KR20090120078A - 고압 열교환기의 헤더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압 열교환기의 헤더에 관한 것이다. 구체적으로는 복수개의 튜브(34)가 연통되어 그 내부에 고압 냉매가 유동하는 헤더(36, 38)는, 플레이트가 U형으로 절곡되어 그 일측벽(42a)이 서로 맞닿는 다수의 탱크(42)와, 상기 탱크(42)의 개구부를 덮어 마감하며 상기 튜브(34)가 삽입되는 튜브삽입구멍(44d)이 형성된 커버 플레이트(44)로 이루어지되, 상기 커버 플레이트(44)의 내면 중간에는 상기 탱크의 맞닿는 일측벽(42a)이 끼워져 걸리는 걸림홈띠(44a)가 커버 플레이트(44)의 길이방향을 따라 형성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 헤더의 단면적을 줄이면서 내압성을 높이고 헤더 요소 중의 탱크를 절곡하여 제작할 수 있게 하여 제조를 용이하게 하고 제조비를 줄이며, 탱크를 다수개 결합하여 제조하므로 다양한 크기의 헤더를 손쉽게 구현할 수 있다는 효과가 있다.

Description

고압 열교환기의 헤더{Header of high pressure heat exchanger}

본 발명은 고압 열교환기의 헤더에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 온도가 높은 유체와 온도가 낮은 유체가 열교환기 벽면을 통해 높은 온도에서 낮은 온도로 열을 전달함으로써 열교환을 행하는 장치이다. 이러한 열교환기를 구성요소로 하는 에어컨 시스템의 작동매체로 HFC냉매가 주로 사용되어 왔으나, 이러한 HFC냉매는 지구 온난화의 주요 요인 중의 하나로 인식되어 그 사용에 대한 규제가 점차 확대되고 있다. 이러한 상황 하에서, HFC 냉매를 대체할 차세대 이산화탄소 냉매에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 차세대 냉매의 대표주자인 이산화탄소는, 지구 온난화 지수(GWP)가 HFC-R134a의 약1300분의 1에 해당되며, 작동 압축비가 낮아 압축효율이 우수하고, 열전달 성능이 매우 우수하여 2차 유체인 공기의 입구온도와 냉매의 출구온도 사이의 온도차이가 기존의 냉매에 비해 훨씬 작아질 수 있으므로 겨울철 낮은 외기 온도에서도 열을 뽑아 쓸 수 있으므로 여름철에는 냉방, 겨울철에는 난방 역할을 수행하는 히트펌프에도 적용가능하며, 체적냉방능력(증발잠열 x 기체밀도)이 기존의 냉매인 R134a의 7 ~ 8배에 달하기 때문에 압축기의 용량을 크게 줄일 수 있으며, 표면장력이 작아서 비등 열전달이 우수하고, 정압비열이 크고 점도가 낮아 열전달 성능이 뛰어나므로 냉매로서 우수한 열역학적 특성을 갖고 있다.

이산화탄소를 냉매로 사용하는 고압 열교환기는 기존의 HFC-R134a 냉매용 열교환기에 비해 약 10배 정도의 고압에서 작동되어 높은 내압성을 요구하므로 내압성을 높인 다양한 구조의 헤더가 개시되어 있다.

도1은 종래 소재의 두께를 증가시켜 내압성을 확보하는 고압 열교환기의 헤더(10)를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 두 개의 헤더요소(12)(14)가 그 사이에 유로(R1, R2)가 형성되게 결합되어 용착되고, 일측의 헤더요소(12)에는 튜브가 끼워져 설치되는 튜브 삽입구멍(12a)이 형성되며, 상기 유로(R1)와 유로(R2)는 두꺼운 격벽(12b, 14b)에 의해 나누어져 헤더(10)의 강성을 높이게 된다.

상기한 바와 같은 종래 고압 열교환기의 헤더는 헤더 단면적의 크기에 비해 내압성이 낮고 가공성이 나쁘며, 헤더요소를 모두 압출가공하여야 하므로 금형비등으로 제조비가 증가한다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 헤더의 단면적을 줄이면서 내압성을 높이고 헤더 요소 중의 탱크를 절곡하여 제작할 수 있게 하는 고압 열교환기의 헤더를 제공하는 데 있다.

