KR20000031980A

KR20000031980A - 핀 튜브형 열교환기의 튜브 확관을 위한 불릿의 구조

Info

Publication number: KR20000031980A
Application number: KR1019980048266A
Authority: KR
Inventors: 김규락
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2000-06-05

Abstract

본 발명은 핀 튜브형 열교환기용 불릿에 관한 것으로서, 상기 불릿의 구조를 개선하여 핀 튜브형 열교환기 제작시 각 핀간의 겹침을 방지하고, 또한 튜브의 축관율을 감소시켜 그 재료비의 절감을 이루도록 하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은 직경이 서로 다른 복수개의 확관부를 그 직경의 크기에 따라 순차적으로 일체화하여 적치된 각 핀(10)의 관통공(11)에 삽입된 튜브(20)의 확관을 행할 때 상기 각 확관부로 인해 튜브(20)의 확관이 단계적으로 이루어지도록 함을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기의 튜브 확관을 위한 불릿의 구조가 제공된다.

Description

핀 튜브형 열교환기의 튜브 확관을 위한 불릿의 구조

본 발명은 핀 튜브형 열교환기의 제조장치 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 열교환기의 제작시 핀과 튜브간의 밀착을 위해 튜브를 확관시키는 불릿의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 핀 튜브형 열교환기는 공기 등의 유체 사이에서 열의 수수(授受)를 행하면서 공조기기, 냉장고 등의 냉각 시스템 등에 주로 사용된다.

이와 같은 핀 튜브형 열교환기는 도 1 및 도 2 와 같이 다수 적치된 형상의 핀(10)들을 관통하여 튜브(20)가 설치됨으로써 구성된다.

이 때, 상기 핀에는 튜브(20)가 관통하여 설치될 수 있도록 일정한 간격을 갖는 복수개의 관통공(11)이 형성되어 있으며, 상기 관통공의 주연(周延)에는 일측방향으로 절곡된 절곡부(12)가 상기 각 핀(10)에 일체로 형성되어 상기 각 핀간의 간격을 정확히 유지할 수 있도록 함과 함께 상기 관통공을 관통하는 튜브(20)와 핀(10)간의 틈새 발생을 방지하도록 하는 역할을 행하게 된다.

이와 같이 구성된 핀 튜브형 열교환기는 상기 튜브의 냉매유입측으로부터 유입되는 냉매가 상기 튜브를 통과하는 동안 열교환기의 외부로 부터 전달되는 열원(공기)이 각 핀들 사이를 통과하면서 상기 튜브를 통과하는 냉매와 열교환을 행하게 된다.

이하, 상기와 같은 핀 튜브형 열교환기의 제작과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 복수개의 핀(10)이 일정간격 적치(積置)된 상태에서 튜브(20)를 상기 각 핀에 삽입한 후 상기 튜브의 내부를 기계적으로 확관시켜 튜브(20)와 각 핀의 절곡부(12)가 밀착되도록 한다.

이는 상기 튜브와 각 핀(10)의 절곡부(12) 사이에 틈새가 발생할 경우 튜브와 핀간에 열교환이 원활하게 이루어지지 않아 결국, 냉매와 공기의 열교환을 원활히 행할수 없기 때문에 이를 방지하기 위함이다.

이와 같은 튜브(20)와 각 핀(10)의 절곡부(12)를 밀착시키기 위한 튜브(20)의 확관 작업은 일반적으로 불릿(bullet)(30)을 이용하여 실시하게 된다.

상기와 같은 불릿(30)은 그 재질이 초경합금으로 이루어져 있어서 상기 튜브의 내부에 삽입시킴에 따라 상기 불릿의 재질보다 연한 재질로 이루어진 튜브(20)는 그 내경이 상기 불릿의 외경(D)만큼 확관되어 결국 불릿(30)의 외경(D)과 튜브(20)의 내경이 동일하게 됨은 이해 가능하다.

이 때, 상기와 같은 불릿(30)의 외경(D)은 상기 튜브가 밀착되기 위한 각 핀(10)의 관통공(11) 직경(d)을 감안하여 선택되어야 하는데, 이와 같은 관통공(11)의 직경과 불릿(30)의 외경과의 관계는 다음과 같다.

관계식 1 :

d=D+2t+α

상기에서 d는 관통공의 직경이고, D는 불릿의 외경이며, t는 튜브의 두께이고, α는 유효오차이다.

한편, 상기 열교환기를 구성하는 튜브(20)중에는 그 내부에 나선형의 마이크로핀(micro fin)(21)이 일체로 형성된 튜브가 있다.

이 때, 상기 마이크로핀은 튜브(20)와 냉매의 접촉면적을 더욱 넓게 이루어지도록 하여 열교환 성능을 향상시키는 역할을 행함과 함께 상기 튜브내를 흐르는 냉매의 흐름이 원활히 이루어질 수 있도록 한다.

