KR101104277B1 - 열교환기 - Google Patents

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오광헌
이덕호
임홍영
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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소용 열교환기에서 헤더파이프의 취약부위에 헤더파이프의 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부를 형성함으로서 헤더파이프의 강도를 증가하고 내압성을 향상시킨 열교환기에 관한 것이다.
이에 본 발명은 상호 나란하게 일정간격 이격되고 내부에 통로(113)가 형성된 한 쌍의 헤더파이프(110)(110a)와, 상기 한 쌍의 헤더파이프(110)(110a)에 양단부가 결합되는 다수의 튜브(130)와, 상기 헤더파이프(110)(110a)의 외측면 일정영역을 감싸도록 접합되는 접합부재(120)를 포함하여 이루어진 열교환기에 있어서, 상기 헤더파이프(110)(110a)의 강도를 증가할 수 있도록 상기 접합부재(120)의 양단부와 대응하는 위치에 헤더파이프(110)(110a)의 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부(115)(115a)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
열교환기, 이산화탄소, 헤더파이프, 살확장부, 접합부재

Description

열교환기{Heat exchanger}
도 1 은 종래의 열교환기를 나타내는 정면도,
도 2 는 도 1 에서의 A-A선 단면도,
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 헤더파이프와 접합부재가 결합된 상태를 나타내는 부분사시도,
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 헤더파이프와 접합부재가 분해된 상태를 나타내는 부분사시도,
도 5 는 도 3에서의 B-B선 단면도,
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환기에서 헤더파이프를 나타내는 부분사시도,
도 7 은 도 6에서의 C-C선 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100: 열교환기 110,110a: 헤더파이프
111: 접합부 112: 튜브홀
113: 통로 115,115a: 살확장부
120: 접합부재 121: 튜브삽입홀
130: 튜브 140: 방열핀
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소용 열교환기에서 헤더파이프의 취약부위에 헤더파이프의 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부를 형성함으로서 헤더파이프의 강도를 증가하고 내압성을 향상시킨 열교환기에 관한 것이다.
열교환기는 냉,난방시스템의 유로상에 설치되어 그 내부를 흐르는 열교환매체가 외기열을 흡열하도록 하거나 또는 자신의 열을 외부로 방열하는 방식으로 열교환을 수행하도록 하여 소정공간을 냉,난방할 수 있게 한다.
이러한 열교환기는 냉매를 열교환매체로 사용하는 응축기와 증발기, 그리고 냉각수를 열교환매체로 사용하는 라디에이터와 히터코어 등 사용목적과 용도에 따라 다양하게 제작되고 있다.
최근에는 지구 온난화 등의 문제로 인해 이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기가 개발되고 있는 바, 이러한 이산화탄소 냉매는 압축 효율이 우수하고 열전달 성능도 매우 우수하다는 점 등 많은 장점을 가지고 있다.
상기한 이산화탄소용 열교환기를 도 1 및 도 2 를 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다. 도시된 바와 같이, 상기 열교환기(1)는 좌,우로 일정간격 이격된 한 쌍의 헤더파이프(10)와, 상기 한 쌍의 헤더파이프(10)에 양단부가 결합되어 두 헤더파이프(10)를 연통시키는 다수의 튜브(20)와, 상기 튜브(20)들 사이에 개재되어 전열면적을 넓혀 열교환을 촉진시키는 방열핀(30)과, 상기 튜브(20) 및 방열핀(30)을 보호하기 위해 이들의 최외곽에 설치되는 사이드 서포트(40)로 구성된다.
여기서, 상기 헤더파이프(10)는 튜브(20)들의 양단이 결합될 수 있도록 다수의 튜브홀(10a)이 형성된다.
또한, 상기 한 쌍의 헤더파이프(10)의 내부에는 냉매가 상기 튜브(20)들을 지그재그 형태로 흐를 수 있도록 배플(60)이 교호적으로 설치된다.
따라서, 상기 열교환기(1)는 냉매가 입구파이프(50)를 통해 헤더파이프(10) 내부로 유입되고, 유입된 냉매는 배플(60)에 의해 튜브(20)들을 지그재그 형태로 흐르는 과정에서 외부공기와 활발한 열교환을 수행하게 되고, 이후 출구파이프(51)를 통해 배출되는 것이다.
