KR20140015766A

KR20140015766A - 열교환기용 튜브 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20140015766A
Application number: KR1020120080652A
Authority: KR
Inventors: 이홍열; 박정상; 김종철; 김화성
Original assignee: 주식회사 두원공조
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-02-07

Abstract

본 발명은, 서로 평행하게 이격 배치된 한 쌍의 편평부들과, 한 쌍의 편평부들 양측단부 사이에 배치되어 양단부가 편평부들의 일측 단부와 일체로 결합되고 외측으로 볼록한 한 쌍의 라운드부들을 포함하는 납작한 튜브형상이며, 하나의 튜브플레이트가 절곡되어 형성되되, 인접하는 양측단부는 라운드부에 위치하여 용접결합하고, 내부에 열교환매체가 유동할 수 있는 내부유로가 형성된 튜브몸체 및 튜브몸체 내부에 안착되게 삽입되어, 내부유로를 복수개의 분할유로들로 나누는 이너핀(Inner Fin)을 포함하는 열교환기용 튜브를 제공한다.
따라서 압출공법이 아닌 이너핀 삽입형 용접튜브를 적용하여 소재의 제약으로부터 탈피하여 클래드재를 비롯한 자유로운 고기능성 소재의 선정이 가능하고, 고기능성 소재의 선정으로 인하여 기계적 물성치 및 내구성이 우수한 튜브를 얻을 수 있으며, 기능은 더욱 향상시키면서도 재료비는 절감할 수 있어 고성능 경제적이다.

Description

열교환기용 튜브 및 이의 제조방법 {Tube for heat exchanger and manufacturing method of the same}

본 발명은 열교환기용 튜브 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 설계를 통하여 기계적 강성증대와 소재선정을 다양화하여 내식성을 향상시킬 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있고 재료비를 절감할 수 있어 경제적인 열교환기용 튜브 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 온도가 서로 다른 유체를 직접 또는 간접으로 접촉시켜 열교환을 시키는 장치로써, 냉각 또는 가열을 목적으로 자동차, 냉장고, 건축물, 공기조화기, 석유화학공업, 일반화학공업 및 파워 플랜트(Power Plant) 등에 널리 이용되고 있으며, 이러한 적용예로 사용조건에 따라 증발기, 응축기, 라디에이터, 히터코어 등 여러 가지 형식의 것이 사용되고 있다.

이러한 열교환기의 예로 도 1의 대한민국 공개특허 제10-2012-0032233호의 리시버 드라이어를 갖는 응축기가 개시된 바 있다. 이를 살펴보면, 상기 응축기(50)는, 냉매가 유입 및 유출되고 서로 이격 설치된 한 쌍의 헤더파이프(10)와, 상기 헤더파이프(10)와 연통되는 리시버 드라이어(20)와, 상기 한 쌍의 헤더파이프(10)에 양단부가 삽입되며 서로 이격되게 적층 배치된 복수개의 튜브(30)와, 상기 튜브(30) 사이에 개재된 복수개의 방열핀(40)을 포함하고 있다.

한편, 상기 튜브(30)는 납작한 튜브형상으로, 종단면 및 횡단면 형상이 납작한 장방형 형상이며, 도 2에 나타난 바와 같이, 내부에 냉매가 유동할 수 있는 내부유로(31)가 형성되되, 복수개의 분할판(34)에 의하여 복수 개의 분할유로(32)들로 구획되어 있으며, 상기한 튜브(30)는 복수개의 분할판(34)을 포함하여 압출튜브의 형태로 일체로 형성된다.

그런데, 종래의 열교환기용 튜브(30)는 상기한 바와 같이 압출공법으로 제조되기 때문에, 압출 공법의 특성상 재료선정에 제한이 있었으며, 이러한 이유로 인하여 기계적 물성치가 저하되었을 뿐만 아니라 내식성에도 제약을 받는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 열교환기용 튜브(30)는, 또한 고가로서 원가비용이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 자유로운 고기능성 소재의 선정이 가능하고, 기계적 물성치 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 기능은 향상시키면서도 재료비는 절감할 수 있는 열교환기용 튜브 및 이의 제조방법를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 제1측면에 의하면, 본 발명은, 서로 평행하게 이격 배치된 한 쌍의 편평부들과, 상기 한 쌍의 편평부들 양측단부 사이에 배치되어 양단부가 상기 편평부들의 일측 단부와 일체로 결합되고 외측으로 볼록한 한 쌍의 라운드부들을 포함하는 납작한 튜브형상이며, 하나의 튜브플레이트가 절곡되어 형성되되, 인접하는 양측단부는 상기 라운드부에 위치하여 용접결합하고, 내부에 열교환매체가 유동할 수 있는 내부유로가 형성된 튜브몸체; 및 상기 튜브몸체 내부에 안착되게 삽입되어, 상기 내부유로를 복수개의 분할유로들로 나누는 이너핀(Inner Fin)을 포함하는 열교환기용 튜브를 제공한다.

