KR20020090304A - 브레이즈 용접된 열 교환기용 자체-고정 측면 조각 - Google Patents

Abstract

조립 동안에 열 교환기 내의 측부 조각들을 정위치에 유지하기 위한 고정물을 제공하는 추가된 비용은, 적어도 한 로우의 대향 측면들 상에 관련 측면을 형성하는 첫 번째 및 마지막 이격된 측면 런(12, 20, 70, 86)들을 포함하는 평평한 튜빙(10)의 적어도 한 로우의 이격되고 평행한 직선 런(12, 20, 70, 86)들을 가진 코어를 가진 열 교환기에서 피할 수 있다. 핀(36, 62)들은 상기 복수의 런들의 각각의 런 사이의 간격을 메우고, 상기 첫 번째 및 마지막 런(12, 20, 70, 86)들의 외부로 향한 측면(42, 44)들로부터 외부로 대향하여 연장되며, 상기 튜빙(10)에 접착된다. 한 쌍의 측면 조각(46)들은 상기 로우의 각각의 측면에 하나씩 제공되며, 상기 첫 번째 및 마지막 런(12, 20, 70, 86)들 중의 관련된 단부들 상에 후크된다. 측면 조각(46)은 튜빙 상에 후크되는 이유로 해서 자체-고정된다.

Description

브레이즈 용접된 열 교환기용 자체-고정 측면 조각{SELF-FIXTURING SIDE PIECE FOR BRAZED HEAT EXCHANGERS}

본 발명은 열 교환기에 관한 것으로서, 특히 측면 조각을 가진 브레이즈 용접된 열 교환기에 관한 것이다.

많은 열 교환기들은 현재 서로 이격된 평평한 단면의 직선 튜빙의 여러 개의 평행한 런들을 사용한다. 튜빙의 직선 런들 사이에 판 핀 또는 사형(serpentine)의 핀이 존재한다. 런은 적어도 한 로우의 튜브 런들을 형성하고, 상기 로우 내의 첫 번째 런은 한 측면을 형성하고, 로우 내의 마지막 런은 대향 측면을 형성한다. 통상적으로, 핀들은 첫 번째 및 마지막 로우들 모두에 접착되어 결과로서 발생되는 코어의 측면들의 외부로 향해 연장된다. 런이 튜빙의 개별 조각으로 구성되는 경우에, 헤더는 튜빙의 개별 조각의 각각의 단부들을 수용할 것이다. 런이 튜빙의 사형의 감긴 길이의 직선 길이에 의해 형성되는 경우에, 헤드는 첫 번째 및 마지막 런들 모두의 한 단부 상에 위치될 것이며, 튜빙 내에 형성된 180^o만곡부는 중간 런들의 단부들을 상호 연결할 것이다. 여기에서도, 핀은 런들 사이에서 또한 첫 번째 및 마지막 런들의 대향 측면들로부터 외부로 연장될 것이다.

측면 조각들은 또한 통상적으로 이러한 구성들에 사용된다. 많은 경우에, 측면 조각들은 첫 번째 및 마지막 런들의 최외곽 핀들로부터 외부로 헤더들 사이에서 완전히 연장되어 일단 열 교환기가 브레이즈 용접되거나 그 부품들이 함께 접착되면 열 교환기에 강도를 제공하고, 튜브 런의 외부에 있는 핀을 보호하고 열 교환기를 강도를 증가시키는 작용을 할 것이다. 유사한 측면 조각들은 사형의 열 교환기에 사용될 것이지만 명백히 첫 번째 및 마지막 런 각각에 단지 하나의 헤더만 존재할 것이기 때문에 헤더들 사이에서 연장될 수 없다.

통상의 경우에, 그러한 열 교환기는 고정물 내에 위치되며, 튜브와 핀은 교대 방식으로(in alternating fashion) 고정물 내에 도입되고, 그 교대 방식에서 튜브는 튜빙의 개별 조각이다. 열 교환기가 사형의 것인 경우에, 핀은 인접 런들 사이와 코어의 측면에 도입된다. 측면 조각들은 코어의 측면에서 핀에 대해 위치된다. 부품들은 고정물에 의해 정위치에 유지된다. 그러면, 고정물은 부품들을 통합하기 위해서 브레이징 노(brazing furnace) 등을 통과해 주행된다.

