KR100567801B1 - 냉장고용 열 교환기 및 이의 냉매관 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단순한 구조, 향상된 열교환 성능 및 작동 신뢰성을 갖는 냉장고용 열 교환기를 개시한다. 본 발명은 이를 위해 다수개의 직선부(11) 및 상기 직선부들(11)을 연결하는 다수개의 곡선부(12)를 포함하는 냉매관(10)과; 다수개의 내부 통공(21)을 통해 상기 냉매관 직선부(11)들과 각각 결합되는 다수개의 휜(20)을 포함하는 냉장고용 열 교환기에 있어서, 상기 냉매관(10)이 금속재 층(110)으로 도포되는 상기 직선부(11)와 곡선부(12)의 결합부를 갖는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기를 제공한다.
열교환기, 용접재층
Description
본 발명은 핀 튜브형 열 교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉장고에 적용되어 냉장실 및 냉동실에 공급되는 냉기를 발생시키는 열 교환기에 관한 것이다.
냉장고는 일반적으로 서로 분리되게 형성된 냉장실 및 냉동실이외에도, 냉장고 하부에 형성된 소위 기계실 및 상기 냉장실 및 냉동실 후방에 이들와 연통하도록 형성된 공기유로를 포함한다. 여기서 열 교환기(증발기)는 상기 공기유로내에 송풍기와 더불어 설치되며, 상기 기계실내에 위치되는 압축기 및 응축기등과 연동하여 상기 냉장실 및 냉동실내에 냉기를 공급한다. 즉, 상기 압축기 및 응축기를 거쳐 공급되는 고온고압의 냉매는 상기 열 교환기내에 증발하며, 발생된 증발잠열에 의해 주위공기를 냉각시킨다. 그리고 상기 송풍기는 전체적으로 상기 냉장고 내부의 공기를 순환시켜 상기 열 교환기를 통해 냉각된 공기를 지속적으로 냉장실 및 냉동실에 공급한다.
이러한 일반적인 냉장고용 열 교환기가 도 1 및 도 2에 도시되며 이들을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 상기 열 교환기는 냉매가 유동하는 냉매관(1)과 상기 냉매관(1)을 따라 서로 평행하게 소정간격으로 결합되는 다수개의 휜(1)으로 이루어진다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 냉매관(1)은 열 교환기내에서 하나의 관으로 하나의 열을 형성하면서 상기 휜(2)과 결합되며, 도 2에는 2개의 냉매관(1)이 각각 2개열을 형성하는 것이 도시된다.
상기 휜(2)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 냉매관(1)이 결합되는 관통공(2a)을 포함하며, 실질적으로 작은 판의 형태를 갖는다. 즉, 종래의 열 교환기는 서로 낱장으로 분리된 휜(discrete fin)(2)들을 포함한다. 따라서, 이들 휜들(2)은 상기 냉매관(1)과 결합된 상태에서 열 교환기의 길이 방향을 따라 불연속적인 열 교환면을 형성한다.
또한, 작동도중 영하(零下)인 주변온도로 인해 냉장고내 공기중에 함유된 다량의 수분이 열교환기의 표면에 착상되어 공기의 유동을 방해한다. 따라서 통상적으로 이와 같은 성에를 녹이는 제상기(3)가 상기 열교환기에 제공되며 이를 이용한 제상과정이 작동중 별도로 수행된다.
이러한 열 교환기는 앞서 설명된 공기 유로내에 세워진 상태로 설치되며 이에 따라 냉장고 내부의 공기는 화살표로 도시된 바와 같이 상기 열 교환기 하부로 유입되어 상부로 열 교환되어 유출된다.
그러나 상술된 일반적 열 교환기는 현재 대부분의 냉장고에 적용되고 있음에도 불구하고 실제적으로 다음과 같은 문제들을 가지고 있다.
예를 들어, 상기 휜(1)은 불연속적이고 개별적인 형상특성으로 인해 상기 냉매관(1)을 따라 하나씩 결합되어야 한다. 그리고 상기 휜(2)은 상기 열 교환기 하부 및 상부에서 상기 냉매관(1)을 따라 서로 다른 간격으로 배열된다. 즉, 성에의 성장에 의한 유동저항이 열교환기 성능을 저하시키므로, 성에 발생량이 많은 공기 유입측인 하부에서 상기 휜(2)은 상부보다 넓은 간격으로 배열된다.
