KR101080608B1 - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탱크의 길이방향 이동 및 폭방향 팽창에 따른 변형을 방지하기 것으로서, 일정한 간격을 두고 병렬로 배열되는 다수의 튜브(30)와 상기 튜브사이에 개재되는 핀(40); 상기 튜브(30) 양단이 삽입되는 튜브삽입홀(13) 및 폭방향으로 서로 대향되게 연장 형성되는 탱크결합부(14)를 포함하는 헤더(10); 열교환매체가 유동 가능하도록 상기 탱크결합부(14)와 결합되어 내부에 폐공간이 형성되며, 상기 탱크결합부(14)와 결합되도록 폭방향으로 서로 대향되게 연장 형성되는 헤더결합부(22)를 포함하는 탱크(20); 를 포함하는 열교환기에 있어서, 상기 탱크결합부(14)의 길이방향 단부에는 적어도 한 개 이상의 홈(11)이 형성되고 상기 홈(11)에 대응되어 개재되도록 상기 헤더결합부(22)에 적어도 한 개 이상의 결합돌기(21)가 형성되며, 상기 헤더결합부(22)의 길이방향 단부에는 일정간격으로 다수개의 탭(23)이 돌출 형성되고, 상기 헤더결합부(22)에 형성된 상기 결합돌기(21)와 상기 탭(23)은 상기 탱크(20)의 원주방향을 기준으로 중심선이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

홈, 탱크결합부, 결합돌기, 헤더결합부, 탭

Description

열교환기{Heat Exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탱크의 길이방향 이동 및 폭방향 팽창에 따른 변형을 방지하기 위해 상기 헤더의 길이방향 단부에 홈을 형성하고 상기 탱크에 상기 홈에 대응하는 결합돌기를 각각 구비시키고, 상기 탱크에 상기 헤더와 결합을 위한 탭을 구비한 헤더와 탱크의 결합구조에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기(Heat Exchanger)는 전열벽(傳熱壁)을 통해 온도가 높은 유체로부터 온도가 낮은 유체에 열을 전달하는 장치를 의미하는 것으로서 차량용 열교환기에는 콘덴서, 증발기, 라디에이터, 히터 등이 사용되고 있다.

본 발명은 한쌍의 헤더와 탱크를 구비한 열교환기에 통용될 수 있는 것이나, 설명을 용이하게 하기 위해 응축기에 관하여만 약술하도록 한다.

일반적으로 자동차용 응축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 증발기(미도시)를 통과하면서 증발된 가스 상태의 열교환매체가 압축기에서 고온 고압으로 압축되고 이 압축된 고온 고압의 열교환매체가 응축기(100)를 통화하면서 보다 낮은 온도의 외부 공기에 열을 방출하고, 액체상태의 열교환매체로 변환시키는 열교환기로 한 쌍의 헤더(110) 및 상기 헤더와 결합된 탱크(120) 사이로 핀(140)과 튜브(130)가 교대로 적층되어 코어부를 형성하고, 차체에 코어를 고정할 있는 브라켓(braket,170)과 외부로부터 응축기를 보호할 수 있는 뎀핑 루버(damping rubber, 미도시), 열교환매체의 입출관 및 상기 헤더 및 탱크의 상하부에서 열교환매체의 누설을 방지하도록 상부하부 엔드캡(150, 160)으로 구성된다.

이러한 응축기 등 열교환기에 있어서 상기 헤더(110)와 상기 탱크(120)의 상대 이동운동을 규제하기 위해 칼소닉 칸세이 가부시끼가이샤는 상기 헤더와 탱크의 결합구조를 특허출원(발명의 명칭 : 열교환기의 탱크 구조, 출원일 : 2006.09.14, 출원번호 : 제10-2006-0088778호)한 바 있다. 이와 관련하여 도 2을 참고로 상술하면, 한 쌍의 헤더탱크와 이들 한 쌍의 헤더탱크 사이에 배치되는 복수의 튜브(미도시)와 핀(미도시)으로 구성되는 코어부를 구비하고, 상기 헤더탱크를 각 튜브의 단부가 삽입 관통하여 고정되는 헤더(110)와 상기 헤더(110)에 딱 맞게 포개지는 탱크(120)와 상기 헤더(110) 및 탱크(120) 사이에 개재되는 적어도 2매의 분할 플레이트(D)로 구성하고, 적어도 상기 헤더, 탱크 및 분할 플레이트(110, 120, D)를 임시 조립한 상태에서 탱크 전체를 납땜 고정하도록 한 열교환기의 탱크 구조에 있어서, 상기 헤더(110)와 탱크(120)의 길이방향의 상대 이동을 규제하는 위치 규제 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 위치 규제 수단으로 제1돌출부(115) 및 탱크(120)의 개구부(123)와 헤더(110)의 계지단차부(116)가 분할플레이트(D)의 운동을 억제하고, 이 결과 상기 헤더(110)와 상기 탱크(120)의 길이 방향의 상대 이 동을 억제하는 기능을 수행한다. 그러나 이와 같은 발명은 개구부(123)와 분할 플레이트(D)의 결합시 상기 개구부(123)측으로 열교환매체가 누설될 염려가 있고, 헤더 및 탱크의 구조가 복잡하여 그 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

