KR20070096310A - Header tank for heat exchanger for high pressure - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 이산화탄소의 냉동사이클을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a general refrigeration cycle of carbon dioxide.
도 2는 종래에 따라 고압용 열교환기의 헤더탱크의 일실시예를 나타낸 평단면도.Figure 2 is a plan view showing an embodiment of a header tank of a high-pressure heat exchanger according to the prior art.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 사시도.3 is a perspective view showing a header tank of a heat exchanger according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 평단면도.Figure 4 is a plan sectional view showing a header tank of a heat exchanger according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 정단면도.5 is a front sectional view showing a header tank of a heat exchanger according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크의 다른 실시예를 나타낸 평단면도.Figure 6 is a plan sectional view showing another embodiment of the header tank of the heat exchanger according to the present invention.
(도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
10: 탱크 11: 냉매유통로10: tank 11: refrigerant channel
12: 튜브삽입홀 13: 가이드부12: Tube insertion hole 13: Guide part
20: 헤더 21: 슬롯20: header 21: slot
30: 튜브 31: 튜브홀30: tube 31: tube hole
본 발명은 고압용 열교환기의 헤더탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 헤더와 탱크로 이루어진 고압용 열교환기에서 헤더탱크의 내압성을 향상시키고, 브레이징시에 튜브홀의 막힘을 방지하기 위해서 탱크의 튜브 삽입홀에 경사진 가이드부를 형성하도록 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크에 관한 것이다.The present invention relates to a header tank of a high pressure heat exchanger, and more particularly, to inserting a tube of a tank in order to improve the pressure resistance of the header tank in a high pressure heat exchanger consisting of a header and a tank, and to prevent blockage of the tube hole during brazing. It relates to a header tank of a high-pressure heat exchanger to form a guide portion inclined in the hole.
차량용 냉방시스템에 있어서 널리 사용되어 온 냉매로는 프레온(freon) 등이 있다. A refrigerant that has been widely used in a vehicle cooling system is freon.
상기 프레온은 일반적으로 무색무취의 기체이며, 그 종류로는 프레온-12(디클로로디플루오르메탄:CCl2F2), 프레온-22(클로로디플루오르메탄:CHClF2) 등이 있다.Freon is generally a colorless odorless gas, and examples thereof include Freon-12 (dichlorodifluoromethane: CCl2F2), Freon-22 (chlorodifluoromethane: CHClF2), and the like.
프레온은 화학적으로 안정하고 폭발성이 없으며 불연성, 무독성의 냉매이므로, 냉장고 및 냉동기, 가정용 또는 차량용 에어콘 등의 냉매로서 사용되어 왔다.Freon is a chemically stable, non-explosive, non-flammable, non-toxic refrigerant, and has been used as a refrigerant for refrigerators and freezers, and household or car air conditioners.
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. However, since freon is very chemically stable, when released into the atmosphere after use, it is not destroyed and reaches the stratosphere. In the stratosphere, the chlorine atom of freon is decomposed by the sun's ultraviolet rays, and this chlorine atom blocks the ultraviolet rays that enter the earth This is a major cause of ozone layer destruction.
따라서 1987년에는 프레온의 생산 및 소비량을 규제하고 점차 다른 냉매로 대체할 것을 합의하는 몬트리올 의정서가 채택되기에 이르렀다.Thus, in 1987, the Montreal Protocol was adopted, which regulated the production and consumption of Freon and agreed to gradually replace it with another refrigerant.
이산화탄소는 상기 프레온을 대체하여 사용되는 냉매로서, 이산화탄소는 그 유해성이 프레온에 비하여 적고, 압출효율이 높으며, 외부 유체(공기)에 대한 열전 달특성이 우수하고, 체적냉방능력(증발잠열 x 기체밀도)이 우수하여 압축기의 용량을 감소시킬 수 있다는 등의 점에서 대체냉매로서 환영받고 있다.Carbon dioxide is a refrigerant used to replace the Freon, carbon dioxide is less harmful than Freon, high extrusion efficiency, excellent heat transfer characteristics for external fluid (air), volume cooling capacity (evaporation latent heat x gas density) ) Has been welcomed as an alternative refrigerant in that it can reduce the capacity of the compressor.
