KR20130023450A - 열교환기 - Google Patents

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KR20130023450A
KR20130023450A KR1020110086212A KR20110086212A KR20130023450A KR 20130023450 A KR20130023450 A KR 20130023450A KR 1020110086212 A KR1020110086212 A KR 1020110086212A KR 20110086212 A KR20110086212 A KR 20110086212A KR 20130023450 A KR20130023450 A KR 20130023450A
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folded tube
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이동근
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한라공조주식회사
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Abstract

본 발명은 열교환기에 있어서, 델타 형상의 그루브가 형성되는 폴디드 튜브와 헤더의 튜브삽입구 사이의 브레이징 향상을 위한 것이다. 더욱 상세하게는, 상기 폴디드 튜브는 금속 판재의 소정 부위를 단계적으로 절곡하여 적어도 하나 이상의 유체 유로를 형성함과 동시에 외주면의 대향 절곡부 사이에 그루브가 형성된 폴디드 튜브이고, 상기 튜브삽입구의 일측에는 상기 그루브를 차폐할 수 있도록 돌기부가 형성됨으로써 브레이징 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 열교환기에 관하여 개시한다.

Description

열교환기 {A HEAT EXCHAGER}
본 발명은 열교환기에 사용되는 폴디드 튜브(folded tube)와 헤더(header)의 브레이징 결합시 납재의 리크 방지에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 헤더의 튜브삽입구에 폴디드 튜브를 삽입하여 브레이징 결합시 폴디드 튜브의 외주면 대향 절곡부에 형성되는 삼각형 모양의 그루브로 인해 발생될 수 있는 내구성 저하 및 브레이징 문제점을 해결하는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 폴디드 튜브를 사용하는 열교환기의 브레이징 향상을 위한 헤더 구조에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 헤더의 튜브삽입구에 폴디드 튜브를 삽입하여 브레이징 결합시 폴디드 튜브의 절곡부에 형성되는 삼각형 모양의 갭으로 인해 발생될 수 있는 내구성 및 브레이징 문제점을 해결하기 위한 것이다.
통상적으로 열교환기는 내부에 열교환매체 통로가 구비된 다수의 튜브가 냉각효율 향상을 위한 방열핀과 결합되며, 상기 튜브의 양단부는 헤더의 튜브삽입구에 삽입되어 브레이징 결합된다.
브레이징 결합이란 450℃ 이상에서 용융되는 용가재를 접합이 필요한 모재의 접합부에 위치시켜 450℃ 이상으로 가열시킴으로써 용융된 용가재가 상기 모재의 접합부에 스며들어 상기 접합부를 접합시키는 방법으로 성질이 다른 이종금속의 접합이 가능하며 강한 접합강도를 가지고 기밀성 및 내부식성이 우수하다는 장점이 있어 산업 현장에서 많이 사용된다.
한편, 열교환기에 사용되는 튜브는 제1유체 매체가 튜브 내부와 접촉한 상태에서 이동되고, 제2유체 매체가 튜브 외부와 접촉되어 있다. 통상적으로 제1유체 매체는 액체이고, 제2유체 매체는 공기로서, 온도차가 제1유체와 제2유체 매체 사이에 존재하면, 열은 튜브의 열전도성 핀들을 통해 전달된다.
튜브를 형성하는 공지된 방법들에는 압출 공정을 통하여 내부 리브를 형성하는 압출 튜브 방식이 있으나 이러한 방식은 내압은 강한 반면 제조비용이 높다. 다른 공지된 방법으로서는 금속 시트를 절곡시켜 내부 웨브를 형성하여 복수의 유체 통로를 형성시키고 그 단부를 브레이징하여 형성하는 폴디드 튜브(또는 절첩식 튜브) 방식이 있다. (미국 등록특허 제5,386,629호, 대한민국 공개특허공보 2001-0021166호 등 참조.)
