KR100351310B1 - 열교환기용타이바클립구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기용 바클립구조에 관한 것으로, 상호 이격된 헤더(10,12)사이에 배설되는 튜브(18)에 횡방향으로 작용하는 열교환기내의 내압에 의해 발생되는 변형에 대한 내성을 증가시키기 위하여, 튜브(18)와 그 사이의 핀(fin)(20)에 의해 형성된 코어의 양측의 사이드부재(22)가 그 사이드부재(22)를 고정하는 절곡단부(32)를 가지는 타이바(30)에 의해 결합되는 구조로 실현된다. 탄성클립(40)이 타이바(30)를 사이드부재(22)에 고정하도록 작용하고, 그 구조에 조립된 클립(40)을 항상 유지하기 위해 유지노치(54)를 포함한다.

Description

열교환기용 타이바클림구조

본 발명은 내연기관에 채용된 냉각수용 라디에이터와 같은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이러한 열교환기에 유용한 타이바 및 클립구조에 관한 것이다.

예를 들면, 현재 차량의 라디에이터와 같은 상당수의 열교환기에는 상호 대향하는 헤더 사이에 배설되는 소위 "평탄튜브"가 채용된다. 그 평탄튜브 사이에는 S 자형의 핀(fin)이 배설되어 그 평탄튜브의 평탄면상에 접합된다.

동작시, 대표적으로 엔진 냉각수와 같은 열교환기내의 액체는 내연기관과 같은 열원으로부터 발생된 열을 흡수하고, 그 결과로서 온도가 상승된다. 이는 열교환기내의 내압도 상승되는 것을 의미한다. 튜브는 평탄하기 때문에 그 튜브의 측벽의 평탄한 내면에 대해서 내압이 작용하게 되고, 잘 알려진 바와 같이 그 압력은 튜브가 둥글게 부풀도록 한다.

플레이트핀 열교환기에 있어서, 플레이트핀은 튜브의 측벽을 규제함으로써 필요한 압력억제작용을 제공하게 된다. 그러나, S 자형 핀은 압력에 따라서 튜브가 팽창하는 것으로부터 튜브의 최소 치수를 규제하기에는 강도가 충분하지 않다. 그 결과, 가압시 열교환기는 튜브의 횡방향으로 팽창하는 경향이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 , 열교환기에는 통상적으로 튜브와 S 자형 핀의 양측에 사이드부재가 사용된다. 그 사이드부재는 대체로 튜브와 같이 이 헤더사이에 배설되고, 강성 (剛性)을 증가시키기 위해 채널로 형성된다. 따라서, 튜브의 횡방향의 팽창력은 대부분의 열교환기 구조에서 사이드부재의 양단을 고착시키는 헤더 그 자체 뿐만 아니라 사이드부재에 의해 제공되는 강도만큼 내성을 가지는 열교환기 코어의 사이드부재에 전달될 수 있다.

