KR20100047500A - 브레이징 용재수용부가 형성된 핀-튜브형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핀과 튜브의 브레이징 용접시 녹은 용재가 튜브접합부 외부로 흘러 내리지 않는 용재수용부를 구비함으로써 용재 선택이 자유롭고 브레이징 품질을 향상시킬 수 있는 핀-튜브형 열교환기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

이를 구현하기 위한 본 발명은, 내부에 유체가 흐르는 다수의 튜브가 구비되고, 상기 다수의 튜브가 관통삽입되는 개구된 형상의 튜브삽입구멍이 형성되어 브레이징 용접에 의해 상기 튜브 외주면과 튜브삽입구멍의 가장자리가 결합되는 판상의 핀이 일정 간격으로 다수 개 구비되는 핀-튜브형 열교환기에 있어서, 상기 튜브삽입구멍의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부측에는 브레이징 용접시 용재가 수용되는 용재수용부가 형성된 것을 특징으로 한다.

핀, 튜브, 열교환기, 용재, 브레이징

Description

브레이징 용재수용부가 형성된 핀-튜브형 열교환기{PIN-TUBE TYPE HEAT EXCHANGER HAVING BRAZING MATERIAL RECEIVING PART}

본 발명은 브레이징 용재수용부가 형성된 핀-튜브형 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브의 외주면에 핀이 결합되어 열교환이 이루어지는 열교환기에 있어서 튜브가 결합되는 핀에 용재수용부를 형성하여 용접성을 향상시킬 수 있는 핀-튜브형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 난방장치는 연료의 연소에 의한 배기가스와 난방수와의 열교환이 이루어지는 열교환기를 구비함으로써 가열된 난방수를 이용하여 난방을 수행하거나 온수를 공급하게 된다.

도 1은 종래의 핀-튜브형 열교환기를 보여주는 단면개략도, 도 2는 종래의 핀을 보여주는 평면도, 도 3은 종래의 다른 실시예에 의한 핀을 보여주는 평면도, 도 4는 브레이징 용재와 모재 사이의 접촉각을 나타내는 개념도이다.

도 1에 도시된 열교환기는 내부의 공간으로 난방수가 흐르는 금속재질의 튜브(Tube; 10)와 상기 튜브(10)의 외주면에 다수 개가 일정 간격으로 결합되는 핀(Fin;20)으로 구성된다. 핀(20)은, 튜브(10)와 직각방향을 이루는 몸체(21)와, 상기 몸체(21)로부터 90도 절곡되어 튜브(10)의 외주면에 브레이징 용접에 의해 결합되는 튜브접합부(22)로 구성된다. 통상적으로 (핀피치(a)-핀두께) ≥ 튜브접합부길이(b)의 관계가 성립한다.

브레이징 용접을 위한 용재가 페이스트인 경우에는 도 2에 도시된 핀(30)을 적용한다. 핀 몸체(31)에는 튜브가 삽입되는 구멍(32)이 형성되고, 상기 구멍(32)의 가장자리에는 버링(burring)에 의해 몸체(31)가 절곡 형성된 날개(33)가 형성되어 있다. 상기 날개(33)는 연소가스가 흐르는 방향(도 2에서 화살표 방향)을 기준으로 날개(33)의 가장 후단부 일부 구간이 절개되어 용재가 투입되는 용재수용부(34)를 형성한다.

브레이징 용접을 위한 용재가 봉형상의 금속인 경우에는 도 3에 도시된 핀(40)을 적용한다. 이 경우에는 봉 형상의 용재가 삽입되는 봉상(棒狀)의 용재수용부(44)가 핀 몸체(41)에 형성되어 있다. 미설명 부호 42는 튜브가 삽입되는 구멍, 43은 버링(burring)에 의해 형성된 날개를 나타낸다.

통상적으로 브레이징 용접을 하게 되면 녹은 용재가 핀과 튜브 사이의 간극을 모세관 현상에 의하여 메우게 된다. 이 때 브레이징이 잘 되는지 여부는 녹은 용재가 양 모재(핀, 튜브) 사이로 녹아 스며 들어가는 정도, 즉 젖음성(wetting)에 의해 결정된다.

