KR101462895B1 - 열교환기 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 압출재로 형성되는 열교환기 부품에 아연 용사를 함으로써 내부식성을 증대시키는 열교환기 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.

본 발명에 의한 열교환기는, 공기 송풍 방향에 나란하게 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20); 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30); 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10);를 포함하여 이루어지는 열교환기(100)에 있어서, 상기 헤더탱크(10)는 일측에 다수 개의 튜브삽입홀(13)이 형성되어 상기 튜브(20)들과 결합되는 하부부재(12) 및 유로를 구성할 수 있도록 길이 방향으로 관통되는 통공이 형성되며 상기 튜브삽입홀(13)에 삽입된 상기 튜브(20)가 삽입되도록 서로 소정 간격 이격되어 길이 방향을 따라 일렬로 배치되는 다수 개의 홈이 형성되는 상부부재(11)가 결합되어 이루어지되, 상기 상부부재(11)의 외측면에 아연 용사에 의한 아연층(50)이 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 열교환기(100)는 상기 아연층(50)의 외측에 부착되는 클래드 판재(51)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

열교환기, 내부식성, 압출재, 아연, 클래드 판재

Description

열교환기 및 그 제작 방법 {A Heat Exchanger and a Making Method for the Same}

본 발명은 열교환기 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기 내 압출재 부품의 내부식성을 향상시키도록 하는 열교환기 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

통상적으로 열교환 시스템은 주변으로부터 열을 흡수하는 증발기, 냉매를 압축하는 압축기, 주변으로 열을 방출하는 응축기, 냉매를 팽창시키는 팽창밸브로 구성된다. 냉각 시스템에서는, 상기 증발기로부터 압축기로 유입되는 기체 상태의 냉매는 압축기에서 고온 및 고압으로 압축되고, 상기 압축된 기체 상태의 냉매가 응축기를 통과하면서 액화되는 과정에서 주변으로 액화열이 방출되며, 상기 액화된 냉매가 다시 팽창밸브를 통과함으로써 저온 및 저압의 습포화 증기 상태가 된 후 다시 증발기로 유입되어 기화하며 주변으로부터 기화열을 흡수함으로써 주변 공기를 냉각하고, 이로써 하나의 냉각 사이클이 이루어진다.

도 1은 일반적인 열교환기의 사시도로서, 도 1a에 도시된 바와 같이 열교환기(100)는 내부에 열교환매체가 유동하며, 공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으 로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와; 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과; 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10)를 포함하여 이루어지며, 상기 헤더탱크(10)의 양단은 엔드캡(40)으로 폐쇄되는 형태로 이루어진다.

최근 환경 문제 때문에 기존에 사용해 오던 냉매보다 환경적 악영향이 덜한 대체 냉매에의 요구가 커지고 있다. 이러한 대체 냉매 중 하나인 이산화탄소(CO₂)를 사용하는 열교환기 기술 역시 꾸준하게 연구되어 오고 있는데, 이산화탄소의 경우 크게 압축된 상태로 작동하는 바 열교환기 내부가 매우 고압이 되어 기존의 열교환기의 구조를 사용하기에 문제가 있다. 따라서 도 1b에 도시된 바와 같이 이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기의 경우 내압성을 높이는 구조를 채용하고 있다. 이산화탄소를 냉매로 사용하는 고압용 열교환기에서는, 종래의 일반적인 열교환기와 마찬가지로 헤더탱크(10), 튜브(20) 및 핀(30)을 포함하여 이루어지되, 헤더탱크(10)가 상부부재(11) 및 하부부재(12)로 이루어지는데, 상기 하부부재(12)는 일측에 다수 개의 튜브삽입홀(13)이 형성되어 상기 튜브(20)들과 결합되며, 상기 상부부재(11)는 유로를 구성할 수 있도록 길이 방향으로 관통되는 통공이 형성되며 상기 튜브삽입홀(13)에 삽입된 상기 튜브(20)가 삽입되도록 서로 소정 간격 이격되 어 길이 방향을 따라 일렬로 배치되는 다수 개의 홈이 형성된다. 이 때 상기 상부부재(11)는 통상적으로 압출을 통하여 기본 형상이 만들어진 후 절삭에 의해 튜브가 삽입되는 홈이 형성됨으로써 제작된다. 그런데, 일반적으로 브레이징 판재가 압출재에 비하여 내부식성이 높다는 것은 주지의 사실로, 특히 상부부재(11)와 같이 외부로 직접 노출되는 부품이 압출재로 만들어지는 경우 해당 부품 부분에서 부식이 발생되어 제품에 손상이 일어나는 경우가 많았다.

