입되는 튜브 삽입구멍(112)이 2열로 형성되어 있다. 또한 상기 튜브 삽입구멍(112)이 형성된 쪽에는 상기 배플(140)이 삽입되도록 배플 삽입구멍(113)이 형성되어 있다.
상기 튜브 삽입구멍(112)와 배플 삽입구멍(113)은 프레스 가공에 의해 동시에 성형된다. 따라서, 주어진 공차내에서 정확하게 가공될 수 있고 튜브 및 배플이 조립될 수 있다.
상기 돌출부(111)는 상기 격판(120)이 가조립될 시에 흔들리지 않게 고정되는 가이드 역할을 하는 한편, 브레이징 시에 헤더 파이프의 내부 바닥과 격판(120)이 잘 접합되도록 하여 헤더 파이프(110)내에서 냉매가 누설되지 않게 한다. 상기 돌출부(111)의 돌출 길이(h2)는 상기 격판(120)의 폭(h1)의 절반보다 작게 되어 있는 것이 바람직하다. 상기 헤더 파이프(110)는 상기 돌출부(111)를 제외하면 전체적으로 타원 단면의 파이프 형태로 되어 있다.
상기 격판(120)은 상기 돌출부(111) 사이의 간격(C)에 삽입되어 상기 헤더 파이프(110)의 내부를 폭방향 2열로 유동공간(S1)(S2)을 분리하며 그 일부에 양측의 유동공간을 연통하는 냉매 연통구멍(121)으로 된 냉매연통부가 형성되어 있다. 상기 냉매 연통구멍(121)에 대신에 슬릿홈이 형성되어 냉매연통부를 이루고 있을 수도 있다.
상기 배플(140)은 상기 배플 삽입구멍(113)을 통해 상기 헤더 파이프(110) 내부로 끼워져 상기 격판(120)에 끼워지는데, 상기 격판(120) 및 배플(140)에는 서로 끼워져 십자형을 이루도록 상기 격판(120) 및 배플(140)의 폭(h2)의 절반 깊이(h3)로 슬릿홈(122)(142)이 형성되어 있다.
상기 격판(120)와 배플(140)은 브레이징시 상기 헤드 파이프(110)와 함께 접합되도록 양면에 크래드재가 도포된 판재로 제작되어 있다.
상기 캡(130)은 상기 헤더 파이프(110)의 양단 외측면을 감싸서 끼워지는 형태로서, 냉매가 유입 및 유출하는 냉매출입용 캡(132)와 밀폐용 캡(134)로 나누어진다. 상기 냉매출입용 캡(132)에는 냉매가 유입하는 유입 파이프(도시안됨)가 결합되는 냉매 유입부(132a)가 버링가공에 의해 외측으로 돌출되게 형성되는 한편, 냉매가 유출하는 유출 파이프(도시안됨)가 결합되는 냉매 유출부(132b)가 버링가공에 의해 외측으로 돌출되게 형성되어 있다. 상기 캡(130)의 내부면에는 브레이징 시 상기 헤더 파이프(110)의 외면에 접합되도록 크래드재가 도포되어 있다.
도6은 본 발명의 제2실시예에 의한 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더를 나타내는 분리사시도이고, 도7는 도6의 헤더가 조립된 상태에서 격판에 냉매 연통구멍이 형성된 부분의 단면도이며, 도8는 도6의 헤더가 조립된 상태에서 격판에 배플이 끼워진 부분의 단면도이다. 본 실시예(제2실시예)는 상기 튜브 삽입구멍이 돌출부와 대향하는 쪽에 형성된 구조이다. 도시한 바와 같이 도시한 바와 같이, 헤더(200)는 헤더 파이프(210)과, 상기 헤더 파이프(210)에 삽입되어 헤더의 길이방 향을 따라 배치된 격판(220)과, 상기 헤더 파이프(210)의 양단에 각각 결합된 캡(230)으로 이루어지며, 상기 헤더의 길이방향을 따른 냉매의 유동공간을 분리하도록 상기 헤더 파이프(210)에 결합된 배플(240)을 추가로 구비한다.
상기 헤더 파이프(210)는 판재를 말아 접어서 형성하는 롤 포밍에 의해 단면상의 양 끝단부가 소정의 간격(C)을 두고 내측으로 절곡되어 돌출한 돌출부(211)를 이루고 있으며, 상기 돌출부(211)의 대향하는 쪽에는 튜브(T : 도7에 표시)가 삽입되는 튜브 삽입구멍(212)이 2열로 형성되어 있다. 또한 상기 돌출부(211)가 형성된 쪽에는 상기 배플(240)이 삽입되도록 배플 삽입구멍(213)이 형성되어 있다.
상기 돌출부(211)는 상기 격판(220)이 가조립될 시에 흔들리지 않게 고정되는 가이드 역할을 하는 한편, 브레이징 시에 헤더 파이프의 내부면과 격판(220)이 잘 접합되도록 하여 헤더 파이프(210)내에서 냉매가 누설되지 않게 한다. 상기 돌출부(211)의 돌출 길이(h2)는 상기 격판(220)의 폭(h1)의 절반보다 작게 되어 있는 것이 바람직하다. 상기 헤더 파이프(210)는 상기 돌출부(211)를 제외하면 전체적으로 타원 단면의 파이프 형태로 되어 있다.
상기 격판(220)은 상기 돌출부(211) 사이의 간격(C)에 삽입되어 상기 헤더 파이프(210)의 내부를 폭방향 2열로 유동공간(S1)(S2)을 분리하며 그 일부에 양측의 유동공간을 연통하는 냉매 연통구멍(221)으로 된 냉매연통부가 형성되어 있다. 상기 냉매 연통구멍(221)에 대신에 슬릿홈이 형성되어 냉매연통부를 이루고 있을 수도 있다. 상기 냉매 연통구멍(221)은 상기 돌출부(211)에 의해 막히지 않는 위치에 형성된다.
상기 배플(240)은 상기 배플 삽입구멍(213)을 통해 상기 헤더 파이프(210) 내부로 끼워져 상기 격판(220)에 끼워지는데, 상기 격판(220) 및 배플(240)에는 서로 끼워져 십자형을 이루도록 상기 격판(220) 및 배플(240)의 폭(h2)의 절반 깊이(h3)로 슬릿홈(222)(242)이 형성되어 있다.
상기 격판(220)와 배플(240)은 브레이징시 상기 헤드 파이프(110)와 함께 접합되도록 양면에 크래드재가 도포된 판재로 제작되어 있다.
상기 캡(230)은 상기 헤더 파이프(210)의 양단 외측면을 감싸서 끼워지는 형태로서, 냉매가 유입 및 유출하는 냉매출입용 캡(232)와 밀폐용 캡(234)로 나누어진다. 상기 냉매출입용 캡(232)에는 냉매가 유입하는 유입 파이프(도시안됨)가 결합되는 냉매 유입부(232a)가 버링가공에 의해 외측으로 돌출되게 형성되는 한편, 냉매가 유출하는 유출 파이프(도시안됨)가 결합되는 냉매 유출부(232b)가 버링가공에 의해 외측으로 돌출되게 형성되어 있다. 상기 캡(230)의 내부면에는 브레이징 시 상기 헤더 파이프(210)의 외면에 접합되도록 크래드재가 도포되어 있다.
도1은 종래 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더의 일 예를 나타내는 분리사시도,
도2는 종래 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더의 다른 예를 나타내는 분리사시도,
도3은 본 발명의 제1실시예에 의한 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더를 나타내는 분리사시도,
도4는 도3의 헤더가 조립된 상태에서 격판에 냉매 연통구멍이 형성된 부분의 단면도,
도5는 도3의 헤더가 조립된 상태에서 격판에 배플이 끼워진 부분의 단면도,
도6는 본 발명의 제2실시예에 의한 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더를 나타내는 분리사시도,
도7은 도6의 헤더가 조립된 상태에서 격판에 냉매 연통구멍이 형성된 부분의 단면도,
도8은 도6의 헤더가 조립된 상태에서 격판에 배플이 끼워진 부분의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 헤더 110, 210 : 헤더 파이프
111, 211 : 돌출부 120, 220 : 격판
130, 230 : 캡 140, 240 : 배플

