KR20140067868A

KR20140067868A - 열 교환기 제조 방법

Info

Publication number: KR20140067868A
Application number: KR1020127027441A
Authority: KR
Inventors: 신야 쓰지모토
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2014-06-05
Also published as: JP2011208823A; CN102822616B; WO2011122388A1; CN102822616A

Abstract

본 발명의 목적은 열 교환기를 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있으며, 이에 따라 튜브 내부 표면(1)으로부터 돌출된 복수개의 내부 돌출부를 포함하는 내부에 홈이 형성된 전열 튜브가 사용된다 해도, 튜브 팽창 부하의 증가가 방지되며, 핀들이 떨어지는 것이 방지되며, 전열 튜브가 팽창되어, 열 방출 핀들에 대한 전열 튜브의 충분한 밀착을 얻을 수 있다. 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 따라, 튜브 내부 표면(11)에 형성된 내부 돌출부로서 돌출 피스(12A)를 포함하는 전열 튜브(1)는 전열 튜브(1)가 열 방출 핀(3)들에 밀착될 수 있도록, 튜브 팽창 플러그(2)에 의하여 팽창된다. 튜브 팽창 플러그(2)는 플러그 직경 증가 부분(2A)과, 플러그 직경 증가 부분(2A)에 대하여 후방에 위치하는 플러그 직경 감소 부분(2B)을 구비한다. 플러그 직경 증가 부분(2A)은 튜브 축 방향으로, 그의 외부 원주 형상을 따라 8mm≤R1≤20mm의 범위로 곡률(R1)의 반경으로 갖는 외부 원주 표면을 갖는다. 플러그 직경 감소 부분(2B)은 튜브 축 방향으로, 그의 외부 원주 형상을 다라 R2/R1≤0.8의 범위로 곡률(R2)의 반경을 갖는 외부 원주 표면을 갖는다. 팽창된 이후에 감소된 직경을 갖는 전열 튜브(1)는 전열 튜브(1)로부터 분리된 이후에 팽창 플러그(2)에 의항 재팽창된다.

Description

열 교환기 제조 방법 {Method for producing heat exchanger}

본 발명은 냉동기 또는 공기 조화기 또는 이와 유사한 것과 같은 공기 조화 장치에 설치되는 열교환기를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 튜브 팽창으로 인하여 내부 핀들이 떨어지는 것을 방지함과 동시에, 우수한 열 교환 특성을 제공하는 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

공기 조화기 또는 이와 유사한 장치에 사용 가능한 전열 튜브로서, 그 내부 표면에 다수의 소형 헬리컬 형상의 홈들을 구비하는 내부에 홈이 형성된 튜브가 광범위하게 사용되는 이유는 이와 같은 유형의 튜브가 종래의 연질 표면의 튜브와 비교하여 튜브 내부에서 열 전달 성능을 현저히 증가시키기 때문이다.

내부에 홈이 형성된 그와 같은 튜브를 제조하기 위한 일반적인 방법은 이른바 압연 공정 방법이다. 아래에 명시된 특허 서류 1에 기술된 바와 같은 이와 같은 방법에 따르면, 홈이 형성된 플러그는 연질 표면 튜브 내에 고정되어 있으며, 그리고 튜브의 외부 원주면이 압연 도구에 의하여 가압되면서, 상기의 홈이 형성된 플러그가 분리되고, 이와 같은 홈들이 상기 튜브의 내부에 구성되는 것이다.

열 교환기는 상기와 같은 방법으로 제조되어, 전열 튜브로서 사용되는 내부에 홈이 형성된 튜브를 이용하여 제조된다. 예를 들면 알루미늄 합금과 같은 것으로 만들어 지고 그리고 전열 튜브가 삽입되는 사전에 성형된 구멍을 갖는 다수의 열 방출 핀들은 그들이 서로 중첩될 수 있도록 열 절단 튜브의 길이 방향으로 소정의 피치 간격으로 배열된다. 전열 튜브는 열 방출 핀들 각각의 구멍 내로 삽입되며, 튜브 팽창 플러그가 전열 튜브 내로 가압된다. 이러한 전열 튜브는, 전열 튜브의 외주 표면이 열 방출 핀들 각각의 구멍의 내부 원주 표면에 밀착될 수 있도록 팽창된다.

최근에는, 우수한 열 전달 특성을 갖는 전열 튜브들이 열 교환기의 성능을 개선할 목적으로 사용되고 있다. 예를 들면, 아래에 명시된 특허 문서 2에 기술된 내부에 홈이 형성된 튜브가 그러한 전열 튜브들 중 하나이다.

특허 문서 2에 기술된 내부에 홈이 형성된 튜브는 분리 홈 튜브(separate-grooved tube)라 부른다. 이와 같은 유형의 튜브는 튜브 내부 표면에 제공되고 그리고 핀 헬리컬 방향으로 단속적으로 일렬로 배열된 복수개의 핀 돌출부들을 포함하고 있다. 상기의 복수개의 핀 돌출부들은 내부 핀이 서브 홈(sub grooves)들로 분할됨에 따라 그 결과로 만들어 지는 것이다.

그러나, 이와 같은 내부에 홈이 형성된 튜브들은 튜브가 팽창될 때 내부 핀들이 떨어지는 것을 방지하기 위한 저항력이 핀 돌출부들이 짧을 때 또는 서브 홈의 폭이 클 때 종래 연질 표면 튜브와 비교하여, 나쁜 문제점이 있다.

특히 튜브의 팽창 시에 내부 핀들 또는 튜브 팽창 플러그에 전달되는 튜브 팽창 부하가 증가될 때, 내부 핀들이 떨어지기 쉽다는 것이다.