압출재로서는 일반적으로 알루미늄이 많이 사용되는데, 이러한 문제점을 제거하기 위해서 종래에는 알루미늄에 아연을 혼합한 합금을 개발하여 내부식성을 높이고자 하는 시도가 있어 왔으나, 이 경우 알루미늄과 아연의 비율을 최적화하는 문제, 고성능의 합금을 고효율 및 균일한 품질을 유지하면서 생산해야 하는 문제 등의 난점이 있어 왔고, 더불어 단순 알루미늄만을 쓰는 경우에 비해서 아연의 가격이 원가에 포함되게 되는 바 가격 상승의 요인이 되는 문제점 또한 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 압출재로 형성되는 열교환기 부품에 아연 용사를 함으로써 내부식성을 증대시키는 열교환기 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열교환기는, 공기 송풍 방향에 나란하게 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20); 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30); 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10);를 포함하여 이루어지는 열교환기(100)에 있어서, 상기 헤더탱크(10)는 일측에 다수 개의 튜브삽입홀(13)이 형성되어 상기 튜브(20)들과 결합되는 하부부재(12) 및 유로를 구성할 수 있도록 길이 방향으로 관통되는 통공이 형성되며 상기 튜브삽입홀(13)에 삽입된 상기 튜브(20)가 삽입되도록 서로 소정 간격 이격되어 길이 방향을 따라 일렬로 배치되는 다수 개의 홈이 형성되는 상부부재(11)가 결합되어 이루어지되, 상기 상부부재(11)의 외측면에 아연 용사에 의한 아연층(50)이 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 열교환기(100)는 상기 아연층(50)의 외측에 부착되는 클래드 판재(51)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 열교환기의 제작 방법은, 상술한 바와 같은 열교환기 를 제작하는 방법에 있어서, a) 상기 상부부재(11)를 압출에 의해 형성하는 단계; b) 상기 상부부재(11)가 압출에 의해 형성되어 나오는 시점에서 상기 상부부재(11)의 외측면에 아연을 용사하는 단계; c) 상기 상부부재(11)에 아연이 용사된 쪽의 반대측 면에 절삭에 의해 상기 튜브(20)가 삽입되는 홀을 형성하는 단계; d) 상기 상부부재(11)와 상기 하부부재(12)를 결합하는 단계; e) 상기 상부부재(11)와 상기 하부부재(12)의 결합체를 브레이징하여 상기 헤더탱크(10)를 형성하는 단계; f) 상기 헤더탱크(10), 상기 튜브(20) 및 상기 핀(30)을 조립하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 e) 단계 및 상기 f) 단계 사이에 e1) 상기 하부부재(12)와 결합된 상기 상부부재(11)의 외부로 노출된 면에 클래드 판재(51)를 부착하는 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 열교환기를 구성하는 부품 중 일반적으로 브레이징 판재에 비하여 내부식성이 약한 압출재로 이루어지는 부품에 대하여, 외부에 노출되는 부분에 부식을 약화시킬 수 있는 아연을 용사함으로써 압출재 부품 자체의 내부식성을 크게 증대시키는 큰 효과가 있다. 또한 본 발명에 의하면, 아연이 용사된 부분의 외측에 내부식성이 강한 클래드 판재를 부착함으로써, 2중으로 내부식성을 증대시키는 효과가 있다.

