KR20110033197A - 튜브 직경이 감소된 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법과 시스템, 및 이에 따라 제작된 제품 - Google Patents

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KR20110033197A
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에릭 가자
스티븐 머샤트
션 모써
앤드류 오버터프
데일 스텟슨
윌리엄 탑퍼
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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 배관을 헤어핀으로 구부리기에 앞서 재고 배관의 외경을 공칭 치수 미만의 치수로 줄이기 위한 단계를 포함하는 튜브 및 핀 열교환기 제작을 위한 개량된 방법 및 장치가 제공된다. 직경이 줄어들면 결과ㅈ거인 헤어핀의 강성을 커지며, 열교환기 핀과 단부 플레이트의 효율적인 레이싱이 가능해진다. 상기 방법은 배관의 직경을 줄이기 위해 조절 가능한 예비 사이즈 롤러를 이용한다. 본 발명은 또한 이러한 방법에 따라 제작된 헤어핀 및 열교환기를 포함한다.

Description

튜브 직경이 감소된 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법과 시스템, 및 이에 따라 제작된 제품{METHOD AND SYSTEM FOR MANUFACTURING TUBE AND FIN HEAT EXCHANGER WITH REDUCED TUBE DIAMETER, AND PRODUCT PRODUCED THEREBY}
본 발명은 일반적으로 튜브 및 핀 열교환기에 관한 것이며, 구체적으로 HVAC 시스템을 위한 것과 같은 튜브 및 핀 열교환기 제작을 위한 제작 공정 및 설비에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 튜브 및 핀 열교환기(10)는 상단 플레이트(14)와 하단 플레이트(16) 사이에 개재된 대체로 평평한 금속 핀(12)의 스택으로 구성된다. 열교환기 단부 플레이트를 나타내기 위해 사용되는 용어 "상단(상부)" 및 "하단(하부)"은, 후술하는 바와 같이, 수직 헤어핀 익스팬더 프레스(vertical hairpin expander press)에서 확대되는 동안의 열교환기의 배향에 기초하여 유래된 것이다. "상단" 및 "하단" 표시는 임의의 특정 장비에서의 열교환기 배향을 반드시 나타내야 하는 것은 아니다.
핀(12)은, 핀을 관통하여 형성되는 다수의 칼라링된(collared) 구멍(18)을 구비하고, 상단 플레이트(14) 및 하단 플레이트(16)는 이들 플레이트를 관통하여 형성되는 대응하는 구멍(20)을 구비한다. 핀(12) 및 단부 플레이트(14, 16)는 적층되며, 구멍(18, 20)은 스택을 통과하는 다수의 U자형 헤어핀 튜브("헤어핀")(22)를 수용하기 위해 축방향으로 정렬된다. 헤어핀(22)은, 통상 구리, 알루미늄, 강 또는 티타늄으로 된 소형 튜브의 길이부를 소직경 맨드릴 둘레로 180 도만큼 구부림으로써 형성된다. 헤어핀 튜브(22)는, 헤어핀 튜브(22)의 개방 단부(26)가 상단 플레이트(14)를 넘어 연장되도록, 하단 플레이트(16)로부터 느슨하게 적층된 핀의 조립체를 관통하여 끼워지고 레이싱된다. 상단 플레이트(14)는 헤어핀(22)의 개방 단부(26)에 걸쳐 미끄러지며, 헤어핀(22)은 내부로부터 기계적으로 확대되어 핀(12)과의 긴밀한 맞춤을 형성한다.
마지막으로, U자형 곡관 부속품(24)이 헤어핀 튜브(22)의 개방 단부(26)에 납땜되거나 브레이징(brazing)되어 핀(12)의 스택을 관통하는 사형(serpentine) 유체 회로를 형성한다.
도 2는, 튜브 및 핀 열교환기를 대량 생산하기 위해 사용되는, 종래 기술의 제작 공정을 설명하는 순서도이다. 도 1 및 도 2 양자 모두를 참고하면, 단계 50에 도시된 바와 같이, 핀(12)은 미국 미시건주 스터지스 소재 버 오크 툴 인크(Burr Oak Tool, Inc.)에 의해 제작되는 바와 같은, 핀 프레스에서의 스탬핑 공정에 의해 형성된다. 핀 재고는 시트 메탈의 롤에서 프레스로 이송된다. 다양한 금속, 열처리 및 두께를 사용할 수 있지만, 산업계에서는 일반적으로 알루미늄이 선택된다. 핀 재고는 언코일러(uncoiler)로부터 페이아웃(pay-out)되어 윤활되고, 이후 프레스를 통해 공급되며, 이때 다이는 끌어당기고, 세부 처리를 행하며, 칼라링된 구멍을 천공하고, 원하는 길이와 폭으로 핀을 절단한다. 스탬핑은 일반적으로 여러 단계에서 행해진다. 핀 프레스의 후방 단부에서, 핀은 진공 후드 아래의 다이로부터 인덱싱(indexing)하며, 이때 핀은 중단될 때까지 차압에 의해 적소에 유지되고, 중단될 때(종종 와이어에 의해 기계적으로 도움을 받음) 핀은 진공 후드로부터 핀의 칼라링된 구멍을 통과하는 수집 로드(collection rod) 상에 떨어진다. 수집 로드는 수집 테이블 상에 장착된다. 수집 테이블은, 일단 핀의 완전한 스택이 갖추어지면, 핀 프레스의 후방 단부로부터 제거된다. 드롭 로드(drop rod)가 핀 스택에 삽입되어 스택을 본래대로 유지한다. 조작자는 스택의 하부에 자신의 손을 놓음으로써 핀의 스택을 들어올리고, 수집 테이블 로드로부터 위로 스택을 물리적으로 들어올린다. 핀 스택은 이후 도 2에 요소(56)로 도시된 바와 같은 레이싱 공정을 위한 단계에 놓인다.
도 2에서의 단계 52에 의해 도시된 바와 같이, 열교환기 상단 플레이트(14) 및 하단 플레이트(16)는, 핀 스탬핑 공정(50)과는 독립적인 스탬핑 공정에서 제작된다. 단부 플레이트는 통상 강성이 상당한 시트 금속으로 제조된다. 단부 플레이트(14, 16)는 또한 각각 강성 및 견고성을 제공하기 위해 채널 또는 유사한 프로파일을 형성하는 만곡부를 포함할 수 있다. 핀(12)의 칼라링된 구멍(18)과 정렬되는 구멍(20)은 프레스 및 다이에 의해 단부 플레이트를 관통하여 천공된다.
헤어핀 튜브(22)는 공정 단계 54에서 제작된다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 헤어핀은 통상 다수의 헤어핀을 한 번에 형성하기 위해 미국 미시건주 스터지스 소재의 버 오크 툴 인크가 제작한 수직 만곡부 헤어핀 벤딩기와 같은 기계를 이용하여, 헤어핀 벤딩 머신(hairpin bender machine; 88)에서 형성된다. 재고 배관의 외경에 따라, 보통 최대 6개 라인의 배관이 통상 단일 헤어핀 벤딩 머신(88)에서 동시에 처리된다.
통상의 수직 만곡부 헤어핀 벤딩 머신(88)은 3개의 섹션 - 배관 페이아웃 섹션(90), 공급기 섹션(92) 및 벤딩기 섹션(94)으로 이루어진다. 스몰(Small) 등에게 허여된, 발명의 명칭이 "튜브 교정기 및 그 구동부(Tube Straightener and Drive Therefor)"인 미국 특허 제6,354,126호는, 통상의 공급기 섹션(92)를 설명하며, 이 특허는 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 존스 쥐 밀리만(Jones, G. Milliman)에게 허여된, 발명의 명칭이 "신장부 교정용 헤어핀 벤딩기(Stretch Straightening Hairpin Bender)"인 미국 특허 제5,233,853호는, 통상의 벤딩기 섹션(92)를 설명하며, 이 특허도 또한 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.
페이아웃 섹션(90)은, 다수의 배관 스풀 또는 베어팩(bare-pack) 배관 코일을 지지하기 위한, 언코일러로도 또한 알려진 코일 스탠드(96)를 포함한다. 재고 배관(100)은 페이아웃 섹션(90)에서 베어팩 코일 또는 스풀로부터 페이아웃되고, 재고 배관(100)은 통상 만곡부를 포함하며 때때로 원형이 완전하지 않을 수 있다. 따라서, 공급기 섹션은 보통 재고 배관을 다시 공칭 치수로 개량하기 위한 보정용 롤러를 포함한다.
공급기 섹션의 보다 상세한 도면은 도 4에 도시되어 있다. 횡단축(cross-axis) 롤러(102)는 재고 배관(100)의 난형도, 이심도, 및 완전하지 않은 상태를 보정하고, 이 재고 배관을 원형 프로파일로 복귀시킨다. 다음으로, 한 쌍의 예비 사이즈 롤러(pre-size roller; 104)가 보통 재고 배관(100)을 둘러싸고 압연하여 약간 큰 평균 외경을 갖는 재고 배관의 임의의 부분을 그 공칭 치수로 복원시킨다. 다른 종래 기술의 헤어핀 벤딩기 구성에서는, 고정식 예비 사이즈 다이(도시되어 있지 않음)가 예비 사이즈 롤러 쌍(104) 대신에 사용된다. 오프셋된 교정용 롤러(straightening roller; 106)의 마지막 쌍에 의해, 재고 배관(100)이 똑바르며 이상이 없다는 것이 보장된다.
