KR101647509B1 - 열교환기용 튜브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스트립(11)의 폴딩에 의하여 구현되는 열교환기용 튜브에 관한 것으로, 상기 스트립의 단부(13)는 폴딩 후 곡선 측면 형상을 나타내는 분리 격막(12)을 구성하도록 형성된다.
일 실시양태에 따르면, 상기 곡선 측면 형상은 버클의 제1 부분(12a) 및 상기 버클의 제1 부분(12a)에서 종결되는 버클의 제2 부분(12b)을 포함하는 버클형 측면 형상이다.
본 발명은 자동차에서 사용되는 플랫 튜브 열교환기에 적용된다.
열교환기, 튜브, 폴딩, 분리 격막

Description

열교환기용 튜브{TUBE FOR HEAT EXCHANGER}
본 발명은 열교환기용 튜브에 관한 것이다.
본 발명은 특히 플랫 튜브 열교환기 분야에 유리하게 적용된다. 이러한 열교환기는 특히 증발기, 응축기 또는 자동차의 에어 컨디셔닝 시스템에서 난방을 위한 에어 히터로서 또는 이러한 차량의 냉각 회로에서 라디에이터로서 사용된다.
자동차용 플랫 튜브 열교환기는 일반적으로 하나 또는 복수의 열에 평행하게 배치된 플랫 튜브의 다발로 구성되며, 이들 튜브는 엔진의 냉각 회로의 라디에이터의 경우 글리콜이 첨가된 물과 같은 방열액이 교환기를 통하여 순환하도록 의도되어 있다. 상기 물은 엔진 기관들을 냉각시키면서 가열되므로 이것을 냉각시킬 필요가 있다. 이러한 기능을 확보하는 것이 라디에이터의 역할이다. 이를 위하여, 글리콜수는 라디에이터의 튜브 내에서 순환되며 송풍 장치 또는 환기 장치에서 나오는 저온의 공기와 열교환함으로써 냉각되는데, 이러한 열교환은 튜브 다발 내에 열교환 부재가 배치되어 있으면 유리하다. 에어 히터의 경우, 공기 중에 분산된 열에너지를 회수하여 자체 공지된 환기, 난방 및/또는 에어 컨디셔닝 설비에 의하여 자동차의 객실을 난방한다.
소위 "용접"에 의한 열교환기 조립 기술에 따르면, 튜브는 튜브 사이에 배치된 삽입재 또는 날개로 구성된 열교환기 부재에 용접된다. 일반적으로, 이러한 삽입재는 파면의 형태로 구현되며, 튜브는 파형의 정점에서 삽입재에 용접된다. 이렇게 조립된 튜브와 삽입재 유닛의 각 단부에는, 도관에 의하여 회로의 나머지 부분에 연결되는 수집 상자가 씌워져 있다.
플랫 튜브는 압출, 기계적 용접 또는 폴딩과 같은 다양한 기술에 의하여 얻을 수 있다. 본 발명은, 스트립이라 불리는 금속 호일을 폴딩하여 방열액(이 경우에는 물)의 순환 도관을 규정함으로써 각 플랫 튜브를 구현하는 폴딩 기술에 관한 것이다. 스트립은 다르게는 코어라 불리는 기본 재료, 일반적으로 알루미늄 합금으로 구성된다.
국제 출원 WO 03/046456호는 특히 스트립으로부터 구현된 분리 격막을 구비한 플랫 튜브를 제안하고 있으며, 상기 스트립의 일단은 스트립의 폴딩 후 얻어지는 분리 격막이 실질적으로 반원형의 곡선 측면 형상을 갖도록 형성된 것이다.
그러나, 이로써 달성되는 모든 장점에도 불구하고, 국제 출원 WO 03/046456호의 공지된 플랫 튜브는 방열액에 의하여 인가되는 압력의 결과 튜브의 팽창시 단지 적은 기계적 내성을 제공한다는 단점이 있다. 실제로, 원호형의 곡선 형상은 분리 격막에 가요성을 부여하여 상기 분리 격막의 개방을 용이하게 하며 이에 따라 수압의 작용하에서 튜브의 팽창을 용이하게 한다.
분리 격막의 개방은 결과적으로 격막의 양측에 배치된 두 순환 채널 사이에 비대칭성을 야기하므로 채널의 수압 구간을 동일하게 하여 열교환기의 작동 상태와 무관하게 이것을 유지하여야 한다.