또한 제상과정에 의해 발생되는 물은 각 휜(2)의 하부 에지(2b)에 표면장력에 의해 비교적 큰 물방울의 형태로 잔류하게 되며, 뒤이은 냉장고 작동(냉각과정)중에 다시 성에 성장의 핵으로 작용한다. 따라서, 성에 성장을 억제하기 위하여 상기 제상기(3)는 도시된 바와 같이 모든 하부에지(2a)와 일일이 접촉하도록 배열되어야 한다.
결과적으로, 이와 같은 분리형 휜의 사용으로 인해 종래 열 교환기의 구조는 실질적으로 복잡하며, 이의 조립과정 또한 용이하지 않다. 또한, 냉장고용 열교환기는 비교적 협소한 상기 공기유로내에 위치되므로 적은 크기에 높은 효율을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 앞서 언급된 구조상의 문제점들로 인해 상기 종래 열교환기는 최적화를 위한 설계변경 또한 어려워 진다.
본 발명은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구조가 단순하며 생산이 용이한 냉장고용 열 교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열 교환 성능이 향상된 냉장고용 열 교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 장시간 사용에 대해 신뢰성을 갖는 냉장고용 열 교환기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따르면, 다수개의 직선부 및 상기 직선부들을 연결하는 다수개의 곡선부를 포함하는 냉매관과; 다수개의 내부 관통공을 통해 상기 냉매관 직선부들과 각각 결합되는 휜을 포함하는 냉장고용 열 교환기에 있어서, 상기 냉매관이 금속재 층으로 도포되는 상기 직선부와 곡선부의 결합부를 갖는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기가 제공된다.
여기서 상기 금속재 층은 최소한 직선부의 끝단을 도포하며, 바람직하게는 상기 곡선부 전체와 이와 연결되는 직선부의 끝단부를 도포한다. 그리고 보다 상세하게는 상기 금속재 층은 상기 직선부의 끝단으로부터 상기 직선부 중심부를 향해 15mm까지 연장된다.
또한 상기 결합부는 실질적으로 상기 직선부의 끝단부에 형성되는 확장부; 상기 직선부의 확장부에 삽입되는 곡선부의 일부인 삽입부; 그리고 상기 확장부와 삽입부 사이의 공간에 충진되는 금속재 충진물을 더 포함한다.
여기서 상기 확장부의 내경은 직선부의 최초 내경의 1.3배 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 직선부의 최초 내경의 1.35배 내지 1.45배가 된다.
그리고 상기 확장부의 길이는 최소 3mm 이상인 것이 바람직하며 상기 확장부의 내주면과 상기 삽입부의 외주면 사이의 간격은 1mm 이하인 것이 바람직하다.
또한 바람직하게는 상기 냉매관은 알루미늄으로 제조되며 상기 금속재는 아연이 된다. 또한 상기 냉매관은 상기 금속재 층상에 도포되는 방식층을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 냉매관 직선부들의 끝단부들을 소정의 내,외경을 갖도록 확장시키는 단계; 상기 직선부들의 확장된 끝단들내에 곡선부들의 끝단부들을 삽입시켜 상기 직선부들 및 곡선부들을 가 결합시키는 단계; 그리고 각각의 가결합된 직선부 및 곡선부들을 금속재 층이 이들의 결합부를 덮도록 결합시키는 단계로 이루어지는 냉장고용 열교환기의 냉매관 제조방법이 제공된다.
상기 냉매관 제조방법에 있어서, 상기 확장단계 이전에 상기 직선부들과 휜들을 미리 결합시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 가결합 단계에서, 상기 직선부에 곡선부가 삽입될 때 상기 곡선부의 끝단부는 실질적으로 상기 직선부의 끝단부에 부분적으로 압입된다.
상기 결합단계는 금속재 용탕에 가 결합된 곡선부 및 직선부들을 함침시키는 단계 및 상기 함침된 곡선부 및 직선부들을 금속재 용탕으로부터 취출하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 합침단계에서 가 결합된 곡선부 및 직선부들은 실제적으로 상기 곡선부에서부터 상기 금속재 용탕에 함침된다.
한편, 상기 결합 단계는 상기 함침단계 이전에 상기 곡선부 및 직선부들을 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 결합단계는 또한 바람직하게는 상기 함침단계 도중에 상기 금속재 용탕내에서 상기 직선부 및 곡선부를 회전시키거나 상기 함침단계 도중 상기 용탕에 고주파를 가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 냉매관 제조 방법은 상기 결합단계 이후에 결합된 직선부 및 곡선부를 냉각시키는 단계 및 상기 결합단계 이후에 상기 결합된 직선부 및 곡선부 내부로 공기를 송풍시키는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상술된 본 발명에서 직선 휜을 사용함으로서 열교환기의 구조 및 이의 조립과정을 실질적으로 단순화되며, 열교환 성능 또한 향상된다. 이와 더불어, 함침용접에 의한 알루미늄 냉매관의 사용 및 결합부의 고른 용접상태로 인해 생산 단가 저하, 내 부식성 향상, 접합강도강화 및 누설 결함 방지가 이루어진다.
