KR20020001605A - 브레이징에 의해 헤더탱크에 연결된 복수의 튜브를 가지는열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동차용 공기조화 시스템에 사용하기 위한 응축기와 같은 열교환기는 한쌍의 헤더탱크와, 양측 헤더탱크를 연결하는 복수의 튜브 및 상기 튜브들 사이에 배치되며 알루미늄 박판으로 이루어진 핀으로 구성된다. 이들 구성요소들 모두는 단일 몸체의 열교환기를 형성하기 위해 브레이징에 의해 다른 하나에 연결된다. 상기 튜브와 헤더탱크를 접합하기 위한 땜납재는 양측 헤더탱크의 내부 표면에 부착되어 상기 땜납재가 브레이징공정에서 박핀내로 확산되는 것을 방지한다. 따라서, 상기 알루미늄 박핀은 그의 내부에 확산되는 땜납으로 인한 부식으로부터 보호된다.

Description

브레이징에 의해 헤더탱크에 연결된 복수의 튜브를 가지는 열교환기{HEAT EXCHANGER HAVING PLURAL TUBES CONNECTED TO HEADER TANKS BY BRAZING}

본 발명은 브레이징(brazing)에 의해 헤더탱크에 연결된 복수의 튜브를 가지는 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은 공기조화기에 사용하기 위한 응축기와 같은 자동차용 열교환기에 적합하게 적용될 수 있는 것이다.

튜브의 양측에 배치된 헤더탱크에 연결된 복수의 튜브를 가지는 응축기가 지금까지 알려져 있다. 종래의 열교환기에서 튜브에 연결된 헤더탱크의 횡단면도가 도3에 도시되어 있다. 그 내부에 냉매통로를 가지는 복수의 알루미늄 튜브(14)는 그의 양단부에 배치된 헤더탱크에 연결된다. 도3에서, 하나의 튜브(11)만이 도시되어 있으며, 또 다른 튜브는 도시되어 있지 않다. 알루미늄 핀(도1에서 도시된 바와 같은 이러한 핀들(15))은 이웃하는 튜브 사이에 삽입되며, 상기 튜브와 핀은 적층되어 응축기 코어를 형성한다.

종래의 응축기에서, 상기 헤더탱크(11)는 양측이 서로 연결된 U-형상의 제1 플레이트(111) 및 U-형상의 제2 플레이트(112)로 구성된다. 상기 U-형상의 제1 플레이트(111)는 코어판(111a)과 상기 코어판(111a)의 외부 표면상에 씌워진 땜납층(solder layer)(111b)을 가지는 피복판이다. 또한, 상기 U-형상의 제2 플레이트(112)는 코어판(112a)과 상기 코어판(112a)의 내,외부 표면에 씌워진 땜납층(112b, 112c)을 가지는 피복판(clad plate)이다. 또한 상기 튜브(14) 사이에 배치되어 그에 연결되는 상기 핀(15)은 땜납 피복 알루미늄으로 제조되는 한편, 상기 튜브(14)는 순수 알루미늄으로 제조된다. 내부에 복수의 냉매통로를 가지는 각각의 튜브(14)는 압출 공정에 의해 제조된다.

상기 응축기의 조립공정에서, 상기 튜브(14)와 핀(15)은 교대로 적층되며,상기 튜브(14)는 단일의 응축 유니트를 형성하기 위하여 양측 헤더탱크내에 삽입된다. 용제 "f"는 상기 튜브(14)의 외부 표면에 씌워지는 땜납층(111b, 112c)상에 코팅된다. 그리고 나서, 상기 응축유니트는 상기 땜납층을 용융시켜 구성요소 모두를 다른 하나에 연결하기 위하여 노에서 브레이징된다. 이러한 브레이징 공정에서, 상기 제1 플레이트(111)의 외부표면상의 땜납층(111b)은 상기 튜브(14)를 상기 제1 플레이트(111)에 연결시키고, 상기 핀(15)상에 씌워진 땜납은 상기 튜브(14)와 핀(15)을 함께 연결시킨다.