열교환기의 헤더 및 탱크의 결합구조에 있어서 길이방향 및 폭방향으로 어긋나는 문제점이 있는바, 이를 위해 열교환기의 생산공정, 이송, 차량에의 장착과정 및 차량의 진동 등에 따른 헤더와 탱크가 어긋나는 것을 해결하여 결과적으로 열교환기의 내구성을 향상시키기 위함이다.

헤더와 탱크간의 상대 이동을 제한하며, 그 내구성을 강화시키기 위한 본 발명은 일정한 간격을 두고 병렬로 배열되는 다수의 튜브와 상기 튜브사이에 개재되는 핀; 상기 튜브 양단이 삽입되는 튜브삽입홀 및 폭방향으로 서로 대향되게 연장 형성되는 탱크결합부를 포함하는 헤더; 열교환매체가 유동 가능하도록 상기 탱크결합부와 결합되어 내부에 폐공간이 형성되며, 상기 탱크결합부와 결합되도록 폭방향으로 서로 대향되게 연장 형성되는 헤더결합부를 포함하는 탱크; 를 포함하는 열교환기에 있어서, 상기 헤더와 탱크의 결합 후 상기 탱크의 길이방향 이동 및 폭방향 팽창을 방지하기 위해, 상기 탱크결합부의 길이방향 단부에는 적어도 한 개 이상의 홈이 형성되고 상기 홈에 대응되어 개재되도록 상기 헤더결합부에 적어도 한 개 이상의 결합돌기가 형성되며, 상기 헤더의 외주면을 감싸도록 상기 헤더결합부의 길이방향 단부에는 일정간격으로 다수개의 탭이 돌출 형성되고, 상기 헤더결합부에 형성된 상기 결합돌기와 상기 탭은 상기 탱크의 원주방향을 기준으로 중심선이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤더결합부에 형성된 상기 결합돌기는 사각형상이며, 상기 홈은 이에 대응한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탭의 시작부의 폭은 상기 결합돌기의 폭보다 크거나 동일한 것을 특징으로 한다.

상기한 발명에 의해, 상기 헤더와 탱크의 그 결합시 결합 깊이를 조절할 수 있음은 물론, 생산 공정이나 이송 중에 외부에서 충격을 받을 경우 헤더와 탱크의 어긋남을 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기한 문제점을 해결하고자 한 본 발명을 첨부한 도면을 참고로 상술하도록 한다.

도 3(a)는 본 발명에 따른 열교환기에서 헤더와 탱크의 분해 사시도이며, 도 3(b)는 본 발명에 따른 열교환기에서 헤더와 탱크의 결합사시도이고, 도 4는 본 발 명에 따른 열교환기에서 탱크의 일부 절개 사시도이다. 도 5은 본 발명에 따른 열교환기에서 또 다른 헤더와 탱크의 분해 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 열교환기에서 헤더와 탱크의 결합 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참고하면, 일정한 간격을 두고 병렬로 배열되는 다수의 튜브(30)와 상기 튜브사이에 개재되는 핀(40); 상기 튜브(30) 양단이 삽입되는 튜브삽입홀(13) 및 폭방향으로 서로 대향되게 연장 형성되는 탱크결합부(14)를 포함하는 헤더(10); 열교환매체가 유동 가능하도록 상기 탱크결합부(14)와 결합되어 내부에 폐공간이 형성되며, 상기 탱크결합부(14)와 결합되도록 폭방향으로 서로 대향되게 연장 형성되는 헤더결합부(22)를 포함하는 탱크(20); 를 포함하는 열교환기에 있어서, 상기 헤더(10)와 탱크(20)의 결합 후 상기 탱크(20)의 길이방향 이동 및 폭방향 팽창을 방지하기 위해, 상기 탱크결합부(14)의 길이방향 단부에는 적어도 한 개 이상의 홈(11)이 형성되고 상기 홈(11)에 대응되어 개재되도록 상기 헤더결합부(22)에 적어도 한 개 이상의 결합돌기(21)가 형성되며, 상기 헤더(10)의 외주면을 감싸도록 상기 헤더결합부(22)의 길이방향 단부에는 일정간격으로 다수개의 탭(23)이 돌출 형성되고, 상기 헤더결합부(22)에 형성된 상기 결합돌기(21)와 상기 탭(23)은 상기 탱크(20)의 원주방향을 기준으로 중심선이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 홈(11) 및 상기 결합돌기(21)를 구비함으로 인하여, 상기 헤더(10)와 탱크(20)의 체결시 보다 용이하게 상기 양 자(10,20)를 체결할 수 있으며, 이로 인해 체결공수 및 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이러한 구성으로 인하여 열교환기의 제작 또는 이송 중 헤더(10) 길이방향으로 탱크(20)의 상대운동을 방지할 수 있을 것이다.