내부 핀들이 떨어지면, 전열 튜브의 성능 또한 떨어진다. 그리고, 튜브가 소정의 외부 직경을 갖기 위하여 평창 할 수 없게 되는 문제점이 있다. 이와 같은 현상은 튜브와 열 방출 핀들 사이의 밀착이 충분하지 않게 되며, 이에 따라 열 교환기의 성능이 현저히 저하되는 문제점이 발생한다.

특허 문서 1: 일본 공개 특허 공개번호 쇼 55-103215 특허 문서 2: 일분 공개 특허 공개번호 2009-162389

따라서, 본 발명의 목적은 열 교환기를 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있으며, 상기의 방법에 의하여, 서브 홈들에 의하여 분할된 내부 핀들의 결과로 형성된 독립적인 내부 돌출부들을 포함하는 내부에 홈이 형성된 전열 튜브가 사용되어도, 튜브 팽창 로드의 증가가 방지되며, 그리고 내부 핀들이 떨어지는 것이 방지되며, 그리고 전열 튜브가 팽창되어, 열 방출 핀들에 충분한 밀착을 얻을 수 있다.

본 발명은 열 교환기 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법에 의하여 튜브 내부 표면으로부터 헬리컬 형상으로 돌출되는 내부 핀에 의하여, 튜브 내부 표면에 형성되는 복수개의 독립적인 핀 부분을 포함하는 전열 튜브는 열 방출 핀들의 통공을 통과하며, 그리고 전열 튜브가 열 방출 핀들에 밀착될 수 있도록, 튜브 팽창 플러그는 전열 튜브 내로 가압 삽입되어, 전열 튜브를 팽창시키게 된다. 상기 튜브 팽창 플러그는 그 전방 부분으로부터 후방 방향으로 증가하는 직경을 갖는 플러그 직경 증가 부분과, 후방 방향으로 감소하는 직경을 갖는 플러그 직경 감소 부분으로 각각 구비하며, 상기 플러그 직경 감소 부분은 플러그 직경 증가 부분에 대하여 후방 방향에 위치한다. 상기 직경 증가 부분은 튜브 축 방향으로 그 외부 원주 형상을 따라 8mm≤R1≤20mm의 범위로 곡률 R1의 반경을 갖는 외부 원주 표면을 갖는다. 상기 플러그 직경 감소 부분은 튜브 축 방향으로 그의 외부 원주 형상을 따라 R2/R1≤0.8의 범위로 곡률 R2의 반경을 갖는 외부 원주 표면을 갖는다. 그의 직경이 팽창 이후에 감소되는 전열 튜브는 전열 튜브로부터 분리되는 튜브 팽창 플러그에 의하여 재팽창된다.

열 교환기를 제조하기 위한 방법에 대한 본 발명의 일실시예에 있어서, 전열 튜브는 튜브 축 방향의 그 양쪽 단부가 결합된 상태에서 전열 튜브를 팽창시키는 비수축 튜브 팽창 방법에 의하여 팽창된다.

열 교환기를 제조하기 위한 방법에 대한 본 발명의 일실시예에 있어서, 핀 부분은 해당 핀 부분에 대하여 핀 헬리컬 방향 하류측에 최소한 형성되고, 그리고 그에 인접한 내부 핀부분의 방향으로 돌출되고, 그리고 해당하는 핀 부분에 대하여 튜브 축 방향 상류측에 형성된, 돌출 피스(piece)를 각각 구비하고 있다.

돌출 피스는 필수적인 것은 아니며, 그리고 핀 부분은 돌출 피스를 구비할 필요가 없다.

용어 "전방부"란 튜브 팽창 플러그가 전열 튜브 내로 삽입되는 방향에서 전방부를 뜻하며, 용어 "후방"이라 함은 튜브 팽창 플러그가 전열 튜브 내로 삽입되는 방향에서 후방을 뜻한다.

열 방출 핀들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어지는 것이 바람직하다. 전열 튜브의 재료는 구리, 구리 합금 또는 우수한 열 전도를 갖는 소정의 금속성 재료이면 되고, 이에 구체적으로 한정되지 않는다.

용어 "비수축 튜브 팽창 방법"이라 함은, 튜브가 팽창함에 따라, 튜브가 그 길이 방향으로 수축되는 것을 방지하기 위하여, 튜브의 양측 단부가 결속된 상태에서 튜브를 팽창시키는 방법을 뜻한다.

본 발명에 따르면 열 교환기 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법에 있어서, 분리 홈 튜브라 불리며, 그리고 서브 홈들에 의하여 분리되는 내부 핀들에 의하여 형성되는 독립적인 내부 돌출 유형 핀 부분들을 포함하는, 내부에 홈이 형성된 튜브가 전열 튜브로서 이용될 때, 내부 핀들이 떨어지는 것이 방지되고, 그리고 전열 튜브가 팽창되어, 열 방출 핀들에 충분히 밀착될 수 있다.

도1은 일 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법을 도시하는 도면이다.
도2는 상기 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 이용 가능한 전열 튜브의 튜브 내부 표면을 도시하는 도면이다.
도3은 상기 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 이용 가능한 전열 튜브의 튜브 내부 표면을 도시하는 도면이다.
도4는 상기 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 이용 가능한 튜브 팽창 플러그를 도시하는 측면도이다.
도5는 상기 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법이 어떻게 기능을 하는지를 도시하는 도면이다.
도6은 상기 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법이 어떻게 기능을 하는지를 도시하는 도면이다.
도7은 상기 실시예에 있어서, 열교환기를 제조하기 위한 방법에 이용 가능한 또 다른 튜브 팽창 플러그를 도시하는 측면도이다.
도8은 상기 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 이용 가능한 또 다른 튜브 팽창 플러그를 도시하는 측면도이다.
도9는 상기 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 이용 가능한 또 다른 튜브 팽창 플러그를 도시하는 측면도이다.
도10은 상기 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 이용 가능한 또 다른 튜브 팽창 플러그를 도시하는 측면도이다.