이러한 이산화탄소용 열교환기(1)는 극히 높은 압력에서 작동하기 때문에 상기 헤더파이프(10)의 내압성을 향상시킬 수 있도록 헤더파이프(10)의 소재 두께를 일반 R134a 냉매를 사용하는 열교환기에 비해 월등히 증가시켜 구성해야 하며, 따라서, 상기 헤더파이프(10)의 외측에 접합부재(11)를 중첩하는 방식을 사용하여 내압성 향상을 도모하였다.
즉, 도 2는 상기 헤더파이프(10)에 접합부재(11)가 접합된 상태를 나타낸 것으로서, 소재두께가 두꺼운 상기 헤더파이프(10)는 튜브홀(10a)의 가공성을 향상하기 위해 튜브홀(10a)이 형성될 부분을 다른 부분에 비해 상대적으로 두께를 얇게 형성하게 되며, 이때 내압성의 향상을 위해 상기 헤더파이프(10)의 두께가 얇은 부분의 외측면에 접합부재(11)를 접합시키는 것이다.
그러나, 상기와 같이 튜브홀(10a)의 가공성 향상 및 소재두께의 증가를 목적으로 상기 튜브 삽입부측을 복수의 부재로 구성하게 되면, 상기 헤더파이프(10)와 접합부재(11)를 접합시키기 위해 접합부위에 도포되는 클래드 시트(미도시)의 구조상 접합상태에 대하여 완전한 신뢰성을 보장할 수 없게 된다.
즉, 상기 접합부재(11)의 양단부측 절단부위는 클래드 시트를 포함하지 않기 때문에 완벽한 접합상태를 유지하기 어렵고 따라서 내압성 저하 및 내압성 향상을 위한 소재 중첩의 효과가 미미한 문제가 있다.
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이산화탄소용 열교환기에서 헤더파이프의 취약부위에 헤더파이프의 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부를 형성함으로서 헤더파이프의 강도를 증가하고 내압성을 향상시킨 열교환기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상호 나란하게 일정간격 이격되고 내부에 통로가 형성된 한 쌍의 헤더파이프와, 상기 한 쌍의 헤더파이프에 양단부가 결합되는 다수의 튜브와, 상기 헤더파이프의 외측면 일정영역을 감싸도록 접합되는 접합부재를 포함하여 이루어진 열교환기에 있어서, 상기 헤더파이프의 강도를 증가할 수 있도록 상기 접합부재의 양단부와 대응하는 위치에 헤더파이프의 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부가 헤더파이프의 길이방향으로 형성되되, 상기 살확장부는 상기 접합부재가 미설치된 방향측에 연속적으로 형성되되, 그 양단부는 상기 접합부재의 양단부와 일정길이 중첩되게 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하 면 다음과 같다.
종래에 있어서와 동일한 구성에 대해서는 종래도면을 참조하여 설명하고 그 반복되는 설명은 생략한다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 헤더파이프와 접합부재가 결합된 상태를 나타내는 부분사시도이고, 도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 헤더파이프와 접합부재가 분해된 상태를 나타내는 부분사시도이며, 도 5 는 도 3에서의 B-B선 단면도,이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기(100)는 크게 한 쌍의 헤더파이프(110)와, 튜브(130)와, 접합부재(120)로 이루어진다.
먼저, 상기 한 쌍의 헤더파이프(110)는 상기 튜브(130)의 양단부에 결합될 수 있도록 상호 일정간격 이격되어 설치되고, 내부에는 열교환매체가 이동할 수 있도록 통로(113)가 형성되어 이루어진다.
또한, 상기 헤더파이프(110)에는 상기 튜브(130)들의 단부가 삽입/결합될 수 있도록 일정간격으로 다수의 튜브홀(112)이 형성되는데, 이때 상기 튜브홀(112)의 가공성을 향상하기 위해 튜브홀(112)이 형성될 부분의 헤더파이프(110) 두께는 얇게 형성된다.
즉, 상기 헤더파이프(110)에서 튜브홀(112)이 형성된 부분의 외측면 두께를 감소하여 상기 접합부재(120)가 접합될 수 있도록 접합부(111)가 일정깊이 단차지게 형성된다.
여기서, 상기 접합부(111)는 헤더파이프(110)의 외측면에서 적어도 절반 이 상이 되도록 형성하는 것이 바람직하지만, 반드시 여기에 한정되지 않고 상기 튜브홀(112) 보다 크게 형성하면 된다.
한편, 상기 헤더파이프(110)에는 열교환매체를 유입/배출할 수 있도록 입,출구파이프(50:종래)(51:종래)가 형성된다.
또한, 상기 헤더파이프(110)의 양단부에는 그 양단부를 밀폐할 수 있도록 엔드캡(미도시)이 설치된다.
아울러, 상기 한 쌍의 헤더파이프(110)의 내부에는 상기 입구파이프(50:종래)를 통해 유입된 열교환매체가 튜브(130)들을 지그재그 형태로 흐를수 있도록 유도하는 배플(60:종래)이 교호적으로 설치된다.
그리고, 상기 튜브(130)는 상기 한 쌍의 헤더파이프(110)의 각 튜브홀(112)에 양단부가 고정되게 결합되어 한 쌍의 헤더파이프(110)를 연통시키게 된다.
여기서, 상기 튜브(130)의 내부에는 열교환매체가 유동할 수 있도록 유로(미도시)가 형성되는데, 상기 유로는 단일유로로 형성될 수 도 있고, 하나의 이상의 멀티유로로 형성될 수 도 있다.
