KR100955332B1 - 적층형 열교환기, 이 적층형 열교환기의 플레이트 제조방법 - Google Patents

적층형 열교환기, 이 적층형 열교환기의 플레이트 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적층형 열교환기의 냉매 및 외기 상호간의 열전달 효율을 향상시킬 수 있도록 한 적층형 열교환기, 이 적층형 열교환기의 플레이트 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상·하측에 형성된 탱크부(22)(22') 사이에 냉매통로부(24)가 구비되는 한 쌍의 플레이트(20)가 상호 접합되어 냉매유로(50)가 형성된 플랫튜브(30)를 갖는 적층형 열교환기에 있어서,
상기 각 플레이트(20)의 냉매통로부(24)를 포함하여 좌우양단 접합부까지 상기 상하측 탱크부(22)(22')를 연결하는 연장선을 직교하는 방향으로 연속되게 주름(26)을 형성하고, 상기 좌우양단 접합부상의 주름(26)은 압착하여 편평접합면(28)이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기가 제공된다.
플레이트, 탱크부, 냉매통로부, 주름, 플랫튜브, 이너핀

Description

적층형 열교환기, 이 적층형 열교환기의 플레이트 제조방법 {PLATE OF LAMINATION-TYPE HEAT EXCHANGER, ITS MANUFACTURING PROCESS}
도 1은 종래 적층형 열교환기의 사시도
도 2는 종래 적층형 열교환기의 플레이트를 도시한 부분사시도
도 3은 본 발명에 따른 적층형 열교환기의 플레이트를 도시한 사시도 및 부분확대도
도 4는 본 발명에 따른 적층형 열교환기의 플랫튜브를 도시한 사시도
도 5는 본 발명에 따른 플랫튜브의 제 1실시예를 도시한 단면도
도 6은 본 발명에 따른 플랫튜브의 제 2실시예를 도시한 단면도
도 7은 본 발명에 따른 플랫튜브의 제 3실시예를 도시한 단면도
도 8은 본 발명에 따른 플레이트의 제조방법을 도시한 공정도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20 : 플레이트 22,22' : 탱크부
24 : 냉매통로부 26 : 주름
28 : 편평접합면 30 : 플랫튜브
40 : 공기유로 50 : 냉매유로
60 : 핀부재 70 : 이너핀
본 발명은 적층형 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적층형 열교환기의 냉매 및 외기 상호간의 열전달 효율을 향상시킬 수 있도록 한 적층형 열교환기, 이 적층형 열교환기의 플레이트 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 냉/난방 시스템의 유로상에 설치되어 유로상을 흐르는 작업유체가 외기와 열교환이 이루어지도록 함으로써 소정 공간을 냉/난방시킬 수 있도록 하는 공조장치의 일종이며, 그 사용목적 및 용도에 따라 적층형 열교환기를 비롯한 여러가지 형태로 구분될 수 있다.
적층형 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이, 일정 간격으로 적층 배열되며, 내부에는 냉매가 흐르면서 열교환이 이루어지도록 하는 냉매유로가 형성되어 있는 복수개의 냉매튜브(1); 상기 냉매튜브(1) 사이에 개재되며, 냉매와 외기가 활발한 열교환을 수행하도록 지그재그형으로 연속 절곡된 형상의 냉각핀(2); 최외곽의 냉각핀에 부착되어 냉각핀을 보호하는 앤드 플레이트(3); 냉매의 입·출구측에 설치되는 입구파이프(4) 및 출구파이프(5)로 구성된다.
특히, 상기 냉매튜브(1)는 도 2(하부 탱크부는 미도시)에 도시된 바와 같이, 상·하 탱크부(6) 사이에 복수개의 비드(7)가 규칙적으로 배열되는 냉매통로부(8)가 구비되어 있는 한 쌍의 플레이트(10)가 상호 접착됨으로써 냉매유로를 형성하게 된다.
그러나 상기 적층형 열교환기를 포함한 대부분의 경우에는 프레스에 의해 비드(7)를 형성함으로써 비드(7)의 간격을 조밀하게 하거나 그 높이를 크게 하는 데에는 제한이 따랐다. 즉, 플레이트(10)의 연신율에 한계가 있기 때문에 플레이트(10)에 손상이 가지 않는 범위내에서 성형해야 하기 때문이다.
따라서, 종래의 방법으로는 냉매측의 전열효과는 기대할 수 있지만 공기측으로는 그 효과가 미비하여 냉매튜브(1) 사이에 별도의 냉각핀(2)이 필수적으로 요구되고, 냉각핀(2)의 제작공정 및 결합공정 등이 추가로 필요하게 된다. 그로 인해, 열교환기의 제조공정이 복잡해질 뿐 아니라 제작단가가 상승되는 결과를 초래하였다.
그리고 냉각핀(1)이 손상될 경우 열교환기 자체가 충분한 기능을 수행하지 못하는 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로, 적층형 열교환기의 플레이트 구조를 개선하여 전체적인 제작공정을 단순화시킴과 동시에 핀부재가 없거나 그 기능을 충분히 하지 못하는 경우에도 열교환기의 기능을 유지시킬 수 있도록 한 적층형 열교환기, 이 적층형 열교환기의 플레이트 제조방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상·하측에 형성된 탱크부 사이에 냉매통로부가 구비되는 한 쌍의 플레이트가 상호 접합되어 냉매유로(50)가 형성된 플랫튜브(30)를 갖는 적층형 열교환기에 있어서, 상기 각 플레이트의 냉매통로부를 포함하여 좌우양단 접합부까지 상기 상하측 탱크부를 연결하는 연장선을 직교하는 방향으로 연속되게 주름을 형성하고, 상기 좌우양단 접합부상의 주름은 압착하여 편평접합면이 형성되도록 한 것을 특징이 있다.
그리고 상기 플레이트는 일련의 제조공정, 즉 알루미늄 플레이트의 탱크부 형성위치를 제외한 부분에 롤 포밍(roll forming) 방식으로 주름을 형성하는 제 1공정; 프레싱에 의해 상기 알루미늄 플레이트의 비주름부에 탱크부를 형성하는 제 2공정; 상기 주름과 탱크부가 형성된 알루미늄 플레이트를 소정의 크기로 절단하여 낱개의 플레이트를 생산하는 제 3공정; 및 상기 각 플레이트의 주름 가장자리를 프레싱에 의해 압착하는 제 4공정을 거쳐 제조되는 데 또 다른 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 적층형 열교환기의 플레이트를 도시한 사시도 및 부 분확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 적층형 열교환기의 플랫튜브를 도시한 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 각각의 플레이트(10)는 상·하측에 형성되는 탱크부(22,22'); 상기 탱크부(22,22') 사이에 위치하며, 외측 방향으로 돌출되는 주름(26)이 형성되어 있는 냉매통로부(24)로 구성된다.
