KR101228329B1 - 열교환기의 제조방법 - Google Patents

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KR101228329B1
KR101228329B1 KR1020110011115A KR20110011115A KR101228329B1 KR 101228329 B1 KR101228329 B1 KR 101228329B1 KR 1020110011115 A KR1020110011115 A KR 1020110011115A KR 20110011115 A KR20110011115 A KR 20110011115A KR 101228329 B1 KR101228329 B1 KR 101228329B1
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tube sheet
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안종기
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삼성테크윈 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 열교환기의 제조방법이 개시된다. 상기 열교환기의 제조방법은, 다수의 튜브관들을 준비하는 단계와, 튜브관들이 끼워질 다수의 조립 홀이 형성된 튜브 시트를 준비하는 단계와, 튜브관을 튜브 시트의 조립 홀에 끼워 조립하는 단계와, 튜브관의 둘레와 튜브 시트의 제1 면이 형성하는 모서리를 따르는 용접부에 대해 용접을 수행하는 단계;를 포함하고, 용접을 수행하는 단계는, 용접부에 대해 입열을 수행하는 단계와, 용접부의 루트 위치에 부 압력을 적용하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 용입 불량(LOP, Lack Of Penetration)이나 용융 불량(LOF, Lack Of Fusion)과 같은 용접 결함이 존재하지 않은 고 품질의 용접 품질이 제공된다.

Description

열교환기의 제조방법{Manufacturing method of heat exchanger}
본 발명은 열교환기의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 냉매 유체를 수용하는 튜브관의 용접을 포함하는 열교환기의 제조방법에 관한 것이다.
열교환기는 냉매와의 열교환을 통하여 고온의 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치로서, 예를 들어, 저온의 냉매 유체의 흐름을 수용하는 튜브관의 표면에서 고온의 유체와 열적 접촉을 형성함으로써 고온의 유체가 냉각될 수 있다.
상기 튜브관은 냉매 유체를 수용하는 냉매조와 유체적으로 연결될 수 있으며, 냉매조로부터 공급된 냉매 유체는 튜브관을 따라 유동하면서 고온의 유체와 열적 접촉을 형성할 수 있다. 튜브관의 용접을 위해 누수 방지를 위한 실 용접(seal welding)이 수행될 수 있다.
본 발명의 목적은 용입 불량(LOP, Lack Of Penetration)이나 용융 불량(LOF, Lack Of Fusion)과 같은 용접 결함이 존재하지 않은 고 품질의 용접 품질을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기의 제조방법은,
다수의 튜브관들을 준비하는 단계;
상기 튜브관들이 끼워질 다수의 조립 홀이 형성된 튜브 시트를 준비하는 단계;
상기 튜브관을 상기 튜브 시트의 조립 홀에 끼워 조립하는 단계; 및
상기 튜브관의 둘레와 튜브 시트의 제1 면이 형성하는 모서리를 따르는 용접부에 대해 용접을 수행하는 단계;를 포함하고,
상기 용접을 수행하는 단계는,
상기 용접부에 대해 입열을 수행하는 단계; 및
상기 용접부의 루트 위치에 부 압력을 적용하는 단계;를 포함한다.
예를 들어, 상기 용접부의 루트 위치에 부 압력을 적용하는 단계에서는,
상기 튜브 시트의 제1 면과 반대되는 제2 면 측으로부터 부 압력을 적용한다.
이때, 상기 튜브 시트의 제2 면 측에 진공 커버에 의해 밀봉된 진공 공간을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 진공 공간은 상기 튜브관과 튜브 시트 사이의 미세 틈새를 통하여 상기 용접부의 루트 위치와 유체적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 진공 커버는,
상기 튜브 시트의 제2 면을 향하여 오목하게 인입된 몸체부; 및
상기 몸체부로부터 연장되어 상기 튜브 시트의 제2 면에 대면되는 플랜지부;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 플랜지부와 튜브 시트의 제2 면 사이에는 실링 부재가 개재될 수 있다.