이와 같은 홈(11) 및 상기 결합돌기(21)는 다양하게 제작 가능할 것이나, 본 발명에 있어서, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 탱크결합부(14)의 길이방향 단부에 홈(11)이 구비되며, 헤더결합부(22)측에 상기 결합돌기(21)가 형성되는 것으로 한정한 것이다. 도시하지는 아니하였으나, 이는 반대로 탱크결합부(14)의 길이방향 단부에 상기 결합돌기(21)가 구비되며, 헤더결합부(22)측에 홈(11)이 구비될 수 있다. 또한, 상기 결합돌기(21) 및 홈(11)이 상기 탱크결합부(14)에 교대로 형성될 수 있으며, 이에 대응하여 상기 헤더결합부(22)측에 상기 결합돌기(21) 및 홈(11)이 반대로 형성될 수 있을 것이다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 홈(11)에 상기 결합돌기(21)가 개재될 때, 탱크의 폭방향 이동을 제한하고, 상기 헤더(10)와 탱크(20)의 결합력을 더욱 강화시키기 위해, 상기 홈(11)이 상기 탱크결합부(14)의 면내에 구비되어 상기 결합돌기(21)와 체결시킬 수 있을 것이다. 이러한 구조로 인하여 상기 탱크(20)가 상기 헤더(10)에 결합될 때 단순히 탱크(20)측에 소정의 힘만 가하더라도 상기 결합돌기(21)가 상기 홈(11)에 삽입되어 탱크(20)의 상하 및 폭방향 운동을 제한할 수 있는 효과가 발생될 것이다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기 헤더(10)와 체결하여 상기 탱크의 폭방향 팽창을 방지하기 위해 상기 헤더결합부(22)의 길이방향 단부에는 일정간격으로 다수개의 탭(23)이 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 탭(23)을 더 구비함으로 인하여, 상기 헤더(10)의 외주면을 감싸 내부를 유동하는 열교환매체의 누설을 방지할 수 있을 것이다. 상기 홈(11) 및 상기 결합돌기(21)에 응력이 집중된 점을 보완하며, 상기 헤더(10) 내지는 탱크(20)가 쉽게 파손되는 것을 방지할 수 있고, 상기 탱크(20) 및 헤더(10)의 체결력을 강화시킬 수 있을 것이고, 이로 인해 상기 탱크 또는 헤더의 폭방향팽창 방지 내지 변형을 방지할 수 있고 내구성을 향상시킬 수 있을 것이다.

또한, 상기 탭(23)이 상기 헤더(10)의 외주면을 감싸면서 압력을 가할 때 상기 헤더(10)가 소정의 깊이 이상으로 탱크(20)내로 삽입될 수 있을 것이나, 상기 탱크결합부(14)내에 구비된 홈(11) 및 상기 헤더결합부(22)에 구비되어 상기 홈(11)과 결합되는 상기 결합돌기(21)로 인하여 헤더(10)의 탱크(20)내로 과도한 삽입을 방지할 수 있다.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 상기 헤더결합부(22)에 형성된 상기 결합돌기(21)와 상기 탭(23)은 상기 탱크(20)의 원주방향을 기준으로 중심선이 일치하도록 형성시킴으로 인해 상기 헤더(10)와 탱크(20)의 체결력을 증가시킬 수 있고, 내부 압력팽창 등으로 인한 벌어짐을 방지할 수 있는 효과가 있다. 일반적으로 응력은 상기 탭(23)과 상기 헤더결합부(22)의 연결부측에 집중된다. 이와 같은 문제점을 인식하여 상기 결합돌기(21)와 탭(23)을 원주방향으로 동일선상에 위치시킴으로써 상기 탭(23) 또는/및 상기 헤더결합부(22)에 있어서 상기 탭(23)과의 연결부위 의 변형 및 파손을 방지하고자 함이다.