많은 예에 있어서, 일반적으로 이러한 형태의 억제작용은 비교적 짧은 튜브와 사이드부재를 가지는 비교적 소형의 열교환기에서는 유효하다. 비교적 긴 튜브와 사이드부재를 가지는 대형의 열교환기에서는 해당 열교환기내의 내압에 의한 변형에 내성을 갖도록 대체로 사이드부재의 강성을 증가시킬 필요가 있다. 이는 부가적인 부재를 필요로 함에 따라서 열교환기의 코스트를 증가시키게 될 뿐만 아니고, 동일한 이유로 열교환기의 중량을 증대시키게 된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 주 목적은 열교환기 (라디에이터)의 내압에 따라서 튜브의 횡방향의 변형에 대한 내성을 부여하기 위한 개량된 수단을 가지는 엔진 냉매용 라디에이터와 같은 신규의 개선된 열교환기를 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 열교환기에 용이하게 적용되고, 기능의 신뢰성이 매우 높은 수단을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 각각 다수의 튜브수용공을 가지며, 양쪽 헤더의 튜브수용공이 서로 대향하여 정렬되는 상호 이격된 1쌍의 헤더와, 상기 헤더 사이에 배설되어 이에 고착되고, 상기 튜브수용공에 양단이 정렬 · 수용되어 밀폐되는 다수의 길다란 튜브와, 상기 인접한 튜브 사이에 배설되고, 이에 고착되어 상기 튜브와 함께 라디에이터 코어를 형성하는 핀(fin)과, 상기 코어를 사이에 두고, 상기 헤더 사이에 배설되는 1쌍의 사이드부재와, 상기 사이드부재 사이에 배설되어 상기 튜브의 횡방향으로 상기 코어에 대한 속박 및 압력의 내성을 제공하는 최소한 하나의 타이바와, 상기 타이바의 일단에 설치되어 상기 타이바와 상기 사이드부재를 고정하는 최소한 하나의 클립으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라디에이터를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 타이바의 양 단부에 2개의 클립이 사용된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 코어의 양면상에 하나씩 2개의 타이바가 설치된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 사이드부재는 이격된 다리부를 가지며 상기 코어로부터 반대쪽으로 개방된 채널이고, 상기 각 타이바는 상기 하나의 채널다리부에 고정되는 절곡단부를 가지고, 상기 클립은 상기 타이바와 상기 하나의 다리부에 설치되어, 상기 타이바를 상기 하나의 다리부에 고정하는 제1 고착부와, 상기 타이바를 고정 및 파지하여 진동, 압력사이클링, 열사이클링 등에 기인하는 변위에 대해 상기 제1 고착부를 그 위치에 유지하는 유지수단을 포함하는 제2 유지부를 가진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 클립은 탄성을 가지며 대략 U 자형이고, 상기 제1 고착부는 U 자형 클립의 2개의 다리부와 절곡부로 이루어지고, U 자형 클립의 하나의 다리부는 타이바의 절곡단부를 끼우도록 이에 대응하는 치수와 동등한 폭을 가지는 슬롯과, 그 슬롯의 한쪽에 클립을 유지하기 위해 상기 절곡단부와의 계합을 위한 최소한 하나의 유지노치를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 슬롯의 양쪽에 서로 대향하는 2개의 유지노치가 포함되고, 상기 슬롯은 이 유지노치의 앞에서 타이바의 대응하는 치수보다 약간 좁다. 클립의 탄성이 슬롯을 닫는 동시에 노치를 타이바와 결합시킨다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 노치는 클립의 절곡부와 대향하는 유지에지를 가지고, 상기 슬롯의 에지는 이 유지에지에 이어져 테이퍼된다.

또한, 바람직한 실시예에 있어서, 슬롯은 그 슬롯내로의 타이바의 인입이 용이하도록 절곡부를 통해 다른 다리부내로 일부 연설된다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 따라서 상세히 설명한다.

본 발명에 따라서 제조된 열교환기의 예시적인 실시예에 대하여 차량에 채용되는 내연기관의 냉각수를 냉각시키기 위한 라디에이터와 관련해서 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 열교환기가 내연기관의 냉각수를 냉각시키기 위해 채용되는 차량에 한정되지 않는다. 나아가서는, 본 발명은 열교환기의 내압이 튜브의 횡방향으로 발생하도록 작용하는 어떠한 열교환기에도 유효하게 채용될 수 있다.

제1도 및 제2도에 있어서, 열교환기는 주지된 구성의 대향하여 평행으로 일정한 간격으로 이격된 헤더 플레이트(10,12)를 포함한다. 공지된 바와 같이, 제3도에서 알 수 있는 바와 같이 각 헤더플레이트(10,12)는 통상의 평탄튜브(18)의 단부(16)를 받기 위한 다수의 튜브수용공(14)을 포함하고, 그 평탄튜브(18)는 헤더(10,12) 사이에 배설된다. 또, 그 튜브(18)의 단부(16)는 전술한 바와 같이 튜브수용공(14)내에 끼워지고, 예를 들면 납땜, 용접, 접합 또는 이들의 조합에 의해 그 튜브수용공(14)에 고착되어 밀폐된다.

