KR101128413B1 - 열교환기용 헤더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알루미늄 재질의 파이프 소재를 가공하는 과정에서 알루미늄 재질의 방열 튜브 양쪽 끝단과 접하게 되는 부분의 면적이 증대되도록 함으로써 방열 튜브의 접합이 더욱 견고하게 이루어질 수 있도록 한 열교환기용 헤더에 관한 것이다. 본 발명은 양쪽에 간격을 두고 설치되되 상호 마주하는 측에는 일정 간격을 두고 다수의 방열 튜브 조립공이 관통 형성된 헤더 및 헤더와 헤더 사이에 일정 간격을 두고 그 끝단이 방열 튜브 조립공에 끼워지는 방열 튜브를 포함하여 구성되되 방열 튜브 조립공에 방열 튜브의 끝단이 끼워진 상태에서 브레이징(brazing) 용접이 되어 헤더와 방열 튜브가 일체로 구성되는 열교환기에 있어서, 방열 튜브 조립공의 형성을 위해 파이프 소재를 가공하는 과정에서 방열 튜브 조립공의 길이방향 양쪽 테두리 내측에는 파이프 소재의 내부를 향해 내향 버(burr)가 돌출 형성되는 한편 방열 튜브 조립공의 폭방향 양쪽 테두리 외측에는 파이프 소재의 외부를 향해 외향 버(burr)가 돌출 형성된 구조로 이루어진다.

Description

열교환기용 헤더{Header of the heat exchanger}
본 발명은 열교환기용 헤더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 재질의 파이프 소재를 가공하는 과정에서 알루미늄 재질의 방열 튜브 양쪽 끝단과 접하게 되는 부분의 면적이 증대되도록 함으로써 방열 튜브의 접합이 더욱 견고하게 이루어질 수 있도록 한 열교환기용 헤더에 관한 것이다.
에어 컨디셔너, 냉장고, 자동차 냉방기 등의 장치는 열교환기를 포함하여 구성이 이루어지는데, 일반적인 열교환기는 헤더, 방열 튜브, 방열 핀 및 배플 등의 구성요소를 포함하여 구성이 이루어진다.
도 1 은 종래의 일반적인 열교환기의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 열교환기(10)의 헤더(12)는 상하방향 또는 좌우방향 양측에 소정의 간격을 두고 상호 마주하는 형태로 설치가 되고, 양쪽에 위치된 헤더(12)가 상호 마주하는 면 상에는 일정 간격을 두고 방열 튜브(14)의 끝단이 접속이 되는 한편 방열 튜브(14)와 방열 튜브(14) 사이에는 박판의 금속이 지그재그 형태로 배열이 된 방열 핀(16)이 설치된다. 전술한 열교환기(10)의 헤더(12), 방열 튜브(14) 및 방열 핀(16) 등의 구성요소는 열전도율이 우수하고 내식성이 우수한 알루미늄 또는 구리 등의 금속으로 이루어지는 것이 일반적이다.
도 2 는 종래의 열교환기에 적용되는 헤더의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 종래의 열교환기용 헤더(12)는 도면에 도시된 바와 같이 방열 튜브(14)의 끝단이 일정 부분 끼워진 상태에서 브레이징(brazing) 용접이 이루어질 수 있도록 일정 간격을 두고 방열 튜브 조립공(12a)이 관통 형성된 알루미늄 재질의 파이프 소재로 이루어진다.
한편, 알루미늄 재질의 파이프 소재에 방열 튜브 조립공(12a)이 형성되는 과정은 파이프 소재 내부에 맨드릴이 설치된 상태에서 방열 튜브(14)에 대응하는 크기를 갖는 펀치의 펀칭 동작을 통해 해당 부분이 버링(burring)되거나 피어싱(piercing)이 되는 프레스 가공공정을 통해서 이루어진다. 따라서, 종래의 열교환기용 헤더(12)에 형성되는 방열 튜브 조립공(12a)의 절단면 즉, 방열 튜브(14)의 끝단이 접하게 되는 면적이 제한적으로 형성될 수밖에 없었다.
