KR20000034912A - 공조 시스템용 증발기 - Google Patents

Abstract

공조 시스템용 증발기는 제1 및 제2 세트의 탭(tab) 부재에 의해 상호 결합되고 절첩되어 튜브 부재로 되는 다수의 인접 판 부재와, 인접 튜브 부재들 사이에 삽입된 다수의 핀(fin) 부재를 포함한다. 제1 및 제2 세트의 탭 부재는 교대로 인접 판들 사이에 배치된다. 제1 세트의 탭 부재는 인접 판의 제1 쌍 사이에 배치되고, 제2 세트의 탭 부재는 제1 쌍의 판 중 하나와 그 다음의 인접 판 사이에 배치된다.

Description

공조 시스템용 증발기 {EVAPORATOR FOR AN AIR CONDITIONING SYSTEM}

본 발명은 자동차용 열교환기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 탭 부재에 의해 결합되고 상호 절첩되어 판-튜브형 열교환기를 형성하는 다수의 인접 판을 갖는 열교환기에 관한 것이다.

판-튜브형 열교환기는 업계에 공지되어 있다. 이러한 유형의 열교환기에서, 다수의 신장된 판은 유체의 이동을 위한 다수의 통로를 형성하는 적층(lamination) 공정을 통해 상호 결합된다. 각각의 통로는 한 쌍의 결합된 판의 내측 대면 표면에 의해 형성된다. 결합된 판의 내부 표면은 통상 중앙 유체 전달 부분을 형성한다. 통로는 유체가 열교환기를 형성하는 다수의 결합된 판을 통해 유동할 수 있도록 상호 연결된다. 또한, 업계에 공지된 바와 같이, 전달 핀(fin) 스트립(strip)은 결합된 판 쌍의 외측 대면 표면들 사이에 위치된다. 이러한 유형의 열교환기는 특히 자동차의 공조 시스템용 증발기로 이용된다.

보통, 판-튜브형 열교환기는 다수의 개별 판을 상호 적층시켜서 판 튜브 부재를 형성함으로써 그리고 각각의 튜브 부재들 사이에 핀을 삽입시킴으로써 제작된다. 그 다음 단부 시트(sheet)가 열교환기의 대향 단부에 위치되어 열교환기 코어를 형성하고, 코어는 노(furnace) 내에서 브레이징되어(brazed) 제작 공정을 완성시킨다. 이러한 방법으로 열교환기 코어를 조립하는 것은 개별 판을 판 튜브 부재를 형성하도록 인접하는 면 대 면 관계로 물리적으로 위치시키기 위해 인력을 필요로 하는 노동 집약적 공정이다.

판-튜브 열교환기를 제작하는 데 생산성을 향상시킬 수 있는 하나의 제안된 방법은 미국 특허 제 3,258,832호 및 제3,344,925호에 개시되어 있다. 이들 특허는 다수의 개별 판이 재료의 단일 시트로부터 스탬핑되고 탭 부재에 의해 상호 연결되는 열교환기를 제작하는 방법을 개시한다. 탭 부재는 판을 연결하고 굽힘이 발생되는 위치를 제공하는 금속 재료의 직선형 부품이다. 판은 형성된 이후에, 지그재그형 구조로 절첩되어 열교환기 코어를 형성한다. 그러나, 탭 부재는 미정 위치에서 굽혀져서, 핀 부재가 판 튜브의 인접 쌍들 사이에 포함되는 가장 유익한 배치를 제공하지 못하고 동시에 적절한 판 대 판 접촉을 제공하지 못한다.

