KR20140110877A

KR20140110877A - 열교환기 및 열교환기의 헤더 벽면과 전열관을 연결하는 연결구, 및 그 연결구를 이용한 열교환기의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140110877A
Application number: KR1020147017379A
Authority: KR
Inventors: 시게아키 다키나미; 유이치 나카타; 다카히로 마츠오; 시게토시 다니가와
Original assignee: 씨. 아이. 카세이 가부시기가이샤; 가부시키가이샤 나카타 세이사쿠쇼; 가부시키가이샤 세이코 프리시젼; 가부시키가이샤 씨케이유
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-09-17
Also published as: CN203163545U; CN103134353A; JPWO2013080823A1; TW201329413A; WO2013080823A1

Abstract

[과제] 헤더 벽면의 구멍의 피치를 작게 하지 않고 전열관의 피치를 작게 할 수 있음과 아울러, 전열관의 선단이 헤더 벽면으로부터 돌출되지 않도록 한 열교환기를 제공한다.
[해결 수단] 전열관(3)의 단부의 외경 보다도 지름이 작게 구성된 구멍(22)을 가지는 헤더 벽면(21)과, 그 헤더 벽면(21)의 구멍(22)과 전열관(3)을 연결하는 연결구(6)를 구비하여 이루어지는 열교환기(1)에 있어서, 연결구(6)를, 헤더 벽면(21)의 표면에 접촉하는 플랜지부(61)와, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)에 삽입된 상태에서 해당 구멍(22)으로부터 돌출하도록 마련되는 몸통부(62)를 구비하도록 구성한다. 그리고, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)으로부터 돌출한 몸통부(62)의 외주와 전열관(3)의 내주가 접하도록 하고, 이것에 의해서 구멍(22)의 피치 보다도 전열관(3)끼리의 피치를 작게 한다.

Description

열교환기 및 열교환기의 헤더 벽면과 전열관을 연결하는 연결구, 및 그 연결구를 이용한 열교환기의 제조 방법{HEAT EXCHANGER, COUPLER THAT CONNECTS HEAT EXCHANGER TUBES TO HEADER WALL OF HEAT EXCHANGER, AND METHOD OF MANUFACTURING HEAT EXCHANGER USING SAID COUPLERS}

본 발명은, 헤더와 전열관(傳熱管)을 구비하여 이루어지는 열교환기에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 헤더 벽면에 형성된 구멍과 전열관을 연결하는 연결구(連結具)를 구비하여 이루어지는 열교환기에 관한 것이다.

종래의 셸 앤드 튜브(shell and tube)식의 일반적 구조를 도 10에 나타낸다. 도 10에서, 부호 71L 및 부호 71R은, 좌우에 마련된 헤더이며, 부호 72는, 왼쪽의 헤더(71L)와 오른쪽의 헤더(71R)와의 사이에 마련된 복수개의 전열관이다. 이 전열관(72)은, 좌우의 헤더 벽면(71W)에 형성된 구멍에 삽입된 상태에서 납땜되어 있고, 그 내부에, 헤더(71L)로 안내된 제1 유체를 통과하도록 되어 있다. 또, 부호 73은, 이들 전열관(72)을 덮는 셸(shell)이다. 그리고, 이러한 구성에서, 전열관(72) 내로 안내된 제1 유체는, 셸(73)과 좌우의 헤더 벽면(71W)과의 사이에 의해 둘러싸인 구획 공간으로 안내되는 제2 유체에 의해서 열교환되도록 되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 구성에서, 헤더 벽면(71W)의 구멍과 전열관(72)을 용착시키는 경우, 헤더 벽면(71W)에 프레스 가공 등으로 복수의 구멍을 형성한 후, 그 구멍에 전열관(72)을 삽입하여 납땜하도록 하고 있었다(특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1 : 일본특허공개 2001-304788호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 2003-053522호 공보

그렇지만, 이러한 열교환기를 제조하는 경우, 헤더 벽면의 구멍의 피치를 작게 하여 전열관(傳熱管)의 피치를 작게 하려면, 구멍과 구멍의 사이에 균열이 생겨 버리기 때문에, 도저히 헤더 벽면의 구멍의 피치를 작게 할 수 없었다. 이 때문에, 전열관의 피치가 크게 되어 버려, 열교환기를 소형화할 수 없었다.

