KR101216277B1 - 열교환기용 관을 성형하기 위한 방법 - Google Patents

열교환기용 관을 성형하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

쉘형 관과 열교환기(10)는 쉘(16)에 의하여 둘러싸여진 복수의 관을 포함한다. 각각의 관(12)은 복수의 오목부를 포함한다. 몰드는 다이에서 선호되는 위치와 방향으로 위치된다. 관은 다이 내부의 제 1 위치에 위치되고, 몰드는 관에 선호되는 오목부를 형성하기 위하여 관에 주름을 형성한다. 그 뒤 몰드는 분리되고, 관은 몰드에 대하여 제 2 위치로 이동된다. 몰드는 추가적인 오목부를 형성하기 위하여 또다시 관에 주름을 형성한다. 대안으로 몰드는 관에 요홈을 형성하는 롤러를 포함한다. 관은 요홈을 형성하기 위하여 몰드에 대하여 병진 운동되거나 또는 병진 운동되고 회전된다.

Description

열교환기용 관을 성형하기 위한 방법{INDENTED TUBE FOR A HEAT EXCHANGER}
본 발명은, 관을 통과하는 유체와 상기 관주위를 유동하는 유체사이에 열교환을 증가시키는 복수 개의 오목부들을 포함하고 열교환기내에서 이용되는 관(tube)을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
쉘과 관을 포함한 열교환기는, 배출 유체(exhaust fluid) 순환식 냉각기 및 파워 스티어링 장치를 포함한 다양한 차량 장치들내에서 유체를 냉각시키기 위해 이용된다. 엔진 가스의 재순환 시스템에 있어서, 배출 유체(exhaust fluid)는 관 내부를 유동하고, 관주위를 유동하는 냉각제와 열교환 한다. 관벽과 근접한 배출 유체는, 관의 중심을 유동하는 배출 유체보다 빨리 냉각된다.
종래 기술에 있어서, 열교환기내부에 배열되는 관들은 배출유체내부에 난류를 형성하고 비선형 유동경로를 제공하여 열교환을 증가시키기 위해 구부러지거나 비틀림(twist)가공될 수 있다.
종래 기술에 따라 구부러지거나 비틀림가공되는 관은 몇 가지 문제점을 가진다. 우선, 관을 제조하기 어렵다. 또한, 상기 관을 원하는 형상으로 구부리고 비틀기 어려우며 많은 비용이 요구된다.
따라서, 종래 기술의 문제점을 해결하는 열교환기용 관을 성형하기 위한 방법이 요구된다.
쉘과 관을 포함한 열교환기는, 쉘에 의해 둘러싸인 복수 개의 관들을 포함한다. 각각의 관은 복수 개의 오목부들을 포함한다. 쉘을 통해 유동하는 냉각 유체는, 관을 통과하는 고온의 유체와 열 교환한다. 상기 열교환기는 배기가스의 재순환시스템에서 이용되고, 배출유체는 상기 관을 통해 유동하고 상기 쉘을 통해 유동하는 냉각제와 열 교환한다.
상기 관은, 관 벽과 근접하게 위치한 유체의 양 및 관의 표면적을 증가시키는 오목부들을 포함한다. 또한 상기 오목부는, 관을 통해 유동하는 유체내부에서 난류를 형성한다.
한 가지 실시예에 의하면, 원하는 형상을 가진 몰드가 다이내에서 원하는 위치에 배열되고 몰드의 방향이 정해진다. 상기 다이내에서 상기 관은 제 1 위치에 배열되고 상기 몰드는 상기 관에 오목부를 형성한다(crimp). 다음에 상기 몰드는 분리(release)되고 상기 관은 상기 몰드에 대해 이동한다. 상기 몰드는 상기 관에 추가로 오목부를 형성한다. 상기 관은 상기 몰드에 대해 병진운동하거나 몰드에 대해 병진운동과 회전운동할 수 있다.
선택적으로, 상기 몰드는, 상기 관에 평행한 요홈들을 형성하는 롤러를 포함한다. 상기 관은, 상기 관의 표면에 요홈들을 형성하기 위해 상기 몰드에 대해 병진운동한다. 상기 롤러의 갯수에 의해 요홈의 갯수가 결정된다. 선택적으로, 상기 관은 관의 표면에 나선형 요홈을 형성하기 위해 상기 몰드에 대해 병진운동과 회전운동할 수 있다.
본 발명의 상기 특징들 및 다른 특징들이 하기 설명과 도면으로부터 보다 명확히 이해될 수 있다.
도 1은, 쉘과 관을 가진 열교환기의 횡단면도.
도 2는, 본 발명의 관을 제 1 위치에서 성형하기 위한 다이를 도시한 도면.
도 3은, 제 2 위치에서 관을 성형하기 위한 다이를 도시한 도면.
도 4는, 기울어진 오목부들을 포함한 관의 제 1 실시예를 도시한 투시도.
도 5는, 평행하게 배열된 오목부들을 포함한 관의 제 1 실시예를 도시한 투시도.
도 6은, 기울어진 오목부들을 포함한 관의 제 1 실시예를 도시한 투시도.
도 7은, 6개의 요홈들을 포함한 관의 제 2 실시예를 도시한 횡단면도.
도 8은, 5개의 요홈들을 포함한 관의 제 2 실시예를 도시하는 횡단면도.
도 9는, 4개의 요홈들을 포함한 관의 제 2 실시예를 도시하는 횡단면도.
도 10은, 나선형의 요홈들을 포함한 관의 제 3 실시예를 도시하는 투시도.