폴디드 튜브 방식은 압출 공정 방식에 비해 상대적으로 비용이 저렴하며 생산성이 좋다는 장점이 있으나 튜브의 내측으로 인입시키는 절곡부의 길이를 정확하게 유지하는 것이 어려워 조립공차가 발생할 수 있으며, 소재 강도가 압출방식보다 저하된다는 단점이 있다. 특히, 폴디드 튜브의 델타(delta) 형상의 그루브(groove)로 인하여 납재의 충전이 부족할 수 있어서 용접부의 유체 누출(leak) 문제점이 있다.
상기 폴디드 튜브의 델타 형상의 그루브(groove)가 형성되는 것을 최소화하기 위한 롤성형 방법이 알려져 있으나(일본 공개특허공보 제2007-275983호 등) 이러한 성형 방법은 다단의 공정 단계를 위한 추가적인 성형 장치가 요구된다는 한계가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2001-0021166호 미국 등록특허 제5,386,629호 일본 공개특허공보 제2007-275983호
본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 한 것으로, 폴디드 튜브가 헤더의 튜브삽입구에 내삽되는 경우 폴디드 튜브의 델타 형상의 그루브(groove)로 인해 발생되는 리크를 방지하기 위한 것을 목적으로 한다. 특히, 폴디드 튜브 자체의 롤성형 방법을 통해 델타 형상의 그루브를 최소화하는 종래의 방법과는 달리, 헤더의 튜브삽입구 내부 구조를 변형함으로써 별도의 추가 비용없이도 폴디드 튜브와 헤더 사이의 브레이징 성능을 향상시키기 위한 헤더 구조를 갖춘 열교환기를 개시하고자 한다.
본 발명은, 유체 유로가 형성된 다수개의 튜브(30)와; 상기 튜브(30)들 사이에 개재되는 방열핀(40)과; 상기 튜브(30)의 양단부가 내삽되기 위한 다수개의 튜브삽입구(220)가 형성된 헤더(20) 및; 상기 헤더(20)의 일측에 결합되는 탱크(10)를 포함하여 이루어지는 열교환기(1)에 있어서, 상기 튜브(30)는 금속 판재의 소정 부위를 단계적으로 절곡하여 적어도 하나 이상의 유체 유로(310)를 형성함과 동시에 외주면의 대향 절곡부 (340a, 340b)사이에 그루브(380)가 형성된 폴디드 튜브이고, 상기 튜브삽입구(220)의 일측에는 상기 그루브(380)를 차폐할 수 있도록 돌기부(240)가 형성됨으로써 브레이징 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 열교환기인 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 튜브삽입구(220)에는 상기 폴디드 튜브(30)가 삽입되는 방향으로 상기 폴디드 튜브(30)를 가이드할 수 있는 가이드면(262)이 형성된 버링부(260)가 더 포함되되, 상기 돌기부(240)는 상기 가이드면(262) 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기일 수 있다.
또는, 상기 튜브삽입구(220)에는 상기 폴디드 튜브(30)가 삽입되는 방향과 반대방향으로 상기 폴디드 튜브(30)를 가이드할 수 있는 가이드면(262)이 형성된 버링부(260)가 더 포함되되, 상기 돌기부(240)는 상기 가이드면(262) 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기일 수 있다.
본 발명에 따른 열교환기에 따르면, 폴디드 튜브에 형성된 델타 형상의 그루브(groove)에 상응하는 구조의 돌기부를 헤더의 튜브삽입구 내측에 구비함으로써 내구성 및 브레이징 성능을 향상시킬 수 있다.
이로써 용접부의 리크를 방지할 수 있으며, 상기 돌기부로 인해 접면이 증가함으로써 보다 밀착하여 튜브와 헤더를 브레이징 결합시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 그루브의 최소화를 위해 복잡한 제조 공정을 거치는 종래의 롤성형 공법과는 달리 본 발명은 헤더의 튜브삽입구 내측에 돌기부를 형성함으로써 추가적인 설비가 요구되지 않아, 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 통상적인 폴디드 튜브를 이용하는 종래 열교환기의 분해 사시도.
