KR101759110B1 - 이중관 열교환기 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내관의 외주면에 제2 홈부를 형성하여 제2 홈부를 통해 외관과 내관 사이로 흐르는 유량을 증가시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 이중관 열교환기 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
이를 위해, 본 발명은 외관과, 내부에 제1 유로가 형성되며 상기 외관의 내경보다 외경이 작도록 형성되고 상기 외관 내에 삽입되어 상기 외관과의 사이에 제2 유로를 형성하는 내관을 포함하는 이중관 열교환기에 있어서, 상기 내관의 외주면에 길이방향을 따라 나선형으로 형성되어 상기 제2 유로가 적어도 부분적으로 나선형이 되도록 하는 복수개의 제1 홈부 및 상기 내관의 외주면 중 인접하는 2개의 상기 제1 홈부 사이 부분에 각각 형성되며 상기 제1 홈부를 따라 형성되는 적어도 하나의 제2 홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기를 제공한다.

Description

이중관 열교환기 및 그의 제조방법{DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 이중관 열교환기 및 그의 제조방법에 관한 것이고, 구체적으로 내부에 스파이럴 구조를 가진 내관이 배치되어 외관을 흐르는 유체와 내관을 흐르는 유체 사이의 열교환이 가능하도록 하는 이중관 열교환기 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

저온과 고온 사이의 열교환은 다양한 분야에서 요구되고 열 교환기와 같은 장치가 고온의 유체와 저온의 유체 사이의 열교환을 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어 냉장고 또는 자동차의 경우 열교환을 위하여 고온의 유체와 저온의 유체가 동시에 흐르면서 열을 교환할 수 있도록 하는 이중 관 구조가 사용되고 있다. 예를 들어 응축기(condenser)와 증발기(evaporator) 사이의 유체 라인을 증발기와 압축기(compressor) 사이의 흡입 라인(suction line)과 합하여 이중 관으로 형성할 수 있다. 이로 인하여 흡입 라인의 저온의 유체가 유체 라인의 고온의 열을 흡수할 수 있다. 그리고 이로 인하여 냉각 장치의 냉각 효율이 향상되도록 할 수 있다. 다양한 형태의 이중관 열교환기의 구조가 이 분야에 공지되어 있다.

종래의 이중관 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이, 내관(10)과 외관(20)을 구비한다. 내관(10)은 내측에 제1 유로(12)를 갖추고 있으며 이 제1 유로(12)에는 제1 유체가 유입되어 흐른다.

외관(20)은 내관(10)의 외면 둘레에 설치된다. 특히, 내관(10)과의 사이에 제2 유로(30)가 형성되도록 설치되며, 이렇게 형성된 제2 유로(30)에는 제2 유체가 유입되어 흐른다. 이때, 내관(10)의 외주면에는 나선홈(14)이 형성되어 나선홈(14)을 따라 제2 유체가 흐르게 된다.

따라서, 제2 유로(30)로 유입된 제2 유체는 제1 유로(12)를 따라 흐르는 제1 유체와 서로 다른 온도를 갖고 흐르게 되어 상호 열교환 작용이 일어난다.

이러한 구조로 제조된 종래의 이중관 열교환기는 내관(10)의 외주면에 형성된 나선홈(41)에 의해 각 나선홈(14) 사이로 돌출된 부분이 외관(20)의 내주면과 접촉하게 되는 바, 이로 인해 부분적으로 유량이 확보되지 못하여 제1 유체 및 제2 유체 간의 열교환 면적이 작아져 열교환 효율이 저하될 수 있다.

또한, 외관(20)에 내관(10)을 결합하는 과정에서 외관의 외부유체가 유입되고 유출되는 부분에 내관에 형성된 나선 홈(14)의 양측단 즉, 나선 홈(14)이 시작되고 끝나는 부위가 일치되도록 결합되는 것이 바람직하나, 외관(20)에 내관이 삽입된 상태로 추가의 다른 공정을 진행할 경우 외관(20)에 삽입된 내관(10)이 움직임이 발생하여 내관(10)을 정확한 위치에 결합시킬 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 외관(20)에 내관(10)을 용접 공정에 의해 결합시킬 경우, 외관(20)에 대해 내관(10)이 결합되는 부위에 충분한 기밀이 유지되도록 용접하기가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내관의 외주면에 제2 홈부를 형성하여 제2 홈부를 통해 외관과 내관 사이로 흐르는 유량을 증가시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 이중관 열교환기 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 외관과, 내부에 제1 유로가 형성되며 상기 외관의 내경보다 외경이 작도록 형성되고 상기 외관 내에 삽입되어 상기 외관과의 사이에 제2 유로를 형성하는 내관을 포함하는 이중관 열교환기에 있어서, 상기 내관의 외주면에 길이방향을 따라 나선형으로 형성되어 상기 제2 유로가 적어도 부분적으로 나선형이 되도록 하는 복수개의 제1 홈부 및 상기 내관의 외주면 중 인접하는 2개의 상기 제1 홈부 사이 부분에 각각 형성되며 상기 제1 홈부를 따라 형성되는 적어도 하나의 제2 홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기를 제공한다.