그러한 열 교환기의 제조에서의 실질적인 비용은 고정물에 헤더, 튜브, 핀 및 측면 조각을 설치하는 것이다. 조립에 있어서의 상당한 비용은 부품들 자체가 자체-고정되어 별도의 고정물을 사용하지 않아도 되게 하는 경우에 피할 수 있었다.

이러한 일반적인 종류의 자체-고정 열 교환기의 한 형태가 스테픈 메모리 등의 명의로 2001년 2월 7일 출원되고 발명의 명칭이 "열 교환기"이며 본 출원인에게 양도된 미국특허출원 제09/778,310호에 기술되었다. 메모리 등의 출원의 전체 설명은 여기에 인용함으로써 본 명세서의 일부를 이룬다. 그것은 자체-고정 열 교환기를 기술하지만 측면 조각의 문제를 다루지는 않는다. 따라서, 첫 번째 및 마지막 튜브 런을 넘어서 연장되는 핀의 단부에 대한 보호와 측면 조각에 수반하는 강도를증가시키는 효과는 없다.

본 발명은 메모리 등의 출원에 기술된 것 등 그러나 그에 제한되지 않는 열 교환기에 사용하기 위한 신규의 개량된 자체-고정 측면 조각을 제공하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 열 교환기용 신규하고 개량된 측면 조각 구성을 제공하는 것이다. 더욱 구체적으로 말하면, 본 발명의 목적은 자체-고정 측면 조각을 가진 신규하고 개량된 열 교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 예시적 실시예는 상기 목적을, 적어도 한 로우의 대향 측면들 상에 관련 측면을 각각 형성하는 첫 번째 및 마지막 이격된 측면 런들을 포함하여 평평한 튜빙의 적어도 한 로우의 복수의 이격되고 평행한 직선 런들을 가진 코어, 상기 복수의 런들의 각각의 런 사이의 간격을 메우고, 상기 첫 번째 및 마지막 런들의 외부로 향한 측면들로부터 외부로 대향하여 연장되며, 상기 튜빙에 접합된 핀들, 및 상기 로우의 적어도 한 측면에 있으며, 그 측면에 있는 핀을 상기 첫 번째 및 마지막 런들 중의 한 런에 대해 사이에 끼는 측면 조각을 포함하는 열 교환기에서 달성한다. 본 발명은 상기 측면 조각이 실질적으로 상기 첫 번째 또는 마지막 런들 중의 적어도 한 런의 단부들과 상기 한 런의 상기 단부들에서 상기 한 런 위에 후크된 내부로 굽은 단부들 사이에서 연장되기에 충분한 길이를 가진 개량점을 포함한다.

양호한 실시예에서, 측면 조각은 한 런에 또한 측면 조각과 한 런 사이의 핀들의 적어도 몇 개의 핀에 브레이즈 용접되어, 열 교환기에 강도를 제공한다.

더욱 양호한 실시예에서, 한 쌍의 측면 조각들이 있는데, 로우의 각각의 측면에 하나씩 있다.

본 발명의 양호한 실시예는 측면 조각의 내부로 향한 단부들이 첫 번째 및 마지막 런들의 각각의 단부에서의 소폭(minor dimension)보다 약간 큰 폭을 가진 노치들을 포함하는 것을 고려한다.

한 실시예에서, 튜브 런, 핀 및 측면 조각은 알루미늄이고 브레이즈 용접에 의해 함께 접착된다.

본 발명의 한 실시예는 런이 직선 사형 튜빙 조각에 의해 형성되는 것을 고려한다.

다른 실시예에서, 런은 각기 다른 길이의 직선 튜빙에 의해 형성된다.

본 발명의 한 실시예에서, 핀은 사형의 핀이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 핀은 판 핀이다.