본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 따르면, 튜브 축 방향(D1)에 대하여 소정의 각도로 그의 튜브 내부 표면에 형성된 복수개의 헬리컬 형상의 내부 핀(12)들을 포함하는 전열 튜브(1)가 열 방출 핀(3)들을 관통한다. 튜브 팽창 플러그(2)는 전열 튜브(1)를 팽창시키기 위하여 전열 튜브(1) 내로 가압되어, 이에 따라 열 방출 핀(알루미늄 핀)(3)들 및 전열 튜브(1)는 서로 밀착하게 된다.

도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 내부 핀(12)들은 튜브 내부 표면(11)로부터 돌출되고 그리고 핀 헬리컬 방향(D2)의 방향으로 연장되는 핀 부분(내부 돌출부)(12A)을 포함하고 있다. 핀 부분(12A)들은 내부 핀(12)들이 헬리컬 형상의 서브 홈(14)들에 의하여 분할됨에 따라 형성된다.

핀 부분(12A)들은 핀 부분(12A)에 대하여 핀 헬리컬 방향 하류측(D2d)에 최소한 형성되고, 그리고 그에 인접한 내부 핀(12)의 방향으로 돌출되고, 그리고 핀 부분(12A)에 대하여 튜브 축 방향 상류측(D1u)에 형성된, 돌출 피스(piece)(16)(아래에 설명된 제1 돌출 피스(16a)를 각각 구비하고 있다.

도4에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2)는 전방 단부(2F)(전방 표면)로부터 후방의 방향으로 증가하는 직경을 갖는 플러그 직경 증가 부분(2A)을 구비한다. 플러그 직경 증가 부분(2A)은 튜브 축 방향(D1)의 방향으로 그 외부 원주 형상을 따라 8mm≤R1≤2mm의 범위로 곡률 반경 R1의 반경을 갖는 외부 원주 표면을 갖는다.

상기의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다. 제조 방법에 사용된 전열 튜브(1)는 상기에 기술된 바와 같이 헬리컬 형상의 내부 핀(12)들이 서브 홈(14)들에 의하여 분할됨에 따라 형성된 복수개의 핀 부분(12A)들이 튜브 내부 표면(11)에 형성되는 구조로 구성된다. 튜브 내부 표면(11)은 도2 미 도3에 도시되어 있다.

도2는 본 실시예에 있어서, 전열 튜브(1)의 내부 표면(11)을 개략적으로 도시하는 부분 확대 및 전개 등축도이다. 도3은 핀 부분(12A) 및 그의 인접 구성을 도시하는 확대 평면도이다. 그리고 도3은 핀 부분(12A)의 상부 구성 및 돌출 피스(16)의 상부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도2에 있어서, 참조 문자 β1은 핀 리드(lead) 각도 (메인 홈 리드 각고)를 뜻하며, 그리고 참조 문자 β2는 서브 홈 리드 각도를 뜻하며, 그리고 참조 문자 Hf는 메인 홈들의 깊이를 뜻하며, 그리고 참조 문자 Hn은 서브 홈들의 깊이를 뜻하며, 그리고 참조 문자 Pf는 핀 헬리컬 방향(D2)의 핀 부분(12A)들 사이의 피치(길이)를 뜻한다. 도2에서, 참조 문자 D1은 튜브 축 방향을 뜻하며, 그리고 참조 문자 D2는 핀 헬리컬 방향을 뜻하며, 그리고 참조 문자 D3은 서브 홈 헬리컬 방향을 뜻한다. 참조 문자들 뒤에 붙은 "u"는 튜브 내에서 냉매의 흐름에서 상류측을 각각 표시하며, 그리고 참조 문자들 뒤에 붙은 "d"는 튜브 내의 냉매의 흐름에서 하류측을 각각 표시한다.

튜브 내부 표면(11)에 형성된 헬리컬 내부 핀(12)들로 인하여, 전열 튜브(1)는 내부 핀(12)들 사이에 메인 홈(13)들을 구비한다.

복수개의 핀 부분(12A)들은 내부 핀(12)들이 서브 홈(14)들에 의하여 분할됨에 따라 그 결과로 형성되며, 이에 따라 서로로부터 각각 독립적으로 형성되며, 그리고 핀 헬리컬 방향(D2)으로 단속적으로 배열된다.

핀 부분(12A)들은 핀 헬리컬 방향(D2)의 상류측(u)의 그 일단부에 형성되는 돌출 피스(16)을 구비하며, 그리고 핀 헬리컬 방향(D2)의 하류측(d)의 일단부에 형성되는 돌출 피스(16)를 구비하고 있다. 돌출 피스(16)들은 서브 홈 헬리컬 방향(D3)의 상류측(u) 및 하류측(d)을 향하여 각각 돌출되어 있다. 도3에 도시된 바와 같이, 핀 부분(12A)들은 평면도에 도시된 바와 같이, 경사진 "H" (경사진 H 형상)의 형상을 각각 갖는다.

돌출 피스(16)들은 제1 돌출 피스(16a), 제2 돌출 피스(16b), 제3 돌출 피스(16c), 제4 돌출 피스(16d)를 포함하고 있다. 이와 같은 모든 돌출부들은 핀 부분(12A)에 대하여 메인 홈(13)들 내로 돌출된다.

