KR102030345B1 - 열교환기 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 이격되게 배치된 한 쌍의 헤더들과, 상기 한 쌍의 헤더들에 양단부가 연통되게 삽입되고 소정 간격을 두고 서로 이격되게 적층 배치된 복수개의 튜브들과, 상기 튜브들 사이에 배치된 복수개의 방열핀들을 포함하는 열교환기에 있어서, 상기 튜브는, 내부에 상기 열교환유체가 유동하기 위한 제1유로가 형성된 제1튜브몸체와, 상기 제1튜브몸체와 이격되어 2열로 배치되고, 내부에 상기 열교환유체가 유동하기 위한 제2유로가 형성된 제2튜브몸체와, 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체 사이에 배치되며, 양단부는 각각 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체와 일체로 결합하고, 상기 제1튜브몸체 및 상기 제2튜브몸체와 대응되는 높이를 갖는 연결부를 포함하는 열교환기를 제공한다.
따라서 튜브를 2열의 형식을 갖는 단일체구조로 하여, 제조비용을 절감할 수 있고, 조립 설비를 단순화할 수 있어 조립성 및 작업시간을 줄여 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 작동 시 발생되는 응축수를 효과적으로 배출할 수 있고, 앞열 튜브의 응축수가 뒷열 튜브에 영향을 미치지 않도록 하여, 응축수에 의한 성능저하를 방지함은 물론, 성능 및 온도분포성을 향상시킬 수 있다.

Description

열교환기 및 이의 제조방법 {Heat exchanger and manufacturing method thereof}
본 발명은 열교환기 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 증발기에 이용되는 열교환기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 공기조화장치의 열교환기는, 내부에 작동유체가 흐를 수 있는 유로를 구비하여 작동유체와 외기가 열교환 되도록 하는 것으로서, 각종 공조장치에 사용되며 사용조건에 따라 증발기, 응축기, 라디에이터, 히터코어 등 여러 가지 형식의 것이 사용되고 있다.
이러한, 열교환기의 예로 국내공개특허 제2001-0007153호에는 서로 나란하게 적층 배열되고 냉매가 흐르는 복수개의 튜브와, 인접한 튜브들 사이에 각각 배치되는 다수개의 주름핀을 포함하는 증발기가 개시된 바 있다.
그런데, 상기한 종래의 증발기는 2열의 튜브를 사용하여 조립하는 구조로서, 조립수가 많아지고, 이에 조립 설비 또한 복잡해지면서 조립성이 저하됨은 물론, 작업시간이 길어져 생산성이 저하될 뿐만 아니라 불량 수량이 많아지게 되어 제품의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있었으며, 또한 증발기 작동 시 발생된 응축수가 바람에 의하여 비산하면서 뒷열의 튜브에 악영향을 미치게 되는 구조적인 문제점이 있었다.
본 발명은, 2열의 튜브를 1열로 압출하여 제조비용을 절감함은 물론, 조립 설비를 단순화하여 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 작동 시 발생되는 응축수의 배출을 효과적으로 함과 동시에 응축수로 인한 튜브의 성능 저하를 방지할 수 있는 열교환기 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 서로 이격되게 배치된 한 쌍의 헤더들과, 상기 한 쌍의 헤더들에 양단부가 연통되게 삽입되고 소정 간격을 두고 서로 이격되게 적층 배치된 복수개의 튜브들과, 상기 튜브들 사이에 배치된 복수개의 방열핀들을 포함하는 열교환기에 있어서, 상기 튜브는, 내부에 상기 열교환유체가 유동하기 위한 제1유로가 형성된 제1튜브몸체와, 상기 제1튜브몸체와 이격되어 2열로 배치되고, 내부에 상기 열교환유체가 유동하기 위한 제2유로가 형성된 제2튜브몸체와, 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체 사이에 배치되며, 양단부는 각각 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체와 일체로 결합하고, 상기 제1튜브몸체 및 상기 제2튜브몸체와 대응되는 높이를 갖는 연결부를 포함하는 열교환기를 제공한다.
