KR940002832B1 - 매니포울드 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

매니포올드 및 그의 제조방법

제1도는 매니포올드의 일부분을 개략적으로 나타내는 사시도.

제2도 내지 4도는 매니포올드 제조공정의 각 단계들을 개략적으로 나타내는 도면.

제5도는 납땜된 열 교환기 튜브들을 갖는 매니포올드의 다른 예를 나타내는, 열교환기의 횡간 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 매니포울드 2 : 튜브

3 : 돌출부 4 : 플랜지

5, 6, 7 : 공구 32 : 개구부

본 발명은 매니포울드, 특히 열 교환기 튜브들의 삽입을 위한 다수의 벽개구부들이 제공되는 중공체(hollw body)로 구성되는 열 교환기내의 공급 또는 수납 탱크에 관한 것이고 ; 또한 상기 매니포울드를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

예컨대 자동차의 응축기(condenser) 또는 복사기(radiator)로서 사용되는 상기 형태의 열 교환기들은 원칙적으로, 튜브들을 매니포울드내로 삽입한 후에 튜브들을 납땜하거나 또는 튜브들을 기계적으로 팽창시키는 두가지 방법에 의해 제조되게 된다. 상기 두가지 방법들은 모두, 만족할만한 기계적 강도를 갖는 신뢰성 있는 밀봉식 연결부를 생성하는 데에 있어서 파생되는 수개의 문제점들을 갖게 된다. 특히, 소위 비납땜식으로 제조되는 복사기들(solderfree radiators)은, 만족할만한 밀봉식 접촉을 보장하기 위해, 튜브 팽창에 대한 보충적인 기능을 수행하게 되는 패킹 링 또는 아교가 제공되어야만 하게 된다.

영국 특허 제1,492,555호에 대응되는 독일연방공화곡 특허 제2 448 332호에는 보충적인 고무 패킹을 사용하지 않으면서 튜브와 매니포울드 사이의 단순한 팽창 연결에 의해 제조되는 차량용 열 교환기가 기재되어 있다. 이와 같은 열 교환기의 제조를 위해서는, 벽 두께, 튜브 직경, 재료 강도, 지지길이 및 실험식으로 나타내어지는 다른 요소들과 같은 다수의 인자들 사이의 면밀한 상호 제어가 필요하게 된다. 상기 구조는 부품들간의 높은 허용오차를 필요로 하게 되고, 또한 재료, 벽 두께, 튜브 직영등의 자유로운 선택을 제한하게 된다.

상기 구조의 또다른 단점은, 튜브벽에 고정용 개구부를 형성하기 위한 공정에서 발생된다. 벽은 눌러진 다음에(knocked down)압축되고 더욱 내측으로 밀려져서, 열 교환기 튜브들의 고정을 위해 필요한 지지구역 또는 보조구역을 제공하는 칼라 또는 플랜지를 형성하게 된다. 칼라의 높이는 매니포울드의 벽 두께에 관계되며, 따라서 변형 구역에서 이동될 수 있는 재료량이 제한되기 때문에 얇은 벽 두께를 갖는 매니포울드에서 적당한 높이를 갖는 칼라를 형성하기는 어렵게 된다.

제한된 재료유동은 또한, 특정공구에 의해 매니포울드 튜브가 천공되고 낮은 칼라가 형성되게 되는 소위 T-드릴 또는 플로우-드릴(flow-drill)공정의 결점이기도 하다. 사용되는 공구의 형태에 따라, 상기 낮은 칼라는 매니포울드의 내면 또는 내외면 모두에 형성되게 된다. 칼라가 매니포울드의 내부로 돌출되는 경우에는 매니포울드의 유효 자유 횡간 단면적이 감소되게 되며, 매니포울드 내에서의 난류유동에 기인하여 열교환기내의 압력강하가 증가하게 된다.

