KR20010046178A - 자동차 열교환기의 클래드 형성방법 - Google Patents

Abstract

자동차 열교환기의 클래드 형성방법에 관한 것으로 분말상의 알루미늄-실리콘(Al-Si)합금을 프로판가스나 아세틸렌 가스를 열원으로 하는 열화용사법을 이용하여 클래드재를 형성하여, 비교적 저온에서의 용사로 인해 각종 열적변형과 산화물에 의한 브레이징성의 저하방지를 목적으로 창출된 것으로,

상기 열교환기에 클래드재를 도포하기위해서는,

상기 화염의 발생을 위한 산소가스(20)와 아세틸렌 가스(21)를 일정한 압력으로 공급하기위한 압력조정기(22)와 유량계(flow meter;23)가 구성되고,

상기 유량계(23)일측에는 상측으로 알루미늄-실리콘(Al-Si)합금분말을 수납하는 컨테이너(container;24)를 형성한 용사건(spraying gun;25)이 체결되고,

상기 용사건(25)의 선단에는 용사노즐(26)의 외측으로 압축공기의 공급을 위한 로터젯(rotojet;27)이 방사형으로 장착된 열화 용사장치(2)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 열교환기의 클래드 형성방법{Clad Spraying method of radiator for vehicle}

자동차 열교환기의 클래드 형성방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 자동차의 구성품중 냉각수 또는 냉매의 열교환에 필요한 라디에이터, 컨덴서 및 증발기와 같은 열교환기에,

유체의 유동공간과 튜브의 체결에 필요한 헤더 및 헤더탱크의 고정에 사용되는 클래드재의 도포방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 원동기를 이용하여 육상에서 이동할 목적으로 제작한 용구를 말하며, 크게 섀시(chassis)와 바디(body)로 구성된다.

그 중 섀시는 엔진을 비롯하여 자동차의 구동에 필요한 동력전달장치, 차축 및 현가장치, 조향장치 및 브레이크장치로 이루어지고,

바디는 섀시를 차체와 체결하기위한 프레임과 승객의 탑승이 이루어지는 외장을 형성된다.

상기 섀시를 이루는 근간을 이루는 엔진은 연료와 공기의 혼합기를 연소시켜 여기서 발생하는열에너지를 기계적 에너지로 전환하여 사용하는 것으로,

상기와 같이 엔진에서는 혼합기의 연소로 인한 고열이 발생하고, 이러한 고열이 엔진의 각 구성품에 지속적으로 작용할 경우 내구성에 치명적인 손상을 초래하였다.

그리하여 엔진의 실린더블록에는 연소시 발생하는 고열을 냉각하기위한 수로가 형성되고, 그 수로를 통하여 냉각수를 유동시켜 엔진에서 발생하는 고열을 냉각한다.

상기 엔진에서 발행하는 고열을 냉각한 냉각수는 열교환에 의한 자온이 상승하고, 이는 다시 자동차의 전방에 위치한 라디에이터를 통하여 외기와 열교환한 후 다시 엔진으로 이송되어 냉각작용을 반복한다.

상기에서와 같이 엔진의 열을 냉각하는 냉각수를 외기와 열교환하여 다시금 엔진의 냉각이 가능하도록 하는 것이 라디에이터인 열교환기이며,

또한 바디에 속하는 각종 구성요소 가운데,

적절한 자동차 실내기온의 유지를 위해 사용되는 공조장치중 에어컨시스템의 하나로 압축기를 통하여 고온고압의 압축냉매를 외기와 열교환하여 저온고압의 액체냉매로 상태변화를 이루는 컨덴서는,

증발잠열을 이용한 냉매의 특성상 반듯이 요구되는 구성요소이며, 상기 컨덴서를 통한 냉매의 열교환효율에 따라 냉방성능에 지대한 영향을 미치게 된다.

이처럼 냉각수의 냉각과 냉매의 냉각에 필요한 열교환기(1)는 도 1에서와 같이 유체의 유동공간을 확보하기위해 양측방으로 그 단면형상이 개략 원형 또는 반원형과 같이 다양한 형상을 가지는 헤더탱크(10)와,

판상 부재에 일정한 곡률을 부여하여 그 평면에는 다수 개의 슬롯이 형성된 헤더(11)를 헤더탱크(10)의 개방부에 개재하여 헤더어셈블리(12)를 구성한다.

상기 양측방의 헤더어셈블리(12)상간에는 중공의 평판형 부재를 이용한 튜브(13)가 적층구비되고, 상기 튜브(13)상간에는 전열성이 뛰어난 금속재를 접철하여된 센터(center;14)가 개재된다.

