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KR101181615B1 - 프로파일 압연 금속제품으로 제조된 튜브 및 그 제조방법 - Google Patents

프로파일 압연 금속제품으로 제조된 튜브 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101181615B1
KR101181615B1 KR1020077011331A KR20077011331A KR101181615B1 KR 101181615 B1 KR101181615 B1 KR 101181615B1 KR 1020077011331 A KR1020077011331 A KR 1020077011331A KR 20077011331 A KR20077011331 A KR 20077011331A KR 101181615 B1 KR101181615 B1 KR 101181615B1
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KR
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walls
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KR20070074627A (ko
Inventor
아킴 부르게르
아드리아누스 자코부스 비테브로드
니콜레 코르넬리아 마리아 아가타 스미츠
Original Assignee
알레리스 알루미늄 코블렌쯔 게엠베하
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Publication date
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Abstract

본 발명은 프로파일 압연 금속제품으로 제조된 튜브(10), 특히 열교환기에 사용되는 압연 금속제품 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 튜브(1)는 상기 튜브의 2개의 대향 측면을 형성하는 제 1 벽(2)과 제 2 벽(4) 및 상기 제 1 벽 및 제 2 벽(2, 4)을 연결하며, 그들 사이에 길이방향 통로(10)를 형성하는 다수의 강화 구조체를 포함하며, 각 강화 구조체는 제 2 벽(4) 쪽으로 돌출하는 제 1 벽(2)의 종방향 돌기부(6) 및 제 1 벽(2) 쪽으로 돌출하는 제 2 벽(4)의 종방향 돌기부(8)에 의해 형성되며, 상기 돌기부(6, 8)는 그들의 측면에서 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

프로파일 압연 금속제품으로 제조된 튜브 및 그 제조방법{TUBE MADE OF A PROFILE ROLLED METAL PRODUCT AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 프로파일 압연 금속제품으로 제조된 튜브, 특히 열교환기에 사용되는 압연 금속제품 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유체, 즉 냉매를 이송하기 위한 길이방향 통로를 그들 사이에 형성하는 다수의 강화 구조체를 포함하는 튜브에 관한 것이다.
차량 쿨러, 공기조화시스템에 사용하기 위한 응측기, 증발기와 같은 열교환기는 통상적으로 2개의 헤더(header) 사이에 평행하게 배치된 다수의 열교환 튜브를 포함하며, 각 튜브는 헤드 중의 하나에 각 단부가 결합된다. 주름진 튜브는 인접한 열교환 튜브 사이의 기류 클리어런스(airflow clearance)내에 배치되며, 각각의 튜브는 브레이징된다. 열교환기는 전형적으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다.
종래에는, 평평한 냉매 튜브는 외면을 브레이징 재료층으로 클래딩한 브레이징 시트를 폴딩하는 것에 의해 제조되었다. 그 후, 냉매 튜브, 헤더 및 핀을 조립하고 클래드층이 용융되고 핀, 냉매 튜브 및 헤더를 브레이징 조립체로 결합시키는 브레이징 온도로 가열되었다.
이산화탄소와 같은 가스가 공기조화시스템에서의 냉각 매체로써 사용될 것으로 예견된다. 이산화탄소의 사용은 공기조화유닛의 조작 온도와 압력의 상승을 유도할 것이다. 전술한 종래의 브레이징 튜브는 직면한 조작 압력 및 온도의 공기환경하에서 견디지 못할 수 있다. 기존의 이산화탄소를 사용하는 프로토타입(prototype) 장치의 경우, 열교환 튜브는 평평한 상부 및 하부 벽을 포함하는 중공 압출부와 상부 및 하부 벽을 연결하는 다수의 강화 벽으로 제조되었다. 이 압출기술의 결점은 벽이 소망 두께로 제조될 수 없다는 것이다. 더욱이, 압출 튜브는 브레이징 재료로 클래딩될 수 없으며, 따라서 주름진 핀은 열교환 튜브의 브레이징을 위해 클래딩되어야 하며, 이는 핀의 큰 표면영역에 의해 고비용이다. 또한, 브레이징 시트 또는 플레이트로 제조된 튜브는 압출 튜브보다 더 강하며 더 우수한 내부식성을 갖는다.
