WO2012026664A1 - 열교환기의 결합구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환튜브 사이의 간격을 좁게 형성하더라도 엔드플레이트와 유로캡 사이의 결합이 용이하고 결합 강도를 향상시킬 수 있는 열교환기의 결합구조를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명은, 내부에 난방수가 흐르는 열교환튜브와, 상기 열교환튜브의 외주면에 일정 간격으로 결합되는 열교환핀과, 상기 열교환튜브의 양 끝단이 삽입 지지되도록 양측에 설치되는 엔드플레이트 및 상기 엔드플레이트의 외측에 결합되고 내부에 형성된 유로 공간이 상기 열교환튜브와 연결되는 유로캡으로 구성된 열교환기의 결합구조에 있어서, 상기 열교환튜브는 상기 엔드플레이트에 형성된 버링부에 결합되고, 상기 버링부의 내측에 상기 열교환튜브가 결합되는 양식과 상기 버링부의 외측에 상기 열교환튜브가 결합되는 양식이 혼재하는 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기의 결합구조
본 발명은 열교환기의 결합구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환튜브의 양 끝단이 엔드플레이트에 형성된 버링부의 내측과 외측에 결합되는 양식이 혼재하도록 구성함으로써 엔드플레이트와 유로캡을 용이하게 결합할 수 있을 뿐만 아니라 열교환튜브 사이의 간격을 좁게 형성할 수 있게 되어 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 열교환기의 결합구조에 관한 것이다.
일반적으로 난방장치는 연료의 연소에 의한 연소생성물과 난방수와의 열교환이 이루어지는 열교환기를 구비함으로써 가열된 난방수를 이용하여 난방을 수행하거나 온수를 공급하게 된다.
도 1은 종래 열교환튜브가 엔드플레이트의 버링부 내측에 결합된 열교환기의 결합구조를 보여주는 단면도, 도 2는 도 1에서 열교환튜브 사이의 간격이 좁게 형성된 경우의 모습을 보여주는 단면도, 도 3은 도 2에 도시된 유로캡을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 열교환기는 내부에 난방수가 흐르는 다수의 열교환튜브(10)와, 상기 열교환튜브(10)의 외주면에 일정 간격으로 결합되는 다수의 열교환핀(20)과, 상기 열교환튜브(10)의 양 끝단이 삽입 지지되도록 양측에 설치되는 엔드플레이트(31,32) 및 상기 엔드플레이트(31,32)의 외측에 결합되고 내부에 형성된 유로 공간이 상기 열교환튜브(10)와 연결되어 유로를 전환하는 유로캡(41,42)으로 구성된다.
상기 엔드플레이트(31,32)의 열교환튜브(10)가 삽입되는 부분에는 유로캡(41,42) 방향으로 버링부(31a,32a)가 형성되어 있고, 상기 버링부(31a,32a)의 내측에 열교환튜브(10)의 양 끝단이 삽입되어 용접 결합된다.
도 1에 도시된 방향을 기준으로, 상측에 설치되는 유로캡(41)은 좌측과 우측의 두 부분의 유로 공간으로 구획되어, 좌측의 유로캡(41) 부분에는 난방수 입구(41a)가 형성되고, 우측의 유로캡(41) 부분에는 난방수 출구(41b)가 형성되어 있으며, 그 경계부분에는 저면이 평평한 형상의 평탄부(41c)가 형성되어 버링부(31a) 사이에 형성되는 엔드플레이트(31)의 상면에 면접촉되고, 유로캡(41)의 양측단은 엔드플레이트(31)의 상면에 면접촉되어 용접 결합된다. 그리고 하측에 설치되는 유로캡(42)은 그 내부에 열교환튜브(10) 전체와 연결되는 하나의 유로 공간이 형성되고 그 양측단은 엔드플레이트(32)에 면접촉되어 용접 결합된다.
이와 같은 결합구조에 의하면, 엔드플레이트(31,32)의 버링부(31a,32a)의 내측에 열교환튜브(10)의 양 끝단이 삽입되므로 엔드플레이트(31,32)와 열교환튜브(10)가 확실하게 결합되고, 열교환튜브(10) 사이의 간격이 비교적 크게 형성된 경우에는 유로캡(41)의 평탄부(41c)를 넓은 폭으로 가공할 수 있으므로 엔드플레이트(31)와 유로캡(41)을 결합하는데 문제가 발생하지 않는다.