상기 제2 홈부의 깊이는 상기 제1 홈부의 깊이 보다 작게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제2 홈부는 U자형 홈 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 홈부는 상기 내관의 외주면에 각각 3개소 형성되고, 상기 제2 홈부는 내관의 외주면 중 인접하는 2개의 상기 제1 홈부 사이에 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 외관은 상기 외관의 내부에 상기 내관이 삽입된 상태에서 상기 외관에 대해 상기 내관의 결합되는 적어도 한 지점 이상에서 클램핑되어 형성되며, 상기 내관의 외주면의 적어도 일 부분과 접촉하는 가체결부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가체결부는 상기 외관의 외주면을 압착하여 압착된 외관의 내주면이 내관의 외주면을 가압하도록 형성된 복수개의 압착홈을 포함하고, 상기 압착홈은 외관의 외주면 둘레를 따라 소정 간격 이격된 상태로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 외관의 양단에는 상기 외부배관의 일부가 확관된 상태로 형성되어 외부에서 유체가 유입되는 제1 연결관 및 유입된 유체가 배출되는 제2 연결관이 연결되는 확관부 및 상기 각 확관부의 단부가 축관된 상태로 형성된 축관부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 확관부에는 상기 제1 연결관 및 제2 연결관이 결합되어 제2 유로와 연통되도록 형성된 결합홀 및 상기 결합홀의 내주면으로부터 결합홀의 중심 방향으로 돌출 형성된 걸림턱을 포함하고, 상기 제1 연결관 및 제2 연결관에는 상기 각 연결관으로부터 연장 형성되어 상기 결합홀에 결합되는 결합돌기 및 상기 결합돌기의 외주연으로 일정 높이 돌출 형성되어 각 연결관이 상기 결합홀에 결합될 경우, 상기 걸림턱에 걸려 상기 각 연결관의 삽입 깊이를 제한하는 비드를 포함하는 것을 특징을 한다.

상기 각 축관부에는 상기 외관 내부에 상기 내관이 삽입된 상태에서 상기 각 축관부의 단부를 가압하여 상기 외관과 상기 내관 사이의 기밀을 유지하기 위한 가압홈부가 더 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 가압홈부는 롤링 가공법을 통해 상기 축관부의 외주면을 가압하여 축관부의 내주면이 상기 내관의 외주면에 밀착되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외관과, 내부에 제1 유로가 형성되며 상기 외관의 내경보다 외경이 작도록 형성되고 상기 외관 내에 삽입되어 상기 외관과의 사이에 제2 유로를 형성하는 내관을 포함하는 이중관 열교환기를 제조하는 방법에 있어서, (a) 외관과 내관을 준비하는 단계와, (b) 상기 내관의 외주면에 상기 제2 유로가 나선형으로 형성되도록 복수개의 제1 홈부를 형성하는 단계와, (c) 상기 내관의 외주면 중 인접하는 2개의 상기 제1 홈부 사이에 상기 제1 홈부의 깊이보다 작도록 복수개의 제2 홈부를 형성하는 단계와, (d) 상기 외관의 단부에 확관부 및 상기 각 확관부의 단부에 축관부를 형성하는 단계와, (e) 상기 확관부에 결합홀을 형성하는 단계와, (f) 상기 외관의 내부에 내관을 삽입 시키는 단계 및 (g) 상기 내관이 삽입된 상기 외관의 각 축관부에 가압홈부를 형성하여 상기 내관을 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기의 제조방법을 제공한다.

