KR101971483B1 - 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게, 헤더탱크 내부의 헤더의 일정영역에 보강부재를 접합함으로써 열교환기의 헤더의 변형을 보강할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기{Heater}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게 헤더탱크 내부의 헤더의 일정영역에 보강부재를 접합함으로써 열교환기의 헤더의 변형을 보강할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
차량의 라디에이터(radiator)는 내연기관에서 발생한 열의 일부를 냉각수를 통해서 대기 속으로 방출하는 장치이다. 내연기관은 항상 고온ㆍ고압의 가스를 점화ㆍ연소시키는 과정에서 매우 많은 양의 열이 발생하게 된다.
따라서, 내연기관은 냉각을 시켜 주지 않으면 과열로 인하여 실린더와 피스톤을 포함하는 각종 부품이 녹거나 탐으로써 손상 및 파손이 발생하게 된다.
라디에이터(radiator)는 내연기관의 실린더 주위에 냉각수를 수용하는 재킷을 설치하고, 상기 재킷 내부로 냉각수를 순환시킴으로써 냉각수가 엔진으로부터 발생하는 열을 흡수함으로써 엔진이 냉각되도록 한다.
그러나 냉각수 역시 오랜 시간 동안 엔진으로부터 열을 흡수하여 고온이 되면 엔진으로부터 더 이상 열을 흡수할 수 없게 되기 때문에, 상기 냉각수를 냉각시켜 주는 장치가 필요한데, 라디에이터는 바로 이러한 고온의 냉각수를 순환시켜 냉각시켜 주는 장치이다.
그리고 현재 출시되는 차량에는 차 내부의 공기를 쾌적한 온도로 조절하기 위한 공조장치가 설치된다. 이러한 공조장치는 압축기의 압축으로 인한 고온고압의 기체 상태 냉매를 응축기에 방열시키는 것에 의하여 액상냉매로 만든 후, 저압화시 켜서 증발기를 통하여 저온상태의 공기가 자동차 내부로 공급시키게 된다. 이와 같이 응축기에서도 소정의 방열이 이루어져야 한다.
그 이외에도, 차량의 내부에는 엔진오일 및 미션오일을 냉각시키기 위한 오일쿨러가 장착되고, 엔진의 종류에 따라서 인터쿨러가 설치되기도 한다.
상술한 바와 같은, 각각의 장치는 모두 충분한 방열을 필요로 하기 때문에, 이들을 냉각시키기 위하여, 엔진룸의 전방에 설치되어 원활하게 방열될 수 있도록 구성되고 있다.
열교환기는 열교환매체가 유동되는 복수개의 튜브가 구비되고 상기 튜브의 양단부가 고정되도록 일정간격 이격되어 나란히 형성되는 한 쌍의 헤더와 상기 한 쌍의 헤더에 각각 결합되는 한 쌍의 탱크로 구성되어 차량의 내부에 설치된다.
또한 종래의 한 쌍의 헤더에 튜브가 결합될 때, 상기 헤더에 튜브가 결합되도록 튜브삽입홀을 형성하고, 상기 튜브삽입홀은 헤더와 탱크가 결합된 내부방향으로 일정간격 돌출되어 있다.
여기서, 상기 돌출된 튜브삽입홀에 튜브가 결합되는데 상기 튜브가 헤더탱크의 내부로 돌출되어 결합되어 열교환 매체가 유동되고 튜브 사이에 개재된 핀에 의해 방열이 이루어지며 열교환된다. 상기 열교환기는 내부를 유동하는 열교환매체에 따라 다양한 용도로 이용가능하다.
그런데 상기 열교환기는 반복적인 온도 변화가 유발됨에 따라 튜브가 팽창/수축되며, 이에 따른 열응력에 의해 변형이 유발될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 열응력에 의한 변형은 헤더와 튜브 사이의 접합 부분에서 일어나는 경우가 많은데, 이러한 변형이 심각할 경우에, 상기 튜브 자체에 금이 형성되거나 헤더의 변형이나 비틀림 등의 현상이 발생되는 문제점이 생기며, 내부 열교환매체가 누설되는 문제점을 야기할 수 있다.
위 문제점을 해결하기 위하여 튜브의 소재 두께를 증가할 경우에, 상기 열교환기의 생산 비용 및 중량이 증가되어 생산성이 낮아질 수 있는 문제점이 있다.