여기서, 상기 연결부는, 내부에 길이방향을 따라 채널이 관통 형성될 수 있으며, 상기 방열핀과 대면하는 양측이 상기 방열핀과 면접촉하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결부는, 단부에 상기 헤더의 단부가 삽입되어 끼움 결합하도록 길이방향을 따라 끼움홈이 형성될 수 있으며, 상기 제1튜브몸체, 상기 제2튜브몸체 및 상기 연결부는, 각각 동일한 높이를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 상기 튜브는, 상기 끼움홈을 형성하기 위하여 폭방향으로 안내홈이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 서로 이격되게 배치된 한 쌍의 헤더들과, 상기 한 쌍의 헤더들에 양단부가 연통되게 삽입되고 소정 간격을 두고 서로 이격되게 적층 배치된 복수개의 튜브들과, 상기 튜브들 사이에 배치된 복수개의 방열핀들을 포함하는 열교환기의 제조방법에 있어서, 내부에 상기 열교환유체가 유동하기 위한 제1유로가 형성된 제1튜브몸체와, 상기 제1튜브몸체와 이격되어 2열로 배치되고 내부에 상기 열교환유체가 유동하기 위한 제2유로가 형성된 제2튜브몸체와, 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체 사이에 배치되며 양단부는 각각 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체와 일체로 결합하고, 상기 제1튜브몸체 및 상기 제2튜브몸체와 대응되는 높이를 갖는 연결부를 포함하는 튜브를 압출하는 단계; 압출된 상기 튜브를 소정의 길이로 절단하는 단계; 상기 연결부의 단부에 상기 헤더가 끼움 결합할 수 있도록 끼움홈을 가공하는 단계; 상기 튜브를 엔드포밍하는 단계; 상기 튜브 사이에 상기 방열핀을 배치하고, 상기 끼움홈에 상기 헤더를 끼움결합하여 상기 열교환기를 조립하는 단계; 및 브레이징을 통하여 상기 튜브와, 상기 헤더와, 상기 방열핀을 일체로 가공하는 브레이징 단계를 포함하는 열교환기의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 연결부는, 상기 방열핀과 면접촉을 하도록 평단면형상이 사각형으로 형성되어, 상기 방열핀과 상기 연결부는 상기 브레이징 단계에서 일체로 결합할 수 있다.
또한, 상기 끼움홈은, 상기 끼움홈을 가공하는 단계에서 버(Burr) 발생을 최소화하기 위하여, 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체와 대면하는 방향에 대하여 직선형상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열교환기 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 튜브를 2열의 형식을 갖는 단일체구조로 하여, 제조비용을 절감할 수 있고, 조립 설비를 단순화할 수 있어 조립성 및 작업시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 조립 시 또는 브레이징 시에 발생할 수 있는 불량을 최소화할 수 있어 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 열교환기 작동 시 발생되는 응축수를 효과적으로 배출할 수 있고, 앞열 튜브의 응축수가 뒷열 튜브에 영향을 미치지 않도록 하여, 응축수에 의한 성능저하를 방지함은 물론, 성능 및 온도분포성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 튜브와 방열핀과의 접촉면적을 늘려, 튜브와 방열핀의 열교환 면적이 증가됨에 따라 성능을 향상시킬 수 있다.
다섯째, 끼움홈을 통하여 헤더에 삽입되는 튜브의 삽입깊이를 일정하게 함으로써 안정적인 품질을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 튜브를 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2의 튜브의 평단면도이다.
도 4는 도 1의 튜브와 방열핀을 나타내는 평단면도이다.
도 5는 도 1의 튜브와 헤더의 결합구조를 나타내는 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 제조방법을 나타내는 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 튜브를 나타내는 정면도이며, 도 3은 도 2의 튜브의 평단면도이다. 또한, 도 4는 도 1의 튜브와 방열핀을 나타내는 평단면도이며, 도 5는 도 1의 튜브와 헤더의 결합구조를 나타내는 측단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기(400)는, 서로 이격되게 배치된 한 쌍의 헤더(110,120)들과, 상기 한 쌍의 헤더(110,120)들에 양단부가 연통되게 삽입되고 소정 간격을 두고 서로 이격되게 적층 배치된 복수개의 튜브(200)들과, 상기 튜브(200)들 사이에 배치된 복수개의 방열핀(300)들을 포함한다. 여기서, 상기 열교환기(400)에서 상기 헤더(110,120)들과, 상기 방열핀(300)에 대한 구성은 공지의 열교환기의 헤더와, 방열핀의 구성과 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 하며, 이하에서는 이와 대별되는 구성을 중점적으로 하여 설명하기로 한다. 한편, 도 4의 미설명부호 310은 방열핀(300)의 루버를 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 튜브(200)는, 납작한 튜브형상이고, 2열 구조이지만 단일몸체로 이루어져 조립수 및 조립설비를 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있으며, 내부로 열교환매체가 유동할 수 있는 한 쌍의 유로가 형성되어 상기 열교환매체가 전후로 구획되어 유동하도록 되어 있다.
