KR101088304B1 - 고압용 열교환기의 헤더탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압용 열교환기의 헤더탱크에 관한 것으로, 그 목적은 튜브가 삽입되는 슬롯의 양측에 접면부가 형성된 헤더의 접면부를 감싸도록 탱크에 폴딩부를 형성하여 내압성을 향상시키도록 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크를 제공함에 있다. 이는 길이방향으로 튜브가 삽입 고정되도록 복수의 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯의 양측에 각각 소정의 곡률반경을 갖는 접면부가 형성되도록 벤딩되어 일측에 개방부가 형성된 헤드와, 상기 개방부를 폐쇄하여 'D'자형 냉매유로를 형성하는 평탄부와 상기 평탄부에 연장되어 상기 접면부를 감싸는 한쌍의 폴딩부를 포함하는 탱크로 이루어지며, 상기 헤더의 양단부는 상기 탱크의 평탄부 상에 접합되는 것이다.

헤더, 탱크, 튜브, 접면부, 폴딩부

Description

고압용 열교환기의 헤더탱크{Header tank for heat exchanger for high pressure}

도 1은 일반적인 이산화탄소의 냉동사이클을 설명하기 위한 도면.

도 2는 종래에 따라 열교환기의 헤더탱크의 일예를 나타낸 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제1실시예를 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제1실시예를 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제1실시예에서 탱크에 결합홈이 형성된 상태를 나타낸 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제2실시예를 나타낸 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제2실시예를 정면도.

도 8은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제3실시예를 나타낸 사시도.

도 9는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제3실시예를 정면도.

도 10은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제4실시예를 나타낸 사시도.

도 11은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제4실시예를 평면도.

도 12는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제5실시예를 나타낸 사시도.

도 13은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제5실시예를 정면도.

도 14는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제6실시예를 나타낸 사시도.

도 15는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제6실시예를 정면도.

(도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10: 헤더 11: 슬롯

12: 결합홈 13: 개방부

20: 탱크 21: 평탄부

21a: 결합홈 22: 폴딩부

22a: 탭 23: 보조유로

23a: 연통공 23b: 격벽

30: 튜브 C: 냉매유로

본 발명은 고압용 열교환기의 헤더탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 튜 브가 삽입되는 슬롯의 양측에 접면부가 형성된 헤더의 접면부를 감싸도록 탱크에 폴딩부를 형성하여 내압성을 향상시키도록 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크에 관한 것이다.

차량용 냉방시스템에 있어서 널리 사용되어 온 냉매로는 프레온(freon) 등이 있다.

상기 프레온은 일반적으로 무색무취의 기체이며, 그 종류로는 프레온-12(디클로로디플루오르메탄:CCl2F2), 프레온-22(클로로디플루오르메탄:CHClF2) 등이 있다.

프레온은 화학적으로 안정하고 폭발성이 없으며 불연성, 무독성의 냉매이므로, 냉장고 및 냉동기, 가정용 또는 차량용 에어콘 등의 냉매로서 사용되어 왔다.

그러나, 프레온은 화학적으로 매우 안정하므로 사용 후 대기로 방출되면 파괴되지 아니하고 성층권까지 도달하고, 성층권에서는 태양의 자외선에 의해 프레온의 염소원자가 분해되며, 이 염소원자는 지구로 입사되는 자외선을 차단하는 역할을 하는 오존층 파괴의 주요 원인이 된다.

따라서 1987년에는 프레온의 생산 및 소비량을 규제하고 점차 다른 냉매로 대체할 것을 합의하는 몬트리올 의정서가 채택되기에 이르렀다.

이산화탄소는 상기 프레온을 대체하여 사용되는 냉매로서, 이산화탄소는 그 유해성이 프레온에 비하여 적고, 압축효율이 높으며, 외부 유체(공기)에 대한 열전달특성이 우수하고, 체적냉방능력(증발잠열 x 기체밀도)이 우수하여 압축기의 용량을 감소시킬 수 있다는 등의 점에서 대체냉매로서 환영받고 있다.

이산화탄소의 압력-엔탈피 선도인 도 1 을 참조하여 이산화탄소의 냉동사이클을 설명하면 다음과 같다.

a-b 과정은 기상의 이산화탄소가 압축기에서 고온고압으로 압축되는 압축과정이고, b-c 과정은 상기 고온고압의 이산화탄소가 가스쿨러(종래의 증기압축식 냉동사이클에 있어서의 응축기에 해당하는 구성요소)에서 냉각되는 냉각과정이며, c-d 과정은 상기 냉각된 이산화탄소가 교축밸브 등에 의해서 저온저압으로 교축되는 교축과정이고, d-a 과정은 상기 교축된 이산화탄소가 증발기에 의해서 증발되는 증발과정이다. 이 증발과정에서 상기 이산화탄소가 증발잠열을 공기 등의 외부 유체로부터 빼앗아 외부유체를 냉각시킨다.

