KR20080021907A - 열교환기의 헤더탱크 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기의 헤더탱크 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 헤더파이프와 클래드 시트가 결합되는 열교환기에서 내압성의 향상을 위하여 헤더파이프의 튜브삽입홀을 원형톱 가공 후 펀칭가공하여 헤더파이프와 클래드 시트 사이를 면접촉되도록 하는 열교환기의 헤더탱크 및 이의 제조방법을 제공함에 있다. 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크는 길이방향의 중앙으로 냉매유통로(11)가 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 냉매유통로(11)에 직각방향으로 복수의 튜브삽입홀(12)이 형성된 압출재의 헤더파이프(10)와, 상기 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12) 측에 결합됨과 아울러 상기 튜브삽입홀(12)에 대응되는 복수의 슬롯(21)이 형성되어진 클래드 시트(20)로 구성되어진 열교환기의 헤더탱크에 있어서, 상기 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12)은, 원형톱(S) 가공으로 1차 가공한 후 상기 튜브삽입홀(12)의 내부를 펀치(P)로 2차 가공하되, 상기 펀치(P)의 폭(Pw)은 1차 가공된 튜브삽입홀(12)의 폭보다 같거나 작게 이루어져 상기 헤더파이프(10)의 길이방향 단면에서 볼 때 상기 헤더파이프(10)의 이웃하는 튜브삽입홀(12)의 내경이 일정한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크의 제조방법은 적어도 하나 이상의 냉매유통로(11)가 형성되도록 압출가공되고, 상기 냉매유통로(11)에 직각방향으로 다수의 튜브 삽입홀(12)이 형성되어지는 헤더파이프(10)의 외측에 상기 냉매유통로(11)에 대응되는 다수의 슬롯(21)이 형성되어지는 클래드 시트(20)가 중첩되어 지는 열교환기의 헤더탱크의 제조방법에 있어서, 상기 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12)을 원형톱(S)으로 가공하는 단계와, 상기 튜브삽입홀(12)의 내부를 펀치(P)로 가공하되, 상기 펀치(P)의 폭(Pw)은 1차 가공된 튜브삽입홀(12)의 폭보다 같거나 작게 이루어져 상기 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12) 사이에 곡률이 형성되지 않게 펀칭하는 단계를 포함하는 것이다.

헤더탱크, 클래드 시트, 절삭수단, 펀치

Description

열교환기의 헤더탱크 및 이의 제조방법{Header tank for heat exchanger and it's production method}

도 1은 종래에 따른 열교환기의 헤더탱크의 일실시예를 나타낸 평면도.

도 2는 도 1의 A - A선 단면도.

도 3은 도 1의 B - B선 단면도.

도 4는 도 3의 헤더파이프에 클래드 시트가 결합된 상태의 단면도.

도 5는 종래에 따른 펀치의 크기를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 제1실시예를 나타낸 측단면도.

도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 제1실시예를 나타낸 정단면도.

도 8은 본 발명에 따른 펀치의 크기를 나타낸 도면.

도 9는 본 발명에 따른 열교환기의 제1실시예에서 클래드 시트에 버링이 형성된 상태를 나타낸 도면.

도 10은 본 발명에 따른 튜브 삽입홀 사이의 접합길이와 내압성의 관계를 나타낸 그래프.

도 11은 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크의 가공방법을 설명하기 위한 도면.

도 12는 본 발명에 따른 열교환기의 제2실시예를 나타낸 측단면도.

도 13은 본 발명에 따른 열교환기의 제3실시예를 나타낸 측단면도.

도 14는 본 발명에 따른 열교환기의 제4실시예를 나타낸 측단면도.

도 15는 본 발명에 따른 열교환기의 제5실시예를 나타낸 측단면도.

(도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10: 헤더파이프 11: 냉매유통로

12: 튜브삽입홀 20: 클래드 시트

21: 슬롯 S: 절삭수단

P: 펀치

본 발명은 열교환기의 헤더탱크 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 헤더파이프와 클래드 시트가 결합되는 열교환기에서 내압성의 향상을 위하여 헤더파이프의 튜브삽입홀을 절삭수단 가공 후 펀칭가공하여 헤더파이프와 클래드 시트 사이를 면접촉되도록 하는 열교환기의 헤더탱크 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.

일반적으로, 차량용 냉방시스템에 있어서 널리 사용되어 온 프레온(freon) 냉매는 화학적으로 안정하고 폭발성이 없으며 불연성, 무독성의 냉매이므로, 냉장고 및 냉동기, 가정용 또는 차량용 에어콘 등의 냉매로서 사용되어 왔으나, 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 이르렀으며, 상기 프레온을 대체하여 사용되는 냉매로 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 이산화탄소가 대체냉매로서 환영받고 있다.