그런데 일반적인 열교환기의 헤더에는 다수의 방열 튜브가 일정 간격을 두고 접속이 되고 방열 튜브와 방열 튜브 사이에는 조밀한 간격의 방열 핀이 설치된 상태에서 브레이징 용접을 통해 각 구성요소의 접합부분이 용접되게 하는 과정에서 방열 튜브의 끝단이 접하게 되는 방열 튜브 조립공의 면적이 비교적 좁아 용접 불량이 발생하게 되는 등의 문제점이 있었다.
또한, 열교환기에 외부 힘이 가해질 경우 헤더와 방열 튜브 사이의 용접 부분이 약하기 때문에 쉽게 파손되거나 해당 부분에서 누수가 발생하게 되는 등의 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 창안이 된 것으로서, 알루미늄 재질의 파이프 소재를 가공하는 과정에서 알루미늄 재질의 방열 튜브 양쪽 끝단과 접하게 되는 부분의 면적이 증대되도록 함으로써 방열 튜브의 접합이 더욱 견고하게 이루어질 수 있도록 한 열교환기용 헤더를 제공하는 데 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다.
본 발명은 양쪽에 간격을 두고 설치되되 상호 마주하는 측에는 일정 간격을 두고 다수의 방열 튜브 조립공이 관통 형성된 헤더 및 양쪽에 위치된 헤더와 헤더 사이에 일정 간격을 두고 그 끝단이 방열 튜브 조립공에 끼워지는 방열 튜브를 포함하여 구성되되 방열 튜브 조립공에 방열 튜브의 끝단이 끼워진 상태에서 브레이징(brazing) 용접이 되어 헤더와 방열 튜브가 일체로 구성되는 열교환기에 있어서, 방열 튜브 조립공의 형성을 위해 파이프 소재를 가공하는 과정에서 방열 튜브 조립공의 길이방향 양쪽 테두리 내측에는 파이프 소재의 내부를 향해 내향 버(burr)가 돌출 형성되는 한편 방열 튜브 조립공의 폭방향 양쪽 테두리 외측에는 파이프 소재의 외부를 향해 외향 버(burr)가 돌출 형성된 구조로 이루어진다.
본 발명에 따른 열교환기용 헤더에서 방열 튜브 조립공의 길이방향 양쪽 테두리 외측은 곡면상으로 형성된 구조로 이루어진다.
본 발명에 따른 열교환기용 헤더에서 내향 버 및 외향 버는 파이프 소재의 내부에 맨드릴이 설치된 상태에서 파이프 소재 외부에서 펀치가 파이프 소재 내부로 인입 및 반출되도록 펀칭하는 버링 공정에서 형성되되 내향 버는 파이프 소재 내부로 파이프 소재의 일부가 밀려 들어가 형성되는 한편 외향 버는 파이프 소재 외부로 파이프 소재의 일부가 밀려 나와 형성된 구조로 이루어진다.
본 발명에 따른 열교환기용 헤더에서 외향 버의 내측면은 경사지게 형성되되 그 경사각은 20°~ 45° 범위 내에서 형성된 구조로 이루어진다.
본 발명에 따른 열교환기용 헤더에서 파이프 소재는 알루미늄 재질로 이루어진다.
본 발명에 따른 열교환기용 헤더에 의하면 방열 튜브가 접속되도록 헤더 상에 관통 형성되는 방열 튜브 조립공의 테두리 면적이 방열 튜브 조립공의 형성 과정에서 확대됨으로써 브레이징 용접이 더욱 견고하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열교환기용 헤더에 의하면 헤더에 관통 형성된 방열 튜브 조립공에 대한 방열 튜브의 조립이 더욱 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 일반적인 열교환기의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 2 는 종래의 기술에 의해 구성된 열교환기용 헤더의 구성도.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더의 사시도.
도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더의 정단면도.
도 5 는 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더의 측단면도.