미국특허 제5,931,226호는 열교환기에 사용하기 위해, 상부 및 하부 벽과 상기 상부 및 하부 벽 사이에 연결된 다수의 종방향 강화 벽을 갖는 평평한 튜브를 포함하는 냉매 튜브 또는 유체 튜브를 개시한다. 강화 벽은 상부 또는 하부 벽으로부터 내측으로 돌출하며, 다른 하나의 벽의 평평한 내면에 결합되는 돌기부(ridge)로 구성된다. 돌기부는 알루미늄 시트의 대향 면 중의 적어도 일면이 브레이징 필러(filler) 금속층으로 클래딩된 알루미늄 시트를 평행한 환상 홈을 갖는 롤(roll)로 압연하는 것에 의해 제조된다. 평행한 냉매 또는 유체 통로는 인접한 강화 벽 사이에 형성된다. 또한, 강화 벽은 평행한 냉매 통로를 서로 연통시키기 위한 다수의 연통 구멍을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 각각의 강화 벽은 상부 벽으로부터 돌출하는 돌기부 및 하부 벽으로부터 돌출하는 돌기부에 의해 형성 되며, 그들의 상단부에서 서로 결합된다. 상부 및 하부 벽은 개별적으로 제조되거나 또는 하나의 시트로 제조되며, 이에 의해 평평한 냉매 튜브는 헤어핀과 같이 그의 중간지점에서 시트를 길이방향으로 폴딩하는 것에 의해 제조된다.
미국특허 제5,947,365호는 하부 벽으로부터 돌출하는 돌기부로 형성된 다수의 강화 벽을 갖는 유사한 평평한 열교환기 튜브를 제조하는 방법을 개시한다. 상부 및 하부 벽은 하부 벽의 돌기부의 상부를 상부 벽에 브레이징 하는 것에 의해 연결된다. 강화 벽과 상부 벽의 하면 사이의 브레이징 연결부의 강성을 위해, 그리고 상부 및 하부 벽 사이의 틈새 공간의 생성을 방지하기 위해, 상부 벽의 하면에는 틈새를 제거하도록 접촉되는 강화 벽의 상면과 유사한 종방향 돌기부가 설치되며, 이에 의해 각 강화 벽과 상부 벽의 하면 사이의 연속적인 브레이징 연결부의 존재를 보장할 수 있다.
열교환기에 사용하기 위한 평평한 냉매 튜브에서의 강화 벽을 제조하는 다른 방법은 미국특허 제5,186,250호에 개시되어 있다. 튜브는 각 평면 벽의 내면으로부터 내측으로 돌출하며 일체로 형성된 하나 이상의 만곡된 러그(lug)를 포함하며, 상기 만곡된 러그는 하나의 평면 벽으로부터 돌출하는 최내측 상부가 다른 평면 벽의 내부에 대해 또는 반대면의 평면 벽으로부터 돌출하는 다른 만곡된 러그의 상부에 대해 지탱되도록 최내측 상부를 각각 구비한다. 상기 돌출 러그의 제안은 튜브의 내압을 개선시키면서 높이 및 두께를 최소화하기 위한 것이다.
이들 공지된 튜브의 제조에 있어서, 상부 및 하부 벽의 돌기부들 사이의 정밀한 정렬을 달성하는 것이 특히 대향 벽으로부터 돌출하는 2개의 돌기부들이 정면(head-on)으로 결합되어야 하는 실시예에서 어렵다. 또한, 돌기부들 사이 또는 돌기부의 상부와 대향 벽의 하면 사이의 브레이징 연결부는 그다지 강하지 않다.
본 발명의 목적은, 프로파일 압연 금속제품으로 제조된, 특히 열교환기에 사용하기 위한, 튜브의 2개의 대향하는 벽을 형성하는 제 1 벽과 제 2 벽, 및 상기 제 1 벽 및 제 2 벽을 연결하는 다수의 강화 구조체(reinforcing structure)를 포함하며, 개선된 강도 및 내압을 갖는 튜브를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 상기 프로파일 압연 튜브를 제조하는 비교적 간단한 제조방법을 제공하는 것이다.
독립 청구항에 따른 프로파일 압연 금속제품으로 제조된 튜브를 제공하는 것에 의해 이들 목적의 하나 이상을 달성한다. 바람직한 실시예는 본 명세서에 기술되고 특징화된다.
후술하는 모든 합금 명칭 및 템퍼 명칭은, 다르게 지시되는 것을 제외하고는, 알루미늄 협회에 의해 공포된 알루미늄 표준 및 데이터 및 등록 기록의 알루미늄 협회 명칭에 관한 것임을 이해될 것이다.