또, 통상의 S 자형 핀(fin)(20)이 인접한 튜브(18) 사이에, 또한 그 튜브(18) 및 핀(20)에 의해 형성되는 열교환기 코어의 양측의 사이드부재(22)와 최외측 튜브(18) 사이에 배치된다. 사이드부재(22)는 헤더(10,12) 사이에 배설되고, 제3도에서 알 수 있는 바와 같이 채널중앙부(26)로부터 연장되는 서로 이격된 채널다리부(24)를 가진 외향개방채널형태로 형성된다. 또한, 제3도에서 알 수 있는 바와 같이 S 자형 핀(20)은 루버형태이고, 튜브(18)의 평탄한 측면(28)과 접한다. 그 핀(20)은 일반적으로 튜브 측면(28)에 용접 또는 납땜된다.

제1도 및 제2도에 있어서, 코어의 양단부의 중간부분, 즉 헤더(10,12) 사이의 대략 중간부분에 타이바(30)가 설치된다. 그 타이바(30)는 고탄성강도를 가지는 재료로 형성되고, 채널다리부(24) 중 대응하는 하나의 끝에지를 덮는 절곡단부(32)를 가진다. 제3도에 도시된 바와 같이, 절곡단부(32)는 채널다리부(24)의 외측에지, 즉 열교환기의 제작 도중 내압이 인가되기 전에 채널의 중앙부(26)로부터 가장 먼 위치의 다리부(24)의 끝에 고정된다. 그 결과, 사이드부재(22)에는 헤더(10,12)자체에 사이드부재(28)가 지지되는 경우에 가능한 것보다 상당히 긴 튜브(18)의 사용이 가능하도록 그 사이드부재(22)의 중간부분의 지지력이 증가된다. 일반적으로, 열교환기가 다수의 튜브열의 열교환기(제3도에는 2개의 튜브열의 열교환기)인 경우 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이 코어의 각 면상에 타이바(30)를 설치하는 것이 바람직하다.

타이바(30)의 양호한 탄성강도의 결과로서, 튜브(18)의 횡방향으로 열교환기의 상당한 신장의 내성이 제공된다. 이는 주지된 바와 같이 반복적인 압력사이클링 후에 저하되는 튜브-헤더 결합부를 비롯한 열교환기 구성소자의 피로를 최소화하게 된다. 물론, 어떤 경우에는 코어의 각 면상에 1 이상의 타이바(30)를 설치하는 것도 바람직하다. 예를 들면, 매우 긴 코어에 대해서는 한측면에 2 이상의 타이바(30)를 사용해도 된다.

타이바(30)의 설치를 간단하게 하기 위해서는, 절곡단부(32)가 타이바(30)의 본체에 대해 대략 90° 로 되는 것이 중요하다. 절곡단부(32)와 타이바(30)의 본체 사이의 각도가 타이바(30)에 대하여 후크형으로 되도록 예각으로 되는 경우 큰 결합이 어려워지고, 때로는 비 실용적인 형태로 된다.

동시에, 타이바(30)에 대해 절곡단부(32)가 90° 로 되면, 사용중 열교환기내에 존재하는 여러가지 응력으로 절곡단부(32)와 그에 결합된 채널다리부(24)와의 결합이 풀어지기 쉽다. 물론, 그러한 경우에는 압력에 대한 지지력이 즉시 상실된다. 따라서, 타이바(30)를 적절하게 유지시킬 어떠한 수단을 제공하는 것이 요구된다. 여러 종류의 체결장치가 채용될 수 있지만, 열교환기의 제조비용을 최소화하도록 장착이 용이하고 저가의 수단을 제공하는 것이 요구된다.

본 발명에 따르면, 전술한 유지수단의 바람직한 특성을 가진 타이바(30)의 정확한 유지는 고정클립의 사용에 의해 실현된다. 그 고정클립의 예시적인 실시예로서, 참조부호(40)으로 표시된 고정클립이 제4도에 사시도로 도시되어 있다. 제1도 및 제2도로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 4개의 클립(40)이 2개의 타이바(30)의 각 단부에 하나씩 채용된다.