또, 헤더 벽면의 구멍에 전열관을 삽입하여 납땜할 때, 가열에 의해서 납재(材)를 녹이도록 하고 있었지만, 이와 같이 하면, 그 열에 의해서 전열관이 신장해 버려, 전열관의 선단이 헤더 벽면으로부터 돌출해 버린다고 하는 문제가 생겼었다. 이 때문에, 그 후, 별도의 공정으로 그 돌출 부분을 없애지 않으면 안 되었다.

또는, 헤더 벽면이 얇으면, 전열관과 구멍과의 용착 부분이 작아져 버려, 구멍의 주위에 납재(材)를 덮어 씌우지 않으면 유체가 누출되어 버린다고 하는 문제도 생겼었다.

이에, 본 발명은 상기 과제를 주목하여 이루어진 것으로, 헤더 벽면의 구멍의 피치를 작게 하지 않고 전열관과 전열관의 피치를 작게 할 수 있음과 아울러, 전열관의 선단을 헤더 벽면으로부터 돌출시키지 않도록 한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 전열관(傳熱管)의 단부의 외경 보다도 지름이 작게 구성된 구멍을 가지는 헤더 벽면과, 해당 헤더 벽면의 구멍과 전열관을 연결하는 연결구(連結具)를 구비하여 이루어지는 열교환기에 있어서, 해당 연결구를, 헤더 벽면의 표면에 접촉하는 플랜지부와, 헤더 벽면의 구멍에 삽입된 상태에서 해당 구멍으로부터 돌출하도록 마련되는 중공 모양의 몸통부를 구비하여 구성하며, 해당 헤더 벽면의 구멍으로부터 돌출한 몸통부의 외주와 전열관의 내주가 접하도록 한 것이다.

이와 같이 하면, 구멍의 피치가 비교적 큰 경우라도, 헤더 벽면의 구멍으로부터 돌출하는 몸통부의 외주에 전열관을 삽입시키는 것에 의해서, 인접하는 전열관과의 피치를 작게 할 수 있게 된다. 또, 헤더 벽면의 구멍에 전열관을 삽입시키도록 하고 있지 않기 때문에, 구멍으로부터 전열관의 단부가 돌출하지 않게 되어, 돌출한 단부의 연삭(硏削) 공정도 불필요하게 된다.

또, 이와 같은 발명에 있어서, 전열관과 헤더 벽면과의 사이에, 전열관 단부의 불균일함을 흡수하기 위한 완충 수단을 마련하도록 한다.

이와 같이 하면, 가열에 의해서 전열관을 납땜할 때에, 그 완충 수단에 의해서 전열관의 신장을 흡수할 수 있어, 대면하는 헤더 벽면과의 거리를 일정하게 유지한 상태에서 전열관을 납땜할 수 있게 된다.

게다가, 연결구를, 복수의 몸통부와, 해당 복수의 몸통부를 가지는 하나의 플랜지부를 마련하도록 할 수도 있다.

게다가, 상술한 연결구를 이용할 때에, 상기 헤더 벽면에 장착되는 복수의 전열관의 피치를 헤더 벽면의 두께보다 작게 하고, 이것에 의해서, 열교환기를 소형화한다.

또, 상기 연결구의 몸통부의 길이를 헤더 벽면의 두께의 2배 이상으로 설정하고, 이것에 의해서 전열관의 납땜 부분을 크게 한다.

또, 몸통부에, 유체를 매끄럽게 유입 혹은 유출시키기 위한 모깎기부를 마련하고, 이것에 의해서, 헤더 벽면의 구멍의 주위를 가공하지 않고, 매끄럽게 유체를 전열관 내로 유입시키도록 한다.

또, 상기 플랜지에서의 헤더 벽면과의 접촉면측에, 헤더 벽면의 구멍의 주위에서의 부풀어 오름을 흡수하기 위한 오목부를 마련하도록 한다.

이와 같이 하면, 헤더 벽면에 구멍의 주위에 버(burr)나 변형 등으로 부풀어 오름이 생기고 있는 경우라도, 그 오목부에 의해서 부풀어 오름을 흡수할 수 있어, 플랜지 전체를 헤더 벽면에 접촉시킬 수 있게 된다.

또, 상기 몸통부의 선단 부분에, 선단을 향함에 따라 외경을 작게 한 테이퍼부를 마련하고, 이것에 의해서, 전열관을 몸통부에 삽입하기 쉽게 한다.