예를 들어, 상기 진공 공간과 연결된 튜브관의 유로를 차단하기 위한 차폐 부재가 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 차폐 부재는 상기 튜브관의 유로 내에 끼워 조립된 블록 부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 튜브관을 상기 튜브 시트의 조립 홀에 끼워 조립하는 단계 이후에는,
상기 조립 홀에 끼워진 튜브관을 확관시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 튜브관을 상기 튜브 시트의 조립 홀에 끼워 조립하는 단계에서는, 상기 튜브관의 일단부가 상기 튜브 시트의 제1 면으로부터 노출되도록 하고,
상기 용접을 수행하는 단계에서는, 상기 튜브관 일단부의 외주 둘레와 튜브 시트의 제1 면이 형성하는 모서리를 따르는 용접부에 대해 용접을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 용접부에 대해 입열을 수행하는 단계에서는,
상기 용접부에 대해 비활성 가스를 분사하며 입열을 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 용접부의 백 비드 방향, 즉, 입열 방향으로 후방이 되는 루트 위치에 대해 부 압력을 적용함으로써 용접부에 분사되는 비활성 가스 또는 용접부에 존재하는 공기를 강제 배기시킬 수 있고, 이로써, 용접부 내에 비활성 가스 등이 체류하게 됨으로써 형성될 수 있는 용접 결함, 예를 들어, 용입 불량(LOP, Lack Of Penetration)이나 용융 불량(LOF, Lack Of Fusion)과 같은 용접 결함이 존재하는 않는 고품질의 용접부를 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 열교환기의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 주요 구성을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 튜브관과 튜브 시트 간의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관한 열교환기의 제조방법을 공정 단계별로 모식적으로 도시한 도면들이다.
도 11은 용입 불량에 의한 용접 결함을 보여주는 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 열교환기의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명이 적용된 열교환기(100)의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 도시된 열교환기(100)는 상하로 배치된 제1, 제2 튜브 시트(130,170)와, 상기 제1, 제2 튜브 시트(130,170)들 사이에서 연장되는 다수의 튜브관(150)들을 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 튜브 시트(130,170)는 대체로 평편한 판 상 형태로 제공될 수 있다. 상기 제1, 제2 튜브 시트(130,170)에는 다수의 튜브관(150)들을 끼워 고정하기 위한 다수의 조립 홀(130`,170`)들이 형성될 수 있으며, 제1, 제2 튜브 시트(130,170)의 조립 홀(130`,170`)에 각각의 튜브관(150)의 일단과 타단을 끼워 고정시킴으로써 다수의 튜브관(150)들이 대체로 일정한 피치 간격을 두고 나란하게 배열될 수 있다. 조립 홀(130`,170`)을 통하여 끼워진 튜브관(150)과 제1, 제2 튜브 시트(130,170)는 튜브관(150)의 외주를 따라 적정의 용접 방식을 통하여 일체적으로 결합될 수 있다.
상기 튜브관(150)은 냉매 유체의 흐름을 수용하기 위한 것으로, 예를 들어, 냉매 유체의 흐름을 수용하기 위한 유로가 형성된 파이프 등의 배관 부재로 형성될 수 있다.
상기 조립 홀(130`,170`)들은, 상기 제1, 제2 튜브 시트(130,170) 상에 종횡방향으로 배열될 수 있으며, 대략 사각 형상의 배열을 이룰 수 있다. 따라서, 이들 장착 홀(130`,170`)에 끼워 조립되는 튜브관(150)들은 종횡 방향을 따라 복수의 열로 배열될 수 있다. 다만, 이러한 조립홀(130`,170`)의 배열 및 이에 따른 튜브관(150)의 배치는 도시된 바에 의해 한정되지 않으며, 이외에 다양한 배열이 가능하고, 예를 들어, 종횡의 어느 일 방향으로는 복수의 열을 이루되, 다른 방향으로 단수 열로 배열될 수도 있음은 물론이다.