상기 (f) 단계에서, 상기 외관에 내관이 삽입된 상태에서 상기 외관의 외주면을 클램핑하여 상기 외관 내부에서 내관의 위치를 고정하기 위한 복수개의 압착홈으로 이루어진 가체결부를 형성하는 단계 가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 (g) 단계에서, 상기 가압홈부는 상기 외관 양측에 형성된 각 축관부의 외주면을 전조 롤러로 가압하는 롤링 가공법을 통해 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 (g) 단계 이후, 상기 각 결합홀에 외부에서 유체가 유입되는 제1 연결관 및 유입된 유체가 배출되는 제2 연결관을 결합시키는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 (c) 및 (e) 단계 이후, 상기 제1 홈부 및 제2 홈부가 형성된 내관과, 상기 확관부, 축관부 및 결합홀이 형성된 외관을 초음파에 의해 세척하는 초음파 세척 단계가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이중관 열교환기 및 그의 제조방법에 의하면, 내관의 외주면에 제2 홈부를 형성하여 제2 유로를 통해 흐르는 유체의 유량을 증가시킴에 따라 제1 유로를 통해 흐르는 제1 유체와의 열교환 면적이 증가되어 열교환 효율을 최대한 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 내관이 삽입된 외관에 가체결부를 형성함에 따라 외관에 대해 내관을 결합 시, 추가 작업이 진행될 경우 내관의 움직임을 방지하여 정확한 위치에 내관을 결합킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 내관이 삽입된 외관의 각 축관부에 롤링 공정을 통해 기계적 실링을 위한 가압홈부를 형성한 후, 외관 내부로 삽입된 내관을 용접 공정을 통해 최종적으로 결합시킴에 따라 충분한 기밀성을 확보할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 이중관 열교환기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 다른 이중관 열교환기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 제1 유로로 제1 유체가 흐르고 제2 유로로 제2 유체가 흐르는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 스파이럴 구조의 단면 형상들의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 외관에 형성된 가체결부 구조를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 외관에 형성된 가체결부의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 외관에 각 연결관이 결합되는 상태를 나타낸 요부 분해 사시도이다.
도 9a 내지 도 9h는 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 제조방법의 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

이하, 첨부된 도면 도 2 내지 도 9를 참조로 본 발명의 실시예를 설명한다.

먼저, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 다른 이중관 열교환기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 제1 유로로 제1 유체가 흐르고 제2 유로로 제2 유체가 흐르는 상태를 나타낸 도면이다.

다음, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 스파이럴 구조의 단면 형상들의 예를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 외관에 형성된 가체결부 구조를 나타낸 사시도이다.

다음, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 외관에 형성된 가체결부의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 외관에 각 연결관이 결합되는 상태를 나타낸 요부 분해 사시도이며, 도 9a 내지 도 9h는 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 제조방법의 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기(1000)는 내부에 제1 유로(110)가 형성된 내관(100)과, 내부에 내관(100)을 수용하되, 내관(100)과의 사이에 제2 유로(210)가 형성된 외관(200)을 포함할 수 있다.

내관(100)은 제1 유로(110)를 통해 제1 유체가 흐르는 배관이다. 이때, 제1 유체는 차량용 냉방 장치에 있어서 압축기로 흡입되는 저온의 냉매가 될 수도 있고, 팽창 밸브 입구측으로 공급되는 고온의 냉매가 될 수도 있다.

외관(200)은 내관(100)과 별도로 제조되는 것으로, 내관(100)이 내부로 삽입될 수 있는 크기로 제조된다. 통상적으로 외관(200)의 내경은 내관(100)의 외경보다 크게 설계된다. 이는 내관(100)과 외관(200) 사이에 조립 공차를 두어서 양자 간에 갭이 발생될 수 있게 하기 위함이며, 이렇게 형성된 갭을 통해 내관(100)과 외관(200)은 원활하게 조립될 수 있다.

이때, 내관(100)이 외관(200) 내부로 삽입되어 결합될 경우, 내관(100)과 외관(200) 사이에는 제2 유로(210)가 형성되는데, 이러한 제2 유로(210)는 제1 유체와 다른 제2 유체가 흐르는 유로가 된다. 제2 유체는 제1 유체와 특성이 다른 유체로, 차량용 냉방 장치에 있어서 압축기로 흡입되는 저온의 냉매가 될 수도 있고, 팽창 밸브 입구측으로 공급되는 고온의 냉매가 될 수도 있다. 내관(100)으로 공급되는 제1 유체가 저온의 냉매일 경우에는 제2 유체가 고온의 냉매가 되며, 제1 유체가 고온의 냉매인 경우에는 제2 유체가 저온의 냉매가 된다. 제1 및 제2 유체는 서로 열전달이 될 수 있도록 물리적 특성이 다른 유체이기만 하면 되고, 반드시 특정한 온도 압력 조건의 냉매가 되어야 하는 것은 아니다.

한편, 내관(100)의 외주면에는 길이방향을 따라 나선형으로 형성되어 제2 유로(210)가 적어도 부분적으로 나선형이 되도록 하는 복수개의 제1 홈부(300)가 형성되고, 제1 홈부(300)에 의해 제2 유로(210)는 나선형 구조가 된다. 이때, 내관(100)의 외주면에 제1 홈부(300)를 형성할 경우, 제1 홈부(300)는 내관(100)의 표면적을 넓히고, 제2 유체의 흐름 시간을 연장시킨다. 따라서 제2 유로(210)를 따라 흐르는 제2 유체와 제1 유로(110)를 따라 흐르는 제1 유체 간의 열교환 효율을 높일 수 있는 효과가 구현될 수 있다. 그런데 내관(100)의 외주면에 제1 홈부(300)를 형성한 경우, 각 제1 홈부(300) 사이로 돌출된 부분이 외관(200)의 내주면과 접촉할 수 있는데, 이로 인해 부분적으로 유량이 확보되지 못하는 점도 있다.