본 발명에 의한 고압 열교환기의 헤더는, 상호 평행하게 이격되어 배치되고 두 개의 헤더 사이에 복수개의 튜브가 연통되어 그 내부에 고압 냉매가 유동하는 고압 열교환기에 있어서, 상기 헤더는, 플레이트가 U형으로 절곡되어 그 일측벽이 서로 맞닿는 다수의 탱크와, 상기 탱크의 개구부를 덮어 마감하며 튜브가 삽입되는 튜브삽입구멍이 형성된 커버 플레이트로 이루어지되, 상기 커버 플레이트의 내면 중간에는 상기 탱크의 맞닿는 일측벽이 끼워져 걸리는 걸림홈띠가 커버 플레이트의 길이방향을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 탱크의 맞닿지 않는 타측벽의 끝단은 상기 커버 플레이트의 내부 저면에 밀착하여 지지되고, 상기 탱크의 맞닿는 일측벽에는 상기 튜브의 단부가 끼워지는 삽입홈이 형성되어 있다.

상기 튜브삽입구멍의 입구는 상기 튜브가 용이하게 삽입되도록 외측으로 차 차 넓어지게 되어 있다.

본 발명에 의한 고압 열교환기의 헤더에 의하면, 헤더의 단면적을 줄이면서 내압성을 높이고 헤더 요소 중의 탱크를 절곡하여 제작할 수 있게 하여 제조를 용이하게 하고 제조비를 줄이며, 탱크를 다수개 결합하여 제조하므로 다양한 크기의 헤더를 손쉽게 구현할 수 있다는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도2은 본 발명이 적용된 고압 열교환기를 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이 압축기에서 압축된 고온 고압의 냉매를 방열시키는 방열핀(32)이 개재된 다수의 튜브(34)가 상호 평행하게 설치됨과 아울러 등간격으로 설치되고, 상기 다수의 튜브(34) 양측에 헤더(36)(38)가 직립으로 연통되며, 상기 헤더(36)(38)에는 냉매 유입구(36a)와 냉매 유출구(38a)가 형성된다.

상기 헤더(36)(38)의 내부에는 상기 튜브(34)를 통해 헤더(36)(38) 사이를 지그재그로 냉매가 유동하면서 냉매 유로를 형성하도록 상기 헤더(36)(38)의 내부에 삽입되어 유로를 막는 한편 헤더 파이프를 보강하는 배플(39)이 설치되어 있다. 상기 헤더(36)(38)의 양단은 캡에 의해 막혀 있다.

도3은 본 발명이 적용된 헤더의 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도4는 도3의 단면도(튜브 삽입홈이 없는 부분)이다. 도3에서 양단의 캡 및 중간부의 냉매출입구는 도시되어 있지 않은 상태이다. 도시한 바와 같이 상기 헤더(36, 38)는, 그 일측벽이 서로 맞닿은 다수의 탱크(42, 42)와, 상기 탱크(42, 42)의 개구부를 덮어 마감하는 커버 플레이트(44)로 이루어진다. 본 실시예에는 탱크가 2개인 구조를 나타내는데, 3개 이상의 탱크가 접하여 배치될 수도 있다.

상기 탱크(42)는 플레이트가 U형으로 절곡되어 인접하는 탱크(42)와 그 일측벽(42a)이 서로 맞닿게 되어 있으며, 상기 커버 플레이트(44)의 내면 중간에는 상기 탱크(42)(42)의 맞닿는 일측벽(42a)이 끼워져 걸리는 걸림홈띠(44a)가 커버 플레이트(44)의 길이방향을 따라 형성되어 있다. 상기 탱크(42)의 맞닿지 않는 타측벽(42b)의 끝단은 상기 커버 플레이트(44)의 내부 저면에 밀착하여 지지된다. 따라서, 맞닿는 일측벽(42a)은 맞닿지 않는 타측벽(42b)보다 길게 형성되어 있다. 3개 이상의 탱크(42)가 배열된 구조에서는 중간 탱크의 양측벽은 모두 걸림홈띠(44a)에 끼워지므로 동일한 길이로 형성된다.

상기 탱크(42)의 맞닿는 일측벽(42a)에는 상기 튜브(34)의 단부가 끼워지는 삽입홈(42c)이 형성되어 있다. 상기 삽입홈(42c)의 폭(W : 도5에 표시)은 상기 튜브(34)의 두께(납작한 외측면 사이)보다 크게 형성되어 있으며, 삽입홈(42c)의 깊이(D)는 탱크(42)의 높이(H1)의 절반보다 크게 되어 있는 것이 바람직하다(도6에 표시).