상기 종래의 응축기의 브레이징 공정에서, 상기 땜납층(111b)이 헤더탱크(11)의 외부표면상에 위치되기 때문에, 상기 용융된 땜납재는 상기 제1 플레이트(111)를 상기 튜브(14)에 연결하기 위해 사용될 뿐만 아니라, 상기 핀(fin)(15)에 공급되어 튜브(14)와 연결된다. 그러므로, 상기 제1 플레이트(111)로부터의 땜납은 상기 핀(15)상의 클래드 땜납에 부가되고, 상기 땜납은 제1 플레이트(111)에 가까이 위치된 상기 핀(15)의 단부에서 과다하게 된다. 바꿔 말해서, 과다한 땜납이 상기 핀(15)의 단부내로 확산되어 상기 핀(15)내에서 부식을 야기시킨다. 비록 상기 땜납이 튜브(14)내로 확산될지라도, 상기 핀(15)이 튜브(14)보다 더 얇기 때문에 부식이 상기 핀(15)에서 더욱 현저하게 되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 고려하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은 브레이징 공정에서 상기 땜납이 튜브내로 확산되고 특히 핀내로 확산되는것을 적어도 억제하거나 제거할 수 있도록 함으로써 상기 확산된 땜납으로 인한 부식을 피할 수 있는 것에 그 목적이 있다.

도1은 응축기의 전체 구조를 나타낸 사시도.

도2는 본 발명의 일실시예로서, 도1에 도시된 응축기에서 헤더탱크에 튜브를 연결하는 부분을 나타낸 부분 횡단면도.

도3은 종래의 응축기에서 도2와 유사한 부분을 나타낸 부분 횡단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 응축기 11, 12: 헤더탱크

13: 응축기 코어 14: 튜브

15: 주름진 핀 16:냉매 입구포트

17: 냉매 출구포트 19, 20: 측판

열교환기는 한 쌍의 원통형 헤더탱크(제1 헤더탱크 및 제2 헤더탱크)와, 상기 한쌍의 헤더탱크를 연결하는 복수의 튜브 및 상기 튜브 사이에서 열전도관계로 배치된 복수의 주름진 핀(corrugated fins)으로 구성된다. 상기 열교환기는 자동차용 공기조화 사이클에서 과열된 냉매를 응축하기 위한 응축기로서 사용될 수 있다. 상기 제1 헤더탱크로 공급되는 냉매는 상기 복수의 튜브로 분배되어 상기 제2 헤더탱크로 유입된다. 상기 과열된 냉매는 상기 튜브를 통과하는 동안에 냉각되며 상기 응축된 냉매는 상기 제2 헤더탱크로부터 유출된다.

상기 탱크는 땜납층이 원통형 탱크의 내부 표면에 위치되도록 땜납 피복 알루미늄판을 굴곡시켜 형성된다. 상기 땜납층은 상기 튜브와 탱크를 브레이징으로 연결하기 위한 재료로서 역할을 한다. 상기 튜브는 순수 알루미늄 재료로부터 압출되며, 상기 주름진 핀은 땜납 피복 알루미늄 박판으로 제조된다. 브레이징을 촉진시키기 위한 용제는 상기 튜브의 외부 표면상에 코팅된다. 그리고 나서, 모든 구성요소는 열교환기 유니트를 형성하기 위해 조립된다. 상기 조립된 열교환기 유니트는 질소가스나 불활성 가스로 채워진 노에서 브레이징된다. 상기 브레이징 공정에서, 상기 튜브와 탱크는 상기 탱크의 내부 표면상에 피복된 용융된 땜납층에 의해 서로 연결됨과 동시에, 상기 주름진 핀은 그의 표면상에서 용융된 땜납에 의해 상기 튜브에 연결된다.

상기 땜납층이 원통형 헤더탱크의 내부 표면상에 위치되기 때문에, 즉 상기 헤더탱크를 형성하는 알루미늄판이 땜납층과 주름진 핀 사이에 위치되므로, 상기 핀의 단부가 헤더탱크에 가까이 위치되는 경우조차도 상기 브레이징 공정에서 용융된 땜납이 상기 핀내로 확산되는 것이 방지된다. 게다가, 용융된 땜납이 상기 튜브내로 불필요하게 확산되는 것이 방지된다. 따라서, 알루미늄 박판으로 제조되는 상기 핀은 과다한 땜납이 상기 핀내로 확산됨으로 인한 부식으로부터 보호된다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 하기의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 좀더 분명해질 것이다.

본 발명의 일실시예를 도1 및 도2를 참조하여 설명한다. 먼저, 도1을 참조하여, 일반적으로 다류 타입(multi - flow - type)응축기로서 언급되는 응축기(10)의 전체 구조를 설명한다. 상기 응축기(10)는 자동차용 공기조화 시스템에서 압축기(도시하지 않음)로부터 공급된 과열된 기상냉매를 냉각하여 응축한다. 상기 응축기(10)는 제1 헤더탱크(11)와 제2 헤더탱크(12)로 이루어진 한쌍의 헤더탱크 사이에 배치되어 연결된 응축기 코어(13)로 구성된다. 상기 헤더탱크들(11, 12)은 실질적으로 원통형상이며 알루미늄으로 제조된다.

