KR200309859Y1 - 열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조에 관한 것으로, 본 고안은 질소가스 충전 시 압축기에 연결되는 가스관(14)의 단부를 중앙에 경사진 개구부(11b)를 갖는 캡(11)으로 밀봉하도록 된 열교환기(10)에 있어서, 상기 가스관(14)의 단부와 상기 캡(11)의 개구부(11b) 사이에 배치되며, 상기 가스관(14) 내에 질소가스가 충전되지 않을 경우 적어도 일부구간이 상기 가스관(14)을 향해 만곡되고, 상기 가스관(14) 내에 질소가스가 충전되면 반대방향으로 만곡되어 질소가스의 충전여부를 표시하는 가스충전표시부재(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조를 제공하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성함으로써, 열교환기 내에 질소가스가 충전되어 있는지의 여부를 육안으로도 쉽게 확인할 수 있게 되는 것이다.

Description

열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조{Cap Structure Checking for Nitrogen Gas Injection of Heat exchanger}

본 고안은 열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스관 내에 질소가스가 충전되어 있는지의 여부를 육안으로도 쉽게 확인할 수 있도록 한 열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조에 관한 것이다.

일반적으로 냉동사이클을 이용하여 발생하는 냉기를 이용하는 전자제품으로는 에어컨을 비롯하여 냉장고 등이 그 대표적인 예라 할 수 있으며, 이러한 에어컨 및 냉장고는 모두가 냉동사이클이란 냉각 시스템을 채용하고 있다.

여기서, 냉동사이클이란 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가스를 응축기에서 액화시킨 뒤, 팽창밸브를 통해 증발기에서 기화시킴으로써 흡수되는 냉매의 기화열에 의해 냉각작용을 수행하게 것을 말하며, 냉동사이클을 이루는 각 구성요소들 중, 특히, 응축기 및 증발기를 열교환기라 한다.

이하에서는 에어컨에 채용되는 냉동사이클에 국한하여 설명하기로 한다.

상기 에어컨은 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 연속적으로 순환하고 있는 상태에서 외부로부터 공기를 강제 유입하여 이 공기를 증발기 측으로 통과시킴으로써 그 내부를 유동하는 냉매에 열을 빼앗겨 차갑게 되고, 이 차가운 공기를 외부로 토출하여 냉방을 수행하게 된다.

이러한 에어컨에 있어서, 상기 압축기 및 열교환기들은 각각 별도로 제조되며, 최종적인 조립공정에서 소정의 냉매관을 통해 압축기 및 열교환기들을 상호 연결한 후, 사이클 내에 냉매를 충전함으로써 하나의 에어컨을 완성하게 된다.

다시 말해, 에어컨은 공장으로부터 완제품의 출하시 각 요소 사이에 냉매관이 전부 연결되는 것이 아니고 에어컨의 설치 시 별도로 연결하는 것이며, 완제품의 출하 전 응축기·증발기와 같은 열교환기, 또는 압축기로부터 인출되어 있는 냉매관을 통해 일정 정도의 압력으로 에어를 주입하여 각 요소의 결함이나 냉매관의 결함 여부를 테스트한다.

그리고, 테스트가 완료되면 제품의 이송 중 온도변화에 대응하도록 냉매관을 통해 질소가스를 소정의 압력으로 채운 상태로 출하하게 되는데, 에어컨의 냉매관을 통해 질소가스를 채운 후에는 각 냉매관의 단부를 밀봉하도록 되어 있었다.

이와 같이 질소가스를 주입하는 이유는, 냉각시스템 내에서 시스템의 안정화와 더불어 에어컨의 성능저하 방지를 위해 공기가 유입되지 않도록 하기 위함이다.

만일, 냉각시스템 내로 공기가 유입되면 냉매의 응축 및 기화불량이 야기되고, 이로 인해 압축기에 과부하가 걸려 그 수명을 단축시키게 되는 문제가 발생된다.

특히, 응축기나 증발기 등의 열교환기 내에 공기가 유입되면, 공기 중에 포함된 수분에 의해 그 내부가 산화될 수 있기 때문에 공기의 유입을 저지하는 것이중요한 것이다.

따라서, 상기한 문제점을 방지하기 위해, 단품으로 제조되어 에어컨의 설치 시 별도로 연결되는 열교환기의 경우, 에어컨을 최종적으로 조립 설치하기 전에 열교환기 내부에 공기가 유입되지 않도록 하여 열교환기 내부의 부식을 방지함과 더불어 리크(Leak) 여부를 확인하기 위해 열교환기 내부에 질소가스를 주입하여 출하하는 것이 보통이었다.

