KR20110097170A - 듀얼 방열관 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 재질로 되는 방열관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확관이 용이한 구리 재질의 내관과 성형이 용이한 알루미늄 재질의 외관으로 이루어져 열교환 효율을 높이게 되는 듀얼 방열관과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 듀얼 방열관은 구리재질의 내관과 알루미늄재질의 외관을 결합하기 때문에 표면의 가공과 양단의 확관작업이 용이하여 간단한 공정으로 열전도율이 높은 방열관을 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 상기와 같은 본 발명의 듀얼 방열관의 제조방법은 내관의 인발 공정, 외관의 전조 공정 및 내관과 외관의 압착결합 공정을 동시에 수행하여 듀얼 방열관을 제작하기 때문에 제작공정을 단축하여 생산성이 높아지는 효과가 있다.

Description

듀얼 방열관 및 그 제조방법{Dual Heat-Pipe and Manufacturing Method of the Same}
본 발명은 이중 재질로 되는 방열관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확관이 용이한 구리 재질의 내관과 성형이 용이한 알루미늄 재질의 외관으로 이루어져 열교환 효율을 높이게 되는 듀얼 방열관과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
방열관은 주로 냉, 난방 장치에 사용되는 부속재로서 중심의 관 내부에 형성된 중공부로 유통되는 유체 등의 열을 외부로 열을 신속하게 배출하기 위해 사용하는 것이다.
일반적으로, 열 교환기에 사용되는 방열관은 내식성이 강하며 열전도율이 높은 구리로 제작되는 바, 이러한 구리관은 그 자체만으로도 열전도율이 높기 때문에 사용범위가 점차 증가하고 있는 추세이다.
한편, 방열관은 그 주된 목적이 열교환 효율의 증대에 있기 때문에 이를 위해 방열관의 표면적을 넓히기 위한 구성이 다양한 방법으로 제시되고 있으며, 가장 흔한 방법으로 방열관의 외면에 날개를 갖춘 방열핀을 적용하는 구성이 사용되게 된다. 이는 방열관으로 사용되는 구리 재질이 내식성과 열전도율이 높은 반면 가공이 용이하지 않기 때문이다.
그러나 상기와 같은 종래의 방열관 및 그 제조방법은 환상의 박판으로 된 방열핀을 일일이 파이프의 외주면에 일정한 간격으로 끼워 넣는 공정과 이를 다시 파이프와 일체화시키는 공정 등이 너무 복잡하고 작업 시간이 오래 걸리기 때문에, 생산성이 매우 낮고, 대량 생산이 어려울 뿐 만 아니라, 복잡한 공정과 작업시간, 많은 노동력의 투입으로 인해 제품의 제조 단가가 인상되는 문제점이 있었다.
또한, 파이프와 일체화된 방열핀은 방열관이 사용되는 과정에서 방열관이 가열과 냉각을 반복하는 과정에서 팽창과 수축이 반복되는데, 파이프와 방열핀이 별도로 제작되었기 때문에, 그 특성이 서로 상이하여, 방열관의 작동에 따른 팽창과 수축 작용이 지속적으로 반복되는 경우, 파이프와 방열핀이 용접이나 압접 등의 방법으로 고정된 부분이 떨어지면서 방열핀이 제 기능을 상실하게 되는 경우가 빈번히 발생하는 문제점도 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 가공이 용이한 알루미늄 재질을 방열관에 적용하고, 방열관의 외면을 전조 가공하여 방열관의 표면적을 넓힌 기술이 개시된 바 있다.
그러나 알루미늄 재질의 방열관은 구리 재질의 방열관보다 열전도율이 낮으며, 방열관을 설치 고정할 때에는 끝단을 확관 하는 공정이 필요한데, 알루미늄 재질의 방열관은 끝단 가공 시 세심한 주의를 기울이지 않으면 깨짐 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 내관과 외관의 재질을 달리하는 듀얼관을 적용하되, 내관은 열전도율과끝단의 확관이 용이한 구리 재질로 하고, 외관은 가공이 용이하여 간단한 공정으로 표면적을 넓힐 수 있는 알루미늄 재질로 되는 듀얼 방열관을 제공함에 있다.