아울러, 위 문제점을 해결하기 위한 다른 방안으로서, 도 1의 종래의 열교환기(일본공개특허 2007-163124 )는 헤더(30)에 튜브의 양단부가 삽입되되, 복수개의 튜브 중 일부의 튜브 단부 내부에 보강부재(5)가 삽입되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 보강부재(5)는 상기 튜브 각각에 대응되는 개별품이며, 튜브 하나 당 양 단부의 튜브삽입홀(20)에 각각 구비되어야 하므로 이를 조립하기 위한 시간이 오래 소요되어 전체 열교환기 생산성을 저하하게 된다.
특허문헌 1 일본공개특허 2007-163124호 (공개일 : 2007.06.28)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 헤더탱크 내부의 헤더의 일정영역에 보강부재를 접합함으로써 튜브삽입홀과 튜브 접합부분의 균열이나, 열교환매체의 고온과 저온의 온도차에 의한 헤더의 변형 또는 비틀림 현상을 방지 할 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 헤더 또는 튜브의 소재 두께를 증가하지 않고 온도차가 발생되는 영역에 보강부재를 접합하는 간단한 방법을 이용하여 헤더의 내구성을 높일 수 있으며, 보강부재와 헤더가 가조립된 후, 브레이징 접합함으로써 생산성을 높일 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 보강부재의 형성 크기를 자유롭게 조절가능하여 헤더의 보강이 필요한 부분에 자유롭게 적용 가능한 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 열교환기(1000)는 관통 형성된 복수개의 제1튜브삽입홀(130)이 형성된 제1헤더(110)와 제1탱크(120)의 결합에 의해 형성되는 제1헤더탱크(100); 제1헤더탱크(100)와 일정거리 이격되어 나란하게 구비되고, 관통 형성된 복수개의 제2튜브삽입홀(230)이 형성된 제2헤더(210)와 제2탱크(220)의 결합에 의해 형성되는 제2헤더탱크(200); 상기 제1헤더(110)의 제1튜브삽입홀(130) 및 상기 제2헤더(210)의 제2튜브삽입홀(230)에 양단이 고정되고 열교환매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브(300); 및 상기 튜브(300) 사이에 개재되는 복수개의 핀(400)을 포함하는 열교환기에 있어서, 상기 제1헤더탱크(100)의 내부의 제1헤더(210)의 일정 영역에 상기 제1튜브삽입홀(130)에 대응되는 제1중공홀(510)이 형성되는 제1보강부재(500)가 접합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기(1000)는 상기 제2헤더탱크(200)의 내부의 제2헤더(210)의 일정 영역에 상기 제2튜브삽입홀(230)에 대응되는 제2중공홀(610)이 형성되는 제2보강부재(600)가 접합되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 열교환기(1000)는 상기 튜브(300)의 적층방향으로 열교환매체의 온도차가 발생되는 영역에 상기 제1보강부재(500) 및 제2보강부재(600)가 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기(1000)는 상기 제1헤더(110)에 오목한 제1리브(140)가 형성되고, 상기 제1보강부재(500)가 상기 오목한 제1리브(140)에 대응되는 형태이며, 상기 제2헤더(210)에 오목한 제2리브(240)가 형성되고, 상기 제2보강부재(600)가 상기 오목한 제2리브(240)에 대응되는 형태이며, 상기 제1보강부재(500), 상기 제1헤더(110), 튜브(300), 핀(400), 제2보강부재(600), 및 제2헤더(210)가 가조립되고, 브레이징 접합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
상기 제1보강부재(500)는 상기 제1중공홀(510)이 복수개 형성되고, 상기 제2보강부재(600)는 상기 제2중공홀(610)이 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 열교환기는 헤더탱크 내부의 헤더의 일정영역에 보강부재를 접합함으로써 튜브삽입홀과 튜브 접합부분의 균열이나, 열교환매체의 고온과 저온의 온도차에 의한 헤더의 변형 또는 비틀림 현상을 방지 할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 열교환기는 헤더 또는 튜브의 소재 두께를 증가하지 않고 온도차가 발생되는 영역에 보강부재를 접합하는 간단한 방법을 이용하여 헤더의 내구성을 높일 수 있으며, 보강부재와 헤더가 가조립된 후, 브레이징 접합함으로써 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 열교환기는 보강부재의 형성 크기를 자유롭게 조절가능하여 헤더의 보강이 필요한 부분에 자유롭게 적용 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 열교환기를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 열교환매체의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기를 분해사시도.
도 4는 본 발명에 따른 제2보강부재와 제2헤더의 결합을 도시한 열교환기의 분해사시도.