본 발명에 의하면 전열관(傳熱管)의 단부의 외경 보다도 지름이 작게 구성된 구멍을 가지는 헤더 벽면과, 해당 헤더 벽면의 구멍과 전열관을 연결하는 연결구(連結具)를 구비하여 이루어지는 열교환기에 있어서, 해당 연결구를, 헤더 벽면의 표면에 접촉하는 플랜지부와, 헤더 벽면의 구멍에 삽입된 상태에서 해당 구멍으로부터 돌출하도록 마련된 중공 모양의 몸통부를 구비하여 구성하고, 해당 헤더 벽면의 구멍으로부터 돌출한 몸통부의 외주와 전열관의 내주가 접하도록 했으므로, 구멍의 피치가 비교적 큰 경우라도, 헤더 벽면의 구멍으로부터 돌출하는 몸통부의 외주에 전열관을 삽입시킴으로써, 인접하는 전열관과의 피치를 작게 할 수 있다. 또, 헤더 벽면의 구멍에 전열관을 삽입시키지 않기 때문에, 구멍으로부터 전열관의 단부가 돌출하지 않게 되어, 돌출한 단부의 연삭 공정도 불필요하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서의 열교환기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서의 헤더 벽면과 전열관 근방의 확대도이다.
도 3은 일 실시 형태에서의 헤더 벽면과 전열관 근방의 확대도이다.
도 4는 일 실시 형태에서의 헤더 벽면과 전열관을 연결하는 연결구를 나타내는 도면이다.
도 5는 다른 실시 형태에서의 오목부를 형성한 플랜지부를 가지는 연결구를 나타내는 도면이다.
도 6은 다른 실시 형태에서의 테이퍼부를 형성한 몸통부를 가지는 연결구를 나타내는 도면이다.
도 7은 다른 실시 형태에서의 완충 수단을 가지는 연결구를 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시 형태에서의 완충 수단을 마련한 도면이다.
도 9는 다른 실시 형태에서의 완충 수단(제2 면에 오목부)을 마련한 도면이다.
도 10은 종래예에서의 열교환기를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에서의 열교환기(1)는, 셸 앤드 튜브(shell and tube)식의 열교환기(1)로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 좌우에 마련된 헤더(2)와, 이들 좌우의 헤더(2)의 사이에 마련된 복수개의 전열관(傳熱管, 3)과, 이들 전열관(3)의 외측을 덮는 셸(4) 등을 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 특징적으로는, 이 헤더(2)를 구성하는 헤더 벽면(21)에, 복수의 구멍(22)을 형성함과 아울러, 그 구멍(22)에 리벳 모양의 연결구(連結具, 6)(도 2 참조)를 삽입하여 그 선단측으로부터 전열관(3)을 삽입하여 납땜하도록 한 것이다. 이하, 본 실시 형태에서의 셸 앤드 튜브식의 열교환기(1)에 대해 상세하게 설명한다.

(제1 실시 형태)

우선, 이 열교환기(1)의 헤더(2)는, 열교환의 대상이 되는 제1 유체를 유입 및 배출시키도록 한 것으로서, 헤더 벽면(21)과 셸(4)에 의해서 둘러싸인 공간으로 구성되어 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 헤더 벽면(21)과 헤더 외벽(25)과 셸(4)에 의해서 헤더(2)를 구성하고 있지만, 별도로 새롭게 마련된 헤더 커버와 셸(4)에 의해서 헤더(2)를 구성하도록 해도 괜찮다. 그리고, 이와 같이 구성된 헤더(2)에 제1 유입부(23)로부터 제1 유체를 유입시킴과 아울러, 타방측의 헤더(2)의 제1 배출부(24)로부터 열교환된 제1 유체를 배출시키도록 하고 있다.

이 헤더 벽면(21)에 장착되는 전열관(3)은, 헤더(2)로부터 분기하여 유입한 제1 유체를 내부로 안내하도록 한 것으로서, 단면이 중공 원형 모양을 이루는 금속제 부재로 구성되어 있다. 또, 이 전열관(3)을 구성하는 경우, 그 내벽에, 도시하지 않는 나선 모양의 요철을 형성하여, 제1 유체와 전열관(3)의 내벽이 접하는 면적을 크게 확보하도록 해도 괜찮다. 또, 이와 같이 나선 모양의 요철을 형성하는 경우에 코일 스프링을 전열관(3)의 내벽에 용착시키는 경우는, 단부 근방에 그 코일 스프링을 마련하지 않도록 해 둔다. 이것에 의해서, 후술하는 연결구(6)에 전열관(3)을 삽입할 때에, 코일 스프링이 방해가 되지 않도록 해 둔다. 또, 이 전열관(3)의 외측 표면에는, 전열관(3)의 축과 직교하는 방해판(5)이 교대로 마련되어 있고, 이것에 의해서, 제2 유체를 사행(蛇行, 구불구불 움직임)시키도록 하고 있다.