그러나 열교환기를 소형화하기 위해 열교환튜브(10) 사이의 간격이 좁게 형성된 경우에는 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다.
도 2는 도 1의 구성요소와 동일한 기능을 하는 열교환튜브(11), 열교환핀(21), 엔드플레이트(33,34)와 버링부(33a,34a), 유로캡(43,44), 난방수 입구(43a), 난방수 출구(43b) 및 평탄부(43c)로 구성된 열교환기로서, 열교환튜브(11) 사이의 간격이 좁게 형성된 것이다.
그러나 이와 같은 열교환기의 결합구조에 의하면, 열교환튜브(11)와 엔드플레이트(33,34)가 확실하게 결합되지만, 열교환튜브(11) 사이의 간격이 좁게 형성됨에 따라서 유로캡(43)을 엔드플레이트(33)에 결합하기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이 유로캡(43)의 평탄부(43c)의 폭(L)을 좁게 형성해야 하므로 그 가공이 용이하지 않을 뿐만 아니라 상기 평탄부(43c)의 저면과 엔드플레이트(33) 상면의 접촉면적이 작아서 결합 강도가 떨어지는 문제점이 있다.
도 4는 종래 열교환튜브가 엔드플레이트의 버링부 외측에 결합된 열교환기의 결합구조를 보여주는 단면도, 도 5는 도 4에서 엔드플레이트의 버링부에서의 스프링백 현상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4에 도시된 열교환기는 열교환튜브(12), 열교환핀(22), 엔드플레이트(35,36)와 버링부(35a,36a), 유로캡(45,46), 난방수 입구(45a), 난방수 출구(45b) 및 평탄부(45c)로 구성된 열교환기로서, 상술한 도 1과 도 2에 도시된 열교환기와는 달리 엔드플레이트(35,36)의 버링부(35a,36a)가 열교환튜브(12) 방향으로 형성되고 버링부(35a,36a)의 외측에 열교환튜브(12)의 양 끝단이 결합되도록 구성된 것이다.
이와 같은 열교환기의 결합구조에 의하면, 열교환튜브(12) 사이의 간격을 좁게 형성하더라도 유로캡(45)의 평탄부(45c)와 엔드플레이트(35)의 면접부(35b) 사이의 접촉 면적을 넓게 확보할 수 있으므로 엔드플레이트(35)와 유로캡(45)의 결합이 수월한 장점이 있다.
그러나 이 경우 도 5에 도시된 바와 같이 버링 가공시에 엔드플레이트(36)에 열교환튜브(12)가 결합될 부분에 구멍을 뚫고 구멍의 내측으로 버링펀치를 삽입시켜 버링부(36a)를 형성한 후에는 버링부(36a)의 잔류 응력으로 인해 형상 복원력이 작용하여 버링부(36a)가 구멍의 안쪽으로 오므라드는 스프링백 현상이 발생하게 된다.
따라서 버링부(36a)의 외측에 열교환튜브(12)를 결합하는 구조의 경우, 상기 스프링백 현상으로 인하여 열교환튜브(12)와 엔드플레이트(35,36)가 헐렁하게 결합되어 결합 강도가 떨어지는 문제점이 있으며, 상기 스프링백 현상을 방지하기 위해서는 버링형성 후 스프링백 현상이 발생한 버링부(35a,36a) 전체를 다시 벌려 주는 재성형 공정을 실시해야만 하므로 많은 비용과 시간이 소요되고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열교환튜브 사이의 간격을 좁게 형성하더라도 엔드플레이트와 유로캡 사이의 결합이 용이하고 결합 강도를 향상시킬 수 있는 열교환기의 결합구조를 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 열교환튜브와 엔드플레이트 및 유로캡 간의 결합구조를 간소화하고 열교환기를 소형화할 수 있는 열교환기의 결합구조를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 열교환기의 결합구조는, 내부에 난방수가 흐르는 열교환튜브와, 상기 열교환튜브의 외주면에 일정 간격으로 결합되는 열교환핀과, 상기 열교환튜브의 양 끝단이 삽입 지지되도록 양측에 설치되는 엔드플레이트 및 상기 엔드플레이트의 외측에 결합되고 내부에 형성된 유로 공간이 상기 열교환튜브와 연결되는 유로캡으로 구성된 열교환기의 결합구조에 있어서, 상기 열교환튜브는 상기 엔드플레이트에 형성된 버링부에 결합되고, 상기 버링부의 내측에 상기 열교환튜브가 결합되는 양식과 상기 버링부의 외측에 상기 열교환튜브가 결합되는 양식이 혼재하는 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 열교환튜브의 내측에 