이산화탄소의 압력-엔탈피 선도인 도 1 을 참조하여 이산화탄소의 냉동사이클을 설명하면 다음과 같다.The refrigeration cycle of carbon dioxide will be described with reference to FIG. 1, which is a pressure-enthalpy diagram of carbon dioxide.
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.ab process is a compression process in which gaseous carbon dioxide is compressed to high temperature and high pressure in a compressor, and bc process is that the high temperature and high pressure carbon dioxide is cooled in a gas cooler (a component corresponding to a condenser in a conventional vapor compression refrigeration cycle). In the cooling process, the cd process is an throttling process in which the cooled carbon dioxide is throttled at low temperature and low pressure by a throttling valve or the like, and the da process is an evaporation process in which the throttled carbon dioxide is evaporated by an evaporator. In this evaporation process, the carbon dioxide takes latent heat of evaporation from an external fluid such as air to cool the external fluid.
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.In the cooling system using the carbon dioxide as the refrigerant, the operation principle and configuration thereof are similar to those of the conventional cooling system, but the refrigerant is released in the process of releasing heat to the outside air from the high temperature refrigerant after the compression process in the cooling cycle. The difference is that the gas is in a high pressure state without phase change.
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. This is because the temperature at the critical point of the carbon dioxide is about 31 ℃, as can be seen in Figure 1, lower than the critical point temperature of the refrigerant used in the vapor compression refrigeration cycle, such as Freon.
냉방장치의 통상적 조건을 상정하여 이산화탄소의 냉동사이클을 설정해보면, 가스쿨러로부터 냉매의 열을 충분히 방출하기 위하여는 상기 가스쿨러의 냉매유출 구의 온도가 외부유체의 온도보다 높아야 하므로, 도 1 에 있어서의 c점의 온도는 40℃ 정도는 되어야 한다. Assuming a normal condition of the air conditioner and setting a refrigeration cycle of carbon dioxide, the temperature of the refrigerant outlet of the gas cooler must be higher than the temperature of the external fluid in order to sufficiently discharge the heat of the refrigerant from the gas cooler, The temperature at point c should be around 40 ° C.
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. Accordingly, when the temperature of the gas cooler is increased to about 40 ° C., the temperature near the inlet of the gas cooler has a very high temperature exceeding 100 ° C., and thus a refrigeration cycle that may be formed along the abcda of FIG. 1 is along the efghe. Is formed.
결국 이산화탄소는 매우 높은 압력하에서 작동하게 되므로 냉방장치, 특히 가스쿨러는 매우 높은 압력을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.After all, the carbon dioxide will operate under very high pressure, so the cooling system, especially the gas cooler, must be designed to withstand very high pressures.
도 2는 종래에 따라 고압용 열교환기의 헤더탱크의 일실시예를 나타낸 평단면도이다.Figure 2 is a plan sectional view showing an embodiment of a header tank of a high-pressure heat exchanger according to the prior art.
도시한 바와 같이 종래의 고압용 열교환기의 헤더탱크는 길이방향의 중앙으로 냉매유통로(1a)가 형성되고, 상기 냉매유통로(1a)에 직각방향으로 복수의 튜브삽입홀(1b)이 형성된 탱크(1)와, 상기 탱크(1)의 튜브삽입홀(1b) 측에 결합됨과 아울러 상기 튜브삽입홀(1b)에 대응되는 복수의 슬롯(2a)이 형성되어진 헤더(2)로 구성되어 있다.As shown in the drawing, the header tank of the conventional high pressure heat exchanger has a
상기와 같이 형성된 헤더탱크에서 상기 탱크(1)는 압출재로 압출성형함과 아울러 튜브삽입홀(1b)을 일(一)자형으로 가공하고, 상기 헤더(2)는 클래드재로 형성한 후 상기 헤더(2)와 탱크(1)를 결합하게 된다.In the header tank formed as described above, the
또한, 상기와 같이 조립된 상기 헤더탱크는 한쌍을 병렬로 위치시킨 상태에서 튜브(3)의 양단부를 각각 헤더탱크의 슬롯(2a) 및 튜브삽입홀(1b)을 통해 결합 시킨 후에 브레이징 공정을 수행하게 된다.In addition, the header tank assembled as described above performs a brazing process after joining both ends of the
그러나, 상기 튜브삽입홀(1b)을 일자형으로 가공함으로서, 헤더(2)와 탱크(1)의 결합부가 취약하여 기능상 내압성을 감소시키는 단점을 가지게 된다. However, by processing the tube insertion hole (1b) in a straight line, the coupling portion of the header (2) and the tank (1) has a disadvantage in reducing the functional pressure resistance.
