KR20120017765A - 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기 - Google Patents

이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기 Download PDF

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이남준
김성현
김용호
박대근
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Abstract

본 발명은 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기에 관한 것으로서, 확관부의 손상과 파손의 우려가 적고, 열교환기에 설치시 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기는, 내부관과, 내부관이 내부에 장착되며 내부관과의 사이로 유체를 도입하기 위한 일단의 제 1확관부와, 내부관과의 사이로 도입된 유체를 배출하기 위한 타단의 제 2확관부를 구비한 외부관을 포함하는 이중관식 열교환기의 제조방법에 있어서, a) 원소재관을 제조하는 단계와; b) 제조된 원소재관의 일단부와 타단부를 범핑(Bumping)하여 일단부와 타단부의 살두께를 증가시키는 단계와; c) 살두께가 증가된 원소재관의 일단부와 타단부를 반경방향 외측으로 확관하여 일단의 제 1확관부와 타단의 제 2확관부를 형성하여 외부관을 제조하는 단계를 구비한다.

Description

이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기{MANUFACTURING METHOD OF DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGER AND DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGER USING THE SAME}
본 발명은 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 확관부의 손상과 파손의 우려가 적고 열교환기에 설치시 내구성을 향상시킬 수 있는 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기를 제공하는 데 있다.
공조장치는, 다수의 열교환기를 구비하고 있으며, 그 일례로서, 이중관식 열교환기가 있다.
이중관식 열교환기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부관(10)과 외부관(20)을 구비한다.
내부관(10)은, 내부유로(12)를 갖추고 있으며, 이 내부유로(12)에는 제 1유체가 도입되어 흐른다.
외부관(20)은, 내부관(10)의 외면 둘레에 설치된다. 특히, 내부관(10)과의 사이에 외부유로(30)가 형성되도록 설치되며, 이렇게 형성된 외부유로(30)에는 제 2유체가 도입되어 흐른다.
외부유로(30)로 도입된 제 2유체는, 내부유로(12)를 따라 흐르는 제 1유체와 서로 다른 온도를 갖는다. 따라서, 제 1유체와의 접촉할 시에 상기 제 1유체와 상호 열교환작용이 일어난다.
한편, 외부관(20)의 일단에는 제 1확관부(22)가 형성되어 있고, 외부관(20)의 타단부에는 제 2확관부(24)가 형성되어 있다.
제 1확관부(22)는, 제 2유체가 도입되는 부분으로서, 외부관(20)의 다른 부분에 비해 큰 직경을 갖는다. 큰 직경을 갖는 제 1확관부(22)는, 내부관(10)과의 사이에 도입챔버(22a)를 형성한다. 따라서, 외부관(20)과 내부관(10) 사이로 제 2유체가 원활하게 도입될 수 있게 한다.
제 2확관부(24)는, 제 2유체가 배출되는 부분으로서, 외부관(20)의 다른 부분에 비해 큰 직경을 갖는다. 큰 직경을 갖는 제 2확관부(24)는, 내부관(10)과의 사이에 배출챔버(24a)를 형성한다. 따라서, 외부관(20)과 내부관(10)의 사이로부터 제 2유체가 원활하게 배출될 수 있게 한다.
한편, 이러한 제 1 및 제 2확관부(22, 24)는, 외부관(20)의 일단부와 타단부를 확관프레스로 확장 가공함에 따라 형성되며, 이렇게 확장된 제 1 및 제 2확관부(22, 24)는 다른 부분에 비해 큰 직경을 갖게 된다.
그런데, 이러한 종래의 이중관식 열교환기는, 제 1확관부(22)와 제 2확관부(24)를 확관하는 과정에서, 제 1확관부(22)와 제 2확관부(24)의 살두께(t)가 얇아진다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 제 1확관부(22)와 제 2확관부(24)의 내구성이 저하된다는 문제점이 있다.
즉, 외부관(20)의 양단에 제 1 및 제 2확관부(22, 24)를 형성하기 위해서는, 외부관(20)의 일단부와 타단부를 확관프레스로 확관 작업해야 한다.
그런데, 외부관(20)의 일단부와 타단부를 확관 작업하는 과정에서, 상기 일단부와 타단부가 소성 변형되면서 그 살두께(t)가 상대적으로 얇아진다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 제 1확관부(22)와 제 2확관부(24)가 외부의 충격과 진동 및 내부의 압력 등에 취약해진다는 문제점이 있다.
특히, 제 1확관부(22)와 제 2확관부(24)로 도입된 제 2유체의 압력이 높아질 경우, 이를 견디지 못하고 쉽게 파열된다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 열교환기가 고장나고 수명이 단축된다는 결점이 지적되고 있다.
