KR101253693B1 - 열교환기용 헤더 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기를 이루는 튜브의 내부에 또는, 열교환기 튜브의 내부로부터 작동 유체를 분배하는데 사용되는 사각 튜브의 단부를 수용하는 열교환기용 헤더 플레이트에 관한 것으로써, 이를 위해 복수의 사각 튜브와의 연통을 위한 복수의 튜브 수용공이 형성됨과 더불어 테두리 부위를 형성하면서 작동 유체가 유동되는 헤더 탱크와의 결합을 위해 내향 절곡된 둘레단을 갖는 몸체부와, 상기 몸체부에 형성된 각 튜브 수용공의 둘레로부터 상기 헤더 탱크와의 결합 방향과는 반대측 방향을 향해 외향 돌출되게 형성되면서 상기 각 사각 튜브의 끝단이 수용되는 수용 플랜지를 포함하여 구성되며, 상기 수용 플랜지는 상기 몸체부의 튜브 수용공이 형성된 부위로부터 그 돌출 방향으로 갈수록 점차 두께가 얇아지게 형성됨을 특징으로 하는 열교환기용 헤더 플레이트가 제공된다.

Description

열교환기용 헤더 플레이트{header plate for use in a heat exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로써, 특히 열교환기를 이루는 튜브의 내부에 또는, 열교환기 튜브의 내부로부터 작동 유체를 분배하는데 사용되는 사각 튜브의 단부를 수용하는 열교환기용 헤더 플레이트에 관한 것이다.

일반적으로 편평관형 열교환기는 자동차의 인터쿨러에 주로 사용되는 형태의 열교환기로써, 서로 대향되게 설치되는 한 쌍의 헤더 플레이트 사이에 복수의 사각 튜브가 규칙적으로 이격되면서 설치되어 이루어진다.

이때, 상기 각 헤더 플레이트의 대향면에는 튜브 수용공이 형성되며, 상기 사각 튜브는 상기 튜브 수용공에 관통되도록 설치된다.

그러나, 전술한 종래의 일반적인 구조에 따른 헤더 플레이트는 상기 사각 튜브의 단부가 상기 헤더 플레이트의 내부 공간에까지 이르도록 삽입되게 설치됨을 고려할 때 상기 헤더 플레이트의 내부 공간을 유동하는 작동 유체의 흐름에 영향을 미치게 되어 원활한 작동 유체의 분배가 이루어지지 못한다는 단점이 있을 뿐 아니라 열충격에 따른 내구성이 낮다는 단점을 가진다.

이에 종래에는 국내공개특허공보 제10-2007-0100172호와 같이 상기 헤더 플레이트의 외벽면 중 튜브 수용공의 주변으로는 상기 사각 튜브의 끝단과 대응되는 형상의 플랜지를 두 헤더 플레이트의 대향면으로부터 돌출 형성하여 상기 사각 튜브의 끝단을 감싸도록 구성함으로써 열충격에 따른 내구성을 더욱 향상시킴과 더불어 원활한 작동 유체의 흐름이 이루어질 수 있도록 하고 있다.

하지만, 전술한 종래 기술은 상기 사각 튜브의 단부가 결합되는 플랜지의 두께가 상기 사각 튜브의 기저벽으로부터 휨이 이루어지는 부위를 제외하고는 그 끝단까지 모두 동일한 두께를 갖도록 형성되기 때문에 그 제조상의 곤란함이 발생된다는 문제점을 가진다.

특히, 전술한 종래 기술은 상기 플랜지의 외측 끝단을 추가로 확장시키는 과정에서 각 모서리 부위에 대한 터짐과 같은 파열 현상이 발생되고, 이러한 파열 현상으로 인해 그 주변을 통과하는 공기의 흐름에 영향을 미칠 뿐 아니라 사각 튜브를 통해 유동되는 작동 유체가 상기 파열 부위로 누수된다는 문제점을 가진다.