상기 헤더결합부(22)에 형성된 상기 결합돌기(21)는 사각형상이며, 상기 홈(11)은 이에 대응한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 홈(11) 및 그에 대응되어 개재되는 상기 결합돌기(21)의 형상과 관련하여 홈(11)은 원형으로 하며, 상기 결합돌기(21)는 반구형으로 될 수도 있고 기타 다양한 형상으로의 설계변경이 가능함은 물론이다. 상기 결합돌기가 사각형상이며 상기 홈이 이에 대응한 형상으로 이루어진 것은 상기 헤더(20)에 결합된 상기 탱크(10)의 운동을 크게 제한하고, 그 제작의 용이성 및 상기 헤더(20)와 탱크(10)의 체결력의 강화를 위함이다. 또한, 상기 양자(11,21) 단면의 형상이 사각형상으로 됨으로 인하여 탱크의 상하운동을 제한할 수 있음은 물론, 폭방향 운동까지 제한할 수 있는 효과가 있다. 또한 이로 인하여 상기 결합돌기(21)와 상기 홈(11)이 직선형태로 맞닿아 상기 헤더(10)의 삽입 깊이를 일정하게 유지하는데 용이하다.

또한 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 상기 탭(23)의 시작부의 폭(W₁)은 상기 결합돌기(21)의 폭(W₂)보다 크거나 동일한 것이 바람직하다. 이는 상기 탱크(20)에 상기 결합돌기(21)를 형성할 때 상기 탱크(20)에 가해지는 변형을 최소화할 수 있고, 상기 탱크(20)와 상기 헤더(10)간의 결합시 리크가 발생하지 않도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 열교환기의 사시도.

도 2는 종래의 열교환기에서 헤더와 탱크의 분해 사시도.

도 3(a)는 본 발명에 따른 열교환기에서 헤더와 탱크의 분해 사시도.

도 3(b)는 본 발명에 따른 열교환기에서 헤더와 탱크의 결합사시도.

도 4는 본 발명에 따른 열교환기에서 탱크의 일부 절개 사시도.

도 5은 본 발명에 따른 열교환기에서 또 다른 헤더와 탱크의 분해 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 열교환기에서 헤더와 탱크의 결합 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 열교환기에서 헤더를 나타내는 사시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

헤더 : 10 홈 : 11

튜브삽입홀 : 13 탱크 결합부 ; 14

탱크 : 20 결합돌기 : 21

헤더 결합부 : 22 탭 : 23

튜브 ; 30 핀 : 40

Claims (3)

1. 일정한 간격을 두고 병렬로 배열되는 다수의 튜브(30)와 상기 튜브사이에 개재되는 핀(40); 상기 튜브(30) 양단이 삽입되는 튜브삽입홀(13) 및 폭방향으로 서로 대향되게 연장 형성되는 탱크결합부(14)를 포함하는 헤더(10); 열교환매체가 유동 가능하도록 상기 탱크결합부(14)와 결합되어 내부에 폐공간이 형성되며, 상기 탱크결합부(14)와 결합되도록 폭방향으로 서로 대향되게 연장 형성되는 헤더결합부(22)를 포함하는 탱크(20); 를 포함하는 열교환기에 있어서,

   상기 헤더(10)와 탱크(20)의 결합 후 상기 탱크(20)의 길이방향 이동 및 폭방향 팽창을 방지하기 위해, 상기 탱크결합부(14)의 길이방향 단부에는 적어도 한 개 이상의 홈(11)이 형성되고 상기 홈(11)에 대응되어 개재되도록 상기 헤더결합부(22)에 적어도 한 개 이상의 결합돌기(21)가 상기 탱크(20)의 내측으로 형성되며, 상기 헤더(10)의 외주면을 감싸도록 상기 헤더결합부(22)의 길이방향 단부에는 일정간격으로 다수개의 탭(23)이 돌출 형성되고, 상기 헤더결합부(22)에 형성된 상기 결합돌기(21)와 상기 탭(23)은 상기 탱크(20)의 원주방향을 기준으로 중심선이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 헤더결합부(22)에 형성된 상기 결합돌기(21)는 사각형상이며, 상기 홈(11)은 상기 결합돌기(21)가 대응되어 개재되도록 하는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 탭(23)의 시작부의 폭(W₁)은 상기 결합돌기(21)의 폭(W₂)보다 크거나 동일한 것을 특징으로 하는 열교환기.

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