이와 같이 내부에 마이크로핀이 일체로 된 튜브(20)를 핀(10)의 절곡부(12)에 밀착하기 위해 상기 튜브의 내경을 확관하는 불릿(30)은 상기 마이크로핀의 두께(h)를 감안하여 그 외경이 설정되어야 한다.

이와 같은 관계는 다음과 같다.

관계식 2 :

d〓D＋(h+t)＊2＋α

상기에서 d는 관통공의 직경이고, D는 불릿의 외경이며, h는 마이크로핀의 높이이고, t는 튜브의 두께이며, α는 유효오차이다.

따라서, 상기와 같은 각 관계식을 이용하여 불릿(30)을 선택하게 되면, 상기 선택된 불릿(30)을 튜브(20)의 내부에 지속적인 힘을 가해 삽입시킴으로써 상기 튜브를 확관시키는 작업을 행하게 된다.

한편, 튜브(20)는 상기와 같은 열교환기의 제작시 축관율(縮管率)값 즉, 튜브(20)의 내부가 확관됨에 따라 축소(縮小)되는 튜브(20)의 길이값에 따라 그 길이가 설정되는데, 이는 전술한 바와 같이 불릿(30)에 의해 확관되는 양 만큼 상기 튜브의 길이가 길어야만 열교환기의 제작이 완료된 후 튜브(20)의 축소에 따른 길이의 오차 여부가 줄어들 수 있기 때문이다.

결국, 상기와 같은 확관작업에 의해 튜브(20)와 각 핀(10)의 관통공(11)에 형성된 절곡부(12)가 서로 밀착되어 상기 튜브와 핀의 관통공 사이에 생성될 수 있는 틈새를 방지하게 됨으로써 열교환 효율저하가 방지된다.

하지만, 종래 상기와 같은 튜브의 확관 작업을 위해 사용되는 불릿은 일반적으로 하나의 단(段)으로만 이루어져 있음에 따라 전술한 열교환기의 제작시 상기 불릿을 튜브 내부에 지속적인 힘을 가하여 삽입시킬 경우 도시한 도 3 의 “A”부분과 같이 각 핀들의 끝단이 서로 겹쳐지게 되는 문제점이 있었다.

이는 튜브에 각 핀이 삽입되어 있는 상태에서 확관작업을 행하게 됨에 따라 불릿이 지속적인 힘을 받으면서 튜브내부로 삽입될 때 상기 튜브의 외주면에 위치한 각 핀의 절곡부위가 상기 불릿의 삽입에 따라 점차적으로 확관되는 튜브의 외주면과 접촉하면서 그 위치의 변형이 일어나게 되어 상기 튜브와 접촉되는 부위의 반대측인 각 핀들의 끝단이 상기 불릿의 이동방향과는 반대방향으로 꺽이게 되기 때문이다.

이에 따라 상기 열교환기를 통과하는 외부공기가 상기와 같은 핀간의 겹친 부위에 의해 흐름상의 저항을 받게 되어 원활한 열교환이 이루어지지 않게 되고, 또한 상기와 같은 저항에 의해 소음 발생이 증가되었다.

한편, 상기와 같은 각 문제점 이외에도 불릿에 의한 튜브의 확관작업시 고려하여야 하는 축관율값이 높아 전체적인 튜브의 길이를 길게 구성하여야 됨에 따른 튜브의 재료비가 많이 드는 문제점 역시 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 열교환기 제작시 튜브의 확관을 위한 불릿의 구조를 개선하여 각 핀간의 겹침을 방지하고, 또한 튜브의 축관율을 감소시켜 그 재료비의 절감을 이루도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 직경이 서로 다른 복수개의 확관부를 그 직경의 크기에 따라 순차적으로 일체화하여 적치된 각 핀의 관통공에 삽입된 튜브의 확관을 행할 때 상기 각 확관부로 인해 튜브의 확관이 단계적으로 이루어지도록 함을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기의 튜브 확관을 위한 불릿의 구조가 제공된다.

도 1 은 종래 핀 튜브형 열교환기의 일반적인 구조를 나타낸 사시도

도 2 는 종래 일반적인 불릿을 나타낸 사시도

도 3 은 종래 불릿에 의해 튜브가 확관되는 상태를 나타낸 단면도

도 4 는 다른 종류의 튜브를 나타낸 단면도

도 5 는 본 발명 불릿을 나타낸 사시도

도 6 은 본 발명 불릿에 의해 튜브가 확관되는 상태를 나타낸 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

300. 불릿 310. 제1확관부

320. 제2확관부

이하, 본 발명의 구성을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 5 및 도 6 을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 는 본 발명에 따른 불릿을 나타낸 사시도이고, 도 6 은 본 발명 불릿에 의해 튜브가 확관되는 상태를 나타낸 단면도로서, 본 발명은 직경이 다른 두 개의 확관부를 서로 일체화하여 불릿(300)을 형성한다.