다른 목적들 및 이점들은 첨부된 도면들과 관련하여 다음의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 판 핀을 갖고 본 발명의 측면 조각을 사용하는 사형의 열 교환기의 측면도.

도 2는 본 발명에 사용되는 평평한 튜빙의 통상적 조각의 단면도.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 측면 조각의 사시도.

도 4는 본 발명에 따라 제조되고 사형(serpentine)의 핀을 실시하는 열 교환기의 부분 측면도.

도 5는 판 핀을 갖고 본 발명에 따른 측면 조각을 실시하는 병류 열 교환기의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 ; 튜빙

12, 14, 16, 18, 20, 70 내지 86 ; 런

34 ; 헤더 36 ; 판 핀

45 ; 단부 46 ; 측면 조각

48 ; 중앙부 50, 52 ; 내부로 굽은 단부

54 ; 개방 단부 노치

본 발명의 예시적 실시예가 도면에 도시되었고, 일반적으로 적어도 한 조각의 평평한 튜빙, 판 또는 사형의 핀, 및 본 발명에 따라 제조된 측면 조각으로 구성될 것이다. 헤더는 튜빙의 조각 또는 조각들의 대향 단부들 상에 위치된다.

바람직하게, 부품은 다른 재료가 사용될 수 있지만 브레이즈 용접의 용이성과 경량을 위해서 알루미늄으로 제조된다. 또한, 부품은 예로서 납땜 등 다른 수단으로 함께 접합될 수 있었다. 첨부된 청구범위에 언급된 것을 제외하고는 위의 어떤 것에도 제한하고자 하는 것이 아니다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예는 일반적으로 10으로 지정되고 사형으로 구성된 단일 조각의 평평한 튜빙을 갖는 사형의 열 교환기이다. 즉, 사형의 열 교환기는 튜빙(10)의 복수의 직선 런(12, 14, 16, 18, 20)을 가질 것이다. 직선 런(12, 14, 16, 18, 20)은 튜빙(10)의 꼬임을 방지하기에 충분한 반경을 가진 180^o만곡부(22)에 의해 상호연결된다. 그 결과, 런들은 평행하고 서로로부터 이격될 것이다.

도 2는 튜빙(10)의 통상적인 단면을 도시한다. 튜빙(10)은 평평한 외부 측벽(24)들을 갖는데, 그것들 사이의 거리는 소폭(minor dimension)(D_m)을 한정한다. 평평한 측벽은 대폭(major dimension)(D_M)을 한정하는 둥근 부분(26)에 의해 연결된다. 튜브는 내부 웨브(28)를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 고압 응용에서는 웨브(28)가 통상적으로 존재할 것이지만, 저압 응용에서는 웨브(28)는 없을 수도 있다. 고성능을 필요로 하는 경우, 웨브(28)는 각각 0.07" 이하의 유압 직경을 갖는 개별적 포트(30)를 한정하기 위해 존재할 것이다.

도 1로 돌아가서, 튜빙(10)의 단부(32)에는 종래의 모양의 헤더(34)가 제공된다. 각각의 헤더(34)는 종래의 구조의 입구 포트 또는 출구 포트를 가질 것이다.

도 1에 도시된 실시예에서, 메모리 등에게 허여된 전술한 출원에서 사용된판 핀(36)이 제공된다. 판 핀은 직선 런(12, 14, 16, 18, 20)의 우측 단부(38)(도 1에서 보여지듯이)로부터 좌측 단부(40)로 연장된다. 즉, 핀(36)은 열 교환기의 한 측면으로부터 다른 측면으로, 실질적으로 직선 런(12, 14, 16, 18, 20)의 단부(38, 40)들 사이에서, 또는 헤더(34)가 존재할 경우에는 헤더(34)들 사이에 연장된다.