상기와 같은 구성을 지닌 한 쌍의 플레이트(20)를 상호 대면 접합시킴으써 냉매유로(50)가 형성된 플랫튜브(30)가 형성된다.
상기 탱크부(22,22')는 냉매 또는 냉각수를 분배하는 역할을 담당하며, 프레스에 의해 가공된다.
상기 주름(26)은 상기 각 플레이트(20)의 냉매통로부(24)를 포함하여 좌우양단 접합부까지 상기 상하측 탱크부(22)(22')를 연결하는 연장선을 직교하는 방향으로 연속되게 형성되는 것으로, 롤 포밍(roll-forming) 공법에 의해 플레이트(20)의 폭방향, 즉 좌측 끝단에서 우측 끝단까지 조밀하면서도 높이 성형되어 종래 적층형 열교환기(도 1 및 도 2 참조)에서 냉매의 유동을 교란할 목적으로 형성되던 비드(BEAD)와 공기의 유동을 교란할 목적으로 사용되던 핀(FIN)의 기능을 동시에 수행할 수 있도록 구성되며, 그 종류 및 그에 따른 기능은 도 4 내지 도 6에서 자세히 설명하기로 한다.
그리고 상기 냉매통로부(24) 폭방향 양단의 주름(26), 즉 좌우양단 접합부상의 주름(26)은 프레스에 의해 압착 가공하여 편평접합면(28)이 되도록 형성함으로써 플랫튜브(30) 형성시, 소재의 중첩에 의해 돌출을 방지할 수 있을 뿐 아니라 각각의 플레이트(20)가 용접되는 지점이 냉매 또는 냉각수의 유동에 의해 누설되는 것을 미연에 예방할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 플랫튜브의 제 1실시예를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 플랫튜브의 제 2실시예를 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 플랫튜브이 제 3실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 플레이트(20)에 형성되는 주름(26)의 외향돌출높이(H)가 탱크부(22)의 외향돌출높이(h)와 같은 경우를 도시한 것으로, 외측으로 형성되는 각각의 플레이트(20) 주름(26)이 상호 접촉됨으로써 공기유로(40)는 서로 교차하지 않고 각각 독립 형성되어 있는 형상을 취하고 있다.
이러한 형태는 공기측 전열효과를 강화하는 핀부재가 없는 경우에도 그 기능을 상기 플레이트(20) 자체에서 충분히 대신할 수 있다.
도 6은 플레이트(20)에 형성되는 주름(26)의 외향돌출높이(H)가 탱크부(22)의 외향돌출높이(h)보다 낮은 경우를 도시한 것으로, 외측으로 형성되는 각각의 플레이트(20) 주름(26)이 일정 간격을 두고 위치됨으로써 공기유로(40)는 상호 연통되고, 상기 연통된 공기유로(40)상에 핀부재(60)가 삽입·설치된다.
이러한 형태는 상기 공기유로(40)의 상·하부를 유동하는 외기의 온도가 서로 다를 경우에도 열전달 효율을 높일 수 있으며, 상기 핀부재(60)가 충분히 기능을 수행하지 못하는 경우에도 열교환기의 기능을 유지할 수 있다는 장점이 있다. 그러므로 열교환기의 견고성이 크게 요구되지 않을 경우, 즉 내부 유체의 작동압력이 낮은 경우에 적용하는 것이 바람직하다.
그리고 도 7은 내측 유체의 열전달을 높이고 열교환기 자체의 구조적 견고성을 높일 수 있도록 한쌍의 플레이트(20)가 접합되어 형성된 플랫튜브(30)의 냉매유로(50)내에 핀 형상을 지닌 주름 성형물을 삽입한 것으로, 냉매유로(50)의 유동 교란을 촉진하고 주름 성형물과 플레이트간의 용접점을 확보하여 구조 견고성을 높일 수 있는 구성이다.
상기 주름 성형물로서는 열교환기에서 통상적으로 사용되는 이너핀(70) 등을 포함한 여러 종류를 선택적으로 적용 가능하다.
이상에서와 같이, 본 발명은 플레이트(20)에 형성되는 주름(26)의 외향돌출높이(H)를 탱크부(22,22')의 외향돌출높이(h)보다 작게하여 다음식 H<h 가 만족되도록 형성된다.
도 8은 본 발명에 따른 플레이트의 제조방법을 도시한 공정도로서, 일련의 연속적인 공정을 거쳐 완성되는 적층형 열교환기의 플레이트 제조공정을 간단하게 살펴보면 하기와 같다.
알루미늄 플레이트(100)의 탱크부(22,22') 형성위치를 제외한 부분에 롤 포밍(roll forming) 방식으로 주름(26)을 형성하는 제 1공정(S1);
프레싱에 의해 상기 알루미늄 플레이트(100)의 비주름부에 탱크부(22,22')를 형성하는 제 2공정(S2);
상기 주름(26) 및 탱크부(22,22')가 형성된 알루미늄 플레이트(100)를 소정 의 크기로 절단하여 낱개의 플레이트(20)를 생산하는 제 3공정(S3); 및
상기 각 플레이트(20)의 주름(26) 가장자리를 프레싱에 의해 압착하여 편평접합면(28)을 형성하는 제 4공정(S4)으로 이루어진다.
상기 제 3공정(S3) 또는 제 4공정(S4)에서 플레이트(20)의 모서리부 곡선처리 등을 포함한 부수적인 공정이 시행되어 실제적인 플레이트(20)의 형태가 완성된다.
이상에서 설명한 플레이트 제조공정은 순차적으로 이루어지는 것이 바람직하나 필요에 따라 상기 각 공정을 바꿔 시행할 수도 있다. 즉, 제 1공정(S1)과 제 2공정(S2)을 바꿔 시행할 수도 있으며, 압착공정의 제 3공정(S3)과 절단공정의 제 4공정(S4) 역시 그 순서를 바꿔 시행할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 플레이트의 폭방향으로 주름을 형성한 것을 주로 설명하였으나, 플레이트의 길이 방향으로도 주름을 형성할 수 있다.( 탱크 부분을 제외한 부분에 플레이트의 길이방향으로 주름을 형성)
또한, 폭방향으로 주름을 갖는 플레이트(도 3참조)와 길이방향의 주름을 갖는 플레이트(미도시)를 적층하여 유로를 형성할 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 롤 포밍에 의해 형성된 주름 이 기존의 비드(BEAD) 및 핀(FIN)의 기능을 동시에 수행할 수 있어, 열교환기의 구성이 간단해질 뿐 아니라 열전달 효율 및 경제적인 측면에서도 효율적이다.
또한, 한 번의 연속된 공정에 의해 많은 수의 플레이트를 제작할 수 있으므로 생산성 측면에서 유리하다.