또한, 상기 헤더탱크는 튜브(3)의 단부가 일자형의 튜브삽입홀(1b)에 접면되는 구조로 이루어져 브레이징시에 튜브(3)의 내부로 클래드재가 유입되어 튜브(3)의 끝단부에 형성된 튜브홀(3a)을 막음으로서, 유체의 흐름을 원활히 유동시키지 못하는 문제점이 있다.In addition, the header tank has a structure in which the end portion of the
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 헤더와 탱크로 이루어진 고압용 열교환기에서 헤더탱크의 내압성을 향상시키고, 브레이징시에 튜브 홀의 막힘을 방지하기 위해서 탱크의 튜브 삽입홀에 경사진 가이드부를 형성하도록 하는 고압용 열교환기의 헤더탱크를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve such a conventional problem, the object of which is to improve the pressure resistance of the header tank in the high-pressure heat exchanger consisting of the header and the tank, and to prevent the blockage of the tube hole during brazing, the tube insertion hole of the tank It is to provide a header tank of the high-pressure heat exchanger to form a guide portion inclined to.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 길이방향의 중앙으로 냉매유로가 형성되고, 상기 냉매유로에 직각방향으로 복수의 튜브삽입홀이 형성된 탱크와, 상기 탱크의 튜브삽입홀 측에 결합됨과 아울러 상기 튜브삽입홀에 대응되는 복수의 슬롯이 형성되어진 헤더로 구성되어진 열교환기의 헤더탱크에 있어서, 상기 탱크의 튜브삽입홀은 절삭공구에 의해 경사진 가이드부를 형성하고, 상기 가이드부에 튜브가 접촉되도록 하는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a tank having a refrigerant passage formed in a center in a longitudinal direction, and having a plurality of tube insertion holes formed at right angles to the refrigerant passage, and coupled to the tube insertion hole side of the tank. In the header tank of the heat exchanger consisting of a header formed with a plurality of slots corresponding to the insertion hole, the tube insertion hole of the tank to form a guide portion inclined by a cutting tool, the tube in contact with the guide portion will be.
또한, 상기 가이드부는, 튜브삽입방향에서 볼 때 탱크 내부로 갈수록 튜브가 더 깊이 삽입가능하도록 경사진 것이다.In addition, the guide portion is inclined so that the tube can be inserted deeper toward the inside of the tank when viewed in the tube insertion direction.
또한, 상기 가이드부는 원통톱에 의해 원호가공되고, 직경은 튜브의 폭에 2.5 ~ 8 배의 범위로 이루어진 것이다.In addition, the guide portion is arc-processed by a cylindrical saw, the diameter is made of a range of 2.5 to 8 times the width of the tube.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 평단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크를 나타낸 정단면도이다.Figure 3 is a perspective view showing a header tank of the high pressure heat exchanger according to the present invention, Figure 4 is a plan sectional view showing a header tank of the high pressure heat exchanger according to the present invention, Figure 5 is a high pressure heat exchanger according to the present invention Is a sectional front view of the header tank
도시한 바와 같이 본 발명의 고압용 열교환기의 헤더탱크는 길이방향의 중앙으로 냉매유통로(11)가 형성되고, 상기 냉매유통로(11)에 직각방향으로 복수의 튜브삽입홀(12)이 형성된 탱크(10)와, 상기 탱크(10)의 튜브삽입홀(12) 측에 결합됨과 아울러 상기 튜브삽입홀(12)에 대응되는 복수의 슬롯(21)이 형성되어진 헤더(20)로 구성되어 있다.As shown in the header tank of the high-pressure heat exchanger of the present invention, a
