KR102406998B1 - 인터쿨러 - Google Patents

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김승목
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주식회사 두원공조
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Abstract

본 발명은, 유입되는 공기와 냉각수가 열교환되도록 하는 열교환 코어부; 상기 열교환 코어부를 내부에 수용하며, 냉각수가 유입 및 유출되는 통로를 제공하는 하우징; 상기 하우징에 인접 배치되며, 공기가 유입 및 유출되는 통로를 제공하는 탱크; 및 상기 하우징과 탱크 사이에 개재되어 상기 하우징에 결합하며, 가장자리에서 상기 탱크를 향하여 돌출 형성된 클린칭부가 상기 탱크의 테두리를 감싸도록 절곡되어 상기 탱크를 하우징에 고정시키는 헤더플레이트를 포함하는 인터쿨러를 제공한다.
본 발명에 따른 인터쿨러에 의하면, 헤더플레이트를 하우징에 고정한 후 브레이징으로 결합시키고, 헤더플레이트의 클린칭 작업을 통하여 탱크를 하우징에 결합시킴으로써, 종래에 탱크를 하우징에 곧바로 용접하거나 볼트조립을 하는 것에 비하여 제품의 제조공정을 단순화할 수 있으며, 제품의 전체적인 중량과 생산 단가를 절감시킬 수 있다.

Description

인터쿨러{Intercooler}
본 발명은 인터쿨러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 터보차저(Turbo charger)로부터 공급된 공기를 냉각하여 공기 밀도를 올리는 인터쿨러에 관한 것이다.
일반적으로, 인터쿨러란 터보차저로부터 공급된 공기를 냉각하여 공기 밀도를 올리는 장치를 의미한다. 이러한 인터쿨러는 자동차에 주로 사용되며, 유입되는 공기를 냉각하는 매체로서 냉각수를 사용하는 수냉식 인터쿨러도 널리 사용된다.
이러한 수냉식 인터쿨러와 관련된 것으로서, 대한민국 등록특허 제10-1116844호에서는 '열교환장치 및 이를 적용한 자동차용 수냉식 인터쿨러'(공고일 2012년 03월 06일)에 관해 개시하고 있다.
상기 종래의 수냉식 인터쿨러는, 열교환을 위한 튜브플레이트를 수용하는 하우징과 공기를 유입 및 유출시키는 탱크를, 서로 용접시켜 결합하거나 볼트로 조립을 한다. 이 경우, 인터쿨러의 제조 공정이 복잡해지며, 인터쿨러의 전체적인 중량과 생산 단가가 증가하게 되는 문제점이 존재한다.
대한민국 등록특허 제10-1116844(2012.03.06. 공고) 발명의 명칭 ‘열교환장치 및 이를 적용한 자동차용 수냉식 인터쿨러’
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 제품의 제조 공정을 단순화하며, 제품의 중량 및 생산단가를 절감시킬 수 있도록 개선된 인터쿨러를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은, 유입되는 공기와 냉각수가 열교환되도록 하는 열교환 코어부; 상기 열교환 코어부를 내부에 수용하며, 냉각수가 유입 및 유출되는 통로를 제공하는 하우징; 상기 하우징에 인접 배치되며, 공기가 유입 및 유출되는 통로를 제공하는 탱크; 및 상기 하우징과 탱크 사이에 개재되어 상기 하우징에 결합하며, 가장자리에서 상기 탱크를 향하여 돌출 형성된 클린칭부가 상기 탱크의 테두리를 감싸도록 절곡되어 상기 탱크를 하우징에 고정시키는 헤더플레이트를 포함하는 인터쿨러를 제공한다.
상기 헤더플레이트와 대면하는 상기 하우징의 단부에는, 상기 열교환 코어부 측을 향하여 절곡된 복수개의 절곡부가 형성되고, 상기 헤더플레이트는, 상기 헤더플레이트의 내부를 가로지르도록 배치된 복수개의 리브를 더 포함할 수 있다.
상기 절곡부는, 상기 하우징의 단부와 연결되는 부분이 소정 곡률의 곡면을 이루도록 절곡된 형상이며, 상기 리브는, 상기 절곡부와 접하는 부분이 상기 절곡부의 곡률과 동일한 곡률로 곡면을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 절곡부와 리브는, 서로 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 헤더플레이트는, 알루미늄을 함유한 클래드(Clad)재로 이루어질 수 있다.
상기 리브는, 유입되는 공기와 대면하는 측의 면이 곡면을 이루도록 형성될 수 있다.
