KR101144583B1 - 플라스틱 열교환기의 제조방법 및 이에 따른 플라스틱열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 열교환기의 제조방법 및 이에 따른 플라스틱 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스틱 재질의 열교환기 관과 헤더를 열융착지그로 용융압착하여 플라스틱 열교환기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 헤더(10)는 융착비드(11), 내주 용융물 유입홈부(12) 및 외주 용융물 유입홈부(13)를 포함하는 것으로서, 용융압착시 생기는 용융물이 상기 내주 용융물 유입홈부(12) 및 외주 용융물 유입홈부(13)로 유입되도록 하는 것에 특징이 있는 플라스틱 열교환기의 제조방법 및 이에 따른 플라스틱 열교환기에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 열교환기 관과 헤더의 용융비드의 용융물이 보다 넓은 면적에서 접합됨으로써 견고한 결합이 가능하며, 이를 통해 냉매의 기밀성과 내압성을 향상시킨 것이다.

또한, 본 발명의 플라스틱 열교환기는 헤더에 열교환기 관 지지용 리브(rib) 구조를 형성하여, 용융압착시 열교환기 관을 견고히 지지해줌과 동시에 플라스틱 열교환기의 구조적 안정성을 확보하는 효과를 가진다.

플라스틱 열교환기, 열융착지그, 용융압착, 냉매, 헤더, 융착비드

Description

플라스틱 열교환기의 제조방법 및 이에 따른 플라스틱 열교환기{METHOD OF PREPARING PLASTIC HEAT EXCHANGER AND PLASTIC HEAT EXCHANGER PREPARED BY THE SAME}

본 발명은 플라스틱 재질의 열교환기 관과 헤더의 접합부를 열융착지그로 용융압착하여 플라스틱 열교환기를 제조하는 방법에 관한 것이다.

플라스틱 열교환기를 제작하는 데 있어 압출 성형된 열교환기 관(tube)과 사출성형된 헤더의 결합부분은 높은 내압으로 인해 냉매 기밀성을 확보하기 어렵다는 문제점을 가지고 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로 제안된 국내 등록특허공보 제10-0366430호(명칭: 플라스틱 열교환기의 관군헤더 접합방법)에는, 열교환기의 재질을 플라스틱으로 하고 관과 헤더를 역삼각형태의 열융착 성형금형으로 융착시켜 플라스틱 열교환기를 제조하는 방법을 제안하고 있으나, 이는 냉매기밀성 확보를 위한 관과 헤더의 용융에 의한 형태 변형 등의 결합이 아닌 열융착 성형금형의 열을 통해 관과 헤더부를 단순접합시키는 방법만을 제안하고 있었다. 이는 열교환기에서 필수적으로 요구되는 냉매의 기밀성 유지 등의 문제점을 해결하지 못할 뿐만 아니 라, 그로 인해 냉동 사이클의 응축기 냉매압을 유지하지 못하여 냉동 사이클이 제대로 이루어지지 않아 열교환기의 냉동성능이 떨어지는 단점이 있었다.

플라스틱 재질의 열교환기 관과 헤더를 열융착지그로 용융압착하여 플라스틱 열교환기를 제조하는 방법에 관한 국내특허출원 제10-2006-0076295호(명칭: 플라스틱 열교환기 및 그의 제조방법)가 존재하는 바, 이는 본 발명에서 후술될 비교예를 통해 검토될 것이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 열교환기관과 헤더의 접합이 보다 견고하게 이루어지도록 하여 냉매의 기밀성을 향상시키기 위한 플라스틱 열교환기 제조용 헤더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 열교환기 관과 헤더의 접합이 보다 견고하게 이루어지도록 하여 냉매의 기밀성을 향상시키기 위한 플라스틱 열교환기의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 플라스틱 열교환기의 제조방법에 따라 제조되는 플라스틱 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여,

플라스틱 재질의 열교환기 관과 헤더가 용융압착되어 형성되는 플라스틱 열교환기의 제조용 헤더에 있어서,

열교환기 관(20)의 끝단과 함께 용융되는 융착비드(11);

상기 열교환기 관(20)과 상기 융착비드(11) 사이에 형성되며, 열교환기 관(20)과 융착비드(11)의 용융물이 유입되는 내주 용융물 유입홈부(12); 및

상기 융착비드(11)의 외주면을 따라 형성되며, 열교환기의 관(20)과 융착비 드(11)의 용융물이 유입되는 외주 용융물 유입홈부(13)를 포함하는 플라스틱 열교환기 제조용 헤더를 제공한다.