전기한 결점들에 부가하여, 매니포울드에 열 교환기 튜브들을 납땜하는 경우에도 수개의 문제점들이 발생된다. 대부분의 경우 재료 유동량의 제한으로 인하여 칼라가 짧게 되기 때문에, 납땜 재료 및 융제(flux)가 튜브를 따라 매니포울드내로 침투하는 경우아 종종 발생되고, 이에 따라 유효 자유 횡간 단면적이 더욱 감소되게 된다. 이와 같은 방식으로 매니포울드내에 포획된 상태로 존재하는 융제 잔여물은 제거하기가 어렵게 되며, 구성 부품들의 부식 증진을 유발하게 된다. 또한, (유효)납땜길이가 짧게 되기 때문에 견고하고 안정적인 납땜 연결부를 생성하기가 어렵게 된다. 납땜용 칼라가 내측으로 돌출되는 경우에는, 납땜 구역(soldering zone)이 매니포울드내에 은폐되어, 튜브를 통한 열전도에 의해서 가열이 주로 이루어지기 때문에, 가열량을 제어하기도 어렵게 된다. 따라서, 튜브의 과열(overheating) 및 이로 인한 연결부의 기계적인 취약화로 인하여 상기 방법으로 제조된 열 교환기는 큰 반품율을 나타나게 된다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 열 교환기에서 얇은 벽의 튜브들을 사용할 수 있도록 함과 동시에 탁월한 밀봉성 및 강성을 갖는 방식으로 튜브들에 연결될 수 있고, 전기한 바 있는 결점들 및 제한사항들을 갖지 않게 되는 매니포울드를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 매니포울드의 크기를 최적화하며 매니포울드에 열 교환기 튜브들을 납땜하는 후속 공정시에 결합 구역의 직접적인 가열을 가능하게 하는, 매니포울드의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내부 횡간 단면적이 감소되지 않게 되는 매니포울드를 제공함에 있다.

상기 목적들 및 다른 목적들은 청구범위 제1항 내지 7항의 특징부에 기재된 바와 같은 매니포울드 및 그의 제조방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.

제1도에는 매니포울드(1)을 개략적으로 도시하며, 상기 매니포울드(1)은, 본 발명에 따라, 외부에서 종방향으로 일체적으로 연장되는 돌출부(3)이 제공되게 되는 성형 튜브(2)로서 도면에 도시한 압출된 또는 인발된 중공체로 구성된다. 매니포울드에 열 교환기 튜브들을 고정시키기 위한 두개의 고정용 칼라 또는 플랜지들(4)가 상기 돌출부에 의해 가교된(bridge) 상태를 도면에 도시한다.

고정용 플랜지들(4)를 갖는 매니포울드의 성형방식을 제2도 내지 4도와 관련하여 이하에 상술한다.

제2도에는, 절삭, 펀칭 또는 압축 공구에 의해 천공작업에 처하여지게 되는, 압출된/인반된 성형 튜브(2)상의, 외향 돌출부(3)에 플랜지들을 형성하기 위한 공정의 제1단계를 개략적으로 도시한다. 돌출부(3)은 수개의 예정된 지점들에서 제3도에 도시한 바와 같은 횡방향 개구부들(32)를 갖는 상태로 쪼개어지거나 분할된다. 튜브(2)의 공동까지(중심부까지) 이어지는 상기 좁은 개구부들(32)는, 개구부들(32)를 예정된 직경을 갖는 고정용 플랜지로 재성형하기 위해 새로운 공구(6)에 의해 수행되게 되는 다음의(차기의) 펀칭/압축 작업에 처하여지게 된다.

도면으로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 플랜지들을 성형하는 데에는 돌출부 자체의 재료가 사용되며 성형된 튜브벽의 재료가 사용되는 것은 아니다. 이로 인하여, 최종 칼라의 벽 두께 및 형상에 따라 플랜지들의 직경이 돌출부의 폭이 다섯배까지 증가될 수 있기 때문에 성형 튜브의 크기의 최적화 및 재료절약이 가능하게 된다.

제4도에는, 플랜지(4)가, 새로운 공구(7)에 의해 예컨대 플랜지의 상부에 원추형 납땜용 칼라를 갖게 되는, 최종 형상 및 직경으로 성형되게 되는 최종 압축 공정을 개략적으로 도시한다. 압축/펀칭 작업의 횟수는 플랜지 벽의 최종 두꼐 및 형상에 따라 결정되며, 상기 형상은 원통형 또는 원추형일 수 있고 또는 그 조합적인 형태를 취할 수도 있다. 상기 냉간변형 공정의 모든 단계들은, 고정된 외부 형상을 보장하기 위해, 성형된 튜브가 외부 지지된 상태(도시안됨)에서 수행된다. 매니포울드에 플랜지들을 성형하는 데에 있어서 공정단게당 하나의 작업에 의해 모든 플랜지들이 형성되도록, 사용되는 공구가 선택될 수가 있다.