특히, 런(12, 20)들은 열 교환기의 코어를 형성하는 한 로우(row)의 런(12, 14, 16, 18, 20)들에서 첫 번째 및 마지막 런을 구성하는데, 런(12)의 외부로 향한 측면(42)과 런(20)의 외부로 향한 측면(44)은 서로 반대로 또한 외부로 향한다. 핀(36)은 본 발명에 따라 제조된 일반적으로 46으로 지정된 관련 측면 조각과 결합하도록 이들 측면(42, 44)으로부터 연장되는 단부(45)들을 갖는다. 도 3에 도시되듯이, 각각의 측면 조각은 내부로 굽은 단부(50, 52)들을 가진 긴 중앙부(48)를 포함한다. 중앙부(48)의 길이는 중앙부(48)가 직선 런(12, 14, 16, 18, 20)의 단부(38, 40)들 사이에서 연장되는 길이이다. 도 3은 내부로 굽은 단부(50, 52)들을 중앙부(48)에 대해 직각인 것으로 도시하지만, 다른 각도가 사용될 수도 있다.

각각의 내부로 굽은 단부(50, 52)들은 개방 단부 노치(54)를 포함한다. 각각의 노치는 대략 소폭(D_m)의 폭을 갖는다. 내부로 굽은 단부들 구체적으로 말해서 그 위의 노치(54)들은 런(12, 20) 즉 첫 번째 및 마지막 런들 위에 그들의 단부(38, 40)에서 후크되어, 노치(54)들은 대응 런(12, 20)에서 있을 수 있듯이 핀(36)의 각각의 단부(45)와 실질적으로 맞닿으며 측면(42 또는 44)을 넘어 연장되는 핀(46)의 부분을 사이에 낀다. 브레이즈 용접 금속은 원하는 곳에 위치되어, 부품들은 함께브레이즈 용접될 수 있다. 통상적으로, 브레이즈 용접 금속은 원할 때에는 단부 조각(42) 및 핀(36)과 헤더(34) 상에 위치될 수 있으나 튜빙(10) 상에 위치될 수도 있다.

브레이즈 용접 작업의 결과, 단부 조각(46)은 런(12 또는 20) 중의 한 대응하는 런과 핀(36)의 단부(45)에 브레이즈 용접될 것이다. 이러한 관계에서, 오차로 인해서, 모든 핀(36)의 단부(45)에 대해 측면 조각(46)의 중앙부(48) 전체가 충분히 가까이 근접하는 것을 달성할 수 없을 수도 있고, 그러한 위치에서는 브레이즈 용접이 일어날 수 없을 것이다. 그러나, 대부분의 경우에 접촉이 이루어질 것이며, 그 결과로서 각각의 측면 조각(46)의 중앙부(48)는 핀(36)의 단부(45)에 그 팁(tip)(60)에서 브레이즈 용접된다.

따라서, 측면 조각(46)은 제조 또는 설치 동안에 핀(36)의 단부(45)를 손상 또는 접촉의 변형으로부터 보호하는 통상적인 기능을 할 것이다. 또한, 측면 조각(46)은 핀(36)의 팁(60)에 브레이즈 용접에 의해 접착되기 때문에, 열 교환기의 강도가 증가된다.

본 발명은 또한 판 핀(36)이 아니라 사형의 핀(62)이 사용되는 경우에도 사용될 수 있다. 이 경우에, 사형의 핀(62)의 정점(64)은 튜브 런(16, 20)과 측면 조각(46)의 중앙부(48)에 접착될 것이다. 그러한 구조는 예로서 도 4에 도시되었다.