본 특허의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,507,388호는 판을 상호 결합시키는 종래의 방법에 대한 해결 방법을 제시한다. 미국 특허 제5,507,388호는 인접 판을 상호 연결시키고 판의 제어된 절첩을 위해 사전 형성된 굽힘 구역을 제공하는 혁신적인 탭 설계를 개시한다. 미국 특허 제5,507,388호에서 개시된 조립체 내에 이용된 다수의 각각의 탭 부재는 각각의 탭 부재가 탭의 전방 및 후방 에지 상에 형성된 적어도 세 개의 아치형 리세스를 이용한다는 점에서 동일하다. 이들 리세스는 세 개의 굽힘 구역을 각각의 탭 내에 형성한다. 하나의 중앙 굽힘 구역은 판 부재를 면 대 면 관계로 상호 결합시키도록 작용하고, 다른 두 개의 구역은 주름진 핀을 위한 공간을 제공하면서 튜브 부재를 상호 인접시키도록 굽혀진다. 판이 절첩된 이후에, 이들 탭은 세 개의 굽힘 구역을 제공하기 위해 각각의 탭 내에서 필요한 횡단 길이 때문에 열교환기로부터 외측으로 돌출된다. 돌출 탭은 열교환기가 적재 중에 상호 적층되는 것을 방해하고 패키징 중에 종종 열교환기 하우징을 손상시킨다. 열교환기는 이러한 돌출 탭이 돌출부 거리를 최소화하기 위해 일정 방법으로 열교환기에 대해 절첩되는 추가적인 제작 단계를 거치는 것이 필요하다.

또한, 각각의 탭 부재가 세 개의 굽힘 구역을 포함하기 때문에, 더 많은 재료가 각각의 탭에 이용되어야 한다. 동일한 탭의 이용이 설계의 복잡성을 최소화하지만, 각각 세 개의 굽힘 구역을 갖는 동일한 탭을 이용하는 것은 열교환기의 무게 및 원가를 증가시킨다. 탭 돌출부가 최소화되고 원가 및 무게가 감소된 열교환기를 제공하는 것이 유익하다.

본 발명의 목적은 탭 부재에 의해 결합된 다수의 인접 판 부재로부터 형성되고 열교환기가 형성된 이후에 탭 절첩 작업을 거치지 않는 열교환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 무게가 감소된 열교환기 코어를 제공하는 것이다.

본 발명은 제1 및 제2 세트의 탭 부재에 의해 상호 결합되고 열교환기 코어를 형성하기 위해 벨로즈(bellows) 형상으로 절첩되어 다수의 튜브 부재로 되는 다수의 인접 판 부재를 포함하는, 공조 시스템용 열교환기를 제공함으로써 종래 기술의 상기 문제점을 극복한다. 열교환기는 인접 튜브 부재들 사이에 개재된 다수의 핀 부재와, 튜브 부재를 유체의 공급원에 유동 결합시키는 적어도 하나의 유체 매니폴드(manifold)를 더 포함한다. 제1 및 제2 세트의 탭 부재는 교대로 인접 판들 사이에 배치되어 제1 세트의 탭 부재는 인접 판의 제1 쌍 사이에 배치되고 제2 세트의 탭 부재는 제1 쌍의 판 중 하나와 그 다음의 인접 판 사이에 배치된다. 제1 세트의 각각의 탭 부재는 단일 굽힘 구역을 포함하고 이를 따라 인접 판 부재들이 튜브 부재를 형성하기 위해 면 대 면 관계로 굽혀진다. 제2 세트의 각각의 탭 부재는 다수의 핀 부재 중 하나를 수납하는 사전 설정된 크기의 영역을 형성하는 제1 및 제2 굽힘 구역만을 포함한다.

본 발명의 장점은 다수의 판의 제어된 굽힘을 가능하게 하고 형성된 이후에 열교환기로부터의 탭 돌출부의 길이를 최소화하는 두 개의 다른 탭 설계를 제공하는 것이다. 본 발명의 이러한 그리고 다른 목적, 특징 및 장점은 이하의 도면, 상세한 설명 및 청구 범위에서 확실해 질 것이다.

도1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 열교환기의 사시도.

도2는 본 발명의 방법에 따라 제작된 판 부재의 연속 시트(sheet)의 평면도.