나아가, 압력하에서의 튜브의 팽창은 복수 지점에, 특히 튜브의 반경 및 튜브의 폴딩된 두 부분 사이의 접합부에서 세로방향 용접부에 기계적인 구속력을 발생시킨다.
결국, 팽창/완화의 반복 사이클이 튜브를 구성하는 재료의 노화를 가속화한다.
플랫 튜브의 팽창시의 이러한 모든 연속적 현상은 열교환기의 기계적 종횡비를 약화시켜, 밀폐 결함이 출현하게 된다.
본 발명의 목적은, 스트립의 폭 치수 허용의 제한을 없애고 및/또는 코어의 두 면 중 하나만을 용접 재료로 코팅하는 것과 같은 장점을 유지하면서, 상기 인용한 국제 출원에 개시된 튜브의 압력하 팽창시에 관련된 단점을 회피할 수 있는 열교환기용 튜브를 제안하는 것이다.
이러한 목적은, 본 발명에 따르면, 스트립의 폴딩에 의하여 구현된 열교환기용 튜브에 의하여 달성되며, 상기 스트립의 단부는 폴딩 후 곡선 측면 형상을 갖는 분리 격막을 구성하도록 형성되고, 상기 곡선 측면 형상은 버클형 측면 형상이고 상기 분리 격막이 자체적으로 재폐쇄되는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징은, 분리 격막에 이용되는 스트립의 에지가 "U"자형의 굴곡내에 샌드위치형으로 끼워짐으로써, 코팅과 코팅이 없는 튜브 내벽을 접촉시켜 용접을 확장시킬 수 있으므로 높은 내팽창성이 달성된다는 사실에 의한 것이다.
따라서, 이하에서 상세히 살펴보는 바와 같이, 본 발명에 따르면 분리 격막에 버클형의 곡선 측면 형상을 부여함과 동시에, 튜브의 내벽에 격막의 용접(제1 용접)을 실시하고 아울러 격막 자체에 격막 자유 단부의 용접(제2 용접)을 실시할 수 있다. 이로써, 본 발명에 의하면, 격막의 개방이 불가능하여 튜브의 팽창시 격막의 기계적 내성이 상당히 증대된다.
이러한 결과는 스트립의 두 면에서 용접 재료를 코팅할 필요가 없다는 장점 을 유지하면서 얻어지는 것이다. 본 발명의 실시에는 하나의 코팅면으로 충분하며, 또다른 면은 튜브의 내벽 상에서의 부식을 제한하는 재료를 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 버클 형태의 곡선 측면 형상은 버클의 제1 부분 및 상기 버클의 제1 부분의 내부에서 종결되는 버클의 제2 부분을 포함한다.
특정 실시양태에서, 본 발명에 의하면, 상기 버클의 제1 부분 및 제2 부분은 실질적으로 원호형이며, 여기서 스트립의 두께는 일정하다.
소정 수압 구간을 순환 채널에 부여하는 방식으로 튜브의 내부 두께가 고정되는 경우, 분리 격막의 치수 특성은 이에 따라 적응되어야 한다.
따라서, 본 발명에서 상기 분리 격막은 상기 버클의 길이를 따라 튜브의 두께보다 작은 두께를 가지거나 또는 버클의 제1 부분에서 튜브의 두께보다 작은 제1 두께를 그리고 버클의 제2 부분에서 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가진다.
이하 첨부 도면을 참조하여 비제한적 실시예로서 주어지는 상세한 설명에 의하면 본 발명의 구성 및 본 발명의 실시 방법 그리고 경우에 따라서는 본 발명의 정의를 더 잘 이해하게 될 것이다.
본 발명에 따르면 분리 격막에 버클형의 곡선 측면 형상을 부여함과 동시에, 튜브의 내벽에 격막의 용접(제1 용접)을 실시하고 아울러 격막 자체에 격막 자유 단부의 용접(제2 용접)을 실시할 수 있다. 이로써, 본 발명에 의하면, 격막의 개방이 불가능하여 튜브의 팽창시 격막의 기계적 내성이 상당히 증대된다.
이러한 결과는 스트립의 두 면에서 용접 재료를 코팅할 필요가 없다는 장점 을 유지하면서 얻어지는 것이다. 본 발명의 실시에는 하나의 코팅면으로 충분하며, 또다른 면은 튜브의 내벽 상에서의 부식을 제한하는 재료를 적용할 수 있다.
도 1에는 증발기, 응축기, 에어 히터 또는 자동차의 라디에이터일 수 있는 열교환기를 위한 플랫 튜브(10)의 부분 단면이 도시되어 있다.