도 1은, 쉘(shell, 16)에 의하여 둘러싸인 복수 개의 관(tube, 12)을 포함한 열교환기(10)를 도시한다. 관(12)의 마주보는 단부 부분(26)들이 플레이트(14)에 부착된다. 관(12)의 단부 부분(26)은 용접, 프레스-피팅(press-fitting) 또는 다른 부착 수단에 의해 플레이트(14)에 부착될 수 있다. 냉각 유체가, 열 교환기(10)의 한쪽 단부에 위치한 입구(inlet, 18)를 통해 열교환기(10)로 유입된다. 냉각 유체는 쉘(16)을 통해 유동하고, 관(12)을 통해 유동하는 고온의 유체와 열 교환한다. 상기 쉘(16)내부의 유체는, 출구(outlet, 19)를 통해 열교환기(10)로부터 배출된다.
상기 열교환기(10)가 배기가스의 재순환 시스템과 이용되면, 배기가스 재순환 밸브(21)는 엔진(13) 또는 다른 부품으로부터 열교환기(10)내부로 유동하는 고온 유체의 유동을 제어한다. 열교환기(10)가 배기가스 재순환 시스템에서 이용될 때, 고온의 유체는 배기가스 유체이다. 고온의 배기가스 유체는 관(12)으로 유입되고, 고온의 배기가스 유체로부터 관(12)을 둘러싸는 쉘(16)내부에서 유동하는 냉각제로 열이 전달된다. 다음에, 관(12) 내부의 냉각된 배기가스 유체는, 엔진(13) 또는 다른 부품으로 재순환된다. 배기가스 재순환 시스템이 도시되고 설명되지만, 관과 쉘을 포함한 열교환기(10)를 이용하는 다른 분야에서 본 발명의 관(12)이 이용될 수 있다.
상기 관(12)들은, 관(12)의 표면적을 증가시키고 열전달을 증가시키기 위해 관(12)의 벽과 근접한 고온 유체의 양을 증가시키며 관(12)내부의 유체속에 난류(turbulence)의 양을 증가시키는 복수 개의 오목부(indentation, 30)를 포함한다. 관(12) 내부의 고온 유체속에 난류가 형성되면, 관(12)의 벽과 근접한 유체와 관(12)의 중심에 위치한 유체가 혼합된다. 따라서, 관(12)의 벽과 근접한 유체가 관(12)을 통해 유동하여 순환함에 따라 연속적으로 교환될 것이다.
도 2 및 도 3은, 본 발명을 따르는 관(12)의 제조방법을 도시한다. 원하는 형상의 몰드(mold, 22)가, 다이(die, 20)내에서 원하는 위치와 방향으로 배열된다. 상기 관(12)은, 다이(20)내에서 제 1 위치(23)에 배열된다. 다음에, 상기 몰드(22)는, 상기 관(12)내에 임프레션(impression) 또는 오목부(30)를 형성한다(crimp). 다음에 몰드(22)가 분리된다(release). 이동장치(24)에 의해 상기 관(12)은 상기 몰드(22)에 대해 회전운동하고 병진운동(translate)한다. 도 3에 도시된 것처럼, 상기 관(12)이 제 2 위치에 배열되면, 상기 몰드(22)는 상기 관(12)내에 오목부(30)를 추가로 형성한다. 상기 관(12)을 병진운동시키고 회전시키며 관(12)에 오목부를 형성하는 과정이, 상기 관(12)내에 원하는 갯수와 방향으로 오목부(30)들을 성형하기 위해 필요한 만큼 여러 번 반복될 수 있다.
도 4는, 본 발명을 따르는 관(12)의 제 1 실시예를 도시한다. 상기 몰드(22)는 상기 관(12)내에 오목부(30)를 형성한다. 상기 관(12)은 몰드(22)로부터 분리되고, 관(12)은 몰드(22)에 대하여 회전하고 병진 운동한다. 다음에, 상기 몰드(22)는 상기 관(12)에 오목부(30)를 형성한다. 실시예에 의하면, 상기 관(12)은 연속되는 오목부의 형성(crimp)과정들사이에서 대략 5˚ 내지 10˚도만큼 회전한다.
도 5를 참고할 때, 오목부(30)를 형성하는 동안 몰드(22)에 대해 관(12)은 병진운동만 하고 회전운동하지 않는다. 상기 오목부(30)들은, 관(12)을 통해 유동하는 유체의 유동경로와 사실상 평행하게 형성된다. 선택적으로, 도 6을 참고할 때, 몰드(22)는 관(12)을 통해 유동하는 유체의 유동경로에 대해 기울어져(angled) 배열된 오목부(30)들을 형성할 수 있다. 상기 실시예들에 있어서, 연속적인 오목부의 형성과정들사이에서 상기 몰드(22)는 관(12)으로부터 분리된다.
몰드(22)에 대한 관(12)의 병진운동 및 회전운동 크기는, 관(12)을 통해 유동하는 유체내에서 원하는 양의 난류를 발생시키는 오목부(30)들의 패턴을 형성하도록 변화될 수 있다. 예를 들어, 관(12)을 통과하는 유체의 유동경로에 대해 기울어진 각도로 오목부(30)들이 형성되면, 난류의 양이 증가될 수 있다. 종래 기술의 당업자는, 원하는 난류를 형성하기 위해 관(12)내부에서 오목부(30)의 선호되는 방향을 알 수 있다.