본 발명의 특징 및 장점들은 뒤따르는 본 발명의 실시예의 상세한 설명과 함께 다음의 첨부된 도면들을 참고하여 더 잘 이해될 수 있으며, 상기 도면들중:
도 1은 일반적인 냉장고용 열 교환기를 나타내는 정면도;
도 2는 도 1의 I-I선을 따라 얻어진 측단면도;
도 3a는 본 발명에 따른 냉장고용 열교환기의 정면도;
도 3b는 도 3a의 II-II선을 따라 얻어진 측단면도;
도 4a는 변형된 냉매관 배열을 갖는 본 발명의 열교환기를 나타내는 정면도;
도 4b는 도 4a의 III-III선을 따라 얻어진 측단면도
도 5는 종래 기술 및 본 발명의 휜 단위면적당 잔류 제상수량을 나타내는 그래프;
도 6은 종래 기술 및 본 발명에 대한 작동시간에 따른 압력손실을 나타내는 그래프;
도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 냉매관을 제조하는 방법을 나타내는 순서도;
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제조방법의 각 단계별 냉매관의 상태를 나타내는 정면도;
도 9는 본 발명의 냉매관 제조방법에 따라 완성된 냉매관의 결합부를 나타내는 부분 확대도;
도 10은 도 9의 결합부의 부분 종단면도; 그리고
도 11은 도 9의 IV-IV선을 따라 얻어진 단면도이다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태 또는 발명의 실시를 위한 형태
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 3a는 본 발명에 따른 열 교환기를 나타내는 정면도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 열 교환기의 측단면도이다. 이들 도면을 참조하여 본 발명의 구조를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 열 교환기는 전체적으로 응축기로부터 공급되는 냉매의 유동 경로를 형성하는 하나이상의 냉매관(10)과 상기 냉매관(10)과 결합되는 다수개의 휜(20)으로 이루어진다. 또한 상기 열 교환기에는 상기 결합된 휜(20)들의 양측에 한 쌍의 보강판(30)이 각각 평행하게 설치된다.
먼저 상기 각각의 냉매관(10)은 서로 일정간격으로 이격되는 다수개의 직선부(11) 및 상기 직선부(11)들 사이를 연결하는 다수개의 곡선부(12)를 포함한다. 상기 냉매관들(10), 보다 상세하게는 직선부들(11)은 대체적으로 공기 유동방향에 수직하게 배열되며, 도 3b에 도시된 바와 같이 하나의 냉매관(10)이 열 교환기 길이방향으로 하나의 열을 형성한다. 여기서 다른 열에 속하는 직선부들(11)은 도 3a 및 도 3b에서와 같이 서로 수평방향으로 나란하게 정렬될 수 있다. 그러나, 열 교환기 성능향상으로 위해 상기 직선부들(11)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 휜의 관통공(21)과 더불어 서로 교차 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 교차 배열은 인접한 두 개의 냉매관(10)사이에서 성장된 성에가 서로 연결되는 것을 방지하며, 이에 따라 유동저항이 증가되지 않는다.
각각의 휜(20)은 일정 길이를 갖는 일직선의 평평한 판이며, 상기 냉매관(10)과 결합되도록 자신의 길이방향을 따라 하나이상의 열을 이루는 다수개의 관통공(21)을 포함한다. 보다 상세하게는, 본 발명의 휜(20)은 상기 냉매관(10)의 직선부(11)의 길이방향을 따라 서로 일정간격으로 평행하게 결합되며, 도 3b 및 도 4b에 도시된 바와 같이 결합된 상태에서 동일 열에 속하는 직선부들(11)사이를 연속적으로 연결하도록 연장된다. 따라서, 제상과정중 냉매관(10) 및 휜(20)에 발생되는 물(이하 '제상수')은 휜(10)을 따라 열 교환기 상부에서부터 하부까지 원활하게 배출된다. 또한 본 발명의 일직선 휜(straight fin)(20)이 적용됨으로서 종래의 분리형 핀(discrete fin)에 비해 적은 수의 하부 에지가 열 교환기내에 존재하기 때문에 표면장력에 의해 잔류되는 제상수 량이 줄어든다.