본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 사각 튜브의 결합을 위해 헤더 플레이트에 형성한 플랜지의 구조적 개선을 통해 열충격에 따른 내구성을 향상시킬 수 있도록 함과 더불어 제조시 각 모서리 부위의 터짐 현상이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태의 열교환기용 헤더 플레이트 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기용 헤더 플레이트는 복수의 사각 튜브와의 연통을 위한 복수의 튜브 수용공이 형성됨과 더불어 테두리 부위를 형성하면서 작동 유체가 유동되는 헤더 탱크와의 결합을 위해 내향 절곡된 둘레단을 갖는 몸체부와, 상기 몸체부에 형성된 각 튜브 수용공의 둘레로부터 상기 헤더 탱크와의 결합 방향과는 반대측 방향을 향해 외향 돌출되게 형성되면서 상기 각 사각 튜브의 끝단이 수용되는 수용 플랜지를 포함하여 구성되며, 상기 수용 플랜지는 상기 몸체부의 튜브 수용공이 형성된 부위로부터 그 돌출 방향으로 갈수록 점차 두께가 얇아지게 형성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수용 플랜지의 내벽면은 상기 몸체부의 내벽면으로부터 수직한 상태를 이루도록 형성됨과 더불어 상기 수용 플랜지의 외벽면은 상기 몸체부의 외벽면으로부터 라운드지게 절곡되는 라운딩부 및 상기 라운딩부가 끝나는 부위로부터 끝단 부위로 갈수록 점차 내향 경사진 경사부가 연속되도록 형성되면서 전체적인 두께가 점차 얇아지게 형성됨을 특징으로 한다.

이와 함께, 상기 수용 플랜지의 경사부는 1.5°~2°의 경사 각도를 갖도록 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 수용 플랜지의 끝단 부위는 외부로 갈수록 점차 개구폭이 커지도록 외향 절곡 형성됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기용 헤더 플레이트의 제조 방법에 따르면 헤더 플레이트의 수용 플랜지가 형성될 부위를 절곡하는 비딩공정; 상기 헤더 플레이트의 테두리부위를 절곡하여 내부 공간을 형성하는 벤딩공정; 상기 비딩공정에 의해 절곡된 수용 플랜지의 중심 부위가 개구되도록 관통시키는 피어싱공정; 상기 중심 부위가 개구된 수용 플랜지를 외향 돌출시키는 버링공정; 상기 버링공정에 의해 외향 돌출된 수용 플랜지의 끝단을 확장시키는 벌징공정:이 순차적으로 진행되어 이루어지며, 상기 버링공정은 단조 방식의 프레스 금형을 이용하여 상기 수용 플랜지의 내벽면은 수직이 되도록 형성함과 더불어 외벽면은 점차적으로 두께가 얇아지면서 외향 돌출되도록 형성함으로써 진행됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명의 열교환기용 헤더 플레이트에 따르면 수용 플랜지가 각 헤더 플레이트 간의 대향 방향을 향해 돌출되는 구조이기 때문에 열적 내구성이 향상될 수 있게 되면서도 상기 수용 플랜지는 그의 끝단으로 갈수록 점차적으로 두께가 줄어들게 형성됨으로써 모서리 부위에 대한 파열이 방지될 수 있게 되고, 특히 벌징 공정을 통해 수용 플랜지의 끝단 부위를 확장시키는 성형이 원활히 이루어질 수 있게 된 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 열교환기용 헤더 플레이트의 제조 방법에 따르면 수용 플랜지의 점진적인 두께 변화를 이룰 수 있도록 하는 과정이 단조 방식의 프레스 작업을 통해 진행되도록 함으로써 원하는 형상으로의 정확한 성형이 가능함과 더불어 그 작업 도중 수용 플랜지의 각 모서리 부위에 대한 파열을 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 열교환기용 헤더 플레이트에 대한 바람직한 실시예의 구조를 설명하기 위해 나타낸 요부 사시도
도 2는 본 발명의 열교환기용 헤더 플레이트에 대한 바람직한 실시예의 구조를 설명하기 위해 나타낸 평면도
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도
도 5 내지 도 9는 본 발명의 열교환기용 헤더 플레이트를 제조하는 과정을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 요부 확대도

이하, 본 발명의 열교환기용 헤더 플레이트 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명하도록 한다.

설명에 앞서, 본 발명의 열교환기용 헤더 플레이트라 함은 첨부된 도 1과 같이 작동 유체가 유동되는 헤더 탱크(10)의 개구된 면을 폐쇄하도록 각각 형성되면서 사각 튜브(20)와의 결합을 위한 일련의 구성을 의미한다.

이때, 상기 사각 튜브(20)라 함은 장변측의 두 면과 단변측의 두 면을 가지는 직사각형 형상의 튜브이며, 상기 사각 튜브(20)의 각 모서리 부위는 라운드지게 형성되어 이루어진다.

첨부된 도 2와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기용 헤더 플레이트는 크게 몸체부(100)와 수용 플랜지(200)를 포함하여 구성되며, 특히 상기 수용 플랜지(200)는 첨부된 도 3 및 도 4와 같이 돌출 방향으로 갈수록 점차 두께가 얇아지게 형성됨을 특징으로 제시한다.