또한 본 발명에서 압출재 전체에 아연을 용사하지 않고 외부로 노출된 부분에만 아연을 용사하여 줌으로써 용사되는 아연의 양을 절약할 수 있는 경제적 효과 가 있다. 무엇보다도 본 발명에 의하면, 종래에는 압출재 부품의 내부식성을 증대시키기 위해서 알루미늄에 아연을 혼합하는 합금을 제작하여야만 하였으나, 그럴 필요가 없이 일반적으로 사용되는 알루미늄에 아연을 용사하기만 하면 되기 때문에, 종래와 비교하여 필요 아연의 양을 비약적으로 절약할 수 있는 큰 경제적 효과가 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열교환기 및 그 제작 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 열교환기를 도시한 것이다. 본 발명에 의한 열교환기(100)는 기본적으로는 종래의 열교환기와 같이 공기 송풍 방향에 나란하게 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20); 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30); 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10);를 포함하여 이루어진다. 또한 상기 헤더탱크(10)는 일측에 다수 개의 튜브삽입홀(13)이 형성되어 상기 튜브(20)들과 결합되는 하부부재(12) 및 유로를 구성할 수 있도록 길이 방향으로 관통되는 통공이 형성되며 상기 튜브삽입홀(13)에 삽입된 상기 튜브(20)가 삽입되도록 서로 소정 간격 이격되어 길이 방향을 따라 일렬로 배치되는 다수 개의 홈이 형성되는 상부부재(11)가 결합되어 이루어진다. 상기 도 2에서는 상기 열교환 기가 1열인 형태가 도시되어 있으나, 물론 상기 도 2로 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 도 1에 도시된 바와 같은 형태의 2열 열교환기를 포함하여 복수 열인 열교환기라 하더라도 상기 상부부재(11)가 압출재로 이루어지는 열교환기라면 어떤 형태이든 관계없이 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명의 열교환기는 이와 같이 상기 헤더탱크(10)를 구성하는 상기 상부부재(11)가 압출재로 형성되는 경우, 상기 상부부재(11)의 외측면, 즉 외부에 노출되는 면에 아연을 용사하여 아연층(50)이 형성되도록 하고 있다. 상기 아연층(50)은 알루미늄보다 부식전위가 높기 때문에, 외부로부터 부식 요인(즉 습기 등)이 발생할 경우 알루미늄보다 먼저 부식이 일어나게 되며, 따라서 압출재로 형성되는 상기 상부부재(11)에서 부식이 일어나는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 특히 이와 같은 열교환기(100)는, 증발기로서 사용되어 냉각 사이클이 작동하는 동안 상기 열교환기(100)의 외부에 주변 공기 내의 습기가 모여 물방울이 맺히는 경우도 있고, 또는 이러한 열교환기(100)가 차량용으로 사용되어 차량 내로 빗물 등이 침투하는 경우도 있는 등, 열교환기가 습기와 같은 부식 요인에 노출되는 상황이 매우 자주 발생하게 된다. 따라서 압출재 부품(이 경우 상부부재)이 외부에 그대로 노출되는 경우 부식이 발생하여 해당 부품이 손상되며, 이에 따라 냉각 사이클 전체적으로 고장이 발생하게 되는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명을 채용할 경우, 상기 아연층(50)에 의하여 압출재로 된 상기 상부부재(11)의 외면이 부식 요인에 노출되지 않도록 함과 동시에 상기 아연층(50)에서 대신 부식이 일어남으로써, 압출재로 된 상기 상부부재(11) 자체는 손상되지 않은 채로 유지되며, 따라서 단품 뿐 아니 라 시스템 자체의 내구성 및 수명이 늘어나게 된다. 뿐만 아니라, 압출재로 된 상기 상부부재(11)에서 부식이 일어나지 않은 안전한 상태에서 상기 아연층(50)에서 부식이 일어난 것을 육안으로 확인함으로써, 어떤 조치가 필요할 경우 신속하게 대처할 수 있게 되어 고장이나 파손을 미리 예방할 수 있게 된다.

본 발명에서는 또한, 상기 아연층(50)이 형성된 부분에 클래드 판재(51)를 더 부착함으로써 2중으로 내부식성을 향상시키도록 하고 있다. 클래드 판재(51)는 상술한 바와 같이 압출재보다 내부식성이 높다는 것이 널리 알려져 있다. 따라서 압출재로 된 상기 상부부재(11)에 상기 아연층(50)을 형성하고, 또 그 위에 상기 클래드 판재(51)를 더 부착함으로써 상기 상부부재(11)가 외부와 2중으로 차단되어 외부로부터 발생되는 부식 요인으로부터 완벽하게 보호받을 수 있게 된다. 상기 클래드 판재(51)는 탭 등을 사용하여 고정시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 열교환기를 제작하는 단계를 상세하게 도시한 것이다.

먼저 도 3(A)에 도시된 바와 같이, 상기 상부부재(11)가 압출기(200)로부터 압출에 의하여 형성되어 나오되, 상기 상부부재(11)가 압출에 의해 형성되어 나오는 시점에서 상기 상부부재(11)의 외측면에 아연용사기(300)에 의해 아연이 용사된다. 이에 따라 상기 상부부재(11)의 외측면에 상기 아연층(50)이 형성되게 된다.

다음으로, 도 3(B)에 도시된 바와 같이, 상기 상부부재(11)에 아연이 용사된 쪽의 반대측 면에 절삭에 의해 상기 튜브(20)가 삽입되는 홀이 형성된다. 도면에서 는 반경이 큰 절삭용 회전톱날을 사용하여 단번에 상기 튜브(20)가 삽입되는 홀이 형성되는 것으로 도시되었으며, 이 경우에는 상기 튜브(20)가 삽입되는 홀이 상기 회전톱날의 외주를 따라 둥근 호 형태로 형성되겠으나, 반경이 작은 절삭용 회전톱날을 사용하여 회전 및 이동을 하면서 절삭을 수행함으로써 상기 튜브(20)가 삽입되는 홀이 직선 형태로 형성되도록 할 수도 있는 등, 상기 튜브(20)가 삽입되는 홀이 어떤 형상으로 형성되어도 무방하다.