상기와 같이 형성된 열교환기는 유체의 밀봉성과 상호간의 견고한 고정을 위해 브레이징(brazing)을 통한 융착으로 체결되며,

이를 위해서는 헤더탱크(10)와 헤더(11), 튜브(13)의 재질을 그 표면에 클래드(clad)재를 도포하여된 원자재를 가공하여 사용하여야 한다.

하지만, 상기 헤더탱크(10)를 비롯한 헤더(11)는 각종 가공공정을 거쳐 하나의 헤더어셈블리(12) 및 열교환기(1)를 완성하는 것으로,

가공공정에서 원자재의 표면에 도포된 클래드재의 두께 보존이 난이함은 물론 클래드재의 두께가 손상될 경우 브레이징 융착후 유체의 누유등과 같은 불량발생의 원인으로 작용하였다.

그리하여, 상기와 같이 원자재에 클래드재가 도포된 것이 아닌 가공후 헤더탱크를 비롯한 헤더 및 튜브에 알루미늄 합금분말을 스프레이하여 도포하는 방법을 착안하였다.

상기 용사법(spray)은 선상, 봉상 또는 분말상의 재료를 열원에 의하여 가열, 용융된 액체 또는 반용융상태의 미립자를 강력 분사하고,

상기 분사된 재료는 소재의 금속표면에 침착하여 미립자가 편평화 및 응고과정을 거쳐 적층되는 것이었다.

상기 용사법으로는 크게 가스식과 전기식으로 구분되며,

가스식용사법에는 플레임 용사(flame spraying), 폭발 용사(detonation-gun spraying)등이 있어며,

전기식 용사법에는 아아크 용사법(arc spraying), 플라즈마 용사법(plasma spraying)과 최근에는 고에너지를 이용한 레이저 빔 용사법(laser beam spraying)이 주로 사용된다.

상기와 같은 각종 용사법은 모재와 용사피막층과의 결합방법이 화학적인 반응에 의한 결합이 아니라 모재 표면의 요철에 의한 물리적인 결합 즉 투모효과(anchoring effect)에 의한 체결력이 약한 결합방법으로 브레이징성이 저하되는 단점을 안고 있었다.

또한 아아크 용사법중 알루미늄-실린콘합금을 이용한 용사법은 소재비가 저렴한 장점을 가지는 반면,

고온에서 작업이 행해지므로 피복층중에 산화알루미늄의 층 두께가 증가하여 브레이징성이 저하되고, 용사과정중 성분원소의 증발에 따른 조성변화를 유발시켜 불균일한 브레이징을 초래하는 문제점을 안고 있었다.

더욱이 연속응고층의 미세조직이 형성되므로 재료 내,외부의 조지 변화차이가 발생되어 브레이징에 악영향을 초래한다.

이에 본 발명에서는 상기한 여러 가지 문제점을 해결하기위해 창출된 것으로 분말상의 알루미늄-실리콘(Al-Si) 합금을 프로판가스나 아세틸렌 가스를 열원으로 하는 열화 용사법을 이용하여 클래드재를 형성하여,

비교적 저온에서의 용사로 인해 각종 열적변형과 산화물에 의한 브레이징성의 하락 방지를 그 목적으로 한다.

도 1은 통상적인 자동차용 열교환기의 일예를 도시한 정면도,

도 2는 본 발명인 클래드 형성에 소요되는 열화용사법의 기구를 도시한 간략 구성도,

도 3은 본 발명인 열교환기의 헤더-헤더탱크 부분을 도시한 사시도.

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

2;열화 용사장치

20,21;산소 및 아세틸렌 가스

22;압력조정기

23;유량계

24;컨테이너

25;용사건

27;로터젯

이하 첨부되는 도면과 관련하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명인 클래드 형성에 소요되는 열화용사법의 기구를 도시한 간략 구성도, 도 3은 본 발명인 열교환기의 헤더-헤더탱크 부분을 도시한 사시도로서 함께 설명한다.

자동차용 열교환기의 형성을 위해 헤더어셈블리를 비롯한 튜브 및 센터에 표면에 브레이징에 적합한 클래드재를 도포한다.

상기 클래드재를 도포하기위해서는 도 2에서와 같은 열화용사장치(2)를 필요로하며,

상기 열화 용사장치(2)는 화염의 발생을 위한 산소가스(20)와 아세틸렌 가스(21)를 일정한 압력으로 공급하기위한 압력조정기(22)와 유량계(flow meter;23)가 구성되고,

상기 유량계(23)일측에는 상측으로 알루미늄-실리콘(Al-Si)합금분말을 수납하는 컨테이너(container;24)를 형성한 용사건(spraying gun;25)이 체결된다.

상기 용사건(25)의 선단에는 용사노즐(26)의 외측으로 압축공기의 공급을 위한 로터젯(rotojet;27)이 방사형으로 장착된다.