상기 제1, 제2 튜브 시트(130,170) 상에는 제1, 제2 헤더 부재(110,190)가 배치될 수 있다. 상기 제1, 제2 헤더 부재(110,190)는 내부에 냉매 유체를 수용할 수 있는 냉매조(G1,G2)를 제공하도록 오목하게 인입된 형상을 갖고, 제1, 제2 튜브 시트(130,170)와의 결합을 위해 가장자리를 따라 튜브 시트(130,170)와 맞닿도록 돌출된 플랜지부(111,191)를 가질 수 있다. 상기 제1, 제2 헤더 부재(110,190)의 플랜지부(111,191)에는 튜브 시트(130,170)와의 결합을 위한 나사 체결 공(111`,191`)이 형성될 수 있으며, 헤더 부재(110,190)와 튜브 시트(130,170)의 나사 체결 공(111`,130``,170``,191`)을 관통하여 체결된 나사 부재(140)에 의해 헤더 부재(110,190)가 튜브 시트(130,170) 상에 고정될 수 있다. 상기 헤더 부재(110,190)와 튜브 시트(130,170) 사이에는 기밀성 결합을 위해 적정의 가스켓 부재(120,180)가 개재될 수 있으며, 예를 들어, 상기 가스켓 부재(120,180)는 고무 링 등으로 마련될 수 있으며, 나사 체결을 위한 나사 체결공이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 헤더 부재(110) 및 제2 헤더 부재(190) 중의 어느 하나는 냉매 유체의 입출 측을 구성할 수 있고, 나머지 하나는 냉매 유체의 순환 유로를 제공할 수 있다. 이에 따라, 제1 헤더 부재(110) 및 제2 헤더 부재(190) 내에는 각각의 기능에 따른 유로 구조(미도시)와, 필요에 따라 냉매의 방열을 통한 폐루프 순환을 위하여, 방열부(미도시) 등이 마련되거나 또는 외부 방열부로의 연통을 위한 연결 유로(115,116) 등이 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 일부를 확대 도시한 도면이다. 도면을 참조하여 설명하면, 제1 튜브 시트(130) 및 제2 튜브 시트(170) 사이에는 병렬적으로 나란하게 연장되는 다수의 튜브관(150)들이 마련된다. 상기 튜브관(150)은 적정의 냉매 유체(C)를 수용하고, 냉매 유체(C)의 흐름을 안내할 수 있는 파이프 형태의 배관 부재로 마련될 수 있다. 예를 들어, 저온의 냉매 유체(C)와 고온의 압축 공기(A)는 튜브관(150)의 표면을 통하여 서로 접촉하며, 고온의 압축 공기(A)로부터 저온의 냉매 유체(C)로 열전달이 일어나게 된다. 예를 들어, 상기 열교환기에는 압축기에 의해 고압으로 압축된 압축 공기(A)가 도입될 수 있으며, 상기 튜브관(150)은 압축 공기(A)의 유입방향에 대해 대략 직교하는 방향으로 연장될 수 있다.
상기 열교환기(100)는 상기 튜브관(150)을 가로질러 연장되며, 병렬적으로 배치되는 다수의 방열 핀(160)들을 포함할 수 있다. 상기 방열 핀(160)들은 상기 튜브관(150)들의 외주를 둘러싸며 튜브관(150)과 함께 일체적으로 형성될 수 있다. 상기 방열 핀(160)은 전열 면적의 확장을 통하여 열 교환효율을 높이기 위해 도입될 수 있다.
예를 들어, 미도시된 송급 펌프를 통하여 가압된 저온의 냉매 유체(C)는 압력차에 의해 제1 헤더 부재(110) 측으로부터 저온 냉매용 튜브관(151)으로 강제 유입될 수 있다. 그리고 저온 냉매용 튜브관(151)을 경유하면서 고온의 압축 공기(A)로부터 흡열을 통하여 상대적으로 고온의 냉매 유체(C)로 전환된 후, 제2 헤더 부재(190) 측에 도달하게 된다. 제2 헤더 부재(190)가 제공하는 순환 유로(미도시)를 통하여 유동 방향이 반전된 냉매 유체(C)는 고온 냉매용 튜브관(152)을 통하여 제1 헤더 부재(110) 측으로 회귀할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 열교환기의 일부를 도시한 것으로, 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 간의 결합 구조를 보여주는 도면이다. 도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.
도면들을 참조하면, 튜브관(150)의 단부가 튜브 시트(130)에 끼워진 다음에, 튜브관(150)을 작업 대상으로 하는 확관 작업을 통하여 튜브관(150)의 외주면이 튜브 시트(130)에 밀착될 수 있다. 그리고, 튜브 시트(130)에 밀착된 튜브관(150)의 외주를 따라 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding )을 수행함으로써 튜브 시트(130)와 튜브관(150)이 일체적으로 결합될 수 있다. 도 4의 도면 번호 W는 튜브관(150)의 외주를 따라 형성된 용접부를 나타낸다.