이러한 경향은 실제 실험에 의해서 확인될 수 있으며, 도 5는 종래기술 및 본 발명에 대한 휜의 단위면적당 잔류 제상수를 나타내는 그래프이다. 상기 실험에서 분리형 휜(종래기술) 및 일직선 휜(본 발명)이 비교되었으며, 각각의 잔류 제상수량은 제상과정후 일정시간 경과시 측정되었다. 도 5에 도시된 바와 같이 일직선 휜에서는 128.9 g/㎡ 의 제상수가 잔류한 반면, 분리형 휜에서는 상기 일직선 휜보다 더 많은 량인 183.8 g/㎡의 제상수가 잔류된다. 보다 상세하게는, 일직선 휜의 잔류 제상수량은 분리형 휜에서의 잔류 제상수량의 70% 에 불과하다.
또한, 이와 같은 잔류 제상수의 감소는 열 교환기에서의 압력 손실과 직접적으로 관련되며, 이는 작동시간에 따른 압력손실의 변화를 도시한 도 6에서 보다 명확하게 나타난다. 상기 실험에서 앞서 도 5의 실험과 동일하게 분리형 휜 및 일직선 휜이 적용된 열 교환기가 서로 비교되었으며, 압력손실은 공기 유입부(열 교환기 하부) 및 공기 유출부(열 교환기 상부)사이의 압력차이를 의미한다. 그리고 제 1 단계에서는 건조한 열 교환기가 60분 동안의 냉각과정을 수행시 압력손실의 변화가 측정되었으며, 제 2 단계에서는 상기 제 1 단계에 연속적으로 일정시간의 제상과정이 수행된 후 다시 60 분간의 냉각과정 수행중의 압력변화가 측정되었다. 마지막으로 제 3 단계에서는 상기 제 2 단계에 이은 제상과정후 120분의 냉각 과정중의 압력변화가 측정되었다. 여기서 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압력 손실은 전체적으로 상기 종래 기술에 비해 적으며, 그래프의 기울기로 표현되는 압력손실의 증가율 또한 적다. 실제적으로 각 단계들의 종료시 본 발명에서는 종래 기술의 약 42% 정도에 해당하는 압력손실만이 발생한다. 이는 본 발명에 있어서 적은 잔류 제상수량로 인해 성에의 발생량 및 성에 증가율이 감소되며 이에 따라 유동저항이 감소되기 때문이다. 이와 더불어, 적은 성에 발생량으로 인해 전열면적도 또한 작동중에 크게 감소되지 않아 열 교환율의 감소가 발생되지 않는다.
또한, 상기 본 발명의 일직선 휜(20)은 분리형 휜을 연속적으로 배열한 효과를 가지므로 본 발명의 열교환기는 동일한 전열면적을 분리형 휜을 적용한 열 교환기에 비해 적은 크기에서도 형성한다. 그리고, 본 발명의 열교환기는 상기 일직선 휜(20)을 적용함으로서 보다 단순한 구조를 가지며, 상기 일직선 휜(20)이 조립시 동일한 열에 속하는 냉매관의 직선부들과 한번에 용이하게 결합되므로 조립공정이 보다 단순화된다.
결과적으로 일직선 휜(20)을 적용함으로써 본 발명의 열 교환기는 구조 및 성능측면에서 분리형 휜(20)을 갖는 종래 열교환기에 비해 유리하다.
한편, 본 발명의 열 교환기 제작중, 상기 일직선 휜들(20)이 냉매관(10)의 직선부들(11) 전체와 동시에 결합되기 때문에, 상기 냉매관(20)은 하나의 연속적인(일체형) 부재로 제작되는 대신에 별도로 형성된 부재들을 서로 용접해서 제작되는 것이 일반적이다. 즉, 냉매관(20)의 어느 일부 부재들이 먼저 상기 일직선 휜(20)과 결합되고 이 후, 냉매관(20)의 다른 부재들이 상기 휜(20)과 결합된 일부 부재들과 용접된다. 이와 같은 냉매관(20)의 제작에 있어서, 상기 냉매관(20)의 재질은 통상적으로 알루미늄 또는 구리가 되며, 용접재는 아연이 주로 사용된다. 여기서 재질이 실질적으로 냉매관(20)의 성능을 결정하는 요인이 되며 이러한 재질들의 특성들을 정리하면 다음 표와 같다.