제1 돌출 피스(16a)는 해당하는 핀 부분(12A)에 대하여 핀 헬리컬 방향 하류 측(D2d)에 형성되고, 서브 홈 헬리컬 방향 상류측(D3u)의 방향으로 돌출되고, 그리고 해당하는 핀 부분(12A)과 그에 인접한 내부 핀(12) 사이의 메인 홈(13) 내로 돌출되고, 그리고 해당하는 핀 부분(12A)에 대하여 튜브 축 방향 상류 측(D1u) 상에 형성된다.

제2 돌출 피스(16b)는 해당하는 핀 부분(12A)에 대하여 핀 헬리컬 방향 하류측(D2d)에 형성되고, 서브 홈 헬리컬 방향 하류측(D3d)의 방향으로 돌출되고, 그리고 해당하는 핀 부분(12A)와 그에 인접한 내부 핀(12) 사이의 메인 홈(13) 내로 돌출되고, 그리고 해당하는 핀 부분(12A)에 대하여 튜브 축 방향 하류 측(D1d) 상에 형성된다.

제3 돌출 피스(16c)는 해당하는 핀 부분(12A)에 대하여 핀 헬리컬 방향 상류측(D2u)에 형성되고, 서브 홈 헬리컬 방향 상류측(D3u)의 방향으로 돌출되고, 그리고 해당하는 핀 부분(12A)와 그에 인접한 내부 핀(12) 사이의 메인 홈(13) 내로 돌출되고, 그리고 해당하는 핀 부분(12A)에 대하여 튜브 축 방향 상류 측(D1u) 상에 형성된다.

제4 돌출 피스(16d)는 해당하는 핀 부분(12A)에 대하여 핀 헬리컬 방향 상류측(D2u)에 형성되고, 서브 홈 헬리컬 방향 하류측(D3d)의 방향으로 돌출되고, 그리고 해당하는 핀 부분(12A)와 그에 인접한 내부 핀(12) 사이의 메인 홈(13) 내로 돌출되고, 그리고 해당하는 핀 부분(12A)에 대하여 튜브 축 방향 하류 측(D1d) 상에 형성된다.

핀 헬리컬 방향(D2)의 방향으로 서로에 인접한 두 개의 핀 부분(12A)의 사이에서, 그들 사이에 서브 홈(14)을 구비하며, 서로에 대하여 마주하는 돌출 피스(16)들이 서브 홈(14) 형성부(15)를 구성한다.

핀 부분(12A) 각각은 핀 헬리컬 방향(D1)에 직교하는 방향으로 사다리꼴 형상의 단면을 갖는다. 서브 홈(14)은 서브 홈 방향(D3)에 직교하는 방향으로 역삼각형 단면을 각각 갖는다. 도2에 도시된 바와 같이, 참조 문자(Hn)는 서브 홈 헬리컬 방향 상류측(D3u)로부터 서브 홈 헬리컬 방향 하부측(D3d)으로의 서브 홈(14)의 평균 깊이(Hn)를 뜻한다.

핀 높이(Hf) 및 핀 포(W), 예를 들면 Hf/W의 비율은 1.4와 동일하거나 큰 것이 바람직하다. 상기 비율이 1.4 이하이면, 전열 튜브(1)의 우수한 열 교환 성능을 얻을 수 없다.

여기서, "핀 폭 (W)"라 함은 핀 헬리컬 방향(D2)에 직교하는 다면에서 각 핀 부분(12A)의 베이스 부분의 폭을 뜻한다.

전열 튜브(1)는 바람직하게 3 내지 10mm의 외부 직경을 갖는다. 전열 튜브(1)에 있어서, 바닥부 두께(T)는 0.1 내지 1.0mm이며, 내부 핀들의 높이(Hf)는 0.05 내지 0.5mm이며, 더 바람직하게는 0.1 내지 0.4mm이며, 내부 핀(12)들의 정점에서의 각도는 0 내지 20도이다.

각각의 내부 핀(12)의 핀 리드 각도(β1)는 핀 리드 각도(β1)가 증가함에 따라, 열 교환 성능이 개선되기 때문에, 25도와 동일하거나 또는 그 보다 큰 것이 바람직하다. 그리고, 핀 리드 각도(β1)는 핀 리드 각도(β1)가 증가함에 따라, 전열 튜브의 제조가 보다 어려워지기 때문에 30 내지 60도인 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서, 열 교환기를 제조하는 방법에 있어서, 도1에 도시된 바와 같이, 상기에 기술한 구조를 갖는 전열 튜브(1)는 튜브 축 방향(D1)의 방향으로 상기에 설명된 간격으로 위치하는 열 방출 핀(3)들의 통공(3H)를 관통한다. 전열 튜브(1)의 외부 직경은 튜브 팽창 플러그(2)에 의하여 튜브 내부 면(face)(11)으로부터 팽창된다.

전열 튜브(1)의 상기와 같은 팽창에 따라, 전열 튜브(1)의 외부 표면과 통공(3H)의 내부 표면은 서로 밀착하게 된다. 따라서, 열 교환기가 제조된다.

상기에 기술된 전열 튜브(1)의 팽창에 사용된 튜브 팽창 플러그(2)는 지지 로드(2a)의 끝(tip)에 밀착된다. 지지 로드(2a)의 베이스부는 튜브 팽창 장치 또는 이와 유사한 것(미도시)에 부착된다.