상기 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 냉방시스템은, 그 작동원리 및 구성이 종래의 냉방시스템과 전반적으로 유사하나, 냉방사이클에 있어서의 압축과정 후에 고온의 냉매로부터 외부공기로 열을 방출하는 과정에서 냉매가 상변화 없이 고압의 기상의 상태로 있다는 점이 상이하다.

이는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 이산화탄소의 임계점에서의 온도가 약 31℃로서, 프레온 등과 같은 증기압축식 냉동사이클에 사용되는 냉매의 임계점 온도보다 낮은 데에 기인한 것이다.

냉방장치의 통상적 조건을 상정하여 이산화탄소의 냉동사이클을 설정해보면, 가스쿨러로부터 냉매의 열을 충분히 방출하기 위하여는 상기 가스쿨러의 냉매유출구의 온도가 외부유체의 온도보다 높아야 하므로, 도 1 에 있어서의 c점의 온도는 40℃ 정도는 되어야 한다.

이에 따라 상기 가스쿨러의 온도를 40℃ 정도로 높게 하면 가스쿨러의 유입구 부근의 온도가 100℃를 초과하는 매우 높은 온도를 가지게 되고, 따라서 도 1 의 a-b-c-d-a를 따라서 형성될 수도 있는 냉동사이클은 e-f-g-h-e를 따라서 형성된다.

결국 이산화탄소는 매우 높은 압력하에서 작동하게 되므로 냉방장치, 특히 가스쿨러는 매우 높은 압력을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.

도 2는 종래에 따라 열교환기의 헤더탱크의 일실시예를 나타낸 단면도이다.

도시한 바와 같이 종래의 이산화탄소용 열교환기의 헤더탱크는 헤더(1)와 탱크(2)의 내주면에 내구성을 향상시키도록 압출재의 보강부재(3)를 결합하고, 상기 헤더(1) 및 보강부재(3)의 길이방향으로 일정간격으로 튜브(미도시)가 삽입되는 슬롯(1a)을 형성한 것이다.

또한, 상기 압출재의 보강부재(3)에는 길이방향으로 관통공(3a)이 형성되어 있다.

상기와 같은 이산화소용 열교환기의 헤더탱크는 헤더(1)와 탱크(2)의 내부에 압출재의 보강부재(3)를 결합함으로 고압에 견딜수 있고, 브레이징 시에 브레이징 면적을 넓일 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같은 헤더탱크는 보강부재(3)가 압출재로 이루어져 재료비가 많이 소요되고, 상기 보강부재(3)에 길이방향으로 형성된 관통공(3a)을 형성하기 위해 가공비도 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 상기 헤더탱크의 단면이 원형으로 이루어져 상기 헤더탱크의 내부에 결합되어진 보강부재(3)와의 결합공차가 정밀하여야 하고, 상기 결합공차가 정밀하게 가공되지 않으며, 브레이징 과정에서 버블리크가 발생될 위험이 매우 높다. (참고로, 버블리크는 부재가 면 접합되는 부위에서 브레이징 접합되지 않은 일부 부분에 의해 크랙이 발생하여 냉매가 누설(리크)되는 것을 나타내며 이하에서는 리크로 표현한다.)

즉, 보강부재(3)는 압출재로 구성되고, 헤더(1)가 클래드재로 구성되어 상기 헤더(1)의 클래드재가 압출재의 보강부재(3)와 탱크(2)를 브레이징시 결합시키게 되는데 정밀하게 가공되지 않으며 리크가 발생되는 것이다.

또한, 상기 헤더탱크의 내부에 일체형의 보강부재(3)를 결합시켜 헤더탱크의 무게도 증가하는 문제점이 있다.