도3은 판 튜브 부재로 절첩된 도2의 시트의 단부도.

도4a 및 도4b는 본 발명에 따라 인접 판들을 연결하는 제1 세트의 탭(tab) 부재의 확대도.

도5a 및 도5b는 본 발명에 따라 인접한 튜브들을 상호 연결하는 제2 세트의 탭 부재의 확대도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열교환기

12 : 판 튜브 부재

14 : 핀

26 : 판 부재

48, 50 : 제1 세트의 탭 부재

74, 76 : 제2 세트의 탭 부재

58, 60 : 제1 세트의 리세스

86, 88, 90, 92 : 제2 세트의 리세스

도면을 참조하면, 도1은 특히 자동차 공조 시스템 내에 이용하도록 된 증발기 형태의 판-튜브 열교환기(10)를 도시한다. 열교환기(10)는 적층된 성형되고 신장된 판(12)을 포함하고 판 쌍들은 면 대 면 관계로 상호 결합되어 인접 쌍들이 후술하는 바와 같이 그 사이로 냉매의 유동을 위한 교대 통로를 제공한다. 판은 브레이징(brazing) 또는 적층 공정과 같은 공지된 다양한 공정 중 하나에 의해 결합될 수 있다. 열전달 핀(14)은 업계에 공지된 바와 같이 확대된 열전달 영역을 제공하도록 판(12)의 결합 쌍 사이에 위치된다. 결합 판 쌍 및 핀 조립체는 단부 시트(16) 내에 포함된다.

열교환기(10)는 열교환기(10)의 한쪽 또는 양쪽 단부에서 헤더(18) 내에 형성되는 입구 포트(20) 및 출구 포트(22)를 포함한다. 헤더는 이하의 설명에서 확실해지는 것과 같이 판(12)의 결합 쌍 사이의 통로와 직접 연통된다. 판(12)은 그들의 단부에 각기 헤더(18)의 입구 포트(20)와 출구 포트(22) 사이의 연통을 제공하는 정렬된 간극을 갖는다. 그러나, 업계에 공지된 바와 같이, 각각의 판은 그들의 한쪽 또는 양쪽 단부에 간극을 포함하고, 입구 포트(20)와 출구 포트(22)는 열교환기의 대향 단부에 위치될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 판은 인접 판과 결합될 때 튜브 부재를 형성하는 신장된 단부를 구비해서 형성될 수도 있다. 그 다음 이들 튜브 부재는 열교환기 매니폴드와 유동 연통되도록 헤더 판을 통해 삽입된다. 도1의 열교환기에서, 냉매는 입구 포트(20)로 유입되어 공지된 방법으로 다수의 결합 판(12) 쌍을 통과한다. 그 다음 냉매는 출구 포트(22)를 통해 유출되어 냉각 싸이클을 완성한다.

도2에 도시된 바와 같이, 판 부재(26)는 재료(24)의 단일 시트로부터 형성되고, 이하에서 상세하게 설명될 가변형 탭에 의해 상호 연결된다. 재료(24)는 업계에 공지된 바와 같이 알루미늄 브레이징 합금으로 코팅된 알루미늄 재료이다. 재료(24) 시트는 사전 결정된 개수의 판 부재(26)를 포함하는 사전 결정된 길이이거나 또는 사전 결정된 크기의 열교환기를 형성하기 위해 사전 결정된 개수의 판으로 절단된 재료의 연속 스트립으로 형성될 수도 있다. 판 부재(26)는 PLC/PLS 또는 다이 프레스 업계에 공지된 다른 전산화된 수단에 의해 제어되는 다이에서 정밀하게 작동하는 공기압 및/또는 수압을 이용해서 스탬핑된다.

