KR20150012569A - 쿨러 케이스 조립체 및 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법 - Google Patents

쿨러 케이스 조립체 및 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

쿨러 케이스 조립체는 금속 판을 가공하여 제조되는 관 형상의 케이스와, 케이스의 내벽에 설치되는 복수 개의 돌출부와, 주물 공정에 의해 케이스의 외측을 둘러싸는 주철 소재의 외부 케이스를 구비한다.

Description

쿨러 케이스 조립체 및 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법{Cooler case assembly and manufacturing method thereof}
실시예들은 쿨러 케이스 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각 효율이 향상되며 안정적이며 컴팩트한 구성을 갖는 쿨러 케이스 조립체 및 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
열기관이나 냉각기관 등 여러 가지 유체 기계 시스템에 사용되는 장치인 쿨러(cooler)는, 온도가 다른 열교환 매체를 직접 또는 간접으로 접촉시켜 열을 교환함으로써 냉각 기능을 수행한다. 쿨러(cooler)는 온도가 다른 열교환 매체를 직접 또는 간접으로 접촉할 수 있게 하는 공간을 제공하는 쿨러 케이스를 구비한다.
쿨러 케이스는 고압의 공기나 기타 유체가 고속 및 고압의 상태로 통과시키며 냉각할 수 있게 하는 압력 용기이다. 일반적으로 쿨러 케이스는 모래 주형을 이용하는 사형주조 공법을 이용하여 제작된다. 쿨러 케이스의 설계 시에는 기본적인 강도와 내구성을 확보하기 위해 주철의 두께가 최소 25 내지 50 mm의 두께를 갖도록 설계된다.
그러나 사형주조 공법을 이용하여 이와 같이 두꺼운 두께의 쿨러 케이스를 제조할 때에는 용해량이 증가하므로 가격이 증가하고 용해로의 한계로 인하여 설계와 제작에 어려움이 존재한다.
도 1은 종래의 쿨러 케이스 조립체의 구조를 나타낸 단면도이다.
종래의 쿨러 케이스(110)는 내부에 열교환 조립체(120)를 수용하는 구조로 제작된다. 쿨러 케이스(110)는 주철을 사용하는 사형주조 공법에 의해 제작된다. 주철을 이용하는 사형주조 공법에 의해 제작된 제품의 경우, 주조된 표면의 조도의 거칠기가 크고, 모래가 혼합되거나, 후처리의 불량이 발생하여 최종 제품의 표면이 매우 거칠다. 쿨러 케이스(110)의 내벽면(110a)의 표면 거칠기가 큰 경우에는 쿨러 케이스(110)의 내벽면(110a)이 공기의 흐름을 방해하고 소음을 유발하기도 한다.
또한 주철은 주강 재질에 비교할 때 내식성이 떨어지며 표면 부식 속도가 높다. 따라서 주철 소재의 쿨러 케이스(110)의 내벽면(110a)의 표면이 부식하여 생성된 부식 생성물로 인해 공기의 청결도가 저하되며, 청결도가 불량한 공기를 직접 사용할 수 없으므로 별도의 필터를 설치해야 한다.
또한 쿨러 케이스(110)의 내벽면(110a)에는 열교환 조립체(120)를 지지하는 홈을 설치하기도 하는데, 홈 부분에 주조 공정 실행 중의 모래 소착, 주물 핀(fin) 발생 등으로 인해 후처리(grinding)에 시간이 많이 소요된다. 또한 심한 경우에는 후처리가 불가능하여 불량 부분이 발생하기도 한다.
또한 쿨러 케이스(110)의 내벽면(110a)에 이중 구조, 이중벽, 유체의 유동을 발생하기 위한 핀(fin)이나 리브(rib)와 같은 특수한 형상의 구조물을 형성하려면, 주조 공정의 한계나 목형 제작 및 조형의 어려움으로 인해 제작이 불가능하다.
또한 사형주조 공법으로 제조되는 쿨러 케이스(110)가 소정의 강도를 가지기 위해서는 폭(H)과 길이(V)를 증가시켜야 하므로, 쿨러 케이스(110)의 크기가 증가하는 문제가 있다.