청구항 1에 따르면, 프로파일 압연 금속 제품으로 제조되는, 특히 열교환기에 사용하기 위한 튜브는 상기 튜브의 2개의 대향하는 벽을 형성하는 제 1 벽과 제 2 벽, 및 상기 제 1 벽 및 제 2 벽을 연결하고, 상기 제 1 및 제 2 벽 사이에 유체를 이송하기 위한 길이방향 통로(또한 유체 통로로서 언급됨)를 형성하는 다수의 강화 구조체를 포함한다. 각 강화 구조체는 제 2 벽쪽으로 돌출하는 제 1 벽의 종방향 돌기부들 및 제 1 벽쪽으로 돌출하는 제 2 벽의 종방향 돌기부들을 포함하며, 상기 돌기부들은 그들의 측면에서 서로 맞물린다. 돌기부들의 비스듬한 맞물림은 하나 이상의 추가적인 이점을 가진다. 첫번째로, 함께 결합된 영역이 비교적 크기 때문에 제 1 벽 및 제 2 벽 사이에 더욱 안정적이고 높은 내압성을 가진 결합을 부여한다. 또한, 결합부는 튜브 내측의 압력이 증가할 때 정지마찰력이 아닌 전단력을 받는다. 또한, 돌기부들이 서로 다른 경사면들과 맞물리는 경우, 서로의 상부에 대한 제 1 벽 및 제 2 벽의 위치지정이 용이하게 된다. 따라서, 돌기부들은 서로에 대하여 원하는 위치로 벽을 배향시키는 위치지정 보조물로서 작용할 수 있다.
제 1 벽 및 제 2 벽의 프로파일 기하학 구조의 다수의 바람직한 실시예가 존재한다. 바람직하게는 제 1 벽 또는 제 2 벽에 배치된 돌기부들은 상부보다 베이스부가 더 넓지만, 대부분의 실시예는 직사각형 또는 원뿔형상 프로파일로도 가공될 것이다. 현재로서는 사다리꼴 단면이 가장 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 제 1 벽 제 2 벽과 동일한 돌기부 프로파일을 갖는다. 이는 유체 튜브가 단일 시트를 폴딩(folding)하는 것에 의해 제조될 수 있는 추가적인 이점을 가진다.
인접한 유체 통로를 서로 연통시키기 위한 연통 구멍들 또는 통로들을 형성하는 절개부들(cut-out)이 구비된 돌기부들을 제공하는 것이 이롭다는 것을 발견하였다. 따라서, 돌기부들은 튜브의 전체 길이에 걸쳐 연속적이 아니며, 구멍들을 형성하도록 서로 이격된 틈들을 가진다. 이러한 구멍들은 냉매 유동의 난류를 일으키며, 따라서 튜브 벽들과 튜브를 통해 유동하는 냉매 사이의 열교환을 촉진시킬 것으로 사료된다.
특히 바람직한 실시예에 있어서, 양쪽 벽들은 상부 보다 베이스부가 더 넓으며, 2개의 이웃하는 돌기부들 사이에 홈이 형성되도록 서로 이격된 돌기부들의 프로파일을 가지며, 돌기부의 2개의 측면들은 대향하는 벽의 홈의 2개의 측면들을 맞물며, 이에 의해 홈에 길이방향 통로가 형성된다. 이 실시예는 각 돌기부가 어느 하나의 측면의 또 다른 돌기부에 연결될 수 있기 때문에 특히 높은 강도를 가진다. 2개의 벽들을 조립할 때, 어느 하나의 벽의 돌기부들은 서로 맞물릴 것이며, 이에 의해 서로 정확하게 끼워진다. 따라서, 이 설계는 조립이 특히 쉽다. 필요한 변경을 가하여 원뿔형상 프로파일에 대해 동일하게 적용한다.
제 2 실시예에 따르면, 한쪽 벽의 각 돌기부는 한쪽 측면에서 대향하는 벽의 돌기부와 맞물리며 다른쪽 측면에 유체 통로를 형성한다. 이 프로파일은 돌기부 사이에 더욱 열린 공간을 남길 것이다. 한쪽 벽의 각 돌기부의 상부가 다른쪽 벽의 오목부를 맞물도록 프로파일이 변경된다면, 2개의 벽은 서로에 대한 끼움을 형성할 것이다. 튜브를 조립할 때, 2개의 벽은 효과적으로 서로 클릭될 것이다.
제 3 실시예는 각 벽에 대해 다른 프로파일을 제공한다. 제 2 벽은 2개의 이웃하는 돌기부 사이에 홈을 형성하는 돌기부의 프로파일을 가지며, 제 1 벽의 각 돌기부는 제 2 벽의 홈을 맞문다. 따라서, 2개의 벽은 또한 서로에 대해 끼워질 것이다.
제 4 실시예에 따르면, 제 1 벽은 상부에 작은 돌기부들을 갖는 주 돌기부들의 프로파일을 가진다. 작은 돌기부들은 제 2 벽의 대응하는 작은 돌기부들의 측면에 결합된다.
제 1 벽 및 제 2 벽의 돌기부들은 바람직하게는 마찰 압접, 저항 용접 또는 브레이징 중 하나 이상에 의해, 또는 용접 및 브레이징의 조합에 의해 서로 결합된다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 전술한 튜브의 제 1 벽 및/또는 제 2 벽을 제조하기 위한 압연 금속제품을 제공한다. 따라서, 압연 금속제품은 전술한 바와 같은 프로파일을 가지며, 브레이징 재료로 일면 또는 양면이 클래딩된 브레이징 시트를 압연하는 것에 의해 제조된다.