상기 표에서 나타나는 바와 같이 실제로 열전도도에 있어서 그렇게 큰 차이가 나지 않으므로 특히 가격을 고려했을 때 알루미늄이 냉매관(10)의 재질로서 바람직하다. 더욱이 냉장고내의 공기는 음식물에 의해 발생되는 다량의 습기, 염분 및 산등을 포함하므로 낮은 전위차 부식 가능성뿐만 아니라 높은 내부식성을 갖는 알루미늄이 상기 구리에 비해 더욱 유리하다. 다만 상기 알루미늄으로 냉매관(10)을 제조함에 있어서, 낮은 용접성만이 문제가 된다. 즉, 상기 알루미늄은 다른 금속과 잘 융합되지 않으므로 상기 알루미늄의 용접에 모재가 용융점 이상으로 가열되는 일반적인 용접방법을 적용하기 어렵다. 본 발명은 이와 같은 낮은 용접성을 보완하는 냉매관의 제조방법을 제공하며 이러한 냉매관의 제조방법이 다음에서 도 7을 참조하여 상세하게 설명된다.
도 7은 본 발명에 따른 냉매관의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
냉매관(20) 제작시, 먼저 상기 냉매관(10) 직선부(11)들의 끝단부들이 소정의 내,외경을 갖도록 확장된다(S20).
앞서 언급된 바와 같이, 결합될 수 있도록 상기 냉매관(10)은 다수개의 부재로 분리되게 형성되며, 실질적으로 직선부들(11) 및 곡선부들(12)로 분리되게 형성될 수 있다. 여기서 냉매관(10)의 부품수를 감소시키기 위해 도 8a 및 도 8b에 도 시된 바와 같이 양측 곡선부들(12)중 어느 한 쪽만이 별도로 형성되는 것, 즉 직선부(11)들이 다른 한쪽의 곡선부(12)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 확장 단계(S20)에서는 곡선부(12)와 연결되지 않는 직선부(11)의 끝단부가 확장되며, 별도 형성된 곡선부(12)는 확장된 끝단부를 통해 직선부(11)에 결합될 수 있다.
일반적으로 상기 끝단부들은 소정의 공구를 그 내부에 삽입함으로서 확장될 수 있으며, 이외에도 다른 방법들도 사용 가능하다. 그리고 끝단부의 파손을 방지하기 위하여 오일이 확장도중 계속적으로 끝단부에 공급되며, 기타 이물질이 직선부(11)내로 들어가지 않도록 공기가 상기 끝단부 주변에 송풍된다. 상기 확장단계(S20)에서, 상기 직선부(11)의 끝단부는 직선부/곡선부 결합중 결합재료로 사용되는 금속재의 원활한 침투를 위해서 최종 내경이 최초 내경의 1.3배 이상이 되도록 확장된다. 그러나 너무 크게 확장되는 경우 상기 끝단부의 파손이 발생할 수 있으므로 확장된 끝단부의 내경은 최초 내경의 1.35배-1.45배도 제한되는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 직선부(11)는 끝단으로부터 길이방향으로 최소 3mm까지 확장되며, 이와 같은 길이방향 확장은 앞선 내경의 경우와 마찬가지로 금속재의 원활한 침투를 가능하게 한다.
한편, 일단 끝단부가 확장되면 상기 휜(20) 및 보강판(30)을 직선부(11)와 결합시키기가 어렵게 된다. 따라서, 상기 확장단계(S20)에 앞서서, 상기 휜(20) 및 보강판(30)이 순차적으로 곡선부(12)와 일체로 형성된 직선부(11)에 결합되는 것이 바람직하다(S10).
상기 확장단계(S20)가 완료된 후, 상기 직선부들(11) 및 곡선부(12)들은 가 결합된다(S30). 여기서 먼저 작업자는 도 8b에 도시된 바와 같이 직선부(11)들의 확장된 끝단부들내에 곡선부들(12)의 끝단부들을 삽입시킨다. 그리고 이러한 삽입과정중 상기 곡선부(12)의 끝단부가 상기 직선부(11)의 확장된 끝단부에 부분적으로 압입된다. 보다 정확하게는, 상기 곡선부(12)의 끝단부는 직선부(11)의 확장된 끝단부가 최초 직경으로 복귀하는 부분 근처에 압입된다. 따라서, 최종 결합도중 상기 곡선부(12)는 상기 직선부(11)로부터 이탈되지 않는다.
상기 가 결합 단계(S30) 후, 상기 직선부(11) 및 곡선부(12)는 용접에 의해 서로 완전하게 결합된다(S40).