상기와 같이 구성된 열화 용사장치(2)는 표 1에서와 같은 환경을 조성한 후 열교환기의 각 구성품표면에 알루미늄-실리콘(Al-Si)합금분말을 도포하여 클래드재를 완성한다.

-표 1-

열화 용사법 용사 조건

MODEL	분사조건
산소 가스압(㎪)	343
아세틸렌 가스압(㎪)	98
분무공기압(㎪)	196
분무간격(㎜)	180 - 200

상기와 같이 구성된 열화 용사장치(2)는 도 3에서와 같이 헤더탱크(28)를 비롯한 헤더(29), 튜브, 센터와 같이 열교환기를 형성하는 각종 구성품의 표면에 브레이징에 요구되는 클래드재를 도포한다.

상기 클래드재를 도포하기위해서는 먼저 용사건상단에 구비된 컨데이너(24)에 알루미늄-실리콘(Al-Si)를 충진한 후,

산소가스(20)와 아세틸렌가스(21)를 압력조정기(22)와 유량계(23)를 통하여 각각 343㎪과 98㎪의 일정한 압력으로 용사건(25)에 공급한다.

상기와 같이 공급된 산소가스(20)와 아세틸렌가스(21)는 용사노즐(26)을 통해 화염을 형성하여 토출되며,

상기와 같이 화염 형성에 필요한 산소(20) 및 아세틸렌가스(21)의 고압이송은 알루미늄-실리콘(Al-Si)합금 분말을 수납한 컨테이너(24)와 용사건(25)상간에 베르누이(BERNOULLI)의 원리를 형성하여 압력차에 의한 용사분말의 지속적인 공급이 이루어지도록 한다.

상기와 같이 용사건(25)의 노즐(26)을 통하여 화염에 의해 용융된 클래드재가 토출되며, 상기 용사되는 클래드재는 모재(28,29)와 약 180 - 200㎜의 간격을 유지하여 도포된다.

상기 토출된 클래드재는 노즐(26)의 외측방에 방사형으로 형성된 로터젯(27)에 의해 화염과 용사입자가 집중되어 클래드작용의 효율을 상승시킨다.

또한 상기 로터젯(27)을 통해 196㎪의 압력으로 공급되는 압축공기는 용사입자를 가속화함은 물론 클래드가 도포되는 모재(28,29)를 냉각하는 작용도 동시에 수행한다.

상기 알루미늄-실리콘(Al-Si)합금 분말의 공급속도는 용사건(25)에 부착된 송급밸브(Transport valve;30)로 최종 조절된다.

상기와 같이 화염을 이용한 클래드재의 용사는 저렴한 가격으로 종래의 가스식용사법이 갖는 투모효과를 완전히 배재할 수 있는 장점과,

전기식 용사법이 갖는 산화알루미늄층의 두께증가와 조성변화에 따른 브레이징성능저하를 방지할 수 있다.

이상과 같은 본 발명인 자동차 열교환기의 클래드 형성방법은 각 구성품의 가공후 클래드재의 도포가 이루어짐으로 브레이징성능 향상으로 인한 불량발생을 최소화할 수 있으며, 저렴한 용사설비와 제작공정의 간소화를 이루어 원가절감을 이룰 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 자동차 엔진을 비롯한 에어컨 시스템에서 냉각수와 냉매를 냉각하기위한 열교환기에 있어서;

   상기 열교환기의 각 구성품간의 고정을 위한 브레이징융착시 표면에 도포되는 클래드(clad)재를 분말상의 알루미늄-실리콘(Al-Si)합금을 프로판가스나 아세틸렌 가스를 열원으로 하는 열화 용사법을 이용하여 도포한 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기의 클래드 형성방법.
2. 자동차용 열교환기의 형성을 위해 헤더어셈블리를 비롯한 튜브 및 센터에 표면에 브레이징에 적합한 클래드재를 도포하기위해서는,

   상기 화염의 발생을 위한 산소가스(20)와 아세틸렌 가스(21)를 일정한 압력으로 공급하기위한 압력조정기(22)와 유량계(flow meter;23)가 구성되고,

   상기 유량계(23)일측에는 상측으로 알루미늄-실리콘(Al-Si)합금분말을 수납하는 컨테이너(container;24)를 형성한 용사건(spraying gun;25)이 체결되고,

   상기 용사건(25)의 선단에는 용사노즐(26)의 외측으로 압축공기의 공급을 위한 로터젯(rotojet;27)이 방사형으로 장착된 열화 용사장치(2)를 구비한 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기의 클래드 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 열화 용사법을 위해서 산소가스의 공급압을 343㎪,

   아세틸렌 가스의 공급압을 98㎪,

   분무공기압을 196㎪,

   분사거리를 180 - 200㎜로 형성한 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기의 클래드 형성방법.