본 발명의 또 다른 관점에 있어서, 본 발명에 따른 튜브를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 롤 중 하나는 금속 시트의 일면상에 돌기부들을 형성하기 위한 평행한 환상 홈들을 갖는 한쌍의 롤로 적어도 일면이 브레이징 재료로 클래딩된 금속 시트를 압연하는 것에 의해 상기 제 1 벽 및 제 2 벽을 제조하는 단계, 상기 제 1 벽을 상기 제 2 벽의 상부에 위치시키는 단계 및 클램핑 또는 압연에 의해 상기 제 1 벽 및 제 2 벽을 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 튜브를 사용하는 열교환기 제조시에 직면하는 문제점의 하나는 후속 브레이징 동안 열교환기의 모든 구성요소를 조합하는 동안 제 1 벽 및 제 2 벽을 함께 유지하는 것이다. 제 1 벽 및 제 2 벽이 함께 적절하게 유지되지 않으면, 측면 또는 대향하는 돌기부들 사이를 개방시키는 틈이 생기게 되어, 튜브의 누설을 일으키며 열교환기 전체가 불합격품이 되게 된다. 따라서, 본 발명의 방법은 클램핑 또는 압연에 의해 달성될 수 있는 2개의 벽의 예비적인 연결을 제공한다.
실시예에 따르면, 제 1 벽 및 제 2 벽은 측면을 플랜징(flanging)하는 것에 의해 함께 클램프된다. 길이방향 벽의 한쪽 가장자리는 제 2 벽을 유지하는 U자 형상으로 굽혀진다. 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 벽 및 제 2 벽은 압연에 의해 함께 결합된다. 이러한 압연은 제 1 벽 및 제 2 벽 사이의 마찰 연결 또는 서로 맞물리는 돌기부들의 측면 사이의 마찰 압접을 일으킬 수 있다. 제 1 실시예의 서로 맞물리는 사다리꼴 돌기부들이 서로의 안으로 프레스될 때 상기와 같은 연결부가 생길 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 있어서, 한 쌍의 헤더, 상기 헤더 중의 하나에 각 단부가 결합되는 다수의 냉매 튜브 및 인접한 냉매 튜브들 사이에 배치되는 주름진 핀(fin)들을 포함하는 열교환기 제조방법에 있어서, 전술한 방법에 따라 상기 냉매 튜브를 제조하는 단계, 상기 헤더들, 상기 냉매 튜브들 및 상기 주름진 핀들을 조립하는 단계 및 상기 열교환기 조립체를 브레이징하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 튜브는 브레이징 재료로 일면 또는 양면이 클래딩된 전형적으로 알루미늄 시트의 금속 시트로 제조된다. 냉매 튜브의 내측이 브레이징 재료로 클래딩되면, 서로 맞물리는 프로파일 돌기부들의 측면은 상기 열교환기 조립체를 브레이징하는 동안 함께 브레이징된다. 외측의 클래드층은 상기 주름진 핀을 상기 열교환기 튜브에 브레이징시킨다.
본 발명의 전술한 특징 및 다른 특징 및 이점은 첨부한 도면을 참조한 바람직한 실시예의 상세한 설명에 의해 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 튜브의 개략 단면도,
도 2는 도 1의 실시예의 하부 벽의 개략 사시도,
도 3은 제 1 실시예에 따른 프로파일의 확대 개략 단면도,
도 4 내지 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로파일의 확대 개략 단면도,
도 9a는 튜브의 압연 전의 본 발명의 제 3 실시예에 따른 돌기부 프로파일의 확대 개략 단면도,
도 9b는 튜브의 압연 후의 도 9a의 돌기부 프로파일의 확대 개략 단면도,
도 10은 실시예의 프로파일 브레이징 시트를 제조하는데 사용된 프로파일 롤의 측면도,
도 11은 도 10의 롤 표면의 확대 사진,
도 12는 제 1 실시예에 따른 압연 후의 브레이징 시트의 확대 컷 이미지,
도 13은 제 2 실시예에 따른 압연 후의 브레이징 시트의 연마 컷 이미지,
도 14는 제 3 실시예에 따른 압연 브레이징 시트의 확대 컷 이미지,
도 15a는 브레이징전의 제 1 실시예에 따른 프로파일의 확대 단면도,
도 15b는 브레이징후의 제 1 실시예에 따른 프로파일의 확대 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉매 튜브의 개략 단면도가 도 1에 도시되어 있다. 튜브는 실질적으로 평평하며, 최대 100 ㎜, 전형적으로 약 15 내지 50 ㎜의 폭(w)과 최대 10 ㎜, 전형적으로 약 0.5 내지 5 ㎜의 높이(h)를 갖는다. 비프로파일(non-profiled) 알루미늄 시트로 제조된 종래 기술의 튜브는 0.25 내지 4 ㎜의 벽 두께를 구비하지만, 본 발명에 따른 강화 벽을 갖는 튜브는 종래의 튜브와 동일한 안정성과 내압을 유지하면서 예를 들면 a=0.1 내지 0.3 ㎜, 바람직하게는 0.15 내지 0.25 ㎜ 두께의 얇은 벽을 구비할 수 있다.