3개의 보정 롤러(102, 104, 106) 이후에는, 한 쌍의 컨베이어 벨트(108)가 재고 배관을 클램핑하며, 배관이 헤어핀 벤딩 머신(88)을 통과하도록 한다. 헤어핀 벤딩기(88)에 의해 처리되는 재고 배관(100)의 각각의 라인은 벤딩기 섹션(96)에서 붐(boom; 110), 만곡부 아버(arbor) 클램프(112) 및 맨드릴 선단부 로드(114) 위로 공급 벨트 조립체(108)에 의해 공급된다. 배관이 스위치 타워와 접촉할 때까지 각각의 배관 라인에 대해 튜브를 계속 끌어당긴다. 일단 모든 튜브가 각각의 스위치 타워와 접촉하면, 만곡부 아버 클램프(112)는 맞물리고, 공급기 섹션(92)의 단부에 위치하는 튜브 절단기 헤드 조립체(98)는 튜브를 절단하며 구멍을 넓힌다(reaming). 맨드릴 선단부는 연장되고, 붐(110)이 작동하여 절단된 튜브 섹션을 180도 만큼 맨드릴(115)을 중심으로 구부리며, 이에 따라 헤어핀 튜브(22)가 생성된다. 일단 붐(110)이 완전한 만곡부를 나타내는 그 한계 스위치(도시되어 있지 않음)를 작동시키면, 만곡부 아버 클램프(112)가 해제되고, 스트리퍼 조립체(단순화를 위해 도시되어 있지 않음)는 헤어핀 튜브(22)를 붐(110) 외부로 그리고 맨드릴 선단부 로드(114)로부터 멀리 밀어내며, 이후 헤어핀(22)은 캐치 아암(역시 단순화를 위해 도시되어 있지 않음) 내로 떨어진다. 헤어핀(22)은 캐치 아암으로부터 제거되며, 도 2에서 요소(56)로 도시된 바와 같은 레이싱 공정을 위한 대형 랙(rack)에 놓이게 된다.
도 2의 단계 56에 도시된 바와 같이, 레이싱 공정은, 헤어핀(22), 하단 플레이트(16) 및 핀(12)의 스택이 함께 통상 수작업으로 조립되는 공정이다. 핀 스택은 한 번에 하나의 스택이 레이싱 테이블에 놓이게 된다. 드롭 로드는, 다수의 스택이 테이블 상에서 함께 조립되어 핀의 인접한 슬랩(slab)을 형성할 때 각각의 핀 스택으로부터 제거된다. 열교환기 하단 플레이트(16)가 슬랩의 일단부에 추가되며, 이는 임시로 로드들과 함께 적소에 유지된다. 이들 로드는 또한, 정렬을 유지하기 위해 적절한 개수의 헤어핀 튜브가 조립체를 관통하여 레이싱될 때까지 핀 정렬을 유지하는 데 도움이 된다. 헤어핀(22)는 통상 수작업으로 이를 처리하는 조작자에 의해 한 번에 하나씩 핀(12)의 슬랩 내로 하단 플레이트(16)를 통해 수동으로 레이싱된다. 통상적인 직경을 갖는 종래 기술의 헤어핀 및 핀에 대해, 예컨대 3/8 인치 직경의 헤어핀에 대해, 레이싱은 단순한 공정이며, 헤어핀 당 평균 5초 이하가 소요된다.
이러한 조립 단계에 있어서, 열교환기는, 조립체를 횡방향으로 관통하는 헤어핀(22)에 의해 함께 느슨하게 유지되는 하단 플레이트(16) 및 핀(12)의 스택으로 이루어진다. 도 2의 단계 58에 도시된 바와 같이, 튜브와 핀 사이에 효율적인 전도 열전달 경로가 형성되도록 열교환기의 핀과 튜브 사이에 긴밀한 금속 대 금속 인터페이스를 형성하기 위해, 헤어핀(22)은 핀에서 확대되어 억지 끼워맞춤(interference fit)을 이룬다.
레이싱된 열교환기 조립체는 헤어핀 익스팬더 머신(150) 내에 배치되며, 상단 플레이트(14)는 헤어핀(22)의 개방 단부(26)에 걸쳐 미끄러진다. 도 6은 종래 기술의 통상의 헤어핀 익스팬더(150)로서, 상방으로 향한 헤어핀(22)의 개방 단부와 함께 열교환기 조립체가 수직으로 그 내부에 배치되는 것인 헤어핀 익스팬더를 도시한 것이다. 도 1 및 도 6을 참고하면, 헤어핀 익스팬더(150)는 헤어핀(22)의 개방 단부(26)를 관통하기 위한 긴 로드(154)의 단부에 위치는 불릿(bullet; 152)을 구비한다. 헤어핀(22) 모두를 동시에 확대하기 위해 각각의 헤어핀(22)에 대해 2개씩 다수의 불릿(152) 및 로드(154)가 통상 마련된다. 각각의 불릿(152)은, 헤어핀 튜브(22)의 내경보다 큰 외경을 갖도록 크기가 결정된다. 익스팬더는, 가압 플레이트(153)에 작용하는 유압 램(151)을 구비하며, 상기 가압 플레이트는 이후 로드(154)를 구동한다. 익스팬더(150)가 불릿(152)을 헤어핀(22) 내로 밀어넣을 때, 불릿(152)은 핀(12)과의 긴밀한 억지 끼워맞춤 맞물림부로 헤어핀(22)을 확대시킨다.
헤어핀의 직경의 확대는, 헤어핀의 축방향 수축을 유발한다. 보통, 통상적인 헤어핀 튜브 직경(예컨대, 3/8 인치)일 때 사용되는 종래 기술의 확대 공정 중에 헤어핀 길이는 약 3 내지 5 퍼센트 감소된다. 초기 형태의 헤어핀 익스팬더(150)에 있어서, 열교환기 스택은 볼스터 플레이트(bolster plate; 156)에 의해 하단 플레이트(16)에서 그리고 헤어핀(22)의 만곡부(23)에서 익스팬더 내에 지지된다. 헤어핀 만곡부(23)는 헤어핀 만곡부를 내부에 수용하도록 절단된 반구형 홈(161)을 갖는 수용기 플레이트 또는 크레들 플레이트(158)에 의해 지지된다. 수용기 플레이트 또는 크레들 플레이트(158)는 이때 홀스터 플레이트(156) 상에 지지된다. 핀(12)의 스택 및 상단 플레이트(14)는 하단 플레이트(16) 상에 "떠있거나" 또는 하단 플레이트 상에 안착한다. 헤어핀이 확대될 때, 헤어핀(22)는 압축력을 받는다. 따라서, 익스팬더(150)는 익스팬더 프레임에 장착된 고정부(160)를 포함하며, 이 프레임 내부에 열교환기가 배치된다. 고정부(160)는 핀(12)이 확대 중에 비틀리지 않도록 핀(12)의 스택을 측방향으로 지지하는 전방 플레이트 및 후방 플레이트(162)를 포함한다. 익스팬더(150) 내에서 열교환기를 중앙에 위치시키기 용이하도록 고정부(160)에 측부 레일(164)이 포함될 수 있다.
상단 플레이트(16)는 초기에 헤어핀(22)의 선단부(26) 부근의 위치에 고정되기 때문에 먼저 확대가 이루어진 이후, 확대 중에 헤어핀(22)의 종방향 수축으로 인해 단부 플레이트 및 핀의 스택에 수반되는 수축 및 팽팽함이 나타난다. 이러한 유형의 익스팬더를 사용할 때 헤어핀의 수축을 예측하고 보상하기 위한 시도에도 불구하고, 이 공정으로 인해 여전히 열교환기의 치수상 변동이 커지는 결과를 초래한다.
종래 기술의 보다 진보한 익스팬더는, 모든 헤어핀 튜브가 동일한 비율로 수축하도록 하는 코일 수축 비율 제어용 특징부를 채용한다. 이러한 유형의 익스팬더를 사용할 때, 상단 플레이트(14) 및 하단 플레이트(16) 양자 모두는 원하는 치수로 고정부(160) 내에 고정되어 유지되고, 이에 따라 더 큰 치수상 공차를 갖는 최종적인 열교환기 제품을 제공한다. 헤어핀 만곡부(23)는 크레들 플레이트 또는 수용기 플레이트(158)에서 지지되며, 이때 상기 크레들 플레이트 또는 수용기 플레이트는 볼스터 플레이트(156)에 의해 지지된다. 초기 확대 동안, 헤어핀(22)은 압축된다. 그러나, 상단 플레이트가 고정부(160) 내에 견고하게 유지되기 때문에, 불릿이 상단 플레이트(14)를 통과하여, 헤어핀(22)의 상단(26) 부근에 상단 플레이트를 고정한 이후, 헤어핀 압축력은 헤어핀 만곡부(23)가 크레들 플레이트 또는 수용기 플레이트(158)와 접촉하고 이로부터 멀리 당겨짐에 따라 인장력이 된다. 헤어핀(22)은 확대 중에 고정부(160)에서 상단 플레이트(14)에 의해 유지되며, 헤어핀(22)이 길이부에서 접촉함에 따라 불릿(152) 아래의 헤어핀 배관은 핀(12)의 스택 내에서 상방으로 미끄러지고, 하단 플레이트(16)를 향해 헤어핀 만곡부(23)를 이동시킨다.