Claims (5)

  1. 상·하측에 형성된 탱크부(22)(22') 사이에 냉매통로부(24)가 구비되는 한 쌍의 플레이트(20)가 상호 접합되어 냉매유로(50)가 형성된 플랫튜브(30)를 갖는 적층형 열교환기에 있어서,
    상기 각 플레이트(20)의 냉매통로부(24)를 포함하여 좌우양단 접합부까지 상기 상하측 탱크부(22)(22')를 연결하는 연장선을 직교하는 방향으로 연속되게 주름(26)을 형성하고, 상기 좌우양단 접합부상의 주름(26)은 압착하여 편평접합면(28)이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 주름(26)의 외향돌출높이(H)를 탱크부(22,22')의 외향돌출높이(h)보다 작게하여 다음식 H<h 가 만족되도록 한 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 플레이트(20)간의 접합으로 형성된 냉매유로(50)에 이너핀(70)이 개재되는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  5. 알루미늄 플레이트(100)의 탱크부(22,22') 형성위치를 제외한 부분에 롤 포밍(roll forming) 방식으로 주름(26)을 형성하는 제 1공정;
    프레싱에 의해 상기 알루미늄 플레이트(100)의 비주름부에 탱크부(22,22')를 형성하는 제 2공정;
    상기 주름(26)과 탱크부(22,22')가 형성된 알루미늄 플레이트(100)를 소정의 크기로 절단하여 낱개의 플레이트(20)를 생산하는 제 3공정; 및
    상기 각 플레이트(20)의 주름 가장자리를 프레싱에 의해 압착하는 제 4공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기의 플레이트 제조방법.
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