또한, 플라스틱 재질의 열교환기 관과 헤더를 열융착지그로 용융압착하여 플라스틱 열교환기를 제조하는 방법에 있어서,

상기 헤더(10)는 열교환기 관(20)의 끝단과 함께 용융되는 융착비드(11); 상기 열교환기 관(20)과 상기 융착비드(11) 사이에 형성되며 열교환기 관(20)과 융착비드(11)의 용융물이 유입되는 내주 용융물 유입홈부(12); 및 상기 융착비드(11)의 외주면을 따라 형성되며 열교환기의 관(20)과 융착비드(11)의 용융물이 유입되는 외주 용융물 유입홈부(13)를 포함하는 것으로서,

상기 열교환기 관(20)을 상기 헤더(10)에 결합하는 단계; 및

상기 결합된 헤더(10)와 열교환기 관(20)의 접합부를 열융착지그(30)로 용융압착시키는 단계를 포함하며,

상기 용융압착시 생기는 용융물은 상기 내주 용융물 유입홈부(12) 및 외주 용융물 유입홈부(13)로 유입되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 열교환기의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 플라스틱 열교환기의 제조방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 열교환기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 열교환기 관과 헤더의 용융비드의 용융물이 보다 넓은 면적에서 접합됨으로써 견고한 결합이 가능하며, 이를 통해 냉매의 기밀성과 내압성 이 향상되는 효과를 가진다.

이로 인해 금속 재질의 열교환기와 동등 이상의 열교환 성능을 가지면서도 가격이 저렴하고 제조 공정이 간단하여 양산에 의한 대량 생산이 가능하다.

또한, 본 발명은 열교환기 관 지지용 리브(rib) 구조의 형성으로 인해 용융압착시 열교환기 관을 견고히 지지해줌과 동시에 플라스틱 열교환기의 구조적 안정성을 확보하는 효과를 가진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 플라스틱 열교환기의 입체도이다.

상기 도 1에서 보는 바와 같이, 플라스틱 열교환기는 압출방식에 의해 형성된 플라스틱 재질의 열교환기 관(20)과 사출방식에 의해 형성된 헤더(10)로 이루어진다.

상기 열교환기 관(20)의 성형을 위한 압출방식은 압출기에 원료를 공급하고 원하는 형태의 내경을 가진 금형에서 밀어내어 일정한 모양의 단면을 가진 연속체로 변환하는 성형법으로서, 제품을 대량생산함에 있어 적합하며 다양한 모양으로 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 헤더(10)의 성형을 위한 사출방식은 원하는 형태의 사출틀 즉, 사출금형을 제작하고 그 안에 용융된 플라스틱 등의 수지를 주입시킨 후 응고시켜 생산하는 것으로서, 생산단가가 저렴하고 대량생산에 유리한 장점이 있다.

본 발명에서는 이러한 플라스틱 열교환기를 플라스틱 재질의 열교환기 관과 헤더의 접합부를 열융착지그로 용융압착하여 제조한다.

상기 본 발명에 따른 열교환기 관과 헤더의 접합부를 도 2에 나타내었다. 도 2는 본 발명에 따른 열교환기 관과 헤더의 접합부에 대한 사시도(A) 및 단면도(B)로서, 열교환기 관(20)과 헤더(10)가 이의 접합부에서 용융되기 전의 결합된 상태 및 헤더(10)의 세부 융착 구조를 나타내고 있다.

상기 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 헤더(10)의 접합부는 열교환기 관(20)의 끝단과 함께 용융되는 융착비드(11), 상기 열교환기 관(20)과 상기 융착비드(11) 사이에 형성되며 열교환기 관(20)과 융착비드(11)의 용융물이 유입되는 내주 용융물 유입홈부(12), 및 상기 융착비드(11)의 외주면을 따라 형성되며 열교환기의 관(20)과 융착비드(11)의 용융물이 유입되는 외주 용융물 유입홈부(13)로 이루어진다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열융착 과정을 나타내는 단면도이다.