다음으로, 도 3(C)에 도시되어 있는 바와 같이 상기 상부부재(11)와 상기 하부부재(12)를 결합한 후, 상기 상부부재(11)와 상기 하부부재(12)의 결합체를 브레이징하여 상기 헤더탱크(10)를 형성한다. 이후, 상기 도 3(C)에 도시된 바와 같은 과정에 의해 형성된 상기 헤더탱크(10)를 상기 튜브(20) 및 상기 핀(30)과 조립함으로써 본 발명에 의한 열교환기(100)를 제작할 수 있다.

또한, 상기 도 3(C)에 도시된 바와 같은 과정 이후에, 도 3(D) 및 도 3(E)의 과정을 더할 수 있다. 즉, 도 3(D)에 도시된 바와 같이, 상기 도 3(C)의 과정에 의하여 외측면에 상기 아연층(50)이 형성된 상기 상부부재(11)와 상기 하부부재(12)의 결합체(즉 헤더탱크(10))에 대하여, 상기 상부부재(11)의 상기 아연층(50)이 형성된 면에 상기 클래드 판재(51)를 배치한다. 이후, 도 3(E)에 도시된 바와 같이 상기 클래드 판재(51)를 탭 구조 등의 방법을 이용하여 상기 헤더탱크(10)와 결합시킨다. 이 과정 이후 상기 헤더탱크(10), 상기 튜브(20) 및 상기 핀(30)을 조립하여 본 발명에 의한 열교환기(100)의 제작이 완료된다. 도 3(D) 및 도 3(E)에서는 상기 하부부재(12)에 탭이 형성되도록 하고 상기 클래드 판재(51)를 상기 상부부 재(11)의 위쪽에 배치한 후 탭을 절곡하여 상기 클래드 판재(51)가 상기 상부부재(11)의 상기 아연층(50)이 형성된 면에 부착되도록 하였으나, 물론 이에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 반드시 탭 구조가 아니더라도 상기 클래드 판재(51)를 상기 아연층(50)을 손상시키지 않고 상기 상부부재(11) 위에 부착할 수 있는 구조라면 어떤 결합 구조를 사용하여도 무방하다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

도 1은 종래의 열교환기.

도 2는 본 발명에 의한 열교환기.

도 3은 본 발명에 의한 열교환기의 제작 방법.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100: 열교환기 10: 헤더탱크

11: 상부부재 12: 하부부재

20: 튜브 30: 핀

50: 아연층 51: 클래드 판재

Claims (4)

1. 공기 송풍 방향에 나란하게 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20); 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30); 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10);를 포함하여 이루어지는 열교환기(100)에 있어서,

   상기 헤더탱크(10)는 일측에 다수 개의 튜브삽입홀(13)이 형성되어 상기 튜브(20)들과 결합되는 하부부재(12) 및 유로를 구성할 수 있도록 길이 방향으로 관통되는 통공이 형성되며 상기 튜브삽입홀(13)에 삽입된 상기 튜브(20)가 삽입되도록 서로 소정 간격 이격되어 길이 방향을 따라 일렬로 배치되는 다수 개의 홈이 형성되는 상부부재(11)가 결합되어 이루어지되,

   상기 상부부재(11)의 외측면에 아연 용사에 의한 아연층(50)이 형성되며,

   상기 아연층(50)의 외측에 클래드 판재(51)가 더 부착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 삭제
3. 제 1항에 의한 열교환기를 제작하는 방법에 있어서,

   a) 상기 상부부재(11)를 압출에 의해 형성하는 단계;

   b) 상기 상부부재(11)가 압출에 의해 형성되어 나오는 시점에서 상기 상부부재(11)의 외측면에 아연을 용사하는 단계;

   c) 상기 상부부재(11)에 아연이 용사된 쪽의 반대측 면에 절삭에 의해 상기 튜브(20)가 삽입되는 홀을 형성하는 단계;

   d) 상기 상부부재(11)와 상기 하부부재(12)를 결합하는 단계;

   e) 상기 상부부재(11)와 상기 하부부재(12)의 결합체를 브레이징하여 상기 헤더탱크(10)를 형성하는 단계;

   e1) 상기 하부부재(12)와 결합된 상기 상부부재(11)의 외부로 노출된 면에 클래드 판재(51)를 부착하는 단계;

   f) 상기 헤더탱크(10), 상기 튜브(20) 및 상기 핀(30)을 조립하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제작 방법.
4. 삭제

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