더욱이, 본 발명은 사형의 응축기(condenser)에 사용되는 것에 제한되지 않는다. 도 5는 소위 병류(parallel flow) 응축기를 도시하는데, 그러한 응축기에서 튜브 런(70, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86)은 헤더(90) 사이에서 연장되고, 서로 정렬된 각각의 헤더(90) 내의 슬롯(92)에 의해 헤더(90)의 내부와 유체 연통한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 상기 언급된 메모리 등의 출원에서 기술된 형태의 판 핀(36)이 사용된다. 튜브(70)는 직선 튜빙의 개별 조각으로 구성되며 평행하고 도시된 바와 같이 이격된다. 여기에서도, 첫 번째 런(70)과 마지막 런(86)은 서로로부터 멀리 또한 외부로 향하는 평평한 표면(93, 94)을 갖는다. 핀(36)의 단부(45)는 첫 번째 및 마지막 튜브 런(70, 86)의 표면(93, 94)으로부터 멀리 외부로 연장된다. 각각의 측면 조각(46)의 중앙부(48)는 첫 번째 및 마지막 런(70, 86)의 표면(93, 94)에 대하여 핀 단부(45)를 사이에 낀다. 측면 조각(46)은 앞에서 기술되고 도 3에서 도시된 것과 동일한 구조를 가질 수도 있으며, 동일한 방법으로 첫 번째 및 마지막 튜브 런(70, 86) 위에 후크된다. 크기 관계도 동일하다. 도 5의 우측에 도시되었듯이, 판 핀(36)의 가장 끝의 핀은 완전히 제거되어 안전 영역을 제공하여, 상부 측면 조각(46)의 내부로 굽은 단부(50)와 하부 측면 조각(46)의 내부로 굽은 단부(52)는 첫 번째 및 마지막 튜브 런(70, 86) 위에 그들의 단부에서 후크될 수 있다. 필요하다면, 어떤 경우에는, 도 5의 좌측에 100으로 도시된 더 짧은 판 핀이 첫 번째 및 마지막 튜브 런(70, 86)의 내부로 굽은 단부(52, 50)를 위한 여유를 유지하면서 열 교환기에 외부 표면을 추가하도록 사용될 수 있다. 여기에서도, 측면 조각(46)의 중앙부(48)는 적어도 몇 개의 핀 단부(45)에 브레이즈 용접되어 구조적 강도와 그러한 단부들에 대한 보호 조치를 제공할 것이다.

앞의 설명으로부터 측면 조각(46)과 튜빙의 대응 첫 번째 및 마지막 런 사이의 미끄럼 끼워맞춤에 의해 측면 조각(46)은 자체-고정된다는 것을 이해할 것이다. 즉, 측면 조각(46)들은 브레이즈 용접 등 조립 작업 동안에 그것들을 정위치에 유지하는 고정물을 필요로 하지 않는다. 따라서, 측면 조각 유지 고정물은 제거될 수 있으며, 따라서 조립 작업에서 요구되는 장비와 조립자가 고정물을 열 교환기 상에 위치시키는데 소비하는 시간이 소요되지 않는다. 그 결과, 본 발명을 이용하는 열 교환기는 현재까지 알려진 열 교환기보다 더욱 경제적으로 제조될 수 있다.

본 발명의 열 교환기에서는 측면 조각 유지 고정물은 제거될 수 있으며, 따라서 조립 작업에서 요구되는 장비와 조립자가 고정물을 열 교환기 상에 위치시키는데 소비하는 시간을 제거한다. 그 결과, 본 발명을 이용하는 열 교환기는 현재까지 알려진 열 교환기보다 더욱 경제적으로 제조될 수 있다.

Claims (11)

1. 적어도 하나의 로우(row)의 대향 측면들 상에 관련 측면(associated side)을 각각 형성하는 첫 번째 및 마지막 이격된 측면 런들을 포함하여 평평한 튜빙의 적어도 한 로우의 복수의 이격되고 평행한 직선 런들을 가진 코어,

   상기 복수의 런들의 각각의 런 사이의 간격을 메우고, 상기 첫 번째 및 마지막 런들의 외부로 향한 측면들로부터 외부로 대향하여 연장되며, 상기 튜빙에 접합된 핀들, 및

   상기 로우의 각각의 측면에 하나씩 있으며, 상기 로우에 있는 상기 핀들로부터 외부에 있는 한 쌍의 측면 조각들

   을 포함하는 열 교환기에 있어서,

   상기 측면 조각은 각각 상기 첫 번째 및 마지막 런들의 단부들 사이에서 실질적으로 연장되도록 길게 형성되고, 상기 핀들을 상기 첫 번째 및 마지막 런들에 맞대어 끼우며,