각각의 판 부재(26)는 한 쌍의 단부 부분(28)과, 단부 부분들 사이의 중간 부분(30)을 포함한다. 신장된 단부(32)는 판의 한쪽 단부로부터 연장된다. 일 실시예에서, 이러한 단부(32)는 헤더 판을 통해 유체 매니폴드의 (도시되지 않은) 탱크로 연장되는 형상이다. 본원에서 전체적으로 참조되는 미국 특허 제5,707,388호에 개시된 바와 같이, 다수의 간극이 각각의 단부 부분(28) 내에 형성되거나 또는 단일 간극이 단부 부분 내에 형성될 수도 있다. 간극은 열교환기가 조립될 때 열교환기 유체가 통과하는 유체 도관을 제공하도록 정렬된다. 판 부재(26)의 각각의 중간 부분(30)은 업계에 공지된 바와 같이 유체의 난류를 증가시키도록 유체가 판 튜브(12)를 통과하는 우회 통로를 제공하고 더 양호한 열전달 특성을 제공하는 다수의 비드(bead: 34)를 포함한다.

도3은 본 발명의 열교환기가 재료(24) 시트를 벨로즈형 또는 아코디언형 형상으로 절첩시킴으로써 형성되는 것을 도시한다. 절첩되어질 때, 인접 판 부재는 이하에서 매우 상세하게 설명될 것과 같이 판 튜브 부재를 형성하도록 쌍으로 결합된다. 재료는 설명될 것과 같이 인접 판 부재를 결합시키는 탭에서 절첩된다.

도4 및 도5는 판(28)들을 상호 연결시키는 제1 세트 및 제2 세트의 가변형 탭을 상세히 도시한다. 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 세트의 탭 부재는 인접 판(44, 46)들을 연결시키고, 각각의 세트는 두 개의 탭 부재, 즉 상부 탭(48) 및 하부 탭(50)을 포함한다. 탭(48, 50)은 하나의 판으로부터 다른 판으로 횡방향으로 연장되고 각각의 판(44, 46)의 레일 에지(rail edge: 52)의 일부분으로써 형성된다. 탭(48, 50)은 판과 동일한 재료로 만들어지고 소성 변형이 가능하다. 각각의 탭은 통상 판의 횡방향 축에 평행하게 배치되는 웨브 부분(40)을 포함하고, 제1 에지(54) 및 제2 에지(56)를 포함한다. 제1 에지(54)는 단일한 중앙의 중간 리세스(58)를 포함한다. 탭의 양호한 실시예에서, 이 리세스(58)는 통상 대략 0.762mm(0.0300 inch) 정도의 곡률 반경을 갖는 아치형이다. 본 발명은 삼각형 형상의 리세스 또는 다른 크기의 곡률 반경을 갖는 아치형 리세스와 같은 다른 형태의 리세스도 역시 동일하게 작동할 수 있다는 것을 고려한다.

유사하게, 웨브(40)의 제2 에지(56)는 통상 중앙에 배치된 리세스(60)를 포함한다. 제2 리세스(60)는 또한 통상 형태가 아치형이고 통상 제1 말단부 리세스(58)와 대향으로 배치된다. 탭의 양호한 실시예에서, 이 리세스(60)는 통상 대략 0.762mm(0.0300 inch) 정도의 곡률 반경을 갖는 아치형이다. 본 발명은 삼각형 형상의 리세스 또는 다른 크기의 곡률 반경을 갖는 아치형 리세스와 같은 다른 형태의 리세스도 역시 동일하게 작동할 수 있다는 것을 고려한다.

도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 중간 리세스(58, 60) 사이의 거리, x-x는 단일 굽힘 구역(62)을 형성한다. 단일 굽힘 구역(62)은 훨씬 좁은 굽힘부가 인접 판 부재의 벨로즈형 또는 지그재그형 절첩에 의해 열교환기 코어의 형성 중에 양호한 판 대 판 접촉을 달성하게 한다. 단일 굽힘 구역만을 갖는 탭을 이용함으로써, 탭의 횡방향 길이는 감소될 수 있다. 이는 절첩 탭(64)이 절첩된 판 조립체로부터 아주 조금 돌출하는 도3에 도시되어 있는 장점을 제공하고, 따라서 추가적인 탭 굽힘 공정의 필요가 없게 된다.