확대 중에 불릿(152)에 의해 상단 플레이트(14)에서 헤어핀(22)에 작용하는 상기 인장력이 상단 플레이트(14)의 구멍(20)에서 헤어핀(22)을 유지하는 억지 끼워맞춤의 강도를 초과할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 이러한 상황이 발생한다면, 열교환기에 대한 손상이 나타날 수 있다. 따라서, 수축 비율 제어식 익스팬더를 이용할 때, 크레들 플레이트 또는 수용기 플레이트(158)를 지탱하는 볼스터 플레이트(156)는 헤어핀 만곡부(23)가 상방으로 이동할 때 동일한 속도로 상방으로 이동하도록 구성되고 배치되며, 이에 따라 계속해서 헤어핀을 지지한다.
1988년 11월 1일자로 스트로우프(Stroup)에게 허여된, 발명의 명칭이 "튜브 및 핀 열교환기의 제작을 위한 장치(Apparatus for Making a Tube and Fin Heat Exchanger)"인 미국 특허 제4,780,955호는, 코일 수축 비율 제어를 채용하는 익스팬더를 설명하고 있으며, 이 특허는 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.
상기 미국 특허 제4,780,955호는, 가압 플레이트, 로드 및 확대용 불릿을 구동하는 램 실린더의 위치에 따라 볼스터 플레이트가 기계적으로 구동될 수 있다는 것을 교시한다. 예를 들면, 램 실린더가 하방으로 1인치 이동할 때마다, 캠 장치(도시되어 있지 않음)는 볼스터를 상방으로 0.03 인치만큼 구동한다. 미국 특허 제4,780,955호는 또한, 공압 액추에이터(도시되어 있지 않음)가 볼스터 플레이트를 상방으로 구동하는 것인 제2 장치를 개시하고 있다. 공압 액추에이터의 힘은, 불릿에 의해 헤어핀에 인가되는 힘과 적절히 균형을 맞추도록 조작자에 의해 수동으로 선택된다.
전술한 종래 기술의 수축 비율 제어식 익스팬더에 있어서, 수용기 플레이트 또는 안장 플레이트 및 볼스터 플레이트의 상방 이동은 열교환기 하단 플레이트에 상향 힘을 인가하는 경향이 있다. 열교환기의 하단 플레이트는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 피아노 힌지 클램프 장치에 의해 익스팬더 고정부 내에 견고하게 유지된다. 도 7은, 핀(12)의 스택에서의 억지 끼워맞춤 맞물림부로 헤어핀을 확대하기 위해 익스팬더 내에서 위치설정되는 것인 열교환기(10)의 하단을 도시한 것이다. 레이싱된 열교환기의 하단 플레이트(16)를 넘어 연장되는 헤어핀 만곡부(23)가 도시되어 있다. 열교환기 핀은 단순화를 위해 도시되어 있지 않다. 고정부 베이스 플레이트(165)는 수축 비율이 제어되는 전술한 확대 공정 동안 열교환기 하단 플레이트(16)를 수용하고 이 하단 플레이트의 위치를 설정한다. 베이스 플레이트(165)는, 하단 플레이트(16)가 내부에 수용되는 리세스가 형성된 시트(166)를 구비할 수 있다. 헤어핀 만곡부(23)가 수용기 플레이트 또는 크레들 플레이트(158)를 통과하고 수용기 플레이트 또는 크레들 플레이트 내에 수용될 수 있도록 하기 위해 베이스 플레이트(165)를 관통하는 슬롯(167)이 형성된다. 2개의 피아노 힌지 클램프(168)(단순화를 위해 단지 하나만 도시되어 있음)가 고정부 베이스 플레이트(165)에 부착되며, 안착된 하단 플레이트(16) 위로 접히도록 배치되고, 이에 따라 고정부 플레이트(165)의 리세스가 형성된 시트(166) 내에 하단 플레이트(16)를 유지한다. 한 쌍의 래치 메커니즘(170)은 고정부 플레이트(165)에서의 스터드(172)에 고정된다. 래치 메커니즘(170)은 회전하여 접혀진 클램핑 위치에 피아노 힌지 클램프(168)를 잠글 수 있거나 또는 피아노 힌지 클램프(168)가 자유롭게 흔들리게 할 수 있다.
도 8은 도 7의 고정부 베이스 플레이트(165)의 피아노 힌지 클램프 장치를 도시한 것이며, 이때 열교환기 하단 플레이트(16)는 베이스 플레이트(165)의 리세스가 형성된 시트(166) 내에 안착되어 있다. 피아노 힌지 클램프(168)는 열교환기 하단 플레이트(16) 위로 접히며, 이에 따라 하단 플레이트를 고정부 베이스 플레이트(165)에 견고하게 유지한다. 래치(170)는, 피아노 힌지 클램프(168)가 하향으로 접힌 위치에 유지되도록 한다.
도 1 및 도 2를 다시 참고하면, 확대 공정 이후 다수의 짧은 U자형 곡관 튜브(24)가 헤어핀(22)의 개방 단부(26)에 납땜되거나, 브레이징되거나, 또는 용접되어, 유체 유동을 위한 헤어핀으로부터의 하나 이상의 긴 사형 회로를 형성한다. 추가적으로, 다양한 유압 회로를 연결하는 하나 이상의 횡단(cross-over) 튜브(도시되어 있지 않음)가 헤어핀(22)의 개방 단부(26)에 납땜될 수 있거나, 브레이징될 수 있거나 또는 용접될 수 있다. 예컨대, 종래 기술의 3/8 인치 배관 열교환기를 제작하기 위해 사용되는 통상의 제작 공정에 있어서, U자형 곡관(26) 및 횡단 튜브는 도 2의 흐름도에서 단계 60으로 도시된 자동브레이징 공정에서 열교환기(10)에 브레이징된다. 튜브는 브레이징용 링과 수작업으로 조립되며, 열교환기는 연결부가 브레이징되는 노(furnace)를 통해 연장된다.
종래 기술의 열교환기 제작 공정에서 자동브레이징 단계 60 이후, 누설 점검이 행해진다. 각각의 회로에 대해서, 압력 감쇠 모니터링 장치를 일단부에 연결하는 동안 타단부는 막혀 있게 된다. 회로가 압력을 유지한다면, 누설은 없다.
마지막으로, HVAC 시스템에서 사용되는 열교환기에 대해, 단계 64에서, 서브쿨러(subcooler) 매니폴드, 액체 매니폴드 및 흡입 매니폴드는 수작업으로 열교환기 회로에 브레이징된다.
오존층 고갈에 있어서의 R22 냉매의 영향을 우려하고 있으며, 이에 따라 새로운 HVAC 시스템은 R410 냉매를 사용하도록 구성된다. R410 냉매 시스템은 그 대응물인 R22 냉매 시스템보다 높은 압력에서 작동한다. 작동 압력이 더 높으면, 히트 펌프 및 응축기의 열교환기 코일에서 보다 작은 직경의 배관을 사용할 수 있게 된다. 배관의 직경이 더 작으면 열전달 표면적의 비율이 보다 양호하게 되고, 형상 저항(form drag) 때문에 공기 측에 대한 압력 강하의 관점에서 장점이 있으며, 동일한 크기의 열전달 표면적을 제공하기 위해 요구되는 재료가 적고, 이는 상업적인 관점에서 특히 매력적이다. 결과적으로, 소직경 제품을 구현할 수 있는 제작 공정을 구성하고자 하는 강한 욕구가 HVAC 제작자들 사이에 존재한다. 일부 제작자는 7 mm를 사용하지만, 현재 산업 표준 직경은 3/8 인치이다. 다른 제작자는 5 mm 코일을 사용하여 길이가 짧은, 예컨대 길이가 36 인치 이하인 열교환기를 제작한다. 그러나, 헤어핀 배관이 과도하게 작은 경우, 레이싱 공정 및 확대 공정 양자 모두가 지나치게 곤란해지며, 최소형 열교환기를 제외한 임의의 열교환기를 상업적으로 실용적으로 제작하는 것은 이전에는 가능하지 않았다. 예를 들면, 길이가 6 피트 이상인 열교환기는 3/8 인치 구리 배관을 이용하여 용이하게 제작된다. 그러나, 본 발명 이전에는, 5 mm 구리 배관이 사용될 때, 약 36 인치보다 긴 열교환기의 제작은 상업적으로 가능하지 않았고 - 5 mm 구리 배관은 긴 열교환기를 용이하게 레이싱하고 확대하기에는 과도하게 얇음 - 5 mm 열교환기 제작의 비용을 감수하기에는 수반되는 제작 시간은 과도하게 길다.