도4에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2)는 원통형 형성을 갖는다. 튜브 축 방향(D1)의 전체 길이, 즉 전열 튜브(1)가 삽입 또는 분리되는 길이(L)에 걸쳐, 튜브 팽창 플러그(2)는 튜브 축 방향(D1)(삽입/분리 방향(L))에 직교하는 방향으로 원형 단면을 갖는다. 튜브 팽창 플러그(2)의 전방 단부(2F)(전방 표면) 및 후방 단부(2R)(후방 표면)는 뷰트 축 방향(D1)으로 서로 마주한다. 튜브 팽창 플러그(2)의 전방 단부(2F)는 원형이며, 팽창 이전의 전열 튜브(1)의 내부 직경보다 작은 직경(φd1)을 갖는다.

튜브 팽창 플러그(2)는 전방 단부(2)로부터 후방의 방향으로 점진적으로 증가하는 직경을 갖는 플러그 직경 증가 부분(2A)를 갖는다. 플러그 직경 증사 부분(2A)의 직경은 튜브 축 방향(D1)의 전체 길이에서 최대 직경인 직경(φd2)를 갖는 최대 직경 부분(2M)까지 증가한다.

플러그 직경 증가 부분(2A)의 외부 원주 표면은 튜브 축 방향(D1)으로 그 외부 원주 형상을 따라 8mm≤R1≤20mm의 범위의 곡률(R1)의 반경을 갖는다.

튜브 팽창 플러그(2)는 플러그 직경 증가 부분(2A)의 방향 후방으로 플러그 직경 감소 부분(2B)을 갖는다. 상기 플러그 직경 감소 부분(2B)은 최대 직경 부분(2M)로부터 후방 단부(2R)의 방향으로 점진적으로 감소하는 직경을 갖는다.

플러그 직경 감소 부분(2B)은 튜브 축 방향(D1)의 방향으로 그 외부 원주 형상을 따라 R2≤0.8 x R1의 범위로 곡률(R2)의 반지름을 갖는 외부 원주 표면을 갖는다. 이와 같은 구성에 따라, 튜브 팽창 플러그(2)의 후방 단부(2R)는 최대 직경 부분(2M)의 직경(φd2) 보다 작은 직경(φd3)을 갖는다.

열 교환기를 제조하기 위한 이와 같은 방법에 따라, 다음의 기능들 및 효과들을 얻을 수 있다.

열 교환기를 제조하기 위한 방법에 따르면, 전열 튜브(1)를 팽창시키기 위하여 사용된 튜브 팽창 플러그(2)는 상기에 기술한 바와 같이, 튜브 축 방향(D1)으로 그 외부 원주 형상을 따라 8mm≤R1≤20mm의 범위로 곡률(R1)의 반경을 갖는 외부 원주 표면을 갖는 플러그 직경 증가 부분(2A)를 갖는다.

R1이 8mm와 동일하거나 또는 크기 때문에, 각각의 내부 핀(12) 및 튜브 팽창 플러그(2)는 작은 접촉 각도로 서로 접촉한다. 따라서, 튜브는 내부 핀들이 떨어지는 것이 방지되면서, 가압에 의하여 팽창될 수 있다.

R1이 20mm와 동일하거나 이보다 적기 때문에, 각각의 내부 핀(12) 및 튜브 팽창 플러그(2) 사이의 접촉 면적의 크기는 과도하게 크지 않다. 따라서, 마찰 저항(접촉 저항)으로 인한 튜브 팽창 부하의 증가가 억제될 수 있다.

보다 상세하게는, 튜브 팽창 부하의 증가는 튜브 팽창 플러그(2)가 전열 튜브(1) 내로 삽입될 때, 소음 또는 지지 로드(2a)(코어)의 왜곡을 발생시키는 문제점이 있다. R1을 20mm와 동일하게 또는 이보다 적게 설정함으로써, 상기와 같은 문제점을 피할 수 있다. 튜브 팽창 부하의 증가를 억제시켜, 내부 핀들이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 전열 튜브(1)는 열 방출 핀(3)들에 충분한 밀착력을 가지며, 이에 따라 높은 성능의 열 교환기를 제조할 수 있다.

그리고, 튜브 팽창이 보다 부드럽게 수행되며, 이에 따라 생산 효율이 증가될 수 있다.

그리고, 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 따라, 전열 튜브(1)를 팽창시키기 위하여 사용된 튜브 팽창 플러그(2)는 상기에 기술한 바와 같이, 튜브 축 방향(D1)으로 그 외부 원주 형상을 따라 R2/R1≤0.8의 범위로 곡률(R2)의 반경을 갖는 외부 원주 표면을 갖는 플러그 직경 감소 부분(2B)을 포함하고 있다.

R2≤0.8 x R1이기 때문에, 내부 핀(12)들은 비수축 튜브 팽창 방법에 따라 실시된 튜브 팽창 이후에 떨어지는 것이 방지된다. 그 결과, 원하는 형상의 내부 핀들이 형성된다.

따라서, 본 실시예에 따른 열 교환기를 제조하기 위한 방법은 비수축 팽창 방법에 의하여 전열 튜브(1)를 팽창시키기가 매우 효과적이다.

용어 "비수축 튜브 팽창"이라 함은, 튜브의 팽창으로 인하여, 튜브가 그 길이 방향으로 수축되는 것을 방지하기 위하여, 튜브의 양측 단부가 결속된 상태에서 튜브를 팽창시키는 방법을 뜻한다.

비수축 튜브 팽창 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 도5(a)에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2)는 팽창 이전의 전열 튜브(1) 내로 삽입 된다 (도면에서 L1의 방향). 그 결과, 전열 튜브(1)는 플러그 직경 증가 부분(2A)에 의하여 팽창되어 튜브 팽창 플러그(2)의 최대 외부 직경(φd2)과 거의 동일한 직경(φD2)을 갖는다. 즉, 전열 튜브(1)의 내부 직경은 도5(a)에 도시된 바와 같이, φD1에서 φD2로 증가된다.