도 2는 통상적인 폴디드 튜브(30)의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기에서 돌기부가 형성된 튜브삽입구를 갖춘 헤더의 부분 사시도.
도 4(a)는 본 발명에 따른 열교환기의 튜브삽입구 사시도.
도 4(b)는 본 발명에 따른 열교환기의 튜브삽입구 측면 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 열교환기에서 폴디드 튜브가 튜브삽입구에 내삽된 것을 나타내는 부분 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 열교환기에서 폴디드 튜브가 튜브삽입구에 내삽된 것을 나타내는 정면도.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 통상적인 폴디드 튜브를 이용하는 종래 열교환기의 분해 사시도이며, 도 2는 통상적인 폴디드 튜브(30)의 단면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 열교환기에서 돌기부가 형성된 튜브삽입구를 갖춘 헤더의 부분 사시도이며, 도 4(a)는 본 발명에 따른 열교환기의 튜브삽입구 사시도이고, 도 4(b)는 본 발명에 따른 열교환기의 튜브삽입구 측면 단면도이다. 도 5는 본 발명에 따른 열교환기에서 폴디드 튜브가 튜브삽입구에 내삽된 것을 나타내는 부분 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 열교환기에서 폴디드 튜브가 튜브삽입구에 내삽된 것을 나타내는 정면도이다.
도 1을 참조하면, 통상적인 폴디드 튜브(folded tube)를 이용하는 종래의 열교환기(heat exchanger)는 유체 유로가 형성된 다수개의 폴디드 튜브(30)들 사이에 다수개의 방열핀(40)을 개재하여 브레이징 결합하고, 다수개의 튜브삽입구(220')가 형성된 상부 및 하부 헤더(20')에 상기 폴디드 튜브(30)들의 양단부를 내삽하여 브레이징 결합함으로써 유체의 리크(leak)를 방지하며, 상기 헤더(20')의 일측에 각각의 탱크(10)를 결합함으로써 이루어진다.
상기 폴디드 튜브(30)의 최외곽에는 한 쌍의 서포트 사이드(미도시)가 더 포함될 수 있으며, 상기 헤더(20')와 상기 탱크(10) 사이에는 기밀성을 향상시키기 위하여 가스켓(미도시)을 추가할 수 있음은 물론이다.
도 2를 참조하면, 상기 폴디드 튜브(30)는 공지된 제조방법에 의한 것으로서, 금속 시트를 여러 단계를 거쳐 절곡 혹은 롤성형시켜 복수의 유체 유로를 형성시키고 그 단부를 브레이징하여 제조하는 기술이 알려져 있다. (US 5,386,629, KR 2001-0021166 등 참조)
절곡부의 위치와 유체 유로의 개수에 대해서는 다양한 기술들이 개시되어 있으나, 본 발명의 일실시예에서는 제1절곡부(320a, 320b), 제2절곡부(340a, 340b) 및 제3절곡부(360a, 360b)를 구비하여 이루어지는 폴디드 튜브(30)를 위주로 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 상기 폴디드 튜브(30)는 금속 시트의 양단부 소정 부위를 내측으로 순차적으로 절곡시켜 제1절곡부(320a, 320b), 제2절곡부(340a, 340b) 및 제3절곡부(360a, 360b)를 형성한다.
상기 제1절곡부(320a, 320b)는 금속 시트의 튜브 베이스(300)에 맞닿아 있으며 내부에 형성된 유체 유로(310a, 310c)를 향해 절곡되어 있는 형상을 취함으로써 상기 폴디드 튜브(30)의 강성을 높일 수 있다.