이들 전열관(3)의 외측을 덮는 셸(4)은, 왼쪽의 헤더 벽면(21)과, 오른쪽의 헤더 벽면(21)과의 사이에 구획 공간을 형성하는 것으로서, 일방측에 마련된 제2 유입부(41)로부터 제2 유체를 유입시키고, 구획 공간 내의 방해판(5)에 의해 그 제2 유체를 사행시키면서, 타방측의 제2 배출부(42)로부터 배출시키도록 한 것이다. 이 제2 유체는, 전열관(3) 내의 제1 유체와 열교환시키는 것으로서, 예를 들면, 제1 유체로서 고온의 유체가 이용되는 경우는, 제2 유체로서 저온의 유체를 이용하고, 또 반대로, 제1 유체로서 저온의 유체가 이용되는 경우는, 제2 유체로서 고온의 유체를 이용한다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제2 유체를 흐르게 하는 경우, 제1 유체와 동일 방향, 즉 도 1의 왼쪽으로부터 오른쪽으로 흐르도록 해도 괜찮고, 또, 도 1과는 달리, 제2 유체와 역방향으로 흐르도록 해도 괜찮다.

이러한 구성에서, 전열관(3)의 단부는, 연결구(6)에 의해서 헤더 벽면(21)의 구멍(22)의 위치에 장착된다. 이 연결구(6)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 몸통부(62)의 일단측에 플랜지부(61)를 마련하여 구성되는 것으로서, 그 몸통부(62)의 중앙에 관통하는 구멍을 마련하여 구성되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 연결구(6)의 플랜지부(61)는, 헤더 벽면(21)의 일방면(제1 면(21a))에 접촉한 상태에서 구멍(22)의 주위 전체를 덮는 원형 모양으로 구성되어 있다. 또, 플랜지부(61)의 중앙 부분으로부터 연속하는 중공 모양의 몸통부(62)는, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)에 내접시키도록 형성되어 있으며, 그 선단을 헤더 벽면(21)의 타방면(제2 면(21b))으로부터 돌출시키도록 하고 있다. 이 몸통부(62)의 길이(L)에 대해서는, 몸통부(62)를 전열관(3)의 단부에 삽입시킨 상태에서 확실히 납땜할 수 있도록, 헤더 벽면(21)의 두께(D)의 적어도 2배 이상의 길이를 가지도록 해 두고, 또, 몸통부(62)의 외경에 대해서는, 몸통부(62)의 외주와 전열관(3)의 내주가 접할 정도의 치수로 설정하고 있다.

다음으로, 이와 같이 구성된 연결구(6) 등을 이용하여 열교환기(1)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.

우선, 도 1에 나타내는 바와 같은 셸 앤드 튜브식의 열교환기(1)를 제조하는 경우, 헤더 벽면(21)에 프레스 가공에 의해서 복수의 구멍(22)을 형성한다. 이 구멍(22)을 프레스 가공에 의해서 형성하는 경우, 전열관(3)을 삽입할 수 없을 정도의 치수로서, 또한, 연결구(6)의 몸통부(62)를 내접시킬 정도의 치수로 설정해 둔다. 이 때, 바람직하게는, 헤더 벽면(21)에 장착되는 복수의 전열관(3)과 전열관(3)의 피치(d：인접하는 전열관(3)의 외주끼리의 간격)를, 헤더 벽면(21)의 두께(D) 보다도 작게 해 둔다. 그리고, 이러한 피치로 구멍(22)을 형성한 후, 그 구멍(22)에 연결구(6)의 몸통부(62)를 삽입하고, 플랜지부(61)를 헤더 벽면(21)의 제1 면(21a)에 접촉시킨다. 또, 이 연결구(6)를 장착하는 경우에는, 미리, 헤더 벽면(21)에 도금을 실시해 두며, 그것을 녹이는 것에 의해서 플랜지부(61)와 헤더 벽면(21)과의 접촉 부분을 용착시키고, 또, 그 도금으로도 용착이 부족한 경우는, 필요에 따라서 납재(材)를 도포하여 용착시킨다.