제4도 내지 제7도를 참조하여 클립(40)의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 클립(40)은 대략 U 자형이면서, 하나의 평탄한 다리부(42), 이 다리부(42)와 이격지어 이에 대략 평행으로 슬롯(45)을 가진 다리부(44), 및 이어지는 슬롯(45)을 가진 상호연결절곡부(46)를 가지고 있다. 각 클립(40)은 반드시 그렇지는 않지만 대체로 금속과 같은 탄성재료로 구성된다. 다리부(42,44)는 길이가 동일하거나 다를 수도 있지만, 바람직한 실시예에서는 다리부(44)의 길이가 다리부(42)보다 짧다. 다리부(42)는 평탄한 반면에, 다리부(44)는 그 다리부(42)에 대하여 구부러져 있으며, 도면에서 잘 알 수 있는 바와 같이 안내면으로 작용하는 토(toe)(50)를 포함한다. 다리부(44)에서의 슬롯(45)의 부분은 제5도에 도시된 바와 같이 대향하는 에지(52)를 포함한다. 슬롯(45)에 있어서, 각 에지(52)는 절곡부(46)측의 각 유지노치(54)에 이어진다. 각 유지노치(54)는 유지에지(56)를 통해 에지(52)에 이어지고, 유지에지(56)는 절곡부(46)에 평행으로 이와 대향한다.

토(50)의 부분의 슬롯(45)은 타이바의 폭보다 넓은 반면에, 유지노치(54)의 에지(56)에서는 슬롯(45)이 타이바(30)의 대응하는 치수보다 약간 좁고, 그 노치(54) 자체는 대략 타이바와 동일한 폭을 가진다.

제4도 및 제5도에서 알 수 있는 바와 같이, 다리부(44) 사이 및 절곡부(46)에서의 슬롯(45)은 단부(58)에서 끝나도록 부분적으로 다리부(42)내로 연설될 수 있다. 슬롯(45)이 절곡부(46)를 통해 다리부(42)내로 부분적으로 연설되도록 하는 목적은 슬롯(45)의 양쪽의 다리부분(60,62)이 서로 충분하게 벌어져서 타이바(30)의 절곡단부(32)가 다리부분(60,62)사이의 슬롯(45)을 통과하여 클립(40)이 타이바상에 고정될 수 있도록 하기 위한 것이다.

제3도 내지 제8도를 참조하면, 각 클립(40)이 설치되는 방식이 명백해질 것이다. 각 타이바(30)는 코어의 양쪽에서 결합되며, 타이바(30)의 절곡단부(32)는대응하는 채널다리부(24)의 외끝부(70)와 결합된다. 이어서, 클립은 짧은 다리부(44)가 제3도에서 알 수 있는 바와 같이 사이드부재(22)의 채널내에 위치되도록 향한다. 따라서, 클립이 제6도에 도시한 바와 같이 결합되지 않은 상태인 경우 다리부(44)는 다리부(42)를 향해 다소 안쪽으로 좁아지고, 토(50)의 베이스에서 노즈(72)는 다리부(42)로부터 타이바(30)와 채널다리부(24)의 전체 두께보다 작은 간격으로 되어 있다. 그러나, 토(50)의 단부와 다리부(42) 사이의 간격은 상기한 2개의 구성요소의 전체 두께보다 커지고, 그에 따라서 타이바의 절곡단부(32)가 끼워지는 다리부분(60,62) 사이의 슬롯(45)에 의해 클립(40)을 제3도에 도시된 바와 같이 우측에서 좌측으로 누르면 다리부(42,44)는 그 클립(40)이 제3도에 도시된 위치를 취할 수 있도록 다소 벌어진다. 이와 동시에, 테이퍼에지(52)에 의해 다리부분(60,62)은 클립(40)이 채널다리부(24)상으로 이동함에 따라서 절곡단부(32)에 의해 다소 벌어진다. 이 점에서 노치(54)의 크기는 타이바(32)의 폭에 따라 정해지며, 클립(40)이 제3도에 도시된 바와 같이 다리부(24)상으로 완전하게 이동된 경우, 유지에지(56)가 절곡단부(32)의 내측면(74)(제8도)을 바로 지나게 된다. 이어서, 클립의 탄성에 의해 다리부분(60,62)이 절곡단부(32) 뒤의 면(56)과 함께 고정하여 클립의 이탈을 방지하도록 작용하게 된다. 따라서, 다리부(42,44)는 절곡부(46)와 함께 고정수단으로 작용함으로써, 타이바(30)는 그 절곡부에서 사이드부재(22)에 고정되며, 노치(54)는 클립(40)이 진동 또는 압력이나 열 사이클링의 결과로서 헐거워지는 것을 방지하도록 타이바(30)의 절곡단부(32)를 파지하는 유지수단으로서 작용하게 된다.