한편, 제1 홈부(300)는 내관(100)의 외주면을 전조 다이(미도시)로 가압하여 나선 형태의 홈을 각인(刻印)하여 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기(100)는 제2 유로(210)를 통해 흐르는 유체의 유량을 증가시키기 위해 내관(100)의 외주면 중 인접하는 2개의 제1 홈부(300) 사이 부분에 각각 형성되며 제1 홈부(300)를 따라 형성되는 적어도 하나의 제2 홈부(400)를 포함할 수 있으며, 이러한 제2 홈부(400)의 깊이는 상기 제1 홈부(300)의 깊이 보다 작게 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 인접한 2개의 제1 홈부(300) 사이 부분에 하나의 제2 홈부(400)가 형성된 것이 제시되었으나, 내관의 표면적을 더욱 넓히기 위해 인접한 2개의 제1 홈부(300) 사이의 간격을 고려하여 제2 홈부(400)를 2개 이상 형성시킬 수 있다.

이때, 제2 홈부(400)는 U자형 홈 형상으로 형성될 수 있으며, 제1 홈부(300)와 동일하게 전조 다이로 가압하여 나선 형태의 홈을 각인하여 형성할 수 있다.

더욱 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 홈부(400)는 외관(200)과 내관(100) 사이의 제2 유로(210)를 통해 흐르는 제2 유체의 유량을 증가시키기 위해 형성된 것으로서, 제1 홈부(300)로 흐르던 제2 유체가 제1 홈부(300)와 함께 제2 홈부(400)를 통해 유량이 증가된 상태로 흐르게 되어 내관(100)의 제1 유로(110)로 흐르는 제1 유체와의 접촉면적이 증가하여 열교환 효율이 향상될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제1 홈부(300)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 내관(100)의 외주면에 3개소가 형성된 것이 제시되고, 제2 홈부(400)는 제2 홈부(400)는 내관(100)의 외주면 중 인접하는 2개의 상기 제1 홈부(300) 사이에 각각 형성된 것이 제시된다. 물론, 이중관 열교환기의 크기 및 구조에 따라 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1 홈부(300) 및 제2 홈부(400)는 4개소 및 6개소 등 다양한 개소로 형성될 수 있으며, 앞서 전술한 바와 같이 전조 다이를 4개 및 6개를 이용하여 각인시킴으로써 형성시킬 수 있다.

한편, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 외관은 외관(200)의 내부에 내관(100)이 삽입된 상태에서 외관(200)에 대해 내관(100)의 결합되는 적어도 한 지점 이상에서 클램핑되어 형성되며, 상기 내관(100)의 외주면의 적어도 일 부분과 접촉하는 가체결부(500)를 더 포함할 수 있다.

이러한 가체결부(500)는 외관(200)의 외주면을 클램핑되어 압착된 외관(200)의 내주면이 내관(100)의 외주면을 가압하도록 형성된 복수개의 압착홈(510)을 포함할 수 있다.

이때, 압착홈(510)은 외관(200)의 외주면의 둘레를 따라 소정 간격 이격된 상태로 형성될 수 있다. 한편, 외관(200) 및 내관(100)의 길이와 크기에 따라 외주면의 길이 방향으로 소정 간격 이격된 상태로 두개 및 세개 정도의 열을 이루며 형성될 수도 있다.

즉, 외관(200)의 외주면에 가체결부(500)인 복수개의 압착홈(510)을 형성함에 따라 외관(200)에 대해 내관(100)이 가체결에 의해 결합된 상태이어서 추가 공정을 진행할 경우 외관(200)에 대해 내관(100)이 움직여 이동되는 현상을 방지할 수 있어, 외관(200)의 정확한 위치에 내관(100)을 결합시킬 수 있다.

한편, 외관(200)에는 외관(200)의 단부에 내경을 확장시켜 형성된 확관부(220) 및 각 확관부(220)의 끝단을 축관시켜 형성된 축관부(230)를 더 포함할 수 있으며, 확관부(220)는 외부 유체가 유입 및 유출되도록 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)이 연결될 수 있다.

이때, 제1 연결관(700)은 외부 유체의 배출을 위한 배출관이 될 수 있고, 제2 연결관(800)은 유체의 유입을 위한 유입관이 될 수 있다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 외관(200)의 확관부(220)에 각 연결관을 연결시키기 위하여 확관부(220)에는 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)이 결합되어 제2 유로(210)와 연통되도록 형성된 결합홀(221) 및 결합홀(221)의 내주면으로부터 결합홀(221)의 중심 방향으로 돌출 형성된 걸림턱(222)을 포함할 수 있다.