도 5는 본 발명에 따른 보강부재와 헤더 및 튜브를 도시한 부분단면도.
도 6은 도 3 및 도 4에 도시한 보강부재를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 열교환기에 따른 다른 보강부재를 도시한 평면도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 열교환기(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 열교환기(1000)는 제1헤더탱크(100)와 제2헤더탱크(200), 튜브(300), 핀(400), 및 제1보강부재(500)를 포함한다.
먼저, 상기 제1헤더탱크(100)와 제2헤더탱크(200)는 일정거리 이격되어 나란히 형성되는 부분으로서, 상기 제1헤더탱크(100)는 제1헤더(110)와 제1탱크(120)의 결합에 의해 형성된다.
이 때, 상기 제1헤더탱크(100)를 형성하는 제1헤더(100)는 상기 튜브(300)의 일측 단부와 삽입되어 결합되는 복수개의 제1튜브삽입홀(130)이 관통 형성된다.
또한, 상기 제2헤더탱크(200)는 제2헤더(210)와 제2탱크(220)의 결합에 의해 형성되며, 상기 제2헤더(210)에 상기 튜브(300)의 타측 단부가 삽입되어 결합되는 복수개의 제2튜브삽입홀(230)이 관통 형성된다.
상기 튜브(300)가 일정거리 이격되어 나란히 형성되는 상기 제1헤더탱크(100)와 제2헤더탱크(200)에 양단이 고정되며 높이방향으로 적층되어 상기 열교환기에 구비된다.
상기 튜브(300)는 상기 제1헤더(110)의 제1튜브삽입홀(130) 및 상기 제2헤더(210)의 제2튜브삽입홀(230)에 양단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성한다.
상기 핀(400)은 상기 튜브(300) 사이에 개재되어 복수개가 형성되는 부분으로서, 상기 핀(400)이 형성된 영역을 통해 외부 공기가 유동되면서, 상기 튜브(300) 내부의 열교환매체와 교환이 이루어진다.
상기 열교환기(1000)는 상기 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200) 중 하나에 열교환매체가 유입되는 입구파이프(710)와 열교환매체가 배출되는 배출파이프(720)가 구비된다.
상기 열교환기(1000)의 제1헤더탱크(100) 또는 제2헤더탱크(200)에 구비되는 상기 입구파이프(710) 및 배출파이프(720)의 조립 위치는 상기 열교환기(1000)가 장착되는 위치나 차체 내의 호스와의 연결되는 위치에 따라 달라질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기(1000)의 사시도로, 상기 열교환기(1000)는 상기 입구파이프(710)가 상기 제2헤더탱크(200)의 상측에 형성되고, 상기 출구파이프(720)가 상기 제1헤더탱크(100)의 하측에 형성된 예를 나타낸 것으로서, 상기 입구파이프(710)를 통해 유입된 고온의 열교환매체는 상기 튜브(300)를 유동하면서 외부공기와 열교환되고, 상기 출구파이프(720)를 통해 배출된다.
이 때, 상기 고온의 열교환매체는 열교환되면서 외부로 방열하고, 온도 변화가 이루어지며 상기 저온의 열교환매체가 된다.
도 2에 도시한 형태의 경우, 상기 열교환기(1000)는 내부에 상기 고온의 열교환매체가 유동되는 고온영역(A1)과 하단부에 상기 저온의 열교환매체가 유동되는 저온영역(A2)이 생성된다. 이 때, 상기 고온의 열교환매체와 저온의 열교환매체의 온도차가 발생되는 정체지점(P1, P2)이 형성된다.
즉, 상기 정체지점(P1, P2)은 상기 고온영역(A1)과 저온영역(A2)이 만나는 경계 영역으로서, 상기 고온의 열교환매체는 상대적으로 상기 저온의 열교환매체와 특성의 차이가 발생되며, 도 2에 도시한 바와 같은 입구파이프(710) 및 출구파이프(720) 형태의 경우, 제1헤더탱크(100)에서 제2헤더탱크(200) 측으로 갈수록 정체지점이 하측으로 경사진 형태로 형성된다.