Claims (5)

  1. 판재를 말아 접어서 형성하는 롤 포밍에 의해 단면상의 양 끝단부가 소정의 간격을 두고 내측으로 절곡되어 돌출한 돌출부를 이루고 튜브 삽입구멍이 형성된 헤더 파이프와, 상기 돌출부 사이의 간격에 삽입되어 상기 헤더 파이프의 내부를 폭방향 2열로 유동공간을 분리하며 그 일부에 양측의 유동공간을 연통하는 냉매연통부가 형성된 격판과, 상기 헤더 파이프의 길이방향 양단에 각각 결합된 캡을 포함하고,
    상기 캡은 상기 헤더 파이프의 양단 외측면을 감싸 끼워지는 형태로서, 상기 캡 중의 하나에는 냉매가 유입하는 유입 파이프가 결합되는 냉매 유입부가 외측으로 돌출되게 형성되는 한편, 냉매가 유출하는 유출 파이프가 결합되는 냉매 유출부가 외측으로 돌출되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브 삽입구멍은 상기 돌출부가 형성된 쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브 삽입구멍은 상기 돌출부의 대향하는 쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤더 파이프의 중간에는 길이방향을 따른 냉매의 유동공간을 분리하도록 상기 격판에 끼워지는 배플이 삽입되어 있고,
    상기 격판 및 배플에는 서로 끼워져 십자형을 이루도록 격판 및 배플 폭의 절반 깊이로 슬릿홈이 파여 있는 것을 특징으로 하는 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더.
KR1020080084250A 2008-08-28 2008-08-28 2열의 튜브를 구비하는 열교환기의 헤더 KR101039980B1 (ko)

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