결합되는 버링부는 상기 열교환튜브 방향으로 형성되고, 상기 열교환튜브의 외측에 결합되는 버링부는 상기 유로캡 방향으로 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 엔드플레이트와 상기 유로캡이 접하는 부위에 근접하는 곳에 위치하는 상기 엔드플레이트의 버링부는 상기 열교환튜브 방향으로 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 엔드플레이트와 상기 유로캡이 접하는 부위에 근접하는 곳 사이에 위치하는 상기 엔드플레이트의 버링부는 상기 유로캡 방향으로 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 엔드플레이트와 상기 유로캡이 접하는 부위에 근접하는 곳에 위치하는 상기 열교환튜브는 상기 열교환튜브 방향으로 형성된 버링부의 외측에 결합되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 엔드플레이트와 상기 유로캡이 접하는 부위에 근접하는 곳 사이에 위치하는 상기 열교환튜브는 상기 유로캡 방향으로 형성된 버링부의 내측에 결합되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 유로캡은 그 내부에 서로 다른 방향의 유로를 형성하는 복수의 유로 공간으로 구획되고, 상기 복수의 유로 공간 사이의 경계에는 저면이 평평한 형상의 평탄부가 형성되며, 상기 유로캡의 평탄부는 상기 열교환튜브의 내측에 결합되는 상기 엔드플레이트의 버링부 사이에 형성되는 상면이 평평한 형상의 면접부에 면접촉되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 버링부의 내측에 결합되는 열교환튜브는 상기 버링부의 외측에 결합되는 열교환튜브보다 길게 형성된 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 열교환기의 결합구조에 의하면, 버링부의 내측에 열교환튜브가 결합되는 양식과 버링부의 외측에 열교환튜브가 결합되는 양식이 혼재하는 결합구조를 취함으로써 열교환튜브 사이의 간격을 좁게 구성하더라도 엔드플레이트와 유로캡 사이의 결합이 용이하고 결합 강도가 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 열교환튜브와 엔드플레이트 및 유로캡 간의 결합구조가 간단하고 열교환기의 소형 제작이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래 열교환튜브가 엔드플레이트의 버링부 내측에 결합된 열교환기의 결합구조를 보여주는 단면도,
도 2는 도 1에서 열교환튜브 사이의 간격이 좁게 형성된 경우의 모습을 보여주는 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 유로캡을 나타낸 단면도,
도 4는 종래 열교환튜브가 엔드플레이트의 버링부 외측에 결합된 열교환기의 결합구조를 보여주는 단면도,
도 5는 도 4에서 엔드플레이트의 버링부에서의 스프링백 현상을 설명하기 위한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 결합구조를 보여주는 단면도이다.
** 부호의 설명 **
10,11,12,110,110a,110b : 열교환튜브
20,21,22,120 : 열교환핀
31,32,33,34,35,36,131,132 : 엔드플레이트
31a,32a,33a,34a,35a,36a,131a,131b,132a,132b : 버링부
35b,131c : 면접부
41,42,43,44,45,46,141,142 : 유로캡
41a,43a,45a,141a : 난방수 입구
41b,43b,45b,141b: 난방수 출구
41c,43c,45c,141c : 평탄부
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 결합구조를 보여주는 단면도이다.
본 발명에 따른 열교환기의 결합구조는, 내부에 난방수가 흐르는 다수의 열교환튜브(110)와, 상기 열교환튜브(110)의 외주면에 일정 간격으로 결합되는 다수의 열교환핀(120)과, 상기 열교환튜브(110)의 양 끝단이 삽입 지지되도록 양측에 설치되는 엔드플레이트(131,132) 및 상기 엔드플레이트(131,132)의 외측에 결합되고 내부에 형성된 유로 공간이 상기 열교환튜브(110)와 연결되어 유로를 전환하는 유로캡(141,142)을 포함한다.