다른 방법으로서, 클립(40)을 타이바(30)의 절곡단부(32)에 먼저 끼운 후에, 채널다리부(24)에 고정할 수도 있다.

어떤 경우에는, 사이드부재(22)의 채널은 코어를 향해 개방될 수 있고, 그 경우에는 본 발명의 클립을 사용하기 위해 채널중앙부(26)에 클립을 끼울 수 있는 개구를 요한다.

전술한 설명으로부터 타이바와 클립의 독특한 결합은 평탄튜브내에서 횡방향으로 작용하는 압력에 대하여 열교환기를 지지하기 위한 간단하면서도 저가이고 간편하게 사용할 수 있는 수단을 제공하는 것을 알 수 있을 것이다. 설치시에 특별한 도구를 요하지 않는다. 또한, 타이바는 용이하게 형성되고, 채널다리부(24)상에 결합하기 어려운 후크형 단부를 갖지 않는다. 또한, 하나의 부재로서의 클립(40)을 사용함으로써, 사이드부재(22)에 타이바를 고정하는 수단과, 열교환기 및 동작환경에서 공통적으로 나타내는 내압에 대하여 클립을 적절하게 유지하는 수단을 항상 확실하게 보장할 수 있다.

제1도는 본 발명에 따라서 제조된 열교환기, 특히 라디에이터의 정면도.

제2도는 라디에이터의 측면도.

제3도는 라디에이터의 한쪽의 확대된 부분분해단면도.

제4도는 본 발명에 사용된 고정클립의 바람직한 형태의 확대사시도.

제5도는 고정클립의 한쪽의 입면도.

제6도는 제5도의 도면으로부터 대략 90° 위치에서 나타낸 고정클립의 도면.

제7도는 고정클립의 저면도.

제8도는 제3도의 8-8 선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10,12) : 헤더, (14) : 튜브수용공, (18) : 평탄튜브, (20) : S자형 핀,

(22) : 사이드부재, (30) : 타이바, (40) : 고정클립.

Claims (8)

1. 서로 대향하여 정렬된 다수의 튜브 수용공 중 각각 한쪽의 튜브 수용공을 가지며 상호 이격된 1쌍의 헤더,

   상기 헤더 사이로 연장되어 고정되고, 상기 정렬된 양쪽의 튜브 수용공에 양단이 각각 수용 및 밀폐되어 있는 다수의 기다란 튜브,

   상기 인접한 튜브 사이로 연장되고 고정되어 상기 튜브와 함께 라디에이터 코어를 이루는 핀(fin),

   상기 코어를 사이에 두고 상기 헤더 사이로 연장되며, 각각 이격된 복수의 다리부를 가지며 상기 코어로부터 반대쪽으로 개방된 채널로 되어 있는 1쌍의 사이드 부재,

   상기 사이드 부재 사이로 연장되어 상기 튜브의 횡방향으로 상기 코어에 대한 속박 및 압력의 내성을 제공하며, 상기 사이드 부재의 하나의 다리부에 고정되어 있는 횡단부를 가지는 최소한 하나의 타이바와, 그리고

   상기 타이바의 일단에 설치되고 상기 타이바와 상기 사이드부재 중 하나에 고정되어 이들을 함께 고정하며, 상기 타이바와 상기 하나의 다리부에 설치되어 상기 타이바를 상기 하나의 다리부에 고정하는 제1 고착부와,