따라서, 5 mm 구리 배관과 같은 소직경 헤어핀 배관을 특징으로 하는 튜브 및 핀 열교환기를 신속하고 용이하며 비용 효과적으로 제작할 수 있도록 하는 제작 공정 및 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 1차 목적은, 5 mm 또는 이보다 작은 배관을 이용하여 길이가 긴 튜브 및 핀 열교환기를 제작할 수 있도록 하는 제작 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 전술한 5 mm 제작 공정에서 사용하기 위한 예비 레이싱(pre-lacing) 헤어핀 배관 크기설정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 전술한 5 mm 제작 공정에서 사용하기 위한 익스팬더 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 5mm 열교환기를 제작할 수 있도록 기존의 튜브 및 핀 열교환기 제작 설비를 변형한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 전술한 5 mm 제작 공정에서 사용하기 위한 개선된 레이싱 테이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, U자형 곡관, 횡단부, 및 모든 HVAC 매니폴드가 하나의 단계에서 브레이징되는, 전술한 5 mm 제작 공정을 위한 자동브레이징 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 열교환기 유체 회로에서의 막힘을 판단하기 위한 압력 테스트를 제공하는 것이다.
전술한 목적들뿐만 아니라 본 발명의 다른 특징은, 바람직한 실시예에 따라 배관을 헤어핀으로 구부리기에 앞서 재고 배관의 외경을 공칭 치수 미만의 치수로 감소시키기 위한 공정을 포함하는 것인 개선된 튜브 및 열교환기 제작 방법에서 구현된다. 상기 제작 방법은, 배관의 직경을 감소시키기 위해 조정되는 예비 사이즈 롤러를 이용한다. 직경의 감소는 결과적인 헤어핀의 강성을 증가시키며 결과적인 헤어핀에 난형도(ovality)를 부여하고, 이는 열교환기 핀 및 단부 플레이트의 효율적인 레이싱을 가능하게 한다.
바람직한 실시예에 따른 제작 공정은 또한, 예컨대 8 내지 9 퍼센트의 높은 확대 비율을 갖는 헤어핀 튜브의 확대를 포함한다. 이러한 확대 중에, 헤어핀 튜브 만곡부는, 헤어핀 튜브에 부여되는 결과적인 힘을 정확하게 제어하는 것인 프로그램 가능한 무한 가변 유압 작동식 볼스터 플레이트에 의해 지지된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제작 공정은, U자형 곡관 부속품 및 매니폴드 양자 모두가 고온 브레이징용 링 및 저온 브레이징용 링을 이용하여 헤어핀 튜브에 동시에 브레이징되는 것인 신규의 자동브레이징 단계를 더 포함한다.
바람직한 제작 공정은 또한 압력 감쇠 테스터를 이용하여 튜브 막힘을 판단하기 위한 고유의 압력 테스트를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 폐루프 제어되고 유압식으로 위치설정되는 볼스터 플레이트를 갖춘 개선된 헤어핀 익스팬더 머신을 포함하며, 열교환기 유지용 고정부는 연속된 전장(全長)의 전방 플레이트, 후방 플레이트 및 측부 레일을 특징으로 한다. 바람직하게는, 익스팬더는 신규의 열교환기 하단 플레이트 클램핑 메커니즘을 고정부의 일부로서 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 또한 개선된 레이싱 테이블 및 헤어핀 저장통 조립체를 포함한다.
마지막으로, 본 발명은 본 명세서에 개시된 제작 공정에 따라 제작된 소직경 헤어핀 배관을 갖춘 열교환기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 5 mm 또는 이보다 작은 배관을 이용하여 길이가 긴 튜브 및 핀 열교환기를 제작할 수 있도록 하는 제작 공정, 상기 5 mm 제작 공정에서 사용하기 위한 예비 레이싱 헤어핀 배관 크기설정 장치, 상기 5 mm 제작 공정에서 사용하기 위한 익스팬더 장치, 5 mm 열교환기를 제작할 수 있도록 기존의 튜브 및 핀 열교환기 제작 설비를 변형한 장치, 상기 5 mm 제작 공정에서 사용하기 위한 개선된 레이싱 테이블을 얻을 수 있으며, U자형 곡관, 횡단부, 및 모든 HVAC 매니폴드가 하나의 단계에서 브레이징되는 것인 상기 5 mm 제작 공정을 위한 자동브레이징 공정, 및 열교환기 유체 회로에서의 막힘을 판단하기 위한 압력 테스트 방법을 얻을 수 있다.
첨부 도면에 제시된 실시예에 기초하여 이후에 상세하게 본 발명을 설명한다.
도 1은 종래 기술의 통상의 튜브 및 핀 열교환기의 사시도이다.
도 2는 HVAC 시스템을 위해 사용되는 튜브 및 핀 열교환기를 제작하기 위한 종래 기술의 공정을 설명하는 순서도이다.
도 3은 종래 기술의 통상의 헤어핀 벤딩 머신을 도시하는 사시도로서, 언코일러(uncoiler), 일련의 보정용 롤러, 공급 벨트 구동 메커니즘 및 튜브 절단기 및 튜브 벤딩기를 포함하는 공정 설비를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 헤어핀 벤딩 머신의 공급 섹션의 확대 사시도로서, 횡단축 보정용 롤러, 예비 사이즈 롤러, 교정용 롤러, 공급 벨트 구동 메커니즘 및 튜브 절단기를 도시한다.
도 5는 도 3 및 도 4의 예비 사이즈 롤러 및 교정용 롤러의 상세 사시도로서, 배관 재고를 수용하고 그 크기를 결정하며 교정하기 위한 개별 롤러들에서의 둘레방향 홈을 도시한 도면이다.
도 6은 종래 기술의 통상의 수직 헤어핀 익스팬더의 사시도로서, 램 실린더, 가압 플레이트, 헤어핀 로드 및 헤어핀 튜브를 진입시키고 확대하기 위해 사용되는 불릿을 도시한 것이다.
도 7은 종래 기술의 수축 비율 제어식 익스팬더의 고정부의 부분 사시도로서, 고정부 플레이트의 베이스에서 리세스가 형성된 시트 내에 위치설정하기 위한 열교환기의 하단부 및 고정부 베이스 플레이트 내에서 견고하게 유지되도록 안착된 하단 플레이트 위로 접히도록 구성되는 피아노 힌지 클램프를 도시한다.
도 8은 도 7의 고정부 베이스 플레이트 조립체의 사시도로서, 고정부 베이스 플레이트 내에 클램핑된 열교환기 하단 플레이트를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 헤어핀 직경이 감소된 열교환기를 제작하기 위한 공정을 설명하는 순서도이다.
도 10은 재고 배관의 외경을 그 공칭 치수 미만의 치수까지 감소시키도록 예비 사이즈 롤러가 설정되는 것인, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤어핀 벤딩 머신에서의 예비 사이즈 롤러의 세부 사시도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤어핀 보관용 랙의 사시도로서, 개별적인 관형 격실을 도시하는 도면이다.
도 12는 특정한 테이블 편평도 및 연속적인 측부 레일을 구비하는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 레이싱 테이블의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수축 비율 제어식 수직 헤어핀 익스팬더의 정면 입면도로서, 그 운동 범위의 상단의 익스펜터 불릿 및 그 운동 범위의 하단의 볼스터 플레이트를 함께 도시한 도면이다.
도 14는 도 13의 헤어핀 익스팬더의 정면 입면도로서, 아래 위치에 있는 익스팬더 불릿 및 유압 피스톤-실린더 조립체에 의해 상승되는 볼스터 플레이트를 함께 도시한 도면이다.
도 15는 도 7 및 도 8의 통상적인 피아노-힌지 클램프 메커니즘 대신 도 13 및 도 14의 익스팬더와 함께 사용하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개량된 하단 플레이트 클램프 조립체의 사시도로서, 고정부 베이스 플레이트에 장착된 한 쌍의 브릿지 및 하단 플레이트를 클램핑하기 위해 브릿지와 베이스 플레이트 사이에서 미끄러지는 포크(fork)를 도시한 도면이다.
도 16은 도 15의 개량된 하단 플레이트 클램프 조립체의 사시도로서, 클램핑 위치에 위치설정되는 포크를 도시하며, 고정부 베이스 플레이트의 리세스가 형성된 시트에서의 열교환기 하단 플레이트를 캡쳐한 도면이다.
도 17은 도 15 및 도 16의 브릿지들 중 하나의 브릿지의 상세 사시도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제작된 HVAC 열교환기 응축기 코일의 상단의 사시도로서, 단일 자동브레이징 공정에서 헤어핀 튜브에 브레이징되는 매니폴드 및 U자형 곡관 부속품을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 헤어핀 직경이 감소된 열교환기를 제작하기 위한 공정을 설명하는 순서도이다.
