KR101597581B1 - 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구리 파이프에 비해 생산단가를 절감할 수 있고, 내부의 그루브를 형성하고 최대 용접성을 확보하기 위해 용접 규격을 변화시키더라도 정밀한 두께 및 직경의 최종제품을 생산할 수 있는 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구리 파이프에 비해 생산단가를 절감할 수 있고, 내부의 그루브를 형성하고 최대 용접성을 확보하기 위해 용접 규격을 변화시키더라도 정밀한 두께 및 직경의 최종제품을 생산할 수 있는 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 관한 것이다.
자동차, 선박, 발전소, 가정 등 광범위한 산업 분야에 걸쳐 열교환기가 사용되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 열교환기(10)는 열 교환 성능을 향상시키기 위한 핀(11)과 작동 유체의 유로를 형성하는 파이프 튜브(12)로 구성된다.
또한, 열교환기는 경량화와 높은 열 전도도가 요구되므로, 상기 핀(11)에 삽입되는 열교환기용 파이프는 일반적으로 구리를 소재로 한 파이프가 제작되어 사용되고 있다.
하지만, 구리 파이프의 경우에는 상기 핀(11)에 삽입되었을 때, 용접이 불가하여 서로 이격되므로, 열 교환 성능이 저하되고, 구리 소재 가격의 급등으로 제품의 제조비용이 높은 실정이다.
따라서, 구리 소재를 알루미늄 소재로 대체할 수 있는 기술개발이 진행되고 있다.
특허 출원번호 KR 1999-0033407호에는 Al-Mg-Si-Cu계의 알루미늄 합금으로 이루어져 알루미늄 합금의 압출성을 향상시킬 수 있도록 하는 압출성이 우수한 강도 알루미늄 합금이 개시되어 있다.
하지만, 단일 소재로 제조된 알루미늄 파이프는 상기 핀(11)과 파이프를 결합하는 엄셈블리 공정에서 브레이징(blazing) 공법이 불가능하여, 기존의 구리파이프 보다 열 교환성능이 떨어지게 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 클래드 알루미늄을 이용하여, 브레이징 공법이 가능한 기술들이 개발되어 있다.
특허 출원번호 KR 2009-0096118호에는 알루미늄 합금의 모재와 상기 모재 위에 브레이징이 가능한 클래드재가 위치된 파이프 제조용 시트를 튜브밀에 투입하여 파이프를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 특허 출원번호 US 2009-653894호에는 클래드 알루미늄을 이용하여, 열교환기용 파이프를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
종래의 기술들은 클래드 알루미늄 파이프를 제조하여, 브레이징 공법으로 열교환기의 방열핀에 용접할 수 있으므로 열 교환성능은 개선되었으나, 보다 향상된 열 교환성능을 지닐 수 있는 클래드 알루미늄 파이프 제조 기술의 개발이 필요하다.
또한, 최종 용접성을 확보하면서도 원하는 두께 및 직경의 최종제품을 제조할 수 있는 클래드 알루미늄 파이프의 제조 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은 이러한 필요성에 의해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 구리 소재를 클래드 알루미늄으로 대체하여 생산비용을 절감할 수 있고, 열 교환기의 방열핀과 브레이징 공법으로 결합될 수 있으므로, 상기 방열핀으로 열전달효율을 향상시킬 수 있는 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 클래드 알루미늄 파이프의 내측에 길이방향으로 나란한 복수개의 직선형 그루브(groove)가 형성되어, 냉매의 유체거동 효과가 상승되고 열전달효율을 보다 향상시킬 수 있는 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 고주파 용접단계에서 파이프의 외경 및 두께를 일정 수준으로 조절하여, 최대 용접성을 확보하면서도 원하는 두께 및 직경의 최종 제품을 생산할 수 있는 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저 본 발명은 열교환기의 방열핀에 브레이징 용접시키기 위한 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 있어서, 클래드 알루미늄 판재를 이송시키며, 알루미늄 코어면에 그루브를 형성하는 그루브 형성단계; 그루브가 형성된 클래드 알루미늄 판재를 복수개의 이송 롤러를 통해 파이프 형상으로 말아지게 하는 파이프 조관단계; 상기 조관단계를 통해 말아진 클래드 알루미늄 파이프의 마주하는 끝단부를 고주파 용접시키는 고주파 용접단계; 상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 직경을 축소시키는 사이징 단계; 및 사이징된 파이프를 설정된 길이로 절단하여 최종제품을 생산하는 절단단계를 포함하고, 상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 외경은 상기 최종제품의 외경보다 0.8 내지 1.2mm 큰 것을 특징으로 하는 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 외경이 상기 최종 제품의 외경보다 0.8mm 내지 0.9mm 크게 형성될 경우에는 상기 클래드 알루미늄 판재의 두께와 상기 그루브의 높이를 0.04mm 감소시켜 용접을 수행하고, 상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 외경이 상기 최종 제품의 외경보다 1.0mm 내지 1.2mm 크게 형성될 경우에는 상기 클래드 알루미늄 판재의 두께와 상기 그루브의 높이를 0.05mm 감소시켜 용접을 수행한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 이송 롤러들은 세로 회전축을 중심으로 회전하는 세로축 회전 롤러이며, 이웃하는 상기 이송 롤러들은 지면에 대해 설치된 높이가 서로 다르다.