상기 확관 작업은, 튜브관(150)의 직경을 확장시키는 공정으로, 예를 들어, 고온의 환경에서 튜브관(150)의 내부로 주형으로서의 펀칭 금형을 강제 압입하는 드로잉(drawing) 등의 소정 공정으로 진행될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 열교환기의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 5를 참조하면, 튜브 시트(130)와 튜브관(150)이 마련된다. 상기 튜브 시트(130) 상에는 다수의 조립 홀(130`)들이 형성될 수 있으며, 상기 조립 홀(130`)들은 대략 사각형상의 중앙영역에 종횡 방향으로 배열될 수 있다. 다만, 이러한 조립 홀(130`)의 배열 및 이에 따른 튜브관(150)의 배치는 도시된 바에 한정되지 않으며, 이외의 다양한 배열이 가능하고, 예를 들어, 종횡의 어느 일 방향으로는 복수의 열을 이루되, 다른 방향으로는 단수 열로 배열될 수도 있다. 예를 들어, 상기 튜브 시트(130)는 열교환기의 양단부에 형성되는 제1, 제2 튜브 시트(130,170)를 포괄할 수 있다. 상기 튜브관(150)은 냉매 유체의 흐름을 안내할 수 있는 파이프 형태의 배관 부재로 마련될 수 있다.
상기 튜브관(150)은 튜브 시트(130)에 형성된 조립 홀(130`)과의 관계에서, 튜브관(150)의 외경(R1)은 조립 홀(130`)의 내경(R2) 보다 작게 설계될 수 있다(R1 < R2). 이것은 튜브 시트(130)의 조립 홀(130`) 내에 튜브관(150)이 용이하게 끼워지도록 하기 위한 것이다.
다음에, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 튜브 시트(130`)의 조립 홀(130`) 내에 튜브관(150)을 끼워 조립한다. 예를 들어, 튜브관(150)은 튜브 시트(130)의 조립 홀(130`)에 끼워지며, 튜브 시트(130)를 가로지르는 방향으로 튜브 시트(130)의 조립 홀(130`)에 끼워질 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 튜브관(150)의 외경(R1)은 튜브 시트(130)의 조립 홀(130`)의 내경(R2) 보다 작게 설계되므로, 튜브관(150)은 튜브 시트(130)의 조립 홀(130`)을 통하여 용이하게 끼워질 수 있다. 예를 들어, 상기 튜브관(150)을 상기 튜브 시트(130`)의 조립 홀(130`)에 끼워 조립하되, 상기 튜브관(150)의 일단부가 상기 튜브 시트(130)의 상면으로부터 노출되도록 한다. 후술하는 바와 같이, 노출된 튜브관(150) 일단부의 둘레와 튜브 시트(130)의 모서리를 따라 필렛 용접이 수행될 수 있다. 노출된 튜브관(150) 일단부의 길이는 필렛 용접부의 크기를 고려하여 충분한 길이로 형성될 수 있다.
다음에, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 튜브관(150)에 대해 확관 작업을 실시한다. 예를 들어, 상기 확관 작업은 튜브관(150)의 일단으로부터 주형으로서의 펀칭 금형(200)을 압입시킴으로서 튜브관(150)의 길이방향을 따라 확관부를 형성한다. 보다 구체적으로, 상기 확관 작업에서는 튜브관(150)을 클램프(미도시) 등의 고정기구에 의해 위치 고정시키고, 튜브관(150) 내에 펀칭 금형(200)을 압입하는데, 예를 들어, 상기 펀칭 금형(200)을 실린더 기구(미도시)에 의해 전진시키면서 튜브관(150)이 펀칭 금형(200)의 외주를 따라 확장 성형되도록 한다.
튜브관(150)의 확관 작업은 필요에 따라 순차적으로 진행될 수 있고, 요구되는 확관율을 얻기 위해 다단계의 확관 성형 작업이 차례대로 진행될 수 있으며, 점차로 확대된 외경을 갖는 펀칭 금형(200)이 순차적으로 적용될 수 있다. 이러한 단계별 확관 작업은 튜브관(150)의 터짐 방지를 위해 적용될 수 있다. 여기서, 튜브관(150)의 확관율은 튜브관(150)이 튜브 시트(130)의 조립 홀(130`) 내벽에 대해 접촉하기에 충분한 정도로 설정될 수 있다.