본 발명은 상기 열교환튜브(110;110a,110b)의 양 끝단이 엔드플레이트(131,132)에 형성된 버링부(131a,131b,132a,132b)에 결합하되, 상기 버링부(131b,132b)의 내측에 열교환튜브(110b)가 결합하는 양식과 상기 버링부(131a,132a)의 외측에 열교환튜브(110a)가 결합하는 양식이 혼재되어, 열교환기의 소형화를 위해 열교환튜브(110) 사이의 간격을 좁게 배치하더라도 엔드플레이트(131,132)와 유로캡(141,142) 간의 결합이 용이한 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이를 위한 구성으로, 상기 엔드플레이트(131,132)에는 열교환튜브(110) 방향으로 형성된 버링부(131a,132a)와 유로캡(141,142) 방향으로 형성된 버링부(131b,132b)를 포함한다.
상기 열교환튜브(110) 방향으로 형성된 버링부(131a,132a)는 엔드플레이트(131,132)와 유로캡(141,142) 간의 결합을 위한 공간을 엔드플레이트(131,132)에 마련하기 위한 것이다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상측에 설치되는 유로캡(141)은, 하측에 설치되는 유로캡(142)에 단일의 유로 공간이 형성되어 있는 것과는 달리, 좌측과 우측의 두 부분의 유로 공간으로 구획되어, 좌측의 유로캡(141) 부분에는 난방수 입구(141a)가 형성되고, 우측의 유로캡(141) 부분에는 난방수 출구(141b)가 형성되어 있으며, 그 경계부분에는 저면이 평평한 형상의 평탄부(141c)가 형성되어 버링부(131a) 사이에 형성되는 엔드플레이트(131) 상면에 면접촉된다.
이 경우 본 발명에서는 상기 유로캡(141)의 경계부에 형성된 평탄부(141c)에 면접촉되는 엔드플레이트(131) 상면의 면접부(131c)의 양측으로 버링부(131a)가 열교환튜브(110) 방향으로 형성되어 유로캡(141)의 평탄부(141c)와 간섭되지 않는 구조로 이루어져 있어 열교환튜브(110) 사이의 간격을 좁게 배치하더라도 면접부(131c)의 상면에 비교적 넓은 공간이 마련되므로 평탄부(141c)의 폭을 넓게 구성할 수 있다.
이에 따라 유로캡(141)의 가공 및 유로캡(141)과 엔드플레이트(131) 간의 결합이 용이해질 뿐만 아니라 유로캡(141)과 엔드플레이트(131)가 용접 결합된 상태에서 그 결합 강도를 높일 수 있게 된다.
또한 상기 유로캡(141,142)의 양측단이 접하는 부분의 엔드플레이트(131,132)에도 열교환튜브(110) 방향으로 버링부(131a,132a)가 형성되어 엔드플레이트(131,132)의 양쪽 외측면에 넓은 공간을 마련함으로써 유로캡(141,142)의 양측단과 접하는 면적을 넓게 확보할 수 있는 구조로 이루어져 있다.
다만, 이와 같이 엔드플레이트(131,132)와 유로캡(141,142)이 접하는 부위에 근접한 곳에 위치하는 버링부(131a,132a)를 열교환튜브(110) 방향으로 형성하고, 상기 버링부(131a,132a)의 외측에 열교환튜브(110a)를 결합할 경우에는 스프링백 현상이 발생하여 열교환튜브(110a)와 엔드플레이트(131,132) 간의 결합 강도가 떨어질 수 있으므로, 이러한 문제를 방지하기 위하여 상기 버링부(131a,132a)는 버링 가공 후 소정 시간 경과 후에 재성형 공정을 실시함이 바람직하다.
본 발명에서는 도 4에 도시하고 설명한 종래기술과는 달리 엔드플레이트(131,132)의 일부분에만 상기 버링부(131a,132a)가 형성된 구조이므로 상기 재성형 공정을 실시하더라도 종래기술에 비해 시간과 비용을 줄일 수 있다.
한편, 상기 엔드플레이트(131,132)와 유로캡(141,142)이 접하는 부위에 근접한 곳을 제외한 그 사이에 위치하는 버링부(131b,132b)는 유로캡(141,142) 방향으로 형성되어 있고, 상기 버링부(131b,132b)의 내측에 열교환튜브(110b)의 양 끝단이 삽입되어 결합된다.
이 경우 상기 버링부(131b,132b)는 버링 가공 후 스프링백 현상에 의해 상기 버링부(131b,132b)의 내주면과 열교환튜브(110b)의 외주면 사이가 밀착되므로 결합 강도를 높게 유지할 수 있다.