또한, 내관의 전조공정과 외관의 전조공정 및 외관과 내관의 압착결합이 동시에 이루어져 생산성이 향상되는 듀얼 방열관의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 듀얼 방열관은 방열관에 있어서, 구리 또는 구리합금 재질로 이루어지는 내관(10); 및 알루미늄, 스테인리스 또는 티타늄 중 선택되는 어느 하나로 이루어지는 외관(20); 을 포함하여 이루어지되, 상기 내관(10)은 외관(20) 내주면에 끼움 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내관(10)에는 적어도 하나 이상, 내주면에 길이 방향을 따라, 나선형으로 돌출 형성되는 나선돌기(10a);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외관(20)에는 적어도 하나 이상, 외주면에 길이 방향으로 따라, 나선형으로 함몰 형성되는 나선홈(20a);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 듀얼 방열관의 제조 방법은 내관(10)을 준비하는 1단계(S10); 상기 내관(10)보다 직경이 큰 외관(20)을 준비하는 2단계(S20); 상기 내관(10)을 상기 외관(20)에 삽입하는 3단계(S30); 상기 외관(20)에 나선홈(20a)을 전조하는 4단계(S40); 상기 내관(10)에 나선돌기(10a)를 전조하는 5단계(S50); 및 상기 내관(10)과 상기 외관(20)을 압착 결합하는 6단계(S60); 을 포함하여 이루어지되, 상기 4단계(S40), 5단계(S50) 및 제 6단계(S60)는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 4단계(S40)에서 상기 나선홈(20a)은 적어도 하나 이상의 원형 칼날(40)을 회전시켜 전조(Form Rolling) 성형되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 5단계(S50)에서 상기 나선돌기(10a)의 성형은 맨드릴(30)을 사용하되, 상기 맨드릴(30)의 길이방향을 따라 나선형으로 함몰 형성되는 음각(31)을 통해 인발(Drawing) 성형되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 6단계(S60)는 상기 4단계(S40)의 나선홈(20a) 전조 성형에 의해 내경이 축소되는 외관(20)과 상기 5단계(S50)의 나선돌기(10a) 인발 성형에 의해 외경이 확장되는 내관(10)을 통해 상기 외관(20)과 상기 내관(10)이 압착 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 듀얼 방열관은 구리재질의 내관과 알루미늄재질의 외관을 결합하기 때문에 표면의 가공과 양단의 확관작업이 용이하여 간단한 공정으로 열전도율이 높은 방열관을 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 상기와 같은 본 발명의 듀얼 방열관의 제조방법은 내관의 인발 공정, 외관의 전조 공정 및 내관과 외관의 압착결합 공정을 동시에 수행하여 듀얼 방열관을 제작하기 때문에 제작공정을 단축하여 생산성이 높아지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 듀얼 방열관 정면도
도 2는 본 발명의 듀얼 방열관 부분사시도
도 3은 본 발명의 듀얼 방열관의 제조 공정 측면도
도 4는 본 발명의 듀얼 방열관의 제조 공정 정면도
도 5는 본 발명의 내관 전조에 사용되는 맨드릴 사시도
도 6은 본 발명의 듀얼 방열관의 제조 방법 흐름도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면 본 발명의 듀얼 방열관은 내관(10) 및 외관(20)으로 구성될 수 있다.
상기 내관(10)은 통상적으로 사용되는 방열관의 구성이 적용될 수 있다. 상기 내관(10)은 열전도율 및 내식성이 우수하고, 확관 작업이 용이한 구리(Copper) 또는 구리합금 재질이 사용될 수 있다. 다만 상기 내관(10)을 구리 재질로 한정하는 것은 아니며, 상기와 같은 효과가 있는 어떠한 재질도 내관(10)으로 사용될 수 있음은 자명하다.
상기 내관(10)의 내주면에는 나선돌기(10a)가 돌출 형성될 수 있다. 상기 나선돌기(10a)는 상기 내관(10)의 길이 방향을 따라 나선 형태로 돌출 형성될 수 있다. 상기 나선돌기(10a)는 도면상에 상기 내관(10)의 내주면 상에 방사형으로 다수 개가 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 당업자의 용도에 따라 적어도 하나 이상 다수 개가 형성될 수 있음은 자명하다. 상기 나선돌기(10a)는 상기 내관(10)의 내부표면적을 넓혀 상기 내관(10) 내부로 흐르는 열교환 매체와의 열교환 효율을 높이기 위해 형성될 수 있다.
상기 내관(10)의 외주면에는 상기 외관(20)의 내주면이 끼워져 결합될 수 있다. 상기 외관(20)은 통상적으로 사용되는 방열관의 구성이 사용될 수 있다. 다만 상기와 같이 내관(10)의 외주면에, 내주면이 끼워져 결합되기 때문에 상기 외관(20)의 내경은 상기 내관(10)의 외경보다 크거나 같도록 형성될 수 있다. 상기 내관(10)과 상기 외관(20)은 압착에 의해 결합될 수 있다.