이때, 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)에는 각 연결관의 단부로부터 연장 형성되어 결합홀에 결합되는 결합돌기(900) 및 결합돌기(900)의 외주연으로 일정 높이 돌출 형성되어 각 연결관(700, 800)이 결합홀(221)에 결합될 경우, 걸림턱(222)에 걸려 각 연결관(700, 800)의 삽입 깊이를 제한하는 비드(910)를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로 제1 연결관(700)과 제2 연결관(800)이 각 결합홀(221)을 통해 연결되어 외관(200)의 제2 유로(210)와 연통되도록 한다. 이때, 각 연결관(700, 800)의 결합돌기(900)를 각 결합홀(221)에 결합할 경우, 각 결합홀(221)의 걸림턱(222)에 각 비드(910)가 걸리게 되어 각 연결관(700, 800)이 더 이상 결합홀(221)을 통해 외관(200) 내부로 삽입되지 않도록 한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 각 축관부(230)에는 외관(200) 내부에 내관(100)이 삽입된 상태에서 각 축관부(230)의 단부를 가압하여 외관(200)과 내관(100) 사이의 기밀을 유지하기 위한 가압홈부(600)가 더 형성되고, 이러한 가압홈부(600)는 롤링 가공법을 통해 외관(200)에 형성된 축관부(230)의 외주면을 가압하여 형성시킬 수 있다.

즉, 내관(100)이 삽입된 외관(200)의 각 축관부(230)에 롤링 공정을 통해 기계적 실링을 위한 가압홈부(600)를 형성한 후, 외관(200) 내부로 삽입된 내관(100)을 용접 공정을 통해 최종적 결합시킴에 따라 외관(200)과 내관(100) 사이에서 충분한 기밀성을 확보할 수 있게 된다.

이하에서는 이장 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기(1000)의 제조방법에 대해 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기(1000)의 제조방법은 외관(200)과, 내부에 제1 유로(110)가 형성되며 상기 외관(200)의 내경보다 외경이 작도록 형성되고 상기 외관(200) 내에 삽입되어 상기 외관(200)과의 사이에 제2 유로(210)를 형성하는 내관(100)을 포함하는 이중관 열교환기를 제조하는 방법에 있어서, (a) 외관(200)과 내관(100)을 준비하는 단계와, (b) 내관(100)의 외주면에 제2 유로(210)가 나선형으로 형성되도록 복수개의 제1 홈부(300)를 형성하는 단계와, (c) 내관(100)의 외주면 중 인접하는 2개의 상기 제1 홈부(300) 사이에 제1 홈부(300)의 깊이보다 작도록 복수개의 제2 홈부(400)를 형성하는 단계와, (d) 외관(200)의 양단에 확관부(220) 및 각 확관부(220)의 끝단에 축관부(230)를 형성하는 단계와, (e) 확관부(220)에 결합홀(221)을 형성하는 단계와, (f) 외관(200)의 내부에 내관(100)을 삽입 시키는 단계 및 (g) 내관(100)이 삽입된 외관(200)의 축관부(230)에 가압홈부(600)를 형성하여 내관(100)을 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.

이때, (f) 단계에서, 외관(200)에 내관(100)이 삽입된 상태에서 외관(200)의 외주면을 클램핑하여 외관(200) 내부에서 내관(100)의 위치를 고정하기 위한 복수개의 압착홈(510)으로 이루어진 가체결부(500)를 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.

또한, (g) 단계에서, 가압홈부(600)는 외관(200) 양측에 형성된 각 축관부(230)의 외주면을 전조 롤러로 가압하는 롤링 가공법을 통해 형성될 수 있다.

한편, (g) 단계 이후, 각 결합홀(221)에 외부에서 유체가 유입되는 제1 연결관(700) 및 유입된 유체가 배출되는 제2 연결관(800)을 결합하는 단계가 더 포함될 수 있다.

또한, (c) 및 (e) 단계 이후, 제1 홈부(310) 및 제2 홈부(400)가 형성된 내관(100)과, 결합홀(221)이 형성된 외관(200)을 초음파에 의해 세척하는 초음파 세척 단계가 더 포함될 수 있다.

도 9a 내지 도 9h를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이중관 열교환기의 제조방법에 대한 구체적인 과정을 설명하면 이하와 같다.

여기서, 도 9a는 내관(100) 및 외관(200)이 준비된 상태를 나타낸 것이고, 도 9b는 내관(100)에 제1 홈부(300)를 형성한 상태를 나타낸 것이며, 도 9c는 제1 홈부(300) 사이에 제2 홈부(400)를 형성한 것을 나타낸 것이다.