그러나, 도5(b)에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2)가 관통된 이후에, 전열 튜브(1)는 튜브 재료의 탄성으로 인하여, 조금 변형되어 그 직경이 감소하게 된다. 즉, 전열 튜브(1)의 내부 직경은 도5(b)에 도시된 바와 같이 φD2에서 φD3로 감소하게 된다.

따라서, 도5(c)에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2)이 분리되는 동안에 (도면에서 L2의 방향), 전열 튜브(1)는 플러그 직경 감소 부분(2B)에 의하여 조금 재팽창하게 된다. 전열 튜브(1)의 내부 직경은 도5(c)에 도시된 바와 같이 φD3에서 φD4로 다시 증가하게 된다.

즉, 분리되는 튜브 팽창 플러그(2)에 의한 재팽창의 결과, 전열 튜브(1)의 내부 직경(φD4)은 튜브 팽창 플러그(2)의 최대 외부 직경(φd2)과 거의 동일한 직경(φD2)이 되고, 이 크기는 튜브 팽창 플러그(2)가 삽입된 이후에, 변형되어 그 직경이 감소된 상태에서의 전열 튜브(1)의 내부 직경(φD3) 보다 크게 된다. (φD3<φD4<φD2).

도5(a)는 내부 표면(11)이 튜브 팽창 플러그(2)의 삽입에 의하여 어떻게 팽창하는 가를 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다. 도5(b)는 튜브 팽창 플러그(2)가 삽입된 이후에 어떻게 튜브의 직경이 조금 감소하는 지를 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다. 도5(c)는 분리되는 튜브 팽창 플러그(2)에 의하여 어떻게 튜브가 재팽창 되는지를 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.

도6(a)에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2)가 삽입된 이후에, 튜브 내부 표면(11)의 내부 핀(12)은 튜브 팽창 플러그(2)의 삽입에 따라 조금 경사지게 된다. 그러나, 플러그 직경 증가 부분(2A)에 의하여 조금 경사진 내부 핀(12)은, 튜브 팽창 플러그(2)가 도6(b)에 도시된 바와 같이 분리되는 동안에 플러그 직경 감소 부분(2B)에 의하여 원래 상태로 복귀하게 된다.

도6(b)은 도5(a)에 도시된 영역(X)의 확대도이며, 내부 핀(12)이 어떻게 투브 팽창 플러그(2)에 의하여 경사지게 되는지 도시한다. 도6(b)는 도5(c)에 도시된 영역(Y)의 확대 도면이며, 분리되는 튜브 팽창 플러그(2)에 의하여 경사진 내부 핀(12)가 어떻게 회복되는지를 도시한다.

상기에 기술한 바와 같이, 본 실시예에서 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 이용되는 전열 튜브(1)는 핀 부분(12)에 제공된 제1 돌출 피스(16a)를 최소한 포함한다.

따라서, 메인 홈(13) 내에서 흐르는 냉매의 일부는 제1 돌출 피스(16a)와 충돌하게 되고, 이에 따라 튜브의 반경 방향으로 내부로 흐르게(paddled)된다. 3차원적인 불안전한 흐름이 발생하게 된다. 따라서, 열 전달율이 종래의 전열 튜브와 비교하여 더 개선될 수 있다.

본 실시예의 방법에 의하여 전열 튜브들이 팽창되는 평가 실험을 설명하면 다음과 같다.

본 평가 실험에서, 내부에 홈이 형성된 전열 튜브(1)들로서 제공된 테이블 (1)에 도시된 4개 유형의 샘플 튜브(1 내지 4)들을 비수축 튜브 팽창 방법에 의하여 팽창시켰다. 샘플 전열 튜브(1 내지 4)들은 서브 홈(14)들에 의하여 내부 핀(12)들이 분할됨에 따라 그 결과로 형성된 독립적인 핀 부분(12A)(내부 돌출부)을 포함하는 이른바 분리 홈 튜브들이다.

[테이블 1]

각각의 예 1 내지 11 및 비교 예 1 내지 8에서의 실험은 테이블 2에 도시된 샘플 튜브와 팽창 플러그(2)의 조합으로 진행되었다.

[테이블 2]

비교 예 1 내지 8에서의 실험에 사용된 튜브 팽창 플러그(2)들은 모두 플러그 직경 감소 부분(2B)을 포함하고 있지만, 플러그 직경 감소 부분(2B)은 튜브 축 방향(D1)의 방향으로 그 외부 원주 형상을 따라 R2≥1.0 x R1의 범위로 곡률(R2)의 반경을 갖는 외부 직경을 갖는다.

이와는 대조적으로, 예 1 내지 8의 실험에 사용된 튜브 팽창 플러그(2)들은 모두 튜브 축 방향(D1)의 방향으로 그 외부 원주 형상을 따라 R2≤0.8 x R1의 범위로 곡률(R2)의 반경을 갖는 외부 직경을 갖는 플러그 직경 감소 부분(2B)를 포함한다.

예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 8의 각 실험에 있어서, 튜브 팽창 이후의 전열 튜브(1) 내에서의 내부 핀들의 떨어짐 및 튜브 팽창율이 평가되었다.

내부 핀들의 떨어짐이 다음과 같이 평가되었다. 튜브의 팽창 이전과 이후에, 전열 튜브는 튜브 축 방향(D1)에 직교하는 방향으로 절단되고 그리고 수지로 채워진다. 절단된 단면은 연마되고, 내부 핀들은 광학현미경에 의하여 관측된다. 튜브 팽창 이후의 내부 핀들의 경사각(θ)가 관측되었다.