튜브(10)는 용융 온도가 630 내지 660℃이고 일반적으로 1xxx, 3xxx, 6xxx 및 7xxx로 명명되는 시리즈에서 선택되는 알루미늄 합금인 기본 재료 또는 코어 재료로 구현된 스트립(11)의 형성 및 폴딩에 의하여 얻어진다.
형성 및 폴딩 후, 스트립(11)은, 폴딩 후 튜브(10)의 외벽을 구성하는 제1 면(111)에, 용융 온도가 577℃를 초과하고 코어 금속의 용융 온도보다 낮은 4xxx 시리즈의 알루미늄 합금으로 구성된, 종종 "클래드"라고도 일컬어지는 피복 또는 코팅 재료의 층(21)을 구비한다. 상기 층(21)은, 노(爐)에서 피복 재료의 용융에 의하여, 부품, 플랫 튜브 및 삽입재가 특히 미리 조립되어 있는 열교환기의 기계적 종횡비를 확보하는 소위 용접층이라 불리는 층이다. 이 용접 층(21)은 도면에서 굵은 선으로 표시된다.
스트립(11)의 제2 면(112), 즉 폴딩 후 튜브의 내부 부피를 한정하는 튜브(10)의 내벽에는, 스트립(11)의 코어 금속을 통한 부식의 전파 속도를 감소시킬 수 있는 재료로 된 층(22)이 증착된다. 특히 알루미늄 및 규소를 베이스로 하는 이러한 재료의 융점은 용접 재료 또는 "클래드"의 융점보다 높다. 이러한 보호층(22)은 도면에서 점선으로 표시된다.
도 1에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 스트립(11)의 단부 또는 에지(13)는 폴딩 후 튜브(10)의 분리 격막(12)을 두 방열액 순환 채널(31, 32)로 구현하는 방식으로 형성된다.
분리 격막(12)은 실질적으로 원호형인 버클의 제1 부분(12a) 및 역시 실질적으로 원호형이며 상기 버클의 제1 부분(12a)의 내부에서 종결되는 버클의 제2 부분(12b)을 구비하는 버클형 곡선 측면 형상에 따라 자체적으로 재폐쇄된다. 원호는 약 180°로 만곡된 형상이다.
격막(12)을 두 구역, 즉 격막이 튜브(10)의 내벽(112)에 용접된 A 지점을 중심으로 하는 제1 구역 및 격막이 버클 제1 부분(12a)의 내벽 상의 버클 제2 부분(12b)의 단부에서 용접된 B 지점을 중심으로 하는 제2 구역에서 용접할 수 있다.
튜브의 외벽으로부터 출발하여, 분리 격막은 튜브의 내부를 향한(외부 방향) 41 내지 45°의 제1 굴곡, 이후 제1 평탄부(42)에 이어서 튜브의 외부를 향하여(내부 방향) 되돌아오는 43 내지 45°의 제2 굴곡을 포함하며, 이후 분리 격막에서 사용되지 않는 스트립 에지를 수용하는 제2 평탄부(44)가 존재한다. 이 제2 평탄부(44)는 튜브의 내부를 향하여 180°로 되돌아오는 버클의 제1 부분(12a)의 부재이며, 이어서 외벽이 튜브의 내벽과 접촉하는 제3 평탄부(45)가 이어진다. 이 제3 평탄부(45)는 버클의 제1 부분(12a) 및 제2 부분(12b)에 공통된다. 분리 격막의 측면 형상은 튜브의 내부를 향하여(외부 방향) 180°로 되돌아오는 버클의 제2 부분(12b)의 만곡에 의하여 연속되며 제2 평탄부(44) 및 제3 평탄부(45) 사이에 샌드위치형으로 끼워진 스트립 에지인 제4 평탄부(46)에 의하여 종결된다.
이렇게 하여 방열액에 의하여 인가되는 압력에 견딜 수 있으며, 따라서 특히 종래 공지된 튜브에서 발생하는 것과 같은 격막의 측면 형상의 개방에 의한 튜브(10)의 모든 팽창에 대하여 대항할 수 있는 매우 강성의 분리 격막(12)이 얻어진다. 채널(31, 32)의 수압 구간은 유지되며 튜브의 다른 부재에 대한 구속력에 전혀 종속되지 않는다.
채널(31, 32)의 수압 구간이 고정되는 경우, 이것은 버클의 제1 부분(12a) 및 제2 부분(12b)에서 격막(12)의 두께를 조절함으로써 얻어질 수 있다.