일본 특허공개공보 1999-287115 (1999.10.19)
실시예들의 목적은 유체가 이동하는 통로에서 우수한 내식 특성을 갖는 쿨러 케이스 조립체와, 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
실시예들의 다른 목적은 유체가 이동하는 통로가 우수한 표면조도를 가지며, 전체적인 구조가 컴팩트하면서도 견고한 쿨러 케이스 조립체와, 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
실시예들의 또 다른 목적은 유체가 이동하는 통로에 유동을 발생하는 돌출부를 용이하게 설치할 수 있는 쿨러 케이스 조립체와, 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
일 실시예에 관한 쿨러 케이스 조립체는 금속 판을 가공하여 제조되는 관 형상의 케이스와, 케이스의 내벽에 설치되는 복수 개의 돌출부와, 주물 공정에 의해 케이스의 외측을 둘러싸는 주철 소재의 외부 케이스를 구비한다.
일 실시예에 관한 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법은 금속 판을 가공하여 관 형상의 케이스를 제조하는 단계와, 주물 공정에 의해 케이스의 외측을 둘러싸는 주철 소재의 외부 케이스를 형성하는 단계를 포함한다.
케이스를 제조하는 단계는 케이스의 내벽에 복수 개의 돌출부를 설치하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예들에 관한 쿨러 케이스 조립체 및 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법에 의하면, 주물 공정을 이용하지 않고 금속 판을 가공하여 제조된 케이스의 외측을 둘러싸는 주철 소재의 외부 케이스를 구비하는 쿨러 케이스가 구현된다. 이로 인해 케이스의 내벽면의 표면 조도가 우수하고 케이스의 내벽에 돌출부를 설치할 수 있어서 냉각 효율이 향상될 수 있다. 또한 주철 소재의 외부 케이스가 케이스의 외측을 둘러싸 지지하므로, 전체적으로 안정된 구조를 가지면서도 컴팩트한 구성의 쿨러 케이스 조립체를 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 쿨러 케이스 조립체의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 관한 쿨러 케이스 조립체의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 쿨러 케이스 조립체를 이용한 쿨러의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1의 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 도 4의 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법에 의해 케이스를 제조하는 단계를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 케이스에 돌출부를 설치하는 단계를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 케이스에 외부 케이스를 형성하는 단계를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 단계에 의해 완성된 쿨러 케이스 조립체의 단면도이다.
이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 실시예들에 관한 쿨러 케이스 조립체 및 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법의 구성과 작용을 상세히 설명한다. 설명 중에 사용되는 '및/또는'의 표현은 관련 요소들의 하나 또는 요소들의 조합을 의미한다.
도 2는 일 실시예에 관한 쿨러 케이스 조립체의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 쿨러 케이스 조립체를 이용한 쿨러의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3에 나타난 실시예에 관한 쿨러 케이스 조립체(70)는 케이스(10)와, 케이스(10)에 설치되는 돌출부(20)와, 케이스(10)의 외측을 둘러싸는 외부 케이스(30)를 구비한다. 도 2에는 도 3의 쿨러 케이스 조립체(70)의 하나의 통로만을 예시적으로 도시하였다.
쿨러 케이스 조립체(70)는 이종의 재질을 접합하는 방식으로 제조된다. 즉 쿨러 케이스 조립체(70)의 케이스(10)는 얇은 강(steel) 소재나 알루미늄 등의 기타 소재의 금속 판을 가공하여 관 형상을 갖도록 제조된다. 케이스(10)의 제조에는 강관을 제조하는 종래의 방식이 사용될 수 있다. 또는 예를 들어 강판을 절곡하여 관 형상으로 제조한 이후에, 접합 부위를 용접하여 마감하는 등의 절곡 방식을 이용하여 케이스(10)를 제조할 수도 있다.
케이스(10)는 원형 또는 타원형의 단면을 갖는 원형 파이프(pipe)와 같은 관 형상으로 제조될 수도 있고, 사각형의 단면을 갖는 각형 덕트(duct)와 같은 관 형상으로 제조될 수 있다.
케이스(10)는 내부에 열교환 조립체(50)를 수용하며 열교환 작용이 이루어지는 공간을 형성한다. 도 3을 참조하면 쿨러 케이스 조립체(70)는 복수 개가 병렬적으로 배치될 수 있으며, 각각의 쿨러 케이스 조립체(70)는 냉각될 유체, 즉 공기가 유입되는 유체 입구(17a, 18a)와, 냉각된 공기가 외부로 배출되는 유체 출구(17b, 18b)를 구비한다.
케이스(10)의 내벽에는 복수 개의 돌출부(20)가 배치된다. 돌출부(20)도 케이스(10)와 동일한 금속 소재로 제조되며, 케이스(10)의 내벽에 용접에 의해 설치될 수 있다.