그리고, 이와 같이 연결구(6)를 장착한 후, 몸통부(62)를 전열관(3)에 삽입해 간다. 또, 이것과 동시에, 이것에 대향하는 헤더 벽면(21)에도 마찬가지로, 연결구(6)를 장착하여 몸통부(62)의 선단을 전열관(3)에 삽입한다. 이 때, 전열관(3)과 전열관(3)과의 피치는, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)과 구멍(22)의 피치(인접하는 구멍(22)의 개구 단부끼리의 간격) 보다도 작게 되어 있다. 즉, 종래에서는 헤더 벽면(21)의 구멍(22)에 내접하도록 전열관(3)을 삽입하고 있기 때문에, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)과 구멍(22)의 피치와 전열관(3)과 전열관(3)과의 피치가 동일하게 되어 있었지만, 이 실시 형태에서는, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)의 외측에 전열관(3)의 내벽이 위치하도록 되어 있기 때문에, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)과 구멍(22)의 피치 보다도 전열관(3)과 전열관(3)의 피치 쪽이 작게 된다.

그리고, 이와 같이 전열관(3)을 장착한 상태에서, 헤더 벽면(21)의 외주 부분을 따라서 셸(4)을 장착하고, 헤더 벽면(21)의 외주 부분과 셸(4)의 접촉 부분을 납땜한다.

다음으로, 셸(4)의 좌우 양측의 개구부에 제1 유입부(23)나 제1 배출부(24)를 장착함과 아울러, 셸(4)의 몸통부로서 셸(4)과 좌우의 헤더 벽면(21)으로 둘러싸여 구획 공간이 형성되어 있는 위치에도 제2 유입부(41)나 제2 배출부(42)를 장착한다.

이와 같이 상기 실시 형태에 의하면, 전열관(3)의 단부의 외경 보다도 지름이 작게 구성된 구멍(22)을 가지는 헤더 벽면(21)과, 해당 헤더 벽면(21)의 구멍(22)과 전열관(3)을 연결하는 연결구(6)를 구비하여 이루어지는 열교환기(1)에 있어서, 해당 연결구(6)를, 헤더 벽면(21)의 제1 면(21a)측에 접촉하는 플랜지부(61)와, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)에 삽입된 상태에서 해당 구멍(22)으로부터 돌출하도록 마련되는 중공 모양의 몸통부(62)를 구비하여 구성하고, 해당 헤더 벽면(21)의 구멍(22)으로부터 돌출한 몸통부(62)의 외주와 전열관(3)의 내주가 접하도록 하고 있으므로, 구멍(22)의 피치가 비교적 큰 경우라도, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)으로부터 돌출하는 몸통부(62)를 전열관(3)에 삽입함으로써, 인접하는 전열관(3)과의 피치를 작게 할 수 있다. 또, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)에 전열관(3)을 삽입시키지 않으므로, 구멍(22)으로부터 전열관(3)의 단부가 돌출하지 않게 되어, 돌출한 단부의 연삭 공정도 불필요하게 된다.

(제2 실시 형태)

본 실시 형태의 열교환기(1)는, 이하에 기재하는 점을 제외하고, 기본적으로 제1 실시 형태와 동일하게 구성되어 있다. 이하, 상세하게 설명한다.

연결구(6)는, 도 3이나 도 4에 나타내는 바와 같이, 몸통부(62)의 일단측에 플랜지부(61)를 마련하여 구성되는 것으로서, 그 몸통부(62)의 중앙에 관통하는 구멍을 마련하여 구성되어 있다. 또, 연결구(6)는, 플랜지부(61)와 몸통부(62)와의 경계 부분에, 만곡(灣曲)한 라운딩(rounding)이나 모깎기를 한 모깎기부(63)를 가지며, 이것에 의해서, 제1 유체의 유입이나 유출시의 저항을 저감시키도록 하고 있다. 또, 이 플랜지부(61)를 헤더 벽면(21)에 접촉시키는 경우, 구멍(22)의 주위에 버(burr)나 변형 등에 의해서 부풀어 오름이 생겨 버리면, 거기에 플랜지부(61)가 접촉해 버려, 헤더 벽면(21)에 플랜지부(61)를 접촉시킬 수 없게 되어 버린다. 이에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(61)의 헤더 벽면(21)과의 접촉면측으로서 몸통부(62)의 외주 근방에, 헤더 벽면(21)의 부풀어 오름을 흡수하기 위한 오목부(61a)를 형성하도록 해 둘 수도 있다. 이 오목부(61a)는, 플랜지부(61)의 두께를 얇게 하는 것에 의해서 형성할 수 있다. 이와 같이 하는 것에 의해서, 구멍(22)의 주위가 부풀어 오르는 경우에도, 그 오목부(61a)에 의해서 부풀어 오름을 흡수하여, 플랜지부(61)를 헤더 벽면(21)에 접촉시킬 수 있게 된다.