여기서, 상기 이너핀은, 지그재그 형상으로 상기 편평부들 사이에 배치되는 핀몸체와, 상기 핀몸체의 일측단부 또는 양측단부에 일체로 연장되어 외측면이 상기 라운드부의 내측면과 대면 접촉하는 라운드접촉부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 이너핀은, 지그재그 형상으로 상기 편평부들 사이에 배치되는 핀몸체와, 상기 핀몸체의 일측단부 또는 양측단부에 일체로 연장되어 상기 라운드부의 내측에 걸림 고정되는 걸림부를 더 구비할 수 있다.

한편, 상기 핀몸체는, 상기 편평부에 접촉되는 굴곡부분이 선접촉되거나 면접촉될 수 있다.

또한, 상기 튜브몸체와 상기 이너핀은, 클래드(Clad) 재질 또는 베어 재질로 되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2측면에 의하면, 본 발명은 서로 평행하게 이격 배치된 한 쌍의 편평부들과, 상기 한 쌍의 편평부들 양측 단부 사이에 배치되고 외측으로 볼록한 한 쌍의 라운드부들을 포함하도록 하나의 튜브플레이트를 절곡하여 성형하는 단계; 편평관 형상의 튜브몸체가 형성되도록 상기 튜브플레이트의 인접하는 양단부를 용접 결합하는 단계; 하나의 이너핀 플레이트를 지그재그 형상으로 절곡하여 이너핀을 성형하는 단계; 상기 이너핀의 표면에 플럭스혼합물을 도포하는 단계; 상기 튜브몸체의 내부에 상기 이너핀을 삽입하여 상기 튜브몸체와 상기 이너핀을 결합하는 단계; 및 브레이징을 통하여 상기 튜브몸체와 상기 이너핀을 서로 결합시키는 단계를 포함하는 열교환기용 튜브의 제조방법을 제공한다.

여기서, 상기 튜브몸체의 용접부는 상기 라운드부에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 열교환기용 튜브 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 압출공법이 아닌 이너핀 삽입형 용접튜브를 적용하여 소재의 제약으로부터 탈피하여 클래드재를 비롯한 자유로운 고기능성 소재의 선정이 가능하다.

둘째, 고기능성 소재의 선정으로 인하여 기계적 물성치 및 내구성이 우수한 튜브를 얻을 수 있다.

셋째, 기능은 더욱 향상시키면서도 재료비는 절감할 수 있어 고성능 경제적이다.

도 1은 종래의 열교환기를 나타내는 정면도이다.
도 2는 도 1의 튜브의 종단면형상을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 튜브의 종단면형상을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 이너핀에 걸림부가 구비된 이너핀의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 3의 이너핀의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 3의 열교환기용 튜브의 제조방법을 나타내는 절차도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 튜브의 종단면형상을 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 이너핀에 걸림부가 구비된 이너핀의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 5 및 도 6은 도 3의 이너핀의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 3의 열교환기용 튜브의 제조방법을 나타내는 절차도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기용 튜브(300a)는, 튜브몸체(100)와, 상기 튜브몸체(100)에 삽입되는 이너핀(Inner Fin;200a)을 포함한다.

상기 튜브몸체(100)는, 내부에 열교환매체가 유동할 수 있는 내부유로(102)가 형성된 납작한 튜브형상이다. 상세하게, 상기 튜브몸체(100)는 서로 평행하게 이격 배치된 한 쌍의 편평부(110)들과, 상기 한 쌍의 편평부(110)들 양측단부 사이에 배치되고 양단부가 상기 편평부(110)들의 일측 단부와 일체로 결합되며 외측으로 볼록한 한 쌍의 라운드부(120)들을 포함한다.