이때, 상기 내관(10)의 양단은 상기 외관(20)의 양단보다 외측으로 일정 거리(l) 연장 형성될 수 있다. 이는 상기 내관(10)의 재질 특성상 상기 외관(20)보다 확관이 용이하기 때문에 상기 외관(20)보다 내관(10)의 양단을 길게 형성하도록 하는 것이다. 상기와 같은 구성의 듀얼 방열관은 상기 내관(10)의 양단을 확관 작업하여 설치부위에 결합시키기 때문에 설치 공정이 간단해 지는 효과가 있다. 여기서 상기 거리(l)는 상기 내관(10)의 끝단에서부터 상기 외관(20)의 끝단까지의 최단거리로 정의한다.
상기 외관(20)은 열전도성이 우수하고, 전조와 같은 가공이 용이한 알루미늄(Aluminum) 재질이 사용될 수 있다. 다만 상기 외관(20)의 재질을 알루미늄으로 한정하는 것은 아니며, 알루미늄과 동일한 효과를 이끌어낼 수 있는 스테인리스(Stainless) 또는 티타늄(Titanium) 등의 재질로 대신할 수 있다.
상기 외관(20)의 외주면에는 나선홈(20a)이 함몰 형성될 수 있다. 상기 나선홈(20a)은 상기 외관(20)의 길이 방향을 따라 나선 형태로 함몰 형성될 수 있다. 상기 나선홈(20a)은 전조 형성될 수 있다. 상기 나선홈(20a)은 도면상에 상기 외관(20)의 외주면 상에 방사형으로 다수 개가 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 당업자의 용도에 따라 적어도 하나 이상 다수 개가 형성될 수 있음은 자명하다. 상기 나선홈(20a)은 상기 외관(20)의 외부표면적을 넓혀 상기 내관(10)으로부터 전달되는 열을 외관(20) 외부에 열교환 시키는 열교환 효율을 높이기 위해 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명의 듀얼 방열관은 내관(10)의 내부표면적이 넓어지고, 외관(20)의 외부표면적이 넓어지기 때문에 열교환 효율을 극대화 할 수 있으며, 열전도율과 내식성이 우수한 구리 재질과, 가공성이 용이한 알루미늄 재질의 장점만을 살릴 수 있어 방열관의 성능(Quality)을 배가 시킬 수 있다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 듀얼 방열관을 제조하는 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
우선 구리 재질의 내관(10)을 준비하는 제 1단계(S10)를 수행한다. 또한 상기 내관(10)의 외경보다 외경이 크거나 같고, 완성품의 치수보다 두꺼운 두께를 갖는 외관(12)을 준비하는 제 2단계(S20)를 수행한다. 이는 전조(Form Rolling) 및 인발(Drawing) 공정으로 인해 관의 두께가 감소하기 때문이다.
다음으로, 외관(20) 속에 상기 내관(10)을 삽입하는 제 3단계(S30)를 수행한다.
다음으로, 내관(10)이 삽입된 외관(20)을 트라이앵클 형태로 구성되어 회전하는 원형칼날(40)의 중심에 끼워 넣게 되고, 원형칼날(40)의 끝단에 의해 상기 외관(20)의 외주면이 전조되면서 표면이 소성변형을 일으켜 나선홈(20a)이 성형되도록 하는 제 4단계(S40)를 수행한다.
이때, 상기 원형칼날(40)의 회전축은 상기 외관(20)의 외주면과 일정 각도를 이루도록 경사지게 형성될 수 있다. 상기 구성은 본 발명의 제조방법에 있어서 첫 번째 특징이라고 할 수 있는데, 상기 원형칼날(40)이 기울어져 상기 외관(20)의 외주면을 전조하게 되면, 전조와 동시에 상기 외관(20)이 회전하며 길이방향을 따라 이동하게 된다. 따라서 별도의 이송장치 없이 전조와 동시에 외관(20)을 이송시키는 효과가 발생한다.
다음으로 상기 외관(20)의 이동에 의해 상기 내관(10)도 이동하게 되고, 이를 이용하여 상기 단계(S40)가 이루어짐과 동시에 상기 내관(10)의 내주면으로는 맨드릴(30)이 통과되도록 하는 것이다. 상기 내관(10)의 내주면에 상기 맨드릴(30)이 끼워져 통과하면서 상기 맨드릴(30)의 외주면에 형성되는 다수개의 음각(31)을 통해 상기 내관(10)의 내주면에는 나선돌기(10a)가 인발 성형되도록 하는 제 5단계(S50)를 수행한다.