유입되는 공기의 진행방향을 길이방향으로 하여 상기 절곡부의 폭을 정의하며, 상기 리브는, 유입되는 공기와 대면하는 측의 단부가 상기 절곡부의 폭 내측에 존재하도록 상기 절곡부의 사이에 삽입될 수 있다.
상기 열교환 코어부는, 소정 간격으로 이격되도록 배치되어 냉각수가 흐르는 유로를 형성하는 한 쌍의 튜브플레이트를 포함하는 튜브 복수개와, 상기 복수개의 튜브 사이에 개재되어 공기가 흐르는 유로를 형성하는 복수개의 핀을 포함하며, 상기 튜브플레이트는, 냉각수가 흐르는 튜브 플레이트의 유로 측을 향하여 복수개의 요철부가 서로 브레이징으로 결합되고, 이를 통해 냉각수 측의 내압을 개선하고, 난류를 형성한다.
상기 인터쿨러는, 상기 열교환 코어부의 측면부와 하우징 사이에 개재되어, 상기 하우징의 외부로 공기와 냉각수가 누출되는 것을 방지하는 사이드 플레이트와, 상기 헤더플레이트의 테두리를 둘러싸도록 상기 헤더플레이트와 탱크 사이에 개재되어, 유동하는 공기가 상기 헤더플레이트와 탱크 사이로 누출되는 것을 방지하는 씰링부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인터쿨러에 의하면, 헤더플레이트를 이용하여 하우징에 고정한 후 브레이징으로 결합시키고, 헤더플레이트의 클린칭 작업을 통하여 탱크를 하우징에 결결합시킴으로써, 종래에 탱크를 하우징에 곧바로 용접하거나 볼트조립을 하는 것에 비하여 제품의 제조공정을 단순화할 수 있으며, 제품의 전체적인 중량과 생산 단가를 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 인터쿨러의 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 튜브플레이트의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 헤더플레이트의 클린칭부가 절곡되기 전,후를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 하우징과 헤더플레이트가 결합되기 전을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 하우징과 헤더플레이트가 결합된 후를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 리브의 형상을 도시한 도면이다.
도 8은 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 절곡부와 리브를 도시한 도면이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1에 나타낸 인터쿨러의 분해사시도이고, 도 3은 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 튜브플레이트의 내부를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러(100)는, 열교환 코어부(110), 하우징(120), 탱크(130) 및 헤더플레이트(140)를 포함한다.
상기 열교환 코어부(110)는, 유입되는 공기와 냉각수가 서로 열교환되도록 하는 것으로서, 소정 간격으로 이격되도록 배치되어 냉각수가 흐르는 유로를 형성하는 한 쌍의 튜브플레이트(111)를 포함하는 튜브(112) 복수개와, 상기 복수개의 튜브(112) 사이에 개재되어 공기가 흐르는 유로를 형성하는 복수개의 핀(113)을 포함한다. 즉, 상기 튜브(112)와 복수개의 핀(113)은 교대로 적층되어 상기 열교환 코어부(110)를 이루게 되는 것이다.
여기서, 상기 튜브플레이트(111)는, 냉각수가 흐르는 유로 측을 향하여 돌출되는 것으로서, 서로 용접에 의해 결합하는 복수개의 요철부(114)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 열교환 코어부(110)에 있어서 상기 튜브플레이트(111)는, 냉각수가 흐르는 쪽은 상기 복수개의 요철부(114)에 의해 지지되며, 공기가 흐르는 쪽은 상기 핀(113)에 의해 지지되게 된다.
상기 요철부(114)는, 냉각수 측의 내압을 개선하고, 유동하는 냉각수에 난류를 형성시키는 역할을 한다. 즉, 상기 튜브(112) 내에 유동하는 냉각수는 상기 요철부(114)에 부딪혀 와류(Vortex)를 만들어 인접하는 유동 냉각수와 함께 난류를 형성한다. 그에 따라 인접하는 냉각수 측 열교환 효율이 향상되도록 한다.
상기 하우징(120)은, 상기 열교환 코어부(110)를 내부에 수용하며, 냉각수가 유입 및 유출되는 통로를 제공한다. 도 1 및 도 2에서는 냉각수가 유입되고 유출되는 통로가 상기 하우징(120)의 동일한 면에 구비된 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 냉각수가 유입되는 통로와 유출되는 통로는 각각 상기 하우징(120)의 서로 다른 면에 구비되도록 설계될 수도 있다.
상기 탱크(130)는, 상기 하우징(120)에 인접 배치되며, 공기가 유입 및 유출되는 통로를 제공한다. 여기서, 상기 탱크(130)는, 유입되는 공기를 상기 하우징(120)의 내부로 공급하는 유입구(131)와, 상기 하우징(120)을 사이에 두고 상기 유입구(131)와 대칭이 되도록 배치되는 것으로서, 상기 하우징(120)의 내부를 통과한 공기를 외부로 토출시키는 유출구(132)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 하우징(120)의 내부로 유입된 공기가 반대쪽으로 유출되도록 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러(100)를 설계할 수 있게 된다.
