KR101497301B1 - 열교환기 - Google Patents

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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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Abstract

본 발명은 열교환매체가 유동하는 내부 관통공이 형성되는 탱크 바디와 상기 탱크 바디에 결합되어 헤더 탱크를 구성하는 탱크 시트를 포함하는 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 탱크 바디의 외주면에 상기 탱크 바디의 길이방향을 따라 외주 홈이 형성되고, 상기 외주 홈은 상기 탱크 시트의 내주면에 감싸여 열교환매체가 유동하는 보조유로를 형성하는 열교환기에 관한 것이다.
열교환기, 헤더 탱크, 탱크 바디, 탱크 시트, 외주 홈, 내압성, 열전달효율

Description

열교환기{Heat exchanger}
본 발명은 열교환매체가 유동하는 내부 관통공이 형성되는 탱크 바디와 상기 탱크 바디에 결합되어 헤더 탱크를 구성하는 탱크 시트를 포함하는 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 탱크 바디의 외주면에 상기 탱크 바디의 길이방향을 따라 외주 홈이 형성되고, 상기 외주 홈은 상기 탱크 시트의 내주면에 감싸여 열교환매체가 유동하는 보조유로를 형성하는 열교환기에 관한 것이다.
종래 열교환기로는 일본에 특허 출원된 고압유체용 열교환기(출원번호:JP2000-615555) 및 열교환기(출원번호:JP1998-294163)가 있다.
도1은 상기 고압유체용 열교환기(출원번호:JP2000-615555)의 부분 단면도를, 도2는 상기 열교환기(출원번호:JP1998-294163)의 부분 단면도를 나타낸다.
도1을 참조하면 상기 고압 유체용 열교환기(출원번호:JP2000-615555)는 가늘고 긴 경질 바디(1)에 형성되는 축선 방향의 적어도 1개의 관통공(2)에 의하여 내부 공간이 정하여지고, 관통공(2)의 축선 방향에 서로 정렬한 튜브(4)의 열과 유체 결합되고, 튜브(4)는 상기 축선 방향과 대략 직교하는 제1 방향에서 가늘고 길게 되어 있고, 또한 서로 평행으로 축선 방향 및 상기 제1 방향과 대략 직교하는 제2 방향에서 가늘고 긴 단면으로 되어 있는 적어도 1개의 매니폴드(manifold)를 가지게 되는 자동차의 공기 조절 장치 내의 냉각 유체로부터 열을 빼앗는 열교환기에 있어서, 튜브(4)의 일부는 상기 제1 방향을 따라 상기 내부 공간 내에 돌출하고 형출 성형되는 지지체(10)에 의하여 튜브(4)와 내부 공간과의 사이의 유체 결합을 액밀적으로 하고, 또한 상기 금속 바디(1) 및 튜브(4)의 주위를 납땜한 것을 특징으로 한다.
도2를 참조하면 상기 열교환기(출원번호:JP1998-294163)는 유체가 유통되는 복수개의 튜브(111)와, 상기 복수개의 튜브(111)의 길이 방향 양단에 설치되고, 상기 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장되고 상기 복수개의 튜브(111)에 연통하는 헤더 탱크(120)를 구비하고, 상기 헤더 탱크(120) 내에는 대향하는 상기 헤더 탱크(120)의 내벽을 연결하는 내주부재(123)가 마련되어 있고, 또한 상기 헤더 탱크(120)와 상기 내주부재(123)에 의하여 형성되는 복수개의 공간(120a, 120b)의 단면 형상은 거의 원형이고, 상기 헤더 탱크(120) 안을 복수개로 구분하는 세퍼레이터를 가지고 있고, 상기 세퍼레이터는 상기 헤더 탱크(120)의 내벽 및 상기 내주부재(123)에 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 종래기술은 재료의 두께를 두껍게 하지 않고 외부 사이즈를 증대시키지 않으면서도 고압에 견디는 헤더 탱크를 구비하는 장점이 있다.