도6(c)에 도시된 바와 같이, 각도(θ)는 튜브 팽창 이전에, 내부 핀(12)의 정점과 핀(12)의 베이스 부분의 폭 방향 중심을 연결하는 선에 의하여 그리고 튜브 팽창 이후에, 내부 핀(12)의 정점과, 내부 핀(12)의 베이스 부분의 폭 방향 중심을 연결하는 선에 의하여 정의된다.

θ≥20도일 때, 내부 핀(12)이 떨어지는 것이 결정된다. 그 이유는 다음과 같다. θ≥20도일 때, 전열 튜브의 성능은 내부 핀의 변형으로 인하여 감소한다. 그리고, θ≥20도일 때, 전열 튜브(1)는 종종 상기에 기술한 외부 직경을 얻기 위하여 팽창될 수 없는 상태가 되며, 전열 튜브(1)의 외부 표면과 열 방출 핀(3)의 사이에 밀착력이 충분하지 않게 된다. 그 결과, 열 교환 특성이 저하된다.

실제적인 튜브 팽창 비율은 다음에 의하여 계산되었다.

튜브 팽창 비율(%) = (팽창 이후의 외부 직경 - 팽창 이전의 외부 직경)/팽창 이전이 외부 직경 x 100. 이와 같은 실험에 있어서, 튜브 팽창 비율의 목표는 5.6% 또는 그 이상이었다. 평가 결과는 테이블 2에 나타나 있다.

테이블 2에 보인 바와 같이, 내부 핀의 경사각(θ)은 비교예 1 내지 8에서는 θ≥23 였으며, 예 1 내지 11에서는 θ≤19 이었다.

튜브 팽창 비율에 대하여, 비교예 3을 제외하고 비교예 1 내지 8은 목표치 5.6%에 이르지 못하였다. 비교예 3은 튜브 팽창 비율에 대한 목표치에 도달하였지만, 그의 내부 핀의 경사각 (θ)은 23도였으며, 이 경사각은 내부 핀의 떨어짐에 대한 결정 근거가 되는 20도 보다는 크다. 즉, 비교예 1 내지 8의 어떤 팽창 방법에 의해서도, 튜브 팽창 비율 또는 내부 핀의 경사각에 대한 기준값(목표치)을 얻지 못하였다.

대조적으로, 예 1 내지 11은 모두 팽창 비율 5.6% 또는 그 이상으로 팽창하였다.

따라서, 심지어 분리 홈 튜브가 전열 튜브로서 사용될지라도, 내부 핀들은 떨어지지 않으며, 그리고 전열 튜브가 팽창할 수 있어, 열 방출 핀(3)들에 대한 충분한 밀착력을 얻을 수 있다는 사실을 열 교환기를 제조하기 위한 상기에 기술한 방법에 의하여 보여 주었다.

본 발명은 상기에 기술된 실시예에 한정되지 않으며, 그리고 다양한 실시예에 의하여 실시될 수 있다.

예를 들면, 본 발명에 따른 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 이용되는 튜브 팽창 플러그는 상기 기술된 실시예의 튜브 팽창 플러그(2)에 한정되지 않는다.

구체적으로, 도7(a) 및 도7(b)에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2P1 및 2P2)들은 각각 플러그 전방측 소직경 부분(2Ft 및 2Fc)들을 구비하며, 이들은 전방 단부(2F) 및 플러그 직경 증가 부분(2A) 사이의 플러그 직경 증가 부분(2A)의 직경보다 작은 직경을 갖는다.

상기의 구조에 있어서, 도7(a)에 도시된 바와 같이, 플러그 전방측 소직경 부분(2Ft)은 경사진 외부 원주 표면을 가질 수 있으며, 즉 그 직경은 전방 단부에 접근함에 따라 감소된다. 다른 방법으로는, 도7(b)에 도시된 바와 같이, 플러그 전방측 소직경 부분(2Fc)의 외부 원주 표면은 튜브 축 방향으로 그 외부 원주 형상을 따라 R1과 다른 곡률 R3의 반경을 가질 수 있다.

도8(a) 및 도8(b)에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2P3 및 2P4)는 후방측 소경 부분(2Rt 및 2Rc)을 구비하며, 이들은 후방 단부(2R) 및 플러그 직경 감소 부분(2B) 사이의 플러그 직경 감소 부분(2B)의 직경보다 작은 직경을 갖는다.

상기 구조에 있어서, 도8(a)에 도시된 바와 같이, 플러그 후방측 소직경 부분(2Rt)은 경사진 외부 원주 표면을 갖는다. 다른 방법으로, 도8(b)에 도시된 바와 같이, 플러그 후방측 소직경 부분(2Rc)의 외부 원주 표면은 튜브 축 방향으로 그의 외부 원주 형상을 따라 R2와는 다른 곡률 R3의 반경을 갖는다.

그리고, 도9(a)에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2P5)는 두 개의 연속하는 플러그 직경 증가 부분(2A)을 구비한다. 즉, 플러그 전방측 직경 증가 부분(2A1) 및 플러그 후방측 직경 증가 부분(2A2)을 갖는다.

플러그 전방측 직경 증가 부분(2A1)의 외부 원주 표면은 튜브 축 방향(L)으로 그의 외부 원주 형상을 따라 곡률 R1a의 반경을 가지며, 그리고 플러그 후방측 직경 증가 부분(2A2)의 외부 원주 표면은 튜브 축 방향(L)으로 그의 외부 원주 형상을 따라 곡률(R1b)의 반경을 갖는다. R1a 및 R1b는 서로 다르지만, 둘다 8mm≤R1≤20mm의 범위 내에 있다.