한편, 이 플랜지부(61)의 중앙 부분으로부터 연속하는 중공 모양의 몸통부(62)는, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)에 내접되도록 형성되는 것으로서, 그 선단을 헤더 벽면(21)의 타방면(제2 면(21b))으로부터 돌출시키도록 하고 있다. 이 몸통부(62)의 길이(L)에 대해서는, 몸통부(62)를 전열관(3)의 단부에 삽입시킨 상태에서 확실히 납땜할 수 있도록, 헤더 벽면(21)의 두께(D)의 적어도 2배 이상의 길이를 가지도록 해 두고, 또, 몸통부(62)의 외경에 대해서는, 몸통부(62)의 외주와 전열관(3)의 내주가 접할 정도의 치수로 설정하고 있다. 또, 이 몸통부(62)는, 전열관(3)에 삽입시키기 쉽게 하기 위해서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 선단측을 향해 외경을 약간 작게 한 테이퍼부(64)를 구성하고 있다. 이 선단측을 테이퍼 모양으로 하는 경우, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 몸통부(62)의 선단 근방의 외주부만을 깎는 등에 의해 테이퍼부(64)를 형성해도 좋고, 혹은, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 선단 부분 전체에 중심 방향으로 압력을 가하여 내벽을 포함하여 테이퍼부(64)를 형성해도 좋다.

또, 본 실시 형태에서는, 전열관(3)의 선단측에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 가열에 의한 전열관(3)의 신장을 흡수하기 위한 완충 수단이 마련된다. 이 완충 수단은, 전열관(3)을 납땜할 때의 신장에 의한 선단 부분의 불균일함을 흡수할 수 있도록 한 것으로서, 여기에서는, 몸통부(62)의 주위에 장착되는 중공 모양의 링 부재(81) 등으로 구성된다. 그리고, 이러한 중공 모양의 링 부재(81)를 마련하는 것에 의해서, 전열관(3)을 납땜할 때에 전열관(3)이 신장한 경우라도, 그 중공 모양의 링 부재(81)에 의해서 그 신장을 흡수하고, 대면하는 헤더 벽면(21)과 헤더 벽면(21)의 거리를 일정하게 유지하도록 하고 있다.

우선, 도 1에 나타내는 바와 같은 셸 앤드 튜브식의 열교환기(1)를 제조하는 경우, 헤더 벽면(21)에 프레스 가공에 의해서 복수의 구멍(22)을 형성한다. 이 구멍(22)을 프레스 가공으로 형성하는 경우, 전열관(3)을 삽입할 수 없을 정도의 치수로서, 또한, 연결구(6)의 몸통부(62)를 내접시킬 정도의 치수로 설정해 둔다. 이 때, 바람직하게는, 헤더 벽면(21)에 장착되는 복수의 전열관(3)과 전열관(3)의 피치(d：인접하는 전열관(3)의 외주끼리의 간격)를, 헤더 벽면(21)의 두께(D) 보다도 작게 해 둔다. 그리고, 이러한 피치로 구멍(22)을 형성한 후, 그 구멍(22)에 연결구(6)의 몸통부(62)를 삽입하고, 플랜지부(61)를 헤더 벽면(21)의 제1 면(21a)에 접촉시킨다. 이 때, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)의 주위에 버(burr)나 변형 등의 부풀어 오름이 생기고 있는 경우는, 플랜지부(61)의 뒤측에 마련된 오목부(61a)에 의해서 그것을 흡수하여, 플랜지부(61)를 헤더 벽면(21)에 접촉시킨다. 또, 이 연결구(6)를 장착하는 경우에는, 미리, 헤더 벽면(21)에 도금을 실시해 두고, 그것을 녹이는 것에 의해서 플랜지부(61)와 헤더 벽면(21)과의 접촉 부분을 용착시키며, 또, 그 도금으로도 용착이 부족한 경우는, 필요에 따라서 납재(材)를 도포하여 용착시킨다.