그런데, 종래에는 전술한 바와 같이 단품으로 제조된 열교환기에서 질소가스를 주입한 후 냉매관 단부를 밀봉하는 데 있어서, 각 냉매관의 단부 측을 플라이어와 같은 공구를 사용하여 1차 집어준 후 단부를 마개를 이용하여 2차적으로 밀봉하는 방식을 취하는 경우가 보통이었다.

그러나, 이러한 에어컨의 냉매관 밀봉방법은 순전히 작업자의 숙련도에 따라 신뢰성이 좌우되는 것으로, 미숙한 작업자일 경우 밀봉작업 도중 질소가스가 많이 누출됨은 자명하고 아무리 숙련자라 해도 어느 정도의 질소가스 누출이 일어날 수밖에 없었으며, 밀봉작업이 여러 공정으로 진행되므로 작업성이 저하되고, 내부의 질소가스 압력에 따라 마개가 이탈될 우려도 있었다.

이에 따라 최근에 상기와 같은 질소가스 주입 후 밀봉하는 번거로움을 해소하면서도 보다 완전한 밀봉을 달성하기 위한 방식으로 밀봉캡과 밀봉부재인 고무재로 이루어진 시일링 패드를 이용한 방식이 제안되어 적용되고 있다.

즉, 상기와 같은 종래 질소를 충전하는 열교환기와 질소 충전 후 이를 밀봉하는 방식 중 하나의 실시예에 대해서 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 통상적인 열교환기(10)(여기서는 증발기를 예로 하고 있음)는 상호 지그재그 식으로 연결되어 그 내부로 냉매가 순차적으로 흐르는 다수열의 튜브(12)와, 튜브(12)의 진행방향에 가로방향을 따라 배치되어 튜브(12)들의 외면에서 냉매의 방열을 촉진시키기 위해 마련된 다수의 방열핀(13)으로 이루어져 있다.

이러한 상기와 같은 열교환기(10)는 별도로 제작되어 기타 구성요소들과 관로를 통해 연결됨으로써 하나의 냉각시스템을 구성하게 되는 바, 그 튜브(12)내에는 공기에 의한 산화를 방지하기 위해 질소가스가 충전되는 것이다.

다시 말해, 상기 열교환기(10)의 일측에는 복수의 냉매관(14,15)이 각각 노출되어 있는데, 하나의 냉매관(이하, "액관(15)"이라 함)은 도시 않은 응축기와 연결되고, 다른 하나의 냉매관(이하, "가스관(14)"이라 함)은 압축기(미도시)와 연결된다.

상기 가스관(14) 및 액관(15) 모두는 튜브(12)와 상호 연통되어 있으며, 열교환기(10)의 출하 시 상기 가스관(14) 혹은 액관(15)을 통해 질소(N₂)가스가 충전되게 되는 것이다.

그리고, 질소가스가 충전을 위해 가스관(14) 및 액관(15)의 단부는 각각 밀봉되는 것이다.

이때, 상기 액관(15)을 통해 질소를 충전하게 되면, 액관(15)의 반대쪽 출구 역할을 하는 가스관(14) 쪽은 플레어너트와 같은 캡(11)과 동 재질의 밀봉부재(16)로 구성된 밀봉수단에 의해 완전히 밀봉되게 된다.

물론, 상기와 반대로 상기 가스관(14) 쪽으로 질소를 충전하고자 하게 되면, 이 가스관(14)의 반대쪽인 액관(15)은 상기한 밀봉수단에 의해 완전히 밀봉되는 구조를 갖게 된다.

따라서, 이하에서는 통상 열교환기 제조 현장에서 주로 이용되고 있는 상기 액관(15) 쪽으로 질소가 충전되고, 그 반대쪽 가스관(14)은 단순히 밀봉되는 구조를 갖는 것으로 설명하기로 한다.

먼저, 질소 충전을 위해 밀봉되는 가스관(14)의 경우를 설명하도록 한다.

상기 가스관(14)의 단부 영역에는 반경방향으로 연장된 플랜지부(14b)가 형성되어 있으며, 가스관(14)의 말단에는 수나사부(14a)가 형성되어 있다.

상기 가스관(14)의 단부에는 소위, 플레어너트(Flare Nut)라 하는 캡(11)이 결합된다.