이러한 튜브관(150)의 확관 작업은 튜브관(150)의 전체 길이에 걸쳐서 수행될 수 있으며, 튜브관(150)의 일단부로부터 압입된 성형 주형으로서의 펀칭 금형(200)이 튜브관(150)의 전체 길이를 통과하도록 펀칭 금형(200)은 튜브관의 일단부로부터 타단부로 진행될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 튜브관(150)의 확관 작업은 튜브관(150)의 일단부에 한정하여 수행될 수 있으며, 튜브 시트(130)와 맞닿는 튜브관(150)의 일단부에 대해 수행됨으로써 튜브관(150) 일단부가 튜브 시트(130)의 조립 홀(130`) 내벽에 밀착되도록 할 수 있다. 이 경우에도 튜브관(150) 일단부 둘레와 튜브 시트(130)의 상면이 형성하는 모서리부를 따라 필렛 용접이 수행될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 확관 작업을 통하여, 튜브관(150)의 외경은 튜브 시트(130)에 대해 밀착되며, 튜브관(150)의 외주 둘레와 튜브 시트(130)가 맞닿는 위치에 모서리부가 형성된다. 이 모서리부를 따라 필렛 용접을 수행함으로써 튜브관(150)과 튜브 시트(130)가 일체적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 확관 작업을 통하여 튜브관(150)이 반경 방향으로 확장하면서 튜브관(150)의 두께가 상대적으로 감소하는 소성 변형이 수행될 수 있다.
다음에, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 간의 용접 결합을 수행한다. 예를 들어, 튜브관(150) 일단부의 외주 둘레와 튜브 시트(130)가 맞닿아 형성하는 모서리부를 따라 필렛 용접을 수행한다. 상기 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 간의 용접은 진공을 적용한 실 용접(seal welding)으로 진행될 수 있다. 여기서, 진공을 적용한다는 것은, 용접부(W)의 백 비드 측, 그러니까 용접부(W)의 루트 위치(R)에 대해 부 압력을 걸어준다는 것을 의미하는 것이며, 반드시 진공만을 의미하는 것이 아니고, 대기 압력에 비하여 낮은 부 압력을 적용하는 것을 의미하는 것이다. 따라서, 용접부(W) 내에 포획된 유체의 강제 배기를 위한 흡입 압력을 제공할 수 있는 것이면 모두 포괄하는 것이다. 용접부(W) 내에는 공기 또는 비활성 가스가 체류할 수 있으며, 이러한 공기 등의 체류에 의해 용접부(W) 내부에 기포 등이 발생할 수 있고, 기포에 의해 용융 풀의 성장이 저지됨으로써 용접 품질이 저하될 수 있다.
상기 진공을 적용한 실 용접(seal welding)이란, 용접부(W)의 루트 위치(R)로 진공 내지 부 압력을 전달할 수 있도록 외부대기와 절연된 진공 공간(G)을 형성해준다는 것을 의미할 수 있고, 이러한 진공 공간(G)은 흡입 펌프(P)와 용접부(W)의 루트 위치(R)를 유체적으로 연통시켜줄 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 용접부(W)와 반대되는 튜브 시트(130)의 이면 측에 외부대기와의 절연을 위한 진공 커버(210)가 씌워질 수 있고, 상기 진공 커버(210)는 부 압력을 생성하는 흡입 펌프(P)와 연결될 수 있다.
상기 진공 커버(210)는 외부대기와 절연된 진공 공간(G)을 형성하도록 용접부(W)의 이면 측을 커버할 수 있는 여하의 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 튜브 시트(130)의 하면 측으로 진공 공간(G)을 형성하도록 오목하게 인입된 형상의 몸체부(210a)와, 상기 몸체부(210a)로부터 연장되어 튜브 시트(130)의 하면에 대면하는 플랜지부(210b)를 포함할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 진공 커버(210)의 플랜지부(220)와 튜브 시트(130)의 하면 사이에는 실링 부재(220)가 개재될 수 있으며, 고무 링과 같은 실링 부재(220)를 통하여 진공 커버(210) 내의 진공 공간(G)이 외부대기로부터 절연될 수 있다.