또한, 본 발명은 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 의해 제조된 클래드 알루미늄 파이프를 제공한다.
또한, 본 발명은 클래드 알루미늄 파이프가 구비된 열교환기를 제공한다.
또한, 본 발명은 열교환기가 구비된 공조기를 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
먼저 본 발명의 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 의하면, 구리 소재를 클래드 알루미늄으로 대체하여 생산비용을 절감할 수 있고, 열 교환기의 방열핀과 브레이징 공법으로 결합될 수 있으므로, 상기 방열핀으로 열전달효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 의하면, 클래드 알루미늄 파이프의 내측에 길이방향으로 나란한 복수개의 직선형 그루브(groove)가 형성되어, 냉매의 유체거동 효과가 상승되고 열전달효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 의하면, 고주파 용접단계에서 파이프의 외경 및 두께를 일정 수준으로 조절하여, 최대 용접성을 확보하면서도 원하는 두께 및 직경의 최종 제품을 생산할 수 있다.
도 1은 종래의 열교환기를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법을 보여주는 공정순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법을 통해 제조된 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법을 보여주는 공정순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법을 통해 제조된 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프를 보여주는 사시도이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 따른 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프 제조방법은 열교환기의 방열핀에 브레이징 용접시키기 위한 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프를 제조하기 위한 방법으로, 도 2에 공정도가 도시되어 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프 제조방법은 그루브 형성단계, 파이프 조관 단계, 고주파 용접단계, 사이징 단계, 절단단계로 수행된다.
먼저, 상기 그루브 형성단계는 클래드 알루미늄 판재(100)를 풀어 이송시키고, 그루브를 형성하는 단계이다.
또한, 그루브(911)의 형성은 복수개의 그루브 형성 돌기(210)가 형성된 그루브 형성 드럼(200)이 이송되는 클래드 알루미늄 판재에 접촉하여 회전함으로써 형성된다.
다음, 상기 파이프 조관단계는 그루브가 형성된 클래드 알루미늄 판재를 복수개의 이송 롤러(300)를 통해 파이프 형상으로 말아지게 하는 단계이다.
또한, 상기 이송 롤러(300)들은 세로 회전축을 중심으로 회전하는 세로축 회전 롤러이다.
이는 클래드 알루미늄의 상하면에 접촉하는 가로축 회전 롤러를 사용하게 될 경우, 상기 알루미늄 코어면에 형성된 그루브(911)가 홰손되기 때문이다.
즉, 본 발명의 파이프 조관단계에서는 세로축 회전 롤러만을 사용한다.
또한, 이웃하는 상기 이송 롤러들은 지면에 대해 설치된 높이(h1 및 h2)가 서로 다르게 형성된다.
이와 같이, 지면에 대해 설치된 높이가 서로 다르게 되면, 세로축 회전 롤러로만 구성되어 말려진 상기 클래드 알루미늄 판재(100)가 다시 펴지려는 모멘트(back spring 현상)를 줄일 수 있으므로, 가로축 회전 롤러를 사용하지 않고도 상기 클래드 알루미늄 판재(100)를 파이프 형성으로 용이하게 조관 할 수 있게 된다.
다음, 상기 고주파 용접단계는 상기 조관단계를 통해 말아진 파이프의 마주하는 끝단부를 고주파 용접시키는 단계이다.
또한, 상기 고주파 용전답계는 유도코일(420)을 통해 전류가 흐르고, 임피더코어(410)에 의해 상기 클래드 알루미늄 파이프의 마주하는 끝단부로 전류가 집중되어, 높은 저항의 접촉면 금속을 녹이면서 파이프로 용접이 된다.
또한, 종래에 사용되고 있는 임피더코어의 직경보다 0.3mm가 더 긴 직경의 임피더코어(410)를 이용하게 되면, 용접성을 향상시킬 수 있다.
다음, 사이징 단계는 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프를 최종 제품으로 규격화시키는 단계이다.
또한, 상기 사이징 단계는 복수개의 세로축 회전 롤러 및 가로축 회전롤러로 구성되는 사이징기(700)를 이용하여, 상기 파이프의 직경을 축소시킨다.
또한, 상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 외경은 최종제품의 외경보다 0.8 내지 1.2mm 크게 용접되어, 상기 사이징 단계가 수행되는 것이 바람직하다.
이는 최종 제품의 외경보다 0.8 내지 1.2mm 크게 용접하여, 최적의 용접성을 확보하기 위함이다.
하지만, 상기 사이징 단계에서 상기 파이프의 외경을 축소시키게 되면, 상기 파이프의 두께가 증가하게 되어, 원하는 두께의 최종제품을 생산할 수 없다.