단계 50'에 나타낸 바와 같이, 소직경 헤어핀(22')[예컨대 반드시 5 mm 배관으로 한정될 필요는 없음]을 위해 구성된 핀(12')은, 도 2를 참고하여 단계 50에서 설명한 바와 동일한 방식으로 핀 프레스에 의해 생산된다. 단계 50' 및 이에 따라 생산되는 열교환기 핀(12')의 세부사항은, 발명의 명칭이 "튜브 직경이 감소되고 이에 따라 최적화된 핀이 생산되는 튜브 및 핀 열교환기 제작 방법(Method for Manufacturing Tube and Fin Heat Exchanger with Reduced Tube Diameter and Optimized Fin Produced Thereby)"이며 발명자 페이 페이 첸(Pei Pei Chen) 및 러셀 타르프(Russell Tharp)에 의해 2008년 6월 13일자로 출원된, 공동 진행중인 미국 가특허 출원 제61/061,498호에 개시되어 있으며, 이 미국 가특허 출원은 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 마찬가지로, 열교환기 상단 플레이트(14') 및 하단 플레이트(16')는, 단계 52'에서, 감소된 직경의 헤어핀 튜브(22')를 위해 단부 플레이트들의 치수가 결정된다는 것을 제외하고는, 종래 기술에 공지되고 도 2의 단계 52를 참고하여 전술한 바와 같이 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 헤어핀 직경이 감소된(예컨대, 5 mm인) 튜브 및 핀 열교환기의 제작 공정은, 헤어핀 배관의 형성에 있어서 신규의 명확한 공정 단계 200을 포함한다. 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같은 종래 기술의 헤어핀 형성 공정에 있어서, 헤어핀 벤딩 머신은, 코일형 배관을 교정하고 이심도 또는 과대 치수와 같은 치수상의 비정상을 보정하는 보정 공정을 통해 카드보드 스풀로부터 또는 평평하게 권취된 다발 코일로부터, 표피가 경화되지 않은 원래 배관(10)을 끌어당김으로써 그 역할을 한다. 상기 보정 공정은, 배관을 절단하고 구부리기 이전에 일련의 횡단축 롤러(102), 예비 사이즈 롤러(104) 및/또는 교정용 롤러(106)에 의해 행해지는 것이 보통이다. 배관은, 2개의 대향하는 공급 벨트 사이에 배관을 클램핑하기 위해 공압 실린더를 사용하는 공급 벨트 구동 시스템(108)에 의해 보정 롤러를 통해 끌어 당겨진다. 공급 벨트가 회전함에 따라, 배관은 헤어핀 생산 라인을 통해 끌어 당겨진다. 튜브 절단기(98)는 교정된 배관 재고를 소정의 길이로 절단하며, 배관 벤딩기(94)는 맨드릴(115) 둘레에서 절단된 배관을 구부린다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 종래 기술에 공지된 바와 같은 공칭 배관 치수에 대한 치수 상의 비정상을 보정하는 보정 공정에 추가하여, 또는 이 보정 공정을 대신하여, 표피가 경화되지 않은 5 mm 배관 재고(100')가 예비 사이즈 롤러(104')를 통과하게 되지만, 예비 사이즈 롤러(104')는 배관 재고(100')의 외경이 그 공칭 직경보다 현저히 작게 되는 치수로 감소되게 하도록 위치설정된다. 예를 들면, 예비 사이즈 롤러(104')에서 배관 재고 측정값은 5.05 mm로부터 4.86 mm로 크기가 감소된다(3.8 % 감소).
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 예비 사이즈 롤러(104')의 보다 상세한 도면이다. 바람직하게는, 예비 사이즈 롤러(104')들이 구동 벨트 시스템(98) 이전에 위치하지만, 이들 예비 사이즈 롤러는 원한다면 구동 벨트 시스템(98) 이후에 위치할 수 있다. 예비 사이즈 롤러(104')는 하나 이상의 상부 롤러(130) 및 하나 이상의 하부 롤러(132)를 포함한다. 상부 롤러(130)와 하부 롤러(132) 사이의 거리는, 예비 사이즈 롤러(104')를 빠져나오는 배관의 결과적인 외경이 정확하게 조정되고 제어될 수 있도록 선택적으로 조정 가능하다. 바람직하게는, 다이얼식 지시계 또는 유사한 게이지(도시되어 있지 않음)가 마련되어 롤러 위치에 있어서의 정확한 조정이 측정될 수 있다. 각각의 개별 롤러(104')는, 5 mm 배관 재고(100')가 수용되는 롤러의 둘레에 형성되는 중앙 홈(105) 을 포함한다. 예비 사이즈 롤러(104')는 배관 재고(100')를 압착시켜, 공칭보다 현저하게 작은 값의 외경을 갖는 배관(100")을 생산한다. 이러한 직경 감소는, 5 mm 또는 이보다 작은 헤어핀(22')과 함께 핀(12')의 긴 스택을 레이싱하는 능력을 개선하는 결과를 초래하는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제작 공정의 제1 특징이다.
헤어핀 직경의 감소 이외에도, 예비 사이즈 롤러(104')의 작용은 배관(100")의 표피 경화를 초래하며[그리고 이에 따라 헤어핀(22')의 표피 경화를 초래함], 이는 5 mm 또는 이보다 작은 헤어핀(22')과 함께 핀(12')의 긴 스택을 레이싱하는 능력을 개선하는 결과를 초래하는, 본 발명의 바람직한 살시에에 따른 공정의 제2 특징이다. 예를 들면, 5 mm 구리 배관을 이용할 때, 2X2의 완전한 공장의 실험계획(DOE; Design Of Experiment)을 통해 예비 사이즈 롤러(104')에 의한 구리 배관 외면의 냉간 가공에 의해 담금질된(case-hardened) 배관(100")이 형성되며, 이는 다음으로 헤어핀(22')의 외팔보 편향을 줄여주고, 이에 따라 레이싱 공정(202)을 용이하게 한다는 것이 밝혀졌다. 추가의 잇점으로서, 표피 경화는 또한, 바람직한 실시예에 따라 제작된 열교환기를 사용할 때 다양한 HVAC 시스템 구성으로부터 압력 스위치가 제거될 수 있도록 하여 비용 절감을 유발함과 동시에 헤어핀(22')의 산출량 및 파괴 강도 양자 모두를 개선한다.
예비 사이즈 롤러(104')들은 과대 크기의 5 mm 배관을 그 공칭 직경인 5.05 mm로 복귀시키는 데 사용되도록 구성되는 홈(105)을 구비하기 때문에, 이들 예비 사이즈 롤러(104')를 이용하여 배관 직경을 4.86 mm로 감소시키는 것은, 이는 배관에 0.05 mm의 난형도를 부여한다. 이러한 결과적인 헤어핀 난형도는, 핀의 칼라링된 구멍과 헤어핀 튜브 표면의 접촉 면적을 줄여주며, 5 mm 또는 이보다 작은 헤어핀(22')과 함께 핀(12')의 긴 스택을 레이싱하는 능력을 개선하는 결과를 초래하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제작 공정의 제3 특징이다.
예비 사이즈 롤러(104')를 이용하여 헤어핀 튜브의 직경을 감소시키는 것이 바람직하지만, 헤어핀 직경을 감소시키기 위한 다른 수단을 사용할 수 있다. 추가적으로, 난형 헤어핀 배관을 생성하기 위한 다른 수단이 사용될 수 있고, 적절하다면 표피 경화 또는 담금질을 위한 다른 수단 또는 배관을 사용할 수 있다.
도 11을 참고하면, 일단 헤어핀(22')들이 제작된 후, 이들 헤어핀은 겹겹이 적재될 수 있는 소직경 헤어핀(22')의 개수를 제한하기 위해 바람직하게는 튜브(299) 또는 다른 분할된 랙(rack)에서 준비된다. 이러한 구획화에 의해 헤어핀(22')이 손상으로부터 보호되며 헤어핀들의 치수상 무결성이 유지된다.
레이싱 공정은 도 9의 단계 202에 설명되어 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개선된 레이싱 테이블은 도 12에 도시되어 있다. 통상적인 용도(3/8 인치 열교환기)의 레이싱 테이블은 보통 용접된 강으로 제작된다. 용접은 레이싱 테이블 표면의 약한 뒤틀림을 초래한다. 이러한 뒤틀림은 3/8 인치 헤어핀의 레이싱에 있어서는 미미한 반면, 핀 구멍의 결과적인 오정렬에 의해 5 mm 또는 이보다 작은 헤어핀을 갖는 긴 열교환기를 레이싱하기는 곤란하게 된다. 바람직한 실시예에 따르면, 특급 알루미늄의 레이싱 테이블(300)이 구성된다. 테이블(300)은 핀 구멍 오정렬을 줄이기 위해 그 폭을 가로질러 0.001 인치 이내로 편평도가 유지되는 수평면(302)을 포함한다. 핀 구멍 정렬을 더욱 확실하게 하기 위해 전장 알루미늄 측부 레일(304, 306)이 포함된다.
바람직한 실시예에 따른 확대 공정은 도 13 및 도 14를 참고하여 후술하는 바와 같이, 도 9의 단계 204에 도시되어 있으며, 신규의 수직 헤어핀 익스팬더(250)에 의해 수행된다. 헤어핀(22')은 공칭 치수 미만으로 감소된 직경을 갖기 때문에, 칼라링된 핀 구멍과의 요구되는 억지 끼워막춤을 형성하기 위해 더 큰 확대 비율이 구현되어야만 한다. 따라서, 헤어핀의 크기에 비해, 확대 중에 더 큰 헤어핀 힘이 발생된다. 좁은 파라메타 내에서 헤어핀 힘이 볼스터 플레이트에 의해 균형을 맞추기 못하면, 실패하게 될 것이다.