상기와 같이 이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기는 고압의 작동압을 필요로 하며, 이에 따라 내압에 강한 헤더파이프 구조를 용이하게 제작하기 위하여 압출재를 사용하고, 압출재와 튜브를 접합시키기 위한 매개체 및 내압성 보강을 위하여 클래드 시트를 중첩하여 사용하고 있다.

도 1 내지 도 5는 종래에 따른 고압용 열교환기의 헤더탱크의 일예를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 고압용 열교환기의 헤더파이프(1)는 길이방향의 중앙으로 냉매유통로(1a)가 형성되고, 상기 냉매유통로(1a)에 직각방향으로 복수의 튜브삽입홀(1b)이 형성되며, 상기 튜브삽입홀(1b)에 튜브(3)가 결합된다.

상기에서 튜브삽입홀(1b)을 가공하기 위해서는 프레스를 이용하여 피어싱하게 되는데, 이때 피어싱으로 인해 튜브삽입홀(1b) 주변에 소재가 빨려 들어가면서 버링(B)이 형성되게 된다.(부호 P는 피어싱용 펀치를 나타내고 있고, 도 5에 펀 치(P)의 크기를 나타내고 있다.)

상기와 같이 버링(B)이 형성된 헤더파이프(1)의 외주면에 도 4와 같이 클래드 시트(2)가 결합되면, 상기 헤더파이프(1)의 이웃한 튜브삽입홀(1b) 사이에 내경(d)이 일정하지 않은 곡면부와 클래드 시트는 선접촉(4)하게 되면, 곡면부의 좌,우측에는 빈공간(5)이 형성되어 열교환기의 내압성이 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 압출재의 헤더파이프(1)의 내부에 금형을 삽입하여 피어싱하는 방법이 있으나, 이를 실현하기 위해서는 헤더파이프(1)의 내부의 공간이 충분히 확보되어야 하는 문제점이 있으며, 일정 길이 이상의 헤더파이프(1)에서는 내부의 결합되는 금형의 파손이 심하여 가공비 상승이 원인이 된다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 헤더파이프와 클래드 시트가 결합되는 열교환기에서 내압성의 향상을 위하여 헤더파이프의 튜브삽입홀을 절삭수단 가공 후 펀칭가공하여 헤더파이프와 클래드 시트 사이를 면접촉되도록 하는 열교환기의 헤더탱크 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 길이방향의 중앙으로 냉매유통로가 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 냉매유통로에 직각방향으로 복수의 튜브삽입홀이 형성된 압출재의 헤더파이프와, 상기 헤더파이프의 튜브삽입홀 측에 결합됨과 아울 러 상기 튜브삽입홀에 대응되는 복수의 슬롯이 형성되어진 클래드 시트로 구성되어진 열교환기의 헤더탱크에 있어서, 상기 헤더파이프의 튜브삽입홀은, 절삭수단 가공으로 1차 가공한 후 상기 튜브삽입홀의 내부를 펀치로 2차 가공하되, 상기 펀치의 폭은 1차 가공된 튜브삽입홀의 폭보다 같거나 작게 이루어져 상기 헤더파이프의 길이방향 단면에서 볼 때 상기 헤더파이프의 이웃하는 튜브삽입홀의 내경이 일정한 것이다.

또한, 상기 펀치의 높이는 1차 가공 후 헤더파이프의 내주면에 형성된 홀의 높이 보다 크고, 외주면에 형성된 홀의 높이 보다 작은 것이다.

또한, 적어도 하나 이상의 냉매유통로가 형성되도록 압출가공되고, 상기 냉매유통로에 직각방향으로 다수의 튜브 삽입홀이 형성되어지는 헤더파이프의 외측에 상기 냉매유통로에 대응되는 다수의 슬롯이 형성되어지는 클래드 시트가 중첩되어지는 열교환기의 헤더탱크의 제조방법에 있어서, 상기 헤더파이프의 튜브삽입홀을 절삭수단으로 가공하는 단계와, 상기 튜브삽입홀의 내부를 펀치로 가공하되, 상기 펀치의 폭은 1차 가공된 튜브삽입홀의 폭보다 같거나 작게 이루어져 상기 헤더파이프의 튜브삽입홀 사이에 곡률이 형성되지 않게 펀칭하는 단계를 포함하는 것이다.

또한, 상기 튜브삽입홀이 2열 이상인 경우에 상기 튜브삽입홀 사이의 연통로를 절삭수단으로 가공하는 단계를 더 포함하는 것이다.