상기 캡(11)의 내벽면에는 가스관(14)에 형성된 수나사부(14a)에 나사결합 되도록 암나사부(11a)가 형성되어 있으며, 그 중앙부에는 개구부(11b)가 형성되어 있다.

그리고, 질소가스 충전 시 상기 개구부(11b)까지 질소가스가 도달하게 됨으로 개구부(11b)를 통해 질소가스가 누출되는 것을 방지하기 위해 밀봉부재(16)의해 밀봉되게 된다.

이때, 상기 밀봉부재(16)는 동 재질의 동판으로 이루어져 추후, 캡(11)의 개구부(11b)에 밀착 밀봉되게 된다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 질소를 충전하게 되는 액관(15)의 선단에는 튜브(12)의 내부를 공기로부터 밀폐하기 위한 황동 재질의 밀봉캡(17)이 결합된다.

이 밀봉캡(17)은 열교환기(10)의 액관(15)의 외주에 나사 결합될 수 있게 암나사부(17a)를 가지며, 액관(15)과 통하는 질소가스 주입구멍(17b)을 갖는다.

그리고, 상기 밀봉캡(17)은 액관(15)을 외부와 차폐시키는 고무재의 시일링 패드(18)와 함께 액관(15)을 밀봉하게 된다.

상기 시일링 패드(18)는 미세한 구멍이 형성된다 하더라도 자체 탄성에 의해 충분히 밀폐시킬 수 있는 정도의 탄성을 가지는 연질의 고무재로 구성된다.

그리고, 상기 시일링 패드(18)의 일측면에는 상기 밀봉캡(17)의 질소가스 주입구멍(17b)에 대응되게 끼워지는 돌기(18a)가 형성되는데, 이 돌기(18a)는 시일링 패드(18)의 두께를 증가시켜 후술하는 주사기(20)로 미세 구멍이 형성될 때 시일링 패드(18)에 보다 확실한 복원탄성을 부여하게 됨으로써 그 밀폐성을 증대시키는 역할을 하게 된다.

이와 같은 구조를 갖으면서 상호 조립되는 밀봉캡(17)과 시일링 패드(18)는 도 2에 도시한 바와 같이, 밀봉캡(17)의 질소가스 주입구멍(17b)을 통해 주사기(20)등으로 액관(15)에 질소가스를 주입함으로써 열교환기(11)의 튜브(12)내에 산화방지용 질소가스를 충전하게 된다.

즉, 주사기(20)의 실린더(cylinder:21)내에 질소가스를 흡입하고, 밀봉캡(17)의 질소가스 주입구멍(17b)에 끼워진 시일링 패드(18)의 돌기(118a)에 주사기(20)의 바늘(23)을 꽂아 관통시킨 뒤, 주사기(20)의 피스톤(piston:22)을 누름으로써, 그 실린더(21)내의 질소가스를 액관(15)을 통해 열교환기(11)의 튜브(12)내로 충전시키게 되는 것이다.

이때, 주사기(20)의 바늘(23) 침투 시 시일링 패드(18)는 그 자체 탄성에 의해 수축됨으로써 바늘(23)의 삽입구멍을 형성하게 되고, 충전 완료 후 바늘(23)을 빼게 되면 자체 탄성에 의해 팽창함으로써 바늘(23)의 침투 시 형성한 삽입구멍을 밀폐시키게 된다.

따라서, 이와 같은 방식은 밀봉 구조를 취하게 되면, 종래에 비해 보다 완전하게 질소가스를 주입할 수 있음은 물론 밀봉 또한 완벽하게 달성할 수 있게 된다.

그런데, 상기와 같은 방식으로 가스관(14)의 단부에 캡(11)과 밀봉부재(16)를 장착하여 밀봉한 후, 액관(15)을 통해 질소가스를 충전시키게 되면, 어느 정도 시간이 흐른 뒤, 상기 가스관(14) 및 액관(15) 사이, 즉 열교환기(10)에 질소가스가 충전되어 있는지를 육안으로는 확인할 수가 없다.

따라서, 종래에는 열교환기(10) 내에 질소가스가 충전되어 있는지를 확인하기 위해서는 가스관(14)을 밀봉하고 있는 캡(11)을 풀어 밀봉부재(16)를 제거해야만 하거나 도시되지 않은 별도의 압력측정장치(압력 게이지)를 상기 액관(15)의 밀봉부위를 통해 침투시켜 측정해야만 하므로 질소가스의 충전여부 확인이 번거롭다는 단점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은, 열교환기 내에 질소가스가 충전되어 있는지의 여부를 육안으로도 쉽게 확인할 수 있도록 한 열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조를 제공하는 데 있는 것이다.