제1 실시양태에 따르면, 격막(12)은 버클 (또는 스트립 에지)의 길이를 따라 일정한 두께(e2)를 가질 수 있으며, 이 두께는 튜브(10)의 두께(e1)보다 작다. 이 경우, 도 2a에 도시된 바와 같이, 스트립(11)은 단부 또는 에지(13)에서 e1 및 e2 값 사이에 불연속 또는 두께 격차를 가진다.
도 2b에 도시된 제2 실시양태에 따르면, 격막(12)은 버클의 제1 부분(12a)에서 튜브(10)의 두께(e1)보다 작은 제1 두께(e2)를 가지며 버클의 제2 부분(12b)에서 상기 제1 두께(e2)보다 작은 제2 두께(e3)를 가진다. 이 경우, 도 2b는 스트립(11)에서 두 군데의 두께 격차를 보인다(하나는 e1 및 e2 값 사이에서, 다른 하나는 e2 및 e3 값 사이에서).
두께 값은 다음과 같다:
0.1 mm ≤ e1 ≤ 0.4 mm
0.05 mm ≤ e2 ≤ 0.4 mm
0.05 mm ≤ e3 ≤ 0.4 mm
채널(31, 32)의 수압 구간이 고정되어 있지 않은 경우, e1 = e2 = e3이다.
채널(31, 32)의 수압 구간이 고정되어 있거나 부여되어 있는 경우, 두께를 다음과 같이 조절한다:
ㆍ제1 실시양태 : e3 = e2 ＜ e1
ㆍ제2 실시양태 : e3 ＜ e2 ＜ e1.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기용 튜브의 부분 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시양태에 따른 스트립의 부분 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 제2 실시양태에 따른 스트립의 부분 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 플랫 튜브
11 : 스트립
12 : 분리 격막
12a : 버클의 제1 부분
12b : 버클의 제2 부분
22 : 보호층
44 : 제2 평탄부
45 : 제3 평탄부
46 : 제4 평탄부

Claims (10)

  1. 스트립(11)의 폴딩에 의하여 구현되는 열교환기용 튜브(10)로서, 상기 스트립의 일단(13)이 폴딩 후 곡선 측면 형상을 갖는 분리 격막(12)을 구성하도록 형성되는 튜브에 있어서, 상기 곡선 측면 형상이 버클형 측면 형상이고 상기 분리 격막(12)이 자체적으로 재폐쇄되며,
    상기 분리 격막(12)은 상기 버클의 길이를 따라 튜브(10)의 두께(e1)보다 작은 일정한 두께(e2)를 가지고,
    상기 버클형 곡선 측면 형상은 버클의 제1 부분(12a) 및 상기 버클의 제1 부분(12a)의 내부에서 종결되는 버클의 제2 부분(12b)을 포함하며,
    상기 버클의 제1 부분(12a)은 제2 평탄부(44) 및 이어서 상기 버클의 제2 부분(12b)과 공통인 180°만곡된 제3 평탄부(45)로 구성되고, 상기 제3 평탄부(45)는 상기 제2 평탄부(44) 및 제3 평탄부(45) 사이에 샌드위치형으로 끼워진 180°만곡된 제4 평탄부(46)에 의하여 종결되고,
    상기 분리 격막(12)은 버클의 제1 부분(12a)에서 튜브(10)의 두께(e1)보다 작은 제1 두께(e2)를 가지며 버클의 제2 부분(12b)에서 상기 제1 두께(e2)보다 작은 제2 두께(e3)를 갖는 것을 특징으로 하는 튜브.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 버클의 제1 부분(12a) 및 버클의 제2 부분(12b)은 실질적으로 원호형인 것인 튜브.
  4. 제3항에 있어서, 상기 버클의 제2 부분(12b)은 튜브의 내벽에 용접되는 것인 튜브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 버클의 제2 부분(12b)은 버클의 제1 부분(12a)의 개시를 규정하는 제2 평탄부(44) 상에 용접되는 것인 튜브.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브의 제1 면(111)은 용접 층(21)으로 피복되고, 튜브의 제2 면(112)은 침식에 대한 보호층(22)으로 피복되며, 상기 제2 면(112)이 상기 튜브의 내부 부피를 규정하는 것인 튜브.
  10. 열교환기 주위의 공기와 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 튜브의 내부를 순환하는 유체 사이에서 열에너지를 교환할 수 있는 열교환기.
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