상세하게, 상기 튜브(200)는, 제1튜브몸체(210)와, 제2튜브몸체(220)와, 연결부(230)를 포함한다. 먼저, 상기 제1튜브몸체(210)는, 내부에 길이방향을 따라 상기 열교환유체가 일 방향으로 유동하기 위한 제1유로(211)가 관통 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1유로(211)는 도면에서 복수개의 격벽(212)들로 인하여 복수개로 분할되어 있으나 이는 일 실시예로 상기 제1유로(211)가 분할되어 있지 않은 구조로도 적용 가능함은 물론이며, 나아가 상기한 목적을 달성할 수 있다면 상기 제1유로(211)를 포함한 상기 제1튜브몸체(210)의 구성 또한 다양하게 설계변경 가능함은 물론이다.
상기 제2튜브몸체(220)는, 상기 제1튜브몸체(210)와 이격되어 2열로 배치되고, 상기 제1튜브몸체(210)와 마찬가지로 내부에 상기 열교환유체가 타 방향으로 유동하기 위한 제2유로(221)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 제2튜브몸체(220)에 대한 상세한 설명은 상기 제1튜브몸체(210)와 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 하며, 미설명부호 222는 상기 제2유로(221)를 분할하는 격벽을 나타낸다.
상기 연결부(230)는, 상기 제1튜브몸체(210)와 상기 제2튜브몸체(220) 사이에 위치하며, 양단부 각각이 상기 제1튜브몸체(210)와 상기 제2튜브몸체(220)와 일체로 결합되어 있다.
한편, 상기 연결부(230)는, 상기 제1튜브몸체(210) 및 상기 제2튜브몸체(220)와 동일한 높이(h;도 3참조)를 갖고 있다.
이에 따라, 상기 연결부(230)는, 도 4에 나타난 바와 같이, 브레이징 후 상기 방열핀(300) 사이에서 상기 제1튜브몸체(210)와 상기 제2튜브몸체(220)를 서로 분리, 차단하는 효과를 갖게 한다. 때문에, 상기 열교환기(400)를 증발기로 적용할 경우, 상기 튜브(200)는 열교환기(400) 작동 시 상기 연결부(230)에 의하여 상기 제1튜브몸체(210)에서 발생하는 응축수가 상기 제2튜브몸체(220)로 흘러들어가는 것이 방지되어 응축수에 의한 제2튜브몸체(220)의 성능저하를 방지할 수 있으며, 또한 성능 및 온도 분포성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 튜브(200)는, 상기 제1튜브몸체(210)와 상기 연결부(230) 사이에 안내홈(233)이 형성되어 있기 때문에, 상기 제1튜브몸체(210)에서 발생되는 응축수가 상기 안내홈(233)을 따라 하단부로 용이하게 배출되는 구조로 되어 응축수로 인한 성능저하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 연결부(230)는, 내부에 길이방향을 따라 채널(231)이 관통 형성되어, 원자재를 절감할 수 있어 경제적이며, 또한 상기 채널(231)에 의하여 후술되는 끼움홈(232) 가공을 위한 별도의 가공공정에서 가공량을 최소화시킬 수 있다. 여기서, 상기 끼움홈(232)을 가공하기 위한 별도의 가공공정은, 피어싱(Piercing), 노칭(Notching), 스탬핑(Stamping) 성형을 비롯하여 상기한 목적을 달성할 수 있다면 다양한 가공이 적용될 수 있다.
또한, 상기 튜브(200)는, 상기 연결부(230)의 채널(231)과, 상기 안내홈(233)에 의하여 끼움홈(232) 가공 시 불량 수량을 최소화할 수 있다. 여기서, 상기 안내홈(233)은 상기 연결부(230)의 길이방향을 따라 형성된 끼움홈(232)의 가공을 하기 위한 역할을 하며, 상기 연결부(230)와 인접한 부분에 폭방향으로 홈이 형성되어 길이방향을 따라 연장되어 있다.