도5a 및 도5b는 제2 세트의 탭 부재를 상세하게 도시한다. 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이, 각각의 제2 세트의 탭 부재는 인접 판(70, 72)들을 연결시키고, 각각의 세트는 2개의 탭 부재, 즉 상부 탭(74) 및 하부 탭(76)을 포함한다. 탭(74, 76)은 하나의 판으로부터 다른 판으로 횡방향으로 연장되고 각각의 판(70, 72)의 레일 에지(52)의 일부분으로써 형성된다. 탭(74, 76)은 판과 동일한 재료로 만들어지고 소성 변형이 가능하다. 각각의 탭은 통상 판의 횡방향 축에 평행하게 배치된 웨브 부분(80)을 포함하고, 제1 에지(82) 및 제2 에지(84)를 포함한다. 제1 에지(82)는 통상 대략 0.762mm(0.0300 inch)의 곡률 반경을 갖는 아치형의 말단부 리세스의 제1 쌍(86, 88)을 포함한다. 본 발명은 삼각형 형상의 리세스 또는 다른 크기의 곡률 반경을 갖는 아치형 리세스와 같은 다른 형태의 리세스도 역시 동일하게 작동할 수 있다는 것을 고려한다. 유사하게, 웨브(80)의 제2 에지(84)는 통상 형태가 아치형이고 통상 말단부 리세스의 제1 쌍(86, 88)과 대향으로 배치되는 말단부 리세스의 제2 쌍(90, 92)을 포함한다. 본 발명은 삼각형 형상의 리세스 또는 다른 크기의 곡률 반경을 갖는 아치형 리세스와 같은 다른 형태의 리세스도 역시 동일하게 작동할 수 있다는 것을 고려한다.

도5에 도시된 바와 같이, 제1 에지(82) 상의 리세스와 제2 에지(84) 상의 리세스 사이의 거리, y-y는 제1 굽힘 구역(96)과 제2 굽힙 구역(98)만을 형성한다. 제1 굽힘 구역(96) 및 제2 굽힘 구역(98)은 웨브(80)가 인접 판 튜브들 사이에 핀을 삽입할 수 있게 하는 코어를 형성하면서 판의 절첩 중에 굽혀지는 위치를 제공한다. 이러한 두 개의 굽힙 구역 사이의 거리는 대략 핀 높이와 동일하다. 제3 굽힘 구역을 제거함으로써, 탭의 횡방향 길이는 최소화되고, 탭을 제작하는 데 필요한 재료의 양을 감소시키고 열교환기 코어로부터 탭이 돌출되는 거리를 감소시킨다. 또한, 미국 특허 제5,507,388호의 탭에서 다른 굽힘 구역들 사이에서 적절한 굽힘을 확실히 하기 위해 탭의 두께를 변화시킬 필요가 없다. 전술한 탭을 제공함으로써, 재료 두께는 일정하게 유지될 수 있고 설계의 복잡함을 감소시킨다.

본 발명의 방법에 따른 증발기를 제작하기 위해, 판 부재(26) 및 탭 세트는 재료(24)의 시트로부터 스탬핑된다. 도2에 도시된 바와 같이, 두 개의 판은 단일 행정의 다이로 스탬핑될 수 있다. 그 다음 판 부재(26)는 탭 세트 내의 굽힘 구역(62, 96, 98)에서 굽혀져서 도3에 도시된 바와 같이 절첩되어, 인접 판 부재(26)가 판 튜브 부재(12)를 형성하도록 인접한 판 대 판 관계로 되고, 충분한 공간이 핀 삽입을 위해 인접 판 튜브들 사이에 유지된다. 판 부재(26)들이 사전 설정된 양으로 절첩된 이후에, 핀 부재(14)는 판 부재(26) 쌍의 외측 대면 표면들 사이에 수동으로 또는 자동으로 삽입된다. 핀 부재가 삽입된 이후에, 단부 시트(16)는 열교환기 코어를 완성하기 위해 판 튜브/핀 조립체의 대향 단부에 부가되고 코어는 사전 설정된 하중으로 압축된다. 그 다음 코어는 브레이징 노 내로 위치되어 금속이 완성된 제품을 형성하기 위해 상호 브레이징되는 진공 브레이징 작업을 받는다.