상기 유로캡(141,142) 방향으로 형성된 버링부(131b,132b)의 내측에 결합되는 열교환튜브(110b)의 길이는 상기 열교환튜브(110) 방향으로 형성된 버링부(131a,132a)의 외측에 결합되는 열교환튜브(110a)의 길이보다 길게 형성되어 상기 버링부(131b,132b)의 내측에 열교환튜브(110b)의 양 끝단이 결합된다.
따라서 상기 엔드플레이트(131,132)와 유로캡(141,142)이 접하는 부위에 근접한 곳에 위치하는 열교환튜브(110a)에 비해 그 사이에 위치하는 열교환튜브(110b)의 양 끝단은 엔드플레이트(131,132)의 표면으로부터 유로캡(141,142) 방향으로 돌출된 형상을 갖게 되고, 그 외측으로 돔 형상의 유로캡(141,142)이 결합된다.
상기와 같이 본 발명은 유로캡(141,142)과 엔드플레이트(131,132)가 접하는 부위에 근접하는 곳에는 열교환튜브(110) 방향으로 버링부(131a,132a)를 형성하고 그 외측에 열교환튜브(110a)를 결합시킴으로써 열교환튜브(110) 사이의 간격이 좁게 배치된 경우에도 유로캡(141,142)과 엔드플레이트(131,132)를 용이하게 결합시킬 수 있고, 유로캡(141,142)과 엔드플레이트(131,132)가 접하는 부위에 근접하는 곳 사이에는 유로캡(141,142) 방향으로 버링부(131b,132b)를 형성하고 그 내측에 열교환튜브(110b)를 결합시킴으로써 결합 강도를 향상시킬 수 있게 된다.
상기에서는 상측에 위치하는 유로캡(141)이 두 개의 유로 공간으로 구획되고, 하측에 위치하는 유로캡(142)은 단일의 유로 공간이 형성되며, 열교환튜브(110)는 8개가 설치된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 난방수의 순환 유로와 유로캡(141,142) 내부에 형성되는 유로 공간의 수 및 열교환튜브(110)의 개수는 이에 제한되지 않으며 다양하게 변형 실시될 수 있다.

Claims (8)

  1. 내부에 난방수가 흐르는 열교환튜브와, 상기 열교환튜브의 외주면에 일정 간격으로 결합되는 열교환핀과, 상기 열교환튜브의 양 끝단이 삽입 지지되도록 양측에 설치되는 엔드플레이트 및 상기 엔드플레이트의 외측에 결합되고 내부에 형성된 유로 공간이 상기 열교환튜브와 연결되는 유로캡으로 구성된 열교환기의 결합구조에 있어서,
    상기 열교환튜브는 상기 엔드플레이트에 형성된 버링부에 결합되고, 상기 버링부의 내측에 상기 열교환튜브가 결합되는 양식과 상기 버링부의 외측에 상기 열교환튜브가 결합되는 양식이 혼재하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 결합구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브의 내측에 결합되는 버링부는 상기 열교환튜브 방향으로 형성되고, 상기 열교환튜브의 외측에 결합되는 버링부는 상기 유로캡 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기의 결합구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엔드플레이트와 상기 유로캡이 접하는 부위에 근접하는 곳에 위치하는 상기 엔드플레이트의 버링부는 상기 열교환튜브 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기의 결합구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 엔드플레이트와 상기 유로캡이 접하는 부위에 근접하는 곳 사이에 위치하는 상기 엔드플레이트의 버링부는 상기 유로캡 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기의 결합구조.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 엔드플레이트와 상기 유로캡이 접하는 부위에 근접하는 곳에 위치하는 상기 열교환튜브는 상기 열교환튜브 방향으로 형성된 버링부의 외측에 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 결합구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엔드플레이트와 상기 유로캡이 접하는 부위에 근접하는 곳 사이에 위치하는 상기 열교환튜브는 상기 유로캡 방향으로 형성된 버링부의 내측에 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 결합구조.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 유로캡은 그 내부에 서로 다른 방향의 유로를 형성하는 복수의 유로 공간으로 구획되고, 상기 복수의 유로 공간 사이의 경계에는 저면이 평평한 형상의 평탄부가 형성되며,
    상기 유로캡의 평탄부는 상기 열교환튜브의 내측에 결합되는 상기 엔드플레이트의 버링부 사이에 형성되는 상면이 평평한 형상의 면접부에 면접촉되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 결합구조.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 버링부의 내측에 결합되는 열교환튜브는 상기 버링부의 외측에 결합되는 열교환튜브보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기의 결합구조.
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