이 때, 상기와 같이 형성된 불릿(300)은 상기 불릿의 작업 진행방향을 기준으로 그 전방측에 위치되는 제1확관부(310)의 외경(

D₁

)이 튜브(20)의 확관후 상기 튜브의 외경이 각 핀(10)의 관통공(11)과 서로 동일할 수 있도록 구성하고, 후방측에 위치되는 제2확관부(320)의 외경(

D₂

)은 튜브(20)의 확관후 상기 튜브의 외경이 각 핀(10)에 형성된 관통공(11)의 직경보다 클 수 있도록 구성한다.

상기와 같은 이유는 열교환기의 제작을 위해 불릿(300)이 튜브(20)의 내부로 삽입함에 있어서 상기 불릿의 제1확관부(310)에 의해 튜브(20)의 외경이 각 핀(10)에 형성된 관통공(11)의 외경과 동일하도록 함으로써 적치된 각 핀(10)과 확관되는 튜브(20)의 접촉으로 인해 핀(10)의 위치변경이 방지되도록 함과 함께 상기 불릿의 제2확관부(320)에 의해 튜브(20)의 외경이 관통공(11)의 주연부에 형성된 절곡부(12)가 상기 확관되는 튜브(20)에 의해 서로 밀착될 수 있도록 함으로써 각 핀(10)의 관통공(11)과 튜브(20) 사이에 발생할 수 있는 틈새를 방지하게 된다.

또한, 상기 제2확관부(320)의 외경은 그 밀착율((확관후 튜브의 외경-관통공의 직경)÷관통공의 직경)이 0.2% ∼ 2.2% 가 되도록 설계하는데, 이는 상기 밀착율이 0.2% 보다 작을 경우 튜브(20)와 관통공(11)간의 밀착이 정확히 이루어지지 않게 되어 결국 틈새가 발생할 수 있기 때문이고, 상기 밀착율이 2.2% 보다 클 경우에는 상기 튜브가 관통공(11)에 삽입될 때 상기 관통공보다 튜브의 외경이 너무 큼에 따라 핀(10)의 갈라짐과 같은 파손이나 핀의 위치변경등이 이루어질 수 있기 때문에 전술한 바와 같이 0.2% ∼2.2% 정도의 밀착율을 이룰수 있도록 하는 것이 가장 적당하다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명 불릿에 의한 핀 튜브형 열교환기의 제작과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 6 과 같이 적치된 각 핀(10)의 관통공(11)에 튜브(20)를 관통시켜 설치한 상태에서 불릿(30)을 일정한 힘으로써 튜브(20)내로 삽입시키게 되면, 일차적으로 상기 불릿의 제1확관부(310)에 의해 튜브(20)는 확관되어 진다.

이 때, 상기와 같이 일차적으로 확관된 튜브(20)의 외경은 관통공(11)의 직경과 동일하게 이루어지게 됨은 기 설명한 바 있음에 따라 그 상세한 설명은 생략하고, 상기 튜브의 외경과 관통공의 직경이 동일하게 이루어질 수 있도록 하기위한 관통공의 직경과 불릿의 외경간의 관계는 다음과 같다.

관계식 3 :

d=d₁

관계식 4 :

d₁=D₁+2t+α

상기에서

d₁

는 일차 확관후 튜브(20)의 외경이고,

D₁

는 불릿(300)의 제1확관부(310)의 외경이며, d는 관통공의 직경이고, t는 튜브의 두께이며, α는 유효오차이다.

한편, 상기와 같이 일차적으로 확관된 튜브(20)는 지속적인 불릿(300)의 삽입력에 의해 재차 확관되어 지는데, 이 때 상기 튜브의 일차 확관후 이차 확관이 이루어지기 전까지는 일정한 거리(S)만큼 상기 각 핀과 튜브가 서로 접촉하지 않음과 함께 튜브(20)의 확관이 이루어지지 않게 된다.

이는 불릿(300)의 외주면이 각각의 단으로 구성되어 있음에 따라 가능한데, 만일 본 발명에서와 같이 각 단으로 구성되어 있지 않고 단지 테이퍼(taper)진 형상으로 불릿(300)을 형성하여 튜브(20)를 점차적으로 확관시킬 경우에는 상기 불릿의 계속적인 삽입에 의한 튜브(20)의 계속적인 확관에 의해 상기 튜브가 밀착되는 각 핀(10)에 응력이 계속적으로 발생하여 결국 상기 각 핀의 특성변형이나 혹은 핀의 파손 및 종래 문제점이었던 핀 간의 겹침현상이 발생할 수 있게 된다.