상기 헤더플레이트(140)는, 상기 하우징(120)과 탱크(130) 사이에 개재되는 것으로서, 상기 하우징(120) 및 탱크(130)와 결합하여 상기 탱크(130)를 하우징(120)에 고정시킨다. 상기 탱크(130)가 유입구(131) 및 유출구(132)로 구성될 수 있는 바, 상기 헤더플레이트(140)는 상기 유입구(131) 및 유출구(132)에 대응하도록, 한 쌍으로 구비될 수 있다.
도 4는 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 헤더플레이트의 클린칭부가 절곡되기 전,후를 나타낸 사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 헤더플레이트(140)의 가장자리에는, 상기 탱크(130)를 향하여 돌출된 클린칭부(141)가 형성된다. 또한, 상기 탱크(130)는, 상기 헤더플레이트(140) 측의 테두리가 둘레 외측으로 소정의 두께로 돌출된 형상으로 형성된다. 상기 클린칭부(141)가 상기 탱크(130)의 테두리의 돌출된 부분을 감싸도록 절곡됨으로써, 상기 헤더플레이트(140)가 상기 탱크(130)를 하우징(120)에 고정시킬 수 있게 된다.
도 5는 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 하우징과 헤더플레이트가 결합되기 전을 도시한 사시도이며, 도 6은 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 하우징과 헤더플레이트가 결합된 후를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 헤더플레이트(140)와 대면하는 상기 하우징(120)의 단부에는, 상기 하우징(120) 내부의 열교환 코어부(110) 측을 향하여 절곡 형성된 복수개의 절곡부(121)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 헤더플레이트(140)의 내부에는, 상기 헤더플레이트(140)의 내부를 가로지르도록 배치된 복수개의 리브(142)가 구비될 수 있다. 상기 복수개의 리브(142)가 상기 복수개의 절곡부(121) 사이에 각각 삽입됨으로써, 상기 헤더플레이트(140)를 상기 하우징(120)에 결합시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 절곡부(121)는, 상기 하우징(120)의 단부와 연결되는 부분이 소정의 곡률로 곡면을 이루도록 절곡된 형상이며, 상기 리브(142)는, 상기 헤더플레이트(140)의 내부와 연결되는 부분, 즉 상기 절곡부(121)와 접하는 부분이 상기 절곡부(121)의 곡률과 동일한 곡률로 곡면을 이루도록 형성될 수 있다. 상기 리브(142)는, 이러한 상기 절곡부(121)의 곡면 부분과 상기 리브(142)의 곡면 부분이 서로 접하도록 상기 절곡부(121)의 사이에 삽입될 수 있다.
한편, 상기 헤더플레이트(140)는, 내면을 이루는 물질보다 녹는점이 더 낮은 물질이 표면을 이루는 것으로서, 알루미늄을 함유한 클래드(Clad)재로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 하우징(120)과 헤더플레이트(140)를 접촉시킨 후 이를 가열시킴에 따라, 상기 헤더플레이트(140)의 외면이 녹으면서 상기 절곡부(121)와 리브(142)의 접촉된 부분이 용접(브레이징;Brazing)되도록 할 수 있다.
도 7은 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 리브의 형상을 도시한 도면이며, 도 8은 도 1에 나타낸 인터쿨러에 포함된 절곡부와 리브를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 상기 리브(142)는, 유입되는 공기와 대면하는 측의 면이 반타원(Semi-ellipse) 형상의 곡면을 이루도록 형성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 유입구(131) 측의 헤더플레이트(140)에 구비된 상기 리브(142)는, 상기 유입구(131) 측의 면이 반타원의 형상을 이루도록 형성될 수 있으며, 상기 유출구(132) 측의 헤더플레이트(140)에 구비된 상기 리브(142)는, 상기 하우징(120) 측의 면이 반타원의 형상을 이루도록 형성될 수 있는 것이다. 이 경우, 유입되는 공기가 곡면을 타고 부드럽게 흐름으로써, 유입되는 공기가 상기 리브(142)와 부딪힘에 따라 발생하는 압력손실, 충격에 따른 진동 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한, 유입되는 공기의 진행방향을 길이방향으로 하여 상기 절곡부(121)의 폭을 정의하였을 때, 상기 리브(142)는, 유입되는 공기와 대면하는 측의 단부(b)가, 상기 절곡부(121)의 폭(a) 내측에 존재하도록 상기 절곡부(121)의 사이에 삽입될 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, a가 b보다 크거나 같도록, 상기 절곡부(121)와 리브(142)가 제작될 수 있다. 이 경우, 상기 헤더플레이트(140)와 하우징(120) 단부의 접합이 견고해진다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러(100)는, 사이드플레이트(150)와 씰링부재(160)를 더 포함할 수 있다.