이러한 상기 제1헤더(110) 및 제2헤더(120)의 고온영역(A1)과 저온영역(A2)이 만나는 정체지점(P1, P2)이 형성되는 부분에서는 온도차에 의해 열충격이 발생되며, 이에 따라 미세한 틈이 형성되거나, 제1헤더(110) 및 제2헤더(120)가 변형될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 열교환기(1000)의 분해사시도, 제2헤더탱크(200)의 분해사시도, 및 단면도이다. 상기 도 3 내지 도 5에 도시한 본 발명의 열교환기(1000)는 상기 제1헤더탱크(100) 내부의 상기 제1헤더(110)의 일정 영역에 상기 제1튜브삽입홀(130)에 대응되도록 중공되는 제1중공홀(510)이 형성되는 상기 제1보강부재(500)가 접합된다.
상기 제1보강부재(500)는 도 2에 도시한 상기 고온과 저온의 열교환매체가 맞닿아 심한 온도차가 발생되는 영역인 정체지점(P1)을 포함하는 일정 영역에 접합된다.
즉, 상기 제1보강부재(500)는 위와 같이 상기 제1헤더(110)의 온도차가 유발되는 정체지점(P1)에 접합되어 상기 제1헤더(110)의 내구성을 보강한다.
더욱 상세하게, 상기 제1보강부재(500)는 상기 제1헤더(110)의 내면에 접합된다.
상기 제1보강부재(500)는 상기 제1튜브삽입홀(130)에 대응되는 중공홀(510)을 형성하되, 상기 제1헤더(110)는 상기 제1튜브삽입홀(130)이 형성되는 영역이 제1헤더탱크(100) 내측으로 돌출되므로, 상기 제1보강부재(500)의 제1중공홀(510) 내주면이 상기 제1튜브삽입홀(130)과 접합되며, 상기 제1보강부재(500)와 튜브(300)는 서로 접촉되지 않는다. (도 5 참조)
또한, 본 발명의 열교환기(1000)는 제2헤더탱크(200) 내부의 제2헤더(210)에 상기 제2보강부재(600)가 접합될 수 있다.(도 4 참조)
상기 제2보강부재(600)는 상기 제2헤더탱크(200) 내부에 상기 제2헤더(210)의 제2튜브삽입홀(230)에 대응되는 제2중공홀(610)이 형성된다.
이 때, 상기 제2보강부재(600) 역시, 상기 제2헤더(210)는 상기 제2튜브삽입홀(230)이 형성되는 영역이 제2헤더탱크(200) 내측으로 돌출되므로, 상기 제2보강부재(600)의 제2중공홀(610) 내주면이 상기 제2튜브삽입홀(230)과 접합되며, 상기 제2보강부재와 튜브(300)는 서로 접촉되지 않는다. (도 5 참조)
또한, 도 4는 상기 제2보강부재(600)가 상기 제2헤더(210)에 접합되어 있는 상태를 도시한 것이다.
또, 본 발명의 열교환기(1000)는 상기 제1헤더(100) 및 제2헤더(200)에 오목한 제1리브(140) 및 제2리브(240)를 형성한다.
상기 제1리브(140) 및 제2리브(240)는 각각 강도를 보강하기 위하여 제1헤더(100) 및 제2헤더(200)의 일정 영역이 오목하게 형성되는 부분으로서, 상기 제1보강부재(500) 및 제2보강부재(600)가 상기 제1리브(140)가 형성된 제1헤더(100) 및 제2리브(240)가 형성된 제2헤더(200)에 대응되도록 형성된다.
다시 말해, 상기 제1보강부재(500)는 상기 오목한 제1리브(140)에 대응되는 형태이며, 상기 제2보강부재(600)는 상기 제2헤더(210)의 제2리브(240)에 대응되는 형태이다.
이를 통해, 상기 제1보강부재(500)와 제2보강부재(600)는 각각 상기 제1헤더(110) 및 제2헤더(210)에 가조립된 상태를 유지할 수 있으며, 본 발명의 열교환기(1000)는 상기 제1보강부재(500), 상기 제1헤더(110), 튜브(300), 핀(400), 제2보강부재(600), 및 제2헤더(210)가 가조립된 후, 브레이징되어 일체화되고, 상기 제1헤더(110)에 제1탱크(120)가, 상기 제2헤더(210)에 제2탱크(220)가 조립되어 완성될 수 있다.
도 6은 도 3 및 도 4에 도시한 제1보강부재(500) 및 제2보강부재(600)를 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명의 열교환기(1000)에 따른 다른 제1보강부재(500) 및 제2보강부재(600)를 도시한 평면도.
본 발명에 따른 열교환기(1000)는 제1보강부재(500)와 상기 제2보강부재(600)가 다양한 크기로 형성될 수 있다.