또한, 상기 다수의 튜브(130)들 사이에는 열교환을 촉진시키는 방열핀(140)이 개재되고, 열교환기(100)의 최외곽에는 상기 튜브(130) 및 방열핀(140)을 보호할 수 있도록 사이드서포트(40:종래)가 설치된다.
그리고, 상기 접합부재(120)는 상기 헤더파이프(110)의 외측면에 단차지게 형성된 접합부(111)에 접합된다.
여기서, 상기 접합부재(120)에는 상기 헤더파이프(110)에 형성된 튜브홀 (112)과 동일한 위치에 튜브삽입홀(121)이 형성된다.
그리고, 상기 헤더파이프(110)의 강도를 증가함과 아울러 내압성을 향상할 수 있도록 상기 헤더파이프(110)의 취약부위에 헤더파이프(110)의 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부(115)가 헤더파이프의 길이방향으로 형성된다.
상기 살확장부(115)는 상기 접합부재(120)의 양단부와 대응하는 위치에 각각 형성되되, 상기 접합부재(120)의 양단부를 기준으로 각각 양측방향으로 일정범위 감싸도록 형성된다.
따라서, 상기한 열교환기(100)는 상기 헤더파이프(110)의 취약한 부위인 상기 접합부재(120)의 양단부와 대응하는 위치에 상기 헤더파이프(110)의 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부(115)를 형성함으로서, 상기 헤더파이프(110)의 강도가 증가하고, 내압성이 향상되는 것이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환기에서 헤더파이프를 나타내는 부분사시도이고, 도 7 은 도 6에서의 C-C선 단면도로서, 상기한 제 1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하고 그 반복되는 설명은 생략한다.
도시된 바와같이, 제 2 실시예에서는 상기 제 1 실시예와 다른 구조의 헤더파이프(110a)의 취약부위에 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부(115a)를 형성한 것이다.
즉, 제 2 실시예에 따른 헤더파이프(110a)는 헤더파이프(110a)의 전체 두께가 비교적 얇게 형성되고, 이때 소재두께를 증가하여 강도를 보완할 수 있도록 헤 더파이프(110a)와 대략 비슷한 두께의 접합부재(120)를 헤더파이프(110a)의 튜브삽입부측 외측면에 접합시킨 구조이다.
여기서, 상기 살확장부(115a)는 상기 접합부재(120)가 미설치된 방향측에 연속적으로 형성되되 그 양단부측이 상기 접합부재(120)의 양단부와 일정길이 중첩되게 형성된다.
즉, 상기 접합부재(120)가 헤더파이프(110a)의 절반 이상으로 중첩되는 경우에 접합부재(120)의 성형 또는 탄성 등에 의해 양단부측의 접합이 불량하게 될 수 있기 때문에 상기 접합부재(120)의 양단부 주위에 살확장부(115a)를 형성하여 강도를 보강하는 구성이다.
그리고, 상기 접합부재(120)의 양단부와 살확장부(115a)의 중첩되는 길이(L)는 상기 헤더파이프(110a)의 소재 두께의 1∼2배 정도로 하는 것이 바람직하지만, 1.5배 이상이 되도록 하여 충분히 헤더파이프(110a)의 내측벽을 감싸도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 상기 헤더파이프(110)(110a)의 강도를 증가하기 위해 헤더파이프(110)(110a)의 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부(115)(115a)를 형성한 구성을 이산화탄소용 열교환기(100)에 적용한 경우에 대해서만 설명하였지만, 여기에 한정되지 않고 이산화탄소용 열교환기(100) 외에도 모든 열교환기에 적용할 수 있음은 물론이다.
상기한 본 발명에 따르면, 상기 헤더파이프의 취약부위에 헤더파이프의 내측 벽 두께를 증가시킨 살확장부를 형성함으로서, 상기 헤더파이프의 강도가 증가되고 내압성이 향상된다.

Claims (3)

  1. 상호 나란하게 일정간격 이격되고 내부에 통로(113)가 형성된 한 쌍의 헤더파이프(110)(110a)와, 상기 한 쌍의 헤더파이프(110)(110a)에 양단부가 결합되는 다수의 튜브(130)와, 상기 헤더파이프(110)(110a)의 외측면 일정영역을 감싸도록 접합되는 접합부재(120)를 포함하여 이루어진 열교환기에 있어서,
    상기 헤더파이프(110)(110a)의 강도를 증가할 수 있도록 상기 접합부재(120)의 양단부와 대응하는 위치에 헤더파이프(110)(110a)의 내측벽 두께를 증가시킨 살확장부(115)(115a)가 헤더파이프의 길이방향으로 형성되되,
    상기 살확장부(115a)는 상기 접합부재(120)가 미설치된 방향측에 연속적으로 형성되되, 그 양단부는 상기 접합부재(120)의 양단부와 일정길이 중첩되게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합부재(120)의 양단부와 살확장부(115a)의 중첩되는 길이(L)는 상기 헤더파이프(110a)의 소재 두께의 1∼2배인 것을 특징으로 하는 열교환기.
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