한편, 상기 튜브몸체(100)는, 상기 편평부(110)들과 상기 라운드부(120)를 형성하도록 하나의 튜브플레이트가 절곡되어 형성되며, 인접하는 양측단부는 용접에 의하여 결합된다. 이때, 상기 튜브몸체(100)의 양측단부가 용접되는 용접부(130)는 가공성 및 신뢰성을 위하여 상기 라운드부(120)에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 이너핀(200a)은, 상기 튜브몸체(100) 내부에 안착되게 삽입되어, 상기 내부유로(102)를 복수개의 분할유로(101)들로 나눈다. 여기서, 상기 이너핀(200a)은 상기 튜브몸체(100)의 내부유로(102)에 삽입 안착되되, 상기 튜브몸체(100)의 내부에서 자연스럽게 위치가 안정되게 고정되며, 브레이징과 같은 이후 공정을 통하여 상기 튜브몸체(100)와 고정 결합한다.

이하, 상기 이너핀(200a)에 대하여 살펴보기로 한다. 상기 이너핀(200a)은, 지그재그 형상으로 핀몸체(210)와, 라운드접촉부(220)를 포함한다. 상기 핀몸체(210)는, 지그재그 형상으로 상기 편평부(110)들 사이에 배치되며, 굴곡진 측면이 상기 편평부(110)들의 내측면에 압입되게 접촉하여 상기 편평부(110)들 사이에서 그 위치가 고정된다.

상기 라운드접촉부(220)는, 상기 핀몸체(210)의 단부에 일체로 연장되되, 상기 튜브몸체(100)의 라운드부(120)의 형상과 대응되는 형상으로 형성되어 외측면이 상기 라운드부(120)의 내측면과 대면 접촉하여 지지되는 구조이다. 도면에서, 상기 라운드접촉부(220)는 상기 핀몸체(210)의 양측단부로부터 연장된 경우를 나타내었으나, 이는 일 실시예로 상기 라운드부(120)는 상기 핀몸체(210)의 양측단부 뿐만 아니라 일측 단부에서만 연장 형성될 수 있음은 물론이다.

따라서 상기 이너핀(200a)은, 지그재그형상의 상기 핀몸체(210)에 의하여 상기 편평부(110)들에 지지되고, 상기 라운드접촉부(220)에 의하여 상기 라운드부(120)에 지지되어, 상기 튜브몸체(100) 내부에 삽입 시 흔들림이 없도록 지지되는 구조로 되어 있다.

도 4는 상기 이너핀(200a)의 다른 실시예로, 상기 이너핀(200b)은 지그재그 형상으로 상기 편평부(110)들 사이에 배치되는 핀몸체(210)와, 상기 핀몸체(210)의 일측단부 또는 양측단부에 일체로 연장 절곡되어 상기 라운드부(120)의 내측에 걸림 고정되는 걸림부(230)를 포함한다.

상기 걸림부(230)는, 상기 라운드접촉부(220)와는 달리 상기 핀몸체(210)의 단부로부터 연장 절곡되어 상기 튜브몸체(100)의 라운드부(120)의 내측면에 슬립이 되지 않도록 걸림 고정된다. 이때, 도면에서 상기 걸림부(230)는 상기 라운드부(120)의 내측면 일부와 면접촉하면서 걸림 고정되는 구조로 형성되어 있지만, 이는 일 실시예로 상기 튜브몸체(100) 내측에 슬립이 되지 않고 용이하게 걸림 고정될 수 있는 형상이라면 다양한 형상 및 구조가 적용가능하다.

도 5를 참조하면, 상기 이너핀(200)은, 양측단부에 상기 라운드접촉부(220)와, 걸림부(230)를 구비하지 않을 수 있으며, 이러한 경우 상기 이너핀(200)은 상기 편평부(110)들 사이에 압입안착되어 그 위치가 고정된다.

한편, 상기한 바에 의하면 상기 핀몸체(210)는, 지그재그 형상으로 형성되되 굴곡부분이 라운드형상으로 형성되어, 상기 편평부(110)에 접촉되는 굴곡부분이 대략 선접촉되는 구조로 되어 있다.

하지만, 이러한 실시예 외에 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 이너핀(200c)은 상기 핀몸체(210c)가 지그재그 형상으로 형성되되, 굴곡부분이 평편한 형상으로 형성되어 상기 편평부(110)에 접촉되는 부분이 면접촉되는 구조로도 할 수 있다. 이러한 경우, 상기 핀몸체(210c)는 상기 튜브몸체(100)의 편평부(110)에 대하여 더욱 안정적으로 지지될 수 있다.