케이스(10)의 외측에는 주물 공정에 의해 형성되는 주철 소재의 외부 케이스(30)가 설치된다. 외부 케이스(30)는, 예를 들어 사형주조 공법과 같은 주물 공정에 의해 케이스(10)의 외측을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
쿨러 케이스 조립체(70)의 케이스(10)의 내부 공간에는 열교환 조립체(50)가 배치될 수 있다. 열교환 조립체(50)는 내부에 냉매가 흐르는 복수 개의 열교환 튜브(51)와, 열교환 튜브(51)를 지지하는 지지판(52)을 구비한다.
상술한 구성의 쿨러 케이스 조립체(70)는 주물 공정을 이용하지 않고 금속 판을 가공하여 케이스(10)를 미리 제조한다. 따라서 주물 공정을 이용하여 쿨러 케이스 조립체의 전체를 제작하던 종래의 방식에 비하여, 케이스(10)의 내부에 돌출부(20)와 같은 복잡한 형상의 구조물을 용이하게 설치할 수 있다. 또한 케이스(10)의 내벽면의 표면 조도가 우수하므로 공기의 흐름을 유도하는 데 유리하다. 또한 주철 소재의 외부 케이스(30)가 케이스(10)의 외측을 둘러싸 지지하므로, 전체적으로 안정된 구조를 갖는 쿨러 케이스 조립체(70)를 구현할 수 있다.
또한 주물 공정으로 제조되는 외부 케이스(30)는 케이스(10)의 외측을 둘러싸 지지할 수 있으면 되므로, 외부 케이스(30)의 두께(V1)를 최소화하여 쿨러 케이스 조립체(70)의 폭(H0)과 길이(V0)도 축소되어 컴팩트한 구조의 쿨러 케이스 조립체(70)를 구현할 수 있다.
또한 주물 공정에서는 얇은 두께(V1)의 외부 케이스(30)를 형성하면 되므로, 종래의 대형 쿨러 케이스 제작에서 필요했던 대형 목형을 제조할 필요가 없어 비용과 제조 시간이 단축될 수 있다.
도 4는 도 1의 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4에 나타난 실시예에 관한 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법은, 금속 판을 가공하여 관 형상의 케이스를 제조하는 단계(S110)와, 주물 공정에 의해 케이스의 외측을 둘러싸는 주철 소재의 외부 케이스를 형성하는 단계(S120)를 포함한다. 케이스를 제조하는 단계(S110)는 케이스의 내벽에 복수 개의 돌출부를 설치하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 외부 케이스를 형성하는 단계(S120)는 케이스의 표면에 주석(Sn) 등의 소재를 도금하는 도금 단계를 포함할 수 있다. 즉 케이스의 표면에 주석 등의 소재로 도금한 이후에, 케이스의 외측을 둘러싸는 외부 케이스를 형성하는 단계가 실행될 수 있다.
도 5는 도 4의 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법에 의해 케이스를 제조하는 단계를 나타낸 단면도이고, 도 6은 도 5의 케이스에 돌출부를 설치하는 단계를 나타낸 단면도이다.
금속 판을 가공하여 제조되는 관 형상의 케이스(10)를 제조하면, 케이스(10)의 내부에 열교환이 이루어지는 공간(11)이 형성된다.
케이스(10)는 얇은 강(steel) 소재나 알루미늄 등의 기타 소재의 금속 판을 가공하여 관 형상을 갖도록 제조된다. 케이스(10)의 제조에는 강관을 제조하는 종래의 방식이 사용될 수 있다. 또는 예를 들어 강판을 절곡하여 관 형상으로 제조한 이후에, 접합 부위를 용접하여 마감하는 등의 절곡 방식을 이용하여 케이스(10)를 제조할 수도 있다.
케이스(10)가 제조되면 케이스(10)의 내벽(10a)에 복수 개의 돌출부(20)가 설치될 수 있다. 돌출부(20)도 케이스(10)와 동일한 금속 소재로 제조되며, 케이스(10)의 내벽에 용접에 의해 설치될 수 있다. 도 6을 참조하면 용접봉(7)을 이용하여 케이스(10)의 내벽(10a)에 돌출부(20)를 용접으로 결합하는 공정이 도시된다.
돌출부(20)는 케이스(10)의 내부에서의 공기의 유동(와류)을 발생하여 원활한 열교환이 이루어지게 하는 역할을 한다. 또한 돌출부(20)는 케이스(10)의 내부의 열을 케이스(10)로 전달함으로써, 케이스(10)의 내부의 열을 외부로 배출하는 기능도 수행할 수 있다.