하지만, 본 발명과 같이 각각의 확관부(310)(320)로 구성된 불릿(300)은 최초 단인 제1확관부(310)에 의한 튜브(20)의 확관이 끝난후 다음 단인 제2확관부(320)에 의한 튜브(20)의 확관이 실시되기전 핀(10)에 발생되는 응력이 제거됨에 따라 핀(10)의 특성변형이나 혹은 핀 간의 겹침현상이 방지될 수 있게 된다.

결국 상기와 같은 제반 과정을 거치면서 재차 확관이 실시되면 적치된 각 핀에 관통하여 삽입된 튜브는 상기 각 핀에 밀착되면서 각 핀과 튜브 사이의 틈새가 제거된다.

이 때, 상기 튜브의 외경은 관통공의 직경보다 0.2% ∼2.2% 정도 크도록 이루어지게 됨은 기 설명한 바 있음에 따라 그 상세한 설명은 생략하고, 상기와 같이 튜브의 외경이 관통공의 직경보다 0.2% ∼2.2% 정도 크도록 하기위한 관통공의 직경과, 이차 확관후 튜브의 외경 및 불릿의 외경간에는 다음과 같은 관계가 있다.

관계식 5 :

d₂=D₂+2t+α+(D₂+2t+α)*(2/100∼22/100)

관계식 6 :

d₂=d+(D₂-D₁)+α

상기에서

d₂

는 이차 확관후 튜브의 외경이고,

D₂

는 불릿의 제2확관부(320)의 외경이며, d는 관통공의 외경이고 t는 튜브의 두께이고, α는 유효오차이다.

또한, 튜브(20)내에 나선형의 마이크로핀(micro fin)(21)이 일체로 형성된 형태의 튜브(20) 역시 본 발명에 따른 복수개의 단으로 이루어진 불릿(300)을 사용하여 확관작업을 행하여도 그 작용은 동일하게 이루어질 수 있으며, 이 때의 불릿의 외경 치수는 상기와 같은 각 관계식(관계식 3 내지 관계식 6 )과 종래 관계식 2 를 적절히 조합하면 되므로 그 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기와 같이 불릿의 외주면에 형성된 확관부가 두 개가 아닌 셋 이상의 복수 단으로 구성하게 되면 점차적인 확관작업이 이루어질 수 있게 되어 각 핀에 발생될 수 있는 응력의 발생을 최소화 할 수 있게 된다.

하지만, 이 때에는 각 확관부 사이에 항상 일정한 거리가 유지될 수 있도록 하여야 하므로 그 제작 및 설계가 복잡함에 따라 전술한 바와 같이 두 개의 확관부로만 구성하여도 그 효과는 충분히 발휘될 수 있으므로 두 개의 단으로 구성하는 것이 가장 바람직 하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 핀 튜브형 열교환기의 튜브 확관을 위해 사용되는 불릿의 구조를 개선함에 따라 튜브의 확관작업시 각 핀에 발생되는 응력을 최소화 할 수 있게 되었고, 또한 각 핀간의 겹침현상 발생을 방지함으로써 열교환기의 열교환효율을 증대시킴과 함께 열교환시 발생되는 소음을 저하할 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기와 같은 불릿의 구조로 인하여 튜브의 축관율값을 줄일 수 있음에 따라 열교환기의 제작시 튜브의 길이를 그다지 길게하지 않더라도 열교환기의 원활한 제작이 이루어질 수 있게 되어 결국 튜브의 비 효율적인 재료 낭비를 방지할 수 있다.

Claims

직경이 서로 다른 복수개의 확관부를 그 직경의 크기에 따라 순차적으로 일체화하여 적치된 각 핀의 관통공에 삽입된 튜브의 확관을 행할 때 상기 각 확관부로 인해 튜브의 확관이 단계적으로 이루어지도록 함을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기의 튜브 확관을 위한 불릿의 구조.
제 1 항에 있어서,

불릿의 외주면에 형성된 각 확관부는 그 설계 및 제작상의 간편함을 위해 서로 다른 직경을 가진 두 개로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 핀 튜브형 열교환기의 튜브 확관을 위한 불릿의 구조.
제 2 항에 있어서,

불릿의 작업진행 방향을 기준으로 그 전방측에 위치되는 확관부의 외경은 튜브의 확관후 상기 튜브의 외경이 각 핀의 관통공과 서로 동일할 수 있도록 구성하고, 후방측에 위치되는 확관부의 외경은 튜브의 확관후 상기 튜브의 외경이 각 핀의 관통공보다 0.2% ∼ 2.2% 정도 클 수 있도록 구성하여서 됨을 특징으로 하는 불릿의 구조.