상기 결합단계(S40)에 있어서, 먼저 가 결합된 직선부(11) 및 곡선부(12)는 금속재 용탕에 합침된다(S42). 상기 함침단계(S42)에서 먼저 냉매관(10), 휜(20) 및 보강판(30)의 조립체는 상기 가결합된 직선부(11) 및 곡선부(12)가 금속재 용탕을 향하도록 행거(hanger)에 매달리며, 이 후 가 결합된 곡선부(12)에서부터 상기 금속재 용탕에 함침된다. 따라서, 모든 가결합된 직선부(11) 및 곡선부(12)가 동시에 균일하게 금속재 용탕에 함침될 수 있다. 그리고 상기 금속재가 곡선부(12)전체와 직선부(11)의 끝단부에 충분하게 도포될 수 있도록, 가 결합된 곡선부들(12) 및 직선부들(11)은 용탕내에 상기 직선부(11) 끝단으로부터 15mm 깊이까지 함침되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 함침단계(S42)는 15초동안 수행되며, 상기 금속재 용탕의 온도는 400℃정도가 적당하다. 그리고 상기 용융된 금속재로는 아연이 사용되나, 기타 다 른 적절한 금속재가 또한 사용될 수 있다.
한편, 상기 함침단계(S42) 이전에 상기 곡선부(12) 및 직선부들(11)은 소정의 온도로 예열될 수 있다(S41). 이러한 예열단계(S41)는 상기 곡선부(12) 및 직선부들(11)에 금속재가 잘 부착되게 하여 용접성을 향상시키므로 바람직하다.
다른 한편, 상기 함침단계(S42) 도중에 상기 직선부(11) 및 곡선부(12)는 상기 금속재 용탕내에서 회전될 수 있다(S43). 즉, 상기 행거에 매달린 열 교환기는 상기 직선부(11) 및 곡선부(12)가 용탕에 함침된 채로 서서히 회전된다. 따라서, 금속재는 상기 직선부(11) 및 곡선부(12)사이로 더욱 잘 스며들게 된다.
또한, 상기 함침단계(S42) 도중 상기 용탕에 고주파가 가해질 수 있으며(S44), 이러한 고주파는 금속재 용탕을 진탕시켜 금속재가 직선부들(11) 및 곡선부들(12)사이에 침투하는 것을 촉진하는 역할을 한다. 더욱이 상기 고주파는 상기 직선부들(11) 및 곡선부들(12)도 함께 진동시켜 금속재의 침투는 더욱 활발하게 이루어진다.
이와 같은 일련의 단계들(S41-S44)이 수행된 후 상기 함침된 곡선부(12) 및 직선부들(11)은 금속재 용탕으로부터 취출됨으로서(S45), 상기 결합단계(S40)가 완료된다. 이러한 함침 용접의 결과로 결합된 직선부(11) 및 곡선부(12)들은 외부적으로 금속재 층으로 덮혀진다.
상기 결합단계후, 결합된 직선부(11) 및 곡선부(12)는 금속재가 신속하게 응고되도록 팬(fan)등을 이용하여 소정시간동안 냉각된다(S50). 이후, 상기 결합된 직선부(11) 및 곡선부(12) 즉, 냉매관(10) 내부로 공기를 송풍함으로서 상기 냉매 관(10)의 막힘이 점검되고 동시에 내부 이물질이 배출된다(S60).
앞서 설명된 바와 같이 본 발명의 냉매관 제조방법에 함침용접이 적용됨으로서 상기 직선부(11)와 곡선부(12)는 용융점 이상으로 가열되지 않고도 결합될 수 있다. 따라서 상기 냉매관(10)의 재질로 알루미늄이 사용될 수 있으며. 결과적으로 열 교환기의 제작 단가가 저하되며 내부식성이 향상된다. 이러한 냉매관 제조방법은 또한 알루미늄 재질의 냉매관 뿐만 구리등과 같은 다른 재질로 된 냉매관의 제조에도 적용가능함은 당업자에 이해 가능하다.
도 9는 본 발명의 냉매관 제조방법에 따라 완성된 냉매관의 결합부를 나타내는 부분 확대도이며 이를 참조하여 상기 결합부 형상을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉매관(10)은 외부 금속재 층(110)으로 도포되는 결합부를 갖는다. 즉, 외부적으로 상기 금속재 층(11) 상기 직전부(11) 및 곡선부(12)의 결합을 위해 적어도 상기 직선부(11)의 끝단부를 도포한다. 실질적으로 상기 결합부는 바람직하게는 곡선부(12)와 직선부(11) 끝단부 및 상기 곡선부(12) 전체와 상기 직선부(11)의 끝단부를 도포하는 금속재 층(110)을 포함한다. 여기서 상기 직선부(11) 끝단으로부터 직선부(11) 중심부를 향한 금속재 층(110) 연장 길이(D)는 상기 함침단계(S42)에서 설명된 바와 같이 15mm가 된다.