상기 커버 플레이트(44)에서 상기 걸림홈띠(44a)가 형성된 부분의 외면에는 강성을 저하를 방지하도록 돌출띠(44b)가 형성되어 있다. 상기 커버 플레이트(44)의 폭방향 단부는 절곡되어 상기 탱크(42)의 타측벽(42b) 외면에 밀착하는 측벽(44c)을 이루는데, 이 측벽(44c)의 높이(H2 : 도8에 도시)는 상기 탱크(42)의 높 이(H1)의 절반보다 크게 되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 커버 플레이트(44)에는 상기 튜브(34)가 삽입되는 튜브삽입구멍(44d)이 형성되어 있다. 상기 튜브삽입구멍(44d)의 입구에는 상기 튜브(34)가 용이하게 삽입되도록 외측으로 갈수록 차차 넓어지는 경사면(44e : 도9에 도시)이 형성되거나 곡면(44f)이 형성되어 있다. 상기 경사면(44e)은 모따기 가공에 의해 형성되고, 상기 곡면(44f)은 라운딩 가공에 의해 형성된다.

상기 커버 플레이트(44)의 내부면에는 상기 탱크(42)와 브레이징되도록 클래드재가 코팅되어 있다. 상기 클래드재는 공지의 알루미늄 클래드재이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 고압 열교환기의 헤더는, 플레이트를 U형으로 절곡하여 형성된 탱크(42)(42)의 일측벽(42a)을 서로 맞닿게 하여 커버 플레이트(44)의 삽입홈(44a)에 끼워 걸리게 함과 동시에 타측벽(42b)의 끝단을 커버 플레이트(44)의 내부 저면에 밀착시키고, 커버 플레이트(44)의 측벽(44c) 끝단을 탱크(42)의 타측벽(42b) 외면에 코킹하는 한편, 커버 플레이트(44)의 튜브삽입구멍(44d)에 튜브(34)를 끼워 가조립한 후, 노내에서 브레이징하여 열교환기를 완성한다.

이러한 고압 열교환기의 헤더에 의하면, 탱크를 플레이트로 U형으로 프레스 가공(절곡가공)하여 제조할 수 있으므로 그만큼 제조비가 절감되고, U으로 절곡된 탱크를 다수개 결합하여 제조하므로 다양하게 크기의 헤더를 손쉽게 구현할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

도1은 종래 고압 열교환기의 헤더의 일예를 나타내는 사시도,

도2는 본 발명이 적용된 고압 열교환기를 나타내는 구성도,

도3은 본 발명이 적용된 헤더를 나타내는 사시도,

도4는 도3의 단면도(튜브 삽입홈이 없는 부분),

도5는 도3의 탱크의 하나를 나타내는 사시도,

도6은 도5에서 화살표 A-A선에 따른 단면도,

도7은 도3의 커버 플레이트를 나타내는 사시도,

도8은 도7에서 화살표 B-B선에 따른 단면도,

도9는 도7에서 화살표 C-C선에 따른 단면도의 일예,

도10은 도7에서 화살표 C-C선에 따른 단면도의 다른예를 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

34 : 튜브 36, 38 : 헤더

42 : 탱크 42a : 일측벽

42b : 타측벽 42c : 삽입홈

44 : 커버 플레이트 44a : 걸림홈띠

44d : 튜브삽입구멍

Claims (4)

1. 상호 평행하게 이격되어 배치되고 두 개의 헤더(36, 38) 사이에 복수개의 튜브(34)가 연통되어 그 내부에 고압 냉매가 유동하는 고압 열교환기에 있어서,

   상기 헤더(36, 38)는, 플레이트가 U형으로 절곡되어 그 일측벽(42a)이 서로 맞닿는 다수의 탱크(42)와, 상기 탱크(42)의 개구부를 덮어 마감하며 상기 튜브(34)가 삽입되는 튜브삽입구멍(44d)이 형성된 커버 플레이트(44)로 이루어지되,

   상기 커버 플레이트(44)의 내면 중간에는 상기 탱크의 맞닿는 일측벽(42a)이 끼워져 걸리는 걸림홈띠(44a)가 커버 플레이트(44)의 길이방향을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 열교환기의 헤더.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 탱크(42)의 맞닿지 않는 타측벽(42b)의 끝단은 상기 커버 플레이트(44)의 내부 저면에 밀착하여 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 열교환기의 헤더.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 탱크(42)의 맞닿는 일측벽(42a)에는 상기 튜브(34)의 단부가 끼워지는 삽입홈(42c)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 열교환기의 헤더.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 튜브삽입구멍(44d)의 입구는 상기 튜브(34)가 용이하게 삽입되도록 외측으로 갈수록 차차 넓어지게 되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 열교환기의 헤더.

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