상기 진공 커버(210)에 밀봉된 진공 공간(G)은 튜브 시트(130)와 튜브관(150) 사이의 미세 틈새와 연통될 수 있다. 예를 들어, 흡입 펌프(P)의 부 압력은 미세 틈새를 통하여 용접부(W)의 루트 위치(R) 측으로 전달될 수 있다. 진공 커버(210)의 일 측에는 진공 공급 배관(230)이 설치될 수 있으며, 상기 진공 공급 배관(230)은 흡입 폄프(P)와 연결될 수 있다. 상기 진공 공급 배관(230)의 유로 상에는 흡입 밸브(240)가 형성될 수 있다.
상기 진공 공간(G)을 외부대기와 절연시키는 것과 관련하여, 상기 튜브관(150)과 밀접한 위치에는 차폐 부재(250)가 배치될 수 있다. 상기 차폐 부재(250)는 튜브관(150)을 통하여 부 압력이 누출되는 것을 방지하기 위한 것이며, 튜브관(150) 내부에 차폐 부재(250)를 끼워 넣음으로써 진공 공간(G)을 대기압 보다 낮은 상태로 유지할 수 있다.
예를 들어, 상기 차폐 부재(250)로는 튜브관(150)의 유로를 채우는 블록 형태의 부재를 예시할 수 있다. 이러한 블록 형태의 차폐 부재(250)는 튜브관(150)의 내벽에 기밀성 접촉을 형성함으로써 튜브관(150)의 유로를 통하여 부 압력이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 상기 차폐 부재(250)는 이에 한정되지 않으며, 튜브관(150)의 유로를 차단할 수 있는 여하의 형태를 포괄하고, 예를 들어, 상기 튜브관(150) 유로의 단부를 덮어씌우는 시트 부재 등으로 마련될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 차폐 부재(250)를 이용하여 튜브관(150)의 유로를 차단하고, 진공 커버(210)로 밀봉된 진공 공간(G) 내에 흡입 펌프(P)를 통하여 부 압력을 적용하면, 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 사이의 미세 틈새(g)를 통하여 부 압력은 용접부(W) 이면의 루트 위치(R)로 전달될 수 있다. 여기서, 확관된 튜브관(150)은 튜브 시트(130)의 내벽에 대해 접촉되지만, 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 사이의 접촉은 유체의 이동을 차단하는 기밀성 접촉을 이루는 것은 아니므로, 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 사이에는 소정의 미세 틈새(g)가 존재하며, 이러한 미세 틈새(g)를 통하여 진공 공간(G)의 부 압력은 용접부(W)의 이면 측 루트 위치(R)로 전달될 수 있다. 이러한 미세 틈새(g)는, 예를 들어, 완전히 매끄러운 접촉면을 형성하지 않고 소정의 조도(roughness)를 갖고 미세한 돌기들로 접촉면을 형성하는 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 간의 접촉상태로부터 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 간의 결합은, GTAW(Gas Tungten Arc Welding) 또는 GMAW(Gas Metal Arc Welding)와 같이, 용접부(W)를 보호하고 용접부(W)의 산화 등을 방지하기 위한 목적으로, 용접부(W)에 대해 비활성 가스를 공급하는 방식의 용접으로 수행될 수 있다. 분사된 비활성 가스가 용접부(W) 내에 체류하지 않고 강제 배기될 수 있도록 용접부(W)의 루트 위치(R)에 흡입 압력을 적용할 수 있다. 이때, 용접부(W)의 루트 위치(R)란 입열 방향으로 후방을 의미하는 것이며, 예를 들어, 용접부(W)의 정면이 아닌 이면 측으로, 튜브관(150)과 튜브 시트(130)가 형성하는 모서리 위치를 의미할 수 있고, 용접부(W)의 백 비드 방향을 의미할 수 있다.