나아가, 상기 튜브몸체(100)는 내측 및 외측 중 선택된 적어도 하나의 일면이 클래드(Clad)재로 이루어지고, 상기 이너핀(200,200a,200b,200c) 또한 베어재질 또는 클래드재질로 형성되어, 내구성을 향상시킴은 물론, 상기 튜브몸체(100)와 상기 이너핀(200,200a,200b,200c)의 가조립 후 브레이징을 통한 결합을 도모할 수 있다. 한편, 상기 열교환기용 튜브(300,300a,300b,300c)는 차량 공기조화장치의 증발기 또는 응축기에 적용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 열교환기용 튜브(300,300a,300b,300c)는, 기존의 압출공법이 아닌 튜브몸체(100)와 이너핀(200,200a,200b,200c)이 각각 별도의 구성으로 하여 이너핀(200,200a,200b,200c) 삽입형 용접튜브방식이기 때문에 소재의 제약으로부터 탈피할 수 있어 클래드재를 비롯한 자유로운 고기능성 소재의 선정이 가능하고, 이로 인하여 고기능성 소재의 선정으로 인하여 기계적 물성치 및 내구성이 우수한 튜브(300,300a,300b,300c)를 얻을 수 있어, 기능은 더욱 향상시키면서도 재료비는 절감할 수 있어 고성능 경제적이다.

이하, 도 7을 참조하여 상기한 열교환기용 튜브(300,300a,300b,300c)의 제조방법에 대하여 살펴보기로 한다. 도 7은 도 3의 열교환기용 튜브의 제조방법을 나타내는 절차도로서, 후술하는 열교환기용 튜브의 세부구성은 전술한 열교환기용 튜브(300,300a,300b,300c)의 구성과 동일하다.

도면을 참조하면, 상기 열교환기용 튜브(300,300a,300b,300c)의 제조방법은, 튜브몸체를 형성하는 단계(S10)와, 이너핀을 형성하는 단계(S20)와, 튜브몸체(100)와 이너핀(200)을 가조립하는 단계(S30)와, 튜브몸체(100)와 이너핀(200)을 결합하는 단계(S40)를 포함한다.

상기 튜브몸체(100)를 형성하는 단계(S10)는, 튜브플레이트를 절곡하여 성형하는 단계(S11)와, 용접 결합하는 단계(S12)를 포함한다. 여기서, 상기 튜브플레이트를 절곡하여 성형하는 단계(S11)는, 플레이트형상의 튜브플레이트를 절곡하여 상기 편평부(110)들과 상기 라운드부(120)들을 포함하도록 납작한 튜브 형상으로 성형하는 단계이다.

상기 용접 결합하는 단계(S12)는, 납작한 튜브형상으로 절곡 성형된 상기 튜브플레이트의 인접하는 양단부를 용접 결합하여 편평관 형상의 튜브몸체(100)로 형성하는 단계이다. 이때, 튜브플레이트의 용접부(130)는 상기 라운드부(120)에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 이너핀(200,200a,200b,200c)을 형성하는 단계(S20)는, 이너핀(200,200a,200b,200c)을 성형하는 단계(S21)와, 플럭스 도포단계(S22)를 포함한다. 상기 이너핀(200,200a,200b,200c)을 성형하는 단계(S21)는, 하나의 이너핀 플레이트를 지그재그 형상으로 절곡하여 이너핀(200,200a,200b,200c)을 성형하는 단계이다.

상기 플러스 도포단계(S22)는, 지그재그형상으로 형상으로 성형된 상기 이너핀(200,200a,200b,200c)의 표면에 플럭스 혼합물을 도포하는 단계이다. 여기서, 상기 플럭스 혼합물과, 이러한 플럭스 혼합물을 도포하는 일련의 방법은 공지의 열교환기 제조에 적용되는 플럭스 혼합물과 플럭스 도포방법을 적용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 튜브몸체(100)와 이너핀(200,200a,200b,200c)을 가조립하는 단계(S30)는, 상기한 공정에 따라 제조된 이너핀(200,200a,200b,200c)을 상기 튜브몸체(100)의 내부에 안착되게 삽입하여, 상기 튜브몸체(100)와 상기 이너핀(200,200a,200b,200c)을 가조립하는 단계이다.