도 6 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 열교환기용 헤더의 사시도.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더의 구성 및 작용 효과에 대하여 첨부된 도면을 참조하면서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도면 중에 표시되는 도면부호 100 은 본 발명의 실시 예에 따라 구성된 열교환기용 헤더를 지시하는 것이며, 도면부호 200 은 열교환기의 방열 튜브를 지시하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더(100)는 방열 튜브(200) 및 방열 핀 등과 함께 열교환기의 일부를 이루는 것이다. 즉, 별도로 제작된 헤더(100), 방열 튜브(200) 및 방열 핀 등은 브레이징 용접 공정을 통해서 하나의 열교환기로 일체화된다. 열교환기의 헤더(100)는 상하방향 또는 좌우방향 양쪽에 일정 간격을 두고 한 쌍으로 설치되는 한편 상호 마주하는 측에는 일정 간격을 두고 다수의 방열 튜브 조립공(110)이 관통 형성이 된다. 그리고 열교환기의 방열 튜브(200)는 전술한 헤더(100)의 방열 튜브 조립공(110)에 그 끝단이 각각 끼워져 양쪽에 위치된 헤더(110) 사이에 유체가 통과될 수 있게 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더(100)에서 방열 튜브 조립공(110)은 알루미늄 재질의 파이프 소재(100A) 내부에 맨드릴이 설치된 상태에서 파이프 소재(100A)의 외부에서 펀치로써 파이프 소재(100A) 내부로 인입 및 반출되도록 펀칭하는 버링(burring) 공정을 통해서 형성이 된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더(100)는 알루미늄 재질의 파이프 소재(100A)로 이루어지는데, 버링 공정을 통해서 파이프 소재 상에는 일정 간격을 두고 다수의 방열 튜브 조립공(110)이 관통 형성된다.
특히, 방열 튜브 조립공(110)의 형성을 위해 파이프 소재(100A)를 가공하는 과정에서 방열 튜브 조립공(110)의 길이방향 양쪽 테두리 내측에는 파이프 소재(100A)의 내부를 향해 내향 버(burr, 112)가 돌출 형성되는 한편 방열 튜브 조립공(110)의 폭방향 양쪽 테두리 외측에는 파이프 소재(100A)의 외부를 향해 외향 버(burr, 114)가 돌출 형성된다.
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더(100)의 제작을 위해 파이프 소재(100A)가 프레스 가공되는 과정에서 방열 튜브 조립공(110)의 길이방향 양쪽 테두리 외측은 도면에 도시된 바와 같이 곡면상으로 형성된다. 즉, 파이프 소재(100A)가 펀치로써 펀칭이 되어 방열 튜브 조립공(110)이 관통 형성이 되는 과정에서 파이프 소재(100A)의 내부에 설치된 맨드릴과 펀치에 의해서 파이프 소재(100A)가 변형되면서 방열 튜브 조립공(110)의 길이방향 양쪽 테두리 외측은 곡면상으로 꺾인 구조로 이루어진다.
전술한 내향 버(112) 및 외향 버(114)는 전술한 바와 같이 파이프 소재(100A)의 내부에 맨드릴이 설치된 상태에서 파이프 소재(100A) 외부에서 펀치로써 파이프 소재(100A) 내부로 인입 및 반출되도록 펀칭하는 과정에서 형성되는데, 내향 버(112)는 파이프 소재(100A) 내부로 파이프 소재(100A)의 일부가 밀려 들어가 형성되는 한편 외향 버(114)는 파이프 소재(100A)의 외부로 파이프 소재(100A)의 일부가 밀려 나와 형성이 된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더(100)에서 외향 버(114)의 내측면은 경사지게 형성되는데, 외향 버(114)의 내측면 경사각(α)은 20° ~ 45° 범위 내에서 형성이 된다. 즉, 파이프 소재(100A)가 펀치로써 펀칭이 되어 방열 튜브 조립공(110)이 관통 형성이 되는 과정에서 파이프 소재(100A)의 내부에 설치된 맨드릴과 펀치에 의해서 파이프 소재(100A)가 변형되면서 외향 바(114)의 내측면은 경사지게 형성이 된다.