상기 연결부(230)는, 상기 방열핀(300)과 보다 넓은 면적으로 면접촉을 하도록 평단면형상이 사각형으로 되어 있다.
이에 따라, 상기 연결부(230)는, 상기 방열핀(300)에 보다 넓은 면적으로 접촉하기 때문에 브레이징 시 상기 방열핀(300)과 일체화되어 구조적으로 견고함을 유지할 수 있고, 방열핀(300)과의 접촉면적이 늘어나면서 상기 튜브(200)와 상기 방열핀(300)과의 열교환 면적이 넓어지면서 열교환기(400)의 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 채널(231)은 상기 연결부(230)의 평단면형상과 대응되도록 평단면형상을 사각형으로 하는 것이 바람직하지만, 이는 상기 방열핀(300)과의 접촉면적을 늘리면서도 가공이 용이한 바람직한 실시예로 사각형 외에 다양한 형상으로도 가능함은 물론이다.
한편, 도 5를 참조하면, 상기 연결부(230)는, 단부에 상기 헤더(110,120)의 단부가 삽입되어 끼움 결합하도록 길이방향을 따라 끼움홈(232)이 형성되어 있다. 상기 끼움홈(232)은 상기 헤더(110,120)로 상기 튜브(200)가 과삽입되거나 미삽입되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 헤더(110,120)에 삽입되는 튜브(200)의 삽입깊이를 일정하게 함으로써 안정적인 품질을 확보할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 제조방법을 나타내는 블록도이며, 상기 열교환기(400)의 제조방법을 설명함에 앞서 상기 열교환기(400)의 세부구성은 전술하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 열교환기(400)의 제조방법은, 튜브(200)를 압출하는 단계(S10)와, 절단하는 단계(S20)와, 끼움홈(232)을 가공하는 단계(S30)와, 엔드포밍하는 단계(S40)와, 조립하는 단계(S50)와, 브레이징하는 단계(S60)를 포함한다.
상기 튜브(200)를 압출하는 단계(S10)는, 상기 제1튜브몸체(210)와, 상기 제2튜브몸체(220)와, 상기 연결부(230)를 포함하는 단일 구조의 튜브(200)를 압출하는 단계이다.
상기 절단하는 단계(S20)는, 압출된 상기 튜브(200)를 소정의 길이로 절단하는 단계이다. 여기서, 상기 튜브(200)를 압출 및 절단하는 공정은 공지의 튜브의 압출 및 절단하는 공정과 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 끼움홈(232)을 가공하는 단계(S30)는, 상기 연결부(230)의 단부에 상기 헤더(110,120)가 끼움 결합할 수 있도록 끼움홈(232)을 가공하는 단계로서, 별도의 가공을 통하여 상기 끼움홈(232)을 형성하며, 이때의 가공공정은 피어싱(Piercing), 노칭(Notching), 스탬핑(Stamping) 등 다양하게 적용할 수 있다.
한편, 여기서 상기 튜브(200)는, 상기 끼움홈(232)을 가공하기 위하여 2개 이상의 가공을 위한 상기 안내홈(233)을 형성하며, 이때 상기 안내홈(233)의 상기 제1튜브몸체(210)와 상기 제2튜브몸체(220) 측 형상은 가공 시 버(Burr) 발생 및 불량을 최소화하기 위하여 안내홈(233)의 중앙부에 직선형상의 직선부(2331)를 형성하고, 또한 헤더(110,120)에 가공되는 튜브홀(미도시)의 형상과 일치하도록 하여 헤더(110,120)와의 브레이징성을 좋게 하기 위한 라운드부(2332)가 형성되어 있다. 이때, 상기 직선부(2331)의 길이가 길어지면 브레이징 시 상기 헤더(110,120)의 튜브홀(미도시)과의 간극이 넓어지기 때문에 상기 직선부(2331)의 길이는 가능한 작게 하는 것이 바람직하다.
상기 엔드포밍하는 단계(S40)는, 상기 튜브(200)를 엔드 포밍하는 단계로서, 공지의 튜브의 엔드 포밍하는 단계와 실질적으로 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 조립하는 단계(S50)는, 상기 튜브(200) 사이에 상기 방열핀(300)을 배치하고, 상기 끼움홈(232)에 상기 헤더(110,120)를 끼움 결합하여 상기 열교환기(400)를 조립하는 단계이다.