   상기 타이바를 고정 및 파지하여 진동, 입력사이클링, 열사이클링에 기인한 변위에 대해 상기 제1 고착부를 제자리에 유지하는 유지 수단을 포함하는 제2 유지부를 가지는 최소한 하나의 클립

   을 포함하는 라디에이터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 클립은 탄성을 가지며 대략 U 자형이고,

   상기 제1 고착부는 U 자형 클립의 2개의 다리부와 절곡부로 이루어지고,

   상기 U 자형 클립의 하나의 다리부는 상기 타이바의 횡단부를 수용하도록 상기 횡단부의 대응 치수와 동등한 폭을 가지는 슬롯, 그리고 상기 슬롯의 한쪽에 상기 클립을 유지하기 위해 상기 횡단부와 맞물리는 최소한 하나의 유지 노치를 포함하는 라디에이터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 슬롯의 양쪽에 서로 정렬되어 있는 2개의 유지 노치가 포함되고, 상기 유지 노치에서의 상기 슬롯은 상기 대응 치수보다 약간 좁은 라디에이터.
4. 제3항에 있어서,

   상기 노치는 상기 클립의 절곡부와 대향하는 유지 에지를 가지고, 상기 슬롯은 상기 유지 에지에 이어진 경사면을 가지는 라디에이터.
5. 각각 다수의 튜브수용공을 가지며, 양쪽 헤더의 튜브수용공이 서로 대향하여 정렬되는 상호 이격된 1쌍의 헤더,

   상기 헤더 사이에 배설되어 이에 고착되고, 상기 튜브수용공에 양단이 정렬· 수용되어 밀폐되는 다수의 길다란 튜브,

   상기 인접한 튜브 사이에 배설되고, 이에 고착되어 상기 튜브와 함께 라디에이터 코어를 형성하는 핀,

   상기 코어를 사이에 두고, 상기 헤더 사이에 배설되는 1쌍의 사이드 부재,

   상기 사이드 부재 사이에서 상기 코어의 양쪽 위로 연장되고, 각각 대응하는 사이드 부재의 최외곽부를 감싸는 다리부를 갖는 얕은 U 자형의 1쌍의 타이바, 그리고

   상기 타이바의 각 단부에 하나씩 설치되고, 한몸 구조이고, 대응하는 상기 타이바의 단부를 해당 사이드 부재에 고정하는 고정부, 그리고 상기 단부 중 하나와 상기 타이바를 파지하는 유지부를 가지는 다수의 탄성 클립을 포함하며, 상기 유지부는 변위력에 대해 상기 클립을 그 위치에 유지시키는 라디에이터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 각 클립은 탄성재로 형성되고, 절곡에 의해 일단이 연결된 1쌍의 상호 이격된 다리부를 가지며,

   상기 다리부의 하나는 대응하는 타이바의 치수와 같은 폭으로 그 길이를 따라서 슬롯이 형성되고,

   상기 슬롯은 절곡부에 접근함에 따라 좁아지고,

   상기 슬롯은 그 중간에서 상기 대응하는 타이바의 치수보다 약간 좁은 횡방향 유지면을 가지는 라디에이터.
7. 제6항에 있어서,

   상기 사이드 부재는 상기 코어로부터 반대쪽으로 뻗는 채널 다리부를 가지는 채널이고,

   상기 타이바의 다리부는 해당 채널 다리부의 최외곽부와 맞물리고,

   상기 각 클립은 대응하는 타이바의 단부와 해당 채널 다리부를 그 사이에 지지하는 다리부와 상기 채널 다리부의 바깥에 있는 절곡부를 가지고, 상기 타이바의 다리부는 상기 클립 다리부의 슬롯 내에 끼워지고,

   상기 유지 에지는 상기 클립 절곡부에 대향하여 상기 타이바의 다리부와 맞물리는 라디에이터.
8. 제5항에 있어서,

   상기 유지부는 상기 타이바를 파지하는 라디에이터.