상부 벽(2)과 하부 벽(4)으로 제조된 튜브는 압연 금속 시트를 헤어핀과 같이 길이방향으로 폴딩하는 것에 의해 제조되었다. 폴딩은 참조부호 "12"로 나타낸다. 다른쪽에서는, 상부벽 및 하부 벽이 플랜지(14)에 의해 함께 유지된다. 상기 플랜지(14)의 단부는, 이 실시예에서는, 하부 벽상의 레지(ledge)(15)를 둘러싸며, 이에 의해 상부 벽 및 하부 벽이 서로에 대한 기계적으로 고정(fixation) 된다. 상부 및 하부 벽 양쪽은 유체 통로로서 개구 공간(10)을 남기면서 서로 맞물리는 사다리꼴 돌기부(6, 8)의 동일한 프로파일을 구비한다. 유체 통로는 약 0.5 ㎜ 까지의 높이가 바람직하다.
돌기부(6, 8)는 튜브의 길이 전체에 걸쳐 연속적일 필요는 없으며, 인접한 유체 통로(10) 사이에 연통 구멍을 형성하는 틈 또는 절개부(cut-out)(20)에 의해 단속될 수 있다. 도 2의 화살표는 유동 방향을 나타내며, 가장 좌측 통로로부터 인접한 통로로 전환된다. 절개부(20)는 각 돌기부(8)에 대한 동일한 종방향 위치에 배치될 수도 있으며 튜브의 길이를 따라 분포될 수도 있다. 이들 경우에 있어서, 연통 구멍들은 다른 통로들 사이의 냉각 유체의 개선된 대류(convention)와 난류(turbulence)를 제공하며, 그 결과 열이동을 더욱 촉진한다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 전술한 실시예에 따른 다른 돌기부 프로파일의 기하학적 구조를 도시한다. 도 3은 도 1과 동일한 기하학적 구조를 도시하며, 즉 양 벽이 동일한 프로파일의 사다리꼴 돌기부(6, 8)를 가지며, 각 돌기부(6)는 대향 벽의 2개의 인접한 돌기부(8)의 측면을 맞문다. 접촉면(6a, 8a) 사이의 연결은 대향 돌기부 사이의 마찰 맞물림 또는 마찰압접 연결(friction welded connection)을 달성하기 위하여 벽들(2, 4)을 함께 프레스하여 달성할 수 있다. 폴딩된 튜브를 적절하게 조정된 2개의 롤 사이로 통과시키는 것에 의해 압력이 작용될 수 있다. 또한, 연결은 하기에 상술하는 브레이징에 의해 달성될 수 있다.
도 4 및 도 5는 제 1 벽 및 제 2 벽의 2개의 돌기부(16, 18)가 서로 일측에서만 맞물며, 냉매 통로(10)가 다른측에 형성되어 있는 기하학적 구조를 나타낸다. 이 설계에 의하면 유체 통로(10)의 단면을 크게 할 수 있다. 안정성을 더 개선하기 위해, 각 돌기부(16, 18)는 대향하는 벽의 대응하는 홈(19)과 맞물린다. 이 실시예는 도 4에 도시된 바와 같은 사다리꼴 돌기부 또는 도 5에 도시된 바와 같은 가장자리가 둥글게 형성된 돌기부로 설계될 수 있다.
제 3 실시예는 도 6에 도시되어 있으며, 직사각형 돌기부를 사용하지만, 사다리꼴 프로파일로도 구현될 수 있다. 도 6의 실시예는 상부 및 하부 벽에 대해 다른 프로파일들을 사용한다. 따라서, 중간지점에서 폴딩되는 하나의 시트 보다는 2개의 개별 시트로 설계된 평평한 튜브를 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이들 시트는 동일한 롤로 다른 압하율로 압연될 수 있다. 상세하게는, 상부 벽은 비교적 높은 돌기부들(26)을 가지며, 각 돌기부들(26)은 하부 벽의 2개의 낮은 돌기부들(8) 사이에 형성된 얕은 홈(30)과 맞물린다.