상기 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 플라스틱 열교환기는 플라스틱 열교환기 관(20)을 헤더(10)에 결합한 후 그 접합부를 열융착지그(30)를 통해 동시에 녹이면서 압착시킴으로써, 상기 열교환기 관(20)과 헤더(10)를 완전하게 열융착시켜 제조한다.

이때, 상기 헤더(10)의 접합부에 위치한 융착비드(11)는 열에 의해 플라스틱 열교환기 관(20)의 끝단과 동시에 용융되며, 이는 열융착지그(30)에 의한 용융시 그 결합을 더욱 견고히 하게 한다.

상기의 과정에서 열교환기 관(20)과 융착비드(11)가 함께 용융되어 생긴 용 융물은 헤더(10)의 접합부에서 상기 열교환기 관(20)과 융착비드(11) 사이에 형성된 내주 용융물 유입홈부(12)로 유입되게 된다.

상기 내주 용융물 유입홈부(12)는 상기 용융물이 유입되어 견고한 접합이 가능하도록 홈 바닥에서부터 소정의 높이(h₂)까지 소정의 각도(θ₁)를 가진 경사면과 상기 높이(h₂) 이상부터 일정한 소정의 폭(w₁)을 가지게 제작하는 것이 바람직하다.

상기 내주 용융물 유입홈부(12)의 구성으로 인하여 상기 열교환기 관(20)의 용융물과 헤더(10)의 융착비드(11)의 용융물이 넓은 면적에서 접합됨으로써 보다 견고한 결합이 가능해지며, 이로 인해 냉매의 기밀성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 열교환기 관(20)과 융착비드(11)의 용융물은 헤더(10)의 접합부에서 상기 융착비드(11)의 외주면을 따라 형성되는 외주 용융물 유입홈부(13)로 유입되게 된다.

이때 상기 외주 용융물 유입홈부(13)는 상기 용융물이 유입되어 견고한 접합이 가능하도록 홈 바닥이 소정의 폭(w₂)을 가진 평면으로 이루어지며 상기 폭(w₂) 이상부터 소정의 각도(θ₂)를 가진 경사면으로 이루어지도록 제작하는 것이 바람직하다.

이리하여 융착비드(11)의 외주 방향으로 유입된 용융물의 누설이 방지되며, 열교환기 관(20)과 헤더(10) 사이의 접합강도를 증가시키게 된다.

한편, 본 발명에서는 내주 용융물 유입홈부(12)의 형성으로 인하여 융착비드(11)와 열교환기 관(20) 사이의 간격이 발생해 융착시 열교환기 관(20)이 헤 더(10)에 단단히 결합되지 못하는 단점이 있는 바, 이를 해결하기 위해 상기 열교환기 관(20)과 헤더(10)가 접합되지 않은 곳, 즉 헤더(10)의 접합부 반대면에 상기 열교환기 관(2)을 지지해주는 리브(rib) 구조(14)를 더욱 형성한다.

이는 융착시 헤더(10)에 삽입된 열교환기 관(20)이 단단히 고정되게 하는 역할 뿐 아니라 제품 제작 완료 후 플라스틱 열교환기의 구조적 안정성을 향상시키는 역할을 하게 된다.

플라스틱 열교환기 관(20)과 헤더(10)의 접합부를 동시에 열융착시키기 위한 열융착지그는 도 3에 나타내었다.

상기 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 열융착지그(30)는 삽입부(31), 몸통부(32), 융착부(33) 및 융착골(34)이 일체형으로 이루어져 있다.

상기 삽입부(31)는 플라스틱 열교환기 관(20)과 헤더(10)의 접합부의 열융착시 열교환기 관(20)으로의 원할한 삽입을 위해 원뿔형으로 제작되는 것이 바람직하다.