그러나, 상기 고압유체용 열교환기(출원번호:JP2000-615555)는 경질 바디(1)의 중심부에 형성되는 관통공(2)에 의존하며 냉매 유통로를 구성함으로써 튜브(4)의 가장자리에 위치한 채널(5)을 통과하는 열교환매체가 냉매 유통로로 연통되어 흐르기 어렵기 때문에 튜브(4)의 가장자리에 위치한 채널(5)에는 열교환매체가 흐르지 않게 된다. 따라서 전체적인 열교환 효율이 감소하는 단점이 있다.
또한, 상기 열교환기(출원번호:JP1998-294163)는 내압성을 위하여 내부 형상을 원형에 가깝게 설계함으로써 내부 형상을 제한하고 있다. 즉, 고압 열교환매체에 필요한 내압성을 위하여 헤더 탱크(120)의 내부 형상을 원형에 가까운 형상으로 제한하고 있다. 따라서 내압성을 만족하는 경우 부피와 중량을 증가시키면서까지 내부 형상을 원형에 가깝게 설계할 필요가 없으며, 이러한 경우는 오히려 재료의 낭비가 되는 단점이 있다.
본 발명은 튜브의 모든 채널, 특히 튜브의 가장자리에 위치한 채널을 통하여도 열교환매체가 원활하게 유출입됨으로써 열전달 효율이 좋아지는 열교환기를 제공하고자 한다.
본 발명은 헤더 탱크의 형상을 자유롭게 변경하면서도 헤더 탱크의 내압성을 높일 수 있는 열교환기를 제공하고자 한다.
본 발명은 튜브(1100) 및 상기 튜브(1100)와 튜브(1100) 사이에 설치되는 핀(1200); 길이방향을 따라 내부에 내부 관통공(1311)이 형성되고, 상기 내부 관통공(1311)과 분리되어 외주면에 길이방향을 따라 외주 홈(1312)이 형성되며, 상기 튜브(1100)의 일측단이 끼워지고 상기 튜브(1100)의 일측단과 상기 내부 관통공(1311) 및 상기 튜브(1100)의 일측단과 외주 홈(1312)을 각각 연통시키는 바디 슬롯(1313)이 형성되는 탱크 바디(1310); 상기 외주 홈(1312)을 감싸며 상기 탱크 바디(1300)의 외주면에 결합되고, 상기 튜브(1100)의 일측단이 상기 바디 슬롯(1313)에 끼워지도록 상기 바디 슬롯(1313)에 연통하는 시트 슬롯(1323)이 형성되는 탱크 시트(1320); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공하고자 한다.
본 발명에 있어서 상기 튜브(1100)의 일측단은 상기 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1)과 이격되도록 설치될 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 튜브(1100)에는 다수개의 채널(1110)이 형성되고, 상기 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1)은 상기 튜브(1100)의 일측단 가운데 상기 채널(1110)과 채널(1110)을 분리시키는 채널 분리벽(1120)과 접촉할 수 있고, 상기 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1)은 상기 튜브(1100)의 채널 분리벽(1120)과 접촉하는 부분으로부터 상기 내부 관통공(1311)까지 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 내부 관통공(1311)은 다수개 형성되고, 상기 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1) 중 상기 내부 관통공(1311)과 외주 홈(1312)을 분리시키는 제1 분리벽(1314)에 형성된 부분은 상기 내부 관통공(1311)과 내부 관통공(1311)을 분리시키는 제2 분리벽(1315)에 형성된 부분 보다 바디 슬롯(1313)의 입구로부터 가까운 지점에 위치할 수 있다.
본 발명은 튜브의 모든 채널을 통하여 열교환매체가 유출입되고, 따라서 열교환기의 열전달 효율이 좋아지는 장점이 있다. 즉, 튜브의 가장자리에 위치한 채널을 통하여 열교환매체가 원활하게 유출입되므로 열교환기의 열전달 효율이 좋아지는 장점이 있다.
본 발명은 탱크 바디에 내부 관통공과 외주 홈을 분리시키는 제1 분리벽이 존재하여 배경기술에서 설명한 종래 열교환기(출원번호:JP1998-294163)의 내주부재 역활을 수행하므로, 헤더 탱크의 내압성을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 탱크 바디에 외주 홈이 형성되어 있으므로, 바디 슬롯의 형성시 가공해야 하는 살이 튜브의 폭 보다 작아지는 장점이 있다.