이를 각 구성별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 몸체부(100)는 헤더 플레이트의 몸체를 이루는 부위이며, 그 외벽면에는 작동 유체의 전달을 위해 복수의 사각 튜브(20)가 각각 설치된다.

여기서, 상기 몸체부(100)의 외벽면에는 상기 각 사각 튜브(20)가 연통되는 복수의 튜브 수용공(110)이 형성되며, 상기 몸체부(100)의 둘레를 따라서는 헤더 탱크(10)와의 결합을 위해 상기 헤더 탱크(10)가 위치되는 방향을 향해 절곡된 둘레단(120)이 형성된다.

그리고, 상기 수용 플랜지(200)는 상기 사각 튜브(20)가 상기 몸체부(100)에 설치될 수 있도록 보조하는 일련의 구성으로써, 상기 몸체부(100)에 형성된 각 튜브 수용공(110)의 둘레로부터 외향(대응되는 두 헤더 플레이트 간의 대향 방향) 돌출되게 형성되면서 상기 각 사각 튜브(20)의 끝단이 수용되도록 구성된다. 이러한 구조는 열적 내구성을 향상시키기 위한 구조이며, 이는 종래 기술로 소개된 바와 같다.

이와 함께, 본 발명의 실시예에서는 상기한 수용 플랜지(200)가 상기 몸체부(100)의 튜브 수용공(110)이 형성된 부위로부터 그 돌출 방향으로 갈수록 점차 두께가 얇아지게 형성됨을 특징으로 제시한다.

이러한 구조는 상기 수용 플랜지(200)의 모서리 부위에 대한 터짐 현상을 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.

즉, 종래 기술로 제시된 국내공개특허공보 제10-2007-0100172호와 같이 몸체부(100)의 외벽면으로부터 절곡되는 모서리 부위인 라운딩 부분을 제외한 나머지 부위(라운딩이 끝나는 부위로부터 끝단에 이르기까지의 부위)를 동일한 두께로 형성하기 위한 과정이 통상적인 펀칭 방식의 프레스 공정에 의해 진행되기 때문에 그 가공이 완료된 후에는 일부의 터짐 현상이 발생될 수밖에 없었으며, 이러한 터짐 현상은 작동 유체의 누수나 주변을 통과하는 공기의 흐름에 방해 요인으로 적용되는 문제점이 추가로 발생되었기 때문에 상기한 터짐 현상을 방지하고자 한 구성인 것이다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 수용 플랜지(200)의 경우 내벽면은 상기 몸체부(100)의 내벽면으로부터 수직한 상태를 이루도록 형성됨과 더불어 상기 수용 플랜지(200)의 외벽면은 상기 몸체부(100)의 외벽면으로부터 라운드지게 절곡되는 라운딩부(210) 및 상기 라운딩부(210)가 끝나는 부위로부터 끝단 부위로 갈수록 점차 내향 경사진 경사부(220)가 연속되도록 형성되면서 전체적인 두께가 점차 얇아지게 형성됨을 제시한다.

즉, 수용 플랜지(200)의 내벽면은 사각 튜브(20)의 외벽면과 동일한 평면을 이루도록 함으로써 서로 간의 밀착성을 향상시켜 작동 유체의 누수가 방지되도록 하고, 상기 수용 플랜지(200)의 외벽면은 끝단으로 갈수록 점차 얇아지게 형성함으로써 가공 완료 후 터짐 현상이 방지될 수 있도록 한 것이다.

이때, 상기 수용 플랜지(200)의 경사부(220)는 1.5°~2°의 경사 각도(θ2)를 갖도록 형성됨이 가장 바람직하다.

이는, 상기 경사부(220)를 상기한 범위의 경사 각도에 비해 작은 경사 각도를 갖도록 형성할 경우 상기 수용 플랜지(200)의 모서리 부위에 대한 터짐 현상이 발생될 수 있고, 만일 상기 범위의 경사 각도에 비해 큰 경사 각도를 갖도록 형성할 경우 상기 수용 플랜지(200)의 끝단 두께가 과도하게 얇아지게 됨으로써 해당 부위의 손상 우려가 커질 수 있기 때문이다.

상기한 바와 같은 수용 플랜지(200)의 형상은 통상의 펀칭 방식을 이용한 프레스 공정을 통해 수행되는 것이 아니라 단조 방식의 프레스 공정을 통해 수행함으로써 가능하다. 즉, 단조 방식의 프레스 공정에 의해 점진적으로 수용 플랜지(200)의 두께가 얇아질 수 있게 되는 것이다.