관(12)은, 실질적으로 원형의 횡단면 형상을 가지고 마주보게 배열된 단부 부분(26)들을 포함한다. 단부 부분(26)의 횡단면 형상은, 관(12)의 횡단면과 다를 수 있다. 즉, 단부 부분(26)의 횡단면은, 원하는 커넥터(connector)의 횡단면과 일치한다. 따라서, 관(12)은 다양한 관, 호스 또는 다른 선호되는 커넥터에 용이하게 부착될 수 있다. 상기 단부 부분(26)은 다양한 피스(piece)들로 형성될 수 있고 나중에 각각의 관(12)에 부착될 수 있다.
도 7, 도 8 및 도 9는, 본 발명을 따르는 관(12)의 실시예를 도시한다. 상기 실시예에 있어서, 몰드(22)는 다이(20) 내부에 장착된 롤러(도시되지 않음)를 포함한다. 몰드(22)는 관(12)에 요홈을 형성하며, 몰드(22)를 관(12)으로부터 분리(release)하지 않고 관(12)은 몰드(22)에 대해 병진 운동한다. 실시예에 있어서, 연속적인 요홈(groove, 34)이 관(12)의 표면위에 성형된다. 상기 요홈(34)은 관(12)의 표면적을 증가시켜서 주어진 시간에 관(12)의 벽들과 상대적으로 많은 유체가 접촉하게 된다.
상기 몰드(22)는, 관(12)위에 실질적으로 평행한 복수 개의 요홈(34)들을 형성하기 위한 복수 개의 롤러들을 포함할 수 있다. 상기 관(12)이 롤러에 대해 병진 운동함에 따라, 상기 롤러들은 관(12)과 접촉하며 관(12)의 표면에 연속적으로 요홈들을 형성한다.
도 7을 참고할 때, 실시예의 관(12a)은 6 개의 요홈(34a)들을 포함한다. 도 8을 참고할 때, 5 개의 요홈(34b)들을 가진 관(12b)이 도시된다. 도 9를 참고할 때, 4 개의 평행한 요홈(34c)들을 가진 또 다른 관(12c)이 도시된다.
도 10은, 관(12)의 벽에 형성된 나선형의 요홈(38)을 포함한 선택적인 관(12)을 도시한다. 관(12)위에 나선형의 요홈(38)을 형성하기 위해 상기 관(12)이 몰드(22)에 대해 회전운동하고 병진운동할 때, 롤러는 관(12)의 벽과 접촉한다. 상기 관(12)이 회전운동하고 병진운동하는 동안 롤러는 관(12)에 대해 연속적으로 요홈을 형성한다. 롤러가 관(12)에 대해 기울어진 각도 및, 관(12)의 회전운동과 병진운동 양은, 원하는 나선형의 요홈(38)을 형성하기 위해 변화될 수 있다. 선택적으로, 여러 개의 롤러들이 이용될 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예가 공개될지라도, 종래 기술의 당업자는 본 발명의 범위 내에서 특정 변형이 가능한 것을 이해할 수 있다. 따라서 첨부된 청구범위가 본 발명의 내용과 실질적인 범위를 결정하기 위해 고려된다.

Claims (28)

  1. 열교환기용 관(12)을 성형하기 위한 방법에 있어서,
    원형 단면을 가진 관(12)을 몰드(22)내부의 제 1 위치에 배열하는 단계,
    상기 몰드(22)에 의해 상기 관(12)내에 오목부(30)를 형성하는 단계,
    상기 관(12)으로부터 상기 몰드(22)를 분리하는 단계,
    상기 관(12)을 상기 몰드(22)에 대해 상기 제 1 위치로부터 제 2 위치로 축방향으로 병진운동시키고 회전운동시켜서 상기 관(12)은 5도 내지 10도만큼 회전운동하고, 다음에 상기 몰드(22)에 의해 상기 관(12)내에 오목부(30)를 추가로 형성하는 단계를 포함한 순차적인 단계들로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 관을 성형하기 위한 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 관(12)은 오목부(30)가 없는 단부 부분(26)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 관을 성형하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 관(12)의 길이에 대해 각각 평행하게 형성된 복수 개의 오목부(30)들이 상기 관(12)내에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 관을 성형하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 관(12)의 길이에 대해 비스듬하게 형성된 복수 개의 오목부(30)들이 상기 관(12)내에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 관을 성형하기 위한 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
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