본 발명은 내부 관통공과 외주 홈을 분리시키는 제1 분리벽이 종래 열교환기(출원번호:JP1998-294163)의 내주부재 역활을 수행하므로, 내부 관통공 및 외주 홈의 형상 및 개수를 자유롭게 변경하면서도 헤더 탱크의 내압성을 높일 수 있는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 일실시예의 사시도를, 도4는 본 발명의 일실시예의 일부 분해 사시도를, 도5는 도3의 헤더 탱크의 일부 절개 사시도를, 도6은 본 발명의 일실시예의 정면도를, 도7은 도6의 AA'의 단면도를, 도8은 도6의 BB'의 단면도를 나타낸다.
도3을 참조하면 본 발명의 일실시예는 튜브(1100), 튜브(1100)와 튜브(1100) 사이에 설치되는 핀(1200), 튜브(1100)의 측단이 끼워지는 헤더 탱크(1300) 및 헤더 탱크(1300)의 측단에 체결되는 캡(1410, 1420)을 가진다.
도4를 참조하면 핀(1200)은 열전달 효과를 높이기 위하여 튜브(1100)와 튜브(1100) 사이에 설치된다.
도3을 참조하면 헤더 탱크(1300)에는 열전달매체 유입관(1510) 및 열전달매체 유출관(1520)이 연결된다.
도4 및 도5를 참조하면 헤더 탱크(1300)는 탱크 바디(1310)와 탱크 시트(1320)를 가진다.
도4 및 도5를 참조하면 탱크 바디(1310)에는 탱크 바디(1310)의 길이방향을 따라 내부에 적어도 하나의 내부 관통공(1311)이 형성된다.
도4 및 도5를 참조하면 탱크 바디(1310)의 외주면에는 적어도 하나의 외주 홈(1312)이 형성된다. 외주 홈(1312)은 탱크 바디(1310)의 길이방향을 따라 탱크 바디(1310)의 외주면에 형성된다. 따라서, 탱크 바디(1310)에는 내부 관통공(1311)과 외주 홈(1312)을 분리시키는 제1 분리벽(1314)이 형성된다. 탱크 시트(1320)가 탱크 바디(1310) 외주면에 결합되는 경우 탱크 시트(1320)의 내주면에 밀착되어 열교환매체가 유동하는 보조유로가 형성되는데, 외주 홈(1312)은 상기 보조유로의 단면적이 내부 관통공(1311)의 단면적 보다 작거나 동일하게 형성될 수 있다.
도4 및 도5를 참조하면 탱크 바디(1310)에는 바디 슬롯(1313)이 형성된다. 바디 슬롯(1313)은 탱크 바디(1310)의 외주면에 형성된다. 특히 도5를 참조하면 바디 슬롯(1313)은 튜브(1100)의 일측단이 끼워지는 끼움홈으로서 내부 관통공(1311) 및 외주 홈(1312)에 각각 연통하도록 형성된다.
도4를 참조하면 탱크 시트(1320)는 탱크 바디(1310)의 외주면에 결합되는 경우 외주 홈(1312)을 감싸게 되어 외주 홈(1312)과 탱크 시트(1320)의 내주면 사이에 상기 보조유로가 형성되도록 한다. 탱크 시트(1320)는 탱크 바디(1310)와의 용이한 결합을 위하여 "U"자 형으로 형성될 수 있다.
도4를 참조하면 탱크 시트(1320)에는 시트 슬롯(1323)이 형성된다. 시트 슬롯(1323)은 튜브(1100)가 끼워지는 끼움공이다. 탱크 시트(1320)가 탱크 바디(1310)에 결합된 경우 튜브(1100)의 일측단이 시트 슬롯(1323)을 통하여 바디 슬롯(1313)에 끼워지도록, 시트 슬롯(1323)은 바디 슬롯(1313)에 연통하게 형성된다.
도7 및 도8을 참조하면 튜브(1100)의 일측단은 시트 슬롯(1323, 도4 참조)을 통하여 바디 슬롯(1313, 도4 참조)에 끼워져, 바디 슬롯(1313, 도4 참조)의 바닥면(1313-1)과 이격되며 설치된다. 따라서, 바디 슬롯(1313, 도4 참조)은 탱크 바디(1310) 내부로 깊게 형성될 수 있다.