본 발명의 다양한 수정 및 변경은 당업자에게 자명하다. 예를 들어, 본 발명은 종방향 축을 따라 판을 결합하는 탭 부재를 참조해서 설명되었다. 본 발명은 또한 판이 본 발명의 탭 부재를 이용해서 횡방향 축을 따라 결합될 수 있는 점도 고려한다. 진보된 개시 내용의 요지에 따른 이러한 그리고 다른 모든 변형은 첨부된 청구 범위에 설명된 본 발명의 범위 내에서 적절하게 고려된다.

본 발명에 따라 두 개의 다른 설계를 갖는 탭을 이용해서, 돌출부의 길이가 최소화되고 원가 및 무게가 감소된 공조 시스템용 증발기로 이용되는 열교환기를 제공할 수 있고, 열교환기가 형성된 이후의 탭 절첩 작업을 생략할 수 있다.

Claims (7)

1. 공조 시스템용 증발기에 있어서,

   제1 및 제2 세트의 탭 부재에 의해 상호 결합되고 벨로즈 형상으로 절첩되어 다수의 튜브 부재로 되어 증발기 코어를 형성하는 다수의 인접 판 부재와,

   인접 튜브 부재들 사이에 삽입된 다수의 핀 부재를 포함하고,

   상기 제1 및 제2 세트의 탭 부재는 교대로 인접 판들 사이에 배치되어 상기 제1 세트의 탭 부재는 인접 판의 제1 쌍 사이에 배치되고 상기 제2 세트의 탭 부재는 상기 제1 쌍의 판 중 하나와 그 다음의 인접 판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 증발기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 각각의 탭 부재는 상기 인접 판 부재가 튜브 부재를 형성하기 위해 면 대 면 관계로 굽혀지는 단일 굽힘 구역을 포함하고, 상기 제2 세트의 각각의 탭 부재는 상기 다수의 핀 부재 중 하나를 수납하기 위한 사전 설정된 크기의 영역을 형성하는 제1 및 제2 굽힘 구역만을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기.
3. 제2항에 있어서, 탭 부재들 중 상기 제1 세트의 각각의 탭 부재는, 사전 설정된 위치에 배치된 단일한 중간의 통상 아치형의 리세스를 포함하는 제1 에지와, 사전 설정된 거리만큼 상기 제1 에지를 따라 상기 리세스에 대향 배치된 단일한 중간의 통상 아치형의 리세스를 갖는 제2 에지를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기.
4. 제3항에 있어서, 상기 단일 굽힘 구역은 상기 탭 부재의 상기 제1 및 제2 에지 상에 배치된 상기 중간 리세스들 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 증발기.
5. 제1항에 있어서, 탭 부재들 중 상기 제2 세트의 각각의 탭 부재는, 사전 설정된 위치에 배치된 한 쌍의 이격된 아치형 리세스를 포함하는 제1 에지와, 상기 제1 에지를 따라 상기 이격된 리세스에 대향 배치된 한 쌍의 이격된 아치형 리세스를 갖는 제2 에지를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기.
6. 제5항에 있어서, 상기 제2 세트의 탭 부재들 중 상기 제1 및 제2 굽힘 구역은 상기 탭 부재의 상기 제1 및 제2 에지 상에 배치된 상기 이격된 리세스들 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 증발기.
7. 제1항에 있어서, 두 개의 인접 판 부재는 단일 행정의 재료 스탬핑 다이로 성형되는 것을 특징으로 하는 증발기.