또한, 상기 슬롯(21) 및 튜브삽입홀(12)을 통해 튜브(30)가 결합되며, 상기 튜브(30)는 길이방향으로 복수의 튜브홀(31)이 형성되어 이산화탄소 등의 고압용 열교환기에 적용되는 것이다.In addition, the
또한, 상기 탱크(10)의 튜브삽입홀(12)은 절삭공구에 의해 경사진 가이드부(13)를 형성하도록 하며, 상기 절삭공구는 원형톱으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 가이드부(13)는, 튜브(30) 삽입방향에서 볼 때 탱크(10) 내부로 갈수록 튜브(30)가 더 깊이 삽입가능하도록 경사진 것이다.In addition, the
또한, 상기 튜브삽입홀(12)을 형성하는 원형톱의 직경은 튜브(30) 폭의 1 ~ 20배의 범위로 하고, 보다 확실한 효과를 얻기 위해서는 튜브(30) 폭의 2.5 ~ 8 배의 범위로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the diameter of the circular saw forming the
즉, 종래의 튜브삽입홀(12)은 일자형으로 이루어져 내압성이 저하되는 구조이나, 본 발명의 튜브삽입홀(12)은 경사진 가이드부(13)가 도 4에 도시한 바와 같이 사선 또는 도 6에 도시한 바와 같이 원호 형태로 가공됨으로서, 내압성의 향상을 기대할 수 있다.That is, the conventional
또한, 상기 경사진 가이드부(13)에 의해 튜브(30)의 폭방향 양단부가 선 접촉되는데 이로 인해 상기 경사진 가이드부(13)가 스톱퍼 역할을 함으로서, 헤더탱크와 튜브(30)의 조립성이 향상되고, 브레이징시에 클래드재가 튜브홀(31)을 막지 않게 되어 냉매의 원활한 유동을 기대할 수 있으며, 헤더탱크의 내압성의 취약부분을 효과적을 보강할 수 있다.In addition, both ends of the width direction of the
참고로, 고압용 열교환기에 적용되는 튜브(30)는 내압성을 향상시키기 위해서 복수의 튜브 홀(31)이 길이방향으로 형성되어 있다.For reference, in the
본 발명에 따른 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation according to the invention in detail as follows.
본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크는 내압성이 요구되는 이산화탄소 열교환기용으로 사용되는 것으로, 냉매유통로(11)가 형성된 탱크(10)를 압출성형한 후 상기 유로에 직각방향으로 복수의 튜브삽입홀(12)을 형성하게 되는데, 상기 튜브삽입홀(12)은 원형톱을 이용하여 원호 또는 사선 형태로 가공하게 된다.The header tank of the high pressure heat exchanger according to the present invention is used for a carbon dioxide heat exchanger requiring pressure resistance, and after extrusion molding the
또한, 클래드재로 이루어진 헤더(20)를 상기 탱크(10)를 감싸는 방식으로 결합시키게 되면 헤더(20)에 형성된 슬롯(21)과 탱크(10)에 형성된 튜브삽입홀(12)은 대응되어 튜브(30)를 결합시킬 수 있는 상태가 된다.In addition, when the
이와 같은 상태에서 복수의 튜브홀(31)이 형성된 튜브(30)를 슬롯(21) 및 튜브삽입홀(12)에 삽입하게 되면, 튜브(30)의 폭 방향 단부가 튜브삽입홀(12)의 경사진 가이드부(13)에 선접촉됨으로서, 상기 경사진 가이드부(13)는 스톱퍼 역할을 수행함과 아울러 브레이징시 클래드재가 최외측에 위치하는 튜브홀(31)을 폐쇄하지 않도록 함으로서, 냉매의 유동성을 향상시킬 수 있다.In this state, when the
또한, 상기 경사진 가이드부(13)에 의해 헤더탱크의 내부의 내압성의 향상을 기대할 수 있어 헤더탱크가 결합되는 취약부분을 보강할 수 있는 것이다.In addition, the
이상 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 고압용 열교환기의 헤드탱크는 탱크의 튜브삽입홀에 경사진 가이드부를 형성하도록 함으로서, 헤더탱크의 내압성을 향상시키고, 브레이징시에 튜브홀의 막힘을 방지하기 할 수 있는 것이다.The head tank of the high-pressure heat exchanger according to the present invention as described in detail above to form a sloped guide portion in the tube insertion hole of the tank, thereby improving the pressure resistance of the header tank, and can prevent the blockage of the tube hole during brazing. It is.
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