도 1은 종래의 열교환기의 구성 상태를 개략적으로 도시한 것으로, 질소 충전을 위한 요부를 확대 도시한 도면,

도 2는 종래 액관을 통해 질소가스를 주입하는 상태를 보여주는 사용예시도,

도 3은 본 고안에 따른 열교환기의 가스관을 가스충전표시부재 및 캡으로 밀봉하는 상태를 보여주는 요부 분해 단면도,

도 4는 본 고안에 따른 가스충전표시부재를 확대 도시한 단면도,

도 5본 고안에 따른 질소가스가 충전되지 않은 상태에서 가스충전표시부재의 작용 상태를 보여주는 단면도,

도 6은 본 고안에 따른 질소가스가 충전된 상태에서 가스충전표시부재의 작용 상태를 보여주는 단면도,

도 7은 본 고안의 다른 실시예에 따른 가스충전표시부재의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 열교환기 11 : 캡

11a : 암나사부 11b : 개구부

12 : 튜브 13 : 방열핀

14 : 가스관 14a : 수나사부

14b : 플랜지부 15 : 액관

30 : 가스충전표시부재 30a : 사출부

30b : 변형부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 질소가스 충전 시 압축기에 연결되는 가스관의 단부를 중앙에 경사진 개구부를 갖는 캡으로 밀봉하도록 된 열교환기에 있어서,

상기 가스관의 단부와 상기 캡의 개구부 사이에 배치되며, 상기 가스관 내에 질소가스가 충전되지 않을 경우 적어도 일부구간이 상기 가스관을 향해 만곡되고, 상기 가스관 내에 질소가스가 충전되면 반대방향으로 만곡되어 질소가스의 충전여부를 표시하는 가스충전표시부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 가스충전표시부재는 상기 캡의 경사진 개구부 내측 영역에 배치되는 사출부와, 상기 사출부의 중앙영역에 마련되어 상기 질소가스의 충전상태에 따라 변형 가능한 변형부를 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

이때, 본 고안을 설명함에 있어서, 열교환기는 종래 기술에서 설명한 열교환기와 동일함으로 참조도면 도 1을 참조하여 종래와 동일부위는 동일명칭 및 동일부호를 붙여 설명하기로 한다.

도 3은 본 고안에 따른 열교환기의 가스관을 가스충전표시부재 및 캡으로 밀봉하는 상태를 보여주는 요부 분해 단면도이고, 도 4는 본 고안에 따른 가스충전표시부재를 확대 도시한 단면도이며, 도 5 및 도 6은 본 고안에 따른 가스충전표시부재의 작용 상태를 보여주는 단면도로서, 각각 질소가스가 충전되지 않은 상태와 질소가스가 충전된 상태를 보여주는 것이다.

본 고안이 적용되는 열교환기(10)는 종래 기술에서 설명하고 있는 통상의 열교환기(10)와 동일함으로, 도 1에서 도시된 바와 같이, 상호 지그재그식으로 연결되어 있는 튜브(12)와, 튜브(12)의 진행방향에 가로방향을 따라 배치되는 방열핀(13)으로 이루어진다.

여기서, 본 고안은 상기 열교환기(10) 내부에 질소를 충전한 다음, 육안으로 질소의 충전 여부를 파악할 수 있도록 하고자 하는 것으로, 이를 위해 종래 단순히 밀봉하던 가스관(14)의 밀봉 구조를 개선한 것이다.

따라서, 본 고안에서는 종래 기술에서 한정한 것과 마찬가지로 질소를 충전하는 쪽을 액관(15)으로 하고, 질소의 충전 여부를 확인하는 쪽을 가스관(14)으로 하여 이하에서는 가스관에 대해서만 설명하기로 한다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 열교환기(10)의 일측에는 튜브(12)와 연통되는 가스관(14)이 마련되어 있다.

이때, 상기 가스관(14)의 단부 영역에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 반경방향으로 연장된 플랜지부(14b)가 형성되어 있으며, 가스관(14)의 말단에는 수나사부(14a)가 형성되어 있다.

이러한 가스관(14)의 단부에는 소위, 플레어너트(Flare Nut)라 하는 캡(11)이 결합된다.

상기 캡(11)은 단부에서 반경방향 내측을 향해 소정의 경사각도를 가지고 배치되는 경사진 개구부(11b)를 갖는 구조로 되어 있다.