상기 브레이징 단계(S60)는, 브레이징을 통하여 상기 튜브(200)와, 상기 헤더(110,120)와, 상기 방열핀(300)을 일체로 가공하는 단계이다. 이때, 상기 브레이징 가공에 대한 상세한 설명은 공지의 열교환기의 브레이징가공과 유사하므로 생략하기로 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110,120... 헤더 200... 튜브
210... 제1튜브몸체 211... 제1유로
212, 222... 격벽 220... 제2튜브몸체
221... 제2유로 230... 연결부
231... 채널 232... 끼움홈
233... 안내홈 2331... 직선부
2332... 라운드부 300... 방열핀
400... 열교환기

Claims (9)

  1. 서로 이격되게 배치된 한 쌍의 헤더들과, 상기 한 쌍의 헤더들에 양단부가 연통되게 삽입되고 소정 간격을 두고 서로 이격되게 적층 배치된 복수개의 튜브들과, 상기 튜브들 사이에 배치된 복수개의 방열핀들을 포함하는 열교환기에 있어서,
    상기 튜브는,
    내부에 열교환유체가 유동하기 위한 제1유로가 형성된 제1튜브몸체와,
    상기 제1튜브몸체와 이격되어 2열로 배치되고, 내부에 열교환유체가 유동하기 위한 제2유로가 형성된 제2튜브몸체와,
    상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체 사이에 배치되며, 양단부는 각각 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체와 일체로 결합하고, 상기 제1튜브몸체 및 상기 제2튜브몸체와 대응되는 높이를 갖는 연결부를 포함하되,
    상기 연결부는,
    단부에 상기 헤더의 단부가 삽입되어 끼움 결합하도록 길이방향을 따라 끼움홈이 형성되며,
    상기 튜브는,
    상기 끼움홈을 형성하기 위하여 폭방향으로 안내홈이 형성되는 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 방열핀과 대면하는 양측이 상기 방열핀과 면접촉을 하는 열교환기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연결부는,
    내부에 길이방향을 따라 채널이 관통 형성된 열교환기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1튜브몸체, 상기 제2튜브몸체 및 상기 연결부는, 각각 동일한 높이를 갖는 열교환기.
  7. 서로 이격되게 배치된 한 쌍의 헤더들과, 상기 한 쌍의 헤더들에 양단부가 연통되게 삽입되고 소정 간격을 두고 서로 이격되게 적층 배치된 복수개의 튜브들과, 상기 튜브들 사이에 배치된 복수개의 방열핀들을 포함하는 열교환기의 제조방법에 있어서,
    내부에 열교환유체가 유동하기 위한 제1유로가 형성된 제1튜브몸체와, 상기 제1튜브몸체와 이격되어 2열로 배치되고 내부에 열교환유체가 유동하기 위한 제2유로가 형성된 제2튜브몸체와, 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체 사이에 배치되며 양단부는 각각 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체와 일체로 결합하고, 상기 제1튜브몸체 및 상기 제2튜브몸체와 대응되는 높이를 갖는 연결부를 포함하는 튜브를 압출하는 단계;
    압출된 상기 튜브를 소정의 길이로 절단하는 단계;
    상기 연결부의 단부에 상기 헤더가 끼움 결합할 수 있도록 끼움홈을 가공하는 단계;
    상기 튜브를 엔드포밍하는 단계;
    상기 튜브 사이에 상기 방열핀을 배치하고, 상기 끼움홈에 상기 헤더를 끼움결합하여 상기 열교환기를 조립하는 단계; 및
    브레이징을 통하여 상기 튜브와, 상기 헤더와, 상기 방열핀을 일체로 가공하는 브레이징 단계를 포함하되,
    상기 튜브는,
    상기 끼움홈을 형성하기 위하여 폭방향으로 안내홈이 형성되는 열교환기의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결부는, 상기 방열핀과 대면하는 양측이 상기 방열핀과 면접촉을 하여, 상기 브레이징 단계에서 상기 방열핀과 상기 연결부가 일체로 결합하는 열교환기의 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 끼움홈은,
    상기 끼움홈을 가공하는 단계에서 버(Burr) 및 불량 발생을 최소화하기 위하여, 상기 제1튜브몸체와 상기 제2튜브몸체와 대면하는 방향에 대하여 직선형상인 열교환기의 제조방법.
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