상기 응축기 코어(13)는 양측이 교대로 적층되어지는 튜브(14)와 주름진 핀(15) 및 상기 응축기 코어(13)의 상부 및 바닥부에 각각 배치된 측판(19, 20)으로 구성된다. 상기 응축기 코어(13)는 상기 튜브가 수평방향으로 연장하도록 양측 헤더탱크(11, 12) 사이에 연결된다. 상기 튜브(14)는 알루미늄을 압출가공하여 그의 내부에 복수의 냉매통로를 가지는 편평한 형상으로 제조된다. 상기 핀(15)은 땜납 피복 알루미늄을 굽힘가공하여 주름진 형상으로 제조된다. 상기 각 튜브(14)의 일단부는 상기 제1 헤더탱크(11)로 삽입되고, 타단부는 제2 헤더탱크로 삽입됨으로써, 상기 양측 헤더탱크(11, 12)의 내부공간이 상기 튜브(14)를 통하여 서로 연통한다. 상기 U-형상의 측판(19)은 상기 응축기 코어(13)의 상부에 배치되어 상기 대부분의 핀(15) 상부에 연결되는 한편, 다른 U-형상의 측판(20)은 응축기 코어(13)의 바닥에 배치되어 대부분의 핀(15) 하부에 연결된다. 양 측판(19, 20)은 상기 응축기(10)가 차량 몸체상에 설치된 응축기 프레임으로서 역할을 한다.

냉매입구포트(16)는 상기 제1 헤더탱크(11)이 상부에 제공되는 한편, 냉매출구포트(17)는 상기 제2 헤더탱크(12)의 하부에 제공된다. 상기 입구포트(16)를 통하여 상기 제1 헤더탱크(11)로 유입되는 냉매는 상기 각 튜브(14)로 분배되고, 상기 튜브(14)를 통하여 제2 헤더탱크로 유입되며 상기 출구포트(17)로부터 유출된다. 상기 제1 헤더탱크(11)의 양단부는 각각 캡(113, 114)에 의해 차폐되며, 상기 제2 헤더탱크(12)의 양단부도 유사하게 각각 캡(123, 124)에 의해 차폐된다.

상기 튜브(14)를 헤더탱크(11, 12)에 연결하는 구조를 도1에서 표기된 횡단면 Ⅱ-Ⅱ를 도시한 도2를 참조하여 상세하게 설명한다. 양측 헤더탱크(11, 12)가 동일한 구조를 가지기 때문에, 상기 제1 헤더탱크(11)의 구조를 양측 헤더탱크(11, 12)를 대표하여 하기에 설명한다. 도2에서 괄호에 나타낸 참조번호는 상기 제1 헤더탱크(11)의 도면번호에 상응하는 제2 헤더탱크(12)의 부분이나 구성요소를 의미한다.

상기 제1 헤더탱크(11)는 냉매통로로서 역할을 하는 원통형 내부공간을 형성하기 위해 양측이 서로에 연결되어지는 U-형상의 제1 플레이트(11)와 U-형상의 제2 플레이트로 구성된다. 한 쌍의 캡(113, 114)은 내부통로의 양측 단부를 차폐한다. 튜브(14)의 갯수에 상응하는 갯수인 복수의 개구부(도시하지 않음)가 제1 헤더탱크(11)에 형성됨으로써, 각 튜브(14)는 상기 개구부에 삽입되어 그에 연결된다. 상기 튜브(14)에 연결된 제1 플레이트(111)는 코어 알루미늄 판(111a)과 상기 제1 플레이트(111)의 내부 표면상에 피복된 땜납층(111b)을 가지는 땜납 피복 알루미늄판이다. 상기 제2 플레이트(112)는 코어 알루미늄 판(112a)과 상기 제2 플레이트(112)의 양측 표면상에 피복된 땜납층(112b, 112c)을 가지는 땜납 피복 알루미늄판이다. 양측 알루미늄 코어 판(111a, 112a)은 A-3003과 같은 알루미늄재로 이루어지며, 상기 땜납층(11b, 112b, 112c)은 A-4045와 같은 땜납재로 이루어진다.