그리고, 이와 같이 연결구(6)를 장착한 후, 제2 면(21b)측으로부터 돌출하고 있는 몸통부(62)의 선단으로부터 중공 모양의 링 부재(81)를 삽입하고, 그 후, 몸통부(62)의 테이퍼부(64)를 전열관(3)에 삽입해 간다. 또, 이것과 동시에, 이것에 대향하는 헤더 벽면(21)도 마찬가지로, 연결구(6)를 장착하여 몸통부(62)의 선단으로부터 링 부재(81)나 전열관(3)을 삽입하고, 각각의 전열관(3)을 링 부재(81)에 접촉시킨다. 이 때, 전열관(3)과 전열관(3)과의 피치는, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)과 구멍(22)의 피치(인접하는 구멍(22)의 개구 단부끼리의 간격) 보다도 작게 되어 있다. 즉, 종래에서는 헤더 벽면(21)의 구멍(22)에 내접하도록 전열관(3)을 삽입하고 있기 때문에, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)과 구멍(22)의 피치와 전열관(3)과 전열관(3)과의 피치가 동일하게 되어 있었지만, 본 실시 형태에서는, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)의 외측에 전열관(3)의 내벽이 위치하도록 되어 있기 때문에, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)과 구멍(22)의 피치 보다도 전열관(3)과 전열관(3)의 피치가 작게 된다.

또, 전열관(3)과 헤더 벽면(21)과의 사이에, 완충 수단인 링 부재(81)를 마련했으므로, 전열관(3)의 단부의 불균일함을 흡수할 수 있다. 또, 몸통부(62)에 모깎기부(63)를 마련했으므로, 유체를 매끄럽게 유입 혹은 유출시킬 수 있다. 또, 플랜지부(61)에서의 헤더 벽면(21)과의 접촉면측에 오목부(61a)를 마련했으므로, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)의 주위에서의 부풀어 오름을 흡수할 수 있다. 또, 몸통부(62)의 선단 부분에, 선단을 향함에 따라 외경을 작게 한 테이퍼부(64)를 마련했으므로, 몸통부(62)를 전열관(3)에 삽입하기 쉽게 할 수 있다.

또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 여러 가지의 형태로 실시할 수 있다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 플랜지부(61)를 헤더 벽면(21)의 제1 면(21a)측에 접촉시키도록 하고 있지만, 도 7에 나타내는 바와 같이, 헤더 벽면(21)의 제2 면(21b)측에 플랜지부(61b)를 마련하도록 해도 괜찮다. 또, 도 7에서, 부호 62a는, 헤더 벽면(21)의 구멍(22)에 내접하도록 삽입되는 몸통부이며, 부호 62b는, 전열관(3)에 내접하도록 삽입되는 몸통부를 나타내고 있다. 또, 이러한 플랜지부(61b)를 마련하는 경우, 그 플랜지부(61b) 자체에 완충 수단의 기능을 구비하도록 해 둘 수도 있다. 이러한 완충 수단의 기능을 갖게 하는 경우로서는, 플랜지부(61b)를 U자 모양으로 만곡시키는 것 등에 의해 중공 모양으로 해 두고, 이것에 의해서 전열관(3)의 단부의 신장을 흡수할 수 있도록 해 두어도 괜찮다.

또, 상기 제2 실시 형태에서는, 완충 수단으로서 링 부재(81)를 이용하도록 하고 있지만, 도 8에 나타내는 바와 같은 완충 수단을 이용할 수도 있다. 도 8에서, 부호 83은, 전열관(3)의 단부가 접촉하는 접촉부이며, 부호 84는, 전열관(3)의 단부 근방의 외주 부분을 가압할 수 있는 벽면부이다. 이 접촉부(83)는 벽면부(84)에 대해서 V자 모양으로 굴곡하고 있으며, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 와셔(85) 등을 매개로 하여 중앙 부분을 전열관(3)의 단부로 가압시키는 것에 의해서, 벽면부(84)를 전열관(3)의 외주 부분에 체결하도록 하고 있다. 이러한 완충 수단을 이용하면, 전열관(3)의 단부의 불균일함을 흡수한 상태에서, 외측으로부터 벽면부(84)에서 전열관(3)의 외주부를 가압시킬 수 있게 된다.

또, 상기 실시 형태에서는, 헤더 벽면(21)의 제2 면(21b)측에 완충 수단을 마련하도록 하고 있지만, 도 9에 나타내는 바와 같이, 도 3과 같은 링 부재(81) 등을 마련하지 않고 헤더 벽면(21)의 제2 면(21b)측에서의 구멍(22)의 주위에 오목부(21c)를 형성해 두고, 이 오목부(21c)에 의해서 전열관(3)의 단부를 삽입시켜 전열관(3)의 신장을 흡수시키도록 해도 괜찮다.

또, 상기 제2 실시 형태에서는, 전열관(3)의 단부를 완충 수단인 링 부재(81)에 접촉시키도록 하고 있지만, 완충 수단을 마련하지 않고, 제2 면(21b)과 이간시켜 전열관(3)을 용착시키도록 해도 괜찮다.