이 때, 상기 맨드릴(30)에 형성되는 음각(31)은 상기 맨드릴(30)의 길이방향을 따라 나선형으로 형성되며, 상기 중심축(32)을 따라 상기 맨드릴(30)이 자유 회전하도록 형성할 수 있다. 이는 상기 외관(20)이 상기 원형칼날(40)에 의해 회전하면서 빠져 나올 때 상기 내관(10) 역시 회전하게 되는데, 상기 내관(10)이 회전함에 따라 상기 맨드릴(30)이 자유회전하면서 상기 내관(10)의 내주면을 인발 성형하게 되고, 상기 나선돌기(10a)가 상기 내관(10)의 길이방향을 따라 나선형으로 성형되도록 하는 것이다. 상기와 같은 구성은 본 발명의 듀얼 방열관 제조 방법의 두 번째 특징이라고 할 수 있다.
상기 원형칼날(40)에 전조 성형의해 상기 외관(20)의 내경은 축소하게 되고, 상기 맨드릴(30)의 인발 성형으로 인해 상기 내관(10)의 외경은 확장하게 되어, 외관과 내관은 압착 결합되는 제 6단계(S60)를 수행한다. 상기 제 6단계(S60) 공정은 별도의 추가구성이 아니며, 상기 제 4단계(S40) 및 제 5단계(S50)를 통해 자연히 이루어지는 공정이라고 할 수 있다. 또한, 상기 제 4단계(S40) 및 제 5단계(S50) 공정 역시 동시에 이루어지는 공정이기 때문에 듀얼 방열관의 생산성을 극대화 시킬 수 있는 효과가 발생한다. 이는 본 발명의 듀얼 방열관 제조 방법의 세 번째 특징이자 본 발명의 핵심적인 특징이라고 할 수 있다.
본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
10 : 내관 10a : 나선돌기
20 : 외관 20a : 나선홈
30 : 맨드릴 31 : 음각
40 : 원형칼날

Claims (7)

  1. 방열관에 있어서,
    구리 또는 구리합금 재질로 이루어지는 내관(10); 및
    알루미늄, 스테인리스 또는 티타늄 중 선택되는 어느 하나로 이루어지는 외관(20); 을 포함하여 이루어지되,
    상기 내관(10)은 외관(20) 내주면에 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 듀얼 방열관.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내관(10)에는
    적어도 하나 이상, 내주면에 길이 방향을 따라, 나선형으로 돌출 형성되는 나선돌기(10a);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 방열관.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 외관(20)에는
    적어도 하나 이상, 외주면에 길이 방향으로 따라, 나선형으로 함몰 형성되는 나선홈(20a);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 방열관.
  4. 듀얼 방열관의 제조 방법에 있어서,
    내관(10)을 준비하는 1단계(S10);
    상기 내관(10)보다 직경이 큰 외관(20)을 준비하는 2단계(S20);
    상기 내관(10)을 상기 외관(20)에 삽입하는 3단계(S30);
    상기 외관(20)에 나선홈(20a)을 전조하는 4단계(S40);
    상기 내관(10)에 나선돌기(10a)를 전조하는 5단계(S50); 및
    상기 내관(10)과 상기 외관(20)을 압착 결합하는 6단계(S60); 를 포함하여 이루어지되, 상기 4단계(S40), 5단계(S50) 및 제 6단계(S60)는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 방열관의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 4단계(S40)에서 상기 나선홈(20a)은 적어도 하나 이상의 원형 칼날(40)을 회전시켜 전조(Form Rolling) 성형되는 것을 특징으로 하는 듀얼 방열관의 제조 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 5단계(S50)에서 상기 나선돌기(10a)의 성형은 맨드릴(30)을 사용하되, 상기 맨드릴(30)의 길이방향을 따라 나선형으로 함몰 형성되는 음각(31)을 통해 인발(Drawing) 성형되는 것을 특징으로 하는 듀얼 방열관의 제조 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 6단계(S60)는 상기 4단계(S40)의 나선홈(20a) 전조 성형에 의해 내경이 축소되는 외관(20)과 상기 5단계(S50)의 나선돌기(10a) 인발 성형에 의해 외경이 확장되는 내관(10)을 통해 상기 외관(20)과 상기 내관(10)이 압착 결합되는 것을 특징으로 하는 듀얼 방열관의 제조 방법.
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