제 3 실시예의 변형은 도 7에 도시되어 있다. 이 설계에 있어서, 하부 벽(4)의 직사각형 또는 다른 형상의 돌기부(38)는 상부 벽(2)에 형성된 2개의 돌기부들(36a, 36b) 사이에 형성된 홈(37)과 맞물린다. 도 6과 대조적으로, 돌기부들(36a, 36b)은 하부 벽까지 도달하며, 냉매 통로(10)가 돌기부들(36a, 36b)의 외측에 형성된다. 이 실시예에서 돌기부들(36a, 36b) 사이의 접촉면(39)이 특히 크기 때문에, 상부 벽 및 하부 벽 사이의 연결부의 강도가 우수하다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 제 4 실시예는 압연에 의해 달성된 상부 벽 및 하부 벽 사이의 마찰 연결 또는 마찰 압접 연결에 대해 특히 적합하다. 도 9a는 압연 전의 프로파일을 도시하며, 도 9b는 압연 후의 프로파일을 도시한다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 상부 벽(2)에는 작은 돌기부들(47)로 구성된 평평한 상부를 각각 구비하며 하부 벽(4)의 평평한 내면과 맞물리는 주 돌기부들(46)이 설치되어 있다. 상부 벽 및 하부 벽이 압연에 의해 함께 프레스될 때, 작은 돌기부들(47)은 하부 벽의 내면으로 프레스되며, 따라서 하부 벽에 대응하는 작은 돌기부들(48)을 형성한다. 이에 의해 상부 벽 및 하부 벽 사이에 마찰 연결 또는 마찰 압접 연결이 얻어질 것이다. 이 연결은 튜브의 연결에만 사용되거나 또는 브레이징과 조합될 수 있다.
제 4 실시예의 변형이 도 8에 도시되어 있다. 이 설계에 있어서, 상부 벽의 사다리꼴 돌기부들(46)은 하부 벽(4)의 평평한 내면과 맞물린다.
프로파일의 모든 실시예는, 금속 시트 또는 플레이트, 바람직하게는 알루미늄합금 시트를 압연하는 것에 의해 제조될 수 있다. 시트는 블랭크(blank)이거나, 또는 일면 또는 양면을 브레이징 필러 재료로 클래딩될 수 있다. 클래드층은 바람직하게는 브레이징 시트의 전체 두께의 2 내지 13%의 두께를 가진다. 브레이징 재료의 선택은, 후술하는 바와 같이, 튜브 벽의 "예비" 연결의 선택된 방법 또는 선택된 브레이징 기술에 따른다. 상부 벽 및 하부 벽 사이의 브레이징 연결을 달성하기 위해, 한쪽 벽에 대하여는 이중 클래딩 시트를 사용하고 다른쪽 벽에 대하여는 단일 클래딩 시트를 사용하는 것도 하나의 방법이다.
전술한 프로파일의 대표적인 실시예가 도 10에 도시된 프로파일 압연 롤로 제조되었다. 길이(L)는 405 ㎜, 직경(D)은 79.66㎜이었으며, 롤 프로파일의 길이(L1～L4)는 각각 15 ㎜, 20.4 ㎜, 20.8 ㎜ 및 15 ㎜이었다. 롤의 섹션(L2, L3)에는 각각 평행한 환상 홈이 18개와 28개가 설치되어 있으며, 상세한 프로파일은 도 10의 하부에 도시되어 있다.
좌측 프로파일은 깊이(b)=0.8 ㎜, 베이스부 폭(f)=0.55 ㎜, 상부 폭(e)=0.85 ㎜의 사다리꼴 홈으로 구성되어 있다. 측면은 수직에 대해 각도(α)=11.8°로 기울어져 있다. 인접한 홈 사이의 간격은 상부에서는 c=0.3 ㎜, 하부에서는 d=0.6 ㎜이었다.
우측에 도시된 작은 프로파일은 깊이(b)=0.5 ㎜의 홈을 가졌다. 홈의 측면은 수직에 대해 각도(α)=12.5°기울어져 있으며, 홈은 하부 폭(f)=0.35 ㎜ 및 상부 폭(e)=0.55 ㎜를 가졌다. 인접한 홈 사이의 간격은 상부에서는 c=0.2 ㎜, 하부에서는 d=0.4 ㎜이었다. 길이(g)는 2 ㎜이었다. 좌측 프로파일의 사진은 도 11에 도시되어 있다.