상기 튜브몸체(100)와 이너핀(200,200a,200b,200c)을 결합하는 단계(S40)는, 가조립된 상기 튜브몸체(100)와 상기 이너핀(200,200a,200b,200c)을 브레이징을 통하여 서로 고정결합시키는 단계로서, 이때 상기 튜브몸체(100)와 상기 이너핀(200,200a,200b,200c)의 재질은 상기 브레이징을 위한 클래드 또는 베어재질로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 튜브몸체(100)와 이너핀(200,200a,200b,200c)을 결합하는 방식의 예로 브레이징을 그 실시예로 나타내었으나, 이는 바람직한 실시예로 상기 튜브몸체(100)와 이너핀(200,200a,200b,200c)을 결합시킬 수 있다면 다양한 방식이 적용될 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이 상기 열교환기용 튜브(300,300a,300b,300c)의 제조방법은, 상기 튜브몸체(100)와 상기 이너핀(200,200a,200b,200c)을 각각 별도의 공정으로 제조한 뒤 상기 튜브몸체(100)와 이너핀(200,200a,200b,200c)을 가조립 후 결합하는 방식이기 때문에, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있음은 물론 비용을 저감시킬 수 있어 경제적이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100... 튜브몸체 101... 분할유로
102... 내부유로 110... 편평부
120... 라운드부 130... 용접부
200,200a,200b,200c... 이너핀 210,210c... 핀몸체
220... 라운드접촉부 230... 걸림부
300,300a,300b,300c... 열교환기용 튜브

Claims

서로 평행하게 이격 배치된 한 쌍의 편평부들과, 상기 한 쌍의 편평부들 양측단부 사이에 배치되어 양단부가 상기 편평부들의 일측 단부와 일체로 결합되고 외측으로 볼록한 한 쌍의 라운드부들을 포함하는 납작한 튜브형상이며, 하나의 튜브플레이트가 절곡되어 형성되되, 인접하는 양측단부는 상기 라운드부에 위치하여 용접결합하고, 내부에 열교환매체가 유동할 수 있는 내부유로가 형성된 튜브몸체; 및
상기 튜브몸체 내부에 안착되게 삽입되어, 상기 내부유로를 복수개의 분할유로들로 나누는 이너핀(Inner Fin)을 포함하는 열교환기용 튜브.
청구항 1에 있어서,
상기 이너핀은,
지그재그 형상으로 상기 편평부들 사이에 배치되는 핀몸체와, 상기 핀몸체의 일측단부 또는 양측단부에 일체로 연장되어 외측면이 상기 라운드부의 내측면과 대면 접촉하는 라운드접촉부를 구비하는 열교환기용 튜브.
청구항 1에 있어서,
상기 이너핀은,
지그재그 형상으로 상기 편평부들 사이에 배치되는 핀몸체와, 상기 핀몸체의 일측단부 또는 양측단부에 일체로 연장되어 상기 라운드부의 내측에 걸림 고정되는 걸림부를 더 구비하는 열교환기용 튜브.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 핀몸체는,
상기 편평부에 접촉되는 굴곡부분이 선접촉되는 열교환기용 튜브.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 핀몸체는,
상기 편평부에 접촉되는 굴곡부분이 면접촉되는 열교환기용 튜브.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜브몸체와 상기 이너핀은,
클래드(Clad) 재질 또는 베어 재질인 열교환기용 튜브.
청구항 6에 있어서,
상기 튜브몸체는 상기 클래드 재질이고, 상기 이너핀은 상기 베어 재질인 열교환기용 튜브.
서로 평행하게 이격 배치된 한 쌍의 편평부들과, 상기 한 쌍의 편평부들 양측 단부 사이에 배치되고 외측으로 볼록한 한 쌍의 라운드부들을 포함하도록 하나의 튜브플레이트를 절곡하여 성형하는 단계;
편평관 형상의 튜브몸체가 형성되도록 상기 튜브플레이트의 인접하는 양단부를 용접 결합하는 단계;
하나의 이너핀 플레이트를 지그재그 형상으로 절곡하여 이너핀을 성형하는 단계;
상기 이너핀의 표면에 플럭스혼합물을 도포하는 단계;
상기 튜브몸체의 내부에 상기 이너핀을 삽입하여 상기 튜브몸체와 상기 이너핀을 결합하는 단계; 및
브레이징을 통하여 상기 튜브몸체와 상기 이너핀을 서로 결합시키는 단계를 포함하는 열교환기용 튜브의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 튜브몸체의 용접부는 상기 라운드부에 위치하는 열교환기용 튜브의 제조방법.