도7 및 도8을 참조하면 바디 슬롯(1313)이 내부 관통공(1311) 및 외주 홈(1312)에 각각 연통하도록 형성되므로, 튜브(1100)의 일측단이 탱크 바디(1310) 및 탱크 시트(1320)에 끼워진 경우 튜브(1100)의 일측단을 통하여 유출된 열교환매체의 일부는 내부 관통공(1311)을 따라 유동하고, 나머지는 상기 보조유로를 따라 유동하게 된다.
도8을 참조하면 상기한 일실시예는 튜브(1100)의 일측단 중 양측 가장자리 상측에 상기 보조유로가 형성되어 튜브(1100) 일측단 가장자리 부분을 통하여 열교환매체가 원활하게 유출입되므로 열교환기의 열전달 효율이 좋아진다.
도7을 참조하면 상기한 일실시예는 탱크 바디(1310)에 내부 관통공(1311)과 외주 홈(1312)을 분리시키는 제1 분리벽(1314)이 존재하고, 상기 제1 분리벽(1314)이 배경기술에서 설명한 종래 열교환기(출원번호:JP1998-294163)의 내주부재(123, 도2 참조) 역활을 수행하므로, 헤더 탱크(1300)의 내압성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도7을 참조하면 배경기술에서 언급한 종래 고압 유체용 열교환기(출원번호:JP2000-615555)와 비교할 때, 상기한 일실시예는 탱크 바디(1310)에 외주 홈(1312)이 형성되어 있으므로, 바디 슬롯(1313, 도5 참조)의 형성시 가공해야 하 는 살이 튜브(1100)의 폭 보다 작아지는 장점이 있다.
도7을 참조하면 상기한 일실시예는 상기 제1 분리벽(1314)이 종래 열교환기(출원번호:JP1998-294163)의 내주부재(123, 도2 참조) 역활을 수행하므로, 내부 관통공(1311) 및 외주 홈(1312)의 형상 및 개수를 자유롭게 변경하면서도 헤더 탱크(1300)의 내압성을 높일 수 있다.
도9에는 본 발명에 따른 다른 형태의 열교환기의 주요부의 단면도가 도시되어 있다.
도9를 참조하면 튜브(1100)에는 다수개의 채널(1110)이 형성된다.
도9를 참조하면 튜브(1100)의 일측단은 시트 슬롯(1323, 도4 참조)을 통하여 바디 슬롯(1313, 도4 참조)에 끼워져, 바디 슬롯(1313, 도4 참조)의 바닥면(1313-1)과 접촉하도록 설치된다. 즉, 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1)은 튜브(1100)의 일측단 가운데 채널(1110)과 채널(1110)을 분리시키는 채널 분리벽(1120)과 접촉하게 된다. 튜브(1100)에는 이웃한 채널(1110)과 채널(1110)을 분리시키는 부분이 존재하는데, 이 부분을 채널 분리벽(1120)이라 칭한다.
도9를 참조하면 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1)은 외주 홈(1312)과 연접한 부분에서 튜브(1100)의 채널 분리벽(1120)과 접촉하도록, 외주 홈(1312)과 연접한 부분으로부터 내부 관통공(1311)까지 경사지게 형성된다. 따라서, 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1) 가운데 채널 분리벽(1120)과 접촉하는 부분은 쐐기형태를 이루게 된다.
도9를 참조하면 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1) 가운데 채널 분리 벽(1120)과 접촉하는 부분이 쐐기형태로 형성됨으로써 튜브(1100)의 모든 채널(1110)을 통하여 열교환매체가 유출입되고, 따라서 열교환기의 열전달 효율이 좋아진다. 즉, 튜브(1100)의 가장자리에 위치한 채널(1110)을 통하여 열교환매체가 원활하게 유출입되므로 열교환기의 열전달 효율이 좋아진다.
도10에는 본 발명에 따른 다양한 형태의 헤더 탱크(1300)가 도시되어 있다.