상기 몸통부(32)는 열에 의한 융착시 열교환기 관(20)의 내부 형상을 유지하기 위하여 열교환기 관(20)의 내경과 대응되는 외경을 가진 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 융착부(33)는 상기 몸통부(32)의 밑면을 중심으로 소정의 폭을 가진 평평한 면과 소정의 각도를 가진 경사면을 따라 이루어지는 것으로서, 상기 헤더(10)의 융착비드(11)와 열교환기 관(20)이 용융된 용융물이 상기 내주 용융물 유입홈부(12)에 원할이 유입될 수 있도록 하기 위해 내주 용융물 유입홈부(12) 방향으로 경사지게 형성된다.

상기 융착골(34)은 상기 융착부(33)의 일부로서, 상기 몸통부(32)의 밑면을 중심으로 소정의 폭을 가진 평평한 면의 홈을 형성하고 있다. 이는 열융착지그(30)에 의한 열융착시 상기 내주 용융물 유입홈부(1b) 및 외주 용융물 유입홈부(1c)를 따라 접합하여 상기 용융물의 누설을 방지하는 동시에 접합 후의 형태를 형성할 수 있게 구성되는 것으로서, 내부 골의 형태에 따라 열교환기 관(20)과 헤더(10)의 접합부의 열융착 후의 결합형태가 결정된다.

본 발명에서는 또한 상기와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 플라스틱 열교환기를 제공한다.

상기 본 발명의 실시예에 따라 제조된 플라스틱 열교환기는 헤더와 열교환기 관의 견고한 결합으로 인해 냉매의 기밀성 및 내압성 등이 향상된다.

이는 본 발명의 비교예를 제시한 도 5 및 6을 통하여 비교 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 비교예에 따른 열교환기 관과 헤더의 접합부에 대한 단면도이다.

상기 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 열교환기 관(20)과 헤더(10)의 접합부는 융착비드(11) 및 상기 융착비드(11)의 외주면을 따라 형성되는 외주 용융물 유입홈부(13)로 이루어진다. 즉, 본 발명의 실시예와 비교하여 상기 헤더(10)의 접합부는 열교환기 관(20)과 융착비드(11) 사이에 내주 용융물 유입홈부가 형성되어 있지 않다.

도 6은 본 발명의 비교예에 따른 열융착 과정을 나타내는 단면도이다.

상기 도 6에서 보는 바와 같이, 플라스틱 열교환기 관(20)을 헤더(10)에 결합한 후 그 접합부를 열융착지그(30)를 통해 동시에 녹이면서 압착시킴으로써, 상기 열교환기 관(20)과 헤더(10)를 완전하게 열융착시켜 플라스틱 열교환기를 제조하게 된다. 이때, 헤더(10)의 접합부에 내주 용융물 유입홈부가 존재하지 않아 열교환기 관(20)과 융착비드(11)와의 용융물이 외주 방향으로만 유입되어서 융착면(40)이 넓게 형성되지 못하는 한계가 있다.

따라서 본 발명에서는 헤더에 내주 용융물 유입홈부가 더욱 형성됨으로써, 열교환기 관과 헤더의 용융비드의 용융물이 보다 넓은 면적에서 접합되어 견고한 결합이 가능하며, 이를 통해 냉매의 기밀성과 내압성이 향상되는 효과를 가지게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 플라스틱 열교환기의 조립도이다.

상기 도 7에서 보는 바와 같이, 상기 열교환기 관(20)을 헤더(10)의 접합부에 삽입하여 결합한 후 열융착지그(30)로 동시에 열융착시키는 단계를 거친 후에는 헤더(10)에 사출방식에 의해 제작된 헤더캡(50)을 융착 시키게 되는데, 헤더(10)와 헤더캡(50)의 융착은 일반적인 공지의 기술인 진동융착, 초음파 융착, 열융착 등의 다양한 방법이 적용가능 하다.

도 8은 본 발명에 따른 플라스틱 열교환기의 조립과정을 나타낸 사시도이다.

상기 도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 플라스틱 열교환기는 냉매 입구관(60)과 냉매 출구관(70)을 가진다. 사출방식에 의한 헤더캡(50) 형성시 냉매 입구관(60)과 냉매 출구관(70)을 인서트(Insert)사출로 구성하여, 냉매 입구 관(60)과 냉매 출구관(70)이 헤더캡(50)과 완벽하게 일체형으로 형성되게 함으로서 냉매 누설에 대한 신뢰성을 보장하게 된다.