또한, 보강부재 및 헤더/탱크의 전체면이 브레이징 접합되는 구조이므로 리크가 발생할 가능성이 매우 높다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 튜브가 삽입되는 슬롯의 양측에 접면부가 형성된 헤더의 접면부를 감싸도록 탱크에 폴딩부를 형성하여 내압성을 향상시키도록 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 폴딩부에 탭부를 연장하여 슬롯의 사이를 감싸도록 하여 내압성을 더욱 향상시키도록 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 탱크에 보조유로를 형성하여 냉매유로와 상호 연통되어 냉매가 분산되도록 함으로서, 냉매측 압력 손실을 방지하도록 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 길이방향으로 튜브가 삽입 고정되도록 복수의 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯의 양측에 각각 소정의 곡률반경을 갖는 접면부가 형성되도록 벤딩되어 일측에 개방부가 형성된 헤드와, 상기 개방부를 폐쇄하여 'D'자형 냉매유로를 형성하는 평탄부와 상기 평탄부에 연장되어 상기 접면부를 감싸는 한쌍의 폴딩부를 포함하는 탱크로 이루어지며, 상기 헤더의 양단부는 상기 탱크의 평탄부 상에 접합되는 것이다.

또한, 상기 평탄부에는 결합홈이 형성되어 상기 헤더의 양단부가 삽입되도록 하는 것이다.

또한, 상기 폴딩부의 단부에는 일정길이로 연장되어 상기 슬롯 사이를 감싸는 복수의 탭이 형성된 것이다.

또한, 상기 탱크의 평탄부의 외측에 보조유로가 형성되고, 상기 냉매유로와 연통공으로 상호 연통시킨 것이다.

또한, 상기 보조유로는 중앙을 중심으로 격벽이 형성된 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제1실시예 를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 길이방향으로 튜브(30)가 삽입 고정되도록 복수의 슬롯(11)이 형성되고, 상기 슬롯(11)의 양측에 각각 소정의 곡률반경을 갖는 접면부(12)가 형성되도록 벤딩되어 일측에 개방부(13)가 형성된 헤더(10)와, 상기 개방부(13)를 폐쇄하여 'D'자형 냉매유로(C)를 형성하는 평탄부(21)와 상기 평탄부(21)에 연장되어 상기 접면부(12)를 감싸는 한쌍의 폴딩부(22)를 포함하는 탱크(20)로 이루어지며, 상기 헤더(10)의 양단부는 상기 탱크(20)의 평탄부(21) 상에 접합되는 것이다.

또한, 상기 탱크(20)의 평탄부(21)에는 결합홈(21a)이 형성되어 상기 헤더(10)의 양단부가 삽입되도록 하여 브레이징성이 향상되고, 내압성도 향상되는 효과가 있다.(도 5참조)

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제2실시예를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 이 실시예는 제1실시예와 그 구조가 동일하며, 다른 부분만을 설명하면, 상기 탱크(20)의 폴딩부(22)의 단부에는 일정길이로 연장되어 상기 튜브(30)사이를 감싸는 복수의 탭(22a)이 형성되도록 하되, 상기 탭(22a)의 길이는 좌,우가 서로 동일하여 중앙에서 맞닿도록 하여 헤더탱크의 내압성을 더욱 향상시키도록 하는 것이다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제3실시예를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 이 실시예는 제1실시예와 그 구조가 동일하며, 다른 부분만을 설명하면, 상기 탱크(20)의 폴딩부(22)의 단부에는 일정길이로 연장되어 상기 튜브(30)사이를 감싸는 복수의 탭(22a)이 형성되도록 하되, 상기 탭(22a)의 길이는 좌,우가 서로 상이하여 엇갈리게 구성되도록 하여 헤더탱크의 내압성을 더욱 향상시키도록 하는 것이다.

상기의 제1,2,3실시예의 헤더(10)와 탱크(20)는 클래드재 또는 압출재의 어느 것을 사용해도 무방하다.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제4실시예를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 이 실시예는 제1실시예와 그 구조가 동일하며, 다른 부분만을 설명하면, 상기 탱크(20)의 평탄부(21)의 외측에 보조유로(23)를 형성하고, 상기 보조유로(23)와 냉매유로(C)를 상호 연통시키도록 하는 것이다.

즉, 상기 보조유로(23)와 냉매유로(C) 사이에 연통공(23a)을 형성시켜 튜브(30)를 통해 냉매유로(C)에 유입되는 냉매를 보조유로(23)로 분산시켜 냉매측 압력 손실을 방지하도록 하는 것이다.

또한, 상기 보조유로(23)는 중앙을 중심으로 격벽(23b)을 형성시켜 내압성을 향상시키도록 하는 것이 바람직하다.

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제5실시예를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 이 실시예는 제4실시예와 그 구조가 동일하며, 다른 부문만을 설명하면, 제2실시예와 같이 상기 탱크(20)의 폴딩부(22)의 단부에는 일정길이로 연장되어 상기 튜브(30) 사이를 감싸는 복수의 탭(22a)이 형성되도록 하되, 상기 탭(22a)의 길이는 좌,우가 서로 동일하여 중앙에서 맞닿도록 하여 헤더탱크의 내압성을 더욱 향상시키도록 하는 것이다.