그래서, 상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 외경이 상기 최종 제품의 외경보다 0.8mm 내지 0.9mm 크게 형성될 경우에는 상기 클래드 알루미늄 판재의 두께와 상기 그루브의 높이를 0.04mm 감소시켜 용접을 수행한다.
또한, 상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 외경이 상기 최종 제품의 외경보다 1.0mm 내지 1.2mm 크게 형성될 경우에는 상기 클래드 알루미늄 판재의 두께와 상기 그루브의 높이를 0.05mm 감소시켜 용접을 수행한다.
이는 아래의 표1과 같이 용접규격 증가에 따른 사이징 단계 후 두께 증가율에 기반한 것으로 증가하는 두께만큼 클래드 알루미늄의 두께와 그루브의 높이를 감소시켜 원하는 규격의 최종제품을 얻기 위함이다.
용접규격(mm) | 22.8 | 22.9 | 23.0 | 23.1 | 23.2 |
사이징 단계 후 두께 증가(mm) | 0.04 | 0.04 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
이와 같이, 상기 고주파 용접단계에서 증가된 상기 파이프의 외경 길이를 기준으로, 상기 클래드 알루미늄 판재의 두께와 상기 그루브의 높이를 본 발명에 따라 설정된 기준으로 조절하게 되면, 원하는 규격의 최종제품을 제조할 수 있게 된다.
또한, 상기 고주파 용접단계와, 상기 사이징 단계 사이에는, 비파과검사기(500)를 이용하여, 파이프 내부의 결함을 확인할 수 있고, 비드제거기(600)를 이용하여, 용접시 발생한 비드를 제거하는 과정이 수반될 수 있다.
다음으로, 사이징된 파이프를 설정된 길이로 커팅기(800)를 이용하여 절단하는 절단단계가 수행되어, 클래드 알루미늄 파이프(900)를 제조한다.
상기 클래드 알루미늄 파이프(900)는 도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 코어(910) 및 알루미늄 클래드(920)를 포함하고, 상기 그루부 형성단계를 통해, 상기 알루미늄 코어(910)의 내측에는 그루브(211)가 복수개 형성된다.
또한, 상기 그루브(211)는 냉매의 유체거동 효과가 상승되고, 열전달효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 클래드 알루미늄 파이프가(900)가 방열핀에 결합하여, 하나의 열교환기로 제공될 수 있다.
또한, 상기 열교환기가 구비된 공조기로도 제공될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : 클래드 알루미늄 판재 200 : 그루브 형성 드럼
210 : 그루브 형성 돌기 300 : 이송롤러
400 : 고주파 용접기 410 : 임피더코어
420 : 유도 코일 500 : 비파괴 검사기
600 : 비드제거기 700 : 사이징기
800 : 커팅기 900 : 클래드 알루미늄 파이프
910 : 알루미늄 코어 920 : 알루미늄 클래드
911 : 그루브
210 : 그루브 형성 돌기 300 : 이송롤러
400 : 고주파 용접기 410 : 임피더코어
420 : 유도 코일 500 : 비파괴 검사기
600 : 비드제거기 700 : 사이징기
800 : 커팅기 900 : 클래드 알루미늄 파이프
910 : 알루미늄 코어 920 : 알루미늄 클래드
911 : 그루브
Claims (6)
- 열교환기의 방열핀에 브레이징 용접시키기 위한 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법에 있어서,
클래드 알루미늄 판재를 이송시키며, 알루미늄 코어면에 그루브를 형성하는 그루브 형성단계;
그루브가 형성된 클래드 알루미늄 판재를 복수개의 이송 롤러를 통해 파이프 형상으로 말아지게 하는 파이프 조관단계;
상기 조관단계를 통해 말아진 클래드 알루미늄 파이프의 마주하는 끝단부를 고주파 용접시키는 고주파 용접단계;
상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 직경을 축소시키는 사이징 단계; 및
사이징된 파이프를 설정된 길이로 절단하여 최종제품을 생산하는 절단단계를 포함하고,
상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 외경은 상기 최종제품의 외경보다 0.8 내지 1.2mm 크고,
상기 이송 롤러들은 세로 회전축을 중심으로 회전하는 세로축 회전 롤러이며, 이웃하는 상기 이송 롤러들은 지면에 대해 설치된 높이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 외경이 상기 최종 제품의 외경보다 0.8mm 내지 0.9mm 크게 형성될 경우에는 상기 클래드 알루미늄 판재의 두께와 상기 그루브의 높이를 0.04mm 감소시켜 용접을 수행하고, 상기 고주파 용접단계를 통해 얻어진 파이프의 외경이 상기 최종 제품의 외경보다 1.0mm 내지 1.2mm 크게 형성될 경우에는 상기 클래드 알루미늄 판재의 두께와 상기 그루브의 높이를 0.05mm 감소시켜 용접을 수행하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 클래드 알루미늄 파이프의 제조방법.
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