   상기 측면 조각은 각각 상기 첫 번째 및 마지막 런들의 상기 단부들에서 상기 런 중 관련된 런 상에 후크된 내부로 향한 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내부로 향한 단부는 각각 상기 첫 번째 및 마지막 런의 각각의 단부에서의 소폭(minor dimension)의 폭과 대략적으로 같은 폭을 가진 노치를 포함하며, 상기 단부 조각은 각각 그것이 위에 후크되는 튜브와 각각의 측부 조각과 상기 첫 번째 및 마지막 런 중의 대응 런 사이에 낀 핀 중의 적어도 몇 개의 핀에 접착되는 열 교환기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 튜브 런들, 상기 핀들 및 상기 측부 조각들은 알루미늄이고, 브레이즈 용접에 의해 함께 접착되는 열 교환기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 런들은 일직선의 사형(serpentine formed) 튜빙 조각에 의해 형성되는 열 교환기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 런들은 각기 다른 길이의 직선 튜빙에 의해 형성되는 열 교환기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 핀들은 사형 핀들인 열 교환기.
7. 제1항에 있어서,

   상기 핀들은 판 핀들인 열 교환기.
8. 적어도 한 로우의 대향 측면들 상에 관련 측면을 각각 형성하는 첫 번째 및 마지막 이격된 측면 런들을 포함하여 평평한 튜빙의 적어도 한 로우의 복수의 이격되고 평행한 직선 런들을 가진 코어,

   상기 복수의 런들의 각각의 런 사이의 간격을 메우고, 상기 첫 번째 및 마지막 런들의 외부로 향한 측면들로부터 외부로 대향하여 연장되며, 상기 튜빙에 접착된 핀들, 및

   상기 로우의 적어도 한 측면에 있으며, 그 측면에 있는 핀을 상기 첫 번째 및 마지막 런들 중의 한 런에 대해 사이에 끼는 측면 조각

   을 포함하는 열 교환기에 있어서,

   상기 측면 조각은 상기 한 런의 단부와 상기 한 런의 상기 단부들에서 상기 한 런 위에 후크된 내부로 굽은 단부들 사이에 실질적으로 연장되기에 충분한 길이를 가진 것을 특징으로 하는 열 교환기.
9. 적어도 한 로우의 대향 측면들 상에 관련 측면을 각각 형성하는 첫 번째 및 마지막 이격된 측면 런들을 포함하여 평평한 튜빙의 적어도 한 로우의 복수의 이격되고 평행한 직선 런들을 가진 코어,

   상기 복수의 런들의 각각의 런 사이의 간격을 메우고, 상기 첫 번째 및 마지막 런들의 외부로 향한 측면들로부터 외부로 대향하여 연장되며, 상기 튜빙에 접착된 핀들, 및

   상기 로우의 적어도 한 측면에 있으며, 그 측면에 있는 핀을 상기 첫 번째 및 마지막 런들 중의 한 런에 대해 사이에 끼는 측면 조각

   을 포함하는 열 교환기에 있어서,

   상기 측면 조각은 상기 한 런의 단부와 상기 한 런의 상기 단부들에서 상기 한 런 위에 후크된 내부로 굽은 단부들 사이에 실질적으로 연장되기에 충분한 길이를 갖고,

   상기 측면 조각은 상기 한 런과 상기 측면 조각과 상기 한 런 사이의 핀들 중의 적어도 몇 개의 핀에 브레이즈 용접되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
10. 제7항에 있어서,

    상기 런들은 하나의 직선 사형 튜빙이고, 상기 핀들은 상기 로우의 상기 길이에 걸쳐 연장되는 판 핀들인 열 교환기.
11. 제9항에 있어서,

    상기 내부로 굽은 단부들은 상기 첫 번째 및 마지막 런들의 상기 단부들 위에 장착되고 그 단부들을 미끄럼 끼워맞춤식으로 수용하는 단부가 개방된 노치를 포함하는 열 교환기.