이상에서 본 발명의 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

도 1은 플라스틱 열교환기의 입체도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기 관과 헤더의 접합부에 대한 사시도(A) 및 단면도(B)이다.

도 3은 본 발명에 따른 열융착지그의 사시도(A) 및 단면도(B)이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열융착 과정을 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 비교예에 따른 열교환기 관과 헤더의 접합부에 대한 단면도이다.

도 6은 본 발명의 비교예에 따른 열융착 과정을 나타내는 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 플라스틱 열교환기의 조립도이다.

도 8은 본 발명에 따른 플라스틱 열교환기의 조립과정을 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 헤더 11: 융착비드

12: 내주용융물유입홈부 13: 외주용융물유입홈부

14: 관 지지용 리브(rib) 20: 플라스틱 열교환기 관

30: 열융착지그 31: 삽입부

32: 몸통부 33: 융착부

34: 융착골 40: 융착면

50: 헤더캡 60: 냉매 입구관

70: 냉매 출구관

Claims (7)

1. 플라스틱 재질의 열교환기 관과 헤더가 열융착 지그를 통해 열 융착하여 형성되고, 상기 헤더의 접합부가 융착비드 및 상기 융착비드의 외주면을 따라 용융물의 누설방지를 위한 폭과 용융물의 견고한 접합과 접합후의 형태를 형성하기 위한 각도를 가지게 형성하여 융착비드의 용융물이 유입되는 외주 용융물 유입홈부(13);를 포함하는 플라스틱 열교환기 제조용 헤더에 있어서,

   상기 융착비드는 열교환기 관(20)의 외주면에 이설되고 열에 의해 플라스틱 열교환기 관(20)의 끝단과 함께 형성되는 타입(11)을 갖고,

   상기 열교환기 관(20)과 상기 융착 비드(11) 사이에 용융물의 누설방지를 위한 폭과 용융물의 견고한 접합과 접합후의 형태를 형성하기 위한 각도를 가지게 형성하여 열교환기 관(20)과 융착비드(11)의 용융물이 1차적으로 유입되는 내주 용융물 유입홈부(12)를 포함하고,

   상기 헤더의 접합부와 열교환기 관(20)과의 접합 타측에 상기 열교환기 관(20)을 지지해주는 리브(rib) 구조(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 열교환기 제조용 헤더.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 내주 용융물 유입홈부(12)는 상기 용융물이 유입되어 견고한 접합이 가능하도록 홈 바닥에서부터 소정의 높이(h₂)까지 소정의 각도(θ₁)를 가진 경사면과 상기 높이(h₂) 이상부터 일정한 소정의 폭(w₁)을 가지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 열교환기 제조용 헤더.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 외주 용융물 유입홈부(13)는 상기 용융물이 유입되어 견고한 접합이 가능하도록 홈 바닥이 소정의 폭(w₂)을 가진 평면으로 이루어지며 상기 폭(w₂) 이상부터 소정의 각도(θ₂)를 가진 경사면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 열교환기 제조용 헤더.
5. 플라스틱 재질의 열교환기 관과 헤더를 열융착지그로 용융압착하여 플라스틱 열교환기를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 열교환기 관(20)을 제1항의 헤더(10)에 결합하는 단계; 및

   상기 결합된 헤더(10)와 열교환기 관(20)의 접합부를 열융착지그(30)로 용융압착시키는 단계를 포함하며,

   상기 용융압착시 생기는 용융물은 제1항의 내주 용융물 유입홈부(12) 및 외주 용융물 유입홈부(13)로 유입되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 열교환기의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 열융착지그(30)는,

   원뿔형의 삽입부(31);

   상기 삽입부(31)와 일체로 연결되는 원통형의 몸통부(32);

   상기 몸통부(32)의 밑면을 중심으로 소정의 폭을 가진 평평한 면과 소정의 각도를 가진 경사면을 따라 이루어지는 융착부(33); 및

   상기 융착부(33)의 일부로서, 상기 몸통부(32)의 밑면을 중심으로 소정의 폭을 가진 평평한 면의 홈을 형성하는 융착골(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 열교환기의 제조방법.
7. 제 1항의 헤더를 장착한 플라스틱 열교환기.

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