이 롤은 브레이징 재료의 5% 클래드층을 갖는 알루미늄 브레이징 시트를 압연하는데 사용되었다. 알루미늄 코어는 알루미늄협회의 분류에 따른 AA3003 알루미늄합금으로 제조되었으며, 클래드층은 AA4004 알루미늄합금으로 제조되었다. 그 결과가 도 12에 도시되어 있다. 도면으로부터 명백한 것과 같이, 롤은 돌기부의 거의 완전한 사다리꼴 프로파일을 제조하였다. 클래드층은 주로 돌기부의 상부 및 홈의 하부에 축적되어있다.
도 10의 좌측에 나타낸 거친 프로파일(rough profile) 및 도 10의 우측에 나타낸 미세 프로파일(fine profile)로 압연된 브레이징 시트의 다른 실시예가 도 13 및 도 14에 각각 도시되어 있다. 도 13 및 도 14에 있어서, "s"는 측면을 의미하며, "c"는 중앙을 의미한다. 이 브레이징 시트는 AA3003계 합금의 코어 및 AA4045 알루미늄합금의 10% 클래드층을 가졌다. 다시, 롤은 롤의 중앙에서 달성된 최선의 결과를 갖는 사다리꼴 돌기부의 매우 규칙적인 형상을 제조하였다. 그러나, 롤의 측면에서의 프로파일도 또한 양호하였다.
압연된 브레이징 시트 제품으로 제조된 튜브의 브레이징 전의 개략 단면은 도 15a에, 브레이징 후의 개략 단면은 도 15b에 도시되어 있다. 이들 실시예로 나타낸 바와 같이, 클래드층(24)은 압연 동안 주로 돌기부의 상부 및 홈의 하부에 프레스된다. 브레이징 동안, 용융 필러 재료는 돌기부(6, 8) 사이의 틈내로 유동하며, 이에 의해 대향 돌기부의 중앙지점에 필렛(fillet)(25)을 형성한다.
전술한 튜브 및 이러한 튜브를 포함하는 열교환기를 브레이징 하기 위해 브레이징 기술의 모든 종류가 사용될 수 있다.
Nocolok®(등록 상표) 플럭스를 이용하여 알루미늄 열교환기를 브레이징 하기 위한 바람직한 기술의 하나가 본 발명에 역시 사용될 수 있다. 그러나, 브레이징 전에 열교환기를 플럭스로 분사하는 것은 힘들며, 따라서 고비용 공정이다. 냉매 튜브의 프로파일이 함께 브레이징 되는 경우에 있어서, Nocolok® 공정은 튜브 내측에 플럭스가 파고드는 문제점을 제기한다.
진공 브레이징에 있어서, 브레이징 되는 부분은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 바와 같이 Mg의 충분한 양을 함유하며, 진공 상태의 브레이징 노(brazing furnace)내에서 가열될 때, Mg는 산화층을 분열시키고 하층 알루미늄 필러 재료가 함께 유동하도록 충분하게 휘발되기 시작한다. 이 브레이징 기술은 Mg가 튜브 내측에 축적되고 따라서 우수한 브레이징 결과를 일으키기 때문에 본 발명에 대해 특히 적합하다. 내부 클래드층의 Mg 함량은 바람직하게는 0.2 내지 1 %, 예를 들면 0.6 %이다.
다른 무플럭스(fluxless) 브레이징 기술은 클래드층의 상부에 얇은 니켈층을 사용한다. 니켈은 하층 알루미늄합금과 발열 반응하며, 이에 의해 산화층을 분열시키며 필러 재료가 함께 유동하고 결합되도록 한다. 예를 들어, 미국특허 제6,379,818호 및 미국특허 제6,391,476호에 공지된 바와 같이, Ni 대신에, Co 또는 Fe 또는 그의 합금이 사용될 수 있다.
또한 폴리머계 브레이징 기술을 사용하는 것이 의도되고 있다. 이 방법은 플럭스 재료의 입자를 함유하는 클래드층의 상부에 추가의 폴리머층을 사용한다. 폴리머층은 클래드층으로의 접착층으로서 작용한다. 예를 들어, 미국특허 제6,753,094호에 공지된 바와 같이, 폴리머는 브레이징 동안의 히트업(heat-up) 사이클에서 증발되며 금속 표면상에 플럭스 재료만을 남길 것이다.
전술한 본 발명은 본 발명의 기술사상의 일탈없이 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 다양한 변경 및 변형이 가능하다.