도10의 (a)에는 내부 관통공(1311)이 2개 형성된 헤더 탱크(1300)가 도시되어 있다. 헤더 탱크(1300)에는 내부 관통공(1311)과 내부 관통공(1311)을 분리시키는 제2 분리벽(1315)이 형성되고, 제2 분리벽(1315)에는 바디 슬롯(1313, 도5 참조)의 바닥면(1313-1)이 형성된다. 바디 슬롯(1313, 도5 참조)의 바닥면(1313-1) 중 제1 분리벽(1314)에 형성된 부분은 제2 분리벽(1315)에 형성된 부분 바디 슬롯(1313, 도5 참조)의 입구로부터 가까운 지점에 위치하게 된다. 따라서, 튜브(1100)의 일측단이 끼워진 경우 2개의 내부 관통공(1311)과 내부 관통공(1311)이 상호 연통된다.
도10의 (b)와 (c)에는 내부 관통공(1311)의 형상이 상호 상이하게 형성된 헤더 탱크(1300)가 도시되어 있고, 도10의 (d)에는 도10의 (b) 및 (c)와 달리 튜브(1100)의 일측단이 내부 관통공(1311)에 가장자리 부분에 위치하도록 내부 관통공(1311) 및 바디 슬롯(1313, 도5 참조)이 형성된 헤더 탱크(1300)가 도시되어 있다.
도1 및 도2는 각각 서로 다른 종래 열교환기의 부분 단면도.
도3은 본 발명의 일실시예의 사시도.
도4는 본 발명의 일실시예의 일부 분해 사시도.
도5는 도3의 헤더 탱크의 일부 절개 사시도.
도6은 본 발명의 일실시예의 정면도.
도7은 도6의 AA'의 단면도.
도8은 도6의 BB'의 단면도.
도9는 본 발명에 따른 다른 형태의 열교환기의 주요부의 단면도.
도10은 도9에 대응하는 본 발명에 따른 다른 일실시예의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1100:튜브 1110:채널
1120:채널 분리벽
1310:탱크 바디 1311:내부 관통공
1312:외주 홈 1313:바디 슬롯
1313-1:바디 슬롯의 바닥면
1314:제1 분리벽 1315:제2 분리벽
1320:탱크 시트 1323:시트 슬롯

Claims (5)

  1. 튜브(1100) 및 상기 튜브(1100)와 튜브(1100) 사이에 설치되는 핀(1200);
    길이방향을 따라 내부에 내부 관통공(1311)이 형성되고, 상기 내부 관통공(1311)과 분리되어 외주면에 길이방향을 따라 외주 홈(1312)이 형성되며, 상기 튜브(1100)의 일측단이 끼워지고 상기 튜브(1100)의 일측단과 상기 내부 관통공(1311) 및 상기 튜브(1100)의 일측단과 외주 홈(1312)을 각각 연통시키는 바디 슬롯(1313)이 형성되는 탱크 바디(1310);
    상기 외주 홈(1312)을 감싸며 상기 탱크 바디(1300)의 외주면에 결합되고, 상기 튜브(1100)의 일측단이 상기 바디 슬롯(1313)에 끼워지도록 상기 바디 슬롯(1313)에 연통하는 시트 슬롯(1323)이 형성되는 탱크 시트(1320);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜브(1100)의 일측단은 상기 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1)과 이격되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 튜브(1100)에는 다수개의 채널(1110)이 형성되고,
    상기 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1)은 상기 튜브(1100)의 일측단 가운데 상기 채널(1110)과 채널(1110)을 분리시키는 채널 분리벽(1120)과 접촉하는 것을 특징으로 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1)은 상기 튜브(1100)의 채널 분리벽(1120)과 접촉하는 부분으로부터 상기 내부 관통공(1311)까지 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 관통공(1311)은 다수개 형성되고,
    상기 바디 슬롯(1313)의 바닥면(1313-1) 중 상기 내부 관통공(1311)과 외주 홈(1312)을 분리시키는 제1 분리벽(1314)에 형성된 부분은 상기 내부 관통공(1311)과 내부 관통공(1311)을 분리시키는 제2 분리벽(1315)에 형성된 부분 보다 바디 슬롯(1313)의 입구로부터 가까운 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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