뿐만 아니라, 제 1확관부(22)와 제 2확관부(24)에는, 제 2유체의 도입과 배출을 위한 도입관(26)과 배출관(28)이 용접되는데, 이러한 도입관(26)과 배출관(28)의 용접시 쉽게 변형되거나 파손된다는 결점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 외부관의 일단부와 타단부를 확관하더라도 제 1확관부와 제 2확관부의 살두께가 다른 부분에 비해 얇아지지 않도록 하는 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제 1확관부와 제 2확관부의 살두께가 다른 부분에 비해 얇아지지 않게 구성함으로써, 확관으로 인한 제 1확관부와 제 2확관부의 강도 저하현상을 방지할 수 있는 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 제 1 및 제 2확관부의 강도 저하현상을 방지하도록 구성함으로써, 제 1 및 제 2확관부에 충격과 진동이 가해지고 내부의 압력이 높아지더라도 손상 및 파손되지 않도록 하는 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 제 1 및 제 2확관부에 충격과 진동이 가해지고 내부의 압력이 높아지더라도 손상 및 파손되지 않게 구성함으로써, 열교환기의 내구성을 향상시킬 수 있고 수명을 연장시킬 수 있는 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 이중관식 열교환기의 제조방법 은, 내부관과, 상기 내부관이 내부에 장착되며 상기 내부관과의 사이로 유체를 도입하기 위한 일단의 제 1확관부와, 상기 내부관과의 사이로 도입된 유체를 배출하기 위한 타단의 제 2확관부를 구비한 외부관을 포함하는 이중관식 열교환기의 제조방법에 있어서, a) 원소재관을 제조하는 단계와; b) 제조된 상기 원소재관의 일단부와 타단부를 범핑(Bumping)하여 상기 일단부와 타단부의 살두께를 증가시키는 단계와; c) 살두께가 증가된 상기 원소재관의 일단부와 타단부를 반경방향 외측으로 확관하여 일단의 제 1확관부와 타단의 제 2확관부를 형성하여 외부관을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 c) 단계에서, 상기 제 1확관부와 제 2확관부의 살두께가, 확관되지 않은 상기 원소재관의 다른 부분에 비해 동일하거나 두꺼운 두께를 갖도록 확관하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기에 의하면, 제 1확관부와 제 2확관부를 확관하기 전에 미리 범핑처리하여 그 살두께를 두껍게 하는 구조이므로, 제 1확관부와 제 2확관부를 확관하더라도 제 1확관부와 제 2확관부의 살두께가 다른 부분에 비해 얇아지지 않는다는 효과가 있다.
또한, 제 1확관부와 제 2확관부를 확관하더라도 그 살두께가 얇아지지 않으므로, 확관으로 인한 제 1확관부와 제 2확관부의 강도 저하현상을 미연에 방지할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 제 1확관부와 제 2확관부의 강도 저하현상을 방지할 수 있으므로, 제 1 및 제 2확관부에 충격과 진동이 가해지고 내부의 압력이 높아지더라도 제 1 및 제 2확관부가 쉽게 손상 및 파손되지 않는다. 따라서, 열교환기의 내구성을 향상시킬 수 있고 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 이중관식 열교환기용 외부관을 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 이중관식 열교환기의 제조방법의 각 단계를 나타내는 블록도,
도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 이중관식 열교환기의 제조방법의 각 단계를 모식적으로 나타내는 도면들,
도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 이중관식 열교환기를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 이중관식 열교환기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중관식 열교환기의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 2와 도 3a를 참조하면, 본 발명의 이중관식 열교환기의 제조방법은, 원소재관(40)을 제조하는 단계(S101)를 포함한다.
원소재관(40)은, 열전도율이 좋은 재질, 예를 들어 알루미늄, 구리 등으로 구성되며, 압출가공에 의해 제조된다. 경우에 따라, 원소재관(40)은 압연, 인발 등에 의한 방법으로 제조될 수도 있다.
원소재관(40)의 제조가 완료되면, 도 2와 도 3b와 도 3c와 도 3d에 도시된 바와 같이, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)의 관두께가 증가될 수 있도록, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)를 범핑(Bumping) 가공한다(S103).
범핑가공은, 범핑프레스 장치(50)에 시행된다. 범핑프레스 장치(50)는, 도 3b와 도 3c에 도시된 바와 같이, 원소재관(40)의 둘레를 지지하는 외부금형(52)과, 원소재관(40)의 내경부(40a)에 삽입되는 내부금형(54) 및, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)를 가압하는 펀치(Punch)(56)로 구성된다.
이러한 범핑프레스 장치(50)는, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44) 외주면을 외부금형으로 지지한 다음, 원소재관(40)의 내경부(40a)에 내부금형(54)을 삽입하고, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)를 펀치(56)로 가압한다.