이와 유사하게, 도9(b)에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2P6)는 두 개의 연소하는 플러그 직경 감소 부분(2B)을 구비한다. 즉, 플러그 전방측 직경 감소 부분(2B1) 및 플러그 후방측 직경 감소 부분(2B2)을 갖는다.

플러그 전방측 직경 감소 부분(2B1)의 외부 원주 표면은 튜브 축 방향(L)으로 그의 외부 원주 형상을 따라 곡률(R2a)의 반경을 가지며, 그리고 플러그 후방측 직경 감소 부분(2B2)의 외부 원주 표면은 튜브 직경 방향(L)으로 그의 외부 원부 형상을 따라 곡률(R2b)의 반경을 갖는다. R2a 및 R2b는 서로 다르지만, 둘 다 R2/R1≤0.8의 범위 내에 있다.

그리고, 도10에 도시된 바와 같이, 튜브 팽창 플러그(2P7)는 플러그 직경 증가 부분(2A) 및 플러그 직경 감소 부분(2B) 사이에 최대 직경 부분(2M)을 가질 수 있으며, 그리고 상기 최대 직경 부분(2M)은 전체적으로 최대 직경(φd2)을 갖는 배럴(barrel) 부분(2T)일 수 있으며, 이는 튜브 축 방향(L)으로 최대 직경이다.

상기에 기술한 바와 같이, 튜브 팽창 플러그는, 전열 튜브(1) 내로 삽입되고 그리고 전열 튜브(1)를 팽창시킬 때, 내부 핀들을 접촉시키기 위하여 플러그 직경 증가 부분(2A)의 외부 원주 표면이 튜브 축 방향(L)으로 그의 외부 원주 형상을 따라 8mm≤R1≤20mm의 범위 내에 있는 곡률(R1)의 반경을 가지는 한, 다양한 실시예들 중 한 실시예를 가질 수 있다.

이와 유사하게, 튜브 팽창 플러그는, 전열 튜브(1)로부터 분리되고, 그리고 튜브 팽창 이후에 변형되어 감소된 직경을 갖는 전열 튜브(1)를 재팽창시킬 때, 내부 핀(12)들을 접촉시키기 위한 플러그 직경 감소 부분(2B)의 외부 원주 표면이 튜브 축 방향(L)으로 그의 외부 원주 형상을 따라, R2/R1≤0.8의 범위에 있는 곡률 2의 반경을 갖는 한, 다양한 실시예들 중 한 실시예를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 돌출 피스는 상기에 설명된 실시예에 있어서 제1 동출 피스(16a)를 뜻한다.

참조 부호 리스트
1: 전열 튜브
2, 2P1, 2P2, 2P3, 2P4, 2P5, 2P6, 2P7: 튜브 팽창 플러그
2A: 플러그 직경 증가 부분
2B: 플러그 직경 감소 부분
3: 열 방출 핀
11: 튜브 내부 표면
12: 내부 핀
12A: 핀 부분
14: 서브 홈
16: 돌출 피스
D1: 튜브 축 방향
D2: 핀 헬리컬 방향

Claims

튜브 내부 표면으로부터 헬리컬 형상으로 돌출되는 내부 핀이 서보 홈에 의하여 분할됨에 따라 그 결과로 형성되며, 그리고 튜브 내부 표면에 형성된 복수개의 독립적인 핀 부분들을 포함하는 전열 튜브가 열 방출 핀들의 통공을 통과하고, 그리고 전열 튜브가 열 방출 핀들에 밀착될 수 있도록, 튜브 팽창 플러그가 전열 튜브 내로 가압 삽입되어, 열 팽창 튜브를 팽창시키는, 열 교환기를 제조하기 위한 방법에 있어서,
상기의 튜브 팽창 플러그는,
그의 전방부로부터 후방 방향으로 증가하는 직경을 갖는 플러그 직경 증가 부분과,
후방 방향으로 감소하는 직경을 갖는 플러그 직경 감소 부분을 포함하며, 상기 플러그 직경 감소 부분은 플러그 직경 증가 부분에 대하여 후방으로 위치하며;
상기 플러그 직경 증가 부분은 튜브 축 방향으로, 그의 외부 원주 형상을 따라 8mm≤R1≤20mm의 범위의 곡률(R1)의 반경을 갖는 외부 원주 표면을 가지며;
상기 플러그 직경 감소 부분은 튜브 축 방향으로, 그의 외부 원주 형상을 따라 R2/R1≤0.8의 범위로 곡률(R2)의 반경을 갖는 외부 원주 표면을 가지며; 그리고
팽창 이후에 감소된 직경을 갖는 전열 튜브는 전열 튜브로부터 빼냄으로서 튜브 팽창 플러그에 의하여 재팽창되는 것을 특징으로 하는 열 교환기를 제조하기 위한 방법.
상기 전열 튜브는 튜브 축 방향으로 그의 양 단부가 결속된 상태에서 전열 튜브를 팽창시키는 비수축 튜브 팽창 방법에 의하여 팽창되는 것을 특징으로 하는 제1항 기재의 열 교환기를 제조하기 위한 방법.
상기 핀의 핀 부분에는 돌출 피스(piece)가 구비되며, 상기 돌출피스는 해당하는 핀 부분에 있어서 적어도 핀 헬리컬 방향 하류 측에 해당하는 핀 부분과 튜브 축 방향 상류 측에서 인접하는 내부 핀부분과의 사이를 향하여 돌출하도록 형성한 것을 특징으로 하는 청구항1 또는 청구항2 기재의 열 교환기를 제조하기 위한 방법.