한편, 제2절곡부(340a, 340b)는 상기 폴디드 튜브(30)의 외주면상에 드러나 있는 외주면 대향 절곡부로서 상기 제2절곡부(340a, 340b) 외주면 방향에는 삼각형(delta) 형상의 그루브(groove)가 구조적으로 형성되며, 상기 제1절곡부(320a, 320b)와 제2절곡부(340a, 340b) 사이에는 또 하나의 내부 유체 유로(310b)가 형성될 수 있다.
상기 방법에 의해 유체 유로(310a, 310b, 310c)가 형성된 상기 폴디드 튜브(30)는 납재를 흘려보내어 제1절곡부(320a, 320b)와 튜브 베이스(300) 사이 및 제2절곡부(340a, 340b) 사이를 브레이징 접합시킴으로써 유체 유로들 간을 격리시킨다. 본 발명에서의 상기 폴디드 튜브(30)는 삼각형 형상의 상기 그루브(380)가 형성되는 형상의 것이면 되고, 내부 유체 유로의 개수라든지 절곡 부위의 위치 및 구조적인 형상을 제한하는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 상기 튜브삽입구(220')의 내측에는 돌출된 부분이 없으므로 상기 튜브삽입구(220')와 상기 폴디드 튜브(30) 사이에는 상기 그루브(380)에 해당하는 빈 공간이 형성된다.
삼각형 형상의 상기 그루브(380)를 비롯한 상기 폴디드 폴드(30)와 상기 튜브삽입구(220') 사이의 간극을 충진하기 위하여는 상당량의 납재가 소요되거나 납재가 흘러내리는 문제가 발생하여 브레이징 성능이 저하되는 요인이 된다.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기에서 돌기부(240)가 형성된 튜브삽입구(220)를 갖춘 헤더(20)의 부분 사시도이다. 도 3을 참조하면, 삼각형(delta) 형상의 상기 그루브(380)에 해당하는 공간을 소정의 납재를 대체하여 충진시킬 수 있는 형상을 지닌 돌기부(240)가 상기 튜브삽입구(220)의 가이드면(222) 일측에 형성된다.
바람직하게는, 상기 돌기부(240)의 단면은 상기 그루브(380)의 형상에 대응하여 단면이 삼각형 모양인 것이 좋다. 또는 상기 돌기부(240)는 상기 헤더(20)와 일체로 성형되는 것이 바람직하다.
도 4(a)는 상기 돌기부(240)가 형성된 상기 튜브삽입구(220)를 확대하여 나타낸 사시도이고, 도 4(b)는 도 4(a)의 A-A' 방향에서 바라본 측면 단면도이다.
도 4(a)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 튜브삽입구(220)에는 상기 폴디드 튜브(30)가 삽입되는 방향으로 상기 튜브를 가이드할 수 있는 가이드면(262)이 형성된 버링부(260)가 더 포함되되, 상기 돌기부(240)는 상기 가이드면(262) 일측에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 버링부(260)는 상기 헤더(20)와 상기 탱크(10)의 결합에 의해 형성되는 중공부(미도시) 내측으로 돌출되어 형성되되, 상기 폴디드 튜브(30)의 양단부가 삽입되어 유동되지 않도록 하기 위한 상기 가이드면(262)이 형성될 수 있다. 상기 버링부(260)를 구비함으로 인해 상기 헤더(20)와 상기 폴디드 튜브(30)의 유동을 방지하고 브레이징 성능을 향상시킬 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 바람직하게는 상기 돌기부(240)의 종방향 길이는 상기 가이드면(262)의 깊이와 상기 튜브삽입구 내면(222)의 깊이를 합한 것과 동일하도록하는 것이 좋으며, 바람직하게는 상기 헤더(20)와 상기 돌기부(240) 및 상기 버링부(260)는 일체로 성형되는 것이 내구성 면에서 좋다.
비록 도면에는 도시하지 아니하였으나, 상기 버링부(260)는 상기 폴디드 튜브(30)가 삽입되는 방향과 반대방향으로(즉, 상기 헤더(20) 외측으로) 상기 튜브를 가이드할 수 있는 가이드면(262)이 형성된 버링부(260)가 더 포함되되, 상기 돌기부(240)가 상기 가이드면(262) 일측에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있음은 물론이다.