또, 상기 실시 형태에서는, 제2 면(21b)으로부터 돌출하는 몸통부(62)를 전열관(3)에 삽입시키도록 하고 있지만, 헤더 벽면(21)에 내압성을 갖게 하는 경우는, 하나 또는 복수의 헤더 벽면(21)을 준비해 두고, 몸통부(62)를 이 헤더 벽면(21)에 삽입하여 용착시키는 것에 의해, 헤더 벽면(21)을 보강하도록 해도 괜찮다.

또, 상기 실시 형태에서는, 하나의 플랜지부(61)에 대해서 하나의 몸통부(62)를 마련하도록 하고 있지만, 하나의 플랜지부(61)에 복수의 몸통부(62)를 가지도록 연결구(6)를 구성해도 괜찮다. 그리고, 이러한 연결구(6)를 복수 준비하여 헤더 벽면(21)에 장착하고, 헤더 벽면(21)을 보강하여 내압성을 갖게 하도록 해도 괜찮다.

또, 상기 실시 형태에서는, 셸 앤드 튜브식의 열교환기(1)를 예로 들어 설명했지만, 셸(4)을 가지지 않는 열교환기(1)에도 적용할 수 있다.

1 … 열교환기 2 … 헤더
21 … 헤더 벽면 21a … 제1 면
21b … 제2 면 21c … 오목부
22 … 구멍 23 … 제1 유입부
24 … 제1 배출부 25 … 헤더 외벽
3 … 전열관 4 … 셸
41 … 제2 유입부 42 … 제2 배출부
5 … 방해판 6 … 연결구
61 … 플랜지부 61a … 오목부
62 … 몸통부 63 … 모깎기부
64 … 테이퍼부 81 … 링 부재
83 … 접촉부 84 … 벽면부
85 … 와셔

Claims

전열관(傳熱管)의 단부의 외경 보다도 지름이 작게 구성된 구멍을 가지는 헤더 벽면과,
해당 헤더 벽면의 구멍과 전열관을 연결하는 연결구(連結具)를 구비하여 이루어지는 열교환기에 있어서,
해당 연결구를,
헤더 벽면의 표면에 접촉하는 플랜지부와,
헤더 벽면의 구멍에 삽입된 상태에서 해당 구멍으로부터 돌출하도록 마련되는 중공 모양의 몸통부를 구비하여 구성하며,
해당 헤더 벽면의 구멍으로부터 돌출한 몸통부의 외주와 전열관의 내주가 접하도록 한 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 전열관과 헤더 벽면과의 사이에, 전열관 단부의 불균일함을 흡수하기 위한 완충 수단을 마련한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 연결구가, 복수의 몸통부와, 해당 복수의 몸통부를 연결하는 하나의 플랜지부를 마련하여 구성되는 것인 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 헤더 벽면에 장착되는 복수의 전열관의 피치를 헤더 벽면의 두께보다 작게 하도록 한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 연결구의 몸통부의 길이를 헤더 벽면의 두께의 2배 이상으로 설정한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 몸통부에, 유체를 매끄럽게 유입 혹은 유출시키기 위한 모깎기부를 마련한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 플랜지에서의 헤더 벽면과의 접촉면측에, 헤더 벽면의 구멍의 주위에서의 부풀어 오름을 흡수하기 위한 오목부를 마련한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 몸통부의 선단 부분에, 선단을 향함에 따라 외경을 작게 한 테이퍼부를 마련한 열교환기.
열교환기의 헤더 벽면과 전열관을 연결하는 연결구로서,
상기 헤더 벽면의 표면에 접촉하는 플랜지부와,
상기 전열관의 외경 보다도 지름이 작게 구성된 헤더 벽면의 구멍에 삽입되며, 해당 구멍으로부터 돌출시킴으로써 외주 부분에 전열관의 내주를 접하도록 한 몸통부를 구비한 열교환기에서의 헤더 벽면과 전열관의 연결구.
헤더 벽면에 복수의 구멍을 형성하는 공정과,
해당 헤더 벽면의 구멍에 장착되는 연결구의 플랜지부를 헤더 벽면의 표면에 접촉시키고, 해당 플랜지부로부터 연속하는 몸통부를 상기 구멍으로부터 돌출시키는 공정과,
해당 구멍으로부터 돌출하는 몸통부의 외주 부분을 전열관의 내주에 맞닿게 하여 납땜하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조 방법.