도 6에 도시한 제1보강부재(500) 및 제2보강부재(600)는 제1중공홀(510) 및 제2중공홀(610)이 2개 형성되는 예를 나타내었고, 도 7에 도시한 제1보강부재(500) 및 제2보강부재(600)는 제1중공홀(510) 및 제2중공홀(610)이 3개 형성되는 예를 나타내었다.
이에 따라, 본 발명의 열교환기(1000)는 헤더탱크(100, 200) 내부의 헤더(110, 120)의 일정영역에 보강부재(500, 600)를 접합함으로써 튜브삽입홀(130), 230과 튜브(300) 접합부분의 균열이나, 열교환매체의 고온과 저온의 온도차에 의한 헤더의 변형 또는 비틀림 현상을 방지 할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 열교환기(1000)는 헤더(110, 120) 또는 튜브(300)의 소재 두께를 증가하지 않고 온도차가 발생되는 영역에 보강부재(500, 600)를 접합하는 간단한 방법을 이용하여 헤더(110, 120)의 내구성을 높일 수 있으며, 보강부재(500, 600)와 헤더(110, 120)가 가조립된 후, 브레이징 접합함으로써 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 열교환기(1000)는 보강부재(500, 600)의 형성 크기를 자유롭게 조절가능하여 헤더(110, 120)의 보강이 필요한 부분에 자유롭게 적용 가능한 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 열교환기
100 : 제1헤더탱크
110 : 제1헤더 120 : 제1탱크
130 : 제1튜브삽입홀 140 : 제1리브
200 : 제2헤더탱크
210 : 제2헤더 220 : 제2탱크
230 : 제2튜브삽입홀 240 : 제2리브
300 : 튜브
400 : 핀
500 : 제1보강부재 510 : 제1중공홀
600 : 제2보강부재 610 : 제2중공홀
710 : 입구파이프 720 : 배출파이프

Claims (5)

  1. 관통 형성된 복수개의 제1튜브삽입홀(130)이 형성된 제1헤더(110)와 제1탱크(120)의 결합에 의해 형성되는 제1헤더탱크(100); 제1헤더탱크(100)와 일정거리 이격되어 나란하게 구비되고, 관통 형성된 복수개의 제2튜브삽입홀(230)이 형성된 제2헤더(210)와 제2탱크(220)의 결합에 의해 형성되는 제2헤더탱크(200); 상기 제1헤더(110)의 제1튜브삽입홀(130) 및 상기 제2헤더(210)의 제2튜브삽입홀(230)에 양단이 고정되고 열교환매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브(300); 및 상기 튜브(300) 사이에 개재되는 복수개의 핀(400)을 포함하는 열교환기(1000)에 있어서,
    상기 열교환기(1000)는
    상기 제1헤더탱크(100)의 내부의 제1헤더(110)의 내면 일정 영역에 상기 제1튜브삽입홀(130)에 대응되는 제1중공홀(510)이 형성되는 제1보강부재(500)가 접합되고,
    상기 제2헤더탱크(200)의 내부의 제2헤더(210)의 내면 일정 영역에 상기 제2튜브삽입홀(230)에 대응되는 제2중공홀(610)이 형성되는 제2보강부재(600)가 접합되며,
    상기 제1헤더(110)에 오목한 제1리브(140)가 형성되고, 상기 제1보강부재(500)가 상기 오목한 제1리브(140)에 대응되는 형태이며,
    상기 제2헤더(210)에 오목한 제2리브(240)가 형성되고, 상기 제2보강부재(600)가 상기 오목한 제2리브(240)에 대응되는 형태이며,
    상기 제1보강부재(500) 및 제2보강부재(600)는 각각 제1중공홀(510)과 제2중공홀(610)의 내주면이 상기 제1튜브삽입홀(130)과 제2튜브삽입홀(230)과 접합되여 튜브(300)와 서로 접촉되지 않게 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기(1000)는 상기 튜브(300)의 적층방향으로 열교환매체의 온도차가 발생되는 영역에 상기 제1보강부재(500) 및 제2보강부재(600)가 접합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기(1000)는
    상기 제1보강부재(500), 상기 제1헤더(110), 튜브(300), 핀(400), 제2보강부재(600), 및 제2헤더(210)가 가조립되고, 브레이징 접합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1보강부재(500)는 상기 제1중공홀(510)이 복수개 형성되고, 상기 제2보강부재(600)는 상기 제2중공홀(610)이 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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