익스팬더(250)는 바람직하게는 수직 헤어핀 익스팬더이며, 버 오크 툴 인크가 제작하고 크라운 언리미티드 머신 인크가 개량한 것으로서, 확대용 불릿이 헤어핀 튜브를 통과할 때 볼스터 플레이트가 제어된 거리만큼 이동하도록 함으로써 헤어핀 튜브의 수축 비율을 좌우하고 보조하도록 마련된다. 예를 들면, 열교환기의 수평 로딩 및 언로딩이 가능하게 하는 틸딩 플랫폼(tilting platform)을 갖춘 버 오크사의 모델 CDE-M387-3인 수직 익스팬더가 사용될 수 있다. 익스팬더(250)는, 이때 다수의 로드(256) 및 불릿(258)(단순화를 위해 단지 하나만 도시되어 있음)을 구동하는 가압 플레이트(254)를 이동시키는 램 실린더(252)를 포함한다. 연속적인 전방 플레이트(260), 연속적인 후방 플레이트(261)[도 13 및 도 14에서 전방 플레이트(260) 바로 뒤에 배치됨]를 포함하는 고정부(259) 및 좌측부 레일(262)과 우측부 레일(264)은, 열교환기 상단 플레이트 및 하단 플레이트 그리고 익스팬더(250) 내에 고정된 핀의 스택을 각각 유지한다. 수용기 플레이트(270)에 연결된, 헤어핀 만곡부를 지지하기 위한 안장(266)이 도시되어 있으며, 이때 수용기 플레이트는 볼스터 플레이트(272)에 의해 지탱된다. 볼스터 플레이트(272)는, 볼스터 플레이트(272)와 익스팬더 프레임(275) 사이에 연결되는 유압 피스톤-실린더 장치(274)(도 14)에 의해 상하 수직으로 이동된다.
종래 기술의 볼스터 플레이트 액추에이터와는 달리, 액추에이터(274)는 위치 또는 힘의 피드백 신호를 수신하는 폐루프 제어 시스템에 의해 제어되며, 이에 따라 볼스터 플레이트 위치의 정확한 무한 가변 프로그래밍이 가능하게 된다. 유압식 볼스터 제어 시스템은 바람직하게는 하나 이상의 위치 또는 힘 센서(276) 그리고 유압식 액추에이터 시스템(274)과 피드백 센서(276) 사이에 연결되는 제어 시스템(278)(명칭이 표시된 박스로서 기능적으로 도시됨)을 포함한다. 바람직하게는, 제어 시스템(278)은 컴퓨터 프로세서를 이용하는 전자식 디지털 제어 시스템이다. 제어 시스템들이 당업계에 널리 공지되어 있으므로, 제어 시스템(278)은 본 명세서에서 추가로 언급하지 않는다.
도 13에 도시된 바와 같이, 확대가 아직 일어나지 않았을 때, 로드(256) 및 불릿(258)은 이동 범위의 상부에 위치한다. 볼스터 플레이트(272), 수용기 플레이트(270) 및 안장(266)은 각각의 대응하는 최저 이동 지점에 위치한다. 헤어핀을 확대하기 위해, 램(252)은 하방으로 작동되며, 이에 따라 가압 플레이트(254), 로드(256) 및 불릿(258)을 하향으로 구동한다. 동시에, 사용자에 의해 프로그래밍된 프로파일에 따라, 유압식 볼스터 액추에이터(274)는 제어 시스템(278)에 의해 생성되는 신호에 따라 상향으로 구동되며, 이때 하나 이상의 피드백 신호는 램(252) 위치 또는 힘 혹은 볼스터 플레이트(272) 위치 또는 힘을 나타낸다. 유압식 볼스터 액추에이터(274)가 상향으로 이동할 때, 이 액추에이터는 볼스터 플레이트(272), 수용기 플레이트(270) 및 안장(266)을 상향으로 구동하여 확대 공정 중에 헤어핀 튜브에 인가되는 힘의 균형을 맞춘다. 도 14는, 불릿(258)이 그 최저 이동 지점에 위치하고 볼스터 플레이트(270)가 그 최고 이동 지점에 위치할 때 확대가 이루어진 이후의 익스팬더(250)를 도시한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제작 공정에서 채용되는 큰 확대 비율(보통 8 내지 9 퍼센트) 때문에, 볼스터 플레이트(272)는 불릿(258)이 이동하는 거리의 약 1/10을 이동할 수 있다.
도 13 및 도 14는, 5 mm 또는 이보다 작은 열교환기 제작에 도움이 되는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 익스팬더(250)의 제2 특징부를 도시한 것이다. 종래 기술의 헤어핀 익스팬더는 통상 다수의 전방 플레이트 및 다수의 후방 플레이트를 구비하는 고정부를 채용하며, 이들 플레이트는 다양한 길이, 폭 및 깊이의 열교환기 스택을 수용하도록 다시 위치 설정된다. 이웃한 전방 플레이트 사이 그리고 이웃한 후방 플레이트 사이에 간격이 존재한다. 이러한 간격은 종래 기술의 3/8 인치 열교환기를 확대시키는 경우 문제가 되지 않았다. 마찬가지로, 종래 기술의 익스팬더 고정부는, 전방 플레이트 또는 후방 플레이트에 장착되는 짧은 개별 측부 레일 세그먼트를 구비한다. 보통 측부마다 오직 하나 또는 2개의 측부 레일 세그먼트가 사용되며, 이는 단지 고정부를 이용하여 스택을 중앙에 위치시키기 위한 가이드로서의 역할을 한다.
그러나, 5 mm 열교환기를 확대하는 데 수반되는 큰 헤어핀 힘 때문에, 헤어핀(22')은 고정부에서 간격이 존재하는 영역에서 비틀리기 쉽다. 따라서, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 고정부(259)는 연속적인 전장 및 전체 폭의 전방 플레이트(260) 그리고 연속적인 전장 및 전체 폭의 후방 플레이트(261)를 포함한다. 마찬가지로, 고정부(259)는 연속적인 전장의 측부 레일(262, 264)을 포함한다. 연속적인 전장의 전방 플레이트 및 후방 플레이트와 협력하여 연속적인 전장의 측부 레일은, 비틀림을 방지하기 위해 핀의 전체 스택 주위로 360 도만큼 측부 지지를 제공한다. 전방 플레이트(260) 및 후방 플레이트(261) 그리고 좌측부 레일(262) 및 우측부 레일(264)이 전체 길이로 도시되어 있지만, 실제로 이는 이들 구성요소가 열교환기 상단 플레이트 및/또는 열교환기 하단 플레이트 중 적어도 수 인치 내에서 연장된다는 것을 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 익스팬더(250)는 신규의 클램핑 장치를 포함한다. 수축 비율이 제어되는 확대 공정 동안, 엄청난 힘이 열교환기 하단 플레이트, 특히 대형 5 mm 열교환기의에 작용할 수 있다. 이러한 큰 힘은 문제가 되는데, 왜냐하면 보통 크라운 언리미티드 머신사의 익스팬더가 마련되는 종래 기술의 피아노 힌지 클램프 고정부(168)(도 7 및 도 8)는 확대하는 동안 하단 플레이트를 유지할 수 없기 때문이다.
도 15 및 도 16은 도 7 및 도 8의 종래 기술의 피아노 클램프(168)를 대체하는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 개량된 클램핑 고정부(450)를 도시한 것이다. 클램프(450)는 2개의 브릿지(452)를 포함하며, 이들 브릿지는 고정부(259)의 일부인(도 13 및 도 14) 크라운 언리미티드 머신 인크의 익스팬더의 기존 베이스 플레이트(165)에 장착된다. 브릿지(452)는 열교환기가 익스팬더(250)와 클램핑되어 있는지 여부와 무관하게 베이스 플레이트(165)에 부착된 상태로 남게 된다. 일단 열교환기 하단 플레이트(16')가 베이스 플레이트(165)에서 리세스가 형성된 시트 내에 수용되면, U자형 포크 부재(456)는 단순히 양 브릿지(452)들 아래로 미끄러져 열교환기 하단 플레이트(16')를 적소에 고정시킨다. 포크(456)는, 열교환기의 헤어핀 튜브(22')를 수용하는 슬롯(457)을 구비한다. 열교환기를 제거하도록 요구되는 경우, 포크(456)는 브릿지(452) 아래로부터 맞물림 해제되어 미끄러진다. 각각에 개구(460)가 형성된 2개의 블록(458)은 바람직하게는 스터드(162) 상에 수용되고(또한 도 6 및 도 7 참고) 포크(456)의 슬롯(457) 내에 수용된다. 클램핑 고정부(450)는 5 mm 열교환기 제작을 위해 요구되는 강건한 클램프를 제공한다.
도 17은 클램프(450)의 브릿지(452)를 도시한 것이다. 각각의 브릿지(452)는, 브릿지가 베이스 플레이트(165)에 볼트 결합될 수 있도록 하는 구멍(454)을 포함할 수 있다.