또한, 상기 절삭수단을 상하 이동하여 튜브삽입홀 및 연통로을 한번에 가공하는 것이다.

또한, 상기 1차 가공된 튜브 삽입홀은 클래드 시트에 가공된 튜브홀보다 더 크게 홀을 형성하는 것이다.

또한, 상기 1차 가공된 압출소재의 튜브 삽입홀 내측으로 클래드 시트의 버링부가 삽입되도록 하는 것이다.

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

도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 열교환기의 헤더탱크의 제1실시예를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 열교환기의 헤더탱크는 길이방향의 중앙으로 냉매유통로(11)가 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 냉매유통로(11)에 직각방향으로 복수의 튜브삽입홀(12)이 형성된 압출재의 헤더파이프(10)와, 상기 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12) 측에 결합됨과 아울러 상기 튜브삽입홀(12)에 대응되는 복수의 슬롯(21)이 형성되어진 클래드 시트(20)로 구성되어 있다.(부호 30은 튜브를 나타낸다.)

상기에서 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12)은, 절삭수단(S) 가공으로 1차 가공한 후 상기 튜브삽입홀(12)의 내부를 펀치(P)로 2차 가공하되, 도 9에 도시한 바와 같이 상기 펀치(P)의 폭(Pw)은 1차 가공된 튜브삽입홀(12)의 폭보다 같거나 작게 이루어져 상기 튜브삽입홀(12)의 외측면에 변형이 일어나지 않기 때문에 상기 헤더파이프(10)의 길이방향 단면에서 볼 때 상기 헤더파이프(10)의 이웃하는 튜브삽입홀(12)의 내경과 외측면이 일정하게 된 것이다.

또한, 상기 펀치(P)의 높이(Ph)는 1차 가공 후 헤더파이프(10)의 내주면에 형성된 홀의 높이(H1) 보다 크고, 외주면에 형성된 홀의 높이(H2) 보다 작은 것이다.

즉, 종래와 같이 펀칭가공시 곡면이 형성되지 않아 도 7에 도시한 바와 같이 헤더파이프(10)의 내경(D)이 일정하고, 헤더파이프(10)의 이웃하는 튜브삽입홀(12) 사이와 클래드 시트(20)의 접합길이(L)가 길어 밀착력이 향상되어 브레이징시에 브레이징성이 향상됨과 아울러 고압용 열교환기에서 요구되는 내압성이 향상되는 것이다.

또한, 상기 1차 가공된 튜브삽입홀(12)은 클래드 시트(20)에 가공된 튜브홀보다 더 크게 홀을 형성하도록 하여 튜브(30)의 결합이 용이하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 도 8에 도시한 바와 같이 상기 1차 가공된 압출소재의 튜브 삽입홀(12) 내측으로 클래드 시트(20)의 버링부(22)가 삽입되도록 하는 상태를 나타내었다.

참고로 도 10에 도시한 그래프와 같이 헤더파이프(10)의 이웃하는 튜브삽입홀(12) 사이와 클래드 시트(20)의 접합길이(L)가 길면 길수록 헤더파이프(10)의 내압성은 향상되는 것을 보여 주고 있다.

상기와 같이 구성된 열교환기의 헤더탱크는 도 11의 도면을 참고하여 제조과정을 설명한다.

먼저, 본 발명의 열교환기의 헤더파이프(10)는 압출가공된 헤더파이프(10)의 외주면에 냉매유통로(11)에 직각방향으로 튜브삽입홀(12)을 절삭수단(S) 가공을 하게 된다.

상기 튜브삽입홀(12)을 절삭수단(S) 가공을 하게 되면 튜브삽입홀(12)은 사선 또는 원호형상의 경사부가 형성 된다.

상기와 같이 튜브삽입홀(12)을 절삭수단(S) 가공을 한 후에는 튜브삽입홀(12)의 내부를 펀치(P)로 가공하게 되면, 이때 펀치(P)의 폭(Pw)은 1차 가공된 튜브삽입홀(12)의 폭보다는 같거나 작게 이루어져 가공시에 종래와 같이 버링 등이 발생되지 않게 된다.

즉, 상기 1차 가공된 튜브삽입홀(12)을 실제 튜브(30)가 삽입되는 튜브삽입홀 보다 약간 크게 하여 원활히 튜브(30)가 삽입될 수 있도록 한다.