예를 들어, 분사된 비활성 가스는 외부로 자연 배기되지 못하고, 튜브관(150)과 튜브 시트(130)의 모서리에 잔류하여 용접부(W)에 포획될 수 있다. 용접부(W) 내에 포획된 가스는 모재와 용가재가 융합된 용융 풀의 열적 대류를 방해하고, 포획된 공기는 기포를 형성하게 된다. 궁극적으로, 용접부(W) 내의 비활성 가스는 결함을 형성하는데, 예를 들어, 용융 풀이 기포 부분까지 침투하지 못하게 되는 용입 불량(LOP, Lack Of Penetration)이나, 용융 풀의 성장이 저지됨으로써 모재의 일부가 미용융 상태로 남는 용융 불량(LOF, Lack Of Fusion)이 유발될 수 있다. 본 발명에서는 용접부(W)의 루트 위치(R)에 부 압력을 적용함으로써 용접부(W)에 체류하는 비활성 가스를 강제 배기시키고 용입 불량(LOP, Lack Of Penetration)이나 용융 불량(LOF, Lack Of Fusion)과 같은 용접부(W) 결함을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 간의 결합은, 자동용접과 같이, 용접부(W)에 대해 별도의 비활성 가스를 공급하지 않는 방식의 용접으로 수행될 수도 있다. 이 경우에도 용접부(W)의 루트 위치(R), 즉, 용접부(W)의 입열 방향으로 후방의 백 비드 위치에 대해 부 압력을 적용함으로써 용접부(W)에 체류하는 공기들을 강제 배기시킬 수 있으며, 공기의 잔류로 인한 용접 불량, 즉, 용입 불량(LOP, Lack Of Penetration)이나 용융 불량(LOF, Lack Of Fusion)과 같은 용접부의 결함을 방지할 수 있다. 비활성 가스를 분사하지 않는 경우에도 용접부(W) 내에 공기가 체류할 수 있고, 공기의 체류에 따라 용접부(W)의 결함이 유발될 수 있으므로, 비활성 가스를 이용하지 않는 용접 방식에서도, 용접부(W)의 루트 위치(R)에 대해 부 압력을 적용함으로써 용접부의 결함을 방지할 수 있다.
상기와 같이, 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 간의 용접 준비가 완료되면, 튜브관(150)과 튜브 시트(130)에 대한 용접을 수행한다. 예를 들어, 튜브관(150) 일단부의 둘레와 튜브 시트(130)의 상면이 맞닿아 형성하는 모서리부를 따라 필렛 용접이 수행될 수 있다. 도 9 및 도 10에서 도면번호 T는 용접 토치를 나타낸다.
모재의 재질 특성 등을 고려하여 다양한 공지의 용접 기법이 적용될 수 있으나, 예를 들어, GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)가 수행될 수 있다. 이때, 용접부(W)의 주변으로 비활성 가스를 분사함으로써, 비활성 가스의 분위기 속에서 용접을 수행하고, 이로써 외부 불순물에 의해 용접부(W)가 열화되는 것을 방지하며, 용접부(W)가 산회되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 용접 개시와 함께, 또는 용접 개시 전에 흡입 펌프(P)를 가동하여 용접부(W)의 루프 위치(R)로 부 압력을 적용한다. 보다 구체적으로, 흡입 펌프(P)를 가동하여 진공 커버(210)로 밀봉된 진공 공간(G) 내에 부 압력을 생성하고, 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 사이의 미세 틈새(g)를 통하여 용접부(W)의 이면 측으로 부 압력을 전달한다.
용접부(W)로 분사된 비활성 가스는 부 압력을 따라 용접부(W)로부터 강제 배기되므로, 비활성 가스가 용접부(W) 내에 잔류하는 것을 방지할 수 있다. 비활성 가스가 배기되지 못하고 용접부(W) 내에 잔류하면, 비활성 가스가 용융 풀의 성장을 방해하여 용융 풀이 용접부(W) 내부까지 침투하지 못하므로, 용입 불량(LOP, Lack Of Penetration) 또는 용융 불량(LOF, Lack of Fusion) 등의 용접 결함을 형성하게 된다. 도 11은 용입 불량(LOP, Lack Of Penetration)으로 용접부 내에 공극이 형성된 모습을 보여준다.
본 발명에서는 용접부(W)의 이면 측에 부 압력을 걸어줌으로써 비활성 가스를 강제 배기시키고, 용융 풀이 용접부(W)의 내부까지 충분히 성장하고, 용융 풀이 용접부(W)의 루트 위치(R)까지 충분히 성장하게 함으로써 용접 품질을 향상시킬 수 있다. 상기 용접에서는 용접 모재와 용가제가 용합된 용융 풀을 성장시키고 충분한 크기의 필렛 용접부가 형성될 때까지 입열을 수행한다.