또한, 도 9d는 외관(200)에 확관부(220) 및 축관부(230)를 형성한 상태를 나타낸 것이고, 도 9e는 확관부(220)에 결합홀(221)을 형성한 상태를 나타낸 것이며, 도 9f는 외관(200)의 내부에 내관(100)이 삽입된 상태에서 가체결부(500)를 형성한 상태를 나타낸 것이다.

또한, 9g는 외관(200)에 대한 내관(100)이 가체결된 상태에서 롤링 공정에 의해 외관(200)에 대해 내관(100)이 결합된 상태를 나타낸 것이고, 도 9h는 각 체결홀(221)에 각 연결관(700, 800)이 연결된 상태를 나타낸 것이다.

먼저, 본 발명의 제조방법은, 도 9a에 도시된 바와 같이, 내관(100) 및 외관(200)을 준비한다.

내관(100)과 외관(200)의 준비가 완료되면, 도 9b에 도시된 바와 같이, 준비된 내관(100)의 외주면에 제2 유로(210)가 나선형 구조가 되도록 제1 홈부(300)를 형성한다.

이때, 제1 홈부(300)는 내관(100)의 외주면을 전조 다이로 가압하는 전조 가공법을 이용하여 형성한다.

다음, 도 9c에 도시되 바와 같이, 내관(100)의 외주면 중 인접하는 2개의 제1 홈부(300) 사이에 상기 제1 홈부(300)의 깊이보다 작도록 복수개의 제2 홈부(400)를 형성한다. 이때, 제2 홈부(400)는 전조 다이로 가압하는 전조 가공법을 이용하여 형성한다. 이때, 제2 홈부는 U자형 홈 구조로 형성되며, 제1 홈부(300)와 함께 제2 홈부(400)로 제2 유체가 흐르게 된다.

즉, 내관(100)과 외관(200) 사이에 형성된 제2 유로(210)로 유입된 제2 유체는 내관(100)의 외주면에 형성된 제1 홈부(300) 및 제2 홈부(400)를 통해 유량이 증가된 상태로 흐르게 되어 내관(100)의 제1 유로(110)를 통해 흐르는 제1 유체와의 접촉면적이 증가하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

이때, 제1 홈부(300) 및 제2 홈부(400)는 내관(100)의 외주면에 3개소 형성된 것이 제시되나, 이중관 열교환기(1000)의 크기 및 구조에 따라 4개소 및 6개소 등 다양한 개수로 형성될 수 있다.

다음, 도 9d에 도시된 바와 같이, 외관(200)의 양측 단부를 포밍 공정을 통해 확관부(220)를 형성한 다음, 스웨이징 공정을 통해 각 확관부(220)의 끝단을 축관하여 축관부(230)를 형성한다.

다음, 도 9e에 도시된 바와 같이, 외관(200)에 확관부(220) 및 축관부(230) 형성 공정이 완료되면, 피어싱 공정을 통해 각 확관부(220)에 외부 유체의 유입 및 배출되는 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)을 연결하기 위한 결합홀(221)을 형성하여 각 연결관(700, 800)이 외관(200)의 제2 유로(210)와 연통되도록 한다. 이때, 각 연결관(700,800)의 비드(910)가 걸려 삽입 깊이를 제한할 수 있도록 하는 걸림턱(222)을 형성할 수도 있다.

물론 결합홀(221)은 프레스 공정, 드릴 공정을 통하여 형성될 수도 있다. 상기한 바와 같이, 외관(200)에 확관부(220), 축관부(230) 및 결합홀(221) 형성이 완료되면 공정 상태를 확인하기 위한 검사단계를 진행할 수도 있다.

한편, 도시되지는 않았지만, 제1 홈부(300) 및 제2 홈부(400)가 형성된 내관(100)과, 확관부(220), 축관부(230) 및 결합홀(221)이 형성된 외관(200)을 초음파에 의해 세척하는 초음파 세척 과정을 진행할 수 있다. 즉, 외관(200) 및 내관(100)을 가공하는 과정에서 발생되는 이물질 등을 제거하기 위해 초음파 세척 과정을 진행하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 먼저 내관(100)에 제1 홈부(300) 및 제2 홈부(400)를 형성하고, 다음 과정에서 외관(200)에 확관부(220), 축관부(230) 및 결합홀(221)을 형성하는 과정을 제시하였으나, 이중관 열교환기의 제조 상황에 따라 두 과정을 동시에 진행할 수도 있고, 먼저 외관(200) 성형을 진행할 수도 있다.