따라서 브레이징이 잘 되려면 용재와 모재 사이의 젖음성이 좋아야 하고, 이러한 젖음성은 도 4에 도시된 바와 같이, 브레이징 용재와 모재 사이의 접촉각 θ에 의하여 정의된다. 접촉각 θ가 영(0)에 근접할수록 브레이징이 잘 되나, θ가 90도 보다 훨씬 크면 브레이징이 잘 되지 않는다.

접촉각 θ가 90도 보다 훨씬 큰 용재를 사용하게 되면 핀과 튜브 사이의 모세관 현상이 발생하지 않게 되므로, 도 2와 도 3에 도시된 핀을 사용하게 되면 용재가 핀의 튜브접합부 외부(즉, 날개(33,43)의 외부)로 흘러내려 브레이징이 안되므로 접촉각 θ가 90도 보다 훨씬 큰 용재를 사용할 수 없어 용재 선택에 제한이 따르는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 핀과 튜브의 브레이징 용접시 녹은 용재가 튜브접합부 외부로 흘러 내리지 않는 용재수용부를 구비함으로써 용재 선택이 자유롭고 브레이징 품질을 향상시킬 수 있는 핀-튜브형 열교환기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 유체가 흐르는 다수의 튜브가 구비되고, 상기 다수의 튜브가 관통삽입되는 개구된 형상의 튜브삽입구멍이 형성되어 브레이징 용접에 의해 상기 튜브 외주면과 튜브삽입구멍의 가장자리가 결합되는 판상의 핀이 일정 간격으로 다수 개 구비되는 핀-튜브형 열교환기에 있어서, 상기 튜브삽입구멍의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부측에는 브레이징 용접시 용재가 수용되는 용재수용부가 형성된 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 튜브삽입구멍의 가장자리에는 상기 튜브의 길이방향으로 소정 높이의 튜브접합날개가 형성되고, 상기 용재수용부의 양측 가장자리에는 튜브의 길이방향으로 소정 높이의 용재수용날개가 상기 튜브접합날개로부터 연장되어 형성된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 용재수용부의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부측은 핀의 몸체에 의해 둘러싸여 용재수용부는 폐쇄된 형상인 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 용재수용부의 후단부측 핀 몸체는 절개되어 슬릿이 형성된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 용재수용부의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부측은 소정의 폭으로 핀의 몸체가 절개되어 용재수용부가 개방된 형상인 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 용재수용부의 폭은 핀 피치의 2배∼4배 사이인 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 튜브접합날개와 용재수용날개의 핀 몸체 표면으로부터 돌출된 높이는 서로 동일한 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 튜브접합날개와 용재수용날개는 인접한 핀에 접촉되는 것으로 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 브레이징 용접시 녹은 용재가 튜브접합부 외부로 흘러 내리지 않게 되어 용재의 선택이 자유롭게 되고, 브레이징 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 용재수용부의 폭을 일정범위 내로 제한함으로써 열효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 전체 구조를 보여주는 사시도, 도 6은 도 5에 도시된 열교환기의 분해사시도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 핀을 보여주는 사시도이다.

본 발명의 열교환기는, 내부에 난방수가 흐르는 다수의 튜브(110,111), 상기 튜브(110,111)가 관통되고 튜브(110,111)의 외주면에 일정 간격으로 촘촘히 브레이징 용접 결합되는 다수의 핀(120), 상기 튜브(110,111)의 양 끝단이 삽입되어 튜브(110,111)의 양단을 각각 지지하는 엔드플레이트(140,150), 상기 엔드플레이트(140,150)의 외측에 결합되어 난방수유로를 형성하는 유로캡(130,160)으로 구성된다.

상기 튜브(110,111)는 단면이 원형 또는 타원형이고, 도 5에서는 6개가 나란히 배치된 구조로 되어 있으나 개수는 이에 한정되지 않는다.

상기 튜브(110,111)는 핀(120)의 몸체(121)에 형성된 튜브구멍(122)에 관통 삽입된 후 브레이징 용접결합된다.

상기 엔드플레이트(140,150)에는 튜브(110,111)의 양 끝단이 각각 삽입되도록 튜브삽입구멍(141,151)이 각각 천공되어 있다.