도 9 및 도 18을 함께 참고하면, 헤어핀 확대 단계 204 이후, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동브레이징 단계(206)가 행해진다. 통상적인 3/8 인치 자동브레이징에서는, 단지 U자형 곡관(24)(도 1) 및 횡단 부속품만이 포함된다. 바람직한 실시예에 따르면, 단계 206에서, 서브쿨러 매니폴드(502), 액체 매니폴드(503) 및 흡입 매니폴드(506)는 또한 자동브레이징 공정에서 U자형 곡관(24')과 브레이징된다. 이러한 공정 단계는 이후의 조립 단계(64)(도 2)에서의 수동 브레이징과 관련된 인력 변동을 없애며 누설을 줄여준다. 단계 206은 더욱 효율적인 누설 시험을 허용하는 추가적인 장점을 갖는데, 이는 각각의 유체 회로를 개별적으로 한 번에 하나씩 테스트해야만 하는 것이 아니라 단계 62'에서 동시에 모든 회로를 테스트할 수 있기 때문이다.
긴 매니폴드 레그(leg) 대 작은 U자형 곡관 부속품에서의 구리 질량 증가로 인해, 낮은 용융점을 특징으로 하는 브레이징용 링이 매니폴드 레그 상에서 사용된다. U자형 곡관(24')에서의 브레이징용 링은 바람직하게는 화씨 1310 도의 용융점을 갖는 경우 BCuP-2 등가물이다. 매니폴드(502, 503, 506)의 레그 상의 브레이징용 링은 바람직하게는 화씨 1190 도의 용융점을 갖는 경우 BCu-P4 등가물이다.
예를 들어, 도 18을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제작되는 바와 같은 열교환기 상단 플레이트(14')가 도시되어 있다. 5 mm 헤어핀 튜브의 상부 선단부(26')는 상단 플레이트(14')를 넘어 연장된다. U자형 곡관 부속품(24')은, 고온 브레이징용 링을 이용하여 예시적인 연결부(501)에서 상부 선단부(26')에 브레이징된다. 서브쿨러 매니폴드(502), 액체 매니폴드(503) 및 흡입 매니폴드(506)의 레그는, 저온 브레이징용 링을 이용하여, 각각 예시적인 연결부들(505, 504 및 507)에 브레이징된다.
다시 도 9를 참고하면, 서브쿨러 매니폴드(502), 액체 매니폴드(503) 및 흡입 매니폴드(506)가 각각 자동브레이징 단계 206에 포함되기 때문에 개별 회로를 한 번에 하나씩 점검하는 대신 모든 회로를 동시에 점검한다는 것을 제외하고는, 도 2의 단계 62에서의 누설 점검과 유사한 방식으로 단계 62'에서 압력 감쇠 측정에 의한 누설 점검이 이루어진다. 압력 감쇠 테스터는 건조 공기가 고압으로 응축기 코일의 일부로 이동하도록 하며, 이때 코일의 나머지 부분은 신속하게 분리되는 기계적 플러그로 밀봉된다. 짧은 안정화 시구간 이후, 압력 강하를 위한 시간에 걸쳐 코일 내부의 압력이 측정되며, 이는 누설을 나타낼 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 누설 점검(62')을 행하기 위해 사용되는 동일한 압력 감쇠 측정 장비를 이용하여 막힘 테스트(208)가 행해진다. 막힘은 종래 기술의 제작 공정에서는 테스트되지 않는다. 소직경 배관은 브레이징되는 연결부를 넘어 유동하고 자동브레이징 공정(206) 중에 배관에 수집되는 액체 브레이징 재료로 인해 막힐 가능성이 더욱 높다. 압력 감쇠 테스터는 코일의 입력 포트에 연결되지만, 코일의 출구 포트, 예컨대 액체 매니폴드는 개방된 상태로 남아 있으며, 즉 대기로 통기된다. 압력 감쇠 테스터는 고압 공기를 코일 내로 분사하며, 압력 감쇠 테스터에 의해 감지되는 압력이 측정된다. 보통 막히지 않은 코일은, U자형 곡관으로부터의 코일에서의 자연적인 억제, 배관 직경의 변화 및 길이가 긴 소직경 회로로 인해 이러한 구성에서 내부 압력을 유지할 것이다. 예를 들면, 구체적으로 325 psi의 건조 공기가 충전되는 막히지 않은 5 mm 코일은 190 내지 195 psi의 내부 압력을 유지할 것이다. 코일이 막혀있거나 부분적으로 막혀있으면, 감지되는 압력은 높은 레벨에 있을 것이다.
본 개시내용의 요약문은 오로지, 대략적으로 읽음으로써 신속하게 기술적 개시내용의 특성 및 요지를 평가하는 방법을 미국 특허청 및 공중에게 제공하기 위해 작성된 것이며, 이는 오로지 바람직한 실시예만을 제시하고, 전체적으로 본 발명의 특성을 나타내는 것은 아니다.
본 발명의 일부 실시예를 상세히 설명하였지만, 본 발명은 도시된 실시예로 한정되지 않으며, 당업자에 의해 전술한 실시예에 대한 변경 및 응용이 행해질 수 있다. 이러한 변형 및 응용은 본 명세서에 기재된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에 속한다.
10 : 튜브 및 핀 열교환기 12 : 핀
14 : 상단 플레이트 16 : 하단 플레이트
18, 20 : 구멍 22 : 헤어핀 튜브
26 : 개방 단부 90 : 페이아웃 섹션
92 : 공급기 섹션 94 : 벤딩기 섹션
96 : 코일 스탠드 104 : 예비 사이즈 롤러
108 : 컨베이어 벨트 110 : 붐
112 : 만곡부 아버 클램프 114 : 맨드릴 선단부 로드

Claims (25)

  1. 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법으로서,
    담금질된(case-hardened) 공급 배관을 제공하는 단계,
    상기 배관을 교정(straightening)하는 단계,
    상기 배관을 복수 개의 소정 길이로 절단하는 단계,
    상기 복수 개의 소정 길이의 배관을 헤어핀 튜브로 180 도만큼 구부리는 단계,
    제1 단부 플레이트와 제2 단부 플레이트 사이에 개재되는 핀의 스택에 있는 복수 개의 개구를 통해 상기 복수 개의 헤어핀 튜브를 레이싱(lacing)하는 단계, 및
    상기 헤어핀 튜브와 상기 복수 개의 개구 사이의 억지 끼워맞춤(interference fit)을 이루기 위해 상기 레이싱된 헤어핀 튜브의 외경을 확대하는 단계
    를 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 담금질된 공급 배관을 제공하는 단계는,
    공칭 외경을 갖는 담금질되지 않은 공급 배관을 제공하는 단계, 및
    상기 공칭 외경보다 작은 치수로 상기 담금질되지 않은 배관의 외경을 줄이는 단계
    를 더 포함하며, 상기 외경을 줄이는 단계에 의해 상기 담금질되지 않은 배관으로부터 상기 담금질된 배관을 제작하는 것인 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 외경을 줄이는 단계는,
    상기 담금질되지 않은 배관을 제1 예비 사이즈 롤러(pre-size roller)와 제2 예비 사이즈 롤러 사이에서 압연하는 단계
    를 더 포함하며, 상기 압연하는 단계는 상기 담금질된 배관에 난형도(ovality)를 부여하는 것인 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외경을 확대하는 단계는,
    상기 제1 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트를 고정부에 유지하는 단계,
    상기 헤어핀 튜브가 그 만곡된 단부에서 볼스터 플레이트(bolster plate)에 의해 지지되는 단계,
    램 엑추에이터에 의해 구동되는 복수 개의 불릿(bullet)에 의해 상기 헤어핀 튜브가 확대되는 단계,
    상기 확대되는 단계에 의해 유발되는 헤어핀 수축을 보상하기 위해 유압 엑추에이터에 의해 상기 볼스터 플레이트를 이동시키는 단계, 및
    폐루프 제어 시스템을 이용하여 상기 유압 엑추에이터를 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것인 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 헤어핀 튜브에서의 힘에 따라 상기 유압 엑추에이터를 제어하는 단계
    를 더 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 램 엑추에이터의 위치에 따라 상기 유압 엑추에이터를 제어하는 단계
    를 더 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 볼스터 플레이트의 위치에 따라 상기 유압 엑추에이터를 제어하는 단계
    를 더 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    6 퍼센트를 초과하는 확대 비율만큼 상기 헤어핀 튜브를 확대하는 단계
    를 더 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    8 퍼센트를 초과하는 확대 비율만큼 상기 헤어핀 튜브를 확대하는 단계
    를 더 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기의 유체 회로의 제1 단부를 대기로 통기시키는 단계,
    상기 유체 회로의 제2 단부에 압력을 인가하는 단계, 및
    상기 유체 회로가 막히지 않았다는 것을 입증하기 위해 상기 유체 회로에서의 압력을 측정하는 단계
    를 더 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    제1의 상기 복수 개의 헤어핀 튜브에 U자형 곡관 부속품을 브레이징(brazing)하는 단계, 및
    제2의 상기 복수 개의 헤어핀 튜브에 매니폴드를 동시에 브레이징하는 단계
    를 더 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 용융 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 제1 브레이징용 링을 이용하여 상기 제1의 상기 복수 개의 헤어핀 튜브에 상기 U자형 곡관 부속품을 브레이징하는 단계, 및
    상기 제1 용융 온도보다 낮은 제2 용융 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 제2 브레이징용 링을 이용하여 상기 제2의 상기 복수 개의 헤어핀 튜브에 상기 매니폴드를 동시에 브레이징하는 단계
    를 더 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  13. 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법으로서,
    공칭 외경을 갖는 공급 배관을 제공하는 단계,
    상기 공칭 외경보다 작은 치수로 상기 배관의 외경을 줄이는 단계,
    상기 배관을 복수 개의 소정 길이로 절단하는 단계,
    상기 복수 개의 소정 길이의 배관을 헤어핀 튜브로 180 도만큼 구부리는 단계,
    제1 단부 플레이트와 제2 단부 플레이트 사이에 개재되는 핀의 스택에 있는 복수 개의 개구를 통해 상기 복수 개의 헤어핀 튜브를 레이싱하는 단계, 및
    상기 헤어핀 튜브와 상기 복수 개의 개구 사이의 억지 끼워맞춤을 이루기 위해 상기 레이싱된 헤어핀 튜브의 외경을 확대하는 단계
    를 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 외경을 줄이는 단계는,
    제1 예비 사이즈 롤러와 제2 예비 사이즈 롤러 사이에서 상기 배관을 압연하는 단계
    를 더 포함하는 것인 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  15. 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법으로서,
    난형도를 갖는 것을 특징으로 하는 공급 배관을 제공하는 단계,
    상기 배관을 복수 개의 소정 길이로 절단하는 단계,
    상기 복수 개의 소정 길이의 배관을 헤어핀 튜브로 180 도만큼 구부리는 단계,
    제1 단부 플레이트와 제2 단부 플레이트 사이에 개재되는 핀의 스택에 있는 복수 개의 개구를 통해 상기 복수 개의 헤어핀 튜브를 레이싱하는 단계, 및
    상기 헤어핀 튜브와 상기 복수 개의 개구 사이의 억지 끼워맞춤을 이루기 위해 상기 레이싱된 헤어핀 튜브의 외경을 확대하는 단계
    를 포함하는 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 난형도를 갖는 것을 특징으로 하는 공급 배관을 제공하는 단계는,
    원형 공급 배관을 제공하는 단계, 및
    상기 원형 공급 배관에 난형도를 부여하기 위해 상기 원형 공급 배관을 제1 예비 사이즈 롤러와 제2 예비 사이즈 롤러 사이에서 압연하는 단계
    를 더 포함하는 것인 튜브 및 핀 열교환기의 제작 방법.