이상의 공정 단계들을 통하여, 튜브관(150)과 튜브 시트(130) 간의 결합이 완료될 수 있다. 예를 들어, 이상에서 설명된 단계들은 튜브관(150)의 일단부와 제1 튜브 시트(130) 간의 결합을 위한 것이고, 튜브관(150)의 타단부와 제2 튜브 시트(170) 간의 결합을 위한 공정 단계들이 수행될 수 있다. 다만, 튜브관(150)의 타단부와 제2 튜브 시트(170) 간의 결합은 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명된 바와 사실상 동일하므로, 이에 대한 설명의 반복은 생략하도록 한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 열교환기 110: 제1 헤더 부재
111,119: 플랜지부 111`,130``,170``,119`: 나사 체결 공
115,116: 연결 유로 120,180: 가스켓 부재
130: 제1 튜브 시트 130`,170`: 조립 홀
140: 나사 부재 150: 튜브관
151: 저온 냉매용 튜브관 152: 고온 냉매용 튜브관
160: 방열핀 170: 제2 튜브 시트
190: 제2 헤더 부재 210: 진공 커버
210a: 진공 커버의 본체부 210b: 진공 커버의 플랜지부
220: 실링 부재 230: 진공 공급 배관
240: 흡입 밸브 250: 차폐 부재
G1,G2: 제1, 제2 냉매조 G: 진공 공간
g: 미세 틈새 C: 냉매 유체
A: 압축 공기 R1: 튜브관의 외경
R2: 조립 홀의 내경 W: 용접부
T: 용접 토치 R: 용접부의 루트 위치
P: 흡입 펌프

Claims (11)

  1. 다수의 튜브관들을 준비하는 단계;
    상기 튜브관들이 끼워질 다수의 조립 홀이 형성된 튜브 시트를 준비하는 단계;
    상기 튜브관을 상기 튜브 시트의 조립 홀에 끼워 조립하는 단계; 및
    상기 튜브관의 둘레와 튜브 시트의 제1 면이 형성하는 모서리를 따르는 용접부에 대해 용접을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 용접을 수행하는 단계는,
    상기 용접부에 대해 입열을 수행하는 단계; 및
    상기 용접부의 루트 위치에 부 압력을 적용하는 단계;를 포함하며,
    상기 용접부의 루트 위치에 부 압력을 적용하는 단계에서는, 상기 튜브 시트의 제1 면과 반대되는 제2 면 측으로부터 부 압력을 적용하는 열교환기의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 튜브 시트의 제2 면 측에 진공 커버에 의해 밀봉된 진공 공간을 형성하는 열교환기의 제조방법.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제3항에 있어서,
    상기 진공 공간은 상기 튜브관과 튜브 시트 사이의 미세 틈새를 통하여 상기 용접부의 루트 위치와 유체적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제3항에 있어서,
    상기 진공 커버는,
    상기 튜브 시트의 제2 면을 향하여 오목하게 인입된 몸체부; 및
    상기 몸체부로부터 연장되어 상기 튜브 시트의 제2 면에 대면되는 플랜지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항에 있어서,
    상기 플랜지부와 튜브 시트의 제2 면 사이에는 실링 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제3항에 있어서,
    상기 진공 공간과 연결된 튜브관의 유로를 차단하기 위한 차폐 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제7항에 있어서,
    상기 차폐 부재는 상기 튜브관의 유로 내에 끼워 조립된 블록 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 튜브관을 상기 튜브 시트의 조립 홀에 끼워 조립하는 단계 이후에는,
    상기 조립 홀에 끼워진 튜브관을 확관시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 튜브관을 상기 튜브 시트의 조립 홀에 끼워 조립하는 단계에서는, 상기 튜브관의 일단부가 상기 튜브 시트의 제1 면으로부터 노출되도록 하고,
    상기 용접을 수행하는 단계에서는, 상기 튜브관 일단부의 외주 둘레와 튜브 시트의 제1 면이 형성하는 모서리를 따르는 용접부에 대해 용접을 수행하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 용접부에 대해 입열을 수행하는 단계에서는,
    상기 용접부에 대해 비활성 가스를 분사하며 입열을 수행하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
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