KR20060082557A - 고압용 열교환기의 헤더탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압용 열교환기의 헤더탱크에 관한 것으로, 그 목적은 헤더와 탱크 및 상기 헤더와 탱크의 내부에 결합되어 복수의 냉매유로를 형성하는 중간부재를 클래드재로 각각 프레싱함으로서, 제조가 간단하고, 제조원가도 절감시킬 수 있는 고압용 열교환기의 헤더탱크를 제공함에 있다. 이는 길이방향으로 튜브가 삽입 고정되도록 복수의 슬롯이 형성된 헤더와, 상기 헤더의 일측면에 고정되어 냉매유로를 형성시키는 탱크와, 상기 헤더와 탱크의 내주면 결합부에 밀착되도록 양측에 형성된 한쌍의 밀착부와, 상기 밀착부 사이에 파형으로 절곡되어 상호 독립된 복수의 냉매유로를 형성시키는 격벽으로 이루어진 중간부재를 포함하며, 상기 헤더, 탱크 및 중간부재는 클래드재를 각각 프레싱하여 결합하도록 하는 것이다.

헤더, 탱크, 중간부재, 클래드재

Description

고압용 열교환기의 헤더탱크{Header tank for heat exchanger for high pressure}

도 1은 일반적인 이산화탄소의 냉동사이클을 설명하기 위한 도면.

도 2는 종래에 따라 고압용 열교환기의 헤더탱크의 일예를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 분해사시도.

도 4는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 평면도로서, 구성요소가 분리된 상태를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 평면도로서, 구성요소가 결합된 상태를 나타낸 도면.

도 6는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 측단면도.

도 7은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 평면도로서, 중간부재의 격벽과 탱크의 접합부 사이의 접합면적이 확대된 상태를 나타낸 도면.

(도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10: 헤더 11: 슬롯

20: 탱크 30: 중간부재

31: 밀착부 32: 격벽

32a: 리턴홀 33: 연결부

B: 결합부 C: 접합부

본 발명은 고압용 열교환기의 헤더탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 헤더와 탱크 및 상기 헤더와 탱크의 내부에 결합되어 복수의 냉매유로를 형성하는 중간부재를 클래드재로 각각 프레싱함으로서, 제조가 간단하고, 제조원가도 절감시킬 수 있는 이산화탄소를 냉매로 사용하는 고압용 열교환기의 헤더탱크에 관한 것이다.

차량용 냉방시스템에 있어서 널리 사용되어 온 냉매로는 프레온(freon) 등이 있다.

상기 프레온은 일반적으로 무색무취의 기체이며, 그 종류로는 프레온-12(디클로로디플루오르메탄:CCl2F2), 프레온-22(클로로디플루오르메탄:CHClF2) 등이 있다.

프레온은 화학적으로 안정하고 폭발성이 없으며 불연성, 무독성의 냉매이므로, 냉장고 및 냉동기, 가정용 또는 차량용 에어콘 등의 냉매로서 사용되어 왔다.

그러나, 프레온은 화학적으로 매우 안정하므로 사용 후 대기로 방출되면 파괴되지 아니하고 성층권까지 도달하고, 성층권에서는 태양의 자외선에 의해 프레온의 염소원자가 분해되며, 이 염소원자는 지구로 입사되는 자외선을 차단하는 역할을 하는 오존층 파괴의 주요 원인이 된다.

따라서 1987년에는 프레온의 생산 및 소비량을 규제하고 점차 다른 냉매로 대체할 것을 합의하는 몬트리올 의정서가 채택되기에 이르렀다.

이산화탄소는 상기 프레온을 대체하여 사용되는 냉매로서, 이산화탄소는 그 유해성이 프레온에 비하여 적고, 압출효율이 높으며, 외부 유체(공기)에 대한 열전달특성이 우수하고, 체적냉방능력(증발잠열 x 기체밀도)이 우수하여 압축기의 용량을 감소시킬 수 있다는 등의 점에서 대체냉매로서 환영받고 있다.