도 5는 상기 폴디드 튜브(30)가 본 발명에 따른 열교환기(1)의 상기 튜브삽입구(220)에 내삽된 것을 나타내는 부분 사시도이며, 도 6은 도 5의 정면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 폴디드 튜브(30)의 소정 길이 단부가 상기 튜브삽입구(220)에 내삽되되, 상기 폴디드 튜브(30)의 일측면에 형성된 상기 그루브(380)가 상기 돌기부(240)에 의해 소정 영역이 메워짐을 알 수 있다.
또한, 상기 폴디드 튜브(30)와 상기 튜브삽입구(220) 사이에는 상기 버링부(260)가 형성됨으로써 상기 폴디드 튜브(30)가 유동하는 것을 방지하고, 브레이징 성능을 보다 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 열교환기(1)를 구성하는 상기 돌기부(240)는 상기 가이드면(262) 및 상기 튜브삽입구 내면(222)의 깊이 만큼의 종방향 길이를 갖으며 돌기부 측면(242)을 이루고 있으므로 브레이징시 보다 견고하게 상기 폴디드 튜브(30)와의 기밀성을 유지할 수 있어 유체 리크(leak)를 차단할 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 종래의 튜브삽입구(220')는 상기 그루브(380) 만큼의 유격이 발생하여 이를 충진시키기 위한 별도의 납재가 다량 사용될 수밖에 없었으나, 본 발명에 따른 열교환기의 상기 튜브삽입구(220)에는 외주면의 대향 절곡부에 의한 상기 그루브(380)의 공간을 상기 돌기부(240)가 대체함으로써 상기한 문제점을 극복할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 열교환기
10 : 탱크
20 : 헤더
200 : 헤더 베이스
220 : 튜브삽입구 222 : 튜브삽입구 내면
240 : 돌기부 242 : 돌기부 측면
260 : 버링부 262 : 가이드면
30 : 폴디드 튜브
300 : 튜브 베이스 310a, 310b, 310c : 유체 유로
320a, 320b : 제1절곡부
340a, 340b : 제2절곡부(외주면 대향 절곡부)
360a, 360b : 제3절곡부
380 : 그루브
40 : 방열핀

Claims (3)

  1. 유체 유로(310)가 형성된 다수개의 튜브(30)와; 상기 튜브(30)들 사이에 개재되는 방열핀(40)과; 상기 튜브(30)의 양단부가 내삽되기 위한 다수개의 튜브삽입구(220)가 형성된 헤더(20) 및; 상기 헤더(20)의 일측에 결합되는 탱크(10)를 포함하여 이루어지는 열교환기(1)에 있어서,
    상기 튜브(30)는 금속 판재의 소정 부위를 단계적으로 절곡하여 적어도 하나 이상의 유체 유로(310)를 형성함과 동시에 외주면의 대향 절곡부(340a, 340b) 사이에 그루브(380)가 형성된 폴디드 튜브이고, 상기 튜브삽입구(220)의 일측에는 상기 그루브(380)를 차폐할 수 있도록 돌기부(240)가 형성됨으로써 브레이징 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브삽입구(220)에는 상기 폴디드 튜브(30)가 삽입되는 방향으로 상기 폴디드 튜브(30)를 가이드할 수 있는 가이드면(262)이 형성된 버링부(260)가 구비되고, 상기 돌기부(240)는 상기 가이드면(262) 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브삽입구(220)에는 상기 폴디드 튜브(30)가 삽입되는 방향과 반대방향으로 상기 폴디드 튜브(30)를 가이드할 수 있는 가이드면(262)이 형성된 버링부(260)가 구비되고, 상기 돌기부(240)는 상기 가이드면(262) 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
KR1020110086212A 2011-08-29 2011-08-29 열교환기 KR20130023450A (ko)

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