상기 사이드플레이트(150)는, 상기 복수개의 열교환 코어부(110)의 측면부와 하우징(120) 사이에 개재되며, 상기 하우징(120)의 외부로 공기와 냉각수가 누출되는 것을 방지한다. 상기 사이드플레이트(150)는, 유입되는 공기의 진행방향을 축으로 하였을 때, 상기 열교환 코어부(110)를 사이에 두고 양 측면부에 배치되도록 한 쌍으로 구비될 수 있다.
상기 씰링부재(160)는, 상기 헤더플레이트(140)의 테두리 부분을 둘러싸도록, 상기 헤더플레이트(140)와 탱크(130) 사이에 개재되며, 유동하는 공기가 상기 헤더플레이트(140)와 탱크(130) 사이로 누출되는 것을 방지한다. 상기 씰링부재(160)는, 상기 유입구(131) 및 유출구(132)에 대응하여 배치되도록 한 쌍으로 구비될 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 인터쿨러(100)에 의하면, 헤더플레이트(140)를 이용하여 탱크(130)를 하우징(120)에 고정시킨 후 브레이징 함으로써, 종래에 탱크(130)를 하우징(120)에 곧바로 용접하거나 볼트조립을 하는 것에 비하여 제품의 제조공정을 단순화할 수 있으며, 제품의 전체적인 중량과 생산 단가를 절감시킬 수 있다.
100 : 인터쿨러 110 : 열교환 코어부
120 : 하우징 130 : 탱크
140 : 헤더플레이트 150 : 사이드 플레이트

Claims (9)

  1. 유입되는 공기와 냉각수가 열교환되도록 하는 열교환 코어부;
    상기 열교환 코어부를 내부에 수용하며, 냉각수가 유입 및 유출되는 통로를 제공하는 하우징;
    상기 하우징에 인접 배치되며, 공기가 유입 및 유출되는 통로를 제공하는 탱크; 및
    상기 하우징과 탱크 사이에 개재되어 상기 하우징에 결합하여, 상기 탱크를 하우징에 고정시키는 헤더플레이트를 포함하고,
    상기 헤더플레이트와 대면하는 상기 하우징의 단부에는, 복수개의 절곡부가 형성되는 인터쿨러.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤더플레이트는,
    상기 복수개의 절곡부 사이에 각각 삽입되는 복수개의 리브를 더 포함하는 인터쿨러.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절곡부는, 상기 하우징의 단부와 연결되는 부분이 소정 곡률의 곡면을 이루도록 절곡된 형상이며,
    상기 리브는, 상기 절곡부와 접하는 부분이 상기 절곡부의 곡률과 동일한 곡률로 곡면을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 절곡부와 리브는, 서로 용접에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 헤더플레이트는, 알루미늄을 함유한 클래드(Clad)재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 리브는, 유입되는 공기와 대면하는 측의 면이 곡면을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
  7. 청구항 6에 있어서,
    유입되는 공기의 진행방향을 길이방향으로 하여 상기 절곡부의 폭을 정의하며,
    상기 리브는, 유입되는 공기와 대면하는 측의 단부가 상기 절곡부의 폭 내측에 존재하도록 상기 절곡부 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환 코어부는, 소정 간격으로 이격되도록 배치되어 냉각수가 흐르는 유로를 형성하는 한 쌍의 튜브플레이트를 포함하는 튜브 복수개와, 상기 복수개의 튜브 사이에 개재되어 공기가 흐르는 유로를 형성하는 복수개의 핀을 포함하며,
    상기 튜브플레이트는, 냉각수가 흐르는 유로 측을 향하여 돌출되어 서로 용접에 의해 결합하며, 유동하는 냉각수에 난류를 형성시키는 복수개의 요철부를 더 포함하는 인터쿨러.
  9. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환 코어부의 측면부와 하우징 사이에 개재되어, 상기 하우징의 외부로 공기와 냉각수가 누출되는 것을 방지하는 사이드 플레이트와,
    상기 헤더플레이트의 테두리를 둘러싸도록 상기 헤더플레이트와 탱크 사이에 개재되어, 유동하는 공기가 상기 헤더플레이트와 탱크 사이로 누출되는 것을 방지하는 씰링부재를 더 포함하는 인터쿨러.
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