상술한 구성의 케이스(10)는 주물 공정을 이용하지 않고 금속 판을 가공하는 방식으로 제조되기 때문에, 복잡한 형상을 가지며 정밀한 치수와 우수한 표면 조도를 갖는 케이스(10)의 제작이 가능하다.
케이스(10)의 제작이 완료된 이후에 케이스(10)의 외측에 주철 용융과 강재질의 융착을 돕기 위해 주석(Sn) 소재의 보호층(10b)을 형성하는 단계가 실행될 수 있다. 보호층(10b)은 주석(Sn) 소재를 케이스(10)의 외측 표면에 도금하는 방식으로 형성될 수 있다. 보호층(10b)은 이종 재질인 케이스(10)와 외부 케이스(30)의 사이에서 융착이 서로 잘 일어나게 함으로써 금속학적으로 완전한 융착이 이루어지게 보조하는 기능을 수행한다.
도 7은 도 6의 케이스에 외부 케이스를 형성하는 단계를 나타낸 단면도이고, 도 8은 도 7의 단계에 의해 완성된 쿨러 케이스 조립체의 단면도이다.
주물 공정에 의해 케이스(10)의 외측을 둘러싸는 외부 케이스(30)를 형성하는 단계는, 케이스(10)를 둘러싸는 주형(40)을 배치하고, 주형(40)에 용융된 주철(30a)을 주입하는 주물 공정에 의해 실행된다.
외부 케이스(30)의 내측에 위치하는 케이스(10)는 예를 들어 강(Steel) 계열의 금속 소재로 제조되므로, 용융된 주철(30a)이 주입되면 용융된 주철(30a)과 접촉하는 케이스(10)의 외측 표면(표면 직하; subsurface)이 용융되지만, 강 계열의 외부 케이스(30)와 용융된 주철(30a)의 용융점이 유사하며 케이스(10)의 열전도도로 인하여 응고가 신속하게 이루어진다. 즉 내부의 케이스(10)가 완전히 녹기 전에 용융된 주철(30a)이 응고하여 고체화되므로 케이스(10)의 구조를 유지할 수 있다.
용융된 주철(30a)이 응고되어 외부 케이스(30)가 형성된 이후에 주형(40)을 제거하면 도 8에 도시된 것과 같이 이종 재질의 케이스(10)와 외부 케이스(30)가 접합된 구조의 쿨러 케이스 조립체(70)가 완성된다.
상술한 실시예에 관한 쿨러 케이스의 제조 방법에 의하면, 케이스(10)는 주물 공정을 이용하지 않고 금속 판을 가공하는 방식으로 제조되기 때문에, 복잡한 형상을 가지며 정밀한 치수와 우수한 표면 조도를 갖는 케이스(10)의 제작이 가능하다. 케이스(10)는 종래의 주철재질에 비하여 기계적 강도와 연신율 등 인성이 우수한 재질로 얇게 제작되므로 쿨러 케이스 조립체의 전체적인 크기를 축소시킬 수 있다. 또한 케이스(10)의 내부에 복잡한 형상의 돌출부(20)를 설치함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10a: 내벽 17a, 18a: 유체 입구
10b: 보호층 40: 주형
10: 케이스 50: 열교환 조립체
11: 공간 51: 열교환 튜브
7: 용접봉 52: 지지판
20: 돌출부 70: 쿨러 케이스 조립체
30: 외부 케이스 110a: 내벽면
30a: 용융된 주철 110: 쿨러 케이스
17b, 18b: 유체 출구 120: 열교환 조립체

Claims (3)

  1. 금속 판을 가공하여 제조되는 관 형상의 케이스;
    상기 케이스의 내벽에 설치되는 복수 개의 돌출부; 및
    주물 공정에 의해 상기 케이스의 외측을 둘러싸는 주철 소재의 외부 케이스;를 구비하는, 쿨러 케이스 조립체.
  2. 금속 판을 가공하여 관 형상의 케이스를 제조하는 단계; 및
    주물 공정에 의해 상기 케이스의 외측을 둘러싸는 주철 소재의 외부 케이스를 형성하는 단계;를 포함하는, 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 케이스를 제조하는 단계는 상기 케이스의 내벽에 복수 개의 돌출부를 설치하는 단계를 포함하는, 쿨러 케이스 조립체의 제조 방법.
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