전술한 바와 같이 파이프 소재(100A)에 일정 간격을 두고 다수의 방열 튜브 조립공(110)이 관통 형성된 상태의 열교환기용 헤더(110)에는 별도의 브레이징(brazing) 용접 공정을 통해서 방열 튜브(200)가 일체로 접합이 된다. 즉, 열교환기용 헤더(100)에 관통 형성된 각각의 방열 튜브 조립공(110) 상에는 각 방열 튜브(200)의 끝단이 끼워진 상태에서 브레이징 용접이 되어 헤더(100)와 방열 튜브(200)는 일체화가 된다.
그런데 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더(100)의 방열 튜브 조립공(110)의 테두리 상에는 파이프 소재(100A)가 프레스 가공이 되는 과정에서 내향 버(112) 및 외향 버(114)가 형성이 됨에 따라서 방열 튜브(200)의 끝단과 접하게 되는 면적이 상대적으로 넓어지게 된다. 따라서, 열교환기용 헤더(100)와 방열 튜브(200) 사이의 브레이징 용접이 더욱 견고하게 이루어질 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 열교환기용 헤더(100)의 제작을 위해서 파이프 소재(100A)가 버링 가공이 되는 과정에서는 도 6 에 도시된 바와 같이 별도로 제작된 배플(130)의 설치를 위한 배플 조립공(120)이 관통 형성될 수 있다. 즉, 열교환기의 헤더(100)와 헤더(100) 사이에 설치된 방열 튜브(200)를 통해서 유체가 흐르는 방향의 설정을 위한 배플(130)이 조립될 수 있도록 파이프 소재(100A) 상에는 일정 간격을 두고 하나 이상의 배플 조립공(120)이 형성될 수 있다. 배플 조립공(120)에 설치되는 배플(130)도 방열 튜브(200)와 마찬가지로 브레이징 용접을 통해서 열교환기용 헤더(100)의 파이프 소재(110)와 일체화된다.
한편, 본 발명에 따른 열교환기용 헤더(100)의 방열 튜브 조립공(112)의 길이방향 양쪽 테두리 외측은 곡면상으로 형성이 됨에 따라서 헤더(100)에 대한 방열 튜브(200)의 조립이 더욱 수월하게 이루어질 수 있게 된다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수가 있다.
100. 열교환기용 헤더 100A. 파이프 소재
110. 방열 튜브 조립공 112. 내향 버
114. 외향 버 120. 배플 조립공
130. 배플 200. 방열 튜브

Claims (5)

  1. 알루미늄 재질로 이루어져 양쪽에 간격을 두고 설치되되 상호 마주하는 측에는 일정 간격을 두고 다수의 방열 튜브 조립공이 관통 형성된 헤더 및 양쪽에 위치된 헤더와 헤더 사이에 일정 간격을 두고 그 끝단이 상기 방열 튜브 조립공에 끼워지는 방열 튜브를 포함하여 구성되되 상기 방열 튜브 조립공에 방열 튜브의 끝단이 끼워진 상태에서 브레이징(brazing) 용접이 되어 상기 헤더와 방열 튜브가 일체로 구성되는 열교환기에 있어서, 상기 방열 튜브 조립공의 형성을 위해 파이프 소재를 가공하는 과정에서 상기 방열 튜브 조립공의 길이방향 양쪽 테두리 내측에는 상기 파이프 소재의 내부를 향해 내향 버(burr)가 돌출 형성되는 한편 상기 방열 튜브 조립공의 폭방향 양쪽 테두리 외측에는 상기 파이프 소재의 외부를 향해 외향 버(burr)가 돌출 형성되되,
    상기 방열 튜브 조립공의 길이방향 양쪽 테두리 외측은 곡면상으로 형성되고, 상기 내향 버 및 외향 버는 파이프 소재의 내부에 맨드릴이 설치된 상태에서 파이프 소재 외부에서 펀치가 파이프 소재 내부로 인입 및 반출되도록 펀칭하는 버링 공정에서 형성되되 상기 내향 버는 파이프 소재 내부로 파이프 소재의 일부가 밀려 들어가 형성되는 한편 상기 외향 버는 파이프 소재 외부로 파이프 소재의 일부가 밀려 나와 형성되며, 상기 외향 버의 내측면은 경사지게 형성되되 그 경사각은 20°~ 45° 범위 내에서 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 헤더.
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