그리고 상기 확장 단계(S20)로 인해 상기 결합부는 상기 직선부(11) 끝단부에 형성되며 실질적으로 결합되기 이전에 상기 곡선부(12)가 삽입되는 확장부(11a)를 더 포함한다. 또한, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 결합부는 내부적 으로 상기 직선부(11)의 끝단부, 즉 확장부(11a)에 삽입되는 곡선부(12)의 일부인 삽입부(12a), 그리고 상기 확장부(11a)와 삽입부(12a) 사이의 공간에 균일하게 충진되는 금속재 충진물(120)을 더 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 확장부(11a)의 내경(d2)은 금속재, 즉 상기 충진물(120)이 상기 확장부(11a)와 삽입부(12a)사이에 원활하게 침투될 수 있도록 상기 직선부 최초 외경(d1)의 1.3배이상이 된다. 실질적으로, 지나친 확장에 의한 파손을 방지하도록 상기 확장부(11a)의 내경(d2)은 최초 내경(d1)의 1.35배-1.45배로 한정되는 것이 유리하다.
한편, 간격(W)은 상기 확장부(11a)의 내주면과 상기 삽입부(12a)의 외주면 사이 간격이며, 도 11에 도시된 바와 같이 실질적으로 상기 내경(d2)와 내경(d1)의 차이값의 절반에 해당한다. 이러한 간격(W)과 확장부(12a)의 길이(L)는 상기 금속재 충진물(120)을 위한 공간을 형성하며, 접합강도 결정에 중요한 인자가 된다. 여기서 상기 간격(W)은 앞서 언급된 바와같이 상기 확장부(11a)의 내경(d2)의 증가가 일정 범위로 제한되므로 실질적으로 1mm 이하의 값을 갖는다. 대신에 상기 확장부(11a)의 길이(L)는 최소 3mm 이상이 되도록 형성되어 상기 결합부에 충분한 접합강도를 제공한다.
다른 한편, 완성된 열 교환기상에는 일반적으로 부식의 생성 또는 확산을 방지하는 방식층이 전체적으로 도포된다. 따라서 도시되지는 않았으나 상기 냉매관(10)의 금속재 층(110)상에는 실질적으로 방식층이 위치하게 되며 이러한 방 식층은 일반적으로 도료(lacquer)층등이 될 수 있다.
결과적으로 상기 결합부가 상기 내부 금속재 충진물(120) 및 외부 금속재 층(110) 둘 다에 의해 결합됨으로서 통상적인 결합방법(실질적으로 용접방법)과 비교할 때 상기 결합부의 접합강도가 증가되며 누설결함 또한 감소된다. 또한 상기 결합과정중의 회전, 고주파 가진등에 의해 상기 금속재 충진물(120)은 더욱 균일하게 형성되며, 이는 누설결함 방지 및 접합강도강화 효과를 더욱 증가시킨다.
상기에서 몇몇의 실시예가 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등범위내의 모든 실시예는 본 발명의 범주내에 포함된다.
본 발명에 있어서, 기본적으로 연속적인 일직선 휜이 적용됨으로서 제상수 배출능력이 실질적으로 향상되며, 성에 발생을 근본적으로 억제한다. 따라서, 본 발명에 있어서 압력 손실이 감소(배출유량이 증가)되고 동시에 열 교환 효율이 증가되며, 이에 따라 열 교환 성능이 향상된다.
또한 기존의 불연속적인 분리형 휜과 비교시 본 발명의 휜은 단순한 구조를 가지며, 이로 인해 열 교환기 조립 작업이 용이하게 된다. 즉, 본 발명의 열 교환기는 종래 구조에 비하여 부품수를 감소시키며, 상기 별도의 가공공정 및 조립공정을 필요하지 않기 때문에 제작단가가 감소되며 생산성이 증가된다. 또한 본 발명은 일직선 휜을 적용함으로서 동일 열 교환 성능을 작은 크기에서도 구현할 수 있다.
한편, 냉매관이 함침용접을 사용하여 제조됨으로서 알루미늄 냉매관의 사용이 가능하게 되며 이에 따라 열 교환기의 제작 단가가 저하되며 내부식성이 향상된다. 이와 더불어 냉매관이 균일하고 강화된 결합부를 갖게 되므로 접합강도 증가 및 누설결함이 감소되며 결과적으로 본 발명의 열교환기는 장시간 사용에 대한 신뢰성을 갖게 된다.