도 12는 본 발명에 따른 열교환기의 제2실시예를 나타낸 측단면도이고, 도 13은 본 발명에 따른 열교환기의 제3실시예를 나타낸 측단면도이며, 이는 냉매유통로(11)가 2열로 이루어진 헤더파이프(10)를 나타내고 있다.

상기 도 12에서의 열교환기의 헤더파이프(10)는 냉매유통로(11)에 직각방향으로 두개의 튜브삽입홀(12)이 형성된 상태를 나타내고 있고, 도 13에서는 두개의 튜브삽입홀(12)의 사이의 연통로(13)를 별도의 절삭수단(S)으로 가공하여 형성하는 상태를 나타내고 있다.

또한, 상기 도 13에서 절삭수단(S)을 상하 이동하여 튜브삽입홀(12) 및 연통로(13)을 한번에 가공하도록 하여 절삭 시간 등을 단축시킬 수도 있다.

도 14는 본 발명에 따른 열교환기의 제4실시예를 나타낸 측단면도이고, 도 15는 본 발명에 따른 열교환기의 제5실시예를 나타낸 측단면도이며, 이는 냉매유통로(11)가 3열로 이루어진 헤더파이프(10)를 나타내고 있다.

상기 도 14에서의 열교환기의 헤더파이프(10)는 냉매유통로(11)에 직각방향으로 세개의 튜브삽입홀(12)이 형성된 상태를 나타내고 있고, 도 15에서는 두개의 튜브삽입홀(12)의 사이의 연통로(13)를 별도의 절삭수단(S)으로 가공하여 형성하는 상태를 나타내고 있다.

본 발명은 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 헤더탱크 및 이의 제공방법에 의하면, 헤더파이프의 튜브삽입홀을 절삭수단 가공 후 펀칭가공하여 헤더파이프와 클래드 시트 사이를 면접촉되도록 함으로서, 헤더파이프와 클래드 시트가 결합되는 열교환기에서 내압성을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 길이방향의 중앙으로 냉매유통로(11)가 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 냉매유통로(11)에 직각방향으로 복수의 튜브삽입홀(12)이 형성된 압출재의 헤더파이프(10)와,

   상기 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12) 측에 결합됨과 아울러 상기 튜브삽입홀(12)에 대응되는 복수의 슬롯(21)이 형성되어진 클래드 시트(20)로 구성되어진 열교환기의 헤더탱크에 있어서,

   상기 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12)은, 절삭수단(S) 가공으로 1차 가공한 후 상기 튜브삽입홀(12)의 내부를 펀치(P)로 2차 가공하되, 상기 펀치(P)의 폭(Pw)은 1차 가공된 튜브삽입홀(12)의 폭보다 같거나 작게 이루어져 상기 헤더파이프(10)의 길이방향 단면에서 볼 때 상기 헤더파이프(10)의 이웃하는 튜브삽입홀(12) 사이의 내경이 일정한 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크.
2. 제1항에 있어서, 상기 펀치(P)의 높이(Ph)는 1차 가공 후 헤더파이프(10)의 내주면에 형성된 홀의 높이(H1) 보다 크고, 외주면에 형성된 홀의 높이(H2) 보다 작은 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크.
3. 적어도 하나 이상의 냉매유통로(11)가 형성되도록 압출가공되고, 상기 냉매유통로(11)에 직각방향으로 다수의 튜브 삽입홀(12)이 형성되어지는 헤더파이 프(10)의 외측에 상기 냉매유통로(11)에 대응되는 다수의 슬롯(21)이 형성되어지는 클래드 시트(20)가 중첩되어지는 열교환기의 헤더탱크의 제조방법에 있어서,

   상기 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12)을 절삭수단(S)으로 가공하는 단계와,

   상기 튜브삽입홀(12)의 내부를 펀치(P)로 가공하되, 상기 펀치(P)의 폭(Pw)은 1차 가공된 튜브삽입홀(12)의 폭보다 같거나 작게 이루어져 상기 헤더파이프(10)의 튜브삽입홀(12) 사이에 곡률이 형성되지 않게 펀칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 튜브삽입홀(12)이 2열 이상인 경우에 상기 튜브삽입홀(12) 사이의 연통로(13)를 절삭수단(S)으로 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 절삭수단(S)을 상하 이동하여 튜브삽입홀(12) 및 연통로(13)을 한번에 가공하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크의 제조방법.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 1차 가공된 튜브 삽입홀(12)은 클래드 시트(20)에 가공된 튜브홀보다 더 크게 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크의 제조방법.
7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 1차 가공된 압출소재의 튜브 삽입홀(12) 내측으로 클래드 시트(20)의 버링부(22)가 삽입되도록 하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 헤더탱크의 제조방법.

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