A-1050과 같은 순수 알루미늄재로 이루어진 상기 튜브(14)는 압출공정으로 제조된다. 상기 핀(15)은 A-3003과 같은 알루미늄으로 이루어진 코어판과 상기 코어판상에 피복된 A-4045와 같은 땜납층을 가지는 땜납 피복 알루미늄판으로 이루어진다. 상기 캡(113, 114)과 측판(19, 20)은 A-3003과 같은 순수 알루미늄으로 이루어진다. 또한, 상기 냉매입구포트(16)와 냉매출구포트(17)는 순수 알루미늄으로 이루어진다.

상기 응축기(10)를 제조하는 과정을 하기에 설명한다. 상기 응축기(10)의 모든 구성요소는 각각 땜납 피복 알루미늄재이나 순수 알루미늄재를 사용하여 제조된다. 그리고 나서, 용제가 침적코팅(immersion coating)이나 롤 코팅(roll coating)과 같은 코팅공정으로 상기 제2 플레이트(112)(122), 캡(113, 114)(123, 124), 튜브(14) 및 측판(19, 20)상에 코팅된다. 그리고 나서, 상기 코팅된 용제는 건조된다. 용제로서는 비부식성 용제(예를들어, KAlF₄ 및 K₂Al₆혼합물과 같은 플루오르화물(fluorides))과 용제 부착성을 향상시키기 위한 바인더(binder)(예를들면, 실질적으로 2-에틸헥실 메탈크릴레이트(2-ethylhexyl methacrylate)로 구성된 아크릴 수지)의 혼합물이 사용될 수 있다. 대안으로, 실리콘(Si)이 용제와 브레이징 능력을 향상시키기 위한 바인더의 혼합물에 더 혼합될 수 있다.

그리고 나서, 상기 제1 헤더탱크(11), 제2 헤더탱크(12), 튜브(14), 핀(15), 측판(19, 20) 및 입구 및 출구포트(16, 17)를 포함하는 구성요소들 모두는 도1에 도시된 응축기 유니트(10)를 형성하기 위해 조립된다. 상기 조립유니트는 그의 단일 형태를 유지하기 위해 지그내에서 유지된다. 상기 지그내에 유지되는 유니트는 질소가스 또는 불활성가스가 채워진 브레이징 노(brazing furnace)에서 땜납재의 용융점이상으로 가열된다. 따라서, 상기 응축기(10)의 모든 구성요소들은 브레이징에 의해 다른 하나에 연결되어 상기 단일 몸체의 응축기(10)를 형성한다.

상기 브레이징 공정에서, 제1 플레이트(111, 121) 및 튜브(14)는 상기 튜브(14)상에 코팅된 용제 아래에서 제1 플레이트(111, 121)의 내측표면상에 피복된 땜납층(111b, 121b)에 의해 서로 연결된다. 상기 땜납층(111b, 121b)이 상기 헤더탱크(11, 12)의 내측에 위치되기 때문에 즉, 핀(15)이 상기 코어판(111a, 121a)에 의해 땜납층(111b, 121b)과 분리되어 있으므로 상기 땜납은 상기 핀(15)으로 흐르는 것이 방지된다. 그러므로, 상기 핀(15)으로 공급되는 과다한 땜납이 회피되며, 상기 핀(15)의 단부는 헤더탱크(11, 12)에 더욱 가까이 위치될 수 있다.

종래의 제조공정에서, 브레이징을 위해 필요한 용제"f"(도3에 도시)는 분무나 다른 방법에 의해 조립공정후에 코팅된다. 따라서, 상기 용제는 필요한 위치상에서 뿐만 아니라, 다른 위치상에도 코팅되고, 그에 의해 다량의 용제가 소비된다. 상기 종래의 공정과는 반대로, 본 발명의 공정에서 브레이징(제1 플레이트(111, 121)과 튜브(14) 사이 및 상기 튜브(14)와 핀(15) 사이의 연결)을 위해 요구되는 상기 용제는 상기 튜브(14)로부터 공급된다. 요구되는 상기 용제는 조립공정전에 상기 튜브(14)상에 코팅된다. 그러므로, 상기 용제는 필요한 위치에만 코팅되므로 상기 용제의 불필요한 소비를 회피할 수 있다.

본 발명의 적용은 전술한 응축기에 한정되는 것이 아니고, 자동차용 방열기와 같은 다른 열교환기에 적용될 수 있다. 비록 상기 땜납 피복 알루미늄이 전술한 실시예에서 브레이징을 요구하는 구성요소를 위해 사용되었을지라도, 접착상태에서 땜납재가 알루미늄 구성요소상에 코팅될 수 있으며, 또한 브레이징을 촉진하는 실리콘(Si)이 알루미늄 구성요소상에 코팅될 수 있다. 상기 구성요소의 재질은 알루미늄에 한정되는 것은 아니고, 상기 구성요소는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 비록 상기 제1 플레이트(111, 121)와 튜브(14)를 브레이징하기 위해 요구되는 용제가 전술한 실시예에서 상기 튜브(14)상에 코팅되었지만, 필요한 경우 추가로 상기 용제를 땜납층(111b, 121b)상에 코팅할 수도 있다. 대안으로, 상기 용제는 상기 튜브(14)상에 코팅하지 않고 상기 땜납층(111b, 121b)상에만 코팅될 수 있다.