즉, 상기 캡(11)의 내벽면에는 가스관(14)에 형성된 수나사부(14a)에 나사 결합되는 암나사부(111a)가 형성되어 있으며, 그 중앙부에는 상기 개구부(11b)가 형성되어 있는 것이다.

이처럼 질소 충전을 위해 상기와 같은 가스관(14) 및 캡(11) 구성을 갖는 열교환기에 있어서, 본 고안은 상기 가스관(14)과 캡(11) 사이에 가스관(15) 내에 질소(N₂)가스가 충전되어 있는지의 여부를 육안으로 확인할 수 있도록 가스충전표시부재(30)가 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 상기 가스충전표시부재(30)는 도 4에 확대 도시된 바와 같이, 캡(11)의 경사진 개구부(11b) 내측에 배치되는 사출부(30a)와, 사출부(30a)의 중앙영역에 마련되어 질소가스의 충전상태에 따라 변형 가능한 변형부(30b)로 이루어져 있다.

이때, 상기 사출부(30a)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 캡(11)의 경사진 개구부(11b) 내측에 배치되도록 측면투영시 소정의 경사각도를 갖는다.

그리고, 상기 변형부(30b)는 사출부(30a)에 비해 비교적 얇게 형성되고 쉽게 변형될 수 있도록 유연한 탄성재질로 형성될 수 있다.

이러한 가스충전표시부재(30)를 캡(11)의 내측에 배치하면, 도 5와 같은 상태가 된다.

이때는 가스관(14) 내에 질소가스가 충전되지 않은 상태이므로, 가스충전부재(30)의 변형부(30b)는 가스관(14)을 향해 만곡된 상태를 취하게 된다.

그러나, 상기 가스관(14) 내에 질소가스를 충전하게 되면, 충전된 질소가스의 압력에 의해 가스충전부재(30)의 변형부(30b)는 도 6에 도시된 반대방향으로 만곡된다.

상기 가스충전부재(30)의 변형부(30b)가 도 6에 도시된 바와 같은 상태를 취하게 되면, 가스관(14) 내에 소정량의 질소가스가 충전된 상태인 바, 외부에서도 쉽게 질소가스 충전여부를 확인할 수 있게 된다.

따라서, 종래와 같이 캡(11, 도 1 참조)을 일일이 풀지 않더라도 가스관(15) 내에 질소가스가 충전되었는지 아니 한지의 여부를 쉽게 확인할 수 있게 된다.

이와 같이 본 고안에 의하면, 가스관(14) 내에 질소가스가 충전되어 있는지의 여부를 육안으로도 쉽게 확인할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

한편, 전술한 실시예의 도 3에 보면, 가스충전표시부재(30)가 캡(11)의 경사진 개구부(11b) 내측에 배치되도록 측면투영시 소정의 경사각도를 갖는 것을 알 수 있다.

그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 가스충전표시부재(30)는 측면투영 시, 수평방향의 축선을 갖도록 제조할 수도 있다.

이때, 변형부(30b)는 사출부(30a)에 비해 그 두께가 얇게 제조되는 것이 탄성 변형되는데 보다 유리할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 고안에 따르면, 종래 질소가스를 충전하는 액관의 반대쪽에 위치한 가스관을 단순히 밀봉하는 구조에서 질소가스의 충전에 따라 압력을 받아 외부로 돌출되는 가스충전표시부재를 마련함으로써, 종래와 같이 가스관을 밀봉하고 있는 캡을 풀지 않아도 열교환기 내에 질소가스가 충전되어 있는지의 여부를 육안으로도 쉽게 확인할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 질소가스 충전 시 압축기에 연결되는 가스관의 단부를 중앙에 경사진 개구부를 갖는 캡으로 밀봉하도록 된 열교환기에 있어서,

   상기 가스관의 단부와 상기 캡의 개구부 사이에 배치되며, 상기 가스관 내에 질소가스가 충전되지 않을 경우 적어도 일부구간이 상기 가스관을 향해 만곡되고, 상기 가스관 내에 질소가스가 충전되면 반대방향으로 만곡되어 질소가스의 충전여부를 표시하는 가스충전표시부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가스충전표시부재는 상기 캡의 경사진 개구부 내측 영역에 배치되는 사출부와, 상기 사출부의 중앙영역에 마련되어 상기 질소가스의 충전상태에 따라 변형 가능한 변형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 질소 충전 확인용 캡 구조.