도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 제6실시예를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 이 실시예는 제4실시예와 그 구조가 동일하며, 다른 부문만을 설명하면, 제3실시예와 같이 상기 탱크(20)의 폴딩부(22)의 단부에는 일정길이로 연장되어 상기 튜브(30) 사이를 감싸는 복수의 탭(22a)이 형성되도록 하되, 상기 탭(22a)의 길이는 좌,우가 서로 상이하여 엇갈리게 구성되도록 하여 헤더탱크의 내압성을 더욱 향상시키도록 하는 것이다.

상기 제4, 5, 6실시예의 탱크(20)는 압출재로 형성되고, 헤더(10)는 클래드재로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 열교환기의 헤더탱크는 내압성이 요구되는 이산화탄소 열교환기용으로 사용되는 것으로, 튜브(30)가 결합되는 슬롯(11)의 양측면에 접면부(12)가 형성된 헤더(10)와 상기 헤더(10)의 접면부(12)를 탱크(20)의 폴딩부(22)로 감싸도록 하는 것이다.

이때 본 발명의 탱크(20)의 폴딩부(22)로 헤더(10)의 슬롯(11)을 제외한 양측면의 접면부(12)를 감싸도록 함으로서, 내압성이 향상되는 것이다.

또한, 상기 폴딩부(22)의 단부에 일정길이 연장되어 슬롯(11)의 사이를 감싸는 복수의 탭(22a)을 형성하되, 상기 탭의 길이는 좌,우가 서로 동일하게 중앙에서 맞닿도록 할 수 도 있고, 상기 탭(22a)의 길이는 좌,우가 서로 상이하여 엇갈리게 구성하여 내압성을 더욱 향상시키도록 한다.

또한, 상기 탱크(20)의 평탄부(21)의 외측에는 보조유로(23)를 형성하여 상기 냉매유로(C)와 연통공(23a)으로 상호 연통시키고, 특히, 보조유로(23)의 중앙을 중심으로 격벽(23b)이 형성되도록 하여 냉매를 냉매유로(C)에서 보조유로로 분산시키도록 함으로서, 냉매측 압력 손실을 방지하도록 하는 것이다.

상기와 같이 내압성이 향상되는 본 발명의 헤더탱크는 길이방향 최외측에 엔드캡과 내부의 유로에 복수의 배플을 설치하여 다양한 유로를 형성하여 열교환기로 활용하도록 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크는 튜브가 삽입되는 슬롯의 양측에 접면부가 형성된 헤더의 접면부를 감싸도록 탱크에 폴딩부를 형성하여 내압성을 향상시키도록 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크는 폴딩부에 탭부를 연장하여 슬롯의 사이를 감싸도록 하여 내압성을 더욱 향상시키도록 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크는 탱크에 보조유로를 형성하여 냉매유로와 상호 연통되어 냉매가 분산되도록 함으로서, 냉매측 압력 손실을 방지하도록 하는 것이다.

Claims (5)

1. 길이방향으로 튜브(30)가 삽입 고정되도록 복수의 슬롯(11)이 형성되고, 상기 슬롯(11)의 양측에 각각 소정의 곡률반경을 갖는 접면부(12)가 형성되도록 벤딩되어 일측에 개방부(13)가 형성된 헤더(10)와,

   상기 개방부(13)를 폐쇄하여 'D'자형 냉매유로(C)를 형성하는 평탄부(21)와 상기 평탄부(21)에 연장되어 상기 접면부(12)를 감싸는 한쌍의 폴딩부(22)를 포함하는 탱크(20)로 이루어지며,

   상기 헤더(10)의 양단부는 상기 탱크(20)의 평탄부(21) 상에 접합되며,

   상기 평탄부(21)에는 결합홈(21a)이 형성되어 상기 헤더(10)의 양단부가 삽입되도록 하는 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 폴딩부(22)의 단부에는 일정길이로 연장되어 상기 슬롯(11) 사이를 감싸는 복수의 탭(22a)이 형성된 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 탱크의 평탄부(21)의 외측에 보조유로(23)가 형성되고, 상기 냉매유로(C)와 연통공(23a)으로 상호 연통시킨 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크.
5. 제4항에 있어서, 상기 보조유로(23)는 중앙을 중심으로 격벽(23b)이 형성된 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크.

Images