이산화탄소의 압력-엔탈피 선도인 도 1 을 참조하여 이산화탄소의 냉동사이클을 설명하면 다음과 같다.

a-b 과정은 기상의 이산화탄소가 압축기에서 고온고압으로 압축되는 압축과정이고, b-c 과정은 상기 고온고압의 이산화탄소가 가스쿨러(종래의 증기압축식 냉동사이클에 있어서의 응축기에 해당하는 구성요소)에서 냉각되는 냉각과정이며, c-d 과정은 상기 냉각된 이산화탄소가 교축밸브 등에 의해서 저온저압으로 교축되는 교축과정이고, d-a 과정은 상기 교축된 이산화탄소가 증발기에 의해서 증발되는 증발과정이다. 이 증발과정에서 상기 이산화탄소가 증발잠열을 공기 등의 외부 유체로부터 빼앗아 외부유체를 냉각시킨다.

상기 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 냉방시스템은, 그 작동원리 및 구성이 종래의 냉방시스템과 전반적으로 유사하나, 냉방사이클에 있어서의 압축과정 후에 고온의 냉매로부터 외부공기로 열을 방출하는 과정에서 냉매가 상변화 없이 고압의 기상의 상태로 있다는 점이 상이하다.

이는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 이산화탄소의 임계점에서의 온도가 약 31??로서, 프레온 등과 같은 증기압축식 냉동사이클에 사용되는 냉매의 임계점 온도보다 낮은 데에 기인한 것이다.

냉방장치의 통상적 조건을 상정하여 이산화탄소의 냉동사이클을 설정해보면, 가스쿨러로부터 냉매의 열을 충분히 방출하기 위하여는 상기 가스쿨러의 냉매유출구의 온도가 외부유체의 온도보다 높아야 하므로, 도 1 에 있어서의 c점의 온도는 40?? 정도는 되어야 한다.

이에 따라 상기 가스쿨러의 온도를 40?? 정도로 높게 하면 가스쿨러의 유입구 부근의 온도가 100??를 초과하는 매우 높은 온도를 가지게 되고, 따라서 도 1 의 a-b-c-d-a를 따라서 형성될 수도 있는 냉동사이클은 e-f-g-h-e를 따라서 형성된다.

결국 이산화탄소는 매우 높은 압력하에서 작동하게 되므로 냉방장치가 매우 높은 압력을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.

도 2는 종래에 따라 고압용 열교환기의 헤더탱크의 일예를 나타낸 단면도이다.

도시한 바와 같이 종래의 열교환기의 헤더탱크는 튜브가 삽입되어 접합되도록 복수개의 튜브 삽입홀(1a)들이 형성된 헤더(1)와, 상기 헤더(1)에 접합되며 각 격실(2a)들을 구분짓는 격실 칸막이(2b)가 형성된 탱크(2)로 구비된다.

또한, 상기 헤더(1)와 탱크(2)는 탱크(2)의 격실 칸막이(2b)와 헤더(1)의 각 격실(2a) 사이의 부분은 접합되어 중간 접합부(1b)를 형성하고, 상기 중간 접합부(1b)는 리벳(3)에 의해 가접합되며, 이렇게 가접합된 상태에서 헤더(1)와 탱크(2) 의 브레이징이 이루어지는 것이다.

상기 헤더(1)는 브레이징재로 형성할 수 있으며, 튜브(미도시)가 삽입되는 튜브 삽입홀(1a)을 프레스 가공으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 탱크(2)는 압출재로 성형하며, 그 격실 칸막이(2b)에는 냉매의 흐름에 따라 인접하는 격실(2a)들을 서로 연통시키는 리턴 홀(2c)들이 적어도 둘 이상 형성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 고압용 열교환기의 헤더탱크는 한쌍을 일정간격으로 이격시킨 상태에서 튜브 삽입홀(1a)에 튜브를 결합하고, 상기 헤더탱크의 상하부를 엔드캡(미도시)으로 밀봉하도록 하며, 내부에 형성된 리턴 홀(2c)에 의해 다양한 유로가 가능한 것이다.

그러나, 상기와 같은 열교환기의 헤더탱크는 내압성을 보강하기 위해서 탱크(2)에 격실 칸막이(2b)를 형성하도록 이루어지는데 상기 탱크(2)를 압출재를 사용하여 제조함으로서, 재료비가 많이 소요되어 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.