Claims (27)
- 다수개의 직선부 및 상기 직선부들을 연결하는 다수개의 곡선부를 포함하는 냉매관과;다수개의 내부 관통공을 통해 상기 냉매관 직선부들과 각각 결합되는 다수개의 휜을 포함하는 냉장고용 열 교환기에 있어서,상기 냉매관이 금속재 층으로 도포되는 상기 직선부과 곡선부의 결합부를 갖는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속재 층이 상기 직선부의 끝단부를 포함하여 도포하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 2 항에 있어서,상기 금속재 층이 상기 곡선부 전체와 이와 연결되는 직선부의 끝단부를 도포하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 3 항에 있어서,상기 금속재 층이 상기 직선부의 끝단으로부터 상기 직선부의 중심부를 향해 15mm까지 연장되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 1 항에 있어서,상기 결합부가;상기 직선부의 끝단부에 형성되는 확장부;상기 직선부의 확장부에 삽입되는 곡선부의 일부인 삽입부; 그리고상기 확장부와 삽입부 사이의 공간에 충진되는 금속재 충진물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 5 항에 있어서,상기 확장부의 내경은 직선부의 최초 내경의 1.3배 이상인 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 6 항에 있어서,상기 확장부의 내경이 직선부의 최초 내경의 1.35배 내지 1.45배인 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 5 항에 있어서,상기 확장부의 길이는 최소 3mm 이상인 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 5 항에 있어서,상기 확장부의 내주면과 상기 삽입부의 외주면 사이의 간격은 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 1 항에 있어서,상기 휜이 열 교환기 길이방향을 따라 연장되는 일직선 판 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 1 항에 있어서,상기 냉매관이 알루미늄으로 제조되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속재가 아연인 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 1 항에 있어서,상기 냉매관이 상기 금속재 층상에 도포되는 방식층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 냉매관 직선부들의 끝단부들을 소정의 내,외경을 갖도록 확장시키는 단계;상기 직선부들의 확장된 끝단들내에 곡선부들의 끝단부들을 삽입시켜 상기 직선부들 및 곡선부들을 가 결합시키는 단계; 그리고각각의 가결합된 직선부 및 곡선부들을 금속재 층이 이들의 결합부를 덮도록 결합시키는 단계로 이루어지는 냉장고용 열교환기의 냉매관 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 확장단계 이전에 상기 직선부들과 휜들을 미리 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기의 냉매관 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 직선부에 곡선부가 삽입될 때 상기 곡선부의 끝단부가 상기 직선부의 끝단부에 부분적으로 압입되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기의 냉매관 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 결합단계가 금속재 용탕에 가 결합된 곡선부 및 직선부들을 함침시키는 단계 및 상기 함침된 곡선부 및 직선부들을 금속재 용탕으로부터 취출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기의 냉매관 제조방법
- 제 17 항에 있어서,가 결합된 곡선부 및 직선부들이 상기 곡선부에서부터 상기 금속재 용탕에 함침되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기의 냉매관 제조방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 결합 단계가 상기 함침단계 이전에 상기 곡선부 및 직선부들을 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 냉장고용 열 교환기의 냉매관 제조방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 결합단계가 상기 함침단계 도중에 상기 금속재 용탕내에서 상기 직선부 및 곡선부를 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기의 냉매관 제조방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 결합단계가 상기 함침단계 도중 상기 용탕에 고주파를 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기의 냉매관 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 결합단계 이후에 결합된 직선부 및 곡선부를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기의 냉매관 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 결합단계 이후에 상기 결합된 직선부 및 곡선부 내부로 공기를 송풍시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기의 냉매관 제조방법.
- 다수개의 직선부 및 상기 직선부들을 연결하는 다수개의 곡선부를 포함하는 냉매관과;다수개의 내부 관통공을 통해 상기 냉매관 직선부들과 각각 결합되는 다수개의 휜을 포함하는 냉장고용 열 교환기에 있어서,상기 직선부의 끝단부에 형성되는 확장부;상기 직선부의 확장부에 삽입되는 곡선부의 일부인 삽입부;상기 확장부와 삽입부 사이의 공간에 충진되는 금속재 충진물; 그리고상기 확장부와 상기 곡선부의 표면의 적어도 일부분을 도포하는 금속재층을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 24 항에 있어서,상기 금속재 층이 상기 곡선부 전체와 이와 연결되는 직선부의 끝단부를 도포하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 24 항에 있어서,상기 휜이 열 교환기 길이방향을 따라 연장되는 일직선 판 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
- 제 24 항에 있어서,상기 냉매관이 상기 금속재 층상에 도포되는 방식층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 열 교환기.
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| KR20050008701A (ko) | 2005-01-21 |
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