상기 유로캡(130,160)은, 난방수의 유입구(131)와 유출구(134)가 형성된 제1유로캡(130)과, 튜브(110,111)를 사이에 두고 제1유로캡(130)에 대향되도록 설치되는 제2유로캡(160)으로 이루어진다.

상기 유로캡(130,160)의 내부는 난방수 유로가 형성되도록 파여진 형상으로 되어 있고, 제1유로캡(130)은 내부 공간이 서로 분리되어 별개의 난방수 유로를 형성하는 2개의 몸체(132,133)로 나뉘어져 있다.

이러한 구조에 의한 열교환기의 난방수 유로 구조를 살펴보면 다음과 같다. 난방수 유입구(131)를 통해 유입된 난방수는 제1유로캡(130)의 몸체(132) 내부를 거쳐 튜브(110)를 통과한 후 제2유로캡(160) 내부로 유입되고, 제2유로캡(160) 내부의 난방수는 하측의 튜브(111)를 거쳐 제1유로캡(130)의 몸체(133) 내부를 경유한 후 난방수 유출구(134)를 통해 배출된다.

도 7을 참조하여 튜브와 핀의 용접구조에 대해 설명한다.

핀(120)은 판상의 몸체(121)에 튜브(110,111)가 삽입되는 다수의 튜브삽입구멍(122)이 형성되어 있다. 상기 튜브삽입구멍(122)의 가장자리 둘레부에는 버링(burring)에 의해 절곡 가공된 날개부(123)가 형성되어 있다. 상기 튜브삽입구멍(122)의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부 측에는 용접시 용재가 수용되는 용재수용부(124)가 소정의 공간으로 형성되어 있다.

날개부(123)는, 핀(120) 몸체(121) 표면에 대해 수직방향(즉, 튜브의 길이방향)으로 소정의 높이로 형성되어 있는 것으로서, 튜브(110,111)의 외주면에 용접에 의해 접합되는 튜브접합날개(123a)와, 상기 튜브접합날개(123a)의 끝단으로부터 연장되어 브레이징 용접시 용재가 외부로 흘러 나가는 것을 방지하기 위해 용재수용부(124)의 좌우측에 형성된 용재수용날개(123b)로 구성된다.

이 경우 튜브접합날개(123a)와 용재수용날개(123b)는 핀(120) 몸체(121) 표면으로부터 돌출된 높이가 동일하도록 형성된다.

또한 핀(120)의 날개부(123)가 인접하는 핀(120)에 접촉되도록 핀(120)과 튜브(110,111)는 조립된다.

상기 용재수용부(124)의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부측은 핀(120)의 몸체에 의해 둘러싸인 형상(121a)으로 이루어져 있다. 따라서 튜브삽입구멍(122)과 용재수용부(124)는 하나의 연결된 폐쇄된 공간을 형성하게 된다.

상기 용재수용부(124)의 폭(w)은 지나치게 커질 경우 열효율이 저하될 수 있다. 따라서 상기 폭(w)은 핀과 핀 사이의 간격인 핀 피치의 2배가 바람직하고, 최대로 했을 때 4배 이내의 범위에서 결정되는 것이 바람직하다.

상기 구조의 열교환기에서 핀과 튜브를 용접하는 과정에 대해 설명한다.

본 발명의 경우 용재가 페이스트 타입이든 봉 타입이든 모두 적용가능하다. 먼저 용재를 용재수용부(124)에 투입한다. 그 후 열을 가하면 용재가 용융되면서 모재인 튜브(110,111)의 외주면과 핀(120)의 튜브접합날개(123a) 내주면 사이에 스며들면서 용접이 이루어진다. 이 때 녹은 용재는 용재수용부(124)의 좌우측에 형성된 용재수용날개(123b)에 의해 용재수용부(124) 내측으로만 흐르고 용재수용부(124) 외측으로 흘러 내리는 것이 방지된다. 따라서 용재의 접촉각에 특별한 제한을 받지 않고 용재를 선택할 수 있고 용접 품질을 향상시키는 것이 가능하다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핀을 보여주는 평면개략도이다.