비록 그 내측 표면상에 피복된 땜납층을 가지는 제1 플레이트(111, 121)가 전술한 실시예에서 사용되었지만, 또한 상기 제1 플레이트(111, 121)의 외부 표면상에 희생부식층(sacrificial corrosion layer)(예를들어, 아연(Zn) 1중량퍼센트를 포함하는 A-7072 또는 A3003)을 추가로 피복할 수 있다. 비록 압출가공에 의해 그 내부에 형성된 복수의 통로를 가지는 튜브(14)가 전술한 실시예에 사용되었지만, 그것은 프레스 작업에 의해 형성된 튜브로 대체될 수 있다.

본 발명의 전술한 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명되었지만, 상세한 설명 및 도면에서의 변경이 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음은 당해 기술분야에서 숙련된 자에 의해 명백해질 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 상기 헤더탱크의 내측에 땜납층을 위치시켜 상기 핀이 상기 코어판에 의해 땜납층과 분리되도록 함므로써 브레이징 공정에서 상기 땜납이 튜브내로 확산되거나 핀내로 확산되는 것을 방지할 수 있고, 이에따라 상기 확산땜납으로 인해 핀이 부식되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 핀으로 공급되는 과다한 땜납이 회피되며, 상기 핀의 단부가 헤더탱크에 더욱 가까이 위치될 수 있는 효과를 가진다.

Claims (6)

1. 그 내부에 유체통로를 각각 가지는 한 쌍의 원통형 헤더탱크;

   상기 한 쌍의 헤더탱크내의 유체통로 사이에 유체 연통부를 형성하기 위해 상기 한 쌍의 헤더탱크 사이에 각각 연결된 복수의 튜브; 및

   상기 튜브 사이에서 열전도관계로 연결된 복수의 핀을 포함하며,

   땜납재가 상기 각각의 헤더탱크의 내부표면상에 부착되며;

   상기 튜브는 브레이징 공정에서 땜납재에 의해 상기 헤더탱크에 연결된 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 헤더탱크, 튜브 및 핀이 알루미늄으로 이루어진 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,

   희생전극층이 상기 헤더탱크의 외부표면상에 더 부착된 열교환기.
4. 한 쌍의 원통형 헤더탱크, 상기 한 쌍의 헤더탱크 사이에 연결된 다수의 튜브 및 상기 튜브들 사이에 연결된 다수의 핀을 가지는 열교환기의 제조방법에 있어서,

   상기 튜브를 상기 헤더탱크에 연결시키기 위해 상기 헤더탱크의 내부표면상에 땜납재를 부착하는 단계;

   조립 유니트를 형성하기 위해 상기 헤더탱크, 튜브 및 핀을 함께 조립하는 단계; 및

   상기 단일 몸체의 열교환기를 형성하기 위해 노에서 조립유니트를 브레이징하는 단계

   를 포함하는 열교환기의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 튜브의 외부표면상에 브레이징을 위해 필요한 용제를 코팅하는 단계를 더 포함하되, 상기 코팅단계는 상기 조립단계전에 수행되어지는 열교환기의 제조방법.
6. 자동차용 공기조화기 시스템에서의 냉동사이클내에 공급된 과열냉매를 응축시키기 위한 응축기로서 사용하기 위한 열교환기에 있어서,

   긴 내부공간을 가지고 알루미늄으로 이루어진 제1 헤더탱크;

   긴 내부공간을 가지고 알루미늄으로 이루어진 제2 헤더탱크;

   상기 제1 헤더탱크의 내부공간으로 도입된 냉매가 다수의 튜브에 분배되어 제2 헤더탱크의 내부공간으로 유입되도록, 상기 한 쌍의 헤더탱크 사이에 각각 연결되며 알루미늄으로 이루어진 다수의 튜브;

   열 전도면에서 상기 튜브 사이에 각각 연결된 다수의 주름진 핀; 및

   상기 헤더탱크의 내부표면상에 피복되며 브레이징에 의해 상기 튜브를 상기 헤더탱크에 연결하기 위한 땜납층

   을 포함하는 열교환기.