다음, 도 9f에 도시된 바와 같이, 외관(200)의 내부에 내관(100)을 삽입한다. 이때, 내관(100)의 양단 부위는 외관(200) 밖으로 노출되도록 외관(200) 내부에 결합된다.

이와 동시에, 외관(200)에 내관(100)이 삽입된 상태에서 외관(200)의 외주면을 압착하여 외관(200) 내부에서 내관(100)의 위치를 고정하기 위한 복수개의 압착홈(510)으로 이루어진 가체결부(500)를 형성하는 과정을 진행할 수 있다.

이때, 압착홈(510)은 외관(200)의 외주면의 둘레를 따라 소정 간격 이격된 상태로 형성시키고, 외관(200) 및 내관(100)의 길이와 크기에 따라 외주면의 길이 방향으로 소정 간격 이격된 상태로 두개 및 세개의 열을 이루며 형성시킬 수도 있다.

즉, 외관(200)의 외주면에 가체결부(500)인 복수개의 압착홈(510)을 형성함에 따라 외관(200)에 대해 내관(100)이 가체결에 의해 결합된 상태이어서 추가 공정을 진행할 경우, 외관(200)에 대해 내관(100)이 움직여 이동되는 현상을 방지할 수 있어, 외관(200)의 정확한 위치에 내관(100)을 결합시킬 수 있다.

다음, 도 9g에 도시된 바와 같이, 외관(200)에 대해 내관(100)이 가체결된 상태에서 외관(200)의 각 축관부(230)의 단부 가압홈부(600)를 형성하여 외관(200)과 내관(100) 사이에 충분한 기밀을 유지할 수 있도록 한다.

이때, 가압홈부(600)는 전조 롤러로 가압하는 롤링 가공법을 통해 외관(200)에 형성된 축관부(230)의 외주면을 가압하여 형성한다.

다음, 도시되지는 않았지만 외관(200)에 대해 내관(100)을 용접 공정에 의해 최종적으로 결합시킨다.

다음, 도 9h에 도시된 바와 같이, 각 확관부(220)에 형성된 각 결합홀(221)에 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)을 삽입하여 결합한다.

이때, 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)에 형성된 결합돌기(900)를 각 결합홀(221)에 삽입시켜 결합할 경우, 각 결합홀(221)의 걸림턱(222)에 각 결합돌기(900)에 형성된 각 비드(910)가 걸리게 되어 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)이 더 이상 결합홀(221)을 통해 외관(200) 내부로 삽입되지 않도록 한다.

한편, 각 결합홀(221)에 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)이 결합된 부위를 용접 공정을 통해 접합시켜 외관(200)에 내관(100) 및 각 연결관이 최종적으로 결합될 수 있도록 한다.

이상 전술한 바와 같은 공정을 통하여 이중관 열교환기(100)의 제작이 완료된다.

이상으로 본 발명에 관하여 실시예를 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 얼마든지 수정 및 변형 실시가 가능하다.

1000: 이중관 열교환기 100: 내관
110: 제1 유로 200: 외관
210: 제2 유로 220: 확관부
221: 결합홀 222: 걸림턱
230: 축관부 300: 제1 홈부
400: 제2 홈부 500: 가체결부
510: 압착홈 600: 가압홈부
700: 제1 연결관 800: 제2 연결관
900: 결합돌기 910: 비드

Claims (15)