또한, 상기 탱크(2)에 냉매유로를 형성하기 위해 형성시키는 리턴 홀(2c) 등을 가공하기 위한 가공비가 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 헤더와 탱크 및 상기 헤더와 탱크의 내부에 결합되어 복수의 냉매유로를 형성하는 중간부재를 클래드재로 각각 프레싱함으로서, 제조가 간단하고, 제조원가도 절감시킬 수 있는 고압용 열교환기의 헤더탱크를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 길이방향으로 튜브가 삽입 고정되도록 복수의 슬롯이 형성된 헤더와, 상기 헤더의 일측면에 고정되어 냉매유로를 형성시키는 탱크와, 상기 헤더와 탱크의 내주면 결합부에 밀착되도록 양측에 형성된 한쌍의 밀착부와, 상기 밀착부 사이에 파형으로 절곡되어 상호 독립된 복수의 냉매유로를 형성시키는 격벽으로 이루어진 중간부재를 포함하며, 상기 헤더, 탱크 및 중간부재는 클래드재를 각각 프레싱하여 결합하도록 하는 것이다.

또한, 상기 중간부재는 파형으로 이루어지고, 상기 헤더 및 탱크와 적어도 하나 이상의 접합면을 갖는 것이다.

또한, 상기 격벽 상에는 복수의 리턴홀을 형성시켜 냉매유로를 형성하도록 하는 것이다.

또한, 상기 중간부재의 격벽과 상기 헤더와 탱크의 접합부 중에서 적어도 어느 하나의 일측을 가압하여 접합면적을 확대시키도록 하는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 고압용 열교환기의 헤더탱크는 헤더(10), 탱크(20) 및 중간부재(30)를 포함하고, 상기 헤더(10), 탱크(20) 및 중간부재(30)는 클래드재를 프레싱하도록 이루어진다.

즉, 본 발명의 헤더탱크는 종래의 압출방식으로 탱크 등을 제조하던 것을 압출재보다는 저렴한 클래드재로 헤더(10), 탱크(20) 및 중간부재(30)를 프레싱하여 결합하고, 브레이징 함으로서, 제조원가를 줄일 수 있는 것이다.

상기 헤더(10)는 길이방향으로 튜브(40)가 삽입 고정되도록 복수의 슬롯(11)이 형성되고, 상기 탱크(20)는 상기 헤더(10)의 일측면에 고정되어 냉매유로를 형성시키는 것이다.

상기 중간부재(30)는 상기 헤더(10)와 탱크(20)의 내주면 결합부(B)에 밀착되도록 양측에 형성된 한쌍의 밀착부(31)와, 상기 밀착부(31) 사이에 상호 독립된 복수의 냉매유로를 형성시키는 격벽(32)과, 상기 결합부(31)와 격벽(32)을 서로 연결시키는 연결부(33)로 이루어진 것이다.

즉, 상기 중간부재(30)는 밀착부(31), 격벽(32) 및 연결부(33)가 정방형 파형(正方形 波形)으로 이루어지고, 상기 연결부(33)에 의해 상기 헤더(10) 및 탱크(20)와 적어도 하나 이상의 접합면을 갖도록 하여 브레이징되는 것이다.

또한, 상기 중간부재(30)의 연결부(33)중에서 헤더측 연결부에는 튜브(40)가 결합되는 삽입홀(33a)이 형성되어 있다.

본 발명에서는 설명의 편의상 중간부재(30)에 의해 네개의 격실이 형성되도록 하는 일예를 나타내고 있지만 이에 한정되는 것이 아니고, 두 개 이상의 격실을 형성할 수 있다는 것을 밝혀둔다.