제5도에는 본 발명에 따른 매니포울드 변형예의 수직단면도를 도시한다. 상기 매니포울드는, 열 교환기 예컨대 응축기내에서 냉매를 순환시키기 위한 공급 및 배출 튜브(파이프)를 각각 구성하는 두개의 동시 압출된 성형 튜브들(2,2')으로서 제조된다. 상기 두개의 튜브들(2,2')은 소위 머리핀 튜빙(hair pin tubing)(8)에 의해 각각의 고정용 플랜지들(4,4')을 통하여 서로 연결된다. 머리핀 튜빙(8)상의 두개의 다리부분들(81,82)는, 머리핀 튜빙(8)을 지지하고 머리핀 튜빙(8)을 매니포울드에 고정시키는 역할을 하는 플랜지들(4,4')내로 삽입된 후에, 플랜지들의 최상부에 원추형 벽을 갖는 납땜용 칼라(41)내의 납땜 링(9)로 도시한 바와 같은 납땜에 의해 상기 플랜지들에 견고하게 연결된다. 상기 다리부분들(81,82)는 튜브들(2,2')의 유효 횡간단면적을 감소시키지 않는 정도의 깊이로 매니포울드 플랜지들내로 삽입된다.

상기 설명 및 첨부한 도면으로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 매니포울드는 극도로 얇은 벽의 튜브들이 사용되는 경우에도 강성의 열 교환기 구조를 보장하게 된다. 이것은 매니포울드의 두가지 특성때문에 가능하게 되는데 그 하나는 연결용 플랜지들의 적당한 높이(열 교환기 튜브들에 대한 착지표면)의 선택에 관한 유연성이고 다른 하나는 근접한 플랜지들에 대한 보강재의 역할을 하는, 성형 튜브상의, 일체적으로 연장되는 돌출부에 의한 개개의 플랜지들 사이의 가교(bridging)에 있다. 이러한 특성들을 매니포울드내의 자유 횡간 단면적이 상기한 바와 같이 유지된다는 사실과 조합되어 최적 크기의 강인하고 간결한 열 교환기를 창출하게 되며 동시에 열 교환기내에서의 유동 패턴에 영향을 미치거나 상기 유동 패턴을 조절하기 위해 매니포울드내에 격벽을 삽입할 수도 있도록 한다. 본 발명에 따른 제조방법의 또 다른 특징은 냉간적으로 재료를 점진적으로 변형시키게 된다는 데에 있으며, 이로 인하여 매니포울드 재료의 강도가 증가되게 된다. 후속적인 땜 작업중에 과열되는 경우에도 출발상태로의 일종의 (연성)풀림이 변형전에 발생될 뿐이며 선행기술의 경우와 같은 재료의 취약화는 초래되지 않게 된다.

Claims (7)

1. 열 교환기 튜브들을 삽입하기 위한 다수의 개구부들이 제공되는 하나 이상의 연신된 금속제 중공부재들로 구성되는, 특히 열 교환기에 사용되는 매니포울드에 있어서, 상기 중공부재가, 개구부들이 제공되게 되는 종방향으로 연장되는 일체적인 돌출부(3)을 갖는 압출된 또는 인발된 튜브(2)이고 ; 상기 돌출부(3)은 개구부 외측방향의 둘레에서 넓어지게 되어 상기 개구부들을 둘러싸는 다수의 고정용 플랜지들(4)를 형성하게 되며 ; 상기 플랜지들의 하나 이상의 외경이 돌출부의 폭보다 크게 되는 것을 특징으로 하는 매니포울드.
2. 제1항에 있어서, 상기 성형된 튜브(2)가 압출된 금속튜브이고 ; 플랜지들(4)의 최대 직경이 돌출부의 폭의 1.5 내지 5.0배에 달하게 되는 것을 특징으로 하는 매니포울드.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 플랜지들(4)가 상단부에 원추형에 납땜용 칼라(41)을 갖는 원통형 벽으로, 성형되는 것을 특징으로 하는 매니포울드.
4. 다수의 벽 개구부들이 제공되는 중공부재로 구성되는 매니포울드, 특히 열 교환기의 공급용 탱크 또는 수납용 탱크를 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 중공부재가, 외부에서 일체적으로 연장되는 하나 이상의 돌출부(3)을 갖는 성형 튜브(2)로서, 압출 또는 인발작업에 의해 제공되며 ; 상기 돌출부에는 소정 개수의 개구부들(32)가 천공되고 ; 상기 개구부들은, 후속적인 하나 이상의 단계들에 의해, 상기 개구부를 요구되는 직경 및 길이를 갖는 고정용 플랜지들(4)로 전환시키게 되는 냉간 변형공정에 처하여지게 되는 것을 특징으로 하는 매니포울드의 제조방법.
5. 제4항에 있어서 돌출부(3)의 천공작업이 절삭 또는 펀칭에 의해 수행되게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 개구부(32)의 냉간변형이 펀칭 또는 압축 작업에 의해 수행되게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제4항 내지 6항중의 어느 한 항에 있어서, 고정용 플랜지들(4)에 원추형 벽들이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법

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