Claims (19)

  1. 열교환기에 사용하기 위해, 프로파일 압연 금속 제품으로 제조된 튜브(1)에 있어서,
    상기 튜브의 2개의 대향하는 벽을 형성하는 제 1 벽(2)과 제 2 벽(4), 및
    상기 제 1 벽 및 제 2 벽을 연결하고, 상기 제 1 벽 및 제 2 벽 사이에 유체를 이송하기 위한 길이방향 통로(10)를 형성하는 다수의 강화 구조체들을 포함하며,
    상기 각 강화 구조체는 상기 제 2 벽쪽으로 돌출하는 상기 제 1 벽상의 종방향 돌기부들(6, 16, 26, 36, 46) 및 상기 제 1 벽쪽으로 돌출하는 상기 제 2 벽상의 종방향 돌기부들(8, 18, 28, 48)을 포함하며,
    상기 돌기부들은 그들의 측면(6a, 8a)에서 서로 맞물리며, 상기 제 1 벽 및 제 2 벽 중 하나 이상의 벽의 상기 돌기부들은 사다리꼴 프로파일을 가지며,
    상기 제 1 벽 및 제 2 벽 중 하나 이상의 벽의 상기 돌기부들은 상부보다 베이스부가 더 넓으며,
    상기 각 벽은 2개의 이웃하는 돌기부들 사이에 홈이 형성되도록 서로 이격된 돌기부들(6, 8)의 프로파일을 가지며, 돌기부의 2개의 측면들(6a)은 대향하는 벽의 홈의 2개의 측면들(8a)과 맞물리며, 이에 의해 상기 홈내에 길이방향 통로(10)를 형성하는 것을 특징으로 하는 튜브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 벽(2)은 상기 제 2 벽(4)과 동일한 돌기부 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 튜브.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각 돌기부(16)는 한쪽 측면에서 대향하는 벽의 돌기부(18)와 맞물리며, 다른쪽 측면에 유체 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 튜브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    한쪽 벽의 상기 각 돌기부(16, 18)의 상부가 다른쪽 벽의 오목부(19)와 맞물리는 것을 특징으로 하는 튜브.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 벽 및 제 2 벽 중 하나 이상의 벽의 각 돌기부는, 이웃하는 길이방향 통로(10)를 서로 연통시키기 위한, 연통 구멍들을 형성하는 다수의 절개부들(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 벽 및 제 2 벽의 돌기부들은, 마찰 압접, 저항 용접 또는 브레이징 중 하나 이상에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 튜브.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로파일 압연 금속제품은, 브레이징 필러 재료로 일면 또는 양면이 클래딩된 알루미늄합금을 포함하는, 브레이징 시트 제품으로 제조되는 것을 특징으로 하는 튜브.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 벽(2) 및 제 2 벽(4)은 브레이징에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 튜브.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 튜브의 제 1 벽(2) 및 제 2 벽(4) 중 하나 이상을 제조하기 위한 압연 금속제품에 있어서,
    제 1 항에 기재된 프로파일을 가지며, 브레이징 재료로 적어도 일면이 클래딩된 브레이징 시트를 압연하는 것에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 압연 금속제품.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 튜브를 제조하는 방법에 있어서,
    - 롤 중 하나는 금속 시트의 일면상에 돌기부들을 형성하기 위한 평행한 환상 홈들을 갖는 한쌍의 롤로, 적어도 일면이 브레이징 재료로 클래딩된 금속 시트를 압연하는 것에 의해 상기 제 1 벽 및 제 2 벽을 제조하는 단계,
    - 상기 제 1 벽(2)을 상기 제 2 벽(4)의 상부에 위치시키는 단계, 및
    - 클램핑 또는 압연에 의해 상기 제 1 벽 및 제 2 벽을 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 벽 및 제 2 벽은 이들 벽 중의 하나에 다른쪽 벽을 유지하는 플랜지(14)를 형성하는 것에 의해 함께 클램핑되는 것을 특징으로 하는 튜브 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 벽 및 제 2 벽은 압연에 의해 함께 결합되며, 이에 의해 서로 맞물리는 돌기부들의 측면들(6a, 8a) 사이에 마찰 연결 및 마찰 압접 연결 중 하나 이상을 일으키는 것을 특징으로 하는 튜브 제조방법.
  17. 한 쌍의 헤더, 상기 헤더 중의 하나에 각 단부가 결합되는 다수의 냉매 튜브 및 인접한 냉매 튜브들 사이에 배치되는 주름진 핀들을 포함하는 열교환기 제조방법에 있어서,
    - 제 14 항의 방법에 따라 상기 냉매 튜브들을 제조하는 단계,
    - 상기 헤더들, 상기 냉매 튜브들 및 상기 주름진 핀들을 조립하는 단계, 및
    - 상기 열교환기 조립체를 브레이징 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 튜브들은 브레이징 재료로 적어도 상기 프로파일된 측면이 클래딩된 알루미늄 시트로 제조되며, 상기 제 1 벽 및 제 2 벽은 상기 열교환기 조립체를 브레이징하는 동안 함께 브레이징되는 것을 특징으로 하는 열교환기 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 열교환기를 브레이징 하는 단계는 진공 브레이징 또는 무플럭스 브레이징 단계인 것을 특징으로 하는 열교환기 제조방법.
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