  17. 튜브 및 핀 열교환기로서,
    담금질된 공급 배관을 제공하는 단계,
    상기 배관을 교정하는 단계,
    상기 배관을 복수 개의 소정 길이로 절단하는 단계,
    상기 복수 개의 소정 길이의 배관을 헤어핀 튜브로 180 도만큼 구부리는 단계,
    제1 단부 플레이트와 제2 단부 플레이트 사이에 개재되는 핀의 스택에 있는 복수 개의 개구를 통해 상기 복수 개의 헤어핀 튜브를 레이싱하는 단계, 및
    상기 헤어핀 튜브와 상기 복수 개의 개구 사이의 억지 끼워맞춤을 이루기 위해 상기 레이싱된 헤어핀 튜브의 외경을 확대하는 단계
    를 포함하는 공정에 의해 제작되는 튜브 및 핀 열교환기.
  18. 제17항에 있어서,
    공칭 외경을 갖는 담금질되지 않은 공급 배관을 제공하는 단계, 및
    상기 담금질되지 않은 배관을 제1 예비 사이즈 롤러와 제2 예비 사이즈 롤러 사이에서 압연함으로써, 상기 담금질되지 않은 배관의 외경을 상기 공칭 외경보다 작은 치수까지 줄이는 단계
    를 더 포함하며 상기 외경을 줄이는 단계에 의해 상기 담금질되지 않은 배관으로부터 상기 담금질된 배관을 제작하는 것인 공정에 의해 제작되는 튜브 및 핀 열교환기.
  19. 제18항에 있어서,
    6 퍼센트를 초과하는 확대 비율만큼 상기 복수 개의 헤어핀 튜브를 확대하는 단계
    를 더 포함하는 공정에 의해 제작되는 튜브 및 핀 열교환기.
  20. 제18항에 있어서,
    8 퍼센트를 초과하는 확대 비율만큼 상기 복수 개의 헤어핀 튜브를 확대하는 단계
    를 더 포함하는 공정에 의해 제작되는 튜브 및 핀 열교환기.
  21. 헤어핀 튜브로서,
    공칭 외경을 갖는 공급 배관을 제공하는 단계,
    상기 공칭 외경보다 작은 치수까지 상기 배관의 외경을 줄이는 단계,
    상기 배관을 복수 개의 소정 길이로 절단하는 단계, 및
    상기 복수 개의 소정 길이의 배관을 헤어핀 튜브로 180 도만큼 구부리는 단계
    를 포함하는 공정에 의해 제작되는 튜브 및 핀 열교환기에서 사용되도록 배치되는 것인 헤어핀 튜브.
  22. 제21항에 있어서,
    일련의 횡단축(cross-axis) 롤러를 통해 상기 공급 배관을 압연하는 단계,
    적어도 한 쌍의 예비 사이즈 롤러를 통해 상기 공급 배관을 압연하는 단계, 및
    상기 배관을 교정하는 단계
    를 더 포함하며 상기 예비 사이즈 롤러는 상기 배관의 외경을 줄이는 것인 공정에 의해 제작되는 헤어핀 튜브.
  23. 튜브 및 핀 열교환기에 있어서,
    제1 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트를 관통하여 형성되는 제1 구멍 및 제2 구멍을 갖는 대체로 평평한 부분을 각각 특징으로 하는 제1 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트로서, 상기 제1 단부 플레이트의 상기 대체로 평평한 부분은 상기 제2 단부 플레이트의 상기 대체로 평평한 부분에 평행하게 배향되고 상기 제1 단부 플레이트의 상기 제1 구멍 및 제2 구멍은 각각 상기 제2 단부 플레이트의 상기 제1 구멍 및 제2 구멍과 동축으로 위치하는 것인 제1 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트;
    상기 제1 단부 플레이트와 제2 단부 플레이트 사이에 서로 평행하게 배치되며 상기 제1 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트의 상기 대체로 평평한 부분에 대해 평행하게 배향되는 복수 개의 대체로 평평한 핀으로서, 상기 복수 개의 각각의 핀은, 이 핀을 관통하여 형성되며 상기 제1 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트의 상기 제1 구멍 및 제2 구멍과 각각 동축으로 위치하는 제1 구멍 및 제2 구멍을 갖는 것인 복수 개의 대체로 평평한 핀; 및
    제1 직경을 갖는 제1 평행 레그(leg) 및 제2 평행 레그, 그리고 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 가지며 상기 제1 평행 레그와 제2 평행 레그 사이에 형성되는 180 도 만곡부를 특징으로 하는 U자형 헤어핀 튜브로서, 상기 제1 평행 레그 및 제2 평행 레그는, 각각, 상기 제1 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트의 상기 제1 구멍 및 제2 구멍 그리고 각각의 상기 복수 개의 핀의 상기 제1 구멍 및 제2 구멍을 통과하고 이들 구멍과 억지 끼워맞춤 맞물림을 이루는 것인 U자형 헤어핀 튜브
    를 포함하는 튜브 및 핀 열교환기.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 직경은 5.0 내지 5.3 밀리미터 범위의 치수이며, 상기 제2 직경은 4.7 내지 5.0 밀리미터 범위의 치수인 것인 튜브 및 핀 열교환기.
  25. 헤어핀 벤딩 머신(hairpin bending machine)으로서,
    각각 내부에 둘레방향 홈이 형성되는 제1 예비 사이즈 롤러 및 제2 예비 사이즈 롤러로서, 상기 제1 예비 사이즈 롤러의 상기 둘레방향 홈은 상기 제2 예비 사이즈 롤러의 상기 둘레방향 홈과 정렬된 상태로 배치되어 공칭 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 공급 배관을 수용하기 위한 간격을 형성하고, 상기 제1 예비 사이즈 롤러 및 제2 예비 사이즈 롤러의 상기 둘레방향 홈은 상기 공칭 외경보다 큰 외경을 갖는 상기 공급 배관의 일부를 다시 상기 공칭 외경으로 리사이징(resizing) 하도록 치수가 결정되며, 상기 제1 예비 사이즈 롤러는 상기 공급 배관의 외경을 상기 공칭 외경보다 작은 치수로 줄이도록, 그리고 상기 공급 배관에 난형도를 부여하도록, 상기 제2 예비 사이즈 롤러에 대해 배치되는 것인 제1 예비 사이즈 롤러 및 제2 예비 사이즈 롤러,
    상기 헤어핀 벤딩 머신을 통해 상기 공급 배관을 이동시키기 위해 배치되는 배관 구동 메커니즘,
    상기 공급 배관을 복수 개의 구별되는 길이부로 절단하기 위해 배치되는 배관 절단기,
    맨드릴 둘레에서 상기 복수 개의 구별되는 길이부를 'U'자형으로 구부릴 수 있는 것인 맨드릴, 및
    상기 맨드릴을 중심으로 상기 복수 개의 구별되는 길이부를 구부리기 위해 배치되는 분절형 붐(boom)
    을 포함하는 헤어핀 벤딩 머신.
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