또한, 상기 중간부재(30)의 밀착부(31)는 상기 헤더(10)와 탱크(20)의 내주면 결합부(B)를 밀착시킴으로서, 접합부위에서 취약할 수 있는 내압성을 보강하여 이산화탄소 열교환기와 같이 고압이 요구되는 열교환기에서 소재의 두께를 두껍게 하지 않고도 내압성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 중간부재(30)의 격벽(32) 상에는 복수의 리턴홀(32a)을 형성시켜 열교환기의 특성에 따라 다양한 냉매유로를 형성하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 헤더탱크는 상기 중간부재(30)의 격벽과 상기 헤더(10)와 탱크(20)의 접합부(C) 중에서 적어도 어느 하나의 일측을 가압하여 접합면적을 확대시키도록 하여 브레이징할 수 있으며, 특히, 도 7에서는 탱크(20)의 접합부(C)를 가압하여 중간부재(30)의 격벽(32)에 밀착시켜 접합면적을 확대시킨 일예를 나타낸 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 조립과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 헤더(10), 탱크(20) 및 중간부재(30)를 클래드재로 각각 프레싱하게 된다.

상기와 같이 프레싱 된 헤더(10)와 탱크(20)의 사이에 중간부재(30)를 결합하게 되는데 상기 중간부재(30)는 헤더(10)와 탱크(20)의 결합부(B)와 밀착부(31)가 밀착됨과 아울러 격벽(32)에 의해 복수의 격실을 형성하게 된다.

또한, 상기 격벽(32) 상에는 리턴홀(32a)을 형성시켜 다양한 냉매유로를 형성하도록 하게 된다.

그리고, 상기 탱크(20)의 접합부(C)를 가압하여 상기 격벽(32)과 밀착시키도록 하여 접합면적을 확대시켜 브레이징성을 향상시키도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조립되는 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크를 이용하여 열교환기의 조립과정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크 한쌍을 일정간격 이격시킨 상태에서 상기 헤더(10)에 형성된 슬롯(11)에 튜브(40)를 삽입하게 되고, 상기 튜브(40) 사이에는 방열핀(50)을 개재시키며, 상기 탱크(20)의 외면에 냉매입출구파이프(미도시)를 결합하여 헤더탱크를 가조립하게 된다.

또한, 상기 헤더탱크의 상하단부는 엔드캡(60) 등으로 폐쇄한 상태에서 브레이징 결합하게 된다

본 고안은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명한 것이나, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는 다양한 변형 및 다른 실시예가 가능하다는 점이 이해될 것이다.

이상 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크는 헤더와 탱크 및 상기 헤더와 탱크의 내부에 결합되어 복수의 냉매유로를 형성하는 중간부재를 클래드재로 각각 프레싱함으로서, 제조가 간단하고, 제조원가도 절감시킬 수 있다.

또한, 중간부재의 밀착부는 상기 헤더와 탱크의 내주면 결합부를 밀착시킴으로서, 접합부위에서 취약할 수 있는 내압성을 보강하여 이산화탄소 열교환기와 같이 고압이 요구되는 열교환기에서 소재의 두께를 두껍게 하지 않고도 내압성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 길이방향으로 튜브(40)가 삽입 고정되도록 복수의 슬롯(11)이 형성된 헤더(10)와,

   상기 헤더(10)의 일측면에 고정되어 냉매유로를 형성시키는 탱크(20)와,

   상기 헤더(10)와 탱크(20)의 내주면 결합부(B)에 밀착되도록 양측에 형성된 한쌍의 밀착부(31)와, 상기 밀착부(31) 사이에 상호 독립된 복수의 냉매유로를 형성시키는 격벽(32)과, 상기 밀착부(31)와 격벽(32)을 서로 연결시키는 연결부(33)로 이루어진 중간부재(30)를 포함하며,

   상기 헤더(10), 탱크(20) 및 중간부재(30)는 클래드재를 각각 프레싱하여 결합하도록 하는 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크.
2. 제1항에 있어서, 상기 중간부재(30)는 파형으로 이루어지고, 상기 연결부(33)에 의해 상기 헤더(10) 및 탱크(20)와 적어도 하나 이상의 접합면을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크.
3. 제1항에 있어서, 상기 격벽(32) 상에는 복수의 리턴홀(32a)을 형성시켜 냉매유로를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크.
4. 제1항에 있어서, 상기 중간부재(30)의 격벽(32)과 상기 헤더(10)와 탱크(20) 의 접합부(C) 중에서 적어도 어느 하나의 일측을 가압하여 접합면적을 확대시키도록 하는 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크.

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