본 실시예의 경우 도 7에 도시된 핀의 구조에, 용재수용부(124)의 후단부측 핀 몸체(121a)는 절개되어 슬릿(125)이 추가로 형성된 것을 특징으로 한다. 튜브(110,111)를 핀(120)의 튜브삽입구멍(122)에 삽입하는 경우 슬릿(125)에 의해 튜 브(110,111)의 삽입이 원활히 이루어진다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 핀을 보여주는 평면개략도이다.

핀(220)은 몸체(221)와, 튜브(110,111)가 삽입되는 튜브삽입구멍(222)과, 튜브삽입구멍(222)의 가장자리 둘레 및 용재수용부(224)의 좌우 양측에 형성된 날개부(223)으로 구성된다. 상기 날개부(223)는, 튜브(110,111)에 용접결합되는 튜브접합날개(223a)와 용재가 투입되는 용재수용날개(223b)로 이루어진다. 상기 용재수용부(224)의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부측은 소정의 폭으로 핀의 몸체가 절개되어 용재수용부(224)가 개방된 형상을 하고 있다. 도 7과 도 8에 도시된 실시예에서와 마찬가지로 용재수용부(224)의 폭은 열효율 성능 저하를 방지하기 위해 핀 피치의 2배가 바람직하고, 최대 4배 이내에서 결정되는 것이 바람직하다.

이러한 구조에 의한 핀에 튜브를 용접시키게 되면, 녹은 용재는 용재수용날개(223b)의 내부로 흘러 튜브(110,111)의 외주면과 튜브접합날개(223a)의 내주면 사이로 스며 들어 브레이징 용접이 이루어진다. 따라서 종래 용재가 날개의 외부로 흘러 나가게 되어 용접 품질이 저하되는 문제점을 방지할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 1은 종래의 핀-튜브형 열교환기를 보여주는 단면개략도,

도 2는 종래의 핀을 보여주는 평면도,

도 3은 종래의 다른 실시예에 의한 핀을 보여주는 평면도,

도 4는 브레이징 용재와 모재 사이의 접촉각을 나타내는 개념도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 전체 구조를 보여주는 사시도,

도 6은 도 5에 도시된 열교환기의 분해사시도,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 핀을 보여주는 사시도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핀을 보여주는 평면개략도,

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 핀을 보여주는 평면개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110,111 : 튜브 120,220 : 핀

121,221 : 몸체 122,222 : 튜브삽입구멍

123a,223a : 튜브접합날개 123b,223b : 용재수용날개

124,224 : 용재수용부 125 : 슬릿

130,160 : 유로캡 140,150 : 엔드플레이트

Claims (8)

1. 내부에 유체가 흐르는 다수의 튜브가 구비되고, 상기 다수의 튜브가 관통삽입되는 개구된 형상의 튜브삽입구멍이 형성되어 브레이징 용접에 의해 상기 튜브 외주면과 튜브삽입구멍의 가장자리가 결합되는 판상의 핀이 일정 간격으로 다수 개 구비되는 핀-튜브형 열교환기에 있어서,

   상기 튜브삽입구멍의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부측에는 브레이징 용접시 용재가 수용되는 용재수용부가 형성된 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 튜브삽입구멍의 가장자리에는 상기 튜브의 길이방향으로 소정 높이의 튜브접합날개가 형성되고, 상기 용재수용부의 양측 가장자리에는 튜브의 길이방향으로 소정 높이의 용재수용날개가 상기 튜브접합날개로부터 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 용재수용부의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부측은 핀의 몸체에 의해 둘러싸여 용재수용부는 폐쇄된 형상인 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 용재수용부의 후단부측 핀 몸체는 절개되어 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
5. 제2항에 있어서,

   상기 용재수용부의 연소가스가 흐르는 방향의 후단부측은 소정의 폭으로 핀의 몸체가 절개되어 용재수용부가 개방된 형상인 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 용재수용부의 폭은 핀 피치의 2배∼4배 사이인 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
7. 제2항에 있어서,

   상기 튜브접합날개와 용재수용날개의 핀 몸체 표면으로부터 돌출된 높이는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.
8. 제2항 또는 제7항에 있어서,

   상기 튜브접합날개와 용재수용날개는 인접한 핀에 접촉되는 것을 특징으로 하는 핀-튜브형 열교환기.

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