그러면, 펀치(56)에 의해 가압된 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)가 내부금형(54)의 둘레로 압착되면서 후육화(厚肉化)되고, 후육화된 일단부(42)와 타단부(44)는 도 3d에 도시된 바와 같이, 살두께(t)가 두꺼워진다.
한편, 범핑프레스 장치(50)의 내부금형(54)은, 직경이 가변되도록 구성된다. 따라서, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)의 살두께를 조절할 수 있게 구성된다.
그리고, 원소재관(40)의 범핑작업이 완료되면, 도 2와 도 3e와 도 3f에 도시된 바와 같이, 살두께가 증가된 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)를 확관 가공한다(S105).
확관가공은, 확관프레스 장치(60)에 시행된다. 확관프레스 장치(60)는, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44) 외면을 지지하는 외부금형(62)과, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)를 확관하는 확관펀치(64)로 구성된다.
이러한 확관프레스 장치(60)는, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44) 외주면을 외부금형으로 지지한 다음, 일단부(42)와 타단부(44)의 내경부(40a)를 확관펀치(64)로 가압한다.
그러면, 확관펀치(64)에 의해 가압된 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)는 외부금형(62)으로 압착되면서 확관되고, 확관된 일단부(42)와 타단부(44)는 도 3g에 도시된 바와 같이, 큰 직경의 제 1 및 제 2확관부(46, 48)를 형성한다.
한편, 원소재관(40)의 일단부(42)와 타단부(44)는, 확관 가공되기 전에 미리 범핑된 상태이므로, 그 살두께(t)가 두꺼워져 있다. 따라서, 확관프레스 장치(60)에 의해 확관 가공되더라도 그 살두께가 원소재관(40)의 다른 부분에 비해 얇아지지 않는다. 오히려 더 두꺼워지기도 한다.
이로써, 확관된 제 1 및 제 2확관부(46, 48)의 강도가 높아진다. 그 결과, 제 1 및 제 2확관부(46, 48)에 외부의 충격 및 진동이 가해지더라도 쉽게 손상되거나 파손되지 않는다. 또한, 제 1 및 제 2확관부(46, 48)의 내부 압력이 높아지더라도 충분한 두께를 확보하고 있으므로 쉽게 파열되지 않는다.
한편, 원소재관(40)의 양단에 대한 범핑가공과 확관가공은, 경우에 따라, 동시에 이루어질 수도 있다. 이러한 경우, 범핑가공과 확관가공을 동시에 시행하기 위한 범핑,확관프레스 장치를 사용한다.
이렇게, 원소재관(40)의 범핑가공과 확관가공이 동시에 이루어질 경우, 공구에 의해 상기 외부관(20)의 양단부(42, 44)에 작용되는 힘이 상쇄된다. 따라서, 가공작업이 매우 쉽고 편리하다. 이로써, 생산성이 향상되고 외부관(20)의 고정구조가 간소화된다.
다시, 도 2 및 도 3h와 도 3i를 참조하면, 일단부(42)와 타단부(44)의 확관작업이 완료되면, 확관된 일단부(42)와 타단부(44)의 끝부분(42a, 44a)을 다시 축관 가공한다(S107).
축관 가공은, 롤링 가공장치(70)에 의해 시행된다. 롤링 가공장치(70)는, 원소재관(40)의 내주면과 외주면에 서로 대응되게 설치되는 제 1 및 제 2전조롤러(72, 74)로 구성된다.
이러한 롤링 가공장치(70)는, 서로 대응되는 제 1 및 제 2전조롤러(72, 74)로 원소재관(40)의 양쪽 끝부분(42a, 44a)을 반경방향 내측으로 가압한다. 그러면, 일단부(42)와 타단부(44)의 끝부분(42a, 44a)은, 도 3i에 도시된 바와 같이, 그 직경이 축소되면서 축관된다.
그리고 끝부분(42a, 44a)이 축관된 원소재관(40)은, 이중관식 열교환기용 외부관(20)으로 제조된다(S109). 이렇게 제조된 외부관(20)은, 제 1 및 제 2확관부(46, 48) 두께(t2)가 상기 제 1 및 제 2확관부(46, 48) 사이 영역의 두께(t1)보다 같거나 크게 형성된다.
한편, 외부관(20)의 제조가 완료되면, 도 2와 도 3j에 도시된 바와 같이, 외부관(20)의 제 1 및 제 2확관부(46, 48)에 유체의 도입관(26)과 배출관(28)을 접속하기 위한 접속홀(50)들을 각각 가공한다(S111).
이상과 같은 단계로 제조된 본 발명의 열교환기용 외부관은, 도 3i에 도시된 바와 같이, 내경부(40a)와, 양쪽의 제 1 및 제 2확관부(46, 48)를 갖게 된다.
그리고, 양쪽에 형성된 제 1 및 제 2확관부(46, 48)들은, 범핑 가공 후에 확관되므로, 확관 가공되더라도 그 살두께가 외부관(20)의 다른 부분에 비해 얇아지지 않는다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부관(10)과 조립되어 열교환기를 구성하더라도 쉽게 손상되거나 파손되지 않는다. 또한, 내부로 도입된 제 2유체의 압력이 높아지더라도 쉽게 파열되지 않는다. 그 결과, 열교환기의 수명을 연장시킨다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 내부관 12: 내부유로
20: 외부관 30: 외부유로
40: 원소재관 40a: 내경부
42: 일단부 44: 타단부
46: 제 1확관부 48: 제 2확관부
50: 범핑프레스 장치 60: 확관프레스 장치
70: 롤링 가공장치