한편, 전술한 수용 플랜지(200)의 끝단 부위에는 확장단(230)이 추가로 형성된다. 이때, 상기 확장단(230)은 상기 수용 플랜지(200)의 끝단을 그 외부로 갈수록 점차 개구폭이 커지도록 외향 절곡함으로써 형성된다.

이러한 확장단(230)의 구조는 사각 튜브(20)와의 결합시 점차적인 확장 구조에 따른 특징에 의해 상기 사각 튜브(20)가 정확한 위치로의 압입이 가능하도록 한 것이다.

하기에서는, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기용 헤더 플레이트의 제조 방법을 첨부된 도 5 내지 도 9를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 헤더 플레이트의 제조를 위한 평판형의 몸체부(100)를 준비한 상태에서 첨부된 도 5와 같이 비딩(beading) 공정을 통해 수용 플랜지(200)의 형성 부위에 대한 일차적 성형을 수행함으로써 일차 성형부(201)가 형성되도록 한다.

여기서, 상기 비딩 공정은 헤더 플레이트의 수용 플랜지(200)가 형성될 부위를 상기 수용 플랜지(200)의 돌출 방향을 향해 절곡하는 공정으로써, 몸체부(100)의 일부를 프레싱함으로써 수행된다.

이때, 상기 비딩 공정에 의해 형성되는 일차 성형부(201)의 절곡 높이는 최종적인 수용 플랜지(200)가 이루는 높이의 대략 80% ~85% 정도의 높이로 형성됨이 바람직하다. 이는, 추후 버링 공정에 의한 높이의 변동 및 벌징 공정에 의한 높이의 변동을 미연에 고려한 것이다.

특히, 상기 비딩 공정을 통해 상기 일차 성형부(201)에 대한 내외측의 경사 각도(θ1)는 대략 50°정도를 이룰 수 있도록 함으로써 수용 플랜지(200)의 라운딩부(210)에 대한 일차적 성형이 상기 비딩 공정에 의해 이루어질 수 있도록 함과 더불어 추후 버링 공정이 진행되는 과정에서 펀치(310)가 일차 성형부(201)의 내측 부위로부터 상기 일차 성형부(201)의 외측을 향해 관통될 때 상기 일차 성형부(201)에 대한 전연(展延)이 원활히 이루어질 수 있도록 한 것이다.

다음으로, 상기한 비딩 공정이 완료되면 첨부된 도 6과 같이 벤딩(bending) 공정을 통해 상기 몸체부(100)의 각 테두리부위를 내향 절곡함으로써 헤더 탱크(10)와의 결합을 위한 둘레단(120)이 형성되도록 한다.

이때, 상기 몸체부(100)의 각 둘레단(120)에 대한 절곡 방향은 상기 몸체부(100)로부터 상기 비딩 공정에 의해 수용 플랜지(200)의 형성 부위에 대한 돌출 방향과는 반대 방향을 향하도록 한다.

다음으로, 상기 벤딩 공정이 완료되면 첨부된 도 7과 같이 피어싱(piercing) 공정을 통해 비딩 공정에 의해 절곡된 일차 성형부(201)의 중심 부위를 관통시킨다.

이때, 상기 피어싱 공정은 피어싱용 펀치(도시는 생략됨)를 이용하여 수행된다.

다음으로, 상기 피어싱 공정이 완료되면 첨부된 도 8과 같이 버링(burring) 공정을 통해 상기 일차 성형부(201)에 대한 전연(展延)을 수행함으로써 수용 플랜지(200)를 형성한다.

이때, 상기 버링 공정에서는 단조 방식의 프레스 금형이 적용된다. 즉, 통상의 펀칭 방법을 통한 버링 공정이 아닌 일차 성형부(201) 중의 두꺼운 부위를 외부로 밀어 내는 가공 방식인 단조 방식을 이용하기 때문에 수용 플랜지(200)의 점진적인 전연이 가능하고, 이로 인한 가공 도중의 각 모서리 부위에 대한 파열은 방지될 수 있게 된다.

여기서, 상기한 단조 방식의 프레스 금형에 사용되는 펀치(310)의 경우 선단은 그 끝부분으로 갈수록 점차 직경이 좁아지는 경사 구조를 갖도록 형성됨과 더불어 후단은 수평면을 갖도록 형성되며, 상기한 단조 방식의 프레스 금형에 사용되는 다이스(320)의 경우 펀치(310)가 요입되는 입구단 부위의 내주면은 라운드지게 형성됨과 더불어 내측 부위의 내주면은 상기 수용 플랜지(200)가 돌출되는 방향으로 갈수록 점차 직경이 좁아지는 경사 구조를 갖도록 형성되며, 이때의 경사 각도는 대략 1.5°~2°를 이루도록 설정된다.