1. 외관(200)과, 내부에 제1 유로(110)가 형성되며 상기 외관(200)의 내경보다 외경이 작도록 형성되고 상기 외관(200) 내에 삽입되어 상기 외관(200)과의 사이에 제2 유로(210)를 형성하는 내관(100)을 포함하는 이중관 열교환기에 있어서,
   상기 내관(100)의 외주면에 길이방향을 따라 나선형으로 형성되어 상기 제2 유로(210)가 적어도 부분적으로 나선형이 되도록 하는 복수개의 제1 홈부(300);
   상기 내관(100)의 외주면 중 인접하는 2개의 상기 제1 홈부(300) 사이에 형성된 돌출된 부분에 오목하게 형성되되, 상기 제1 홈부(300)를 따라 나선형으로 형성되는 적어도 하나의 제2 홈부(400); 및
   상기 외관(200)의 내부에 상기 내관(100)이 삽입된 상태에서 상기 외관(200)에 대해 상기 내관(100)의 결합되는 적어도 한 지점 이상에서 클램핑되어 형성되며, 상기 내관(100)의 외주면의 적어도 일 부분과 접촉하는 가체결부(500);를 포함하는 것을 특징으로 하되,
   상기 가체결부(500)는 상기 외관(200)의 외주면을 압착하여 압착된 외관(200)의 내주면이 내관(100)의 외주면을 가압하도록 형성된 복수개의 압착홈(510)을 포함하고, 상기 압착홈(510)은 외관(200)의 외주면 둘레를 따라 소정 간격 이격된 상태로 형성되며,
   상기 외관(200)의 양단에는 상기 외관(200)의 일부가 확관된 상태로 형성되어 외부에서 유체가 유입되는 제1 연결관(700) 및 유입된 유체가 배출되는 제2 연결관(800)이 연결되는 확관부(220); 및 상기 각 확관부(220)의 단부가 축관된 상태로 형성된 축관부(230);를 더 포함하고,
   상기 외관(200) 내부에 상기 내관(100)이 삽입된 상태에서 상기 각 축관부(230)의 단부를 가압하여 상기 외관(200)과 상기 내관(100) 사이의 기밀을 유지하기 위한 가압홈부(600)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 홈부(400)의 깊이는 상기 제1 홈부(300)의 깊이 보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 홈부(400)는 U자형 홈 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 홈부(300)는 상기 내관(100)의 외주면에 각각 3개소 형성되고, 상기 제2 홈부(400)는 내관(100)의 외주면 중 인접하는 2개의 상기 제1 홈부(300) 사이에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 확관부(220)에는
   상기 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)이 결합되어 제2 유로(210)와 연통되도록 형성된 결합홀(221); 및 상기 결합홀(221)의 내주면으로부터 결합홀(221)의 중심 방향으로 돌출 형성된 걸림턱(222);을 포함하고,
   상기 제1 연결관(700) 및 제2 연결관(800)에는 상기 각 연결관으로부터 연장 형성되어 상기 결합홀(221)에 결합되는 결합돌기(900); 및 상기 결합돌기(900)의 외주연으로 일정 높이 돌출 형성되어 각 연결관이 상기 결합홀에 결합될 경우, 상기 걸림턱(222)에 걸려 상기 각 연결관의 삽입 깊이를 제한하는 비드(910);를 포함하는 것을 특징을 하는 이중관 열교환기.
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 가압홈부(600)는 롤링 가공법을 통해 상기 축관부(230)의 외주면을 가압하여 축관부(230)의 내주면이 상기 내관(100)의 외주면에 밀착되도록 형성된 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기.
11. 외관(200)과, 내부에 제1 유로(110)가 형성되며 상기 외관(200)의 내경보다 외경이 작도록 형성되고 상기 외관(200) 내에 삽입되어 상기 외관(200)과의 사이에 제2 유로(210)를 형성하는 내관(100)을 포함하는 이중관 열교환기를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 외관(200)과 내관(100)을 준비하는 단계;
    (b) 상기 내관(100)의 외주면에 상기 제2 유로(210)가 나선형으로 형성되도록 복수개의 제1 홈부(300)를 형성하는 단계;
    (c) 상기 내관(100)의 외주면 중 인접하는 2개의 상기 제1 홈부(300) 사이에 형성된 돌출된 부분에 오목하게 형성되되, 상기 제1 홈부(300)를 따라 나선형으로 형성되는 적어도 하나의 제2 홈부(400)를 형성하는 단계;
    (d) 상기 외관(200)의 단부에 확관부(220) 및 상기 각 확관부(220)의 단부에 축관부(230)를 형성하는 단계;
    (e) 상기 확관부(220)에 결합홀(221)을 형성하는 단계;
    (f) 상기 외관(200)의 내부에 내관(100)을 삽입 시키는 단계; 및
    (g) 상기 내관(100)이 삽입된 상기 외관(200)의 각축관부(230)의 단부를 가압하여 상기 외관(200)과 상기 내관(100) 사이의 기밀을 유지하기 위한 가압홈부(600)를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 (f) 단계에서,
    상기 외관(200)에 내관(100)이 삽입된 상태에서 상기 외관(200)의 외주면을 클램핑하여 상기 외관(200) 내부에서 내관(100)의 위치를 고정하기 위한 복수개의 압착홈(510)으로 이루어진 가체결부(500)를 형성하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기의 제조방법.
12. 삭제
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 (g) 단계에서,
    상기 가압홈부(600)는 상기 외관(200) 양측에 형성된 각 축관부(230)의 외주면을 전조 롤러로 가압하는 롤링 가공법을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 (g) 단계 이후,
    상기 각 결합홀(221)에 외부에서 유체가 유입되는 제1 연결관(700) 및 유입된 유체가 배출되는 제2 연결관(800)을 결합시키는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기의 제조방법.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 (c) 및 (e) 단계 이후,
    상기 제1 홈부(300) 및 제2 홈부(400)가 형성된 내관(100)과, 상기 확관부(220), 축관부(230) 및 결합홀(221)이 형성된 외관(200)을 초음파에 의해 세척하는 초음파 세척 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기의 제조방법.

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