Claims (6)

  1. 내부관(10)과, 상기 내부관(10)이 내부에 장착되며 상기 내부관(10)과의 사이로 유체를 도입하기 위한 일단의 제 1확관부(46)와, 상기 내부관(10)과의 사이로 도입된 유체를 배출하기 위한 타단의 제 2확관부(48)를 구비한 외부관(20)을 포함하는 이중관식 열교환기의 제조방법에 있어서,
    a) 원소재관(40)을 제조하는 단계와;
    b) 제조된 상기 원소재관(40)의 일단부와 타단부를 범핑(Bumping)하여 상기 일단부와 타단부의 살두께를 증가시키는 단계와;
    c) 살두께가 증가된 상기 원소재관(40)의 일단부와 타단부를 반경방향 외측으로 확관하여 일단의 제 1확관부(46)와 타단의 제 2확관부(48)를 형성하여 상기 외부관(20)을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 c) 단계에서,
    상기 제 1확관부(46)와 제 2확관부(48)의 살두께가, 확관되지 않은 상기 원소재관(40)의 다른 부분에 비해 동일하거나 두꺼운 두께를 갖도록 확관하는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 b) 단계 또는 c) 단계시에,
    상기 외부관(20)의 양단에 범핑 또는 확관가공이 동시에 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 c) 단계 후에,
    확관된 상기 제 1확관부(46)와 제 2확관부(48)의 끝부분을 반경방향 내측으로 직경을 감소시키기 위해 축관하여 상기 내부관(10)과 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기의 제조방법.
  5. 제 1항의 방법에 의해 제조된 이중관식 열교환기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 외부관(20)의 제 1 및 제 2확관부(46, 48) 두께(t2)가 상기 제 1 및 제 2확관부(46, 48) 사이 영역의 두께(t1)보다 같거나 크게 형성된 것을 특징으로 하는 이중관식 열교환기.
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