따라서, 상기한 단조 방식의 프레스 금형을 이용한 버링 공정이 진행되면 라운딩부(210) 및 경사부(220)가 연속적으로 형성되어 이루어진 외벽면을 갖는 수용 플랜지(200)의 성형이 완료되며, 이는 첨부된 도 9와 같다.

이후, 벌징(bulging) 공정에 의해 상기 수용 플랜지(200)의 외측 끝단 부위를 확장하여 확장단(230)을 형성함으로써 첨부된 도 2 내지 도 4와 같은 형상의 헤더 플레이트의 제조가 완료된다.

결국, 전술한 일련의 과정을 통해 제조되는 열교환기용 헤더 플레이트의 수용 플랜지(200)는 각 헤더 플레이트 간의 대향 방향을 향해 돌출되는 구조이기 때문에 열적 내구성이 향상될 수 있게 되는 장점을 가진다.

특히, 상기한 수용 플랜지(200)는 그의 끝단으로 갈수록 점차적으로 두께가 줄어들게 형성됨으로써 모서리 부위에 대한 파열이 방지될 수 있게 되고, 특히 벌징 공정을 통해 수용 플랜지(200)의 끝단 부위를 확장시켜 확장단(230)을 형성하는 성형이 원활히 이루어질 수 있게 된 장점을 가진다.

10. 헤더 탱크 20. 사각 튜브
100. 몸체부 110. 튜브 수용공
120. 둘레단 200. 수용 플랜지
210. 라운딩부 220. 경사부
230. 확장단 310. 펀치
320. 다이스

Claims (5)

1. 복수의 사각 튜브와의 연통을 위한 복수의 튜브 수용공이 형성됨과 더불어 테두리 부위를 형성하면서 작동 유체가 유동되는 헤더 탱크와의 결합을 위해 내향 절곡된 둘레단을 갖는 몸체부와,
   상기 몸체부에 형성된 각 튜브 수용공의 둘레로부터 상기 헤더 탱크와의 결합 방향과는 반대측 방향을 향해 외향 돌출되게 형성되면서 상기 각 사각 튜브의 끝단이 수용되는 수용 플랜지를 포함하여 구성되고,
   상기 수용 플랜지의 내벽면은 상기 몸체부의 내벽면으로부터 수직한 상태를 이루도록 형성됨과 더불어 상기 수용 플랜지의 외벽면은 상기 몸체부의 외벽면으로부터 라운드지게 절곡되는 라운딩부 및 상기 라운딩부가 끝나는 부위로부터 끝단 부위로 갈수록 점차 내향 경사진 경사부가 연속되도록 형성되면서 상기 수용 플랜지가 상기 몸체부의 튜브 수용공이 형성된 부위로부터 그 돌출 방향으로 갈수록 점차 두께가 얇아지게 형성되며,
   상기 수용 플랜지의 경사부는 1.5°~2°의 경사 각도를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 열교환기용 헤더 플레이트.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 수용 플랜지의 끝단 부위는 외부로 갈수록 점차 개구폭이 커지도록 외향 절곡 형성됨을 특징으로 하는 열교환기용 헤더 플레이트.
5. 헤더 플레이트를 이루는 몸체부의 수용 플랜지가 형성될 부위를 절곡하는 비딩공정;
   상기 헤더 플레이트의 각 테두리부위를 내향 절곡하여 헤더 탱크와의 결합을 위한 둘레단을 형성하는 벤딩공정;
   상기 비딩공정에 의해 절곡된 수용 플랜지의 중심 부위가 개구되도록 관통시키는 피어싱공정;
   상기 중심 부위가 개구된 수용 플랜지를 외향 돌출시키는 버링공정;
   상기 버링공정에 의해 외향 돌출된 수용 플랜지의 끝단을 확장시키는 벌징공정:이 순차적으로 진행되어 이루어지며,
   상기 버링공정은
   단조 방식의 프레스 금형을 이용하여 상기 수용 플랜지의 내벽면은 수직이 되도록 형성함과 더불어 외벽면은 라운드지게 절곡되는 라운딩부 및 상기 라운딩부가 끝나는 부위로부터 끝단 부위로 갈수록 1.5°~2°의 경사 각도를 가지면서 점차 내향 경사진 경사부가 형성되도록 하여, 상기 수용 플랜지가 상기 몸체부의 튜브 수용공이 형성된 부위로부터 그 돌출 방향으로 갈수록 점차 두께가 얇아질 수 있도록 함을 특징으로 하는 열교환기용 헤더 플레이트 제조 방법.
   

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